Экспериментальное исследование процесса вибросортирования рыбы Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 664.951.022

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВИБРОСОРТИРОВАНИЯ РЫБЫ К.Ю. Мельников; С.Д. Угрюмова, Дальрыбвтуз, Владивосток

Для исследования процесса вибросортирования мелких и средних типоразмеров рыб и влияния режимных характеристик, таких, как амплитуда и частота колебаний транспортирующей поверхности, разработана экспериментальная установка, приближенная к реально действующим.

Одним из важнейших вопросов, который возникает при загрузке мелкой рыбы в рабочие органы машин, является способ сортирования и перемещения рыбы на различных поверхностях транспортирования. На основе обобщения ранее проводимых научно-исследовательских работ [1, 2, 3] была выбрана принципиальная схема установки, которая включает колеблющиеся технологические поверхности (горизонтальная профилированная виброплоскость) двух уровней для выполнения различных предразделочных операций (ориентация, сортирование, транспортирование и загрузка сырья в разделочную машину). На базе этой схемы была выполнена экспериментальная установка (рис. 1).

1 17 16 15 1! 14 11

Рис. 1. Схема экспериментальной вибрационной установки: 1 - рама; 2 - опоры;

3 - насос; 4 - электродвигатель; 5 - шатун; 6 - вибровозбудитель колебаний;

7 - электродвигатель; 8 - виброметр; 9 - рейка; 10 - датчики (А, а); 11 - осциллограф; 12 - лоток; 13 - шток; 14 - весы; 15 - ориентатор; 16 - барботер; 17 - расходомер, 18 - поддон, 19 - амперметр, 20 - вольтметр, 21 - ваттметр

Экспериментальная установка для разделки мелкой и средней рыбы (сельди, песчанки) предназначена для осуществления комплекса операций по первичной обработке рыбы - продольной ориентации вдоль направления колебаний, ориентации рыбы головой вперед, разделения поступающего потока рыбы на три размерные фракции, инспекции ориентированной и разделенной по фракциям рыбы перед подачей ее в рабочие органы рыборазделочной машины.

Частота колебаний поверхностей осуществляется путем изменения числа оборотов на валу электродвигателя.

Ориентатор смонтирован на раме 1, представляет собой горизонтальную плоскость с укрепленными на ней смешанными рабочими элементами, для снижения трения в опорных узлах применяются текстолитовые планки 2. Загрузка рыбы осуществляется на лоток 12, который соединен с электронными весами ВЛКТ-160 14, где происходит ее взвешивание. Затем она попадает на ориентатор 15, на который подаются колебания от вибровозбудителя 6. Для снижения трения рыбы по лотку в процессе ее перемещения из коллектора 16 подается вода. Расход воды, подаваемой гидронасосом БГ -12-4-1 3, определяется расходомером СВК-15-3-2 17. Изменение угла наклона плоскости транспортирования регулируется тарировочной рейкой 9. Частотные характеристики машины снимаются с помощью датчиков (частотомер 0РО-8О1ОН 10, виброметр РМ-1500 8, осциллограф С1-126 11. На стенде установлены два электродвигателя АИР71В2 4, 7, которые приводят в действие шатуны 5 и шток 13. Регулировка параметров работы электродвигателей контролируется с помощью амперметра 19, вольтметра 20 и ваттметра 21. Вода, используемая для орошения рыбы, стекает в поддон 18 и утилизируется.

Конструкция узла создания колебаний опирается на подшипники скольжения и позволяет изменять амплитуду колебаний от 0 до 40 мм.

Исходя из задач, сформулированных в исследовании, для оценки особенностей процесса вибросортирования рыб при движении на горизонтально и наклонно ориентированных поверхностях производились измерения следующих величин: массы рыбы,

поступающей на ориентатор т, кг; скорости потока жидкости, истекающей из барботера №, м/с; расхода жидкости в, кг/с; плотности орошения Г, кг/м ч, представляющей собой количество жидкости, орошающей 1 пог. м поверхности в единицу времени; угла наклона колеблющейся поверхности, град; амплитуды колебаний А, мм; частоты вибрационных возмущений т, мин-1; ширины калибрующей щели Ь, мм; барометрического давления В, кПа; температуры окружающей среды tв, °С; скорости перемещения рыбы №, м/с. Пределы изменения вибрационных параметров представлены в таблице.

Параметры экспериментального исследования режимных характеристик процесса сортирования

Орошающ ая жидкость

Плотн ость орошения Г, кг/м-ч

і, °С

Да влени е Р, кПа

Проф

иль

ориентат

ора

Характеристики

Ам плиту да А, мм

Ча

т,

мин-1

Уго

л

наклона т град

Вода

пресная

морская в = 34,4 %

200н2

000

+10 н -25

101

,325

V-

образны

0;

3; 5; 7; 10; 13; 15

и-

образны

0;

3; 5; 7; 10; 13; 15

1_1-

об-

разн

ый

0;

3; 5; 7; 10; 13; 15

95

0

14

50

20

00

29

50

95

0

14

50

20

00

29

50

95

0

14

50

20

00

29

50

0, 7,10, 15, 20, 25, 30

0, 7,10, 15, 20, 25, 30

0, 7,10, 15, 20, 25, 30

Прежде чем начались основные опыты, установка была приспособлена для проведения опытов на горизонтально ориентированной поверхности. Цель этих опытов - проверить правильность выбранной методики и надежность работы измерительной аппаратуры путем сопоставления результатов с данными других исследователей [4]. При этом ставилась задача установить вид основных зависимостей: скорости перемещения от амплитуды и частоты колебаний сортирующего органа, угла наклона и формы калибрующей щели и вида рыбы, времени перемещения рыбы по ориентатору. Опыты проводились как при возрастающих вибрационных параметрах и плотности орошения, так и убывающих значениях этих величин. Обработанные данные представлены на рисунках 2, 3.

Исследования позволили сделать вывод, что имеется определенный резерв увеличения производительности перемещения за счет повышения эффективности процесса передачи скорости от

рабочего органа перемещаемой среде (рыбе), т.е. следует повышать интенсивность колебаний (частоту, амплитуду) до пределов, обеспечивающих устойчивые режимы (безотрывные) виброперемещения.

Одним из основных критериев, определяющих оптимальный режим работы, является критерий минимальных энергозатрат на привод вибрационной установки. В данном случае при оценке эффективности виброобработки исходили из требований достижения минимума ускорения рабочего органа как наиболее общего и существенного условия эффективности режима работы. Исследования показали, что коэффициент передачи скорости в области невысоких режимов вибрации (частота т не более 400 мин-1) практически прямопропорционален увеличению амплитуды колебаний, т.е. правильный выбор угла наклона поверхности способствует увеличению производительности вибротранспортирующей машины. ш, м/с

Рис. 2. Зависимость скорости перемещения сельди по щели от максимального ускорения колебаний сортировочной решетки: 1 - р = 10°; 2 - р = 15°; 3 - р = 18°; 4 - р = 20°

f, f

0,5

0

200 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 Г, кг/мч

Рис. 3. Зависимость кинетического коэффициента трения сельди (тихоокеанской) от плотности орошения поверхности (а - головой вперед; б - хвостом вперед): 1 - по поверхности из нержавеющей стали; 2 - по поверхности из оргстекла Движение рыбы по сортирующей щели различного профиля, орошаемой как пресной, так и морской водой при изменяющейся плотности орошения представлено в координатах:

Исходя из теоретического описания механизма движения тушки рыбы по сортировочной щели, скорость продвижения пропорциональна ускорению колебаний сортировочной решетки и возрастает при увеличении плотности орошения вибрирующей поверхности. Суммарная скорость продвижения представлена формулой [5]

1. w = f(Г) при

= const j S = 34,7%0 S = const 1 пРесная воДа

m = const j с — ЪА 7°/nn

2. w = f(Аа>2) при

S = 34, 7%

w Пл + wB + w П

,2

прот

, м/с

(1)

где Шпл - скорость поступательного движения; м/в - вибрационная скорость; Шпрот - скорость проталкивания.

Как показали визуальные наблюдения процесса перемещения рыбы, можно наблюдать два периода перемещения: устойчивое при плотности орошения до 1750 кг/м-ч и второй период, который характеризуется срывом тушки с поверхности.

Экспериментальные исследования проводились в пределах следующих параметров:

А - амплитуда колебаний (0 + 15), мм; т - частота колебаний (0 + 70), с-1;

Г - плотность орошения (0 + 2000), кг/м-ч; ср - угол наклона поверхности (0 + 25), град;

П - профиль сортирующей щели ^-образный, и-образный, I 1-образный);

т - масса рыбы (0,04 + 0,14), кг;

Б - соленость морской воды 34,4, %о.

Степень влияния плотности орошения поверхности, по которой движется тушка рыбы, на скорость в зависимости от профиля калибрующей щели, концентрации орошаемого раствора, угла наклона поверхности представлена в виде графической зависимости (рис. 4).

Ранее установлено [4], что основными факторами, влияющими на скорость перемещения рыбы в щели, являются: ускорение

колеблющейся решетки Ат2, масса рыбы т, угол наклона решетки р, плотность орошения Г, форма калибрующей щели:

м = В(Ат2)”1, р”2, Г”3, т”4, Б”5

(2)

к Д /й

0,7

1 1а

// // // / / / / 2

// / / / / 3 -Л" -—"

- —'—

3а

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2500Г, кг/м-ч

Рис. 4. Зависимость скорости перемещения сельди (тихоокеанской) от плотности орошения: 1) 1 - v-образный профиль; 2 - и-образный профиль;

3 -Ы -образный профиль (р = 18°; пресная вода; о — 50 с-1);

2) 1а - v-образный профиль; 2а - и-образный профиль;

3а - и -образный профиль (р = 18 ; 3 — 34,7%о| о — 50 с )

Обработка экспериментальных данных, представленных в виде графических зависимостей, позволила получить ряд эмпирических зависимостей скорости от перечисленных выше факторов.

Расчетная зависимость скорости от перечисленных факторов имеет вид:

№ = 3,1 • 10-3(Ао2 )1,1 • т°,2 • р°,34 • Г0 6 • Б-°18. (3)

Анализ зависимости (3) и результатов эксперимента позволил сделать вывод, что решающее влияние на величину скорости перемещения оказывают вибрационные параметры и плотность

орошения и в меньшей степени угол наклона, масса тушки и соленость воды.

Библиографический список

1. Бриль С.И. Загрузочные устройства рыбообрабатывающих машин. Конструкция, теория, расчет. М.: Пищ. пром-сть, 1980. 184 с.

2. Гончаревич И.Ф., Урьев Н.Б., Телейсник М.А. Вибрационная техника в пищевой промышленности. М.: Пищ. пром-сть, 1977. 278 с.

3. Поспелов Ю.В. Вибрационное перемещение рыб по плоскости, совершающей горизонтальные гармонические колебания // Изв. ТИНРО. Владивосток, 1971. Т. 75. С. 172-193.

4. Смирнов П.Д. Сортирование рыбы в механизируемом производстве. Калининград: Калининградское книжное изд-во, 1976. 72 с.

5. Угрюмова С.Д., Кучеренко Л.В. Исследование эффекта вибрации в теплообменных процессах. М.: ГУПБ, 2002.