CC BY
70
1
УДК 664.95
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ УНИФИЦИРОВАННЫХ ВИБРОЗАГРУЗОЧНЫХ МАШИН
К.Ю. Мельников, А.А. Дерябин, С.Д. Угрюмова, Дальрыбвтуз,
Владивосток
Унификация и оптимизация виброзагрузочных машин требуют решения задачи по перемещению груза вверх в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Суммарная скорость перемещения груза будет складываться из скорости поступательного движения и приращения вибрационной скорости. Последняя представлена также суммой составляющих скорости вибрации в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Задачи о вибрационном перемещении уже давно привлекают внимание инженеров и математиков. Одну из основных в теории виброперемещения задачу о движении «точечной» частицы по наклонной плоскости, совершающей прямолинейные гармонические колебания, по праву можно считать старейшей задачей нелинейной механики. Начало ее решению положила работа Линднера, относящаяся к 1912 г., с тех пор в области решения этой задачи достигнут значительный прогресс. В частности, благодаря работам И.И. Блехмана, Г.Ю. Джанелидзе, Г.Д. Терскова, П.М. Василенко и многих других была решена задача о периодических режимах безотрывного виброперемещения. Решению частных задач посвящены работы В.А. Баумана, Р.М. Брумгера, В.Я. Белецкого, И.Ф. Гончеревича, В.В. Гортинского, Э.Э. Лавендела, Д.Д. Малкина, В.А. Олевского, Д.А. Плисса, В. Кролла, Н. Сейдела и др.
Широкое внедрение вибрационных машин в рыбной отрасли связано с решением таких задач, как транспортировка, укладка и дозирование рыбы без ее повреждения, которые обеспечивают надежную ориентацию рыбы разного видового состава, консистенции и размеров тела. Вибрационная загрузка рыбы дает возможность значительно повысить скорость транспортировки, ускорить операции первичной обработки рыбы, значительно сократить период подготовительных процессов.
Унификация и оптимизация виброзагрузочных машин требует учитывать такие параметры, как гранулометрический состав груза, насыпную массу, сопротивление сдвигу, угол естественного откоса и т.д. Из всех механических свойств, характеризующих груз, наиболее важным является сопротивление грузу, определяющее характер его перемещения при наличии вибрации.
Л.М. Столин теоретически обосновал работу машины, рабочие органы которой представляют собой набор продольно расположенных
2
роликов ступенчатой формы. Машина снабжена вибрационным загрузочным устройством для продольного ориентирования рыбы перед подачей ее в щель. В данной машине возможно регулировать зазор между роликами путем перемещения подшипников, в которых они находятся.
Л.М. Столиным также теоретически определена скорость перемещения рыбы в щели на основании закона сохранения энергии с учетом различных коэффициентов трения рыбы по чешуе и против чешуи.
Однако подобные конструкции машин имеют низкую производительность (650 кг/ч), наносят значительные повреждения кожному покрову рыбы и в них не сохраняется продольная ориентация рыб после процесса сортирования, вследствие чего на дальнейшие операции рыба поступает навалом.
Машины, обеспечивающие достаточную производительность (до 5000 кг/ч) типа ИСА - 202, УРв/ЭРН -1 и КЭМ-66, ГДР, снабжены устройством для продольного ориентирования рыбы. Сортировочный узел машин состоит из движущихся транспортеров с башмаками, между которыми и образуется калибрующая щель. Такие машины не наносят значительного повреждения рыбе, универсальны, так как позволяют сортировать различные породы рыб. К недостаткам машины следует отнести невысокую точность сортирования, так как если рыба попала в щель «плашмя», то она не попадает в свою фракцию, а также отсутствие ориентировочной выдачи сырья после сортирования, что сдерживает ее применение в поточно-механизированных линиях.
Основным элементом вибрационных сортировочных машин служит наклонная сортировочная решетка. Она приводится в колебательное движение от кинематически жесткого привода (эксцентриковый механизм). Калибрующие щели, через которые просеивается рыба, образуются между расходящимися трубами. Для продольной ориентации рыбы перед поступлением на решетку устанавливается вибрирующий питатель.
Данные конструкции машин легко компонуются в технологических линиях, имеют простую конструкцию. Машины являются универсальными, так как изменение размера калибрующей щели не представляет значительной трудности.
Однако до настоящего времени эти машины не получили должного применения в рыбной промышленности, что можно объяснить ограниченностью исследований в данной области. К недостаткам, которые сдерживают их применение, следует отнести следующие:
- низкая производительность машин, что обусловлено отсутствием методики определения основных параметров машины и выбора их оптимального сочетания;
- несовершенство конструкций и недостаточная изученность процесса вибросортирования;
3
- динамическая неуравновешенность машин, что приводит к возникновению значительных собственных колебаний узлов и высокому уровню шума;
- нерациональная конструкция питателей-ориентаторов, которые не ориентируют рыбу головой вперед перед ее попаданием в калибрующую щель. Рыба, попавшая в щель хвостом вперед, движется значительно медленнее, чем попавшая головой вперед и часто заклинивает щель. Это обстоятельство снижает качество сортирования;
- отсутствие исследований по влиянию геометрической формы сортировочных элементов решетки на скорость транспортирования и качество сортирования, в результате чего в большинстве конструкций машин используются «традиционные» трубы и лишь в машинах «Баадер-485» и «lib» - планки;
- использование последовательного способа выделения размерных фракций, что приводит к росту габаритов машины и выходу всех фракций, за исключением крупной, сплошным неориентированным потоком из машины [1].
Однако, учитывая преимущества, которые могут быть достигнуты при правильном подходе к созданию вибросортирующей техники, простоту машин, их агрегатируемость, можно сделать вывод о перспективности машин данного типа. За это говорит и тот факт, что все создаваемые отечественные и зарубежные машины с автоматической загрузкой рыбы в рабочие органы узлов разделки снабжаются вибрационными питателями, на которых осуществляются аналогичные операции, обеспечивающие качественное сортирование рыбы - продольная и поперечная ориентация, ориентация головой вперед, поштучное отделение. Это обстоятельство позволяет совместить процесс сортирования с загрузкой рыбы в рабочие органы машин, при этом узел сортирования будет являться одним из узлов загрузочного устройства.
Действительную скорость транспортировки груза можно представить как сумму скорости поступательного движения груза и приращения скорости за счет вибрационного воздействия на него в горизонтальной и вертикальной плоскостях, что должно быть учтено при математическом моделировании процесса движения груза. Анализ результатов экспериментальных исследований виброперемещения груза, полученных рядом ученых: И.И. Быховским, И.И. Блехманом, Н.Г. Копыловым, К.Д. Декиным, Ю.В. Поспеловым и др. - позволили сделать вывод о том, что груз может перемещаться в одном из четырех режимов в зависимости от параметров вибрации, скользить вперед и назад, скользить вперед и назад с двумя остановками, с одной мгновенной остановкой и скользить только вперед. Однако полученные расчетные формулы для определения скорости движения груза справедливы, как правило, для случая, когда между грузом и поверхностью существует лишь сухое трение, для плотности,
4
изменяющемся лишь по гармоническому закону при движении груза в горизонтальной плоскости. Однако уже в настоящее время возникла необходимость перемещения груза вверх в вертикальной плоскости, что требует создания бигармонического колебания поверхности, а это требует создания новых виброзагрузочных устройств, позволяющих менять ориентацию груза на поверхности, а также создания методики расчета такого устройства и экспериментального подтверждения правильности выбранного технического решения. Ориентированное виброперемещение рыбы может быть достигнуто использованием ступенчатой поверхности ориентатора. Поставленная перед нами задача может быть решена, если будет учтен фактор возможного перемещения рыбы назад, однако методики расчета такой ориентированной поверхности нет, а существующие методики расчета относятся, как правило, к движению груза по горизонтальным гармонически колеблющимся поверхностям и требуют дальнейшего уточнения.
Расчетная производительность такого устройства может быть определена [2]:
О = Р3600^р, т/ч,
(1)
где Г - площадь поперечного сечения устройства, м2; у -коэффициент заполнения загрузочного устройства; № - скорость продвижения груза по виброориентированной поверхности; р -плотность груза (рыбы), кг/м3.
Коэффициент заполнения ф лежит в пределах 50-90 %.
Суммарная скорость виброперемещения груза с учетом увеличения скорости поступательного движения груза за счет вибрации [4] может быть определена как
^Ус = ^Упд + ^Увибр , м/с,
(2)
где Швибр - среднеквадратичная скорость вибрации определяется:
^/вибр = Ше? + ШвК2,
(3)
где Шгк - скорость вибрации груза в горизонтальной плоскости, м/с; Швк - в вертикальной плоскости, м/с; Ш„д - поступательная скорость продвижения груза определяется по известной методике [2, 3].
2 п
(4)
5
Определение суммарной скорости перемещения груза в горизонтальной и вертикальной плоскостях при наличии вибрации связано с постановкой дальнейшей экспериментальной части нашей работы.
Библиографический список
1. Поспелов Ю.В. Механизированные разделочные линии рыбообрабатывающих производств. М.: Агропромиздат, 1987. 186 с.
2. Поспелов Ю.В. Вибрационное перемещение рыб по плоскости, совершающей горизонтальные гармонические колебания. Владивосток: ТИНРО, 1971.
3. Поспелов Ю.В. Машины, автоматы, поточные линии и их проектирование. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2002. 234 с.
4. Угрюмова С.Д., Кучеренко Л.В. Исследование эффекта вибрации в теплообменных процессах. М.: ГУПБ, 2002. 187 с.
