Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Теоретические основы процесса резания растительного сырья: проблемы и перспективы (литературный обзор) 9
1.1 Характеристика перерабатываемого сырья 9
1.2 Основные направления в исследованиях процесса резания растительных материалов 14
1.2.1 Резание материалов органического происхождения 18
1.2.2 Основные тенденции развития оборудования и инструмента для скользящего резания пищевых материалов 26
1.3 Основные конструкции измельчителей 28
Выводы по главе 39
ГЛАВА 2 Теоретические предпосылки к процессу скользящего резания травяного растительного сырья 41
2.1 Математическая модель скользящего резания 41
2.2 Физическая картина деформации травяного материала при нормальном резании 43
2.2.1 Резание травяного материала сплошного поперечного сечения 48
2.2.2 Резание травяного материала полого (трубчатого) поперечного сечения 54
2.3 Значение касательной составляющей движения инструмента на эффект скользящего резания 59
Выводы по главе 65
ГЛАВА 3 Аппаратурное и методическое обеспечение экспериментальных исследований 66
3.1 Аппаратурное обеспечение экспериментальных исследований 66
3.1.1 Описание лабораторно-исследовательского стенда 66
3.1.2 Описание экспериментального прибора для определения вязкоупругих свойств сырья 68
3.1.3 Описание экспериментальной установки, предназначенной для изучения процесса резания 68
3.1.4 Описание дозировочного оборудования использованного в экспериментальных исследованиях 69
3.1.5 Растительное сырье, использованное в экспериментальных исследованиях 71
3.2 Методики проведения исследований по получению зависимостей удельного усилия резания 72
3.2.1 Методика определения зависимости удельного усилия резания от геометрических параметров инструмента 72
3.2.2 Методика определения зависимости удельного усилия резания от влажности измельчаемого материала 75
3.2.3 Методика определения зависимости удельного усилия резания от угла резания 77
3.2.4 Методика определения зависимости напряжения растяжения от относительного удлинения стеблей травяного сырья 77
3.3 Описание новой конструкции измельчителя 78
Выводы по главе 81
ГЛАВА 4 Экспериментальные исследования процесса резания растительного сырья 82
4.1 Исследование физико-механических свойств травяного растительного сырья 82
4.2 Исследование влияния различных факторов на удельные энергозатраты процесса резания 84
4.2.1 Предварительное исследование зависимости удельного усилия резания от влажности материала 85
4.2.2 Исследование зависимости удельного усилия резания от углов заточки лезвия режущего инструмента и скольжения...92
4.2.3 Уточнённое исследование зависимости удельного усилия резания от влажности материала 98
4.3 Машинно-аппаратурная схема получения высушенного и измельчённого растительного сырья 99
4.3.1 Дозировочное оборудование 101
4.3.2 Сушильное оборудование 104
4.4 Инженерная методика расчёта измельчителей для растительного сырья 105
4.4.1 Конструктивный расчёт рабочей камеры измельчителя 107
4.4.2 Расчёт электропривода для измельчителя на основе результатов обработки экспериментальных данных 108
Выводы по главе 110
Основные результаты и выводы 112
Использованная литература 114
Приложения 129
- Основные направления в исследованиях процесса резания растительных материалов
- Физическая картина деформации травяного материала при нормальном резании
- Методики проведения исследований по получению зависимостей удельного усилия резания
- Исследование влияния различных факторов на удельные энергозатраты процесса резания
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В условиях глубокой структурной переориентации экономики нашей страны особое значение имеет развитие пищевой промышленности. Приоритетными направлениями увеличения производства продуктов питания становятся эффективное использование промышленностью сельскохозяйственного сырья, совершенствование способов его обработки, хранения и транспортирования. Пищевая промышленность должна развиваться на основе ускорения научно-технического прогресса в отрасли, усиления взаимодействия пищевых и сельскохозяйственных предприятий, оптимизации и повышения эффективности производства в условиях рыночных отношений, совершенствования структурной и инвестиционной политики.
Реализация концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации предусматривает создание обогащенной пищевой продукции и использование в ней местного растительного сырья. Это особенно важно для Кузбасса, где неблагоприятная экологическая обстановка осложняется отсутствием в продуктах питания необходимого количества витаминов, микро- и макроэлементов. Поэтому задача совершенствования технологии и аппаратурного оформления для переработки местного растительного сырья является актуальной.
Измельчение резанием является одним из важнейших процессов в производстве пищевых продуктов. При его проведении важно подобрать оборудование, обеспечивающее необходимое качество готового продукта. Следует отметить, что, хотя само оборудование сравнительно недорогое, большинство резательных агрегатов расходует значительное количество энергии, а значит, необходим тщательный учет и анализ всех факторов, влияющих на производительность, удельные энергозатраты и соответственно на экономичность процесса. Значительный вклад в исследованиях процесса резания внесли: проф. Резник Н.Е., акад. Желиговский В.А., акад. Горячкин В.П., проф. Тиме И. А. и др. Изучением вопросов, связанных с резанием пищевых материалов, в настоящее время занимаются: д. т. н., проф. Хромеенков В.М., к. т. н. Гутуев М.Ш., Ильичев А.В., Кузюр В.М., Поверин Д.И. и ряд других учёных.
Создание высокоэффективной технологии измельчения растительного сырья и соответствующего ей аппаратурного оформления должно развиваться в направлении разработки принципиально новой прогрессивной технологии и оборудования для ее обеспечения.
В настоящее время накоплен значительный научно-практический материал по способам переработки резанием различных видов пищевого сырья и полуфабрикатов, разработке конструкций ножевых измельчителей, резательных машин, инструмента и их эксплуатации. Однако, относительно мало исследований посвящено вопросам переработки лекарственных растений, используемых в пищевой и медицинской промышленности.
Для того чтобы учесть все значимые параметры, влияющие на эффективность и экономичность осуществления процесса, качество готового продукта, необходимо его всесторонне изучить и выявить значимость каждого из этих факторов. Поэтому вопросы интенсификации процесса резания травяного материала являются актуальными.
На основании анализа существующих в настоящее время типов агрегатов, применяемых для измельчения пищевых растительных материалов, можно сделать вывод, что большинство из них сложны по конструкции и имеют большие габариты. Это вызывает необходимость создания эффективного малогабаритного агрегата для измельчения травяного растительного сырья, обладающего достаточной производительностью, так как в основном это задача должна решаться на предприятиях, где нет достаточных площадей и высоко квалифицированной рабочей силы.
Диссертационная работа выполнена во исполнение целевой региональной научно-технической программы «Кузбасс». ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка малогабаритного экономичного агрегата для измельчения травяного растительного сырья на основе анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований процесса резания.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ. В соответствии с поставленной целью в настоящей работе решались следующие основные задачи:
- теоретически изучить процесс резания при рассмотрении физической картины деформации травяного материала и определить силы, действующие на нож с его стороны;
- теоретически изучить влияние различных факторов на энергоёмкость процесса резания. Получить уравнения для вычисления движущей силы процесса резания травяного растительного материала сплошного и полого (трубчатого) поперечных сечений с учётом его свойств и геометрических параметров режущего инструмента;
- экспериментально изучить влияние углов заточки и скольжения режущего инструмента, а также влажности измельчаемого материала на удельное усилие резания;
- разработать новую конструкцию агрегата для измельчения травяного растительного сырья на основе анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований и алгоритм его инженерного расчёта.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Получены математическое описание процесса резания при рассмотрении физической картины деформации разрезаемого материала и уравнения для вычисления движущей силы при скользящем резании травяного растительного сырья сплошного и трубчатого поперечных сечений, с учётом его физико-механических характеристик и основных геометрических параметров режущего инструмента.
Предложены регрессионные модели процесса резания травяного сырья, учитывающие влияние его влажности, углов заточки и скольжения режущего инструмента на удельное усилие резания.
Разработан алгоритм инженерного расчёта агрегатов для измельчения травяного растительного сырья. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИИ. Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса резания позволили разработать конструкцию агрегата для предварительного измельчения травяного растительного сырья, техническая новизна которого защищена патентом РФ на изобретение № 2231386. Проведены успешные испытания опытно-лабораторной модели данного агрегата на рыбоперерабатывающем предприятии ООО «Астронотус». Обоснована целесообразность проведения процесса предварительного измельчения, позволяющего сократить энергозатраты при окончательной сушке растительного сырья за счет увеличения поверхности тепломассообмена.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре «Процессы и аппараты пищевых производств» при подготовке бакалавров, инженеров и магистров.
АВТОР ЗАЩИЩАЕТ: математическое описание процесса резания при рассмотрении физической картины деформации разрезаемого материала; уравнения для вычисления движущей силы процесса резания травяного растительного сырья сплошного и полого поперечных сечений с учётом его физико-механических свойств и геометрических параметров режущего инструмента; результаты экспериментальных исследований процесса резания травяных материалов; новую конструкцию измельчителя и алгоритм его расчёта.
Основные направления в исследованиях процесса резания растительных материалов
Резание - технологический процесс обработки материала путём его разделения с нарушением целостности, осуществляемый режущим инструментом с целью придания ему заданной формы, размеров и качества поверхности. Применительно к пищевым продуктам резание должно осуществляться без отходов.
Разрушению в зоне контакта режущего инструмента с материалом предшествуют упругая и пластическая деформации, величины которых зависят от строения последнего, скорости его деформирования и физико-механических свойств. Под действием приложенной силы инструмент создаёт в материале упругую и пластическую деформации. Разрушение происходит по линии наибольших напряжений и наступает тогда, когда последние становятся равными временному сопротивлению (пределу прочности) материала. В зависимости от состояния материала и характера приложения силы разрушение происходит при растяжении или срезе. Работа резания расходуется на создание упругой и пластической деформаций, а также на преодоление трения инструмента о разрезаемый материал [32].
Закономерности резания рассматриваются как результат взаимодействия системы: устройство - инструмент - материал. Любой вид резания характеризуется его режимом, глубиной и скоростью подачи. Эффективность резания зависит от рациональных режимов, учитывающих все влияющие факторы.
Академик В.П. Горячкин ещё в 30-х годах XX века впервые обосновал целесообразность применения для разделения продуктов растительного и животного происхождения так называемого скользящего резания, получившего широкое распространение в разнообразных конструкциях резательных машин и измельчителях сельскохозяйственного производства, легкой и пищевой отраслей промышленности. Указанное оборудование отличается технологическим назначением, видом и траекторией движения рабочих органов, структурой производственного цикла, способом подачи материала и другими признаками, а его технический уровень во многом предопределяет технико-экономические показатели работы предприятия. В пищевой промышленно сти несовершенство резательного оборудования и инструмента, кроме образования значительного количества отходов и брака, вызывает необходимость предварительной подготовки полуфабриката к резанию. Это сказывается на общей длительности технологического цикла производства, повышении потерь сырья и трудоёмкости выработки, увеличении энергозатрат.
Основными характеристиками, определяющими резание пищевых материалов, служат: силовые параметры (удельная работа резания, удельное сопротивление резанию, условное сопротивление резанию и другое); рациональные скорости резания и подачи, определяющие производительность процесса; качество обработки поверхности; интенсивность затупления режущего инструмента и ряд других. Эти характеристики проявляются по-разному в зависимости от физико-механических свойств материала.
Необходимость предварительного измельчения растительного сырья обусловлена снижением затрат при транспортировке, увеличением поверхности тепломассообмена при сушке и созданием возможности его дозирования при подаче в сушильное оборудование.
Особенностью работы оборудования для предварительного измельчения травяного растительного сырья в сельскохозяйственной и пищевой отраслях промышленности является сезонность его использования: эти измельчители интенсивно эксплуатируются один-два месяца в году во время приемки урожая, что предъявляет к ним определенные требования. Оно должно иметь высокую производительность, обладать эксплуатационной безопасностью, быть достаточно недорогим и простым в управлении и обслуживании, так как персонал набирается на сезон и обычно имеет невысокую квалификацию.В настоящее время разработан ряд классификаций, в которых рассмотрены машины и устройства для резания пищевых материалов или имеющие узлы резания.
М.В. Калачёвым предложена классификация, отражающая процесс резания с учётом физико-механических свойств материала [48]. Машины и уст ройства для резания любых пищевых материалов он делит по следующим функциональным признакам:1) по назначению: для резания хрупких, твёрдообразных, упруго-вязко-пластичных и неоднородных материалов;2) по принципу действия: периодические, непрерывные и комбинированные;3) по виду режущего инструмента: дисковые, струнные, гильотинные, роторные, струйные (жидкостные и пневматические), лазерные и ультразвуковые;4) по характеру движения режущего инструмента: машины с вращательным, возвратно-поступательным, плоскопараллельным, поворотным, вибрационным движением основного рабочего органа;5) по характеру движения материала при резании: материал неподвижен, движется поступательно, увлекается режущим инструментом, двигается поступательно с поворотом на 90 или 180;6) по виду крепления материала: материал не имеет ограничения перемещению в направлении, перпендикулярном плоскости разреза, с односторонним или двусторонним ограничением;7) по характеру привода: с механическим, гидравлическим, пневматическим или электромеханическим.
Классифицируя режущий инструмент, можно отметить следующие признаки:1) вид: пластина, диск, цилиндр, конус, струна, струя, луч, колеблющаяся среда;2) тип режущей кромки: гладкий, зубчатый, фигурный;3) характер заточки: односкосный, двухскосный, многогранный, без заточки;4) способ очистки инструмента: подогревом, охлаждением, механический, комбинированный, без очистки.
В связи с тем, что эффективность резания зависит от рациональных режимов, учитывающих все влияющие факторы, в настоящее время продолжаются исследования по определению рациональных геометрических параметров режущего инструмента и параметров проведения процесса: скорости резания, влажности разрезаемого материала, угла резания и других.
Физическая картина деформации травяного материала при нормальном резании
Для правильного выбора способа резания необходимо знать физическую картину деформации при внедрении ножа в материал, зависимость усилия резания от геометрии режущего инструмента и реологических свойств разрезаемого материала. Травяной материал является в реологическом отношении сложным телом. При малых нагрузках он находится в упругом состоянии, а с их увеличением в его теле возникают области вязкоупругих деформаций.
В основу вывода уравнений суммарной движущей силы процесса резания были положены допущения о несжимаемости материала и понятия о вяз-коупругом теле, структурно-механические свойства которого характеризуются моделью обобщённого линейного тела (OJIT) или тела Максвелла Томсона, представляющего собой комбинацию последовательно соединённых моделей тел Гука и Кельвина. А также не учитывалось скольжение лезвия относительно разрезаемого материала. Предполагали, что тело прогибается под действием упругих деформаций (тело Гука) до тех пор, пока деформируемый материал не начинает проявлять помимо упругих ещё и вязкие свойства (тело Кельвина или Томсона). Напряжённое состояние создаётся внедряемым режущим инструментом.
Рассмотрим процесс резания травяного растительного материала (травяного стебля) инструментом из жёсткой шероховатой пластины толщиной 8 с односторонней заточкой под углом а. На рисунках 2.2, 2.3 и 2.4 показана схема деформации травяного материала при внедрении режущего инструмента в динамике. На рисунке 2.2 (положение 1) - стебель испытывает только упругие напряжения и деформации. На рисунках 2.3 (положение 2) и 2.4 (положение 3) - происходит процесс разрезания стебля, который помимо упругих воспринимает ещё и вязкоупругие деформации. Причём на рисунке 2.2 с правой стороны в контакте с разрезаемым материалом находится только наклонная грань ножа.
Для простоты расчётов линии АС і и АСг будем считать прямыми, а форму деформируемого стебля - эллипсом. Упругая зона ACiDj (рисунок 2.2) в момент прорезания стебля преобразуется в вязкоупругую ABiCiDiEi (рисунки 2.3 и 2.4), состоящую из трёх условно равнобедренных треугольников BiQDi, BjAE] и EJBJDI. Значение угла (pi (угол прогиба стебля с левой стороны ножа) от положения 1 (рисунок 2.2) уменьшается к положению 2 и остаётся постоянным при переходе в положение 3. Это обусловлено уменьшением давления на область стебля в окрестности ножа после прорезания им материала. Упругая зона AC2D2 (рисунок 2.2) в момент прорезания стебля преобразуется в вязкоупругую AB2C2D2E2 (рисунок 2.3), состоящую из трёх условно равнобедренных треугольников B2C2D2, В2АЕ2 и E2B2D2, а затем - в вязко-упругую AB3B2C2C3D2E2 (рисунок 2.4), состоящую из трёх условно равнобедренных треугольников В3АЕ2 , B3C3D2, E2B3D2 и параллелограмма В2С2С3В3.
Значение угла фг (угол прогиба стебля с правой стороны ножа) от положения 1 уменьшается (рисунок 2.2) к положению 2 (рисунок 2.3), причём больше соответствующего уменьшения фь Далее оно повышается к положению 3 (рисунок 2.4), но не достигает прежнего значения в положении 1. Уменьшение фг обусловлено снижением давления на область стебля в окрестности ножа после прорезания им материала, а последующее повышение - увеличением давления его наклонной грани.
Далее рассмотрим резание травяного стебля сплошного и трубчатого поперечных сечений.Ранее в ряде работ, например [88], уже рассматривалась физическая картина деформации (ФКД) при внедрении ножа в материал на примере виброрезания конфетного жгута. Однако реологические и физико-механические свойства разрезаемого материала конфетного жгута значительно отличаются от свойств травяного стебля. Поэтому мы рассмотрим ФКД для нормального резания травяного стебля. Все расчёты будем вести для положения 3 (рисунок 2.4). Система сил, действующих на нож со стороны материала, показана на рисунке 2.5. Эта система составлялась с учётом работ [71, 88]. Определим значения сил, действующих на нож со стороны образца травяного материала (стебля) сплошного поперечного сечения:где Pi - разрушающая контактная сила, приложенная к кромке лезвия, Н [86]; ар- разрушающее контактное напряжение на кромке лезвия, Па; F - площадь кромки лезвия, м2.Примем, что предельным разрушающим контактным напряжением при предварительном измельчении травяного сырья является предел прочности разрезаемого материала на срез оср, Па.
Методики проведения исследований по получению зависимостей удельного усилия резания
В ходе проведения экспериментальных исследований необходимо было установить зависимости удельного усилия резания от: 1) геометрических параметров режущего инструмента, 2) влажности измельчаемого материала, 3) угла резания и получить наиболее оптимальный аналитический вид, отобра-жающий их, а также представить эти зависимости графически.і Для обеспечения достоверности и простоты проведения экспериментанеобходимо постоянство других существенных факторов, влияющих на результат. Методика проведения экспериментальных исследований по изучению зависимости удельного усилия резания от геометрических параметров инструмента, а именно угла заточки лезвия ножа, его толщины и вида заточки (одно- или двусторонней), довольно проста и состоит из следующих действий:1) установив нож с определёнными углом заточки и толщиной, находим массу груза тг, кг, достаточную для разрезания одного образца (стебля);щ 2) измеряя расстояния от оси вращения ножа до стебля (рис. 3.3) її, м, и доместа приложения нагрузки Ь, м, определяем силу Р], Н, (зависимость 3.1) и, разделив её на косинус угла скольжения (резания), находим силу резания Ррез,ф Н (зависимость 3.2);
Методика проведения экспериментальных исследований по изучению зависимости удельного усилия резания от влажности измельчаемого материала заключается в параллельном проведении двух групп действий. В первом случае необходимо получить зависимость влажности W, %, исследуемого материала от времени сушки t, час. Во втором - зависимость удельного усилия резания Руд от времени естественной сушки г, час. Затем на основе этих зависимостей (W от t и Руд от t) строилась зависимость (функция) удельного усилия резания Руд от влажности W путём отбрасывания общего аргумента t (времени). Общую схему методики изучения зависимости удельного усилия резания от влажности материала представим на рис. 3.4.
Для построения функциональной зависимости влажности исследуемого материала от времени естественной сушки, определяли его влажность на каждом шаге (замере) эксперимента. Замеры массы травы производили через промежутки времени от 3 до 25 часов, причём сушку травы осуществляли в вентилируемом помещении со средней температурой воздуха 20-25 С, его относительной влажностью около 70 - 75 %, габаритными размерами -6x3x2,55 м. Для определения влажности использовали формулу:где: Wi - влажность материала і-ом шаге эксперимента, %; mj - масса материала на і-ом шаге эксперимента, кг; і = 0, 1, 2,..., п - номер замера; mCi - масса сухого остатка материала на і-ом шаге эксперимента, кг.
Методика определения функциональной зависимости удельного усилия резания от времени естественной сушки материала перед измельчением состояла в выполнении следующих действий: 1) находили массу груза mr, кг, достаточную для разрезания одного образца (стебля); 2) измеряя расстояния от оси вращения ножа до стебля (рис. 3.3) 1\ (0,2 м), и до места приложения нагрузки її (0,8 м), находили силу Pi (зависимость 3.4) и, разделив её замеряли диаметр стебля, используя штангенциркуль, и определяли удельное усилие резания Руд( (зависимость 3.3) (данная методика аналогична описанной в параграфе 3.2.1). Замеры масс груза, необходимых для разрезания одного стебля, производили через те же периоды времени, что и при определении влажности.
На основе выше указанных функциональных зависимостей рассчитывали функцию удельного усилия резания от влажности исследуемого материала. Разработанная методика проведения эксперимента по изучению влияния влажности на удельное усилие резания может быть использована для различных видов травяного (стебельного) растительного сырья.
Методика проведения экспериментальных исследований по изучению зависимости удельных энергозатрат от угла резания (скольжения) подобна описанной в параграфе 3.2.1. Однако имеются некоторые отличия. Здесь постоянными остаются угол заточки лезвия ножа, влажность разрезаемого материала и др., а изменяется угол резания от 0 до 60 градусов.
Методика проведения экспериментальных исследований по изучению зависимости напряжения растяжения от относительного удлинения стеблей травяного сырья состоит из следующих действий:1) подготавливаются образцы исследуемых стеблей: измеряется условный диаметр стебля (на разных концах стебля значение диаметра должно отличаться не более чем на 20 - 30 %) и его длина (как правило, 10-15 см); 2) образец фиксируется в креплениях (сначала в подвижном, а потом в неподвижном);3) уравновешиваются массы подвижного крепления, листа с прорезью, осевого противовеса и стебля;4) замеряются расстояния от листа с прорезью до фонаря 1\ и до экрана І2, и вычисляется коэффициент преобразования величины удлинения стебля%дл 5) включается источник света;6) производится постепенное нагружение стебля.
По мере растяжения стебля луч света, падающий на экран через прорезь в листе, показывает величину А/, мм, его удлинения, определяемую по формуле:где: А/ - величина перемещения луча по градуированному экрану, мм.7) вычисляются значения напряжений растяжения ор, Па, по формуле:где: Fp - сила растяжения, Н; Асеч - площадь поперечного сечения стебля, м .где: ШрГ - масса растягивающего груза, кг.По вычисленным парам значений удлинений А/ и напряжений ар строим график этой зависимости.
Исследование влияния различных факторов на удельные энергозатраты процесса резания
В результате литературного обзора было установлено, что на энергетические затраты при проведении процесса резания и показатели качества готового продукта влияют следующие факторы: геометрические размеры, влажность и структура сырья (вид растения), режимные условия проведения процесса, геометрические размеры режущего инструмента. Нами исследовалось влияние следующих факторов: угла заточки ножа а, град, (геометрического параметра режущего инструмента), угла скольжения или резания р, град, (процессового параметра) и влажности сырья W, %, (характеристики измельчаемого материала). Как показали предварительные опыты, именно они оказывают наибольшее влияние на энергоемкость проведения процесса резания.
Исследование проводились в соответствии с трехуровневым планом полного факторного эксперимента ПФЭ 3 ". Такое планирование наиболее полно отражает действительную картину процесса, так как учитывает не только границы интервалов варьирования влияющих параметров, что свойственно двухуровневым планам, описывающим линейные зависимости, но и их середину (центр плана), что позволяет отображать квадратичные зависимости.
Однако, при анализе возможности проведения ПФЭ З3 для выше указанных факторов была обнаружена некорректность его осуществления, заключающаяся в том, что для параметра влажности сырья центр плана не соответствует наилучшим из рекомендованных условий протекания исследуемого процесса. Поэтому было решено провести эксперимент по следующей схеме. Сначала, основываясь на литературных данных, предварительно приняли значения углов, равными а = 40 , р = 30 . Для этих значений углов провели однофак-торный эксперимент по получению зависимости удельного усилия резания от влажности разрезаемого материала. В результате анализа полученной зависимости определили рациональное значение влажности сырья. Затем, при фиксированном значении последней, равной своей рациональной величине,упровели двухфакторный эксперимент ПФЭ 3 с целью определения рациональных значений углов заточки инструмента и скольжения. И в заключении, повторили однофакторный эксперимент по получению зависимости удельного усилия резания от влажности разрезаемого материала для найденных рациональных значений а и р.
Исследования проводились на травяных материалах, которые имели раз 86 ные структурные и физико-механические свойства (крапива двудомная, зверобой продырявленный, душица обыкновенная). Их основные свойства приведены в табл. 3.2. В ходе экспериментов значения влажности разрезаемых материалов варьировалась в диапазонах: для крапивы - от 30 до 65 %, для зверобоя - от 25 до 58 %, для душицы - от 30 до 60 %.
Сначала получили зависимости влажности материала и удельного усилия резания от времени сушки. А затем построили зависимость удельного усилия резания от влажности путём отбрасывания переменной t (время, час). Зависимости влажности материала и удельного усилия резанияот времени сушки
В табл. 4.1 представлены данные по исследованию процесса сушки травяных материалов в естественных условиях (со средней температурой воздуха 20 - 25 С и его относительной влажностью 70 - 75 %). Сушка проводилась 124 часа, в течение которых было сделано по 15 замеров массы материалов. Из табл. 4.1 видно, что, начиная с 13-го замера для зверобоя, с 8-го -для душицы, массы высушиваемых материалов изменялись незначительно, т. е. процесс естественной сушки практически закончился. Поэтому наша задача состояла в том, чтобы получить аналитические зависимости влажности W (убыли массы материала в процентах) от времени сушки t на отрезках t є [0;96,5], / є [0;40], соответственно.
Воспользовавшись формулой (3.8) для і = 0,1,...,13, подсчитали Wo, W/,..., W/j. Полученные результаты отобразили графически на рис. 4.2, а также в табл. 4 (Приложение 1).
Зависимость удельного усилия резания от влажности сырьяВ табл. 4.2 представлены экспериментальные данные измерения масс грузов, необходимых для разрезания единицы диаметра стебля (1 мм) исследуемых травяных материалов. Эксперимент проводился на протяжении 124 часов, в течение которых было сделано 15 замеров. Из табл. 4.2 видно, что, начиная с 12-го замера, массы груза изменяются незначительно. Поэтому наша задача состояла в том, чтобы получить аналитические зависимости удельного усилия резания от времени сушки, которое характеризуется определённой влажностью материала. То есть зависимость - Ру , от времени сушки на отрезке t є [0;71].=Далее, воспользовавшись последовательно формулами (3.4),.(3.4.1), 3.5), (3.6) для / = 0, 1, ..., 13, подсчитали Руд0, Руд1, ..., Рудп- Полученные результаты представлены в табл. 8 (Приложение 1).
На основе полученных ранее зависимостей построили график функции удельного усилия резания от влажности (рис. 4.3) путём отбрасывания переменной t, а также в табл. 9 (Приложение 1).
Графоаналитический и регрессионный анализы результатов экспериментальных данных позволили описать зависимости W = W (t), РУд - Руд (W) аналитическими выражениями. Используя графическую программу «Advanced Grapher», были подобраны функции:
