CC BY
17
11. Патент № 64977. Бункерное загрузочное устройство / В.В. Прейс, Е.В. Давыдова. Опубл. 27.07.2007. Бюл. № 21.
12. Патент № 106577 РФ. Бункерное загрузочное устройство/ В.В. Голубенко, Е.В. Давыдова, В.В. Прейс, Д.А. Провоторов. Опубл. 20.07.2011. Бюл. № 20.
13. Патент № 164711 РФ. Бункерное загрузочное устройство для заготовок с цилиндрической формы одного из торцов и конической формой другого/ Прейс В.В., Давыдова Е.В. Опубл. 10.09.2016. Бюл. № 25.
14. Патент № 2720017. Бункерное загрузочное устройство для цилиндрических заготовок с конической формой одной из концевых частей/ Прейс В.В., Пантюхина Е.В. Опубл. 23.04.2020. Бюл. № 46.
15. Пантюхина Е.В., Прейс В.В. Механические бункерные загрузочные устройства для элементов патронов стрелкового оружия с неявной асимметрией// В сборнике: Инновационные технологии и технические средства специального назначения. Труды XII общероссийской научно-практической конференции. В 3-х томах. Сер. "Библиотека журнала "Военмех. Вестник БГТУ"" Санкт- Петербург, 2020. С. 79-85.
16. Дьякова Э.В. Способы ориентирования близких к равноразмерным деталей с асимметрией по торцам в механических бункерных загрузочных устройствах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 10. С. 105-110.
Дьякова Элеонора Владимировна, аспирант, eleonora.borovkova@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
SYSTEMS FOR AUTOMATIC MANIP ULATION OF UNIT PRODUCT FLOWS
IN MASS PRODUCTION
E.V. Diakova
The review of the known systems of automatic manipulation of flows of piece products in production, which allow to provide high-productive and high-quality production, is carried out.
Key words: streams, separators, adders, regulators, cut-offs, orientators, overloaders.
Diakova Eleonora Vladimirovna, postgraduate, eleonora.borovkova@yandex.ru, Russia, Tula, Tula state university
УДК 663.672
ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ НА ДОЗИРОВАНИЕ ЖИДКОСТИ
С.П. Ледовский
В статье рассмотрены и проанализированы связи между параметрами конструкции устройства дозирующей машины для розлива жидкости и свойствами материала, влияющими на точность процесса дозирования, а также возможности для увеличения дозирующей способности при розливе жидкостей и сокращения загрязнения рабочей поверхности.
Ключевые слова: поверхностное натяжение, жидкость, система наполнения, вязкость, плотность, дозирование жидкостей.
Процесс поверхностного натяжения имеет большое значение в пищевой промышленности при широком использовании дозирующих устройств с закрепленным на его конце соплом, через которое жидкость попадает в форму.
514
Дозирование - один из важнейших этапов производственного процесса. Он оказывает большое влияние на качество продукта, восприятие потребителем его свойств, а также на затраты при производстве.
Если дозирование не выполняется должным образом, например из-за некорректно подобранного оборудования, или настроек параметров, это приведет к нежелательным органо-лептическим изменениям, касающимся чистоты, загрязнение рабочей поверхности машины, которое в свою очередь приведет к микробиологическому загрязнению.
Неправильное дозирование также приведет к большим отклонениям в дозировке, что приведет к увеличению стоимости сырья из-за передозировки, негативного воздействия от отходов полиэтилена, вызванных отбракованными упаковками с недостаточным весом.
Поверхностное натяжение - это упругая тенденция поверхности жидкости, которая позволяет ей приобретать наименьшую возможную площадь поверхности.
На границах раздела жидкости и воздуха поверхностное натяжение является результатом большего притяжения молекул жидкости друг к другу (из-за когезии), чем к молекулам в воздухе (из-за адгезии). Итоговый эффект - это внутренняя сила на его поверхности, которая заставляет жидкость вести себя так, как если бы ее поверхность была покрыта растянутой эластичной мембраной.
Силы когезии (сцепления) между молекулами жидкости ответственны за явление поверхностного натяжения. В массе жидкости каждая молекула движется в равной степени во всех направлениях соседними молекулами жидкости, в результате чего результирующая сила равна нулю. Молекулы на поверхности не имеют одинаковых молекул со всех сторон и поэтому вынуждены подниматься вверх. Это создает некоторое внутреннее давление и заставляет поверхность жидкости сжиматься и занимать минимально возможную площадь. Силы притяжения, действующие между молекулами одного типа, называются силами когезии, а силы, действующие между молекулами разных типов, называются силами адгезии.
Когда силы когезии превышают силы адгезии, жидкость приобретает «выпуклый мениск» (как ртуть в стеклянном сосуде). С другой стороны, когда силы адгезии сильнее, поверхность жидкости выгибается (как вода в стакане). Поверхностное натяжение измеряется силой на единицу длины. Поверхностное натяжение воды составляет около 70 миллиньютонов на метр при 20 ° С [1].
Смачивание - это способность жидкости поддерживать контакт с твердой поверхностью, что приводит к межмолекулярным взаимодействиям, когда они соединяются. Степень смачивания (смачиваемость) определяется балансом сил между адгезионными и когезионными силами. Смачивание применимо к трем состояниям материалов: газам, жидкостям и твердым телам.
\ Vu
Рис. 1. Угол смачивания капли жидкости на твердой поверхности
Краевой угол, как показано на (рис. 1), представляет собой угол, под которым поверхность раздела жидкость-пар встречается с поверхностью раздела твердое тело-жидкость. Угол смачивания определяется результатом между силами когезии и адгезии. По мере увеличения тенденции капли растекаться по плоской твердой поверхности угол смачивания уменьшается. Таким образом, краевой угол является обратной мерой смачиваемости.
A С
Рис. 2. Смачивание различными жидкостями: A - показывает жидкость с очень небольшим смачиванием; C - показывает жидкость с большим смачиванием
Угол смачивания менее 90° (низкий угол смачивания) обычно указывает на то, что смачивание поверхности очень благоприятно, и жидкость будет распространяться по большой площади поверхности. Угол смачивания более 90° (высокий угол смачивания) обычно означает, что смачивание поверхности неблагоприятно, поэтому жидкость минимизирует контакт с поверхностью и образует компактную каплю жидкости. Для воды смачиваемая поверхность также может быть названа гидрофильной, а не смачиваемая поверхность - гидрофобной. Супер гидрофобные поверхности имеют краевые углы более 150°, при этом контакт между каплей жидкости и поверхностью практически отсутствует. Иногда это называют «эффектом лотоса». Для жидкостей, не содержащих воды, термин «лиофильный» используется для условий с низким углом смачивания, а термин «лиофобный» используется для обозначения более высоких углов смачивания. Точно так же термины омнифобный и омнифильный применимы как к полярным, так и к неполярным жидкостям.
Стандартный метод измерения заключается в следующем. В испытании на падение с подвески капля жидкости висит на конце стандартной трубы из-за поверхностного натяжения. Сила, вызванная поверхностным натяжением, пропорциональна длине границы между жидкостью и трубой с константой пропорциональности, обычно обозначаемой как о. Поскольку длина этой границы равна окружности трубы, сила поверхностного натяжения определяется выражением
Еа=%Оок, (1)
где В - диаметр трубы, см; к - коэффициент, зависящий от геометрических и поверхностных параметров трубы [2].
Массу т капли, висящей на конце трубы, можно найти, приравняв силу тяжести к компоненту поверхностного натяжения в вертикальном направлении, получив формулу
mg = пБак, (2)
где g - ускорение свободного падения, м/с2 ; т - масса одной капли, гр.
Метод измерения заключается в следующем. Штангенциркулем измеряется диаметр трубы трижды и рассчитывается среднее значение В. С помощью бюретки необходимо достичь скорости потока капель в 10-15 капель в минуту, а затем вылить из бюретки по трубке в стакан 40-60 капель, считая точное количество капель и определить объем перелитых капель. Потом необходимо рассчитать объем одной капли:
V
и = V, (3)
п
где V- объем всех вылитых капель, см3; п - количество перелитых капель, шт.
После этого нужно рассчитать массу отдельной капли:
т = pV, (4)
где р - плотность жидкости, kg/м3.
Подстановка массы одной капли в формуле (2) и коэффициент поверхностного натяжения о могут быть найдены после измерения веса всех капель, можно пренебречь пунктами 4, 5, 6 и найти массу одной капли, разделив массу всех капель на количество капель.
Если коэффициент к неизвестен, мы должны провести описанный выше эксперимент с жидкостью с известным коэффициентом поверхностного натяжения (например, с дистиллированной водой).
Вязкость - это свойство жидкости, которое препятствует относительному движению между двумя поверхностями жидкости, движущимися с разными скоростями. Проще говоря, вязкость означает трение между молекулами жидкости. Когда жидкость проталкивается через трубу, частицы, составляющие жидкость, обычно быстрее перемещаются вблизи оси трубы и медленнее - возле ее стенок; поэтому необходимо некоторое напряжение (например, разница давлений между двумя концами трубы), для преодоления трения между слоями частиц, чтобы жидкость продолжала двигаться. Для данной картины скорости, необходимое напряжение пропорционально вязкости жидкости.
В разливочных машинах применяются некоторые типичные решения, предотвращающие капание. Одна из самых эффективных систем - это система с механическим резаком (рис. 3, б). После заполнения эта система закрывает форсунку резаком, что гарантирует немедленную остановку подачи жидкости. Также имеется конструкция с фильтрующей сеткой (рис. 3, а), которая разделяет внутреннее пространство форсунки на две части. Из-за капиллярных эффек-
тов верхняя часть форсунки не влияет на нижнюю после окончания дозирования. Системы с резаком более надежны, но у такой конструкции есть минусы: сложная конструкция, затрудненная чистка, износ трущихся деталей.
а б
Рис. 3. Объем капли в разных насадках: а - насадка с фильтрующей сеткой; б - насадка с резаком
Несмотря на наличие систем защиты от капель, существует вероятность того, что они могут капнуть, потому что некоторые объемы продукта все еще не удерживаются устройствами защиты от капель.
В ходе исследования мы видим, что для решения задачи по отсутствию капания с дозирующего сопла необходимо изменение геометрических параметров сопла для увеличения силы поверхностного натяжения. Если сила поверхностного натяжения превышает силу тяжести, продукт не упадет.
Список литературы
1. Русанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления: Издательство "Химия", Ленинградское отделение, 1967. 388 с.
2. Physical Chemistry of Surfaces, Wiley & Sons, Incorporated, John, Canada, A Wiley-Interscience Publication, 1997. 804 p.
Ледовский Сергей Павлович, магистрант, serega.ledowscky@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
THE EFFECT OF SURFACE TENSION ON FLUID DISPENSING
S.P. Ledovsky
The article considers and analyzes the relationship between the parameters of the structure of the device of the dosing machine for liquid filling and the properties of the material that affect the accuracy of the dosing process, as well as the possibilities for increasing the dosing capacity when filling liquids and reducing contamination of the working surface.
Key words: surface tension, liquid, filling system, viscosity, density, liquid dosing.
Ledovsky Sergey Pavlovich, masters, serega.ledowscky@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
