Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и обоснование выбранного направления исследования 13
1.1. Общее понятие о процессе измельчения 13
1.2. Особенности конструкций волчков 17
1.3. Структуризация конструктивного исполнения волчков на основе их декомпозиции (зонирования) 40
1.4. Распределение энергии между процессами трения и измельчения в волчках 42
1.5. Анализ формы режущей кромки лезвия ножа плосковращательного режущего оборудования 46
1.6. Выводы 49
2. Теоретические предпосылки совершенствования конструктивно - технологических параметров рабочих органов измельчительно - режущего оборудования и их реализация 51
2.1. Физико-механические свойства мясного сырья и их влияние на процесс резания 51
2.2. Анализ существующих уравнений для определения усилия резания 58
2.3.Оптимизация формы режущей кромки рабочих органов измельчительного оборудования 72
2.4. Силовое взаимодействие лезвия с мышечной тканью в начальный момент резания при квазистатической деформации и определение оптимального угла скольжения 81
2.5. Оптимизация расположения отверстий в решётке волчка 94
2.6. Выводы 96
3. Методика и результаты экспериментальных исследованрш по определению мощности затрачиваемой на измельчение мясного сырья волчком при различной скорости вращения рабочих органов и различных формах режущей кромки 98
3.1. Задача эксперимента 98
3.2. Экспериментальная установка 98
3.3. Условия проведения эксперимента 100
3.4. Сырьё, используемое для проведения эксперимента по определению мощности 101
3. 5. Определение погрешностей измерений 101
3.6. Результаты эксперимента по определению потребляемой мощности 102
3.7. Определение мощности, затрачиваемой на измельчение продукта лезвием ножа 108
3.8. Экономическая эффективность от внедрения экспериментальных ножей для волчка 112
3.9.Выводы 115
4. Основные результаты и выводы 116
5. Литература 117
6. Приложения 128
- Особенности конструкций волчков
- Анализ формы режущей кромки лезвия ножа плосковращательного режущего оборудования
- Анализ существующих уравнений для определения усилия резания
- Сырьё, используемое для проведения эксперимента по определению мощности
Введение к работе
В перерабатывающей промышленности значительное место занимает мясная отрасль. Для современных мясоперерабатывающих предприятий по-прежнему актуальной остаётся задача дальнейшего совершенствования технологических процессов и соответствующего оборудования с целью, снижения его энергоёмкости, потерь сырья, повышения производительности, улучшения качества выпускаемой продукции.
Машины для измельчения мяса и мясных продуктов составляют около половины всего действующего оборудования в мясной промышленности [81]. Волчек — одно из главнейших оборудований мясоперерабатывающей индустрии. Волчки используются для среднего и мелкого измельчения охлаждённой жилованой говядины, охлаждённой говядины, замороженной кусковой говядины, охлаждённой жилованнои свинины, охлаждённой свинины, замороженной кусковой свинины, субпродуктов, варёного мяса, мяса птицы, рыбы, овощей.
Мясная продукция в объеме продовольственного потребления занимает главенствующее положение, а мясоизмельчительное оборудование и, в первую очередь, волчки - базовое технологическое оборудование.
Мясная промышленность - крупнейшая отрасль пищевой промышленности, она призвана обеспечивать население страны пищевыми продуктами, являющимися основным источником белков.
Анализ современного состояния парка оборудования мясоперерабатывающей отрасли России свидетельствует о том, что его технический уровень нельзя признать удовлетворительным.
Сегодня 42% производственных фондов предприятий пищевой промышленности подлежат замене, 25% подлежат модернизации и только 19% соответствует мировому уровню. Приблизительно 30% парка машин отработало уже два и более амортизационных срока, степень износа основных средств составляет 70%. Более 27% парка технологического оборудования составляет импортная техника [2].
Большую часть оборудования мясопереработки в России также составляет импортная техника, которая не отвечает как финансовым возможностям производителей мясопродуктов, ввиду высокой цены оборудования и запасных частей, так и потребностям и интересам России по развитию собственного отечественного пищевого машиностроения, созданию дополнительных рабочих мест и обеспечению продовольственной безопасности станы. Успешная деятельность предприятий пищевой промышленности неразрывно связана и обусловлена с перевооружением производства. Развитие отечественного пищевого машиностроения обеспечивает не только независимость России, но и ее место, и соответствующую роль в мировых экономических процессах.
В последние годы устаревающий парк оборудования пищевых предприятий в большинстве случаев заменяется на дорогостоящее импортное оборудование, что зачастую экономически и политически не обосновано, особенно при закупке не сложных изделий пищевого оборудования.
Упадок мясной отрасли и пищевого машиностроения ведет к ухудшению экономики России [42]. Вложение средств в импортное сырье и оборудование дает кратковременный эффект благополучия и обилия продукции на рынке. Долгосрочной перспективы у такого подхода нет. Закупки чужого сырья и оборудования без развития своего мясного рынка и пищевого машиностроения не приведут к экономическому благополучию России.
Обеспеченность предприятий животноводства в РФ материально-техническими ресурсами сегодня составляет 40 - 60%, износ оборудования достиг 80%, а 40% продовольствия в России - импортное.
В Северо-Западном регионе России и Санкт-Петербурге, где имеется мощная машиностроительная база, квалифицированные кадры и высокий научный потенциал отраслевых НИИ, ВУЗов, академических институтов, наблюдается ввоз импортного пищевого оборудования, собственное изготовление которого не вызывает каких-либо принципиальных технических трудностей. При этом доля продукции пищевой промышленности в общем объеме производства Санкт-Петербурга составляет около 40%.
Импортные волчки имеют достаточно высокий технический уровень, хорошее качество как исполнения, так и функционирования — качество измельчаемого и перемешиваемого продукта на выходе, но их цена с транспортными и дилерскими расходами, высокая стоимость запасных частей (ножи и решетки необходимо систематически закупать у фирмы-изготовителя, ножи и решетки не тестированы, у каждой фирмы свои параметры режущего инструмента) не ставят их в ряд безусловно, конкурентоспособных.
В настоящее время в литературе имеется достаточно обширный материал, отражающий результаты исследований по оптимизации работы мясоизмельчительной шнековой машины. Большинство исследований было направлено на выработку рекомендаций по повышению прочности, износостойкости, эксплуатационной надёжности деталей измельчающего механизма [9, 13, 14, 18, 19, 20, 37, 38, 51, 52, 53, 57, 60, 69, 78, 83, 86], по снижению удельных затрат энергии на измельчение мясного сырья [9, 12, 69,104]. Но, до сих пор не была раскрыта физическая сущность путей сокращения энергозатрат и повышения качества фарша при использовании скользящего резания.
В силу этих обстоятельств развитие отечественного пищевого машиностроения на базе современных технологических разработок, и в первую очередь мясоизмельчительного оборудования, является весьма актуальным [1.1., 1.4., 1.5., 1.6.].
Цель и задача работы.
Целью настоящей диссертационной работы является совершенствование процесса измельчения мясного сырья посредством профилирования формы режущей кромки лезвия ножа и определение закономерности распределения отверстий в ножевой решётке.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи:
1. Разработка математической модели процесса резания, определяющая три характерных режима: квазистатический, ударный, волновой.
2. Формирование модели процесса силового взаимодействия с материалом при квазистатическом режиме.
3. Создание экспериментальной установки для определения энергетических характеристик процесса измельчения мясного сырья в волчках.
4. Получение экспериментальных энергетических характеристик для процесса рубящего резания, в зависимости от вида сырья и скорости резания.
5. Экспериментально - аналитическое определение зависимости усилия от скорости процесса резания.
6. Оптимизация начального угла скольжения по критерию минимального усилия в процессе резания.
7. Оптимизация формы режущей кромки лезвия ножа волчка по критерию постоянства распределения выделяемой удельной объёмной мощности вдоль длины лезвия.
8. Разработка конструкторской документации и изготовление экспериментального образца ножа.
9. Проведение экспериментальных исследований энергоёмкости процесса измельчения мясного сырья экспериментальным ножом.
10. Определение закономерностей расположения отверстий в ножевой решётке с целью снижения пульсаций усилий резания.
Научная новизна и значимость полученных результатов.
Сформулировано научное положение о наличии двух характерных критических значений скорости резания и условие оптимизации при квазистатическом режиме резания. Получено уравнение, описывающее взаимосвязь между усилием резания, геометрическими параметрами ножа и физико-механическими свойствами измельчаемого материала, позволяющее оптимизировать параметры процесса. Установлена взаимосвязь между скоростью резания и усилием резания мясного сырья. По этим зависимостям рассчитан оптимальный начальный угол скольжения для каждой точки режущей кромки, и таким образом определена её форма.
Практическая значимость полученных результатов. Внедрение в производство ножей новой конструкции для волчка позволяет снизить эксплутационные затраты за счет уменьшения энергопотребления и снижения трудозатрат заточных операций, повышает выход и качество готовой продукции. Использование конструкций новых ножей позволит снизить себестоимость измельчительного оборудования за счет использования электродвигателя меньшей установленной мощности.
Особенности конструкций волчков
Волчок устроен следующим образом (рис.2.). Внутри корпуса волчка 1 расположена рабочая камера, представляющая собой пустотелый цилиндр, внутренняя поверхность которого имеет прямые или винтовые ребра 3, препятствующие проворачиванию мяса при транспортировании его вращающимся шнеком 2 от загрузочной воронки к режущему узлу, что способствует повышению скорости поступательного движения продукции вдоль оси червяка. Направление винтовых ребер противоположно направлению витков шнека. Цилиндр волчка, предназначенного для измельчения продукции при положительной температуре, изготовляют из чугуна с последующим горячим лужением; жиросырья — чугунным со снабжением обогревающей рубашкой или змеевиком; замороженной продукции — литым стальным или чугунным со вставными стальными ребрами, желатинового сырья — чугунными стальными ребрами с продольными щелями, сборником для жидкости и ножами, отсекающими излишнюю продукцию при поступлении ее в цилиндр (в этих случаях цилиндры могут быть составными с колосниковой решеткой). Ребра должны рельефно выступать над поверхностью цилиндра главным образом при подаче кусковой продукции без сопротивления на стороне выхода. В этом случае отставание кусков от теоретически возможной скорости составляет 10 — 15%, а за счет наличия канавок между ребрами увеличивается общее сечение для поступления массы и значительно повышается производительность волчка при расчете ее по сечению червяка. Отставание при наличии со стороны выхода измельченной среднекусковой продукции сопротивления в зависимости от его величины составляет 40 - 50%, при наличии сопротивления 80 — 90%. Как видно в последнем случае, когда производительность равна 20 — 10% от теоретически возможной, ребра цилиндра не влияют на нее, а канавки между ребрами способствуют увеличению мощности обратного потока массы.
Износ ребер цилиндра и наружной кромки червяка приводит к уменьшению производительности волчка. Последнее связано с увеличением щели, через которую под давлением из рабочей части вытесняется обратная часть сырья и в особенности «текучая фракция». Для нормальных условий измельчения величина щели, зависящая от диаметра червяка, не должна превышать 1 мм. Опытами, проведенными ВНИИМПом, установлено, что при измельчении свинины наиболее эффективны спиральные ребра. Вращающийся шнек волчка выполняет две функции: как уже указывалось, транспортирование мясного сырья внутри рабочей камеры и уплотнение продукта перед режущим узлом для создания давления продукта достаточного для проталкивания его через элементы режущего узла в процессе измельчения, но без отжима содержащейся в продукте жидкой фазы (сока). В связи с этими обстоятельствами шнек имеет переменный шаг, постепенно уменьшающийся от зоны загрузки сырья к зоне измельчения. Режущий узел волчка состоит из неподвижной подрезной решетки 4, вращающихся ножей 5 и неподвижных ножевых решеток 6 и 7 с отверстиями разных диаметров. Неподвижная подрезная решетка 4 представляет собой наружное и внутреннее кольца, соединенные тремя перемычками, заточенными с одной стороны. Режущая кромка перемычек расположена под острым углом к радиусу. Вращающиеся ножи имеют лопасти с двумя режущими плоскостями (двусторонние ножи). Режущие кромки лопастей могут быть выполнены: прямолинейными; криволинейными частично в форме Архимедовой спирали и частично логарифмической спирали; образованы отрезками дуг окружностей, центры которых лежат на рядом расположенном пере на расстоянии, равном половине радиуса окружности торцевых граней, причём угол резания каждого лезвия составляет 35-50, образующая переднюю поверхность лезвия — прямая; по окружности, по архимедовой спирали, по логарифмической спирали.
Квадратные скобки обозначают целую часть числа, количество круглых отверстий перфорации на n-ом условном кольце, при этом наружный радиус диска решетки равен наружному радиусу последнего, считая от оси диска, условного кольца. Количество круглых отверстий перфорации в первом, считая от оси диска, условном кольце равно одному из чисел Фибоначчи, начиная с числа 5 или 8 или 13, или 21, или 34, и т.д. Круглые отверстия перфорации в смежных условных кольцах расположены в шахматном порядке.
Анализ формы режущей кромки лезвия ножа плосковращательного режущего оборудования
Анализ параметров режущей пары плосковращательного аппарата в плоскости резания указывает на большое значение формы линии лезвия ножа для работы аппарата. Форма линии лезвия должна обеспечивать наименьший расход энергии на резание материала, минимальную неравномерность нагрузки на вал диска и защемление материала режущими кромками пары по всей рабочей длине лезвия. 1. Различные фирмы производители измельчительно — режущего оборудования используют ту или иную форму режущей кромки для измельчения одинакового по физико - механическим свойствам сырья. Многообразие конструктивного исполнения свидетельствует об отсутствии единого и общепризнанного подхода к решению такой научной задачи как оптимизация формы режущей кромки. 2. Некоторые исследователи предлагают выполнять режущую кромку в виде логарифмической спирали, т. е. с одинаковым углом скольжения в каждой точке режущей кромки. Однако такой подход не вполне правомерен в виду того, что скорость резания увеличивается с увеличением радиуса точек режущей кромки и соответственно изменяются прочностные характеристики измельчаемого пищевого продукта. Угол скольжения должен изменяться. 3. За то, что существующая теория требует существенной коррекции, говорит и тот факт, что экспериментальные данные по определению усилий резания значительно расходятся с расчётными. Корректное определение усилий резания позволяет рассчитать оптимальный угол скольжения для каждой точки режущей кромки и тем самым определит форму режущей кромки. Минимизация усилия резания не только сократит энергоёмкость оборудования, но и увеличит срок службы ножа. Сокращение предварительной деформации сократит разрушение клеточной структуры пищевого материала. Если измельчаемым продуктом является мясо, то сократится отжим мясного сока, обладающего высокой пищевой и биологической ценностью. Также повысится выход готовой продукции. Глава 2. Теоретические предпосылки совершенствования конструктивно — технологических параметров рабочих органов измельчительно — режущего оборудования и их реализация. 2.1. Физико-механические свойства мясного сырья и влияние их на процесс резания.
Исследования резания пищевых материалов касаются главным образом определения оптимальных параметров процесса, степени заострения режущего инструмента. Данные о влиянии физико-механических свойств на обрабатываемость материалов малочисленны и носят разрозненный характер.
Резание как один из способов переработки сопровождается сложными механическими и физическими процессами, которые в значительной степени зависят от реологических свойств разрезаемых материалов. Знание этих свойств продуктов и закономерностей их изменения поможет правильно объяснить процесс резания, определить его количественную характеристику и наметить способы его осуществления. Знание закономерностей изменения реологических свойств позволяет правильно рассчитать форму режущей кромки.
Из реологии известно, что каждый материал обладает всеми реологическими свойствами (упругостью, пластичностью, вязкостью, прочностью), которые в зависимости от состояния и условий нагружения проявляются у одного и того же материала в разной мере [39]. Под действием внешних сил происходит относительное смещение частиц (деформация) без нарушения непрерывности самого тела. Величина и характер деформации зависят от свойств материала, его формы и способа приложения внешних сил. При деформации возникают внутренние силы взаимодействия между частицами тела, мерой интенсивности этих сил является напряжение. Одной из важнейших реологических характеристик является напряжение сдвига, которое равно отношению приложенной силы к площади сдвига. Предельное напряжение сдвига — минимальная сила, необходимая для осуществления сдвига (перемещение слоев по площади сдвига). Как показали экспериментальные исследования [16], реологические характеристики пищевых масс зависят главным образом от скорости сдвига, давления, температуры и влажности.
С ростом напряжения сдвига вязкость уменьшается неравномерно вследствие неодинакового разрушения структуры: вначале при малых напряжениях структура системы частично восстанавливается, при более высоких скоростях происходит лавинное разрушение структуры с очень малым восстановлением.
По механическим свойствам А. П. Пелеев условно делит мясопродукты делит на хрупкие (кость, рога, копыта) и пластичные (мясо, шкура, жир сырой), а по структуре — на видимо однородные (кость, шкура) и сложные (мясо, жиросодержащее сырьё). А. И. Пелеев объяснял зависимости процессов резания мяса от различных факторов прежде всего свойствами продукта.
Основные структурно-механические характеристики мяса в зависимости от срока его созревания были определены М. Н. Клименко [32, 34] в условиях одноосного сжатия при постоянной нагрузке. Измерение усилий статического резания проводилось на модифицированном прибору Братцлера (табл. 1).
Как видно из табл. 1, наименьшей прочностью обладает мясо, хранившееся 15 сут после убоя при температуре 2 — 4 С. Установлено, мясо при мгновенном приложении напряжения до 15 кПа ведёт себя как упругое тело с модулем упругости 26,4 кПа.
Результаты определения структурно-механических характеристих дали возможность М. Н. Клименко сделать вывод о том, что мясо относится к анизотропным твёрдообразным телам, обладающим упруго-эластично-пластическими свойствами. По структуре и деформационному поведению мясо при положительной температуре относится к смешанным коагуляционно - кристаллизационным структурам. С понижением температуры мясо все более относится к конденсационно — кристаллизационным структурам.
Структура не разрушенной мышечной ткани мяса, сложная по своему строению, представлена в виде мышечных волокон, связанных пространственной соединительной плёнкой. Все промежутки структуры заполнены тканевой жидкостью - слабо- и сильно связанной влагой. По
характеру и прочности связи между частицами мышечную ткань можно отнести частично к конденсационно — кристаллизационным системам. Подобные структуры- обладают рядом свойств твёрдых тел, но в то же время эластичны, пластичны и т. д. Для характеристики деформационного поведения мяса предложена модель [15, 17] общая деформация которой складывается (рис. 28.) из нелинейно — упругой с модулем упругости Еі(а) (последовательно включённый элемент 2), эластической с модулем упругости Е! и вязкостью ГЦ (параллельно соединённые элементы 1 и 3) и пластической с нелинейным модулем упругости Ец(а), вязкостью г\2 и фиксатором (последовательно соединённые элементы 2, 3 и параллельно с ними фиксатор - элемент 4).
Анализ существующих уравнений для определения усилия резания
Общее усилие резания обычно относят к длине лезвия и усилие резания, приходящееся на единицу длины лезвия, называют удельным усилием резания. Общее усилие, прикладываемое к ножу при резании (в Н): Р = р1 По данным Н. А. Предтеченского, значения р (Н/см ) для различных продуктов равны: морковь 14-16; капуста 10-12; лук 17-18; свекла 9 — 11: сырой картофель 6-7; парное мясо 50 — 80; мороженое мясо 230 - 300; варёное мясо 27 - 50; сало 100 - 150; мыло 3,6 - 8,3. Как видно, значения р колеблются в довольно широких пределах; при этом они даны без учёта условий резания. в/ U2 /в h / ф ui Нож а б Рис. 29. Схема режущего клина (а) и соотношения размеров ножа (б). В. М. Хромеенковым [79] рассмотрено скользящее резание сухарных плит. При этом отмечено, что наличие скорости ножа вдоль лезвия «заставляет плоскость режущего клина aob отклонятся от горизонтального положения в положение aiobi так, чтобы вектор абсолютной скорости U находился в плоскости aiobi» (рис. 29). Им введено понятие «эффективный угол заточки» Р (угол aiobi). Р а tg- = sin ptg Движение ножа рассмотрено как внедрение клинообразной пластины с углом заточки, равным эффективному углу р. Принято, что ширина ножа равна В , длина режущей кромки h1 (рис. 29). Усилие, действующее со стороны ножа на разрезаемый материал (в Н) (рис. 30): Р = Р0 + 2Р! + 2РТ+2Т (1) Рис. 30. Нагрузка действующая на разрезаемый материал. Провести аналитический расчёт полного усилия резания по данной формуле пока невозможно, так как определение сопротивления чистому резанию Р0 связано с физической сущностью процесса разделения материала на части (разрушения), а она до сих пор не познана, особенно для упруго-вязко-пластичных масс, какими являются пищевые материалы.
П. С. Карпачевым и М. М. Майзелем [64] получена экспериментальная зависимость усилия резания от глубины погружения ножа в разрезаемый материал (кожу) (рис. 31). В начальный момент резания АВ усилие резания возрастает, при погружении ножа на глубину Zi=(0,4 - 0,5)h усилие растёт медленнее (ВС). В точке С при погружении на глубину z2=(0,7 - 0,85)h усилие достигает максимального значения, появляется опережающая трещина в разрезаемом материале, а затем усилие резко уменьшается. Полученная зависимость позволяет определить максимальное усилие резания, среднее значение его даёт общее представление о характере разрушения материала.
При изучении нормального резания материалов лёгкой промышленности двусторонним клинообразным ножом М. М. Майзелем [31] получена формула для определения усилия резания (в Н): Р = Q + N sin аг + Д cos аг) + N2(sin а2 + f2 cos а2) (2) где Q — сила сопротивления разрезаемого материала смятию его лезвием, Н; Ni, N2 — нормальные усилия со стороны материала на боковые грани ножа, Н; Gb оь — углы наклона боковых граней ножа к его продольной оси, град; fb f2 -коэффициенты трения материала о поверхность ножа. С учётом затупления ножа, физико-механических свойств разрезаемого материала, толщины слоя при односторонней заточке ножа предложено полное усилие определять по формуле: Р = fj[ [(a + zXtga + fJ\S + f2N2 (3) где z — глубина погружения ножа в материал, м; Е - модуль упругости материала, Па; h - толщина слоя, м; а — ширина режущей кромки, м; а — угол заточки ножа, град; S - периметр режущей кромки [S=2(a+10)]3 м; 10 — рабочая длина лезвия, м. К вопросу о составляющих общего усилия резания исследователи подходят поразному. Н. А. Предтеченский [65] общее сопротивление резанию представляет суммой четырёх составляющих: 1) сопротивление перерезанию волокон или стенок клеточек материала, 2) сопротивление отгибания отрезаемого пласта, 3) сопротивление трению отрезаемых пластов продукта при движении их по рабочей грани режущего инструмента, 4) сопротивление трению обрабатываемого продукта об опорную грань режущего инструмента.
По данным А. А. Романова, сила разрушения материала на кромке ножа составляет 90 - 95% от общего усилия резания, сила лобового сопротивления 0,1 - 0,2%; сила трения на скосах 0,3 — 0,6%; сила трения на гранях 4,6 — 9,2%. Удельное усилие резания для ножей с различными геометрическими характеристиками режущей кромки находятся в пределах от 6 до 14 кН/м. При повышении скорости резания от 5,8 до 14,5 м/с изменение усилия резания не было обнаружено. Удельное усилие резания для мороженной рыбы на 15% меньше, а для рыбы в стадии автолиза на15 -18% больше чем, для свежей рыбы. Автор считает, что между чистотой среза и удельным усилием резания, как правило, наблюдается взаимозависимость: чистый срез - меньшее усилие, плохой срез — большее усилие. При повышении скорости срез получается более чистым.
В работе В. В. Дорменко [25] установлено, что сила, необходимая для резания рыбного сырья, определяется из условия равновесия клина под действием трёх сил: движущей силы; сил упругости разрезаемого материала, действующих на наклонные грани ножа; силы трения. Н. И. Жилин [28, 29] и А. А. Романов [64, 65] помимо перечисленных сил ещё учитывали силу, приложенную к кромке ножа. Однако Н. И. Жилин считал её постоянной, а А. А. Романов переменной, зависящей от угла заточки ножа. М. А. Якубовым [94, 95] экспериментально был подтверждён вывод Н. И. Жилина о том, что усилия на кромке ножа не зависят от угла заточки ножа и скорости резания.
Наиболее полная теория резания материалов пластинчатыми ножами предложена В. И. Карповым [24], которым рассмотрены возможные силы, действующие на нож (рис. 31). В основу вывода положены следующие допущения: силы сопротивления приняты постоянными, разрезаемый материал имеет однородное строение, нож движется с постоянной скоростью, работа движущей силы расходуется только на преодоление сил сопротивления, прилегающие к наклонным граням ножа слои материала при резании перемещаются в перпендикулярном направлении по отношению к оси ножа, материал обладает упругими свойствами, трение ножа о разрезаемый материал подчиняется закону Кулона.
Сырьё, используемое для проведения эксперимента по определению мощности
При измельчении говядины высшего сорта ножом №1 с частотой вращения ножей 330 об/мин сокращение потребления мощности по сравнению с ножом №2 составляет 10,7%. При измельчении котлетной говядины ножом №1 разница в потреблении мощности, расходуемой на измельчение продукта и его трение о рабочие органы МИНІМ, по сравнению с ножом №2 будет равна: AN1.2=-51,9117+l,536 n +28,7806-1,1059 п=0,4301 п- 23,1311=118,8 Вт При измельчении котлетной говядины ножом №1 с частотой вращения ножей 330 об/мин сокращение потребления мощности, расходуемой на измельчение продукта и его трение о рабочие органы МИНІМ, по сравнению с ножом №2 составляет 26,2%.
При измельчении говядины высшего сорта ножом №1 разница в потреблении мощности, расходуемой на измельчение продукта и его трение о рабочие органы МИТ Т ЇМ, по сравнению с ножом №2 будет равна: AN3_4=-52,6996+l,0002 n + 24,8604-0,8126 п =0,187б п-27,8392 При измельчении говядины высшего сорта ножом №1 с частотой вращения ножей 330 об/мин сокращение потребления мощности, расходуемой на измельчение продукта и его трение о рабочие органы МИНІМ, по сравнению с ножом №2 составляет 12,3%. Доля мощности, расходуемой на измельчение продукта и его трение о рабочие органы МИНІМ, при частоте вращения ножей 330 об/мин, составляет: 78,2 % при измельчении котлетной говядины криволинейным ножом; 79,3% при измельчении котлетной говядины прямолинейным ножом; 77,9% при измельчении говядины высшего сорта криволинейным ножом; 79,4% при измельчении говядины высшего сорта прямолинейным ножом.
Годовой экономический эффект: Э=(АС+0,15-АК) -Аг=275417руб. АС - разница между себестоимостью единицы продукции по базовому и проектному вариантам, руб.; АК — годовая экономия капитальных вложений, руб.; Аг - годовой объём производства продукции с помощью новых средств труда в расчётном году в натуральных единицах, кг. 1. Определены зависимости полных мощностей и мощностей, расходуемых на измельчение и трение говядины высшего и второго сорта о рабочие органы МИТТТМ с ножами №1 и №2, от частоты вращения ножей. 2. По экспериментальным данным определены мощности, затрачиваемые: на измельчение котлетной говядины лезвием ножа №1; на измельчение котлетной говядины лезвием ножа №2; на измельчение говядины высшего сорта лезвием ножа №1; на измельчение говядины высшего сорта лезвием ножа №2. 3. Сравнительная оценка показала, использование ножа №1 по сравнению с использованием ножа №2 при частоте вращения рабочих органов 330 об/мин сокращает: потребление полной мощности МИТТТМ на 25,1% при измельчении котлетной говядины; потребление полной мощности МИТТТМ на 10,7% при измельчении говядины высшего сорта; мощность, затрачиваемую на измельчение котлетной говядины лезвием ножа, более чем на 45%; мощность, затрачиваемую на измельчение говядины высшего сорта лезвием ножа, более чем на 39 %. 4. Расчёт усилий резания при различной частоте вращения рабочих органов показал, что при увеличении скорости резания усилия резания возрастают по логарифмической зависимости. 1. Разработано научное положение, заключающееся в выявлении двух критических скоростей резания и трёх режимов процесса измельчения: квазистатический, ударный, волновой. 2. По разработанной математической модели процесса резания осуществлена количественная оценка значений критических скоростей процесса резания мясного сырья на волчке. 3. Аналитически получено уравнение, описывающее взаимосвязь между усилием резания, геометрическими параметрами ножа и физико-механическими свойствами измельчаемого материала, при квазистатической деформации. 4. Получены экспериментальные зависимости между скоростью резания и усилием резания мясного сырья, определено значение начального угла скольжения при измельчении мясного сырья. 5. Оптимизирована форма режущей кромки ножа в форме критериального соотношения. 6. Разработана математическая модель для расчёта координат центра отверстий в ножевой решётке. 7. Изготовлен экспериментальный образец ножа и проведены его промышленные испытания на ЗАО «Боровичский мясокомбинат», подтвердившие справедливость разработанной методики инженерного расчёта рабочих органов измельчительного оборудования. Общая энергоёмкость процесса при использовании новых ножей сокращается на 25% по сравнению с использованием прямолинейной осевой режущей кромкой. 8. Экономический эффект от внедрения экспериментальных ножей составляет 275000 руб./ед. оборудования в год.
