CC BY
4Обоснование эффективности использования погружной моечной машины непрерывного действия для очистки металлических консервных банок
Майоров Андрей Валерьевич
кандидат технических наук, доцент, кафедра механизации производства и переработки сельскохозяйственной продукции, Марийский государственный университет, ao_maiorov@mail.ru
Был проведен детальный анализ показателей, определяющих результаты использования погружной моечной машины в режиме непрерывного действия, как способа повышения качества очистки консервных банок. На основании изучения этих данных можно сделать вывод, что гидромеханическая очистка такого рода поверхностей предполагает соблюдение определенных требований, и чтобы воссоздать наиболее благоприятные условия очистки от загрязнений, необходимо добиться направления действия очищающих касательных сил трения перпендикулярных загрязненным поверхностям и перпендикулярным силе сопротивления. Процесс чистки металлических консервных банок может выполнятся, за счет гидромеханического эффекта, который основан на планетарном движении и барботи-ровании разных сторон объектов или за счет пространственных механизмов. При использовании пространственных механизмов усложняется конструкция, а также предполагаются большие затраты электроэнергии. Установлено, что механизмы периодического действия сложны в применении, не долговечны и не надежны.
Ключевые слова: моечная машина, процесс мойки, консервные банки, барботирование, эффективность, баланс сил.
Введение
Рассмотрим основные теоретические и практические базисы проведенных экспериментов, целью которых было доказать эффективный способ очистки металлических консервных банок с помощью моечных машин непрерывного действия. Очистка загрязнений в машинах погружного типа происходит, за счет использования специальных моющих средств [1, 2]. Однако этот процесс обладает весьма сложный характер. Моющие жидкости работают таким образом, что осуществляются три взаимосвязанных между собой действия - смачивание, эмульгирование и диспергирование растворов (на базе ПАВ). Помимо этого, дополняют процесс действия пеп-тизации и солюбилизации [3].
Мы выделили основные стадии воздействия моющего раствора на загрязнения разного типа. Эти стадии приведены на рисунке 1. В данном случае важно отметить, что отсутствие процесса гидродинамической интенсификации, за счет которого формируются условия для мощных турбулентных потоков, делает очистку загрязнений на металлических поверхностях более деликатной, локальной и продолжительной.
а б в
Рисунок 1 - Схема принципа воздействия моющего раствора
на загрязнения:
• а - молекулы ПАВ адсорбируются на частицах, загрязненных поверхности;
• б - молекулы ПАВ отделяют загрязнения от омываемой поверхности;
• в - твёрдая и жидкая формы загрязнений трансформируются с моющей жидкостью в один раствор
Материалы и методы
Для понимания особенностей процесса очистки и возможности повышения качества очистки, выполним сопоставление различных методов механического воздействия на поверхности в рамках погружной очистки металлических консервных банок. Начнем с описания сил, которые так или иначе влияют на состояние объекта. Из-за малого воздействия и размеров эти силы обозначаются, как сосредоточенные (на рисунке 2). Баланс сил механического воздействия рассчитывается по формуле:
X X
о
го А с.
X
го т
о
ю
2 О
м
см
0 см
сч
01
о ш т
X
<
т О X X
а + р + р + р + рТР + рЛОБ + р = о
^ ^1 АДГ ТР МР ПГ ПГ ЭФ
где Э - сила тяжести загрязнения; Радг - сила (прилипания); Ртр - сила трения; Рмр - отрывающая сила;
ЛОБ
(1)
Р
ПГ
поверхностная гидродинамическая сила ло-
бового сопротивления;
РПГ - поверхностная гидродинамическая касательная сила трения;
Рэф - эффективная сила.
Эффективную силу (Рэф) можно определить:
РЭФ = -т х а0 = -т х / (х), (2)
где т - масса отрываемой частицы загрязнений; ао - ускорение частицы.
С
Ь
в
I1 Р**
Рисунок 2 - Схемы сил:
а - воздействия сил на поверхность загрязнения; б -воздействия касательной силы трения; в - воздействия силы лобового сопротивления; г - совместного воздействия сил на поверхность загрязнения; д - совместного воздействия касательной силы трения и силы лобового сопротивления
К=22 %
К=32 %
Р = Ру
Р = Рг
Р__,Р
К=29 %
Р = РУ + Р2
Б Г
Рисунок 3 - Выбор очистки при воздействии гидродинамических сил по типу движения объекта в моющем растворе
Таким образом, можно сделать вывод, что по характеру и направленности движения объекта, расположенного в моющем растворе, или исходя из характеристик активации моющей жидкости, участки объекта могут находиться в радиусе действия разных сил; они испытывают разные по направлению и величине гидродинамические силы моющего раствора [4]. Например, это могут быть следующие формы воздействия:
- сила трения жидкости воздействуют на загрязнения параллельно возвратно-поступательному действию объекта, как это показано на рисунке 2, б; 3, а;
- сила лобового сопротивления влияет на загрязнения перпендикулярно возвратно-поступательному движению объекта (приведено на рисунке 2, в; 3, б);
- касательная сила трения влияет на загрязнения параллельно плоскопараллельному движению объекта, причем в двух взаимно перпендикулярных сферах (особенность показана на рисунке 2, г; 3, в);
- касательная сила трения и сила лобового сопротивления жидкости могут воздействовать на загрязнения по типу перпендикулярно плоскопараллельному действию объекта в двух взаимно перпендикулярных направлениях (представлена на рисунке 2, д; 3, г).
Результаты исследований
Проведенный эксперимент позволил установить несколько особенностей воздействия сил жидкостей на загрязненные поверхности металлических консервных банок [4]. Так, например, было обнаружено, что плоскости, которые являются параллельными движению очистки загрязнений, отмываются от грязи лишь на 22% (рисунок 3, а), а перпендикулярные - на 32 % (рисунок 3, б). Это обусловлено тем, что соскабливание является наиболее эффективным действием при взаимовлиянии касательной силы
г,ТР Л
трения РПГ , как в первом варианте. А во втором варианте
представлен способ разрушения, деформации и вдавливания в поверхность под действием большей силы (при равных усилиях- V=1м/с, Sтp=SлoБ=1м2, р=965,34 кг/м3, П =3-10"7 м2/с, р=2,9-10"4 Па с - в 100...400 раз) силы лобо-
ЛОБ
вого сопротивления РПГ .
случай 2 случай 3 случай 4 случай Вид относительного движения объекта очистки Рисунок 4 - Гоафик определения качества очистки в зависимости от вида движения объекта очистки
На рисунке 3, в показано, что на загрязненные поверхности чаще всего механически воздействуют силы трения, а также объединенные силы трения и силы лобового сопротивления (рисунок 3, г). Если мы говорим о качестве очистки поверхностей в 29%, то в данном случае рассматривается расшатывающий эффект силы
трения, которая взаимно перпендикулярна загрязненной поверхности. А во втором случае на загрязнение гидромеханически воздействует соскабливающая сила трения, а также разрушающая сила лобового сопротивления. Суммирование сил позволяет добиться качества очистки в 50% (участки объекта чистки, которые перпендикулярны плоскости перекатывания).
На рисунке 4 представлен график изменения качества очистки в зависимости от вида движения объекта очистки
Януков, Н.Э. Яйцева // Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства: Мосоловские чтения : материалы международной научно-практической конференции / Мар. гос. ун-т. — Йошкар-Ола, 2018. — Вып. XX. — С. 477-480
4. Юнусов, Г.С. Технологии и технические средства процесса мойки наружной поверхности цилиндрических банок: монография / Мар. гос. ун-т; Г.С. Юнусов, А.В. Майоров.- Йошкар-Ола, 2011. - 120с.
Выводы
Мы пришли к окончательному выводу, что максимальная эффективность очистки загрязненных поверхностей металлических консервных банок достигается при объединении гидромеханического воздействия касательных сил трения в направлении взаимно-перпендикулярном плоскости загрязнений, а также за счет действия перпендикулярной силы лобового сопротивления. Чтобы добиться такого эффекта при очистке консервных банок, требуется создать условия для планетарного движения и барботирования объектов с разных сторон, а сам объект будет испытывать сложное пространственное воздействие.
Было решено проверить эффективность работы моечной машины непрерывного действия. Объект в процессе очистки проходит через несколько этапов - по направляющим секции ванны с плоскопараллельным движением в моющей жидкости и при контакте с приводными колесами. При таком движении объект испытывает трение о жидкость и давление жидкости. Помимо этого, формируются турбулентные потоки моющего раствора вокруг объектов, что приводит к гидромеханическому воздействию на загрязнения. Также идет эффект интенсификации процесса очистки металлических поверхностей банок путем барботирования.
Качественная очистка металлических консервных банок достигается, за счет сочетания гидромеханических эффектов и физико-химических свойств моющих растворов.
Литература
1. Майоров, А.В. Конструкции машин для промывки поверхностей консервных банок / А.В. Майоров, Л.В. Па-кеев // Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства: Мосоловские чтения: материалы международной научно-практической конференции / Мар. гос. унт. — Йошкар-Ола, 2019. — Вып. XXI. — С. 536-539.
2. Майоров, А.В. Моечные машины погружного типа с динамическими активаторами / А.В. Майоров, Н.Э. Яй-цева // Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства: Мосоловские чтения : материалы международной научно-практической конференции / Мар. гос. унт. — Йошкар-Ола, 2018. — Вып. XX. — С. 473-477
3. Майоров, А.В. Моечные машины погружного типа со статическими активаторами / А.В. Майоров, , Н.В.
Rationale for the effectiveness of using a continuous submersible washer for cleaning metal cans
JEL classification: C10, C50, C60, C61, C80, C87, C90_
Mayorov A.V.
Mari State University
The article presents the results of experimental studies to substantiate the effectiveness of using a continuous submersible washer for cleaning metal cans. The most favorable conditions for hydromechanical removal of contaminants from surfaces arise under the influence of a complex of cleaning tangential friction forces in mutually perpendicular directions in the plane of contamination and perpendicular drag force. To obtain such hydromechanical effects when washing the surfaces of cans, it is necessary to give them a planetary motion and to activate the liquid (bubbling) from the sides of the bottom and lid, or to communicate to the object itself a complex spatial movement due to spatial mechanisms, which leads to a complication of the design of washing machines and requires high energy consumption. In addition, such intermittent mechanisms are not reliable in operation and are difficult to manufacture.
Keywords: washing machine, washing process, cans, bubbling, efficiency, power balance.
References
1. Mayorov, A.V. Designs of machines for washing the surfaces of
cans / A.V. Mayorov, L.V. Pakeyev // Topical issues of improving the technology of production and processing of agricultural products: Mosolovskie readings: materials of the international scientific and practical conference / Mar. state un-t. - Yoshkar-Ola, 2019. - Issue. XXI. - S. 536-539.
2. Mayorov, A.V. Submersible washing machines with dynamic
activators / A.V. Mayorov, N.E. Yaytseva // Topical issues of improving the technology of production and processing of agricultural products: Mosolovskie readings: materials of the international scientific-practical conference / Mar. state un-t. -Yoshkar-Ola, 2018. - Issue. XX. - S. 473-477
3. Mayorov, A.V. Submersible washing machines with static activators / A.V. Mayorov, N.V. Yanukov, N.E. Yaytseva // Topical issues of improving the technology of production and processing of agricultural products: Mosolovskie readings: materials of the international scientific and practical conference / Mar. state un-t. - Yoshkar-Ola, 2018. - Issue. XX. - S. 477-480
4. Yunusov, G.S. Technologies and technical means of the process
of washing the outer surface of cylindrical cans: monograph / Mar. state un-t; G.S. Yunusov, A.V. Mayorov. - Yoshkar-Ola, 2011. - 120s.
X X О го А С.
X
го m
о
ю
2 О M
