CC BY
54
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40) 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 635.1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФРИКЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ
DETERMINATION FRICTION CHARACTERISTICS ROOT CROPS
Н.М. Антонов, доктор технических наук, профессор Н.И. Лебедь, кандидат технических наук А.С. Венецианский, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
А.К. Мамахай, аспирант
N.M. Antonov, N.I. Lebed, A.S. Venecianski, A.K. Mamahai
Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agricultural University
По зоотехническим требованиям для кормления сельскохозяйственных животных, особенно для свиней, корнеклубнеплоды и другие сочные составляющие комбисилоса необходимо измельчать на ломтики толщиной не более 20 мм. Для измельчения такого материала в аграрном комплексе региона применяются различные серийные и перспективные измельчители. Обрабатываемый материал в процессе измельчения подвергается воздействию рабочего органа и испытывает некоторое трение, оказывающее значительное влияние на технологический процесс. Поэтому определение углов и коэффициентов трения необходимо учитывать при выборе конструктивных материалов и их поверхностей для разработки измельчителей корнеплодов. В работе характеризуются фрикционные характеристики картофеля, свеклы и моркови, в частности коэффициенты трения по следующим конструкционным материалам: сталь шлифованная, органическое стекло, сталь обрезиненная. Для проведения опытов использовались корнеклубнеплоды, входящие в состав комбинированного силоса для свиней, а именно картофель сорта Импала, морковь сорта Кордоба, свекла сорта Бордо 237, которые относятся к одним из районированных сортов в Нижнем Поволжье. Авторами приведена методика определения углов трения, а также схемы экспериментальных установок. Сделаны выводы по выбору угла резания со скольжением. Проведена статистическая обработка экспериментальных данных.
By zootechnical requirements for feeding farm animals, especially pigs, tuberous root and other juicy combined silage components must be ground into slices no thicker than 20 mm. For the grinding of such material in the agricultural complex of the region are various serial and prospective shredders. Processed material during the grinding process is exposed to the working body and experiencing some friction has a significant impact on the process. Therefore, the definition of angles and coefficients of friction must be considered when selecting construction materials and surfaces to develop shredders roots. The paper characterized the friction characteristics of potatoes, beets and carrots in particular the coefficients of friction of the following construction materials: polished steel, organic glass, rubber-coated steel. To conduct the experiment, used tuberous root that are part of the combined silage for pigs, namely potato varieties Impala, carrot varieties Cordoba, beets Bordeaux varieties 237, which belong to one of the recognized varieties in the Lower Volga. The authors of the technique of determining the angle of friction, and experimental schemes. A conclusion on the choice of the cutting angle to slide. Statistical analysis of experimental data.
Ключевые слова: картофель, морковь, свекла, корнеклубнеплоды, трение, скольжение, коэффициенты трения.
Key words: potatoes, carrots, beets, root crops, friction, sliding friction coefficient.
162
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Введение. По зоотехническим требованиям для кормления сельскохозяйственных животных, особенно для свиней, корнеклубнеплоды и другие сочные составляющие комбисилоса необходимо измельчать на ломтики толщиной не более 20 мм. Для измельчения такого материала в аграрном комплексе региона применяются различные серийные и перспективные измельчители.
Обрабатываемый материал в процессе измельчения подвергается воздействию рабочего органа и некоторое испытывает трение, оказывающее значительное влияние на технологический процесс. Поэтому определение углов и коэффициентов трения необходимо учитывать при выборе конструктивных материалов и их поверхностей для разработки измельчителей корнеплодов [1].
Материалы и методы. Для проведения опытов были взяты корнеклубнеплоды, входящие в состав комбинированного силоса для свиней, а именно картофель сорта Импала, морковь сорта Кордоба, свекла сорта Бордо 237, которые относятся к одним из районированных сортов в Нижнем Поволжье. При этом химический состав выбранных корнеклубнеплодов включает большое количество легкоусвояемых белков и углеводов, что предпочтительно для кормления молодых свиней.
Нами были отобраны 100.. .150 корнеклубнеплодов картофеля, моркови и свеклы, которые и служили исходным материалом для снятия числовых значений интересующих нас характеристик.
Для определения коэффициента трения покоя внешней поверхности и внутренней структуры материала был использован прибор (рисунок 1), состоящий из неподвижной горизонтальной плиты 5 и подвижной плиты 1. Винт 4 позволяет изменять угол наклона плиты 1, который определяется по шкале 6. К наклонной плите прикреплялась испытуемая поверхность трения 2 (органическое стекло, сталь шлифованная, сталь прорезиненная).
Значение углов трения покоя фиксировались следующим образом. На горизонтально расположенную поверхность трения 2 укладывался испытуемый материал (корнеплод, разрезанный корнеплод). Плавным движением рукоятки винта 4 увеличивался угол наклона подвижной плиты 1 до момента, при котором начиналось движение испытуемого материала.
Рисунок 1 - Общий вид и схема установки для определения коэффициента трения покоя:
1 - подвижная плита, 2 - поверхность, 3 - испытуемый материал, 4 - винт, 5 - горизонтальная плита, 6 -шкала 163
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
При этом угол а наклона плиты равен углу трения покоя фк, что соответствует выражению (1):
/к = W к = tga. (1)
Из выражения (1) видно, что коэффициент трения покоя fK прямо пропорционален тангенсу угла трения покоя фк.
Знание коэффициентов и углов трения движения позволяет (по Желиговскому) управлять характером процесса резания, изменяя угол наклона ножей а в ножевой стенки в зависимости от угла трения, тем самым изменять вид резания обрабатываемого материала.
Для определения коэффициентов трения движения использовался прибор академика В.А. Желиговского (рисунок 2), состоящий из линейки 1, которая фиксируется стопорным болтом под углом в к направляющей 4. Угол в выбирается таким, чтобы при движении линейки происходило скольжения образца материала по поверхности трения 5 (органическое стекло, сталь шлифованная, сталь обрезиненная). Линейка с одной стороны имеет ползун 3, который скользит по направляющей, а с другой - опирается на опорный полозок 6. Каретка 2 имеет карандаш 8 для записи траектории ее движения. Поверхность трения прикрепляется струбцинами 7 к линейке, а испытываемый материал (корнеплод, разрезанный корнеплод) закрепляется в каретке.
Рисунок 2 - Схема прибора для определения коэффициента трения скольжения движения: 1 - линейка, 2 -каретка, 3- ползун, 4 - направляющая, 5 - поверхность
трения, 6 - полозок опорный, 7 - струбцина, 8 - записывающий карандаш,
9 - испытуемый материал
Прибор устанавливается на горизонтальной плоскости, на которой закреплена чертежная бумага. При движении ползуна 3 по направляющей 4 каретка под действием нормальной силы N и силы трения Fc движется по направлению, совпадающему с направлением их равнодействующей Rc (рисунок 3). Определив это направление, строится треугольник СМК, из которого определяется угол ф, равный углу МСК и длина отрезка МК.
Коэффициент трения скольжения определяется по формуле (2):
/с = W с = — (2)
Коэффициент трения движения f. пропорционален тангенсу угла трения движения ^с (3):
fc = tgy с. (3)
Коэффициенты трения движения /с внутренней структуры корнеклубнеплодов определялись по следующим конструкционным материалам: органическое стекло, сталь шлифованная, сталь обрезиненная.
164
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40) 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 3 - Схема сил, действующих на каретку
Результаты. В таблице 1 и 2 представлены результаты исследований определения коэффициента трения покоя корнеклубнеплодов по различным конструкционным материалам и их статистическая обработка.
Таблица 1 - Результаты статистической обработки коэффициентов трения покоя разрезанного материала (мякоти) о различные конструкционные материалы
Показатель Коэффициенты трения покоя (по мякоти)
Картофель Морковь Свекла
Сталь шлифованная Органическое стекло 1 К со 1) hPH о, а Ю Э ° и л § * н и Сталь шлифованная Органическое стекло 1 К со 1) hPH ft а Ю Э ° и л § * н и Сталь шлифованная Органическое стекло 1 К со 1) hPH ft а Ю Э ° и л § * н и
Среднее 1,234 1,035 1,111 0,569 0,770 1,107 0,891 0,831 0,926
Стандартная ошибка 0,005 0,004 0,006 0,007 0,006 0,003 0,007 0,007 0,007
Медиана 1,235 1,036 1,110 0,575 0,775 1,11 0,9 0,84 0,93
Мода 1,24 1,05 1,12 0,58 0,78 1,11 0,91 0,85 0,94
Стандартное отклонение 0,032 0,029 0,03 0,05 0,044 0,022 0,054 0,054 0,056
Дисперсия выборки 0,001 0,001 0,002 0,002 0,001 0,001 0,002 0,002 0,003
Эксцесс 0,567 -0,004 0,005 0,501 0,393 0,368 0,368 0,363 0,412
Асимметричность -0,493 -0,445 0,444 -0,478 -0,419 -0,351 -0,440 -0,461 -0,47
Интервал 0,16 0,14 0,16 0,27 0,21 0,11 0,26 0,26 0,27
Минимум 1,14 0,95 1,01 0,42 0,66 1,05 0,75 0,69 0,78
Максимум 1,3 1,09 1,15 0,69 0,87 1,16 1,01 0,95 1,05
В таблице 3 представлены результаты исследований определения коэффициента трения движения корнеклубнеплодов по различным конструкционным материалам и их статистическая обработка.
165
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Таблица 2 - Результаты статистической обработки коэффициентов трения покоя материала в целом виде (в кожуре) о различные конструкционные материалы
Показатель Коэффициенты трения покоя (в кожуре)
Картофель Морковь Свекла
Сталь шлифованная Органическое стекло 1 CD м a S ю 5 ° я Л to п К сз s О Сталь шлифованная Органическое стекло 1 to м a S ю 5 ° я Л to п К сз s О Сталь шлифованная Органическое стекло 1 to м a S ю 5 ° я Л to п К сз s О
Среднее 0,379 0,321 0,382 0,569 0,770 1,107 0,192 0,191 0,318
Стандартная ошибка 0,003 0,003 0,005 0,007 0,006 0,003 0,003 0,003 0,007
Медиана 0,38 0,325 0,39 0,575 0,775 1,11 0,195 0,19 0,325
Мода 0,39 0,33 0,39 0,58 0,78 1,11 0,2 0,19 0,33
Стандартное отклонение 0,026 0,027 0,037 0,054 0,044 0,022 0,022 0,022 0,054
Дисперсия выборки 0,006 0,007 0,001 0,002 0,001 0,001 0,005 0,001 0,002
Эксцесс 0,398 0,372 0,363 0,501 0,393 0,368 0,5673 0,363 0,492
Асимметричность -0,412 -0,468 -0,525 -0,478 -0,419 -0,358 -0,576 -0,482 -0,469
Интервал 0,13 0,13 0,18 0,27 0,21 0,11 0,11 0,11 0,27
Минимум 0,31 0,25 0,28 0,42 0,66 1,05 0,13 0,13 0,17
Максимум 0,44 0,38 0,46 0,69 0,87 1,16 0,24 0,24 0,44
Таблица 3 - Результаты статистической обработки коэффициентов трения движения материала в разрезанном виде (мякоть) о различные конструкционные материалы
Показатель Коэф( шциенты трения движения
Картофель Морковь Свекла
Сталь шлифованная Органическое стекло 1 К со О м a S ю 5 ° я Л to н и Сталь шлифованная Органическое стекло 1 К со О м a S ю 5 ° я л to н и Сталь шлифованная Органическое стекло 1 К со О м a S ю 5 ° я л to н и
Среднее 0,466 0,445 0,509 0,569 0,770 1,107 0,507 0,485 0,507
Стандартная ошибка 0,004 0,006 0,008 0,007 0,006 0,003 0,003 0,002 0,003
Медиана 0,165 0,446 0,508 0,575 0,775 1,11 0,51 0,49 0,51
Мода 1,47 0,44 0,51 0,58 0,78 1,11 0,51 0,49 0,51
Стандартное отклонение 0,02 0,04 0,036 0,054 0,044 0,022 0,022 0,021 0,022
Дисперсия выборки 0,001 0,003 0,003 0,002 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001
Эксцесс 0,008 0,250 0,300 0,501 0,393 0,368 0,368 0,320 0,368
Асимметричность -0,486 0,360 0,700 -0,478 -0,419 -0,35 -0,351 -0,45 -0,35
Интервал 0,16 0,15 0,14 0,27 0,21 0,11 0,11 0,1 0,11
Минимум 0,45 0,40 0,51 0,42 0,66 1,05 0,45 0,43 0,45
Максимум 0,48 0,47 0,62 0,69 0,87 1,16 0,56 0,53 0,56
Обсуждение. При этом угол трения движения ф по стали у изучаемых корнеклубнеплодов составил не более 27°. Исходя из источников [8, 2, 3, 4, 6], резание со скольжением возникает при условии, что а>фс (численное значение угла наклона ножей больше угла трения движения), следовательно, для достижения резания с пониженными энергозатратами принимаем угол резания со скольжением 28°.
166
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Общая закономерность при изучении фрикционных показателей корнеплодов других сортов подтверждается другими исследователями [5].
Заключение. Авторами определены фрикционные характеристики картофеля, свеклы и моркови, в частности коэффициенты трения по следующим конструкционным материалам: сталь шлифованная, органическое стекло, сталь обрезиненная. Проведена статистическая обработка экспериментальных данных.
Результаты экспериментов могут быть использованы при обосновании оптимальных технологических режимов работы разрабатываемого измельчителя корнеклубнеплодов, в частности, выборе угла резания [7, 9, 10] и конструкционных материалов рабочих поверхностей.
Библиографический список
1. Антонов, Н.М. Процессы измельчения плодоовощных продуктов в общественном питании [Текст]/ Н.М. Антонов, Н.И. Лебедь. - Волгоград: ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ, 2014. - 172 с.
2. Арнаут, С.А. Тонкослойное резание яблок. Практические результаты [Текст]/
С.А. Арнаут // Инженерный вестник: научно-технический рецензируемый журнал общественного объединения «Белорусское инженерное общество». - 2007. - № 2(24). - С. 12-14.
3. Арнаут, С.А. Тонкослойное резание яблок с разработкой машины для производства чипсов [Текст] : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.18.12 / Сергей Александрович Арнаут. - Минск, 2010. - 22 с.
4. Арнаут, С.А. Теоретические основы тонкослойного резания яблок [Текст] / С.А. Арнаут // Национальная академия наук Беларуси, Совет молодых ученых НАН Беларуси. - Минск : Белорусская наука, 2008. - Ч. 4: Серия аграрных наук. - С. 312.
5. Брусенков, А.В. Исследование процессов трения корнеклубнеплодов о различные поверхности [Текст]/ А.В. Брусенков, С.М. Ведищев, А.В. Прохоров // Вопросы современной науки и практики. Университет имени В.И. Вернадского. - 2014. - №1 (50). - С. 99-102.
6. Горюшинский, В.С. Совершенствование резания корнеплодов с обоснованием параметров измельчителя [Текст] : автореф. дис. канд. тех. наук: 05.20.01 / Горюшинский Валентин Сергеевич. - С., 2004. - 13 с.
7. Давидович, И.Ю. Энергетика процесса резания [Текст] /И.Ю. Давидович, В.Х. Шуль-ман // Сборник научных трудов : К 30-летию Могилевского государственного университета продовольствия / Могилевский государственный университет продовольствия. - Минск, 2003. -
С. 161-164.
8. Резник, Н.Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов [Текст] / Н.Е. Резник. - М.: «Машиностроение», 1975. - 311 с.
9. Anet, E.F.L.J. Coggiola Superfilicial Scald, a Functional Disorder of Stored Apples. X. Control farnesene Autoxidationa [Text]/ E.F.L.J. Anet, M. Iliano // J.Sci. Fd Agric. -1974. - №25. -Р. 293.
10. Ragni, L. Mechanical behaviour of apples, and damage during sorting and packaging [Text]/ Berardinelli A, Ragni L. // J. agr. engg Res. -001.-Vol.78, N 3. - P. 273-279.- Англ.-Bibliogr.: 279 p.
Literature list:
1. Antonov, КМ. The grinding process of fruit and vegetable products in the catering [Text]/ КМ. Antonov, N.I. Lebed. - City of Volgograd: Volgograd State Agricultural University, 2014. - 172 p.
2. Arnaut, SA. Thin cutting apples. Practical results [Text]/ SA. Arnaut // Engineering Messenger: scientific and technical peer-reviewed journal of the public association «Belarusian Engineering Society». - 2007. - № 2 (24). - P. 12-14.
3. Arnaut, SA. Thin cutting apples with the development of machines for the production of chips [Text] : autoabstract of thesis on competition of a scientific degree of candidate of technical sciences: 05.18.12 / Sergey Aleksandrovich Arnaut. - Minsk, 2010. - 22 p.
167
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
4. Amaut, S.A. Theoretical Foundations of thin cutting apples [Text] / S.A. Arnaut // The National Academy of Sciences of Belarus, the Council of Young Scientists of NASB. - Minsk: Belarusian Science, 2008. - P. 4: Series of Agrarian Sciences. - P. 312.
5. Brusenkov, A.V. The study of tuberous root on various surfaces [Text]/ A.V. Brusenkov,
S.M. Veditschev, A.V. Prohorov // Questions of modern science and practice. University named after V.I. Vernadskiy. - City of Tambov: Publishing house: Tambov State Technical University, 2014. -№1 (50). - P. 99-102.
6. Goryushinskiy, V.S. Improvement cutting root vegetables with a substantiation of parameters shredder [Text] : autoabstract of thesis of the candidate of technical sciences: 05.20.01 / Goryushinskiy Valentin Sergeevich. - P., 2004. - P. 13.
7. Davidovich, I.Y. Power cutting process [Text] / I.Y. Davidovich, V.H. Shulman // Collection of scientific works: On the 30th anniversary of the Mogilev State University of Food / Mogilev State University of food. - Minsk, 2003. - P. 161-164.
8. Reznik, N.E. The theory of the cutting blade and the basis of calculation of cutting devices [Text] / N.E. Reznik. - М.: «Mashinostroenie», 1975. -311 p.
9. Anet, E.F.L.J. Coggiola Superfilicial Scald, a Functional Disorder of Stored Apples. X. Control farnesene Autoxidationa [Text]/ E.F.L.J. Anet, M. Iliano // J.Sci. Fd Agric. -1974. - № 25. -Р. 293.
10. Ragni L., Mechanical behaviour of apples, and damage during sorting and packaging [Text]/ Berardinelli A, Ragni L. - J. agr. engg Res. - 2001. -Vol.78. - № 3. - P. 273-279. -Англ.-Bibliogr.: 279 p.
E-mail: alven79@mail.ru
УДК 519.87
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ СУШКИ ЗЕРНА
MATHEMATICAL MODELING OF POST-HARVEST GRAIN DRYING
А.Ф. Рогачев, доктор технических наук, профессор Д.В. Шатырко, старший преподаватель
A.F. Rogachev, D.V. Shatyrko
Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agricultural University
В статье представлен анализ существующих конструктивно-технологические схемы устройств для сушки зерна, позволяющие снизить неравномерность распределения зернового материала на транспортирующем рабочем органе. С целью совершенствования технологического процесса сушки зерна, авторами разработано техническое решение, частично позволяющее устранить неравномерность распределение зернового материала на транспортирующем рабочем органе. Экспериментального исследование по определению оптимального режима работы технологического процесса сушки зерна проводилось на разработанном стендовом оборудования с применением аналого-цифрового преобразователя и программного обеспечения «Power Graph». Выявлялись закономерности влияния линейных скоростей транспортнотехнологических органов и рабочего расстояния регулируемой шиберной заслонки. В результате обработки экспериментальных данных с помощью надстройки «Анализ данных» MS Excel получена регрессионная модель зависимостей. Получена поверхность отклика зависимости производительности установки от линейной скорости перемещения зерновой массы и рабочего расстояния регулируемой шиберной заслонки. Неравномерность высыхания зерна по плотному неподвижному слою в процессе его вентилирования может быть уменьшена при использовании регулируемой шиберной заслонки.
168
