CC BY
62
творе МИ4ОН, воде. Такая обработка приводит к уменьшению угла смачивания до 53 град и уменьшению разброса его значений по поверхности фольги в два раза, т. е. происходит незначительная химическая очистка фольги и более равномерное распределение загрязнения ее поверхности. Этот опыт подтверждает факт очистки фольги снятием окисла, а не химической обработкой в органическом, кислотном и щелочном растворах.
ВЫВОДЫ
1. Определены оптимальные режимы окисления металлической фольги в безводном электролите на основе ацетона, обеспечивающие наилучшее качество окисла: 25-30 А/м2 при стабилизации тока, 100-150 В при стабилизации напряжения.
2. Для очистки фольги методом снятия окисла рекомендован режим его формирования при постоянном напряжении 50-100 В. Чистота поверхности фольги после снятия окисла наблюдается при его формировании более 30 с при 100 В и более 90 с при 50 В.
3. Разработан высококачественный метод бездефектной очистки металлических поверхностей, рекомендуемый для очистки деталей технологического оборудования пищевой промышленности.
4. Экономическая эффективность разработанного способа очистки обусловлена повышением производительности, уменьшением дефектности при очистке тонких деталей (фольги, мембран) и снижением затрат на химические средства очистки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кузина Ж.И. Современное состояние санитарной обработки ультрафильтрационных мембран // Мол. пром-сть: Обзор. ин -форм. / АгроНИИТЭИММП. - М., 1988. - 25 с.
2. Харитонова В.Д. Приемка и первичная обработка моло -ка. - М.: Журн. Мол. пром-сть, 1997. - 54 с.
3. Фанштейн С.М. Обработка поверхности полупроводниковых приборов. - М.: Энергия, 1966. - 320 с.
Поступила 28.12.09 г.
CLEARING OF METAL SURFACES OF DETAILS THE FOOD-INDUSTRYEQUIPMENT BY OXIDATION METHOD
1.YU. GLUCHEN’KY, A.V. LAVRENTYEV, V.G. MINENKO, K.V. KHOROSHUN
Kuban State Technological University,
2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; ph. : (861) 255-85-32, e-mail: k-fizika@kubstu.ru
Optimum regimes of metal surface oxidation of the equipment of the food-industry details are defined. Cleanliness of a metal surface after removal of oxide depending on oxidation modes is investigated. Economically effective method of faultless clearing of metal surfaces of the process equipment details is developed.
Key words: clearing of details surface, equipment of food-industry, electrolysis.
664.03
МЕХАНИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБО ЧИХ ОРГАНОВ МАШИН С ОБРАБАТЫВАЕМЫМ МАТЕРИАЛОМ
В.П. БОРОДЯНСКИЙ
Кубанский государственный технологический университет,
350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; тел.: (861) 275-22-79
Для создания обобщенной методики энергосилового расчета устройств, производящих механическую обработку мате -риала (прессование, измельчение, резание, шлифование и др.) предложена элементарная физическая модель (ЭФМ) реального устройства, состоящая из двух движущихся и расположенных под углом друг к другу пластин, между кото -рыми находится обрабатываемый материал. Рассмотрены основные положения и допущения для модели. Методика расчета учитывает связь геометрических, кинематических и силовых параметров ЭФМ. Показано, что важнейшими факторами, определяющими распределение мощности между пластинами модели, являются положение вектора отно -сительной скорости пластин и отношение их скоростей.
Ключевые слова: обработка материала, элементарная физическая модель, энергосиловой расчет, обобщенная методи -ка.
Взаимодействие рабочих органов (РО) технологи- Сложилось отчетливое разделение процессов обра-
ческих машин с обрабатываемым материалом происхо- ботки материала: прессование, резание, измельчение,
дат при пфемещении п°верхн°стей шнгакта РО отю- шлифование и др. Для каждого из этих процессов, ис-
сительно материала, который оказывает сопротивле-
пользуемых в машинах разных отраслей пищевой про-
ние этому перемещению. Физико - механические характеристики обрабатываемого материала и параметры существуют сюи методы ж^г^ида-
движения РО определяют в основном энергетические Расчета. Это ОТЮОТТСЯ К Работам КЖ в областИ
затраты на процесс обработки. обработки металла [1-5], так и обработки материалов
растительного происхождения (пищевая промышленность, сельское хозяйство) [6-9].
В результате важные частные задачи процесса взаимодействия не имеют корректного решения. Например, нет убедительного объяснения скользящего резания лезвием, не говоря уже об отсутствии математических зависимостей, позволяющих определять основные параметры этого процесса. Явление циркулирующей мощности в приводе мельничных вальцовых станков до сих пор рассматривается на экспериментальном уровне.
Область исследований, связанная с механикой взаимодействия материала с РО машин, нуждается в обобщениях. Это вызвано необходимостью иметь в основе расчетов единую методическую базу, которая позволит увидеть влияние геометрии и кинематики РО на энергосиловые параметры процесса обработки.
Для обобщения методов энергосилового расчета РО машин представляется целесообразным использовать элементарную физическую модель (ЭФМ) взаимодействия материала с РО машин. Меняя геометрические и кинематические параметры этой модели, можно имитировать процессы взаимодействия: прессование, резание, измельчение и др. Полученные в результате анализа модели аналитические зависимости будут общими для многих процессов взаимодействия РО с обрабатываемым материалом.
Рассмотрим основные положения и допущения, принятые для ЭФМ:
модель служит для анализа взаимодействия поверхностей РО, контактирующих с материалом, который обрабатывается (деформируется): разрушается, изменяет форму, уплотняется, режется и т. п.; материал (заготовка) не просто контактирует с поверхностью РО (например, в случае скольжения материал не обрабатывается), обработка его будет происходить лишь в том случае, если будет присутствовать нормальная составляющая скорости поверхности контакта относительно материала, которая его деформирует;
деформация материала происходит при движении относительно него поверхностей РО, которое является источником силового воздействия РО на материал; поэтому перемещения связаны с силами;
давление на поверхность контакта, возникающее за счет сопротивления материала деформации, имеет рав -нодействующую Р, вектор которой проходит через определенную точку А поверхности контакта РО;
направление деформации материала совпадает с вектором скорости поверхности контакта относительно материала (скорости точки А, через которую проходит равнодействующая Р);
вектор равнодействующей Р и вектор скорости точки А поверхности контакта, через которую проходит вектор Р, проходят по одной линии;
обрабатываемый материал находится в статическом равновесии и удерживается двумя поверхностями контакта РО, поэтому две внешние силы со стороны этих поверхностей равны по величине, противоположно направлены и действуют по одной линии;
поверхность РО ЭФМ плоская и совершает прямолинейное поступательное движение вдоль своей плос-
С
Рис. 1
кости; работа равнодействующей силы будет равна работе составляющих равнодействующую на их перемещениях.
Предлагаемая ЭФМ взаимодействия материала с РО состоит из двух движущихся пластин 1 и 2, между которыми находится обрабатываемый материал 3 (рис. 1, а). Принципиальная схема ЭФМ аналогична ленточному прессу, у которого между движущимися под углом лентами находится обрабатываемый (уплотняемый) сыпучий материал. Различие состоит в том, что в модели ее геометрические и кинематические параметры будут преобразованы в соответствии с реальным устройством и затем проведен энергосиловой расчет этого устройства по обобщенной методике. В общем случае в ЭФМ пластины располагаются под углом Р друг к другу и могут перемещаться поступательно вдоль своей плоскости со скоростями У1 и У2. В зависимости от положения пластин (угол Р), направления и величины скоростей У1 и У2на поверхностях контакта с телом 3 будет возникать давление, которое является результатом сопротивления тела деформации при движении пластин относительно друг друга со скоростью У12. Сближение пластин с относительной скоростью У12 (рис. 1, б)
V -У2 =У12 (!)
деформирует обрабатываемый материал 3 силой Р12, которая является равнодействующей давления пластины 1 на тело 3.
На рис. 2 представлена ЭФМ и векторный треугольник скоростей. Вектор Р12 совпадает с вектором У12 (рис. 2, а).
Так как материал 3 находится в равновесии при контакте с поверхностями пластин 1 и 2, то две внешние
P12 + P21 = 0
(2)
V'
І2
cos ф, =----------.
V
г і о
(З)
Скорость У12 определяется по теореме косинусов У12 =4У? +У22-2У1У2ео8р. (4)
Нормальная составляющая У”2 = ЛБ = СЕ, или
у 12 =У^ш р (5)
Подставляем значение (4) и (5) в (3)
Рис. З
cos фІ =
V2 sin p
1 VV2 +V22 - 2V1V2 cosp
(6)
разделим числитель и знаменатель на У2 и введем отношение скоростей I = У1/У2, тогда
cos фІ =
sin p
или
ф 1 = arccos
д/i2 + 1 —2 i cosp sin p
Рис. 2
силы для тела 3 (равнодействующие Р12 и Р21) равны, противоположно направлены и действуют по одной линии:
(7)
(8)
Для поверхности 1 можно определить нормальную и тангенциальную составляющие равнодействующей Ріг (рис. 2, а):
P' = P12 cos ф 1; P1t2 = P12 sin ф 1.
Таким образом, достаточно знать направление вектора относительной скорости пластин У12, чтобы определить направление вектора равнодействующей Рі2. И наоборот, направление вектора Ріг определяет направление У12.
При известном положении точки А1 (рис. 2), через которую проходит равнодействующая Р12 (соответственно и Р21), легко определить положение вектора Р12 по углу ф1 между нормалью к поверхности 1 и направлением вектора У12.
Величину угла ф1 можно определить из векторного треугольника скоростей (рис. 1, б) по (1):
12 12 Для поверхности 2
P” = P21 cos ф2; P2t1 = P21 sin ф2.
(9)
(10)
В данном случае скорость V1 значительно больше
V2, т. е. i >--, поэтому направление векторов Р12 и
cos Р
V12 пластины 1 совпадают.
Для пластины 2 направления этих векторов противоположны. Поэтому пластина 1 требует подвода извне энергии, а пластина 2 тормозится, т. е. может отдавать энергию, которую получает от ведущей пластины 1 через обрабатываемый материал. Таким образом энергия, подводимая к пластине 1, расходуется на обработку материала и на преодоление торможения пластины 2:
(11)
где N1 - мощность, подводимая к пластине 1, Вт; N - мощность, не -обходимая на обработку материала, Вт; N2 - мощность торможения пластины 1, Вт.
Энергия, затрачиваемая на обработку материала
NCT:
N o = P12V12.
(12)
План скоростей (рис. 2, б) для ЭФМ (рис. 2, а) позволяет определить угол ф2 между вектором У12 и нормалью п2с к вектору У2 и выразить скорость У12 через скорость пластин и углы ф1 и ф2:
ф 2 = ф1 - Р (13)
У12 = ЛБ-БЄ =У1 бійф 1 - У2 бій ф2. (14)
Тогда зависимость (12) примет вид
N о = Р12 У ™ ф1 -У2 бій ф2), (15)
или с учетом (9), (10)
N о = Р1ІУ1 - Р21У2 = N1 -N2, (16)
что соответствует зависимости (11).
Для случая, когда У2 >У1 собР (і <-------) план ско-
СОБ Р
ростей ЭФМ (рис. 3) позволяет определить угол ф 2 и
У12:
ф2 =Р-ф1; (17)
У12 = ЛБ+ БС =У1 бій ф 1 + У2біи ф 2. (18)
Мощность Nо, необходимая на обработку материала (12), примет вид
N о = Р12 1 бій ф1 +У2 бій ф2), (19)
или с учетом (9), (10)
N о = Р2У1 " Р1У2 = N1 " N 2. (20)
Таким образом, энергосиловой расчет ЭФМ взаи -модействия базируется на заданных геометрических параметрах (угол Р между пластинами), кинематических (отношение скоростей пластин I = У1/У2) и положении вектора относительной скорости пластин У12 (вектора Р12). Отношение скоростей I = У1/У2 является главным фактором перераспределения мощности между пластинами при обработке материала.
ЛИТЕРАТУРА
1. Целиков А.И., Никитин Г.С., Рокотян С.Е. Теория продольной прокатки. - М.: Металлургия, 1980. - 320 с.
2. Суворов И.К. Обработка металлов давлением. - М.: Высш. шк., 1980. - 364 с.
3. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. -М.: Мир, 1989. - 510 с.
4. Громов Н.П. Теория обработки металлов давлением. -М.: Металлургия, 1978. - 361 с.
5. Бережной В.Л., Щерба В.Н., Батурин А.И. Прессование с активным действием сил трения. - М.: Металлургия, 1988. -296 с.
6. Резник А.Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов. - М.: Машиностроение, 1975.
7. Берман Ю.К., Козлов А.В. Теоретические основы прокатки высоковязких пищевых масс // Вестн. Рос. акад. сельск. хоз-ва. - 2002. - № 4.
8. Елхина В.Д., Журин А.А., Проничкина Л.П., Богачев
М.К. Оборудование предприятий общественного питания. Механическое оборудование. - М.: Экономика, 1987. - 447 с.
9. Бородянский В.П. Классификация, анализ и обобщенные методы расчета брикетировочных прессов // КубГТУ. - Красно -дар, 1996. - 71 с. - Деп. в ВИНИТИ № 133-В96.
Поступила 20.11.09 г.
MECHANICS OF INTERACTION OF MACHINE WORKING BODIES WITH THE PROCESSED MATERIAL
VP. BORODYANSKY
Kuban State Technological University,
2, Moscovskaya st., Krasnodar, 350072, ph.: (861) 275-22-79
For creation of the generalised technique of power power calculation of the devices making machining of material (pressing, crushing, cutting, grinding etc.) the elementary physical model (EPM) the real device is offered. The model consists of plates two moving and located at an angle to each other between which there is processed material. Substantive provisions and assumptions for model are considered. The design procedure considers communication of geometrical, kinematics and power parameters EPM. It is shown that the major factors defining distribution of capacity between plates of model are position of vector of relative speed of plates and the relation of their speeds.
Key words: machining of material, elementary physical model, power power calculation, generalised technique.
