Взаимосвязь производительности и точности дозирования в машинах для наполнения банок рыбой Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

женные хлебобулочные изделия, незамороженные изделия, готовую продукцию.

^ ; ЛИТЕРАТУРА Г ' 1

1. Выставка “Современное хлебопечение-98”// Хлебопечение России. - 1998. ~№ 3. - С. 32.

2. Носов O.A. Бесконтактные транспортирование и сортировка тестовых заготовок в поточных линиях / O.A. Носов, Е.В. Рудакова//

Модернизация существующего и разработка новых видов оборудования доя пищевой пром-сти: Сб. науч. тр. - Воронеж: ВГТА, 1997. -С. 54-57.

3. Пат. № 2127423 РФ. Устройство для бесконтактного взвешивания и сортировки штучных изделий / O.A. Носов, Е.Д. Чертов, С.В. Жарков. - Опубл. в Б. И. - 1999. - № 7.

Кафедра технической механики ,.

Поступила 25.06.01 г. _ _. . Г ;

664.95:621.798.4 (088.8)

ВЗАИМОСВЯЗЬ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ТОЧНОСТИ ДОЗИРОВАНИЯ В МАШИНАХ ДЛЯ НАПОЛНЕНИЯ БАНОК РЫБОЙ

A.C. ГОР ЛАТОВ

Калининградский государственный технический университет

Приоритет в разработке, создании и внедрении в промышленность дозировочно-наполнительных машин для кусковых рыбных продуктов типа ИНА принадлежит специалистам НПО «Рыбтехцентр» (Калининград), внесшим большой вклад в развитие рыбоконсервного производства [1, 2].

Однако применяемые в настоящее время машины ИНА-112, ИНА-115 и более ранние модификации содержат ряд существенных недостатков: многоопераци-онность, т.е. наличие промежуточных операций при передаче доз (порций) рыбы из жгутообразователя в банки, сложность кинематической цепи, в том числе сложность цепей привода, большой расход мощности на выполнение операций (более 3 кВт), потери продукта и нестабильность дозирования по массе.

Современной проектно-конструкторской разработкой являются новые набивочные машины, обеспечивающие прямую передачу доз продукта из жгутообразователя в банки [3-9]. Дальнейшее развитие машин с прямой передачей доз состоит, на наш взгляд, в улучшении наиболее значимых в настоящее время показателей: повышении точности дозирования, уменьшении потерь продукта и энергозатрат на реализацию процесса.

Однако практическое осуществление этой задачи значительно усложнено, поскольку параметрические показатели жгу то форму ющих машин взаимосвязаны. Нельзя, например, решать вопрос повышения производительности машины вне связи ее с точностью дозирования продукта по массе или задачу снижения энергозатрат на функционирование машины в отрыве от интенсификации процесса жгутообразования и времени формирования доз.

Проанализируем взаимосвязь названных показателей с учетом особенностей, характерных для процесса дозирования рыбы жгутоформующими машинами.

Степень уплотнения рыбы, достигаемая различными способами - прессованием, вибрацией, их комби-

нированием и т.п., зависит при прочих равных условиях не от объемного, а от весового количества рыбы, отобранной для уплотнения. При вибрации плотность рыбы в данной точке жгутообразователя оказывается тем большей, чем больше вес вышележащего столба рыбы. Уплотнение прекращается тогда, когда суммарная сила сопротивления уплотняемой рыбы становится равной усилию поля вибрации или пуансона прессующего механизма, причем сила сопротивления рыбы при прочих равных условиях зависит от ее весового количества. Поэтому при дозировании, основанном не только на весовом, но и на объемом и временном принципе образования дозы, важно знать, с какой точностью отобрано в полученной порции рыбы нужное весовое количество.

Процесс дозирования рыбы жгу то формующе й машиной включает четыре последовательно выполняемые операции: подачу тушек в жгутообразователь (продуктопровод), формирование рыбного жгута, отрезание дозы от жгута, выдачу дозы в банку [7-9]. Очевидно, что такие машины реализуют ступенчатый процесс дозирования, который включает дозирование рыбы на образование рыбного жгута и дозирование при отрезании от жгута дозы перед подачей ее в банк}'. При образовании жгута используют временной принцип дозирования путем равномерной подачи в продуктопровод требуемого количества рыбы во времени. Здесь возможны два случая: подача рыбы с постоянным объемным расходом и подача с постоянным массовым расходом. На практике реализуется первый случай

м=д ртф, (1)

где М-масса дозы; <2 - величина постоянного объемного расхода; р - массовая плотность рыбы; Тф - время формирования дозы.

Дозу' рыбы перед подачей в банку получают объемным дозированием посредством мерного стакана, сопрягаемого с продуктопроводом:

М=Кр, ^ '--що (2)

где V- объем полученной дозы. л " !’

Время Тф определяет степень уплотнения рыбы при вибрации жгутообразователя и в конечном счете точность процесса дозирования. Опыт эксплуатации машин типа ИНА показал, что при оптимальных значениях частоты и амплитуды колебаний продуктопровода время формирования дозы требуемой массовой плотности составляет около 24 с. Это время связано с периодом рабочего цикла тр машины: .

т./т,, - 'I или Тф/Тр = 1Л. (3)

С другой стороны, поскольку для машины с одним жгутообразователем тр = 60/0, имеем

С = 60 2/тф= 60 Ы(Ьт^), (4)

где X- число доз, эквивалентное длине жгутообразователя; Ь - длина жгутообразователя; Ъ - высота дозы; б— производительность машины, доз/мин (банок/мин).

Из формул (3) и (4) следует, что при постоянных значениях /г и Тф уменьшить период рабочего цикла, а следовательно, повысить производительность машины, можно только путем увеличения числа одновременно формируемых доз, т.е. за счет увеличения длины жгутообразователя.

шш

:М ■ .; ш

т

ш

ниже их теоретической (паспортной или проектной) производительности, численно равной 60 доз/мин. Так, фактическая производительность машины ИНА-115, длина жгутообразователя которой 600 мм, а время формирования дозы 24 с, в производственных условиях при наполнении банок № 2,3 и 8 (h 25; 37,5 и 46 мм) соответственно составляет 60, 40 и 32 дозы/мин. Эти данные хорошо согласуются с графиками, представленными на рисунке. Как видим, потенциал производительности набивочной машины ИНА-115 в полной мере используется при работе на банку № 2.

Анализ формулы (4) показывает, что при /?Тф=const величины G и L оказываются взаимосвязанными. Поэтому прогнозировать величину теоретической производительности машины необходимо с учетом длины жгутообразователя, которая должна удовлетворять условию . ,

L = (/г/2,5) GM

(5)

4вО 600 Шв L . MM

На рисунке представлены зависимости, характеризующие изменение производительности жгутоформующей машины в функции длины продуктопровода. Графики 1, 2 и 3 получены для машины с одним про-дуктопроводом при Тф 24 с и постоянных значениях /г, соответственно равных 25, 37,5 и 46 мм.

Формула (4) и графики на рисунке раскрывают причину, в результате которой фактическая производительность набивочных машин типа ИНА оказывается

где GM - производительность, прогнозируемая при проектировании набивочной машины; h = const - высота дозы, зависящая от номера наполняемой банки.

Без учета указанной взаимосвязи невозможна реализация теоретической производительности машин типа ИНА при работе на банки с высотой дозы более 25 мм.

Следует отметить, что при постоянных значениях h и L увеличение фактической производительности машины выше значений, определяемых формулой (4), не имеет практической целесообразности, поскольку приводит к уменьшению времени формирования доз. Эго ухудшает процесс жгутообразования и снижает точность дозирования.

Заметим, что взаимосвязь производительности и точности дозирования выступает как результат противоречия между производительностью машины и временем формирования доз. Это следует из того, что всякое увеличение времени нахождения продукта в энергетическом поле вибрации с целью обеспечения более равномерной плотности доз неизбежно приводит при прочих равных условиях к снижению производительности машины и наоборот. На примере набивочных машин типа ИНА видно, что без учета взаимосвязи технологических и конструктивных факторов, определяющих процесс дозирования, нельзя обеспечить эффективную работу жгутоформующих машин для наполнения банок рыбой.

Учитывая, что критерием точности дозирования того или иного способа образования доз является относительная погрешность по массе, найдем относительную массовую погрешность при дозировании рыбы с постоянным объемным расходом. Представим полный дифференциал функции (1)

... дМ ,п дМ , дМ ,

dM = -— с/О +--------------------ф +-------------i/тф

дО др с)Тф

(б)

С учетом первичных ошибок А из (6) будем иметь

д., дМ.^^дМ. . дМ.

AM =---АО +---Ао +---Ах,

dQ ~ dp dxi

■ф.

(7)

Частные производные при первичных ошибках составляют

дМ дМ ^ дМ = ртф;1Г-=0Тф;-;—=QP-

дО

др

dz*

(8)

Абсолютная ошибка дозирования по массе будет

ДМ = ртфД<2 + 0тфДр + 0рДтф.

(9)

Относительная массовая погрешность ХРМ дозирования рыбы на образование дозы составит, %:

'Рм =

AM

М

100 =

■ 100. (10)

Поскольку при постоянных значениях к и I увеличение производительности машины с одним продукто-проводом ВОЗМОЖНО ЛИШЬ при уменьшении времени Тф, следует заключить, что без учета взаимосвязи показателей С и АМ исключается возможность дальнейшего совершенствования существующих набивочных машин. ■ .-.г:

Период рабочего цикла жгутоформующей машины с одним продуктопроводом т р= Тф/2 является консервативным параметром, представленным в функции технологического Тф и конструктивного I факторов. Если исчерпаны возможные пути практического уменьшения тр и соответствующего повышения производительности, то можно изменить структу ру реализации процесса, что, как правило, связано с изменением схемы построения машины. В этом аспекте перспективными являются машины с несколькими жгутообразователя-ми, например карусельные набивочные машины, [8, 10]. Производительность такой машины соответствует выражению

вь - 60 тп = 60 т/Т = 60/тр, (11)

где - производительность карусельной машины; т - число жгу-тообразователей; п - частота вращения карусели; Т - период кинематического цикла, Т = П11 р.

С учетом формулы (4) получено

Gk = Gm = 60 mZ/тф,

(12)

где й - производительность одного продуктопровода в составе машины.

Из формулы (12) следует, что при постоянных значениях А и Ь производительность карусельной набивочной машины растет соответственно числу продук-ТОпроводов без уменьшения времени Тф, т.е. без снижения точности дозирования.

выводы

1. Взаимосвязь производительности и точности дозирования в машинах для наполнения банок рыбой определяется влиянием на процесс комплекса факторов, наиболее значимыми из которых являются время нахождения продукта в поле вибрации и длина жгутообра-зователя.

2. Без учета взаимосвязи показателей производительности и погрешности дозирования продукта по массе невозможна практическая реализациия потенциала теоретической производительности жгутоформующих машин.

3. Задачу совершенствования ж1утоформующих

машин для наполнения банок рыбой следует решать во взаимосвязи технологических и конструктивных факторов. ij., _/цга. ',!• . „

ЛИТЕРАТУРА

1. Горлатов A.C. Совершенствование набивочных машин в рыбоконсервном производстве // Совершенствование процессов, машин и аппаратов рыбоперерабатывающих производств: Сб. науч. тр. КТИРПХ. - Калининград, 1992. - С. 28^16.

2. Горлатов A.C. Исследование и разработка оборудования для рыбоконсервного и пресервного производств // Сб. науч. ст. - Калининград: УОП КГТУ, 1997. - С. 27-94.

3. Горлатов A.C., Архипова И.В. Анализ работы набивочной машины с прямой передачей дозы продукта из рыбовода в банку // Современные; технологии и оборуд. для перераб. гидробионтов: Сб. докл. науч.-техн. конф. МГАРФ. - Мурманск, 1994. - С. 149-154.

4. Горлатов A.C., Друссйк А.К. Совершенствование набивоч-

ных машин путем улучшения кинематики и динамики механизмов привода // Прогрессивные технологии, машины и механизмы в машиностроении: Тез. докл. междунар. науч.-техн. конф.

БАЛТТЕХМАШ-98. - Калининград, 1998. - С. 115-116.

5. Горлатов A.C., Шкулепа Н.В. Прогрессивная жгутоформующая машина для наполнения банок рыбой // Прогрессивные технологии, машины и механизмы в машиностроении: Сб. докл. междунар. науч.-техн. конф. БАЛТТЕХМАШ. Т. 2. - Калининград, 2000. -С. 147.

6. Горлатов A.C. Новые жгутоформующие машины для наполнения банок рыбой // Современные средства воспроизводства и использования водных биоресурсов: Сб. тез. докл. на науч.-техн. симпозиуме 7-й междунар. выставки ИНРЫБПРОМ-2000. Т. 3. -С.-Пб., 2000. - С. 92-94.

7. Пат. 2116946 РФ, МКИ В 65 В 25/06. Устройство для наполнения банок продуктом / A.C. Горлатов, Ю.А. Ахметшина. - № 96116586/13; Заявлено 14.08.96. - Опубл. в Б.И. - 1998,- № 22.

8. Пат. 2125005 РФ, МКИ В 65 В 25/06. Устройство для наполнения банок продуктом / A.C. Горлатов, И.А. Ключевская. - № 96116784/13; Заявлено 15.08.96. - Опубл. в Б.И. - 1999. -№ 2.

9. Пат. 2125006 РФ, МКИ В 65 В 25/06. Устройство для наполнения банок продуктом / А.С. Горлатов, Е.Н. Сесюк,- № 97100801/13; Заявлено 22.01.97. - Опубл. в Б.И. - 1999. - № 2.

10. Пат. 2131834 РФ, МКИ В 65 В 25/06. Машина для наполнения банок продуктом / А.С. Горлатов, A.A. Желнина. - № 98106493/13; Заявлено 09.04.98. - Опубл. в Б.И. - 1999. - К» 17.

Кафедра пищевых и холодильных машин

Поступила 06.03.01 г.

ü 1