автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Удосконалення технологiчного процесу виготовлення вощини на агрегатах з термостатiруемим барабаном



Харювський Державний техшчний ушверЫтет сшьського госгтрдарства

гг.- од

На правах рукопису

1 о ¡::он

Карпенко Олександр Федорович

УДК 621.9.06-182

\

77

Удосконалення технолопчного процесу виготовлення вощини на агрегатах з термоста'пруемим барабаном

спещальшсть 05.20.01 мехатзащя а'льсысого господарсгва

Автореферат десертацй' на здобуття науковоТ сгупеш кандидата техтчних наук

Харк1в, 1996 р.

иК

г

\

Роботу виконано в Харювському Державному техшчному ушверсггеи сшьського господарства, а також на ВАТ "Дерга-ч1вський завод турбокомпресор!В "

4

фщшш опоненти:

\

(Цоктор техтчних на>4,

ЭДк»

Ьрофесор, академк | Аншов1ч В .Я. . Кандидат техшчних н доцент Дзюба А.1.

Головне пщприемство: АО "Харювбджолопром"

Зй

хист вщбудеться и27» 1996 р. в

зад и

К 02.20.02

годин при

на зарщанш спещашзовано! вчено1 Харювському Державному техшчнЬму ушверсггет! сшьського господарства за адресою: ЗЮОУ& ¿. ССссрькоб

ул.

3 дисертащею можна ознайомитись в б1блютещ ХДТУСГ. Просимо прийняти участь в обговоренш дисертацй. Автореферат роз1слано "¿-г" ¿2 & 1996 р.

Вчений секретар спещал1зованноГ ради

Ермолов Л.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальней. теми 1 ослщження. Задача пщвищення якост! вощи-ни 1 збшьшсння обсягу 'и виробництва вимагае полтшення експлуа-тащйних характеристик технологичного обладнання по и виробницт-ву. Спроби модершзаци ддачого обладнання також розробка нових моделей стикаються з труднощами обумовленними недостатшм ви-вченням процесу формування вощини .

В процеа проектування обладнання ведеться виб1р основних характеристик конструкций , враховуетъся розб1г параметра , змша режиму робота, умов експлуатацп, а також Тх вар1аци.

Параметри вощини неяшШно залежать вщ переглянутих факго-р1в , тому з точки зору забезпечення зад ал их властивостей вощини врахування нешшйних фактор!в мають виршальне значения. Широ-ке використання обладнання для виготовлення вощини у альсько-господарському виробництш роблять задачу пщвищення продуктивности обладнання I якосп вощини актуальною .

Об'ект дослщжень. Обладнання для виготовлення вощини , прочее формування восково1 шивки на рухаючйся термоста-пруемШ пщ-кладинщ, властивостей воску 1 вощини . :

Метою робота являетъея пщвищення продуктивност1 технолопч-

1 пщвищення и якосп на авджень властивостей вос-стан .

ного обладнання по виготовленню вощини основ! теоретачних 1 експериментальних до ку, 1 процесу 11 переходу з рщини в тв^зди{

Поставлена мета досягаеться ршенням ¿лщуючих задач :

— розрэбкою } дослщженням математично'1 модмп стащонарного процесу створення рщинноГ гопвки на рухаючШся шдкладинщ ;

— дослщження процесу теплового обмшу р1ринно1 шпвки з пщкла-динкою! навколишшм середовищем

— експеримент&льним дослщженням ф!зич^их технолопчних вла стивостей воску I вощини ;

~ ррзробкою практачних пропозицШ по мс го обладнання по виготовленню вощини .

Основш метода дослщження . ТеоретичАкй анал!з товщини створення восково! гапвки на рухаюч1йся терморгапруемШ пщкладинщ 1 температурш процеси при ц формуванш. Експериментальш метода дослщження теплоф1зичних , мехашчних {реолопчних властивостей воску . Моделювання на електронно-обчислрвальшй машин!(ЕОМ) .

Наукову новизну складають :

1. Математачна модель процесу створення пл1вки на рухаючШся термостапруемШ пщкладинщ , в!др1зняеться врахуванням залежносп в'язкосп воску вщ температури , його технолопчноК усадки I двусто-

дерН1заци технолопчно-

üK

üf

роннього теплового обмту.

2. Теплоф1зичш властивосп воску вщр1зняються новими залежно-стями : . |

— залежшспо|теплопр о в о дн о cri воску вщ ступенго його кристалге-Hocri i вщ температури в робочому доапазош температур технолопч-ного процесу ЕИ^отовлення вощини Т = 283 - 308 К;

— залежтсгю трхнолопчно! усадки воску вщ температури в доапазо-Hi Т = 289 - 3631

3. Мехатчт тами

— ефекгом змц ному стисненш

— ашзотрошек

тастивосп воску, вщршшотъся новими залежнос-нення восково! crpiiKH при багаторазовому об'ем-ыщносгп вощини;

— залежшспо оптимально! швидкосп деформацй вщ температури .

4. Методика дослщження математичноТ модели, вцфЬняеться послщовним ршенням р'тнянь та дослщженням ф!зично1 суттевосп переходу восковоТ шнвки вщ рщинно'! до твердо! форми при назо-терм1чному охолодженш .

5. Практичш пропозицй по пщвищенню продуктивносп техно-лопчного обладания для виготовлення вощини i пщвищекня и якост1, ям вщр1з аяються реал!зашею знайдених теплоф^зичних i ме-хашчних власти!;остей воску .

Практична ц|ншсть . Знайдеш результате доведен! до розрахун-кових стввцшошень i практичних Ьропозицш дня розробки техно-лопчного виготовлення вощини i пщвшцення пякосп. Це дозволяе тдвищити техшко - економгаш пок.аники обладнання i знизити час на стада проектування , виробництва також експлуатацй'.

Реал^защя наукових результат!в . Результата дисертацшно! робота у вигляда модертзованних arperaTiB виготовлення вощини ABB - 100 i нових агрега-пв ABB - 150 впроваджеш на виробництвах Укрбджолопрому ( м. Харюв Харювбджолопром , м. Черкаси агро-ф1рма "Агро - Anic" ) . Економ1чний; ефект досягае 32 млн. крб. в цшах 1993 р. j

На захисгвиносяться:

1. Математична модель процесу (^творения шпвки на рухаючШся термосгат!руем1Й пщкладинщ . \ \

2. Теплоф13ичш властивосп воску1 в розширеному доапазош температур Т = 283 - 363 К. |

3. Взаемозв'язок мехашчних властивостей воску з його структурою.

4. Методику дослщження матема-щчно! модеш процесу створення тивки на рухан>ч1йся пщкладинщ . j

5. Практичш пропозицй по тдвишенню продуктивносп техноло-пчного обладнання по виготовленню вощини i пщвищенню п якосп.

(

Апробащя робота \ публпсацп. Основш положения дисертацШно! робота доповщались I абговорювались на XXXI МЬкнародному кон-грсс1 по бджолярсгву ( м. Варшава , Польща , 1987 р.); семшарах по обмшу псредовим д< свщом в бджолярств: в 1989 р. ( м.Черкаси ) ,

1990 р. (м. Суми ) , 199Г р. ( с. Благодатае , Крим), 1992 р. ( м. Мала Олс;-с знхр:г.::з , Кшга.га обл.) > 1993 р. (у.. Кн'пз ) . Основной З'.псг днсерчяцм Еикладсно в 12 друкопанних працях .

Структура 1 обсяг дисертацп ¡'.101 робота . Дисертацшна робота складаетъся ¡з основно! частини 1 додатка . Основна частина включае в ступ п 'пъ роздЫв 1 обгрунтування , викла-дених на сторонках ( включаючи малюнки на сторшках ) ,

а також список лггератури ( 92 найменування ) .

I

ЗМ1СТ ДИСЕРТАЦ1ЙН01 ЮБОТИ

У" Встут " розкрита актуальшетъ робота , коротко викладено "п зм1ст, по роздолах , перел1чеш основш пауков! результата.

В першому роздш проведено !анал1тичний огляд метода форму-вання восковоГ стр!чки, !х математачних моделей. В результат! дослщжень вегановлено , що основною бшышетю 1 сную чих методов виготовлення вощини являетъея споаб одержання структурировано! восково! стр1чки з чашечками задано! формк( I геометричних розм!р1в шляхом гравповання гладенько! ( р1вно!) восково! стр1чки за допомо-могою вальщв специально! конструкцп .

Анализ результатов теоретичних дослщгк восково! стр!чки дозволив встановита , що характер 1 мають обмежене пристосуванпя , так як пригодш тшьки в умовах ¡зотерм1чного процесу . Вони не можуть бути застосоваш для вивчення процесу формування шпвок рццпщ , залежно вщ темпера-тури в'язкосп в бЬгып складних умовах тепло|обмшу .

Бшьш того дослщження , розробка 1 опт|им1зашя технологичного процесу переробки воску повити проводитася на основ1 комплексного вцвчення властавостей воску в суворо вщповщному його фЬично-му стат. Значения теплоф1зичних характеристик воску , одержанних разними авторами , мають велику р^зницю Д рщеутшеть в Тх роботах опист методов проведения дослццв не дае мажливосп визначита ¡мо-В1рш джерела помилок 1 таким чином не дають можливосп викори-стати наявш даш для теплових розрахушав . <

Результата дослщжень теплофЬичних власгавостей восюв одержан! в основному лише для температури близьких до Т = 292 К , що не дае можливосп !х застосування в випадку опйсу теплового стану восково! строчки в процес! и утворення в доапазош температур Т = 312 - 362 К.

кень процесу одержання вони носять наближений

Наявш в нишшнш час даш з питань дослщженъ реолопчних якос-тей воску дуже обмежеш1 не дозволяють з достатньою точшстр зро-бити опис плину процеав екструдиованчя 1 вальцювання при шгото-вленш вощини. 1 |

(Вивчення ыгкрокристал1чно1 будови вооав р1зно1 структур« 1 тех-нолопчно! усадки рашше не проводилось . Одним ¡з основних служ-бових властивостей , вщображаючих ягасть вощини е и мщшсгь. Роботу по збшыпенню мщносп можн|а роздшити на три напрями . Один ¡з них грунтуеться на виготовленш вощини ¡з штучних матер!а-л1в, другий вщр!зняеться арМ1руванням вощини 1 пристосуванням невоскового середоспння. Третш опираеться на результата комп-лексних доаыджень ф1зико - мехашчних! характеристик восюв , засто-сована в технологичному процесс методш пластично! деформацн . За-стосована в данний час технология не достатньо враховуе якосп воску. Це приводить до того , що проектування обладнання 1 виб^р техноло-пчних умов проводиться на основ! експериментальних даних , спро-щених пщходав , а нЬсоли , I шту!тивниХ| зображень .

Розробка 1 дооцдження математично! модел1 процесу утворення шнвки на рухаючийся шдкладинщ .

В дайсних умовах утворення восково! шнвки на обертаючомуся тер-моста-пруемому барабан! при виготовленш штучно! вощини температура навколишнього повпря приблизно дор1вщое температур! охоло-джуючо! води в термостопруемому барабаш . Теплообмш з навколиш-шм повирям робитъ ¡аюпшм вплив на охолодження формовано! шавки . Кр!м того для пщвшцення продуктивное^ процесу, змшнктоо гли-бини занурювання або швидкосп обертання барабану можна забезпе-чити винос восково! шывки, товщиною яко! не можна знехтувати пор!внянно з товщиною пщкладинки. Указан! фактори обумовлюють необхщгасгь облнсу тешкробмшу шнвки як з боку барабану так ¡з нав-колшшим повоям . Токщина шнвки зневажливо мала пор^внянно з доаметром барабану, то^у кривизною останнього можна знехтувати I розглядати утворювану шпвку, як площину.

Математична модет таючомусятермостапр Л1Шйних дифференцШн:

. процесу формування восково! шнвки на обер-мому барабан! одержана у вигляда систем» не-к р!внянь:

Щу.г) _ с12Т(у,г)

<Гт ° аг '

<Л> _ * • / \ у-Л

Е

м-ГУ

Початков! граничш умови для першого $!§няння мають вигляд :

(2)

тняння;

Грашчш умови для третього ршняння;

V= и,

• -■ х- ■

А

-о,

(3)

де Т- температура, г- час, Л-товщинавосково1 пл!вки ,

х,у- пет&чшкоордината , е - коеффвдент, й - вязюсть ,

У,у - швидгасть поверхш образуючо! барабану 1 еяементарного вщр^зка

на и поверхш вщповщно , а - кут нахилу образ уючо! барабану, ,

q - прискорення вшьного падшня , р- гущина воску^ .

Процес ¿зотерм1чного охолодження рщкоУ восковоТ щпвки на поверхш

обертаючогося терыоста-пруемого барабану виражаеться ршнянням :

<Л[х,г) _-:•. (¡2Т(х,г) ¿г ¿гх '

1«

з початковою умовою

1 граничними уиовами першого роду

Г(0,г) = т1;

сЬс

(4)

(5)

(6) •

I - :

де в-Тх-Ть -початковий перепад температр р по то в щит рццеого шару ; а-коефвденттемпературопровщносп ; 1 - м 'г^ Тх , ть - температура розплавленного воску1поверхш барабану вщповщно . Ршення проведено операторним методом . ГПсля переходу вщ зображекия-дэ орипналу одержано вираз :

I

«1_У_р

г1.

СО

являющий собою закон розподшення температури за часом по товщиш формуючогося шару.

С п1ввщношення для визначення середньоТ температури по т^вхциш шар / як функцп часу показано виразом :

(8)

Кут оберту барабану до точки в шар! восковог пшвки з температурою Т = Т (у) виражений залежшстю :

(9)

тут для спрощенняперетворено кут оберту барабану^ашнений вщста-нню" у" подуз!в}дршнярозпл"авув"кювепдовказано?точки .

Таким чином вираз (7) показуе закон розподшення температури за часом по товщиш формуючогося шару ггтвки, сшввщношення (8) дае можливклъ визначити середню температуру по товщиш гаивки як функхщо часу, а залежшсгъ (9) показуе в!дстань (кут оберту барабану) вщ р!вня ррзплаву в кювер до точки зншання плшки з барабану , або любо? друго? точки в ш:кр1 з заданною середньою температурою по товщиш главки.

Одержан! рашше ма' гематичш обгрунтоваш вирази (7) , (8) , (9) достатньо складш 1 не до зволяють наглядно показати картину проникаю чих процесш .

Для з'ясування фЬично1 суп протшаючих процеыв при формува-нш восковоТ гонвки на термоста'пруемому барабан! подалыш досль ди проведен! приблизним способом використовуючи залежшсть:

де Л0,АН ,В1 коефщ!ент: г апроксимаци .

Для зручносгпподальиих досладв тепловий процес протисаючий при формуванш восково'шиивки роздшений на да! фази : перша фаза теплового пдоцесу закшчуеться в момент часу, коли крива охоподження восковоутивки з боку " пл!вка - барабан" 1" плавка -повпря" досягнуть спшьно?точки з температурою застигання (г,).

Для парам етраТ^туз^жанаслвдуюча залежшсть :

_ 15сЯр^ г{гу

7А„

т >

(10)

'".Го

де с • теплоемюсть воску Л - теплопровщтсть пл1вки воску ;

2ь.» - характеристичш функцп Ъ для охолодження зл1ва! 1 справа вщпо-вщно .

Розподщ безрозм}рно1 1 абсолютно':' температур вздовж координат дп1 д1у визначаютъся по формулах :

Ч'-г) ■

Т» = вп{т> - г,) + = ви(т, + гх) + тх,

(11)

Де Яп 1 - поточш координата по товщиш пл!вки з боку поверхш барабана I навколишнього середовища вщповщно .

Друга фаза охолодження восковоУ шпвки протшае при т^т^ характеризуемся: перемцценням спшьноТ точки з температурою Г = Г3.

Розподш безрс'зм1рно"11 абсолютно! температур при заданному тг одержан! у вигжяда слщуючих сшввадношень :

ти = 9Ц{Ъ - тх) + тх; тг, = ви{т, - тх) + тх;

15с//V

= г,+-

(12)

ке ^ '1 г3 - параметри , яга являються функщею часу .

Таким чином одержан! стввщношення дозволяютъ встановити I наочно побачити розподш 1 евотоцио безрозм1рно11 абсолютно? температур по товщиш Лосково! гапвки з урахуванням п охолодження з боку "тпвка - барабан" х "шпвка - повпря" одночасно .

. У вщповщносгп з одержанный результатами складеш алгоритм 1 програма для обчислення розподшу температур по товщиш ошвки в умовах нйзотеркпчного процесу охолодження .

vh.

Результат и графшно представлен! на мал . 1 i мал . 2 .

Мал. 1. Розподш температур ПО ТОВЩИШ B0CK0B01 шлвки в першш фаз! теплового про-цесу,

Мал.2. Розподш температур по товщиш bockoboi шивки в друпй фаз! теплового про-цесу.

На ocuoiii одержаного розподту температур по товщиш охолоджу-вано! плавки визначено дайсне значения товщини if з урахуванням усадки воску теля затоердшням . ______

Процес виносу розплавленного воску поверхшстю TepMocraiipye-мого барабану розглянутий з урахуванням залежносп в'язкосп рщини вщ температуру .

KpiM того визначаемо що : — термоста-пуома пщкладинка i3 шаром рщини виходить з розплаву 31 швидоаспо U = const i пщ кутом а = const до поверхш рщини ;

— у виникнешй рщкШ пл!вщ дцють тшьки в'язкосш i гравггацШш сили;

— на меяа шавки i навколишнього середрвшца в'язкосш сили вщсутш. На основ! закон!в пдродинампси одержано диффсренцШне р!внян-

ня: I

fi^=iy-h)pqsaía, dy

Залежшсть (Г) прийнята в такш форм!:

(13)

¡i = Теа , (14)

де (С - енерпя активадп ; К - постшна Больцмана.

Ршення р!вняння (13) з урахуванням умови нерозривносп дозволяе знайти товщину bockoboí пл!вки :

4=Т1

"Я I 2 pqsmabh+j

(15)

яка в!др!зняеться вщ вщомих урахуванням в'язкосп у вигляда додатко-вого коеф!ц!ента: |

(16)

! /А

де fij i }ik - в'язюсть воску на criimi барабана i на поверхш , яка контакте з навколишн!м середовищем.

Експериментальш досл!ди ф1зичних якостей воску i вощит:, вини-каючих при його нагр1ванш (охолоджент ) проводились методом ди-фе^ е^дшного термограв!мегричного анализу (ДТА) на дер!в 1Тограф1 Q - 1500 системи Таулпс - Таулж - Ерден ф!рми MOM (Угорщ ша) .

\ В процес! проведения експерименту нагр!вання навюки вД< ку проводилось 3i швидаспо 278 К/ хв . Maca навыки складала m = íViO"* кг, швидюстъ руху записувального пристрою дор!внювала 2,0 мм}/ хв .

Граф!чне зображення вершини кривих ДТА проводилось по методу Берга„4_21тдно якого визначення величини в^дношення теплот шляхом cni :ш!дношення площин вершин термограм .

Ochobhí результата дослццв ДТА - процеав виникаючих при Harpi-ванш ( охолодженш) бджолиного воску р!зноман!тноГ структури i xi-MÍ4Horo складу представлен! на мал. 3,4.

а in

'.(íí

°С £00 те

ю.'5-Ю'^ 315

Ш•

0.25-#Г< ЛТА Л ту ^

о о

мал. 3.

мал.4.

Позначення на вах малзонках щентичш 1 вщображають : крива Г - змшу дайсно'Г температури терм!чних перетворень дослйного матер!: яу;

терМ1Ч! 1а крива Тв - змшу маси навыки дослщного матер!алу ; крива ДТС - швидюсть змши маси навыки ;

крива\ ДТА - змшу величини температурного перепаду шж досл\. [ним зразкам! шертним матер1алом . 1

ДТА - ¡крива дозволяв встановити напрям I величину змши ентальпй, зв'язано! з терм!чними реакциями при змии температури дослщного ма-тер1алу. За шертну речовину по ходу експерименту був використаний окис а.аомшцо А1гОг , який не притертвав шяких терм!чних пе^ лво-рень в широкому температурному штерваш . Д1аграма ДТА , перебу-ваючого в литому аморфному стан! бджолиного воску при його нагр!-ванн! до температур повного розкладу ( ~ 773 К ) показана на мал.З.

'(Г)

■'•10

V 13

Як бачимо з малюнка , пщвищення температури воску супроводжуе-ться його повшьним поы'якшенням, обумо^Ш^рюпейяям аморфно!' складово! структури (вщр!зок I ДТА - кривой) ? Пр]; цьому обс-тежуваний BicK не мае площадки стабшьноголенування и ердоТ фази , характерно! для багатьох noniMepiR в Ьг^&а^^гаынащих температур до температури розплавлення - Дай , ,np^teMnepaTypi ~ 333 К на ДТА кривй виникае вершина плавления , яка характеризуе пог-линання тепла . Термограма обстежуваного воску характеризуеться одшею основною етдотерм1чною вершиною властавою твердим вугле-водам переважноЗ М1крокристал1чною ocHOBöfe'l^ 'T^ . ■ :

Вигляд flTG криво! при температур! 343 К "показуе йа зростання швидкосп змши маси обстежуваного зразка. В штерващ вщ температури плавления до 433 К (вщрЪок II ДТА -;крйвЪГ) ще процес вццц-лення найбшып легких фракцШ воску , супроводжуваних зменшенням маси навыки ( крива TG ) . Вище температури 433 К характер вщр'пка III ДТА - криво! показуе на !нтенсифцсащю процеав окисления , супроводжуваних видшенням тепла (вершина на кривШ ДТО ) 3i збшь-шенням маси нав!ски ( вершина на кривШ TG ) , обумовлений приедна-нням кисню повпря до молекул воску . Температура 473 К являеться критачноюГпри подальшому нагр1ванш в npoueci розкладу вщгонки р!зних фракцШ i випаровувань переважае над yciMa остагонми .

Дослщження температури плавления восгав , одержан! з р!зних ре-пошв , показали , що температура !х плавления не однакова .

На мал . 4 пока зана термограма ТДА литого воску при нагр!ванш до 398 К з послщу ючим охолодженням до юмнатно! температури 3i швидюстю V = 278,5К/хв. При цьому з б!гом часу 4 години н!яких теплових ефекпв, пов'язаних з кристал!зац!оо не знайдено. Це доводить те, що процес упорядкування структури матер1алу дуже розтягнугай за часом , тому тепдових ефекпв при охолодженн! воску не знайдено .

Проведен! дослщ и BHyrpiumix процес!в , яю проходятъ при Harpi-ванн! воску, дозво:шотъ зробита висновок про те, що бджолиний .

ним св!й природний склад лише до температури ище яко! починаються безповоротш процеси вщщ-цй i змша його xiMi4Horo складу. Пор!внюваш плавления воску теля р!зних стадШ виготовлення казали чику залежн!сть величини температури плавления вщ crynejuo кристал!чносп . Найбшьш низькою температурою плавления Т = 332 К характеризуеться литий BicK .

Температура плавления восково! стр!чки , одержано! методом екст-рудповання з послщуючим вальцюванням воску гладенькими вальця-ми i виготовлено! i3 не! вощини шляхом повторного обжиму — 333 К ! 334 К вщповщно. Що вище значения Т необробленого тиском воску.

Цей факт пояснюеться з термодинам!чних позищй за допомогою

BicK зберцгае незмц прибцизно 433 К, в лення легких фраза дослщи температур] штучно! вощини п

такого параметру , як вшьна енерпя . Реальна кристашчна структура являе собою ццльно упакован! конформаци молекул , вщповщш м!ш-муму втьно'1 енерги . Послщовне вальцювання збшьшуе ступень кри-стал1чносп I р1вень воьно? снергп його макромолекул .

Реолопчш якосп воску дослщжен! методом катлярно!" в1скозшетрп в умовах Бщносно!" структурно'! стабшьносгп матер1ал1в . Ц! дослщи мають не тшьки науковий ¡нтерес, а являють 1 практичну ц'шшсть , так як крив: плину несуть-значну тформацпо пре-егрукгуру воску \ його енергешчне становище .

Дослщи проводились на реометр! модел! 3211 ф1рми 1п51коп ( Веяи-кобритан1Я ) реал!зуючий , так званий , В1скоз!метричний плин , анало-пчний у вщповщних системах координат простому плоскопаралельно-му зрушенню в декартових координатах . Обробка результата дослшв проводилась по слщуючим виразам .

Величину швидкосп зрушення вираховуемо як :

Г:'' 7 =^ . О?)

1" кт

де г - ращус кашляра, м ;

2 - об 'емнавитрата дослщного материалу 1 м3/с

4

де V - швидость перемвдення поршня арюметра ; £? - дааметр поршня , м ;

Напруга змодення вираховувалась по формул!:

(18)

I__о«

ша капшяра , м .

зстг т] ! енерпУ актив1зац11

де Ар - перепад ти скув кашляр! довж Розрахунок значения кшематичноГ в'язк плину Е (при постшних швидкостях зрушення для температурних !нтервал!в в 10 К) проводимо по виразу 1

>7=-; (20)

\

Т2 г,

гТ)

-л-.18 = 2,303 «Д-

иМ

_1_ Т,~Т2

(21)

де Я = 8,29 Дж / МОм , К - универсальна газова поспйна; Т - температура.у-$С,

Досл1джуваЙ1сь реолопчш характеристики зразюв воску, единого х1м!чного складу, яга знаходились в р^зних початкових станах: литому аморфному ( швидке охолодження розплаву ) ; литому 1 закристал1зо-ваному при витримщ на протяз! трьох м!сяц1в ; в аморфному сташ теля ексгруза з послщуточою витримкою , яка эабезпечуе в яюйсь мхрх кри-стал1зацшэ ; ш'о^ ; :йпыцовання на гладких ваяьцях; теля вальцювання на гравповальша нальдях. .<

На машонка^ б 1 7 показан! крив! плину"воску, побудован! на основ! од^жашр екейериментальних даних.

3.0

ер

У

¿=323,

о . АН АО фГ

Мал.6. Крив1 течи воску в аморфному! кристашчному стан!. |

1 - аморфьий стан;

2 - кристашчний стан ;

Мап.7. Крив! течи для воск в пром1жках часу цикла виго-товлення вощини. *

о — шеяя екструдера; д - теля вальцювання гладенькими вальцями; х — готова вошина -

Як видно на малюнках законоьпршстю вс1х дослщжених структурних сташв воску е зниження в'язкос-п 1 збшьшення швидкосп деформацц .

Пор1вняльт дослщи реологшних якосгей проведен! при температу-р1 313 К ' 323 К^^2б(апечу1офх достата1йдая-1;;анааРння закономерностей даапазону швидкостей зрушення .

Пор1вняння кривих плину аморфного 1 закристашзованого воску ( мал . 6 ) показуе , що кристалшний в1ск складшше деформуеться , так як волод^с большою в'язгастю, чиЦаморфний. Це пояснюеться бтьшою енерпею м1жмолекулярноТ взаемодп в упорядкованому, кристал1чному сташ1 бшьш високим значениям енерги аютшзаци ,зрушуючих проце-ав , так як бшышш внутршпнм тертям в матер!ал!. Названа законо-м1ршсть порушуеться при великих швидкостях зрушення , вщповщних литпо пщ тиском , яке в дослщному штервал1 передплавлених температур (313-323 К ) приводить до частковоУ побудови 1 утворення аморфних волокнистих структур .

Таким чином температура 323 К являеться критичною вщповщно реал!зацп переваг кристатчноТ будови воску .

При швидкостях деформадц , вщповщних пресуванню , прокату I екструзп закристал1зованого воску вимагае прикладення бшьшого, по пор1внянню з аморфним станом , деформацШно: напруги .

Особливий штерес являють поршняльш дослщи ¡реолопчних якосгей воску в пром1жних стад'1ях технолопчного циклу виготовлення

вання на гладких 1ях (мал.7 ) . кубшьша ,чим

вощини : проиденого через екструдер , теля вальцк 1 вальцях , теля вальцювання на гравиовальних вальц

Як бачимо з малюнка , в'язтасггь прокатаного вое е початково екструдайовано'1 стр1чки , притому ця р1зниця збер1гаетъся аж до температур , наближених до штервалу температур плавления . Таким чи:.ом при шшшршй-деформацп (продавлкшанн! через катляр) воск збер1гае "пам'ять" про свШ почапсовий напружений стан. Це означае, що напружений стан воску, а також 1 його ф|зично - мехашчш властивосп залежатъ не тшьки вщ зовшшшх дай на ь атер1ал в цей момент , але й вщ законом'фностей змши зовшшшх дай:! попередш момента часу . Звщси витйсае висновок про те, що на ва; Д1ях технолопчного процесу виготовлення штучно!" в: добиватися як можно вищого сгупеню кристал1чно<йг р1алу, забезпечуючого високу в'язюсть воску 1 в решт службов1 якосп готово!' вощини .

Як бачимо на мал. 8 в 'язюсть воску зменшуетъея з ростом швидкосп деформацп . Таким чином в диапазон! температур 313-323 К в1ск любо!' структури волод1е високою чутлив^стю ДС'зрушення. Енср-пя активащ! в'язкого плину мал. 9, розрахована при поспйних швидкостях зрушення в указаному температурному штерваш, з1 збшьшен-ням швидкосп зрушення 1 збшыпенням температури.

1 пром1жних сга-5щини необхщно структури мате- решт найкралц

4,0-

зм-

£.0

0 -

-¿- 323

60

25

'Д ИР £

О

Мал.8. Залежшсть в'язкосп воску вщ температури I швидкосп' деформащГ. о --строчка шсля екструдера; ■Д -- стр1теа_пкля валыцв; X — готова вощина.

Мал.9. Енерпя акпдазащТ течи воску в аморфному 1 кристал!ч-сгаш.

1 -аморфний стан ;

2 - кристашчний стан.

Всгановлено, що одержання восковоТ строчки без трвдин : розрив1в при температурах екструзи 303, 313 1 323 К забезпечуютъ значения

швидкостей деформаци , вйдотдно 0,06 ; 0,06...0,6 1 0,06...6,0 см/хв. При швидкострс деформаци вщмшних вщ указаннихдля кожно'пз трьох температур спостер1гаеться "розрив" воскового струмсня. Причина цього явжца заключаеться в тому , що при великих швидкостях деформдавання напруга у воску не встигае релаксувати .

Одержан! результата експериментальних дослщжень реолопчних якостей бджолиного воску дозволяе здшснювати виб^р температурно-деформащйних режим!В переробки воску з урахуванням його почат-кового стану. При таких видах деформащУ, як лиття пщ тиском , пре-сування , вальцювання 1 екструз!я .

Вивчення мшрокр истал1чноУ будови восив рЬноУ структури проводились з використанням ун'терсального дослщного бюлопчного мЬфоскопу серГ1 МБИ - 15. Зразки для дослцув представляли собою тонкий зр1з(20 км) вир1заш¡з готовоУ вощини д1аметром & = 20 + 30 мм. Зр1зи виготовляли на {.пкротола для р!зки об'екпв ( ТУ 64-1 -2166-72) при допомоз1 спещальних скляних нож'т , нерухомо закр'шлених в дер-жавщ для нож1в . Обезжирювання поверхш зразгав проводили шляхом короткочасного занурення в скишдар з послщуючим промиванням в етиловому спирт! . При проведенш експерименту використовували ос-вггаення об'екпв в проходячому свлгш, в свплому пол!! проходячому поляр!зованому свптп.

Проведений анал!з М1крокристг виникаюча в результат! вальцюваш вощини ору сл о в що с -аи i зшря п ¡ю jjj

Л14Н0У будови воску показав , що я ашзотрошя внутршшьоУ будови лзико - мехзгочних-якостсй.

Для доопдження теплопроводност сировини використовувався електромагнгший вим1рювач теплопроводност! ITEM - 1, реал!зуючий метод кваз1Стацюнарного теплового потоку . Методика проведения експерименту стандартна .

Виготовлення потршних для експерименту зразьав i3 воску визвали складност! в план! дотримання необидно!" геомеоричноУ форми.

Коефодент теплопрошдност! X при 293 К добре узгоджуетъся (пог-р!шшстьЗ,1%) з вщомими даними

Для знаходження математичного теплопроводност! твердого воску ви

виразу , який описуе залежшсть температури, проводився парний

регресюннии анал13 експериментальних даних :

X = 8,036* 10"5 * Г2 - 5,295* «Ю-3 + 3,031 * 10"' .

Для дооцдження залежносгп тегдопровщносп воску вщ ступеню його крист&шчиосгп проводили вимфюваиня коефщ1ента тегаюпровщ-ност! литого воску 1 восковоУ строчки , одержано!" прокаткою на гладеньких вальцях екструдпованого аморфного воску .

Було доведено , що ¡з збшьшенням часу вилежування вщ 15 хвилин

до 3 мюяцш коефвденттеплопровщносп литоговоску при Т = 293 К зростае вщ X - 0,225 вт/мк до значения X = 0,244 вт/мк , надалц зали-шуючись незмшним.

Теплопродшстъ, прокатано! гладенькими вальцами , восково! стрь чки-дар!вшовала 0,359 вт/мк I при вилежуванш матф1алу не зми нювалась.

ПроЙЗДеШ досл¡ЛИ ДОЗВОЛИЛИ ЭробИТИ ПНСНоПУЖ Про то I ща зб1т..

ИК&и с;Г7ПеШ01ф!!ра-а'4110<?Й При йилежуиаНш Ц^иьиД&уЯШ том коефщкнту теш10прОй1ДНосг1 ЛйШчз воску Па 8-9 % , а ор1ента-цшна витяжка'бшь: ¿е шж п'ятидесятипроцентне збшьшення йоготе-

>. д."* г

• ... г- ■

1ач дисертаци розроолена методика експеримента,-льного знаходжошя усадки литого аморфного воску. Для вцзначения математачних шцраз1в , пояснюючих залежшеть коефодента усадки шд температури , 6^4р°веДении парний регресюнний анашз експеримен-тальних данихД^^У

Залежшеть , яку шукали , одержана у виглед : " "

"й* К =, С,г + Р , V ' (22)

плопровщносп... Виходячи ¡зЗад

де С , D - коеф^щент Робота по збшьп льтатах комплексны

,1 регресц.

[енню мщносп вощини обгрунтовуються на резу-4 доелдав ф1зико - мехашчних характеристик воску, вивченню .прщейв , протжаючих в bockobî гид д1ею температур-них вплив^в 1^заст<|) су в ання в технологичному процесс виготовлення вощини методом пластичн о! деформацпнатурадьних восюв";

Структура ¿¿Щини виготовлено! на arperaii ABB характеризуеться яскраво вираженою ор1ента>йею кристащв в|.каг;ж^ку вальцювання. Така ашзотрощя стану, визвана пластичною де',1ррмашою при вальцю-ванш, обгрунтовуе i атзотропио ф1зичних i', зокрема .лцносних яко-стеитгощшш ч , • . ' '

3 цшлю вйзначення ступеи1ашзотрот! було проведено експеримен-тальне вйзначення п мщносп при юмнатшй температур: в двох взаем-ноперпендикулярних напрямках : • ; :

повздовжньому (вподовж налряму вальцювання) i поперечному*(перпендикулярно напрямку вальцювання ) . ' ЕксперймЦпи проводили на розрившй машиш РМБ -10 - 2 M по стандартпЩ методкщ. Результата проведених доелдав дозволили зробити висновок про те , щ^ Мйцпсть вощини по напрямку вальцювання на 20 - 22 % нища, шлс у поперечному. Цей факт мае велике практичне значения в плаш реал1зацГ( найви-що! мщносп вощини при ïï установи в рамки бджолиного вулика.

Експериментальш дослщи процесу ф( .рмування плтки воску на по-верхш термостапруемого барабану. ' : : i v

Для nepenipKH достоверное!! прийнл эго в теоретичному висновку припущення про pinnicTb температур охолоджуючо! рщини i зовшш-

ньо1 поверхш термоста'пруемого барабану проводилось експеримен-тальне визначення значень температур по товгциш його стшки . Вимь рювання проводили по сгандрртнШ методиш ¡з використанням хро -мель - капелевих термопар , робоч! сгшси яких розташовувались на р!з-них вщстг.;ях в:д-^01-->„сЬдньоГ- 'поверхш термосгапруемого барабану . Перша точка вимфювання температури знаходилась на зовшшнШ поверхш барабану , а вс1 послщуюч! розшщались з шагом 1 мм по тов-щиш стшки. Датчики знаходились вподовж одшеТ образ уючоТ термоста'пруемого барабану на вщстанП 5 мм один вщ одного. Вщстань М1Ж крайшми датчиками 1 торцями дор1внювала вище 80 мм , дозволило виключити погршшсть обумовлену красвими ефектами . Сигнал термопар через спещально виготовлеш ртутш токозйомники надходив на блок попередшх шдсилювач1в , I з нього на шлейфовий осцилограф Н 117 /1 . Для репстрацц точки початку вщрахування кута оберту барабана використовувався спещально розроблений пристрш генер1ру-ючий ¡мпульс струму за один оберт барабану при проходженш темпе-ратурними датчиками обумовленого положения.

Результата експериментальних доелдав розм^щення температури по товщиш стшки обертаючогося термоста'пруемого барабана показали , що температура змпноеться тшьки в дуже незначних по товщиш прилягаючих до зовшшньо1 поверхш барабана шартовщиною менше 1мм. Всгановлено , що температура зовшшньоУ пс верхш термосгап--руемого барабану 1 внутршшьоТ поверхш восковоТ чл1вки приймають однакове постшне значения теля перших деюлько:: обертчв з моменту включения. Температура зовшшньоУ поверхш вс сковоТ шивки на обертаючомуся термостатсруемому барабан! вим1рювалась безконтак-тним способом перометром часткового випромшювання . Одержан! результата показали , що температура восково\' плшки на термоста-п-руемому иоерта1оад^ус>гиараСан1 понижувалась вщ,температури роз-плаву до температури р1вшй приблизно 313 К . |

Для запису залежносп температури зов!ЙшньоТ ¡поверхш восковоУ шпвки вщ кута оберту барабана в процеа робота агрегата було проведено парний регресюнний анашз експериментальни(с результат . Одержане стввщношення мае вигляд:

~ 520* +164 * кг1' 1 ^

де ф- кут оберту барабана.

Визначення товщини пл!вки воску на поверхш термоста'пруемого барабану проводимо методом зважування , а також За допомогою маг-штного товщином1ра модеш МТ-41НЦ-01. Результата визначення товщини восково1 плшки залежно вщ швидкосп обертання барабану 1 глибини його занурення в кювету з розплавом представлен! на мал. 10 .

ш

мм

¿00-

Мал. 10. ЗалежнГсй, товщини твердо!' пшвкй^вбску в!д па-раметр1в руху'термоста'пру-емого • •

,ОшвидкисЫ^349 м/с;, л - швидааеть:0Д^17 м / с;: 0 -швидккть0,2413 и/с; ; X -швидаастър,1525м/с; • - швидасть 0,1820 м/с ,* у - швцдюсть_0,3373 м/с.

Товщина шпвки ¡стотно залежить в'щ параметр1в Ьуху термосгапруе-мого барабану. Збтыпення товщини гаввки з^збшьшеннямШвидасосп обертання барабану пов'язано з шерщйн1спо рщкр.го воску! винесеного пщкладинкою ( стхнкою термоста-пруемого барабану ) Ьрозплаву 1 не-встигаючого спкати назад в кювету. /" .'.(•' "? .■

3 другого боку збтыпення глибини зануренЦя обертаючогося тер-мостат1руемого барабану в кювету з розплавом воску приводе до змен-шення товщини формуючоГся на ньому восково'1" плавки , що пов'язане Ь зростанням крутизни шивкоутворюючоТ поверхи} при I? виходкз роз-плаву, оЬусловлююч» бщьш ппгенсивне стЫаняя а г «пупйдинуц ? *

Гмперичш вирази описуюч! залежнкгп. товщиш поверхш обертаючогося термоста'пруемого бараба рення барабану мають вигляд: ; '

Лч») =

1

цщкпадинки; восковой гоывки на 1ав!д глибини зану-

АЬ+о

л ■',:

де Ь - глибина занурення ; А, О- коеф1щенти регреси .

Це дозволило пдавердити рашше одержану теоретично аналопчну залежшсть , погрипшсть яко! не перевищувала 9,7%.

Залежшсть, яка застосовувалася для цих цшей рашше, дяяяда пог-

=7/3

piiiiHicTb 24,4 %T ~

Результата проведених дослдав температуря зовншшьоТ повсрхш BOCKOBOi плтки застосовувались також для перев'фки адскватносп ро-зроблено'1 математичноУ модели формування ганвки на ©бертаючомуся термостапруемому барабан!. '

Теоретичш i експериментальн! результата ствпали . При цьому погр!шн1оть не перевищувала-12%, що дозволяе зробити висновок про досгатню для практичних цшей достоЕцрносп розробленоТ математач-Ho'i модея!.

Результата дослдав використаш при модершзацй' агрегата для ви-готовлення вощини ABB - 100 шляхом вибору оптамальних швидкос-тей обертання барабана i температурного режиму шпвкоутворення в рамках 1снуючо1 конструкцн . Продуктившсть агрегата в цьому випад-ку виросла на 8 - 12%. Одержана вощина вщповщае ГОСТ 21180 - 75 i м1цносними характеристиками перевершуе вощину, яку випускае ведуча шмецька 4>ipMa "HAMMANN".

Результата комплексних дослццв технолопчного процесу виготов-лення вощини, проведених в цШ дисертаца були використаш при роз-робщ i побудов1 нового агрегату для виготовлення штучно» вощини ABB -150 , промиспове виробництво якого передбачено Украшською нащональною щюграмою виробництва машин i технолопчного об-ладнання для С1л|>ського господарства, харчовоУ i переробноУ проми-словосп.

тскдадаеться 1з традищйних вузшвТ воскоочисноУ i пщготовчоУ ванн , стр1чкоутворюва-льноУ i вощиноп^окатноТ машин . Агрегат в1др1зняеться не -пльки оп-ттапзащею режим1в робота вузл[в, а i Ух конструкщею. А також збшь-шена по пор1внянню з ABB -100 ширина восковоУ строчки, яка дор^в-нюе ширит рамки вулика. Це дозволило одержата вощину , поз-довжня Bicb якоУ г ри установщ в рамку вулика сшвпадае з напрямком да напруження здзигу при вальцюванш, що забезпечуе значне збшь-эщини.

ювий агрегат ABB -150 дозволяе виготовлята вощину полтшеноУяк<icri i мае пщвищену в 1,5 рази, попоршнянтоз . ABB -100 , продф ставтстю .

Агрегат для виготовлення вощини ABB - 150 дозволяе вироблята вощину на вулики украУнськоУ конструкцп з використанням безвщход-но1 технологи.

В додатку приведено матер ¡али стверджуюч: ефектившсть flocni-жень.

Основш результата робота. 1. Розроблена математична модель процесу створення пл!вки на пере-мщуючШся пщкладанщ, в5др1зняеться врахуванням залежносп в'язко-

Новий агрегг воскоплавильно'

шення М1ЦНОСП в Таким чином!

Ut-,

L'I-,

cri воску вщ температури його технолопчноТ усадки i двустороншм теплообмшом. I

2. Утокчеш теплоф^зичн! якорп воску шляхом дослщження нових закономерностей : j

— залехсшсть температури плавления вщ ступеня кристашчностч ; /

— залежшсгь теплопроводности воску вщ ступеня його кристал!чн<эсп i вщ'температури в робочому даапазош температур технолопчрого процесу виготовлення вощини ; '

~ залежшсгь технолопчноТ усадки воску в!д температури .

3. Утоунеш мехашчш власгавосп воску, як! в1цр1зняються новими за-кономфностями : |

— еффскггом змщнення bockoboï стр1чкл при багатократному об'емно-му обжим! ; !•

— ан!зотроп!ею мщносп вощини ;

— залезай сто оптимально! швидкоеп деформування вщ температури .

4. Запропонована методика дослщження математично! модел1, вщр!з-няеться Ьослщовним ршенням р^внянь .

5. Досш, ркено розподщ температур по товщиш восково! шивки з ур а-хуванням ïï охолодження з боку " плавка - барабан " i " пшвка - п,о-впря " рдночасно i знайдено стввщношення , яке описуюе кордони роздалу двох фаз . 1

6. Визначено дшсне значения товщини ишвки з врахуванням itï усадки теля затвердшня.

7. Запропонован! пракгичш рекомендацп по тдешденню продуктив-Hûcri сершно виготовлясмого агрегату. На ABB -I 100 продуктившсть п!двищена на 8 -12 %. |

8. Запропонован! нов! решения по розробщ оптимальних конструкцш i вузш'в i оптим1'защ7 режимов робота агрегату виготовлення вощини . Продуктивность розробленого агрегату ( ABB - 15р) збшьшенав 1,5 рази , а мщшсть вощини на 20 - 22 %.

9. Новий розроблений агрегат мае можлив1сть виге товляти вощину на вулики украТнськоТконструкцн , забезпечуючого иживання безвщход-hoï технологи навощування рамок.

В poöoTi проведено оцшку надайносп агрегата i ¡иготовлення вощини в реальшй експлуатацп. Розрахунок надШнос^ машини проведено за законом Вейбулла. Встановлено , що середньаквадратичний наро-бггок до ремонту вцшому на машину доргвтое 4,95 року , а для вузл!в 4,35. 1

Приведен! рекомендацп дл ï розрахунгав найважлившшх конструк-тивних napaMerpiB агрегату в иготовлення вощинк • при конструктую-ванш.

01,

ill,

Основш положения дисертаци опубл^коваш в таких роботах:

]

эцес

. К вопросу оптимизации технологического процесса изготовления: вощины на АМВ-100 //Доклад XXXI на Междз^'пародном конгрессе по пчеловодству. Варшава , XXXI Меяьдуна-родш-'й конгресс по пчеловодству. Сборник докладоь). - Бухарест.: Изд-во Апимондии 1987, - С.544. I

2. Оценка влияния охлаждающей среды на слой расплавленного воска на питательном барабане АИВ-100 //В сб. ¡Технология! производства и переработки продуктов пчелов'одства.

- Рыбное : НИИП, - 1989, - С.68+73.

3. Оборудование для изготовления вощины из стерилизованного воска //В сб. Машины для ферм. - Киев,1992, вып.4,- а.63+64.

4. Технологические приемы повышения качества вощины при из-

готовлении на агрегатах АИВ-100 и АИВ-150 //В сб. Машины для ферм, - Киев, 1992, вып.4, - С.65+68.

5. Исследование толщины расплавленного воска на питательном барабане (движ ущейся подложке) //В сб. Машины для ферм,

- Киев, 1993, вып.5, - С.26+39.

6. Опыт применения агрегата изготовления вощины АИВ-100 //Информационный листок N 193-87, Харьков : Подразделение оперативкой полиграфии МТ ЦНТИ, 1987, - 40.

7. Опыт полученш упрочненной восковой ленты на усовершенствованном оборудовании //Информационный листок N 21688. - Харьков : ^Подразделение оперативной полиграфии МТ ЦНТИ , - 1988, 4 ЗС.

8. Агрегат для изготовления вощины АИВ-100 //Информационный листок N 1г', - Кировоград, Подразделение ОП МТЦНТИ,

- 1989, - 2С.

\

9. Об изготовлении вошины- //Пчеловодство, N 6, 1989, - С.ЗЗ.

10. Получаем упрочненную воскову!\. ленту //Пчеловодство, - 1989, - N 9, - С.48-40. ! 1

11. Об особенностях оборудования для изготовления вощины //Пчеловодство, - 1989, N 11, - Ш1.

12. Шдвищення якоста вощини на агрегатах АВВ-100 i АВВ-150 //Украшський пас!чник N 1, - 19i'4, - С.2+3.

13. А.С. СССР N 1660460 от 20.04. Болометрическое устройство.

Анотащя. В дисертацШнш робо-п проведено дослцЫення техноло-пчного процесу виготовлення вощини. Розроблена I дослщжена нова математична модель формування восковоТ ганвки. Вивчеш нов! влас-тивосп воску. В результат дослщження з!брано модершзованний агрегат для виготовлення вощини.

Abstract. The dissertation presents the investigation of the production of the wax . A new mathematical model of the formation of wax film has been constructed and has been studied. A novel properties of the wax have been investigated. Using the results of investigation the modernized installation for the production of the empty honeycomb has been made.

Дозволено до друку 12.05 1996 року.

БРДВГТВАТ "ДЗТ" . Тираж 100 екз. Заказ N 12 вщ 14.05.1996р.

1

I