Основы теории и расчет машин для измельчения корнеклубнеплодов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТ МАШИН ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ

План

1. Классификация и требования к измельчителям корнеклубнеплодов

2. Процесс и сопротивление резанию корнеклубнеплодов ножевым аппаратом

1. Классификация и требования к измельчителям корнеклубнеплодов

Для измельчения корнеклубнеплодов применяют корнерезки, пастоизготовители и корнетерки. По устройству режущего аппарата корнерезки разделяют на дисковые, барабанные и центробежные, по расположению ножей - на вертикальные и горизонтальные.

В корнерезках применяют три типа ножей: плоский с прямолинейным сплошным лезвием (МРК-5, КПИ-4); плоский с гребенчатым лезвием и совочкообразный.

Плоский нож со сплошным лезвием делает стружку в виде ломтей, толщина которых зависит от высоты установки лезвия над плоскостью расположения корнеклубнеплодов. Длина и ширина ломтя зависит от размера корнеклубнеплода. Ломти делают для скармливания КРС и сушки.

Гребенчатый нож режет стружку в виде узких полос (лапши) шириной, равной ширине гребня. Такие ножи делают рваную стружку и требуют большего усилия резания, чем плоский нож. Такие ломти используют для молодняка КРС и сушки.

Совочкообразные ножи срезают стружку полуовального сечения. Высота и ширина стружки зависят от размеров совочков. Такие ножи работают лучше, чем гребенчатые. К недостаткам следует отнести сложность заточки лезвия.

Ножи изготавливают из инструментальной стали У9 или марганцовистой 65Г и 70Г. Согласно ГОСТ 441-58 угол заточки прямого ножа равен 18…250. Толщина лезвия не должна превышать 0,1 мм. Рабочую часть ножа подвергают закалке на ширину 20…25 мм.

Резанье у дисковых и барабанных корнерезок осуществляется движением ножей относительно измельчаемого материала, а у центробежных - перемещением продукта относительно неподвижных ножей.

Пастоизготовители и корнетерки составляют отдельную группу машин, работающих по принципу мясорубки или терки. Они измельчают продукт более тонко, чем корнерезки. Полученная паста или мезга имеет размеры частиц до 3…5 мм и используется в смеси с другими кормами для свиней и птицы. Измельчители корнеклубнеплодов должны удовлетворять следующим требованиям:

1. Производить измельчение, соответствующее зоотехническим требованиям.

2. Иметь производительность, обеспечивающую измельчение корнеклубнеплодов на одно кормление за 1…2 часа.

3. Обеспечивать высокое качество измельчения (однородность размера при минимальном выделении сока (для корнерезок).

4. Обеспечивать механизированную загрузку и выгрузку продукта.

5. Быть простыми, удобными и безопасными в работе, иметь хороший доступ к рабочим органам для их регулировки или замены.

2. Процесс и сопротивление резанию корнеклубнеплодов ножевым аппаратом

Как мы говорили, резание в корнерезках осуществляется резцом, имеющим форму клина. Теорию резания резцом сельскохозяйственных материалов (почва, корнеплоды и др.) разработал акад. Горячкин В.П., который назвал ее теорией клина.

В соответствии с этой теорией процесс резания протекает следующим образом. В первый момент при внедрении клина с углом б под действием силы Р происходит сминание материала на длине а. В следующий момент, когда сила достигнет некоторой критической величины, происходит скалывание материала на длине l > а.

Скол вначале несколько углубляется в материал, а затем поднимается вверх, но не доходит до поверхности стружки, которая получается сплошной. Усадки или удлинения стружки корнеклубнеплодов не наблюдается, поэтому l1 = l. корнеклубнеплод ножевой измельчение сок

На основании опытных данных В.П. Горячкин величину пути сминания корнеклубнеплодов предложил определять по формуле

,

где h, б - обозначение на риcунке;

ц - угол трения материала по граням клина,

а отношение длины сжатия к длине скалывания - по формуле:

Общее усилие резания В.П. Горячкин предложил определять, используя так называемую рациональную формулу:

Н,

где Р0 - некоторое постоянное сопротивление;

· k, E - коэффициенты пропорциональности;

· b и h - ширина и толщина срезаемой стружки, м;

· х - скорость резания, м/с.

Рациональная формула имеет три слагаемых. Первое - это сопротивление резанию, зависящее от свойств продукта и параметров резца, второе - это усилие на деформацию стружки и третье - это усилие на сообщение стружке определенной скорости при ее отбрасывании. Все три слагаемых определяются из эксперимента.

Г.И. Новиков из опытов по резанию корнеклубнеплодов установил, что наибольшее значение имеет вторая составляющая, наименьшее - третья. Изменение угла резания б = 17…300 не влияет на общее усилие резания.

Первое слагаемое он предлагает определять по эмпирической формуле:

Н,

где в - коэффициент, зависящий от механической прочности материала (для картофеля в = 6,5, моркови в = 7,5, для свеклы в = 10,4);

ДS - длина активной части лезвия, см;

· Д - толщина лезвия резца (0,003…0,01 см);

· m - показатель степени для картофеля 0,55; моркови 0,5; свеклы 0,53.

Коэффициент k у второго слагаемого

,

где уc - предельное напряжение скалывания, для картофеля 3,8104 Па, моркови - 5,1104 Па, свеклы - 9,3104 Па.

Коэффициент необходимо учитывать, если ширина стружки равна активной длине резца

b = ДS .

Коэффициент третьего слагаемого

E = 0,025

для любых корнеклубнеплодов.

Для упрощения расчетов часто используют удельное давление резания на единицу длины резца q. Тогда

Р = qДS,

где q - среднее значение давления принимают q = (1,5…2,0)103 Н/м.

1. Определение мощности центробежной корнерезки

Мощность центробежной корнерезки складывается из мощности, необходимой непосредственно для процесса резания, мощности на подачу корнеклубнеплодов к ножам резки и мощности на преодоление трения корнеклубнеплодов о стенки камеры резания

.

Мощность на преодоление сопротивления резанию корнеклубнеплодов

Вт,

где q = 15…20 Н/см - среднее удельное усилие резания;

· Др - диаметр камеры резания, м;

· L - длина ножа, см;

· Z - число ножей;

· щ - угловая скорость лопасти, с-1;

· Kн - коэффициент использования длины ножей (0,7…0,8);

· Kп - коэффициент, учитывающий пустоты между корнеклубнеплодами (0,6…0,8).

Мощность и перемещение корнеклубнеплодов к ножам резки затрачивается на преодоление сил трения по диску от действия силы веса частиц материала F при их движении вдоль лопасти, силы трения Т от действия кариолисовой силы К при движении частицы по лопасти.

Сила трения по диску

F = mgf.

Сила трения по лопасти от силы Кариолиса

.

Мощность на перемещение корнеклубнеплодов вдоль лопасти

,

где х0 - скорость перемещения материала вдоль лопасти

.

где m - масса корнеклубнеплодов, находящихся в камере резания;

· b - толщина срезаемой стружки (толщина ломтиков).

Максимальная скорость получится при максимальной толщине стружки. Ее и следует подставлять в формулу.

Массу корнеклубнеплодов m, находящихся одновременно в камере резания, можно определить по производительности Q и продолжительности пребывания корнеклубнеплодов в камере t

.

Производительность резки, как правило, заданная величина. Продолжительность пребывания корнеклубнеплодов в камере определяется

,

где Rp - длина пути движения корнеклубнеплодов до ножей.

Рр определяется в зависимости от места попадания материала в камеру и ее диаметра.

,

где х - расстояние от центра вращения до точки падения корнеклубнеплодов на диск.

Подставляя значения составляющих в формулу мощности на передвижение, получим при f = f1

, Вт

Мощность на трение о стенки кожуха резки

,

где Мтр - момент трения

Нм,

где k1 - коэффициент, учитывающий уменьшение силы трения за счет срезания ломтиков (k1= 0,3…0,4);

· I - центробежная сила

,

тогда

.

Если требуется резание корнеклубнеплодов на ломтики строго заданной формы, необходимо, чтобы клубень в процессе резания не поворачивался. Это необходимо, например, при сушке корнеклубнеплодов. От усилия резания клубень стремится повернуться вокруг своей оси. Этому препятствуют силы трения клубня о лопасть. При прямолинейной лопасти они не велики. Чтобы их увеличить, лопасть делают криволинейной и силы сопротивления проворачиванию клубней увеличиваются, благодаря заклинивающему эффекту. Сопротивление проворачиванию от вышележащих клубней в обоих случаях остается примерно одинаковым.

Размещено на Allbest.ru