CC BY
18
_05.20.00 ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ_
05.20.02 УДК 637.02
ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СВЧ-УСТАНОВКИ С ПЕРЕДВИЖНЫМИ РЕЗОНАТОРАМИ ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ ВОЛОСЯНОГО ПОКРОВА СО ШКУР КРОЛИКОВ В НЕПРЕРЫВНОМ РЕЖИМЕ
© 2018
Евгений Анатольевич Шамин, кандидат экономических наук, доцент, и. о. директора филиала «Институт пищевых технологий и дизайна» Галина Владимировна Новикова, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник Марьяна Валентиновна Белова, доктор технических наук, научный сотрудник Ольга Валентиновна Михайлова, доктор технических наук, профессор кафедры «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино (Россия)
Аннотация
Введение: волосяной покров, собранный со шкур кроликов, является ценным сырьем для легкой промышленности, и от способа сбора во многом зависит качество пушно-мехового изделия. Известно, что при тепловой обработке шкуры кроликов сила удерживаемости волокон пуха в дерме и волосяных луковицах уменьшается, и сбор их облегчается. Поэтому целью настоящей работы является исследование динамики диэлектрического нагрева шкуры и разработка микроволновой установки, обеспечивающей ослабление силы удерживаемости волосяного покрова в дерме кожи шкур кроликов.
Материалы и методы: теоретические исследования проводились на основе анализа электрофизических параметров сырья и с использованием математических аппаратов, а также теории электромагнитного поля сверхвысокой частоты.
Результаты: получена математическая модель динамики нагрева кожи с мездровой тканью в электромагнитном поле сверхвысокой частоты при изменении электрофизических параметров и неравномерности распределения электрического поля в сырье.
Обсуждение: разработана микроволновая установка с цилиндрическими передвижными резонаторами для отделения волосяного покрова со шкур кроликов при смачивании в рассоле. Она содержит внутри цилиндрического экранирующего корпуса диэлектрический барабан с цилиндрическими отсеками по периферии, внутри которых установлены цилиндрические резонаторы. Нижними основаниями резонаторов служит неферромагнитный диск. Каждый резонатор в цилиндрическом отсеке перемещается в процессе вращения диэлектрического барабана с помощью электродвигателя, занимая место под загрузочным отверстием, в рассоле, под излучателями сверхвысокочастотных генераторов, под пневмопроводом, над выгрузным отверстием.
Заключение: разработанная установка обеспечивает в процессе воздействия ЭМПСВЧ ослабление силы удерживаемости волосяного покрова в коже, мездровая сторона которой вымочена рассолом, при температуре нагрева сырья до 50-55 °С.
Ключевые слова: динамика нагрева кожи, диэлектрический барабан, диэлектрические правилки, ослабление силы удерживаемости волосяного покрова, передвижные цилиндрические резонаторы, пневмопровод, сверхвысокочастотные генераторы, экранирующий корпус, электрофизические параметры шкуры кроликов.
Для цитирования: Шамин Е. А., Новикова Г. В., Белова М. В., Михайлова О. В. Исследование и обоснование параметров СВЧ-установки с передвижными резонаторами для отделения волосяного покрова со шкур кроликов в непрерывном режиме // Вестник НГИЭИ. 2018. № 3 (82). С. 38-51.
RESEARCH AND SUBSTANTIATION OF PARAMETERS OF MICROWAVE INSTALLATION WITHMOBILE RESONATORS TO SEPARATE THE HAIR COVER WITH THE SKINS OF RABBITS IN CONTINUOUS MODE
© 2018
Evgeniy Anatolievich Shamin, Ph. D. (Economics), associate professor, Acting director of the branch «Institute of food technologies and design» Mariana Valentinovna Belova, Dr. Sci. (Engineering), researcher Galina Vladimirovna Novikova, Dr. Sci. (Engineering), Professor, chief researcher Olga Valentinovna Mikhailova, Dr. Sci. (Engineering), Professor of the chair
«Info communication technologies and communication systems» Nizhny Novgorod state engineering-economic University, Knyaginino (Russia)
Introduction: hair collected from the skins of rabbits, is a valuable raw material for light industry, and the method of collection depends largely on the quality fur products. It is known that the heat treatment of the skins of rabbits, the power of odarivaemogo fibers down to the dermis and hair follicles is reduced, and collecting them easier. Therefore, the aim of the present work is the study of the dynamics of dielectric heating of the skin and development of microwave installation, ensuring the reduction in the strength of odarivaemogo hairline in the dermis of the skin skins of rabbits. Materials and methods: theoretical studies were carried out on the basis of analysis of electro physical parameters of materials and with use of mathematical apparatus, the theory of the electromagnetic field of ultrahigh frequency. Results: the mathematical model for the dynamics of heat the leather with hide a tissue in an electromagnetic field of ultrahigh frequency at change of the electro physical parameters and uneven distribution of the electric field in the material. Discussion: developed microwave unit with a movable cylindrical resonators for separating hair from skins of rabbits, soak in the brine. It contains the inside of the cylindrical shielding body of the dielectric drum with a cylindrical compartments on the periphery, inside of which is installed a cylindrical resonator. There are lower bases of the resonators is non-ferromagnetic disk. Each resonator in the cylindrical compartment is moved during the rotation of the dielectric drum by an electric motor, occupying the space below the charging hole, in brine, under the emitters of microwave generators, under the pneumatic conduit above the discharge opening.
Conclusion: the developed unit provides the process of the impact of APPSVC reduction in the strength of retention hairline in the skin, hide side of which is soaked with brine at a temperature of heating the raw material to 50-55 °C. Key words: dynamics of the heating of the skin; a dielectric drum; a dielectric rules; weakening of the power of retention hairline; a movable cylindrical resonators; a pneumatic conduit; ultra-high frequency generators; the shielding case; electro physical parameters of the skins of rabbits.
For citation: Shamin E. A., Belova M. V., Novikova G. V., Mikhaylova O. V. Research and substantiation of parameters of microwave installation with mobile resonators to separate the hair cover with the skins of rabbits in continuous mode // Bulletin NGIEI. 2018. № 3 (82). P. 38-51.
Abstract
Известно, что при тепловой обработке шкуры кроликов сила удерживаемости волокон пуха в дерме и волосяных луковицах уменьшается, и сбор их облегчается. Но при превышении температуры нагрева кожи и ее продолжительности увеличивается повреждение кожи и ухудшается товарный вид волосяного покрова. Поэтому тепловую обработку сырья следует проводить при оптимальном режиме, обеспечивающем достаточное ослабление удержи-ваемости волосяного покрова в дерме и не вызывающем ухудшения их качества. При этом дейст-
Волосяной покров, собранный со шкур кроликов, является ценным сырьем для легкой промышленности, и от способа сбора во многом зависит качество пушно-мехового изделия [18; 19].
Введение
вию тепла избирательно подвергаются не только эпидермис, дерма и подкожный слой жира, но и луковица волос. Эффективность воздействия ЭМПСЧ определяется температурой нагрева дермы и подкожного слоя, где расположены луковицы волос. Основную часть массы шкуры кроликов составляет масса волосяного покрова. Отношение массы волос к массе мездры у шкурок 1 сорта составляет 2:1. Шкуры кроликов «Белый великан» имеют на единицу площади наибольшую массу, обладают наибольшей длиной волосяного покрова. Волосяной покров кроликов мясо-шкуровых пород содержит от 30 до 50 % пуховых волос.
В настоящее время в фермерских хозяйствах шкуры кроликов после съемки сразу утилизируют или направляют в цеха по производству белковых
кормов, так как очень низкий сбыт обработанных в условиях хозяйств шкур. Поэтому наша технология ориентирована на отделение волосяного покрова от вымоченной в солевом рассоле кожи шкур кроликов в процессе воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты и использование пуха как ценного сырья.
Материалы и методы Использован комплекс существующих методов исследования, в том числе: программа CST Microwave Studio для трехмерного моделирования резонаторной камеры с вычислением параметров электродинамической системы. Теоретические исследования проводились на основе анализа электрофизических параметров сырья и с использованием математических аппаратов, а также теории электромагнитного поля сверхвысокой частоты. Пространственное изображение установки выполнено в программе Компас-3D V17. Определение закономерностей отделения волосяного покрова от шкур кроликов проведено на основе дифференциального уравнения по методике К. К. Пономарева. Сырьем для исследования являются шкуры кроликов породы «Белый Великан».
Результаты и обсуждение
Для обоснования конструкционно-технологических параметров и режимов работы микроволновой установки проанализировали электрофизические параметры кожи, мездровой ткани и волосяного покрова кроликов (рис. 1-5).
Известно, что интенсивность нагрева сырья, выраженную через электрическую мощность, можно регулировать, изменяя параметры электрического поля. Более влажные составляющие компонентов сырья обладают большими значениями фактора потерь. Волосяной покров не содержит заметного количества влаги, характеризуется малыми значениями фактора потерь. Для нагрева такого диэлектрика необходимо электромагнитное поле сантиметрового диапазона и высокая напряженность электрического поля. Из-за вероятности пробоя рекомендуется работать при напряженности меньше половины пробивной напряженности, т. е. 15 кВ/см. Возможность концентрировать большие мощности в малых объёмах сырья, избирательно нагреть сырье и регулировать заданный температурный режим, автоматизировать технологический процесс - все эти преимущества способствуют применению энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) для обработки шкур кроликов. Как правило, тангенс угла диэлектрических потерь существенно увеличивается
при повышении температуры (рис. 2, 3). Таким образом, в связи с возрастанием тангенса угла диэлектрических потерь условия работы изоляции будут более тяжелыми при высоких температурах. Этот рост вызван повышением как проводимости сквозного тока, так и проводимости тока абсорбции [12]. Диэлектрические потри, обусловленные дипольным механизмом, получают максимальное значение при некоторой определенной температуре. Повышение температуры и связанное с ним снижение вязкости жировой ткани оказывают воздействие на потери вследствие трения диполей.
Эмпирические выражения, описывающие зависимость диэлектрической проницаемости, фактора потерь составляющих шкуры кролика, приведены в таблице 1. Исследованы диэлектрические параметры составляющих сырья для определения возможности ослабления силы удерживаемости пуха в коже при определенной дозе воздействия ЭМПСВЧ. Знание диэлектрических параметров сырья в широком диапазоне частот и температур необходимо для разработки моделей взаимодействия ЭМПСВЧ с сырьем, т. е. для научной основы процесса.
В связи с тем, что ослабления силы удержи-ваемости волосяного покрова осуществляется за счет диэлектрического нагрева шкуры, мездровая сторона которой вымочена рассолом, поэтому анализировали изменение диэлектрических параметров рассола от концентрации (рис. 5) и температуры нагрева (рис. 6). Анализ показывает, что они изменяются по экспоненциальному закону. Известно, что температура влияет на самые разнообразные свойства: электрические параметры, вязкость, способность вступать в химические реакции и т. п. Нагрев пушно-мехового сырья в ЭМПСВЧ можно оценить в результате анализа его диэлектрической проницаемости, фактора потерь, глубины проникновения их частотной и температурной зависимости [12].
Эффект объемного нагрева при тепловой обработке сырья в ЭМПСВЧ достигается благодаря проникновению поля на значительную глубину. При известной глубине проникновения можно рассчитать форму сырья в зависимости от требований технологического процесса и параметров электромагнитного поля.
Глубина проникновения электромагнитного поля длиной волны 12,24 см в кожу в среднем составляет 1,7 см. С повышением температуры глубина проникновения ЭМПСВЧ изменяется, так как изменяются диэлектрические параметры сырья [12].
а)
сг
I Ё
в- £4
fi s
а
О 500 1000 1500 2000 2500 3000
Частота ЭМП, МГц / Frequency electromagnetic fields. MHz
б)
о .ев
о -J
■а а а н о В S. о н
и
ев
10
0,1
© 0,01
в) 30
•s
а
£
4
5 ч:
25 20 15 10
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Частота ЭМП, МГц / Frequency electromagnetic fields, MHz
28,5
■s
H
y = 8,0808ln(x) + 8,4683
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Длина волны, см / Wavelength, cm
г)
и Ь
s ! s
g S -Я
&Р
а
н X и
- 5 ^ 11 за
ss «5 й
■б U
I ^
A U
•s:
и
40 35 30
Е 25
J 20
S 15 ~ 10 5 0
40 J
y 0, 03 9x <0 58
/ /
/ /
/ /
0 ,3 V/ /
77 2, 8
0, 89
10 100 1000 10000
Частота ЭМП, МГц / Frequency electromagnetic fields, MHz
100000
Рис. 1. Электрофизические параметры шкуры кролика от частоты: а) диэлектрическая проницаемость компонентов шкуры; б) фактор потерь компонентов шкуры; в) диэлектрическая проницаемость кожи; г) электрическая проводимость Fig. 1. Electrophysical parameters of rabbit skin from the frequency: a) dielectric permeability of the components of the skin; b) the loss factor of the components of the skin; c) dielectric permeability of the skin; g) electrical conductivity
1
5
0
1
2
я я
а ? в я
В •=
я В X S
5 S
£1=4
6
н X
V
£ =
ч:
35 30 25 20 15
28 28'5
y = 27,7e0'0029x - 5e0,0026x
30
32 ,2
31
33
y = 5ec
10 5 ♦
y = 2,73e°,°025x 5 5,15
♦ жир / fat
Я кожа / skin
А пух --/ the pooh
5,25 „5.35 5,55 -,- 5,75 5,8
"27"
2,8
-29-
-2t95-
-ЭЯ-
3,15
0
10 20 30 40 50
Температура, °С / Temperature, °C
60
70
Рис. 2. Зависимость диэлектрической проницаемости шкуры кролика от температуры нагрева при частоте 2 450 МГц Fig. 2. The dependence of the dielectric constant of the skins of rabbit from the heating temperature at a frequency of 2 450 MHz
r
о
Ъ
a
о -J
■a
р
е т
о
п р
о
т
И
а
©
18 16 14 12 10 8 6 4 2
12
0,
0 -0
0,12
= 15e'
12
12e°-c
0,1
028x
1e
x пух
/ fluff
кож
а /
,13
жирова
skin
1я ткань
14
/a
dipos
e tiss 0,
15
ue
10
50
60
20 30 40
Температура, °С / Temperature, °C
Рис. 3. Зависимость фактора потерь шкуры кролика от температуры нагрева при частоте 2 450 МГц Fig. 3. The dependence of the loss factor of the skins of rabbit from the heating temperature at a frequency of 2 450 MHz
eg
s
e
Q
-
и j
т
о о s
т
о
Ч
В
1040 1020 1000 980 960 940 920 900 880 860 840
10 20 J
99 0
r = 1 01 3 e- 0,0 3x
95 0
0
89
86 0
10 20 30 40 50
Температура, °С / Temperature, °C
60
Рис. 4. Изменение плотности кожи в процессе нагрева Fig. 4. The change in the density of the skin in the heating process
3
0
y
y
,00
y
0
Таблица 1. Электрофизические параметры шкуры кролика Table 1. Electrophysical parameters of the skins of rabbit
Фактор потерь / Loss factor
Диэлектрическая проницаемость / Dielectric permeability
Пух / Fluff
Жировая ткань / Adipose tissue Кожа / Skin
К = 15 е0'0027Т К = 0,11 е0'0072Т К = 12 е°,°028Т
е = 2,73-е е = 27,7-е'
0,0025Т
0,0029Т
е = 5е
0,0026Т
70
^ 60
S а
н
<и •- 50 « 50
a ts — я
s
в g 40
S a. В .a
a- £ 30
S aj H .Si
% О 20
4 s
4 10 0
60 q
50 1,2
y 7 0,3 3e -0,1 5x
-Ф- д иэ ie <ГР ич ес кая п ро н. / pe rm itti vit y 35 ,3 29 ,3
ф ак ГО| э п от< зрь / los s f act or
7 y 3,4 61 e-0 22x
5 3, 1 2,4 1
0
6
12345 Концентрация рассола, моль/л / Brine concentration, mol / l
Рис. 5. Изменение диэлектрических параметров рассола в зависимости от концентрации соли Fig. 5. The change in the dielectric properties of brine depending on the salt concentration
90
^ 80 S
р
т 70
е r 70
а et ар em60 В св
1 ^ 50
В .a е ri
E 3 40 s 35 р le т ie
3 О 30 £ 20 10 0
78 ,3 ,3 9e -0,0 0x
Ф- H y y 1
76 ,2 76 7 5 2, 7 0,2 6
6, 7
ди эл ек Гр и че ск ая п ро ни 1Ц / pe rn lit tiv ity / 63 ,2
фа кГ ор п оГ ер 3b / o: ;s fa to r
23 1 6,7 7
12 ,3 8," г 6 3 4,5 y 22 ,7 3, e-0 7 ,03 x
ч 1
0
10
60
70
20 30 40 50
Температура, °С / Temperature, °C
Рис. 6. Изменение диэлектрических параметров рассола в зависимости от температуры нагрева
Fig. 6. The change in the dielectric properties of brine depending on the temperature
4000
t 3500
a
e
М
^ 3000
I ^
и ел 2500 2000
н 'S3 о ss
§ 3 1500 ем
о
В 1000 е Т
500
0
10
60
70
20 30 40 50
Температура, °С / Temperature, °C
Рис. 7. Изменение теплоемкости компонентов шкуры в процессе нагрева Fig. 7. The change in the heat capacity of the components of the skins in the heating process
Сырье большой влажности отличается по своим диэлектрическим свойствам от тканей, имеющих малую влажность. Зависимость диэлектрических характеристик (диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь, фактор потерь) кожи кролика в зависимости от частоты электромагнитного поля (рис. 1) носит сложный характер, так как при капиллярно-пористой структуре ткани формы связи влаги весьма разнообразны. В СВЧ-диапазоне важными являются потери релаксации из-за дипольных потерь свободной влаги [12]. В связи с тем, что теплоемкость, электрофизические параметры кожи, мездровой ткани, волосяного покрова существенно отличаются, скорость нагрева их также отличается. Поэтому анализ зависимости электрофизических параметров от температуры позволяет оценить возможность ослабления силы удерживаемости волосяного покрова в дерме кожи. Ниже приведено решение для получения математической модели динамики нагрева кожи с мездрой, с учетом изменения электрофизических параметров составляющих в процессе нагрева.
Эмпирическое выражение, описывающее изменение теплоемкости компонентов шкуры кроликов в процессе нагрева (рис. 7):
„ г^ -1С.С.П с. -0,004Т
- мездры С = 3667,6-е , ;
" /-Ч т л 1 г п -0,003Т
- кожи с мездрой С = 2416,9-е , ;
- кожи С = 1031,8-е0,ш3Т (1)
Эмпирическое выражение, описывающее изменение плотности кожи в процессе нагрева:
р = 1013,7-е"0,003Т. (2)
Для получения математического уравнения, описывающего динамику нагрева кожи при изменении диэлектрических параметров, составим выражение, описывающее зависимость скорости нагрева (ДТ/Дт, оС/с) от напряженности электрического поля (Е, В/м), диэлектрических параметров (е, tgS), плотности (р) и теплоемкости (С) кожи:
АТ = 2-ж-/- Е2-£{Т)• tgS{Т}п_ 2-ж-/■ Е2-у к{Т)-у (3) Ат" р{Т) - С {Т) ~ р{Т) - С {Т) '
где ДТ - приращение температуры, С/с; Ат - продолжительность воздействия ЭМПСВЧ, с; С(Т) -изменение удельной теплоемкости кожи с мездровой тканью, Дж/кг-°С; / - частота электромагнитного поля, с-1; ео - диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м; Е - напряженность электрического поля, В/м; е (Т) - изменение диэлектрической проницаемости кожи с мездровой тканью в процессе диэлектрического нагрева; tgS (Т) - изменение тангенса угла диэлектрических потерь кожи с мездровой тканью в зависимости от температуры нагрева; к (Т) - изменение фактора потерь кожи с мездровой тканью, р (Т) - изменение плотности кожи с мездрой, кг/м3; п - термический КПД.
Проинтегрировав уравнение, получили зависимость Т = / (т), при постоянных значениях напряженности электрического поля Е и КПД установки. Математическое выражение, описывающее динамику нагрева кожи с мездровой ткнью: 1п(0,00587-10~6-Е2-у-т) о
Т --
0,088
0С.
(4)
Графики, полученные на основании уравнения (4), приведены на рисунке 8.
70 60
0
10
50
60
20 30 40
Подолжительность, с / Duration, s
Рис. 8. Динамика нагрева кожи с мездровой тканью шкур кроликов при напряженностях электрического поля:
1 - 0,2 кВ/см; 2 - 0,25 кВ/см; 3 - 0,3 кВ/см Fig. 8. Dynamics of the heating of the leather hide fabric skins of rabbits when the external electric field:
1 - 0,2 kV/cm; 2 - 0,25 kV/cm; 3 - 0.3 kV/cm
70 65 60 55 50 45 40 35 30
С C
а re р ur
у ut
т ta
- •_
a «
« a пе pm
« a е
еТ T
65
84 60, 02
75
45 y 3, 67e 0,0 01x
40
100 150 200 250 300 350
Напряженность эл. поля, В/см / The tension El. field, V/cm
400
Рис. 9. График влияния неравномерности распределения электрического поля на температуру нагрева сырья при продолжительности воздействия 60 с Fig. 9. Graph of the influence of uneven distribution of the electric field on the heating temperature of raw materials at the duration of 60 s 70
С C
,а re р ur
у ut
т ta - •_
a « рпе pem
§ S е
еТ T
65 60 55 50 45 40 35 30
y = 17,65x0'194 ,84
0
100 200 300 400 500 600 700 Энергетическая доза, (В/м)2 с / Energy dose, (W / m)2 s
Рис. 10. Зависимость температуры нагрева кожи с мездровой тканью
от энергетической дозы воздействия ЭМПСВЧ на шкуру кролика Fig. 10. The dependence of the heating temperature of the leather hide cloth from the energy dose of exposure to EMF microwave on the skin of a rabbit
800
Из существующих источников оценивали продолжительность воздействия, температуру и скорость нагрева компонентов сырья [1; 2; 3]. Анализированы существующие резонаторные камеры, обеспечивающие непрерывность технологического процесса воздействия ЭМПСВЧ [4; 5; ,6; 7; 8; 9; 10; 11].
Обсуждение
Технической задачей является разработка микроволновой установки, обеспечивающей за счет воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) ослабление силы удерживаемо-сти волосяного покрова в дерме шкур кроликов, мездровая сторона которых увлажняется рассолом в процессе передвижения цилиндрических резонаторов [13; 14; 15; 16; 17]. Микроволновая установка (рис. 11) расположена на монтажной стойке 10 под регулируемым углом наклона. Установка содержит цилиндрический экранирующий корпус 1, внутри которого соосно установлен диэлектрический барабан 2 с цилиндрическими отсеками. Внутри отсеков соосно установлены цилиндры без оснований, соприкасающиеся с диском 4 из неферромагнитного материала и верхним основанием экранирующего корпуса, образуя цилиндрические резонаторы 3. Этот диск 4 имеет отверстие для выгрузки диэлектрической правилки 8 и служит нижними основаниями резонаторов 3. Диск 4 расположен соосно и стационарно на основании экранирующего корпуса 1, имеющего выгрузное отверстие под цилиндрическим отсеком диэлектрического барабана 2 и отверстием на диске 4. На нижнем основании экранирующего корпуса 1 имеется сливной патрубок 9. Диэлектрический барабан вращается от электродвигателя, расположенного на монтажной стойке 10. На верхнем основании 5 экранирующего корпуса 1, имеющем загрузочное отверстие над цилиндрическим резонатором 3, по периметру расположены сверхвысокочастотные генераторы с излучателями 6, а также пневмопровод 7.
Диаметр цилиндрического резонатора 3 больше диаметра нижнего основания правилки 8. Угол наклона экранирующего корпуса 1 регулируется для обеспечения погружения резонатора 3 с правилкой 8 в рассол. В экранирующий корпус 1 заливается рассол через загрузочное отверстие и поддерживается до определенного уровня для погружения в него диэлектрической правилки со шкурой. Каждый цилиндрический резонатор в ци-
линдрическом отсеке перемещается в процессе вращения диэлектрического барабана 2 с помощью электродвигателя. Вместе с резонатором перемещается правилка со шкурой, занимая последовательно место под загрузочным отверстием в рассоле, под излучателями 6 сверхвысокочастотного генератора, под пневмопроводом, над выгрузным отверстием.
Процесс сбора волосяного покрова со шкур кроликов в микроволновой установке, обеспечивающей ослабление силы удерживаемости пуха в волосяных луковицах за счет диэлектрического нагрева кожи, мездровая сторона которой вымочена в рассоле, происходит следующим образом.
Установить экранирующий корпус под наклоном на определенный угол. Натянуть шкуры кроликов на диэлектрические правилки 8, мездровой стороной наружу. Залить рассол определенной концентрации внутрь экранирующего корпуса 1 через загрузочное отверстие, имеющееся на верхнем основании 5, до определенного уровня и поддерживать этот уровень в течение непрерывного технологического процесса. Рассол следует залить до такого уровня, чтобы правилки погружались при вращении барабана, он не выливался с выгрузного отверстия. Включить электродвигатель диэлектрического барабана 2. При этом цилиндрические резонаторы 3, расположенные в отсеках барабана, перемещаются. Направить каждую диэлектрическую правилку 8 с натянутой шкурой через загрузочное отверстие, имеющееся на верхнем основании 5 экранирующего корпуса 1, в соответствующий цилиндрический резонатор 3, так чтобы нижнее основание правилки 8 не коснулось внутренней стенки верхнего основания корпуса. При этом верхнее основание правилки 8 со шкурой соприкасается с диском 4. Далее включить сверхвысокочастотные генераторы, излучатели 6 которых направлены в резонаторные камеры для обеспечения в них электромагнитного поля сверхвысокой частоты.
В процессе вращения диэлектрического барабана 2 цилиндрические резонаторы со шкурой на правилках погружаются в рассол. Мездровая сторона шкуры смачивается рассолом, способствующим разрушению луковиц. Далее шкура попадает под воздействие электромагнитного поля сверхвысокой частоты, когда цилиндрические резонаторы окажутся под излучателями 6 сверхвысокочастотного генератора.
г)
Рис. 11. Микроволновая установка с цилиндрическими передвижными резонаторами для отделения волосяного покрова со шкур кроликов при смачивании в рассоле: а) общий вид в разрезе; б) общий вид без верхнего основания корпуса; в) передвижные цилиндрические резонаторы; г) диэлектрический барабан: 1 - цилиндрический экранирующий корпус; 2 - диэлектрический барабан на валу с цилиндрическими отсеками; 3 - цилиндрические резонаторы, основаниями которых служат верхнее основание экранирующего корпуса и неферромагнитный диск; 4 - диск из неферромагнитного материала; 5 - верхнее основание экранирующего корпуса; 6 - излучатели сверхвысокочастотных генераторов; 7 - пневмопровод; 8 - диэлектрические правилки; 9 - сливной патрубок; 10 - монтажная стойка Fig. 11. Microwave unit with cylindrical movable resonators for separating the hair from the skins of rabbits when wetted in brine: a) general view in the section; b) general view without the upper base of the body; c) movable cylindrical resonators; d) dielectric drum: 1 - cylindrical shielding housing; 2 - dielectric drum on the shaft with cylindrical compartments; 3 - cylindrical resonators, the bases of which are the upper base of the shielding housing and non-ferromagnetic disk; 4 - a disk of non-ferromagnetic material; 5 - the upper base of the shielding housing; 6 - emitters of ultrahigh frequency generators; 7 - pneumatic; 8 - dielectric rules; 9 - drain pipe; 10 - mounting rack
Кожа, смоченная рассолом определенной концентрации, эндогенно нагревается до температуры, обеспечивающей ее смягчение, расширение пор, разрушение волосяных луковичек. Отраженные волны за пределами цилиндрических резонаторов замыкаются в рассоле, и таким образом обеспечивается ограничение излучений через отверстия, предназначенные для приема правилки со шкурой и выгрузки правилки с обезволашиванной шкурой.
Заключение
На основе анализа электрофизических параметров составляющих сырья получена математическая модель динамики нагрева кожи с мездровой тканью, которая позволяет оценить возможность ослабления силы удерживаемости волосяного покрова в дерме кожи.
Предлагаемая микроволновая установка, работающая в непрерывном режиме, в процессе ЭМПСВЧ на шкуру кроликов, мездровая сторона которой смочена рассолом определенной концентра-
ции, обеспечивает смягчение кожи, расширение пор, быстрое разрушение волосяных луковичек и сбор освобожденного волосяного покрова с помощью пневмонасоса. Удерживаемость волосяного покрова ослабляется при температуре кожи 50...60 °С. Пух следует удалять сразу же после обработки.
Разработана микроволновая установка с цилиндрическими передвижными резонаторами для отделения волосяного покрова со шкур кроликов при смачивании в рассоле. Она содержит внутри цилиндрического экранирующего корпуса диэлектрический барабан с цилиндрическими отсеками по периферии, внутри которых установлены цилиндрические резонаторы. Нижними основаниями резонаторов служит неферромагнитный диск. Каждый резонатор в цилиндрическом отсеке перемещается в процессе вращения диэлектрического барабана с помощью электродвигателя, занимая место под загрузочным отверстием, в рассоле, под излучателями сверхвысокочастотных генераторов, под пневмопроводом, над выгрузным отверстием.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Белова М. В., Зиганшин Б. Г. Повышение эффективности функционирования многомодульных агрегатов для агроинженерных // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2013. № 3 (29). С.49-52.
2. Белова М. В., Новикова Г. В., Михайлова О. В. Определение продолжительности переработки сырья в электромагнитном поле сверхвысокой частоты // Естественные и технические науки. 2015. № 6. С. 510-513.
3. Белова М. В. Конструктивные особенности резонаторов сверхвысокочастотных установок для термообработки сырья в поточном режиме // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2015. № 4 (38). С. 31-37.
4. Жданкин Г. В., Новикова Г. В. Разработка сверхвысокочастотной установки для термообработки непищевых боенских отходов // Пермский аграрный Вестник. 2017. № 4 (20). С. 54-64.
5. Жданкин Г. В., Новикова Г. В., Зиганшин Б. Г. Разработка рабочих камер сверхвысокочастотных установок для термообработки непищевых отходов мясного производства // Вестник Ижевской ГСХА. 2017. № 1 (50). С. 61-69.
6. Жданкин Г. В., Сторчевой В. Ф., Зиганшин Б. Г., Новикова Г. В. Разработка и обоснование параметров многоярусной сверхвысокочастотной установки для термообработки влажного сырья в непрерывном // Научная жизнь. 2017. № 4. С. 4-14.
7. Жданкин Г. В., Зиганшин Б. Г., Белова М. В. Разработка и обоснование параметров СВЧ-установки со сферическим резонатором для термообработки боенских отходов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2017. № 2 (44). С. 90-98.
8. Жданкин Г. В., Сторчевой В. Ф., Новикова Г. В. Разработка и обоснование параметров центробежной установки для термообработки боенских отходов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2017. № 2 (44). С. 75-85.
9. Новикова Г. В., Зиганшин Б. Г., БеловаМ. В. Электродинамический анализ резонаторов, используемых в сверхвысокочастотных установках // Естественные и технические науки. 2015. № 6. С. 286-288.
10. Новикова Г. В., Белова М. В. Резонаторы, обеспечивающие термообработку сырья в поточном режиме // Естественные и технические науки. 2015. № 6. С. 504-507.
11. Новикова Г. В., Жданкин Г. В., Михайлова О. В. Анализ разработанных сверхвысокочастотных установок для термообработки сырья // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2016. № 4 (42). С. 89-93.
12. Рогов И. А. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов. Справочник. М. : Легкая промышленность, 1981. 288 с.
13. Белов А. А., Михайлова О. В. Обеспечение безопасной эксплуатации сверхвысокочастотной техники // Сборник «Дорожно-транспортный комплекс: состояние, проблемы и перспективы развития». Сборник научных трудов. 2016. С. 13-17.
14. Новикова Г. В., Михайлова О. В., Шойкин А. С. Сравнительный анализ разработанных СВЧ-установок для термообработки сырья // Сборник «Дорожно-транспортный комплекс: состояние, проблемы и перспективы развития». Сборник научных трудов XVI Республиканской технической научно-практической конференции.2017. С. 126-133.
15. Михайлова О. В., Тобоев Г. М., Куторкина Н. А., Лаврентьева Т. Н. Установка для сушки шерсти в электромагнитном поле сверхвысокой частоты // Вестник Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 2 (6). С. 42-45.
16. Шамин Е. А., Новикова Г. В., Зиганшин Б. Г., Белов Е. Л. Технологии переработки мехового сырья кроликов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2017. № 3 (45). С. 61-67.
17. Шамин Е. А., Зиганшин Б. Г., Новикова Г. В. Разработка микроволновых сушилок для пушно-мехового сырья // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2017. № 3 (45). С. 86-90.
18. Allain D., Rochambeu H., Vrillon J. The inheritance of wool quantity and live weight in the French Angora rabbit // Animal Science, 1999. № 68. P. 441-447.
19. Herrmann S., Lange K. Characteristics of angora rabbit fibre // World Rabbit Science, 1996. № 4. P. 155- 158.
Дата поступления статьи в редакцию 18.01.2018, принята к публикации 15.02.2018.
Информация об авторах: Шамин Евгений Анатольевич, кандидат экономических наук, доцент, и. о. директора филиала «Институт пищевых технологий и дизайна»
Адрес: Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, 606340, Россия, Княгинино, ул. Октябрьская, д. 22а E-mail: evg.shamin4@gmail.com Spin-код: 9580-3689
Новикова Галина Владимировна, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник
Адрес: Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, 606340, Россия, Княгинино,
ул. Октябрьская, д. 22а
E-mail: NovikovaGalinaV@yandex.ru
Spin-код: 3317-5336
Белова Марьяна Валентиновна, доктор технических наук, научный сотрудник
Адрес: Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, 606340, Россия, Княгинино,
ул. Октябрьская, д. 22а
E-mail: maryana_belova_803@mail.ru
Spin-код: 5642-4560
Михайлова Ольга Валентиновна, доктор технических наук,
профессор кафедры «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»
Адрес: Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, 606340, Россия, Княгинино, ул. Октябрьская, д. 22а E-mail: ds17823@yandex.ru Spin-код: 9437-0417
Заявленный вклад авторов:
Шамин Евгений Анатольевич: предложил методику проведения экспериментов и организовал проведения предварительных исследований на базе кролиководческого хозяйства.
Новикова Галина Владимировна: предложила конструкционное исполнение установки и описала и несет ответственность за плагиат.
Белова Марьяна Валентиновна: провела обзор литературных источников по исследуемой проблеме, Михайлова Ольга Валентиновна: выполнила расчеты по обоснованию параметров резонаторной камеры сверхвысокочастотной установки, корректировала рукопись.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
REFERENCES
1. Belova M. V., Ziganshin B. G. Povyshenie jeffektivnosti funkcionirovanija mnogomodul'nyh agregatov dlja agroinzhenernyh [Efficiency of multi, modular assemblies for the agricultural engineering], Vestnik Kazanskogo gosu-darstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Kazan state agrarian University], 2013, No. 3 (29), pp. 49-52.
2. Belova M. V., Novikova G. V., Mikhailov O. V. Opredelenie prodolzhitel'nosti pererabotki syr'ja v jelektro-magnitnom pole sverhvysokoj chastoty [Duration of processing of raw materials in the electromagnetic field of ultrahigh frequency], Estestvennye i tehnicheskie nauki [Natural and technical Sciences], 2015, No. 6, pp. 510-513.
3. Belova M. V. Konstruktivnye osobennosti rezonatorov sverhvysokochastotnyh ustanovok dlja termoobra-botki syr'ja v potochnom rezhime [Design features of resonators of the microwave installations for heat treatment of raw materials in production mode], Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Kazan state agrarian University], 2015, No. 4 (38), pp. 31-37.
4. Zhdankin G. V., Novikova G. V. Razrabotka sverhvysokochastotnoj ustanovki dlja termoobrabotki nepish-hevyh boenskih othodov [Development of microwave installation for the heat treatment of inedible slaughter waste], Permskij agrarnyj Vestnik [Agrarian Bulletin of the Perm]. 2017, No. 4 (20), pp. 54-64.
5. Zhdankin G. V., Novikova G. V., Ziganshin, B. G. Razrabotka rabochih kamer sverhvysokochastotnyh ustanovok dlja termoobrabotki nepishhevyh othodov mjasnogo proizvodstva [The Development of the working chambers of the microwave installations for thermal treatment of waste, inedible meat production], Vestnik Izhevskoj GSHA [Bulletin of Izhevsk state agricultural Academy], 2017, No. 1 (50), pp. 61-69.
6. Zhdankin G. V., Storchevoy V. F., Ziganshin, B. G., Novikova G. V. Razrabotka i obosnovanie parametrov mnogojarusnoj sverhvysokochastotnoj ustanovki dlja termoobrabotki vlazhnogo syr'ja v nepreryvnom [Development and substantiation of parameters of multi, tiered microwave installation for thermal treatment of moist raw materials in continuous], Nauchnaja zhizn' [Scientific life], 2017, No. 4, pp. 4-14.
7. Zhdankin G. V., Ziganshin B. G., Belova M. V. Razrabotka i obosnovanie parametrov SVCh-ustanovki so sfericheskim rezonatorom dlja termoobrabotki boenskih othodov [Development and validation of the parameters of the microwave setup with a spherical cavity for heat, treatment of slaughter waste], Vestnik Kazanskogo gosudarstvenno-go agrarnogo universiteta [Bulletin of Kazan state agrarian University], 2017, No. 2 (44), pp. 90-98.
8. Zhdankin G. V., Storchevoy V. F., Novikova, G. V. Razrabotka i obosnovanie parametrov centrobezhnoj ustanovki dlja termoobrabotki boenskih othodov [Development and validation of the parameters of a centrifugal installation for the heat treatment of slaughtering waste], Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Kazan state agrarian University], 2017, No. 2 (44), pp. 75-85.
9. Novikova G. V., Ziganshin B. G., Belova M. V. Jelektrodinamicheskij analiz rezonatorov, ispol'zuemyh v sverhvysokochastotnyh ustanovkah [Electrodynamic analysis of the resonator used in high-speed plants], Estestvennye i tehnicheskie nauki [Natural and technical Sciences], 2015, No. 6, pp. 286-288.
10. Novikova G. V., Belova M. V. Rezonatory, obespechivajushhie termoobrabotku syr'ja v potochnom rezhime [Resonators, providing heat treatment of raw materials in-line], Estestvennye i tehnicheskie nauki [Natural and technical Sciences], 2015, No. 6, pp. 504-507.
11. Novikova G. V., Gedanken G. V., Mikhailov O. V. Analiz razrabotannyh sverhvysokochastotnyh ustanovok dlja termoobrabotki syr'ja [The Analysis of the developed microwave installations for heat treatment of materials], Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Kazan state agrarian University], 2016, No. 4 (42), pp. 89-93.
12. Rogov I. A. Jelektrofizicheskie, opticheskie i akusticheskie harakteristiki pishhevyh produktov [Electro-physical, optical and acoustic characteristics of food products], Spravochnik, Moscow: Light industry, 1981, 288 p.
13. Belov A. A., Mihajlova O. V. Obespechenie bezopasnoj ehkspluatacii sverhvysokochastotnoj tekhniki [Ensuring the safe operation of ultra-high-frequency technology], Sbornik «Dorozhno-transportnyj kompleks: sostoyanie, problemy i perspektivy razvitiya», Sbornik nauchnyh trudov [Collection «Road transport complex: status, problems and prospects». Collection ofproceedings], 2016, pp. 13-17.
14. Novikova G. V., Mihajlova O. V., Shojkin A. S. Sravnitel'nyj analiz razrabotannyh SVCH ustanovok dlya termoobrabotki syr'ya [Comparative analysis of the developed microwave plants for heat treatment of raw materials], Sbornik «Dorozhno-transportnyj kompleks: sostoyanie, problemy i perspektivy razvitiya», Sbornik nauchnyh trudov XVI Respublikanskoj tekhnicheskoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Compilation «Road transport complex: status, problems and prospects». Collection of scientific works of the XVI Republican scientific technical conference], 2017, pp.126-133.
15. Mihajlova O. V., Toboev G. M., Kutorkina N. A., Lavrent'eva T. N. Ustanovka dlya sushki shersti v ehlek-tromagnitnom pole sverhvysokoj chastity [Plant for drying wool in the electromagnetic field of ultrahigh frequency], Vestnik Nizhegorodskoj gosudarstvennoj sel'skohozyajstvennoj akademii [Bulletin of Nizhny Novgorod state agricultural Academy], 2015, No 2 (6), pp. 42-45.
16. Shamin A. E., Novikova G. V., Ziganshin B. G., Belov, E. L. Tehnologii pererabotki mehovogo syr'ja kroli-kov [The technology of processing fur raw rabbits], Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Kazan state agrarian University], 2017, No. 3 (45), pp. 61-67.
17. Shamin A. E., Ziganshin, B. G., Novikova G. V. Razrabotka mikrovolnovyh sushilok dlja pushno-mehovogo syr'ja [Development of microwave dryer for fur raw materials], Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Kazan state agrarian University], 2017, No. 3 (45), pp. 86-90.
18. Allain D., Rochambeu H., Vrillon J. The inheritance of wool quantity and live weight in the French Angora rabbit, Animal Science, 1999 , No. 68, pp. 441-447.
19. Herrmann S., Lange K. Characteristics of angora rabbit fibre, World Rabbit Science, 1996, No. 4, pp.155-158.
Submitted 18.01.2018; revised 15.02.2018.
Information about the authors: Evgeny A. Shamin, Ph. D. (Economics), associate professor, acting director of branch «Institute of food technologies and design»
Address: Nizhny Novgorod state engineering-economic University, 606340, Russia, Knyaginino,
Oktyabrskaya Str., 22а
E-mail: evg.shamin4@gmail.com
Spin-code: 9580-3689
Galina V. Novikova, Dr. Sci. (Engineering), Professor, chief researcher
Address: Nizhny Novgorod state engineering-economic University, 606340, Russia, Knyaginino,
Oktyabrskaya Str., 22а
E-mail: NovikovaGalinaV@yandex.ru
Spin-code: 3317-5336
Mar'yana V. Belova, Dr. Sci. (Engineering), researcher
Address: Nizhny Novgorod state engineering-economic University, 606340, Russia, Knyaginino,
Oktyabrskaya Str., 22а
E-mail: maryana_belova_803@mail.ru
Spin-code: 5642-4560
Olga V. Mikhaylova, Dr. Sci. (Engineering),
Professor of the chair «Info communication technologies and communication systems» Address: Nizhny Novgorod state engineering-economic University, 606340, Russia, Knyaginino, Oktyabrskaya Str., 22а E-mail: ds17823@yandex.ru Spin-code: 9437-0417
The declared contribution of the authors: Evgeny A. Shamin: proposed methodology for conducting the experiments and organized the preliminary research based on rabbit farms.
Galina V. Novikova: proposed structural performance of the installation and described and is responsible for the plagiarism.
Mar'yana V. Belova: conducted a review of the literature on an investigated problem,
Olga V. Mikhaylova: perform calculations on the substantiation of parameters of the resonator chamber microwave installation, corrected the manuscript.
All authors have read and approved the final manuscript.
05.20.01 УДК 636.084
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ ХВОЙНОЙ ЛАПКИ С КОМБИНИРОВАННЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ
© 2018
Николай Федотович Баранов, доктор технических наук, профессор кафедры «Эксплуатация и ремонт машинно-тракторного парка» Вятская государственная сельскохозяйственная академия, Киров (Россия) Вадим Сергеевич Фуфачев, кандидат технических наук, доцент кафедры «Эксплуатация и ремонт машинно-тракторного парка» Вятская государственная сельскохозяйственная академия, Киров (Россия) Игорь Валерьевич Ступин, кандидат технических наук, директор по развитию ГК «Доза», Нижний Новгород (Россия)
Аннотация
Введение: в рационах животных наблюдается хронический дефицит витаминов и легкоусвояемых углеводов. Восполнение недостатка объемистых растительных кормов и частичная замена зерновых продуктов сырьевыми ресурсами фитомассы леса становится объективной необходимостью. Многие развитые страны используют
