Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЕКОНОМІКИ

І ТОРГІВЛІ ІМЕНІ МИХАЙЛА ТУГАН-БАРАНОВСЬКОГО

УДК 641.512.06

ФОРМУВАННЯ ВІБРОАКУСТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАШИН ОЧИСТКИ КОРЕНЕБУЛЬБОПЛОДІВ ПЕРІОДИЧНОЇ ДІЇ ДЛЯ ПІДПРИЄМСТВ ХАРЧУВАННЯ

Спеціальність 05.18.12 - процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ЖИДКОВ ЮРІЙ ВІТАЛІЙОВИЧ

Донецьк 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Донецькому національному університеті економіки і торгівлі імені Михайла Туган-Барановського Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Заплетніков Ігор Миколайович, Донецький національний університет економіки і торгівлі імені Михайла Туган-Барановського, завідувач кафедри обладнання харчових виробництв

Офіційні опоненти:

Пушанко М.М., доктор техн. наук, професор, професор кафедри технологічного обладнання харчових виробництв (Національний університет харчових технологій)

Богомолов О.В., доктор техн. наук, професор, завідувач кафедри обладнання і процесів переробних і харчових виробництв (Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка)

Захист відбудеться 26 жовтня 2007 р. о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 11.055.02 Донецького національного університету економіки і торгівлі імені Михайла Туган-Барановського за адресою: Театральний, 28, Донецьк, 83055, Україна (3-й учбовий корпус).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донецького національного університету економіки і торгівлі імені Михайла Туган-Барановського за адресою: б.Шевченко, 30, Донецьк, 83017, Україна.

Автореферат розісланий 26 вересня 2007р.

Вчений секретар

спеціалізованої ради

к.т.н., доцент Антропова Л.М.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Одним з несприятливих екологічних факторів є шумове забруднення робочих місць виробничих цехів. Шумове забруднення робочих місць виникає від роботи різноманітного обладнання. На підприємствах харчування джерелом шуму і вібрації є технологічне обладнання, серед якого, як показали дослідження, найбільш високий рівень шума випромінює очисне обладнання. Про рівень вібрації цього обладнання відомості в технічній літературі відсутні.

Віброакустичні характеристики (ВАХ) технологічного обладнання є комплексним показником якості конструкції та виготовлення, ступеню безпеки і санітарно-гігієнічних умов застосування. Вони впливають на розміщення обладнання у виробничих цехах та конкурентноздатність його на зовнішньому ринку. Ці характеристики використовуються при проектуванні обладнання, контролюються при прийомо-здатних іспитах заводами-виготівниками, при стандартизації і сертифікації продукції.

Технічній віброакустиці присвячені праці учених Г.Л. Осипова, Л.Ф.Лагунова, Е.Я.Юдина, Е.Скучика, В.Н.Мякшина, Б.А.Селиверстова, И.Е.Цукерникова, І.М. Заплетнікова, І.М. Лебедєва, С.А. Соколова, Д.О. Єрьоменко та ін.

ВАХ машин повинні забезпечувати допустимі рівні шума і вібрації у виробничих приміщеннях, регламентуємих галузевими, державними і міждержавними стандартами.

В період з 90-х років і до теперішнього часу на нових підприємствах харчування України з'явилося багато обладнання виробництва зарубіжних фірм. Це обладнання володіє високим технічним рівнем і вартістю. ВАХ цього обладнання, як показали проведені в ДонДУЕТ дослідження, мають в середньому на 5-12 дБА більш низькі значення при роботі без продукта, ніж ті, що випускаються у країнах СНД, але при роботі з продуктом ВАХ імпортного обладнання наближується до вітчизняного.

Тому задача поліпшення ВАХ технологічного обладнання підприємств харчування, що використовується для очистки коренебульбоплодів, актуальна у теперешній час та в перспективі.

На підприємствах харчування застосовують машини очистки корнебульбоплодів (МОК) періодичної дії, в основному, продуктивністю 150-350 кг/год. Найбільше розповсюдження отримали машини МОК періодичної дії, яким і присвячена дана дисертація.

Попередні дослідження ВАХ машин МОК показали, що їх ВАХ перевищують допустимі санітарні норми, норми ГОСТ 12.1.036-81.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота містить результати досліджень, виконаних автором у плані держбюджетної тематики НДР ДонДУЕТ Д2003-1 “Розробка та наукове обґрунтування створення нових видів технологічного обладнання для обробки сипкої харчової сировини” № 0102U001776; Д2002-4 “Інтенсифікація робочих процесів та поліпшення експлуатаційних характеристик обладнання харчових виробництв і громадського харчування” № 0106U012557; Д2006-3 “Поліпшення віброакустичних характеристик технологічного обладнання харчових виробництв” №0105U007784.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є встановлення основних закономірностей формування ВАХ у машинах МОК періодичної дії і на їх основі удосконалити конструкції машин для підвищення екологічної безпеки і санітарно-гігієнічних умов їх застосування на підприємствах харчування.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- виконати аналітичний огляд конструкцій машин МОК, результатів досліджень віброакустичних характеристик, методів і засобів їх поліпшення;

- виконати аналітичний опис закономірностей формування віброакустичних процесів машин МОК;

- встановити закономірності механіки руху бульб у робочій камері машин МОК;

- експериментально визначити ВАХ машин МОК;

- визначити взаємозв'язок ВАХ з експлуатаційними параметрами машин МОК;

- розробити інженерну методику розрахунку ВАХ машин МОК на стадії проектування;

- розробити технічні пропозиції щодо удосконалення конструкції машин МОК з метою поліпшення їх ВАХ.

Об'єкт досліджень - віброакустичні процеси машин МОК;

Предмет досліджень - машини очистки коренебульбоплодів періодичної дії. віброакустичний очистка корнебульбоплід машина

Методи досліджень - інформаційний пошук і аналіз науково-технічної літератури, аналітичне моделювання ВАП, комплексне експериментальне дослідження ВАП сумісно з силовими та кінематичними параметрами МОК, обробка експериментальних ВАХ методами математичної статистики і теорії імовірностей з використанням ПЕОМ.

Наукова новизна результатів полягає в:

- аналітичному описанні процесів формування ВАХ машин МОК;

- аналітичному описанні механіки руху бульб коренеплодів у робочій камері МОК при завантаженні;

- встановленні аналітичної залежності потужності випромінювання шума корпусом робочої камери машини від ударів картоплі;

- визначенні коефіцієнтів втрат коливальної енергії в машинах МОК;

- встановленні багатофакторних емпіричних залежностей взаємодії ВАХ з технологічними параметрами машин МОК;

- отриманні математичної залежності потужності випромінювання шума машин МОК в октавних смугах частот і корегованому рівні звукової потужності;

- на основі встановлених закономірностей формування ВАХ машин МОК запропонуванні науково обґрунтованих напрямків удосконалення їх конструкції. Практичне значення результатів:

- запропоновані математичні моделі ВАХ машин МОК для підприємств харчування дозволяють розрахувати ВАХ машин МОК як на стадії проектування, так і в умовах експлуатації;

- застосування методики розрахунку ВАХ, що пропонується при проектуванні овочерізальних машин МОК виключає можливість перевищення гранічно допустимих шумових характеристик в період їх створення;

- встановлені ВАХ машин МОК періодичної дії в різних режимах роботи при очищенні картоплі та буряка, які можливо застосувати при розробці технічної документації на ці машини, а також при проектуванні підприємств харчування;

- розроблені пропозиції щодо удосконалення конструкції машин МОК, захищені двома патентами України, дозволяють поліпшити ВАХ цих машин і, тим самим, підвищують їх екологічну безпеку, конкурентноздатність на світовому ринку і поліпшують санітарно-гігієнічні умови праці персоналу підприємств харчування.

Реалізація результатів роботи:

- впровадження на Білоруському ПО “Торгмаш”, що спеціалізується на випуску машин МОК для країн СНД, шляхом удосконалення конструкції і методики розрахунку на стадії проектування дозволило підвищити конкурентноздатність обладнання по обробці коренебульбоплодів, річний соціально-економічний ефект склав 97,79 тис.грн (акт упровадження від 19.02.07р.);

- виготовлено на підприємстві “Інтертехніка” м. Донецьк дослідно-промисловий зразок машини очищення коренебульбоплодів типу МОК-150 з поліпшеним ВАХ на 5 дБа по корегованому рівню звукової потужності і на 2-8 дБ на низьких частотах, на 10-13 дБ на середніх частотах і 11-14 дБ на високих частотах по октавних рівнях звукової потужності при роботі з продуктом. Зразок цілком відповідає вимогам стандартів України і санітарних норм для виробничих цехів підприємств харчування (акт впровадження від 19.04.2007р.) з річним економічним ефектом 17,3 тис.грн.;

- удосконалена конструкція машини МОК продуктивністю 350 кг/год з поліпшеними ВАХ впроваджена у виробничому цеху комбінату харчування ОАО “Донецький металургійний завод” м. Донецька із соціально-економічним ефектом 0,36 тис. грн. (акт упровадження від 26.01.2007р.);

- удосконалена конструкція машини МОК продуктивністю 350 кг/год з поліпшеними ВАХ впроваджена на виробничому цеху їдальні заводу “Норд” м. Донецька із соціально-економічним ефектом.

Апробація дисертаційної роботи. Основні положення даної дисертаційної роботи і результати досліджень доповідалися й обговорювалися на міжнародних, всеукраїнських і міжвузівських науково-практичних конференціях: на щорічних конференціях ДонДУЕТ у 2004-2007р.; на 71 науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів НУХТ “Наукові здобутки молоді - вирішенню проблем харчування людства у ХХІ столітті” (м.Київ, 2005р.), на міжнародній науково-технічній конференції “Машиностроение и техносфера ХХІ века” (м. Севастополь, 2005р.), на ІХ міжнародній науково-технічній конференції НУХТ “Нові технології та технічні рішення в харчовій та переробній промисловості: сьогодення і перспективи” (м.Київ, 2005р.), на ІV міжнародній науково-технічній конференції “Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація і економіка” (м.Святогірськ, 2005р.), на всеукраїнській науково-практичній конференції “Нові ресурсо- та енергозберігаючі технології харчових виробництв” (м.Полтава, 2007р.), на ХІІ International Congress on Sound and Vibration (Lisbon Portugal,2005).

Особистий вклад здобувача полягає у встановленні закономірностей формування ВАХ для машин типа МОК і коректуванні методики розрахунку ВАХ на стадії проектування, розробці робочої методики, проведенні експериментальних досліджень машин МОК-150 і МОК-350, обробці і аналізу результатів, побудуванні емпіричних моделей ВАП, розробці пропозицій щодо удосконалення конструкції машин МОК для зниження ВАХ, формуванні висновків за розділами та загальних висновків, участі у впровадженні результатів досліджень, підготовці публікації результатів.

Публікації. Основні результати опубліковані у 15 наукових працях, у т.ч.: 7 статей у наукових спеціалізованих виданнях, які затверджені ВАХ України, 2 патенти України; 5 тезисів доповідей на наукових конференціях, 1 доповідь на 12 міжнародному конгресі по звуку та вібрації ІСSV12 в Лісабоні, Португалія.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаної літератури, який включає 141 найменування і додатки. Робота викладена на 169 стор., містить 44 ілюстрації та 30 таблиць.

Основний зміст

У вступі наведено загальну характеристику роботи, обґрунтовано актуальність теми, наукове та практичне значення, визначені предмет та об'єкт досліджень, мета та задачі досліджень.

У першому розділі представлені екологічні аспекти віброакустики технологічного обладнання підприємств харчування. Відзначено, що воно є основним джерелом виробничого шуму та вібрації і шкідливо впливає на здоров'я персонала цих підприємств. Широке застосування на підприємствах харчування для очищення коренебульбоплодів знайшли машини періодичної дії типу МОК. Віброакустичні характеристики (ВАХ) цих машин не в повній мірі задовольняють сучасним допустимим нормам, тому машини МОК є екологічно небезпечними, а їх ВАХ потребують поліпшення. Вирішити цю проблему можливо на основі ретельного вивчення віброакустичних процесів, що виникають в машинах МОК. Відомі наукові праці в галузі динаміки та акустики машин створили певні теоретичні передумови для розробки віброакустичних моделей формування ВАХ цих машин та розробки методики їх розрахунку. Формування ВАХ машин МОК визначається їх конструктивними особливостями та внутрішніми специфічними процесами, які до наступного часу не досліджувалися.

Аналітичний огляд відомих технічних засобів поліпшення ВАХ машин, в т.ч. очищувального обладнання, показав, що ефективність застосування їх визначається конструктивними, технологічними та акустичними особливостями та економічними обмеженнями. Тому використання цих засобів дуже специфічно. Обґрунтовано напрямок та завдання досліджень, що дозволять вивчити процес формування ВАХ машин МОК і на його основі розробити математичні моделі процесу і методику розрахунку на стадії проектування машин, а також запропонувати технічні пропозиції по удосконаленню конструкції машин з поліпшеними до допустимих норм ВАХ.

У другому розділі представлені результати побудови теоретичних моделей віброакустичних процесів формування ВАХ машин МОК. В механічних системах цього обладнання виникають лінійні та крутильні коливання звукової частоти. Узагальнена модель формування віброакустичних процесів (ВАП) технологічної машини складається з 1,2...n внутрішніх джерел вібраційних процесів, генеруючих крутильні та лінійні коливання з круговою частотою . Ці коливання передаються корпусу, стінки якого випромінюють звукові коливання. У повітряний простір навколо машини випромінюється звукова енергія потужністю N, яка сприймається приймачем випромінювання, формуючого вихідний сигнал у вигляді ВАХ - рівня звукової потужності в октавних смугах частот або корегованого рівня звукової потужності. Динамічна модель лінійних коливальних процесів в машинах МОК складається з комбінації простих одномасових систем, моделюючих, коливання ротора електродвигуна зі шківом, вала з робочим органом і шківом. Динамічна модель лінійних коливань для машин МОК прийнята у вигляді двохмасової системи з одним ступенем свободи. Система диференціальних рівнянь описує коливання внутрішніх джерел віброакустичних процесів. Рішення цієї системи дозволяє визначити амплітуди віброшвидкостей коливаючих мас. Передача коливальної енергії від збудника (електродвигуна) до корпуса характеризується передаточною функцією. Коливання від внутрішніх джерел передаються на корпус машини, який також є джерелом акустичних коливань. Вони улавлюються мікрофоном шумоміра, формуючим ВАХ. Корпуса машин МОК, які мають форму близьку до циліндричної, розглядаємо як випромінюючий циліндр, здійснюючий згибні коливання під дією внутрішніх джерел коливань. Синтез лінійних динамічних і акустичних моделей дозволяє визначити звукову потужність випромінювання машиною МОК.

Звукова потужність, випромінювана циліндричним корпусом машини;

для двохмасової системи при k_вR_ц<1

(1)

при k_вR_y>>1 (2)

де с - густина повітря, кг/м³; с₀ - швидкість розповсюдження звукової хвилі у повітрі, м/с; k_в - хвильове число у повітрі перед циліндром; _к - кругова частота вимушених коливань, с^-1; Р_о - збуджуюча сила, Н; р₁ - частота вільних коливань, с^-1; - коефіцієнт; m₂ - маса робочого органу з продуктом, кг.

У якості R_ц приймаємо зовнішній радіус циліндричного корпуса машини.

Коефіцієнт втрат коливальної енергії з визначається як відношення амплітуд віброшвидкостей на виході та вході віброакустичної системи. З рівнянь

(3)

де с₂ - коефіцієнт жорсткості клинового паса, Н/м.

Коефіцієнт випромінювання для джерел шума у вигляді сферичного випромінювача нульового порядку (монополя)

(4)

де R - радіус сфери, м.

В акустичних розрахунках джерела механічного шума моделюються монопольним випромінювачем. Звукова потужність, випромінювана джерелами механічного шума технологічної машини, що моделюється акустичним монополем k²_вR²>>1, для двохмасової віброакустичної системи

Звукова потужність випромінювання від внутрішніх джерел ВАС і корпуса машини розраховується для кожної i-тої октавної смуги частот і окремо сумується.

(6)

де - звукова потужність від ударів бульб по корпусу робочої камери машини в октавних частотах.

Рівень звукової потужності машини МОК в октавних смугах частот

, дБ (7)

Корегований по А рівень звукової потужності знаходиться з залежності

(8)

де К_А - частотна корекція по характеристиці А.

Динамічні та акустичні моделі ВАП описують формування ВАХ машини як механічної системи. Однак, як показали експериментальні дослідження, значним джерелом шума в цьому обладнанні є удари продукта по стінці робочої камери машини. Цей процес не знайшов належного математичного опису, необхідного для оцінки його впливу на ВАХ машини. В роботі пропонується звукову потужність випромінювання від удара бульби о стінку робочої камери визначати із залежності

(9)

де m_пр - приведена маса до робочої камери машини; l_a - коефіцієнт відновлення швидкості при ударі; t₀ - період проходження ударних імпульсів (експериментальна величина); V_a - абсолютна швидкість бульби при ударі, м/с.

Процес руху бульби по “хвилі” робочого органу описується рівнянням

(10)

де F_в- збуджуюча сила, Н; Т- сила тертя, Н; F_u- сила інерції, Н; F_ц- відцентрова сила, Н.

Підставивши відповідні вирази у рівняння, поділивши обидві частини на та перетворивши, одержимо диференціальне рівняння другого порядка з постійними коефіцієнтами і правою частиною

(11)

Рівняння вирішується методом варіації постійних.

Підставивши у рівняння постійні інтегрування отримаємо залежності для визначення шляху ковзання бульби по поверхні “хвилі” робочого органа машини МОК

(12)

Відносна швидкість переміщення бульби по “хвилі”

(13)

Межовими умовами процеса ковзання бульби по “хвилі” є момент відриву бульби від поверхні ковзання. Траєкторію польоту центра маси бульби будемо описувати рівняннями руху одиночного твердого тіла у системі нерухомих координат ХУ, центр яких збігається з центром обертання робочого органа.

Виконаний аналітичний опис механіки руху бульб після відриву від поверхні “хвилі” робочого органа машини дозволяє визначити траєкторію руху бульби в робочій камері машини. Розроблено програму розрахунку механізму руху бульби в машинах очищення коренебульбоплодів.

У третьому розділі розроблена робоча методика визначення ВАХ машин МОК відповідно до ГОСТ 12.1.026-80.

Визначені ВАХ машин МОК-150 і МОК-350, представлених на графіках.

Виміри виброакустических характеристик проведено на атестованій апаратурі: шумоміром 00023 "Роботрон", вібраційних - ВШВ-003 М2, датчиком - ДН-3.

Обробка результатів вимірів проведена на персональному комп'ютері по спеціальній програмі. Запис виброакустических процесів здійснювався на персональному комп'ютері.

Для одночасного запису ВАХ обладнання його динамічних і технологічних параметрів використовується стенд із повним комплектом апаратури. Крім описаного комплекту акустичної апаратури стенд включає тензометричну і вібровимірювальну апаратуру, а також прилад для виміру і запису потужності К-50, що витрачається електродвигуном.

Вихідний сигнал подається на осцилограф 7, типу Н-071. У наступних дослідженнях замість осцилографа використовувався комп'ютер з аналого-цифровим перетворювачем 11.

На стенді в реальному масштабі часу реєструються одночасно на осцилограмі чотири параметри: обертальний момент на робочому органі М, витрата потужності електродвигуном машини N, віброшвидкість корпуса машини V і рівень звуку, а також відмітник часу.

Виміри ВАХ машин проводилися відповідно до методики в ідентичних акустичних умовах. Оброблені результати вимірів приведені на графіках.

Порівняння шумової характеристики машини з припустимими нормами по ТУ показало, що при роботі машини без продукту вона цілком відповідає нормам, однак при очищенні продукту ВАХ перевищує норми на всіх частотах на 6 дБа.

Істотно погіршується шумова характеристика машини при роботі з продуктами - на 12 - 19 дБ. Основними джерелами шуму в машинах є електродвигун і удари бульб по корпусу машини. Проведено експериментальне дослідження рух бульб у робочій камері картоплечисток. Застосовано телеметричний метод дослідження зі статистичною обробкою результатів.

Телеметричні дослідження проводилися за допомогою цифрової відеокамери. Зйомка велася у полі координатної сітки 50х50мм у двох ракурсах: вид об'єкта зверху і збоку. Дослідження проводилися на машині МОК-150 зі знятою циліндричною робочою камерою і циліндричною обичайкою корпуса машини. На рухомий робочий орган потрапляли дві бульби масою по 90гр кожна. Одна - на внутрішню частину робочого органа, інша - на зовнішню. Камера фіксувала траєкторії руху бульб по робочому органу й у вільному польоті. Зображення записувалося на дискету, за спеціальною програмою на персональному комп'ютері проводилося розкадрування і на принтері роздруковувалися телекадри з проміжком 0,04с. За телекадрами визначалися координати бульб та швидкості їх руху у коефіцієнтах ХУZ з похибкою до 13%.

Отримані результати ілюстровані графіками.

Зміну абсолютних швидкостей руху бульб, а також їх вертикальної складової представлено на рисунку 10 та описана рівняннями (14), (15).

Абсолютна швидкість руху центра маси бульби у робочій камері апроксимована рівняннями 14 і 15 при

- внутрішньому розташуванні бульби

(14)

- зовнішньому розташуванні бульби

(15)

На основі вивчення траєкторії руху бульб для картоплечистки МОК-150 рекомендовано збільшити діаметр робочої камери до 400-410мм.

У четвертому розділі досліджувався взаємозв'язок ВАХ з конструктивними й експлуатаційними параметрами машини МОК. Експеримент планувався у вигляді трьохфакторного на двох рівнях -2³. На стенд по черзі встановлювалися машини МОК-150 і МОК-350. Досліджувався вплив на робочий процес наступних зовнішніх перемінних факторів: виду продукту - Х₁, маси завантажувального продукту - Х₂ і крупності продукта - Х₃. Цільовими функціями, що характеризують силові фактори машини прийняті витрати енергії електродвигуном машини N, кВт, обертальний момент М на робочому органі, Н·м, корегований рівень звукової потужності, дБА, та віброшвидкість корпуса V, мм/с. Приклад осцилограми при очищенні картоплі найбільшої крупності 80 мм, маса завантаження 7 кг приведений на рисунку 11.

В результаті обробки експериментальних даних отримані адекватні рівняння регресії

, дБА (16)

мм/с (17)

кВт (18)

Н·м (19)

Аналіз рівнянь регресії показав, що на ВАХ найбільше впливає маса завантажувального продукту і його вид, а також спільна дія крупності і виду продукту.

Віброшвидкість корпуса картоплечистки V залежить насамперед від виду продукту, інші фактори залежать, практично однаковою мірою.

Експеримент показав, що за збільшенням маси завантаження продуктом робочої камери рівень звукової потужності L знижується, а віброшвидкість корпуса зменшується при обробці продуктів великої крупності. На витрати навантаження електродвигуном картоплечистки насамперед впливає маса завантаженого продукту.

Навантаження робочого органа як функція обертального моменту, залежить, практично, однаковою мірою від завантаження машини і виду продукту. При очищенні буряка - від збільшення крупності продукту і парної взаємодії перемінних факторів. На графіках відображений вплив досліджуваних параметрів на ВАХ, мінімальний коефіцієнт кореляції - 0,57.

У результаті обробки осцилограм машини МОК-150 із застосуванням гармонійного аналізу отримані емпіричні залежності амплітудно-частотних характеристик по корегованому рівню звукової потужності при очищенні картоплі

(22)

при очищенні буряка

(20)

де = 264с -¹.

Ідентифікація джерел шуму показала, що парні гармоніки пропорційні частоті обертання електродвигуна 2. 23,5 = 47 Гц, непарні - взаємодії "хвиль" робочого органа з продуктом. Основна частота - ударам продукту по стінках робочої камери. Для поліпшення ВАХ машини доцільно збільшити жорсткість стінки камери і віброізолювати її від корпуса машини.

Для машини МОК-350 отримані багатофакторні моделі в кодованих перемінних

, (21)

, (22)

, дБА. (23)

Найбільш значимим фактором для ВАХ машини виявилася крупність завантаженої картоплі. Інші фактори слабко впливають на ВАХ і то лише в парній і потрійній взаємодії. Ідентифікацією джерел коливань установлено, що основна частота відповідає частоті обертання робочого органа. На робочому органі картоплечистки є три виступи (хвилі), що будуть створювати коливання з частотою, близької до 18 Гц. На цій частоті збуджуються коливання корпуса з найбільшою амплітудою. Коливання, порушувані електродвигуном, ідентифікуються четвертою гармонікою. Друга гармоніка відповідає максимальному обертальному моменту на робочому органі. Отримані емпіричні вираження свідчать про полігармонійний характер коливань у машинах МОК.

Багатомірна статистична модель ВАХ машини МОК-350 (29) отримана методом лінійно-кускової апроксимації за програмою АРМА.

, r= 0,57; S= 1,21 дБА, (29)

Модель показує, що поліпшення ВАХ машини МОК-350 зв'язано зі зменшенням технологічного навантаження на робочий орган, зниженням енергоємності робочого процесу і вібрації корпуса машини.

У п'ятому розділі розроблена методика розрахунку ВАХ машин очищення корнеклубнеплодов. Розроблено технічні пропозиції щодо удосконалення машин МОК-150 і МОК-350, які захищені патентами України. Удосконалення конструкції машин МОК дозволило довести ВАХ до санітарних норм і норм по ТУ.

Машинобудівне підприємство ЗАТ “Інтертехніка” випустило партію модернізованих машин очищення коренебульбоплодів продуктивністю 150 кг/год з поліпшеними віброакустичними характеристиками на 6 дБА, а також на низьких частотах на 2-8 дБ, середніх - на 10-13 дБ, високих - на 11-13дБ для підприємств харчування України.

Модернізовані машини знайшли застосування на Білоруському ВО торгмаш, на комбінаті харчування Донецького металургійного комбінату й у заводській їдальні АТ “Група Норд”. Загальний соціально-економічний ефект від упровадження результатів роботи склав 115,44 тис. грн.

Висновки

1. Віброакустичні характеристики машин очищення корнебульбоплодів періодичної дії для підприємств харчування не в повній мірі відповідають вимогам вітчизняних і міжнародних стандартів і поступаються зарубіжним аналогам.

2. Наукове обґрунтування удосконалення конструкції машин очищення коренебульбоплодів з метою поліпшення ВАХ та підвищення екологічної безпеки застосування обладнання можливо на основі вивчення процесів формування ВАХ.

3. Ефективність використання відомих способів та засобів поліпшення ВАХ машин неоднозначна і визначається їх індивідуальними конструктивними, технологічними та акустичними особливостями.

Розроблені раніше теоретичні основи побудування математичних моделей шумових характеристик технологічного обладнання можуть служити лише загальним методологічним напрямком, але не дозволяють враховувати особливості досліджуваного обладнання і запропонувати інженерну методику розрахунку ВАХ на стадії його проектування.

4. На основі подання конструкції машин узагальненої віброакустичної моделлю і описання функціонування моделі системою диференціальних рівнянь, а також рядом акустичних закономірностей отримані теоретичні залежності для розрахунку ВАХ машини в октавних смугах частот та за корегованим рівнем з урахуванням впливу продукта на стінки робочої камери.

Дослідження отриманих залежностей показало, що поліпшення ВАХ досягається збільшенням маси джерел шуму і вібрації, зменшенням розмірів випромінювальної поверхні та передаточної функції віброакустичної системи шляхом зниження технологічного навантаження на робочий орган і жорсткості продукта, виведенням частот вимушених коливань з резонансних областей.

5. Розроблена методика експериментальних досліджень ВАХ машин МОК і створений комплексний тензоакустичний стенд дозволяють отримати осцилограми віброакустичних процесів у реальному масштабі часу одночасно зі зміною кінематичних та силових параметрів машини.

Методи планування експериментів, гармонічного і регресивного аналізу ВАХ обладнання, адаптовані на ПК, дозволяють математично достовірно проводити аналіз цих характеристик, ідентифікувати джерела шуму і вібрації, отримати емпіричні моделі процесів, що протікають.

6. Експериментально встановлені значення ВАХ машин МОК та його елементів, а також ступінь перевищення стандартних значень в октавних спектрах і корегованому рівні.

Отримані одномірні та багатомірні емпіричні рівняння відображають закономірності формування ВАХ в залежності від виду оброблюваного продукта, його маси і крупності, ступеню завантаження робочої камери, навантаження на робочому органі, споживаної потужності, натягнення ременя клиноремінної передачі.

7. Досліджуваний телеметричним методом механізм руху бульб у робочій камері машин МОК показав, що на траєкторію руху бульб впливає їх розміщення в робочій камері, встановлений час ковзання по абразивній поверхні робочого органа 0,08 - 0,1 с, шлях переміщення 60-100мм, абсолютна швидкість в момент удару бульби об стінки робочої камери - до 1,5 м/с. З метою поліпшення ВАХ машини МОК-150 доцільно збільшити діаметр робочої камери до 410мм.

8. Експериментально встановлено, що до поліпшення ВАХ машини МОК-150 призводить збільшення маси завантаженого продукту і зменшення крупності продукту. На поліпшення ВАХ машини МОК-350 впливає зменшення крупності продукту. Віброшвидкість корпуса знижується також зі зменшенням натягнення ременя клиноремінної передачі.

9. Коливальний процес в машинах МОК носить полігармонійний характер. Ідентифікація джерел коливальних процесів показала, що основна частота коливань пов'язана з частотою обертання робочого органа. На ВАХ впливає частота ударів продукту по корпусу машини (насамперед у МОК-150), від взаємодії “хвиль” робочого органа з продуктом і частота, збуджувана електродвигуном машини.

10. Застосування науково обґрунтованих і експериментально підтверджених пропозицій та рекомендацій до проектування дозволяють створити машини МОК з поліпшеними ВАХ на низьких частотах на 2-8 дБ, середніх частотах - на 6-13 дБ, високих частотах 5-14 дБ, за корегованим рівнем - на 2-5 дБА, що задовольняють вимогам вітчизняних і міжнародних стандартів і санітарних норм по ВАХ.

Новизна ряду технічних рішень, створених на базі досліджень, захищена двома патентами України на корисну модель.

11. Запропонована методика розрахунку дозволяє розраховувати ВАХ машин МОК на стадії їх проектування.

12. Виконані теоретичні і експериментальні дослідження знайшли практичне застосування у створенні серійно випускаємого Білоруським ВО торгмаш машин МОК, а також підприємств харчування України, соціально-економічний ефект від застосування машин склав 115,44 тис. грн.

Використання цього обладнання у виробничих цехах підприємств харчування України та інших країн СНД поліпшить екологічну обстановку на цих підприємствах і санітарно-гігієнічні умови праці обслуговуючого персоналу та відвідувачів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Заплетніков І.М., Жидков Ю.В. Механіка руху бульб у машині для очищення картоплі // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат.зб.наук.пр. Вип.12, т.1. Донецьк: ДонДУЕТ, 2005. С. 46-52.

Здобувачем обґрунтована розрахункова схема, складені і вирішені рівняння, зроблено їх аналіз, виконані графіки, сформульовані висновки.

2. Заплетніков І.М., Жидков Ю.В. Вільне переміщення бульб картоплі у робочій камері картоплечисток // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат.зб.наук.пр. Вип.13, т.2. Донецьк: ДонДУЕТ, 2005. С. 32-37.

Здобувачем обґрунтована розрахункова схема, складені і вирішені рівняння, зроблено їх аналіз, розроблена специфічна програма розрахунку.

3. Заплетников И.Н., Жидков Ю.В., Божок И.С. Виброакустика машин очистки корнеклубнеплодов с перфорированной стенкой рабочей камеры // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля: Наук.журнал. Вип.11(93).Луганск: СУНУ, 2005. С. 158-161.

Здобувач розробив робочу методику визначення ВАХ машини з перфорованою стінкою робочої камери, визначив параметри ВАХ, проведена їх обробка і аналіз, сформульовані висновки.

4. Заплетников И.Н., Жидков Ю.В. Комплексное исследование виброакустических процессов оборудования очистки корнеклубнеплодов // Машиностроение и техносфера XXI века: Сб.тр.XII Междунар.научно-техн.конф., 12-17 сентября 2005г. г. Севастополь-Донецк: ДонНТУ, 2005. Т2. С. 12-15.

Здобувач розробив методику комплексного визначення параметрів, провів експериментальні дослідження машини МОК-350, виконав обробку і аналіз результатів.

5. Заплетніков І.М., Жидков Ю.В., Кіріченко В.О. Експериментальне дослідження машини очищення корнебульбоплодів МОК-150 // Матеріали IX Міжнар.наук.-техн.конф. "Нові технології та технічні рішення в харчовій та переробній промисловості: сьогодення і перспективи", 17-19 жовтня 2005р. У2ч. К.: НУХТ, 2005. 41. С. 31-32.

Здобувач провів експериментальні дослідження машини МОК-150, обробив результати, виконав їх аналіз.

6. Жидков Ю.В. Дослідження процесу руху бульби у картоплечистках // Труди 71-ї наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів "Наукові здобутки молоді - вирішенню проблем харчування людства у XXI столітті", 18-19 квітня 2005р. У 2ч.-К.: НУХТ, 2005. Ч.2. С. 42.

7. Заплетников И.Н., Жидков Ю.В. О движении клубней картофеля в камерных картофелечистках // Тезисы докл. V Междунар. научно-техн.конф. "Техника и технология пищевых производств.18-20мая 2005г. Могилев". Минск: ИЦБГУ. 2005. С. 172-173.

Здобувач сформулював тези доповіді про рух бульб в робочій камері машини.

8. Заплетніков І.М., Жидков Ю.В., Громов С.В., Афанасьєв Д.А. Дослідження поведінки бульби у робочій камері картоплечисток // Тези доп. Міжнар.наук.-техн.конф. 8-9 вересня 2005р. Святогірськ-Донецьк: ДонДУЕТ. 2005. С. 64-65.

Здобувач сформулював тези доповіді про закономірності поведінки бульб у картоплечистках.

9. Заплетников И.Н., Жидков Ю.В., Громов С.В. Модели взаимодействия продукта с рабочей камерой картофелечисток // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнар.зб.наук.пр. Донецьк: ДонНТУ, 2005. Вип.32. С. 115-120.

Здобувач запропонував використати телеметричний метод, прийняв участь у дослідженнях і обробці результатів, виконав розрахунки траєкторій, сформулював висновки.

10. Заплетніков І.М., Єрьоменко Д.О., Жидков Ю.В., Афенченко Д.С. Моделі силових та віброакустичних характеристик машини очищення корнеплодів МОК-150 // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат.зб.наук.пр. Донецьк: ДонДУЕТ, 2006. Вип. 14. С. 126-132.

Здобувач розробив емпіричні моделі силових та віброакустичних характеристик машини МОК-150, зробив висновки.

11. I. Zapletnikov, A. Chubin, V. Gidkov. Vibroacustic's characteristics of technological equipment transformation in exploitation conditions // Proc. International Congr. on Sound and Vibration XII. Lisbon Portugal. 2005. P.

Здобувачем розроблені емпіричні моделі основних параметрів машин очищення коренебульбоплодів.

12. Заплетніков І.М., Жидков Ю.В., Божок І.С. Віброакустичні характеристики машин очищення корнеклубнеплодів періодичної дії і методи їх поліпшення // Зб.тез доп. Всеукраїнський наук.пр.конф. "Нові ресурсо- та енергозберігаючі технології харчових виробництв" 1-2 березня 2007р. м. Полтава. Полтава: ПУСК України. 2007. С.

Здобувачем запропоновані конструктивні заходи поліпшення ВАХ машин МОК, визначена їх ефективність.

13. Заплетніков І.М., Єрьоменко Д.О., Жидков Ю.В. Методика розрахунку шумових характеристик картоплечисток підприємств харчування // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат.зб.нак.пр. Вип.16, Донецьк: ДонДУЕТ, 2007. С. 222-226.

Здобувачем удосконалена методика розрахунку ВАХ машини МОК.

14. Робоча камера картоплечистки. Патент України на корисну модель №18596, А23№7/00, А23№15/00/ Шубін О.О., Заплетніков І.М., Єрьоменко Д.О., Жидков Ю.В. 200605293; Заявл.15.05.2006; Опубл. 15.11.2006, Бюл. №11, 2006. 4 с.

Здобувачем запропонована нова конструкція робочої камери машини МОК.

15. Робоча камера картоплечистки періодичної дії. Патент України на корисну модель №18702, А23№7/00, А23№15/00/ Заплетніков І.М., Кіріченко В.О., Жидков Ю.В.-200605821; Заяв. 26.05.2006; Опубл. 15.11.2006, Бюл. №11, 2006. 4 с.

Здобувачем запропонована нова конструкція робочої камери машини з оригінальною абразивною поверхнею.

Анотація

Жидков Ю.В. Формування віброакустичних характеристик машин очищення коренебульбоплодів періодичної дії підприємств харчування. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12 - процеси та обладнання харчових, мікробіологічних і фармацевтичних виробництв. - Донецький національний університет економіки і торгівлі імені Михайла Туган-Барановського Міністерства освіти і науки України, Донецьк, 2007.

В дисертації встановлено, що віброакустичні характеристики (ВАХ) машин очищення коренебульбоплодів періодичної дії для підприємств харчування типу МОК перевищують допустимі санітарні норми, норми ГОСТ 12.1.036-81. Метою роботи є встановлення основних закономірностей формування ВАХ та удосконалення конструкції машин МОК для підвищення їх екологічної безпеки. Формування ВАХ в теоретичному плані виконано на основі динаміко-акустичних моделей з урахуванням звукової потужності від удару бульб по стінкам робочої камери.

Сплановані та виконані комплексні експериментальні дослідження формування ВАХ машин МОК-150 і МОК-350, які найчастіше використовуються на підприємствах харчування України. Записані осцилограми ВАХ машин одночасно з навантаженням та основними технологічними і конструктивними параметрами. Встановлено вплив ВАХ окремих елементів на формування ВАХ машини в цілому. Отримані багатофакторні залежності ВАХ, витрат потужності, навантаження робочого органа від виду продукта, його крупності, маси завантаження, натягнення клиноремінної передачі. Визначені телеметричним методом кінематичні параметри руху бульб у робочій камері МОК. Отримані амплітудно-частотні характеристики корегованого рівня звукової потужності машин і ідентифіковані джерела випромінювального шума.

Розроблена та впроваджена методика розрахунку ВАХ машин очищення коренебульбоплодів. Запропоновані конструктивні зміни машин МОК з поліпшеними ВАХ, що захищені патентами України та відповідають вимогам екологічної безпеки підприємств харчування України.

Ключові слова: машина очищення коренебульбоплодів, віброакустична характеристика, аналітичні, емпіричні моделі, методика розрахунку, удосконалення конструкції.

Аннотация

Жидков Ю.В. Формирование виброакустических характеристик машин очистки корнеклубнеплодов периодического действия для предприятий питания. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 - процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. - Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского Министерства образования и науки Украины, Донецк, 2007.

В диссертации установлено, что виброакустические характеристики (ВАХ) машин очистки корнеклубнеплодов периодического действия для предприятий питания типа МОК превышают допустимые санитарные нормы, нормы по ГОСТ 12.1.036-81. Целью работы является установление основных закономерностей формирования ВАХ машин МОК и на их основе усовершенствование конструкции машин для повышения экологической безопасности и улучшения санитарно-гигиенических условий их применения на предприятиях питания.

В работе проведен анализ конструкций машин МОК, применяемых на предприятиях питания Украины, выпущенных в странах СНГ и в дальнем зарубежье. Представлен аналитический обзор исследований в области виброакустики машин МОК, а также методов и средств улучшения ВАХ машин.

Для математического описания процессов формирования ВАХ машин МОК применены динамико-акустические модели, которые позволяют рассчитать ВАХ на стадии проектирования. В описании учтена и звуковая мощность от ударов клубней по стенкам рабочей камеры машины.

Спланированы и выполнены комплексные экспериментальные исследования формирования ВАХ машин МОК-150 и МОК-350, которые наиболее часто используются на предприятиях питания Украины.

Записаны осциллограммы ВАХ машин одновременно с нагрузкой и основными технологическими и конструктивными параметрами. Определены уровни звуковой мощности машин МОК и их элементов, которые позволили установить влияние ВАХ отдельных элементов на формирование ВАХ машины в целом.

Получены многофакторные зависимости ВАХ, затрат мощности, нагрузки рабочего органа от вида продукта, его крупности, массы загрузки, натяжения клиноременной передачи. Определены телеметрическим методом кинематические параметры движения клубней в рабочей камере МОК.

Гармоническим анализом осциллограмм ВАХ получены амплитудно-частотные характеристики корректированного уровня звуковой мощности машин и идентифицированы источники излучаемого шума.

Разработана и внедрена методика расчета ВАХ машин очистки корнеклубнеплодов.

Предложены конструктивные изменения машин МОК с улучшенными ВАХ, которые защищены патентами Украины и отвечают требованиям экологической безопасности предприятий питания Украины.

Ключевые слова: машина очистки корнеклубнеплодов, виброакустическая характеристика, аналитические, эмпирические модели, методика расчета, совершенствование конструкции.

Annotation

Gidkov U.V. - The formation of vibroacoustical characteristics of root crops peeling equipment the periodic action of foodstuffs manufactures - Manuscript. Thesis for candidate's degree by specialty 05.18.12 - processes and equipment for food, microbiological and pharmaceutical production. - Donetsk Nation University of Economy and Trade of a name Михаила Туган-Барановского of the Ministry of Education and Sciences of Ukraine, Donetsk, 2007.

The vibroacoustical characteristics (VAC) of root crops peeling machines periodic action such as МОК for the enterprises of catering exceed the allowable sanitary norms and norm ГОСТ 12.1.036-81 are established in the dissertation. The establishment of the basic laws of the formation VAC and improving of construction of machines МОК for increase of their ecological safety are the purpose of work. The formation VAC in the theoretical plan is executed on the basis dynamic-acoustic models in view of sound capacity from impact tubers about a wall on the working chamber.

The complex experimental researches of formation VAC of machines МОК-150 and МОК-350 that most frequently are used at the enterprises catering of Ukraine are planned and executed. The oscillograms VAC of machines simultaneously with loading both basic technological and design data are written down. The influence VAC of separate elements on formation VAC of the machine as a whole is established. The multifactorial dependences VAC and expenses of capacity from the working body, the kind of a product, its size, weight of loading, tension of wedge-belt drive are received. The kinematical parameters of tubers movements in the working chamber МОК are determined by a telemetering method. The peak-frequency characteristics of corrected level of sound capacity of machines are received and the sources of noise radiating are identified.

The method of account VAC of machines of root crops peeling is introduced and developed. The offered constructive changes of machines МОК with improved VAC are protected by the patents of Ukraine and meet the requirements ecological safety of the enterprises of catering of Ukraine.

Key words: the machine of potatoes peeling, the vibroacoustical characteristic, analytical, empirical models, the method of account, improving of construction.

Размещено на Allbest.ru