CC BY
13
ОБОРУДОВАНИЕ и УПАКОВКА
Эффективность касательного напряжения
при скручивании чайного листа в роллере
Б.З. Долидзе
НИИ чая, субтропических культур и чайной промышленности (Грузия, Озургети-Анасеули)
Процесс скручивания — один из основных процессов технологической переработки чайного листа. В ходе скручивания изменяются форма чайного листа за счет раздавливания клеток, а также активные ферментационные процессы, влияющие на качество готовой продукции [1]. При переработке чайного листа скручивание в основном осуществляется в роллерах.
В связи с переходом экономики Грузии на рыночные отношения наряду с существующими большими чайными фабриками с экономической точки зрения целесообразно создание небольших чайных фабрик с малогабаритными технологическими линиями и машинами переработки чайного листа.
Уменьшение габаритных размеров оборудования не дало положительных результатов, так как выработанная продукция не отвечала требованиям качества. В связи с этим встал вопрос о создании малогабаритных технологических машин.
Настоящая статья посвящена созданию малогабаритного роллера. В литературе имеются некоторые эмпирические формулы для расчета отдельных узлов роллера, но в целом методика для расчета роллера отсутствует. Поэтому сегодня актуально создание методики расчета конструктивных и технологических параметров роллера. Для осуществления поставленной задачи были проведены теоретические и экспериментальные исследования, отдельные результаты которых приведены в работе [1].
С точки зрения механики скручивание чайного листа в роллерах — это сложный процесс. Поэтому для проведения некоторых расчетов в первом приближении его можно сравнить с кручением стержня с одним заделенным концом.
Главный скручивающий узел в роллере — пара цилиндр-стол, в центре последнего находится кювета с наклонной рифленой поверхностью. Если провести параллели, то чайная масса в цилиндре служит стержнем, а на столе с кюветой в центре крепится один конец чайной массы. Следовательно, основной скручивающий процесс происходит в пограничном слое между цилиндром и столом.
В роллерах существующей конструкции в основном используют два вида стола: стол с горизонтальной поверхностью, в центре которого находится кювета с рифами, а остальная часть имеет гладкую поверхность, и стол, имеющий наклонную поверхность с рифами. Касательное напряжение скручивания на различных поверхностях стола будет разным, следовательно, и интенсивное скручивание будет разным.
Как отмечено выше, скручивание чайного листа в первом приближении можно сравнить с кручением стержня с одним заделенным концом, поэтому для соответствующих расчетов были использованы известные методики [4].
В процессе скручивания на чайную массу действует момент скручивающих сил, который определяется по формуле
M = гст^716,
(1)
где т — касательное напряжение скручивания Н/м2; d — диаметр цилиндра, м.
Для горизонтальной гладкой и рифленой поверхности стола касательное напряжение скручивания можно рассчитать по формуле
т = G@r,
(2)
где G — модуль упругости чайной массы, Н/ м2; © — относительный угол закручивания, град; г — радиус цилиндра, м;
т, 103 H/м2
100 200 300 m, кг
Зависимость изменения касательного напряжения скручивания от массы чайного листа
4•2006
98
для наклонной поверхности:
т = G&r Бт2а/ 2, (3)
где а — угол наклона поверхности стола, град.
Для определения численного значения эффективного касательного напряжения скручивания, при котором достигается максимальное качество скручивания, эксперименты проводили на серийном роллере Б2-ЧРО-2, в котором, по мнению многих специалистов, наиболее качественно производится скручивание чайного листа.
При существующих параметрах роллера зависимость касательного напряжения скручивания от массы чайного листа приведена в виде графика (см. рисунок). Он показывает, что с увеличением массы чайного листа в роллере касательное напряжение скручивания увеличивается и его максимальное значение достигает при m = 190-220 кг листа. В дальнейшем с увеличением массы касательное напряжение и качество скручивания увеличивается, т.е. процент количества измельченного листа в общей массе возрастает, а с уменьшением массы касательное напряжение уменьшается и, как следствие, качество скручивания ухудшается, т.е. процент количества недокрученных листьев увеличивается.
Анализ экспериментальных данных показывает, что для получения качественной продукции касательное напряжение скручивания должно находиться в пределах т = 2900-3500 Н/ м2. Зная эффективное касательное напряжение, можно решить задачу создания роллера разных габаритных размеров и производительности.
Для создания малогабаритного роллера необходимое эффективное касательное напряжение скручивания чайного листа достигается манипулированием величинами внешних моментов сил, создаваемых коленчатым валом роллера. Если необходимое эффективное касательное напряжение скручивания листа с учетом действия внешних моментов не достигается, в конструкцию роллера следует добавить пресс.
С учетом вышеприведенных теоретических и экспериментальных исследований был создан малогабаритный роллер, на который получен патент [5]. Созданный роллер в настоящее время успешно эксплуатируется на малогабаритных технологических линиях производства чая.
В результате теоретических исследований в первом приближении описан процесс скручивания чайного листа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Долидзе Б. З, Гурули С.В., Кутателадзе Л.Ш. Математическое моделирование процесса скручивания чайного листа в роллере одинарного дей-ствия//Проблемы прикладной механики. 2001. № 12. С. 88-90 и др. &
