CC BY
29
664:672.7.001.4
ЖЕСТКОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ ПЛАСТИНЧАТЫХ НОЖЕЙ
В.М. ХРОМЕЕНКОВ, О.П. РЕНЗЯЕВ, О.М. ТЕРЕНТЬЕВ
Московский государственный университет пищевых производств
Пищевые полуфабрикаты имеют, как правило выраженные адгезионные свойства [1], поэтому для их резания целесообразно использовать режущие инструменты с минимальной контактной по верхностью. Следует отдать предпочтение пластин чатым ножам, так как ленточные ножи значитель но сложнее в эксплуатации, а струны имеют низ кую режущую способность [2]. Хорошие результа ты можно получить при минимальной толщине инструмента, однако в этом случае снижается его жесткость. "Блуждание” ножей приводит к резкому ухудшению качества среза, недопустимому разбросу размеров и формы заготовок, разрыву режущих элементов.
Точность размеров и формы разрезаемых материалов, качество среза зависят от технологической жесткости пластинчатых ножей, определяемой по формуле
• _ 1 - я2
/г •'н ГУ
где
^ — начальная жесткость ножа;
л2Ы
I
В
12
+
[Н],
где N — сила натяжения, Н;
I — свободная длина ножа, мм;
В, д — ширина и толщина пластинчатого ножа, мм;
й — модуль упругости стали при кручении, в расчетах можно принимать величину б = 8-Ю3 МПа.
В момент потери устойчивости технологическая жесткость пластинчатых ножей становится равной нулю. Для обеспечения надежной работы ножей необходимо провести изучение условий сохранения их жесткости и устойчивости при эксплуатации. Особенности крепления пластинчатых ножей в резальной машине, их сравнительно малая толщина, специальная заточка и другие трудноучиты-ваемые факторы свидетельствуют о необходимости экспериментальной проверки и уточнения существующих методик определения Р и /н.
Принципиальная схема экспериментальной установки показана на рисунке.
Установка состоит из основания, узла крепления ножа, механизма натяжения и узлов нагружения вертикальной и боковой силой. Исследуемый
нож 1 закрепляется в двух держателях так, что его режущая кромка обращена к основанию 2. Держатели имеют возможность перемещаться в пазах, выполненных в основании. Это позволяет с помощью механизма натяжения 3 задавать ножу предварительное натяжение Ы, величину которого измеряют с помощью тензопреобразователя, наклеенного на упругое кольцо 4 и расположенного между механизмом натяжения и подвижным держателем. Вертикальное усилие, прикладываемое к лезвию ножа, создается с помощью механизма нагружения, состоящего из контактной призмы 5, блоков и грузов, подвешенных на нити, перекинутой через блоки кронштейна.
нормальная составляющая силы резания (усилие подачи).
Предельная нагрузка, действующая на пластинчатый нож в плоскости наибольшей жесткости, при которой нож теряет устойчивость плоской формы изгиба, может быть представлена в виде [3]
В пазу контактной призмы расположены две платы, имеющие возможность относительного перемещения за счет того, что верхняя плата, контактирующая с лезвием ножа, имеет меньшие размеры и опирается через игольчатые подшипники на нижнюю неподвижную плату. Отклонение ножа в горизонтальной плоскости под действием приложенной нагрузки фиксируется индикатором
6 часового типа, наконечник которого упирается в неподвижную плату.
Боковое усилие прикладывалось к режущей кромке ножа в его середине с помощью штурвала
7 и винтового механизма с фиксирующим нагрузку кольцевым тензопреобразователем. Деформация образцов в плоскости наименьшей жесткости фиксировалась индикатором 6. Жесткость ножа определяли из выражения
/ = Т/У,
где Т — боковое усилие;
У — деформация.
1.4
его жа-:ах, по-їжу ого на-|ого де-мое зма >і 5, іну-
1
две Ь пе-кон-1>шие [пни-Ьние вием рром гея в
?щей
шала
>узку
ация
фик-
эпре-
В исследованиях использовали схему однофакторного эксперимента и варьировали следующие геометрические и силовые факторы: толщина ножей 0,1-1,0 мм; усилия натяжения 100-500 Н; эксцентриситет 0,05—0,2. Во всех сериях опытов использовали ножи со свободной длиной I = 410 мм и шириной В = 10 мм.
Наличие отклонений формы разрезаемых заготовок связано с возникновением в процессе резания боковых сил, действующих на режущую кромку перпендикулярно боковой поверхности ножа. Эти силы приводят к смещению положения статического равновесия пластинчатого ножа и, как следствие, возникновению переходного колебательного процесса, сказывающегося на качественных показателях резания. Причинами появления боковых сил могут быть несимметричность поперечного сечения ножа, неточность его установки в горизонтальном и вертикальном направлении, неточность движения ножей или подачи разрезаемого материала. Все эти причины полностью устранить нельзя, их можно уменьшить путем более точной подготовки режущего инструмента и оборудования. Очевидно, что для более качественного резания необходимо увеличивать способность ножей противостоять действию боковых сил, т.е. повышать жесткость режущей кромки ножа в плоскости действия боковых сил.
Экспериментальная зависимость /н = /(АО имеет линейный характер с достаточно плотным расположением опытных точек. Разный угол наклона прямых показывает большую эффективность натяжения для ножей с малой толщиной. Например, при возрастании N от 50 до 500 Н величина начальной жесткости для ножей толщиной 0,1 мм увеличивается на 81%, а для ножей толщиной 1,0 мм — только на 33%. Технологическая жесткость всегда меньше начальной, и степень уменьшения зависит от близости величин Р и Р , т.е. величина
кр
/т во многом определяется устойчивостью пластинчатых ножей.
Сопоставление результатов экспериментального определения Ркр с теоретическими расчетами дает относительную погрешность около 12-15%. Наибольшие отличия характерны для ножей с меньшей толщиной. При увеличении толщины ножа на
0.1.мм устойчивость в среднем возрастает на 6%. Критическая сила и сила натяжения связаны почти прямолинейной зависимостью. Натяжение ножа является эффективным средством повышения его устойчивости, однако ее величина ограничена прочностью узлов крепления, натяжных приспособлений и самого ножа.
При малых эксцентриситетах (£ = 0,05) экспериментальные значения Р значительно меньше теоретических, а при е>0,2 могут превышать теоретические значения. Величина £ = 0,2 может считаться оптимальной, так как Ркр в этом случае имеет максимальное значение. Как показали производственные испытания машин А2-ХР-2П, за счет установки ножей с оптимальным е величина Ркр повышается почти на 50%, что существенно уменьшает количество возвратных отходов и брака.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зимон А.Д. Адгезия пищевых масс. — М.: Агропромиздат, 1988. — 283 с.
2. Хромеенков В.М., Рензяев О.П., Мустафаев Х.С., Ури-
нов Н.Ф. Режущая способность ножей // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1991. — № 4-6. — С. 135-137.
3. Прокофьев Г.Ф. Интенсификация пиления древесины рамными и ленточными пилами. — М.: Лесная пром-сть, 1990. — 240 с.
Кафедра технологического оборудования пищевых предприятий
Поступила 04.12.96 г. .■
ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МЕМБРАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Б.А. ЛОБАСЕНКО, О.С. БОЛОТОВ
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
Мембранные методы находят все большее распространение в различных отраслях промышленности. Однако они не свободны от недостатков. Характерной особенностью мембранных методов является образование повышенной концентрации задерживаемых веществ при фильтровании (явление концентрационной поляризации КП). Это негативно отражается на скорости процесса и при определенных условиях может привести к образованию слоя геля на поверхности мембраны. По некоторым литературным данным, в этом слое сосредоточено основное сопротивление массопере-носу. Явление КП характерно в большей или меньшей степени для всех мембранных процессов, особенно сильно оно проявляется при ультрафильтрации. В настоящее время нет классификации мембранных аппаратов, учитывающей данное яв-
66.067.38
ление. Нами предложена такая классификация [1], разделяющая мембранные аппараты по отношению к явлению КП на 3 группы (рис. 1).
К 1-й относятся конструкции преимущественно первого поколения, в которых не предусматривается снижения КП.
Во 2-ю включены конструкции, предусматривающие уменьшение явления КП, в результате чего увеличивается производительность процесса. Достаточно полная характеристика этих методов представлена в работах [2, 3].
Наибольший интерес представляет 3-я группа мембранных аппаратов, в которых используется явление КП. Данный способ, предложенный авторами [4], заключается в отводе концентрата задерживаемых (растворенных) веществ из области, прилегающей к поверхности мембраны. При этом производится обычное мембранное фильтрование. Отвод концентрата с большим содержанием растворенных веществ и использование его в качестве готового продукта либо исходного раствора для
