Уточненный расчет минимального давления пищевого материала в зоне резания волчков Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Literatura

1. Bezzubceva M.M., Volkov V.S. К уорго8и issledovaniya гсеЫШОУ гаЬо1у eЫektromagnitnyh smesitelej // Mezhdunarodnyj 2Ьигпа1 ehksperiшental'nogo oЬrazovaniya. - 2015. - № 9.

- 8. 117-119.

2. Bezzubceva M.M., Volkov V.S. Mode1irovanie eЫektroшagnitnyh po1ej V apparatah s шagnitoozhizhennyш s1oeш // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2017. - № 4 (49). - 8. 259-268.

3. ZHernovaya !М., Kafarov V.V. Teoriya i praktika pereшeshivaniya v zhidkih sredah. - М.: NIITEHkhiш, 1982. - 8. 98-99.

4. Braginskij L. Ш dr. Pereшeshivanie v zhidkih sredah. -М.: Hiшiya, 1984. - 336 s.

5. Vasil'cov EH.A. Apparaty d1ya pereшeshivaniya zhidkih sred. - Ь.: Mashinostroenie, 1979.

- 254 s.

УДК 621.926.76:637.513.4522 Б01 10.24411/2078-1318-2019-11118

Аспирант И.И. УСМАНОВ

(Университет ИТМО, [email protected])

УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ МИНИМАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ПИЩЕВОГО МАТЕРИАЛА В ЗОНЕ РЕЗАНИЯ ВОЛЧКОВ

Проблема энергосбережения при эксплуатации пищевого технологического оборудования и, в частности, техники для измельчения мясного сырья, требует на стадии ее разработки углубленного изучения и обоснования определяющих параметров, что отражено в работах [1, 4, 5].

В общей проблеме создания корректной математической модели функционирования волчков и мясорубок не нашли до настоящего времени достаточно корректного обоснования такие частные вопросы, как обоснование формы и остроты заточки режущей кромки лезвия ножа, оценка прочностных и физико-механических характеристик мяса, определение минимального требуемого давления в зоне резания (в стыке нож-решетка), работа деформации мяса в шнековом канале, оценка влияния угла наклона последнего витка шнека на момент затяжки центральной зажимной гайки волчка, определение совместной деформации прогиба ножа и решетки, а также их износа.

Целью исследования является теоретическая оценка минимального требуемого давления мясного сырья в зоне резания на основе условия равновесия действующих сил. При этом решается задача создания математической модели зависимости величины этого давления от напряжения среза мясного сырья и других его физико-механических и деформационных свойств, а также конструктивных параметров элементов волчка.

Материалы, методы и объекты исследования. Материалами исследования выбраны предварительные результаты описания процессов деформации, перемещения и экструзии мясного сырья в волчках, базирующиеся на такой характеристике продукта, как удельное усилие резания и без учета убывающих по оси отверстия сил трения, что не дает достаточной точности расчетов. В качестве метода исследования определено аналитическое математическое моделирование процесса экструзии мяса сквозь отверстия выходной решетки волчка. При этом приоритетными элементами и объектами исследования процесса экструзии являются:

-усилие среза, действующее на поверхности жгута мясного сырья;

-сила трения внешней поверхности мясного жгута о внутреннюю поверхность цилиндрического отверстия в условиях стесненного сжатия при перемещении мясного сырья сквозь перфорированную решетку;

-движущая сила процесса истечения (экструзии) мясного сырья;

-дополнительные внутренние напряжения, обусловленные условиями стесненного сжатия материала.

Результаты исследования. Как отмечается в работах [1-3], одним из важнейших параметров, определяющих качество процесса измельчения и его энергоемкость, является давление мясного сырья в зоне резания, а именно в стыке нож-решетка. Авторами утверждается, что «для обеспечения выхода мясного жгута из отверстия измельчительной решетки, необходимо преодолеть усилие резания сырья о кромку отверстия, а также силы трения внешней поверхности мясного жгута при скольжении по внутренней поверхности выходного отверстия», что не совсем верно. В действительности движущей силе процесса экструзии необходимо преодолеть усилие, обусловленное напряжениями среза, действующими по цилиндрической поверхности мясного жгута. Кроме того, в связи с большим разбросом удельного усилия резания мясного сырья в зависимости от толщины разрезаемых волокон [2], а также с вероятностным, случайным характером их ориентации относительно входных отверстий решетки [6] использование напряжений среза в качестве определяющей физико-механической характеристики процесса экструзии представляется значительно более точным. Необходимо также учитывать условие стесненного сжатия материала, вызывающее дополнительное боковое давление на стенку отверстия выходной решетки. Таким образом, исходя из схемы продавливания жгута пищевого материала (мясного сырья) сквозь отверстие перфорированной решетки волчка, уравнение равновесия сил в проекции на продольную ось отверстия может быть записано в виде:

Р срез + Ртр + Рдв = 0, (1)

где Рсрез - усилие среза, действующее по поверхности цилиндрического жгута мясного сырья, Н;

Ртр - сила трения внешней поверхности мясного жгута о внутреннюю поверхность цилиндрического отверстия при перемещении мясного сырья (или иного пищевого материала) сквозь перфорированную решетку, Н;

Рдв - движущая сила процесса истечения (экструзии) мясного сырья, обусловленная требуемой величиной минимального значения давления на торцевую площадку непосредственно перед решеткой, Н.

Для круглого цилиндрического отверстия усилие Рсрез может быть представлено в

виде:

Рсрез = бср п d д, (2)

где d - диаметр отверстия решетки, м;

д - толщина выходной измельченной решетки, м;

бср - напряжение среза для мясного сырья, Н/м2.

Движущая сила процесса экструзии сырья Рдв должна обеспечивать преодоление усилия среза по цилиндрической поверхности мясного жгута и силы его трения о внутреннюю поверхность отверстия [7]. С другой стороны, она определяется величиной давления р0 в зоне контакта пары нож-решетка в соответствии с соотношением:

!'ос = Ро ^ , (3)

где р0- необходимая величина минимального значения давления мясного сырья в зоне резания, обеспечивающая его перемещение сквозь отверстия измельчительной решетки, Па.

Сила трения мясного сырья о внутреннюю поверхность цилиндрического отверстия может быть определена по закону Кулона:

^ = (4)

где { - коэффициент трения мясного сырья о внутреннюю поверхность отверстия выходной измельчительной решетки;

сила нормального давления мясного сырья на внутреннюю цилиндрическую

поверхность отверстия решетки, Н.

Сила нормального давления Рн д. может быть определена через произведение среднего значения нормальных напряжений в перпендикулярном направлении к оси отверстия на площадь его цилиндрической или призматической поверхности (рис.1. А, 1.Б):

Р = ав>(1г,

где - среднее значение нормальных напряжений в направлении,

перпендикулярном к оси отверстия, Па.

Таким образом, сила трения при течении мясного сырья приобретает вид:

(5)

Что касается среднего значения нормальных напряжений в жгуте мясного сырья в направлении, перпендикулярном оси отверстия при продавливании сквозь измельчительную решетку, воспользуемся известным из теории упругости решением задачи стесненного

сжатия:

-¿¿■рО)

(1-Ю

(6)

При этом необходимо иметь в виду, что давление мясного сырья в отверстии выходной измельчительной решетки уменьшается от искомого давления Р о продукта в стыке с ножом до атмосферного давления на выходе из решетки (рис.1 В).

Для учета влияния сил трения на величину требуемого давления в условиях стеснённого сжатия и продавливания (наличие кинематического перемещения жгута и возникновение силы трения скольжения), рассмотрим обобщенный закон Гука при соответствующих граничных условиях,

1 г ,

= - ■ К - ^ ■ + °х)]

/1 ■ (о, + <ТУ)]

Граничные условия в нашем случае примут вид:

= Еу=0;

условия стеснения;

= -рОО —fo;

X'

-условие, учитывающее наличие силы трения на поверхности отверстия;

ff, - V

- условие симметрии.

Для случая цилиндрического отверстия система уравнений (7) и граничные условия примут вид:

(8)

О* - -Р(Х) -/ " «г

(9) (10)

Из первого уравнения системы (8), с учетом (9), получим; Подставим условия (10) в (11), запишем: Решая уравнение (12) относительно аг, получим:

(11)

(12)

(13)

Знак минус в уравнении (13) свидетельствует о сжимающем действии напряжения стг. Абсолютное значение напряжения бокового давления ог на стенку цилиндрического отверстия примет вид:

р. ■ р(г)

г -Л

Среднее по длине отверстия напряжение сг^ может быть определено из уравнения:

^ -Рср

(14)

-Ч> —

1-/1(1-/) '

(15)

где р^ - среднее значение давления, равномерно распределенного по длине отверстия.

Действительно, как было отмечено ранее, давление р по длине отверстия меняется от максимального Ро до атмосферного: р = р(г)

Запишем линейное приближение приведенной зависимости:

Тогда

После интегрирования уравнения (17), получаем: С учетом соотношения (4), (15), (18), запишем выражения для силы трения в виде:

(18)

(19)

Подставляя полученные выражения (2), (3) и (19) в уравнение (1), и проектируя его на продольную ось отверстия 02, получим:

(20)

Преобразуем уравнение (20) к виду:

<т

46

23/(1

1-/1(1-/)

(21)

Из соотношения (21) найдем искомое значение требуемого давления ро в зоне резания мясного сырья:

Л УТ Я

(22)

Ро — ~--ЩПГ

й-

1-РС1-Л

Выводы. Как следует из уравнения (22), величина требуемого давления определяется напряжением среза, определяющим прочностные характеристики мясного сырья; коэффициентом Пуассона, характеризующим его деформационные свойства; коэффициентом трения мясного сырья, определяющим характер взаимодействия мясной ткани с цилиндрической поверхностью отверстия; а также такими геометрическими параметрами отверстия, как его диаметр и толщина измельчительной решётки.

Полученное соотношение является основной исходной математической моделью для дальнейшего аналитического описания всех предшествующих процессов деформации мясного сырья в шнековом канале, транспортировки продукта и его трения о поверхность шнека.

Следует подчеркнуть, что полученное математическое соотношение выгодно отличается от упрощенного варианта, приведенного в известной классической работе [4] А.И. Пелеева, уточняя его расчеты на 25-30% и существенно приближая их к реальным экспериментальным данным.

Литература

1. Пеленко В.В., Малявко Д.П., Усманов И.И. и др. Оптимизация процесса измельчения пищевых материалов в волчках // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. - 2016. - № 2(28). - С. 32-39

2. Сидоряк А.Н. Совершенствование процесса измельчения мяса: автореф. канд. техн. наук.

- М.: МГУПБ, 2007. - 22 с.

3. Бабиченко Л.В. Основы технологии пищевых производств. - М.: Экономика, 1983. - 216 с.

4. Пелеев А.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности.

- М.: Пищепромиздат, 1971. - 518 с.

5. Ивашов В.И. Оборудование для переработки мяса. - СПб.: ГИОРД, 2007. - 464 с.

6. Горяев В.В. Совершенствование конструкций и методики расчета режущего механизма волчков: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.02.14 / В.В.Горяев; Моск. технол. ин-т мясной и молочной пром-сти. - М., 1989.

7. Пеленко В.В., Арет В.А., Кайка А.Х. и др. / Разработка математической модели процесса измельчения мясного сырья в волчках // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. - 2013. - № 3. - С. 27.

Literaturа

1. Pelenko V.V., Malyavko D.P., Usmanov I.I. i dr. Optimizaciya processa izmel'cheniya pishchevyh materialov v volchkah // Nauchnyj zhurnal NIU ITMO. Seriya: Processy i apparaty pishchevyh proizvodstv. - 2016. - № 2(28). - S. 32-39

2. Sidoryak A.N. Sovershenstvovanie processa izmel'cheniya myasa: avtoref. kand.tekhn.nauk. -M.: MGUPB, 2007. - 22 s.

3. Babichenko L.V. Osnovy tekhnologii pishchevyh proizvodstv. - M.: EHkonomika, 1983.

- 216 s.

4. Peleev A.I. Tekhnologicheskoe oborudovanie predpriyatij myasnoj promyshlennosti.

- M.: Pishchepromizdat, 1971. - 518 s.

5. Ivashov V.I. Oborudovanie dlya pererabotki myasa. - SPb.: GIORD, 2007. - 464 s.

6. Goryaev V.V. Sovershenstvovanie konstrukcij i metodiki rascheta rezhushchego mekhanizma volchkov: avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk: 05.02.14 / V.V.Goryaev; Mosk. tekhnol. in-t myasnoj i molochnoj prom-sti. - M., 1989.

7. Pelenko V.V., Aret V.A., Kajka A.H. i dr. / Razrabotka matematicheskoj modeli processa izmel'cheniya myasnogo syr'ya v volchkah // Nauchnyj zhurnal NIU ITMO. Seriya: Processy i apparaty pishchevyh proizvodstv. - 2013. - № 3. - S. 27.

УДК 631.5/633.222 Б01 10.24411/2078-1318-2019-11123

Канд. техн. наук А.Н. ПЕРЕКОПСКИЙ

(ИАЭП - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, [email protected])

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ СЕМЯН НА КАРУСЕЛЬНОЙ СУШИЛКЕ

Решение проблемы кормопроизводства тесно связано с необходимостью организации семеноводства многолетних трав, перехода на посевы семенами высокоурожайных и устойчивых сортов трав. Для размножения необходимо брать семена только селекционных сортов, выведенных в местных условиях. Опытами установлено, что при посеве селекционными сортами урожайность в среднем на 10 ц/га больше по сравнению с посевами несортовыми семенами.

Иногда семена трав, завезенные из других природных зон, непригодны для семеноводческих целей. Известны случаи гибели посевов по различным причинам клеверов, райграса пастбищного, ежи сборной, семена которых были завезены из стран Европы и южных областей России.

Для производства достаточного количества кормов из многолетних трав нужно наладить их семеноводство, выращивать необходимое количество высококачественных семян трав, правильно организовать и своевременно проводить их послеуборочную обработку.

В общем понимании технология - это процесс превращения исходного материала в материал, обладающий иными, предварительно заданными свойствами. Применительно к послеуборочной обработке семян многолетних трав - это процесс получения из влажного