АНАЛИЗ МАССОВО-ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОСТОЧКИ АБРИКОСА И ЧИСЛЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАЗЛАМЫВАЮЩЕГО УДАРНИКА КОМБИНИРОВАННОЙ МАШИНЫ

ABSTRACT

The averaged mass-geometric characteristics of apricot are found in the material, which will help to determine the geometric size of the breaking working body and serve to determine the technological parameters of the breaking working body. The actions of the power mechanisms are mathematically modeled and graphs of linear and angular displacements, velocities and accelerations of various power mechanisms of the combined machine are constructed by the numerical experiment.

АННОТАЦИЯ

 В материале найдены усредненные массово-геометрические характеристики абрикоса, которые помогут разработке геометрического размера разламывающего рабочего органа и будут служить для определения технологических параметров разламывающего рабочего органа. Действия силовых механизмов математически моделированы. Численным экспериментом построены графики линейных и угловых перемещений, скоростей и ускорений различных силовых механизмов комбинированной машины.

Keywords: shell; power mechanism; kinematics; power mechanism; combined grinding machine; broken masses; kernels; apricot; dried fruit.

Ключевые слова: скорлупа, силовой механизм, кинематика, силовой механизм, комбинированная разламывающая машина, изломанные массы, косточки, абрикос, сухая фрукта.

Введение. Механическое измельчение-разрушение материалов может быть произведено различными способами, наиболее распространенные: раздавливание, раскалывание, разламывание, распиливание, удар, истирание, резание и комбинация этих способов.

Анализ выполненных исследований по статической и динамической нагрузке различных материалов показывает, что из всех способов разрушения наиболее эффективным для большинства многокомпонентных структурно-неоднородных материалов является вынужденный и свободный удар [2; 4].

Приведенные выше способы механического разрушения и их комбинации определяют неоднородность распада частиц особенно для многокомпонентных структурно-неоднородных материалов. Неравномерность разрушения определяется различием в физико-механических, биологических и химических свойствах каждой частицы. Результаты проведенных исследований Р. Гийо, А.Р. Демидова, Л.А. Глебова, В.А. Денисова, С.В. Золотарева [3,8] показали, что измельчение большинства многокомпонентных структурно-неоднородных материалов с помощью свободного удара позволяет получать продукт помола высокого качества, затрачивая при этом минимальное количество энергии.

Наиболее важным фактором, влияющим на процесс измельчения-разрушения в разламывании, является существенный элемент предельного значения разламывающей силы по отношению к частицам сухового материала. При превышенной силе и скорости ударника это приводит к чрезмерному разрушению сухих фруктов. На скорость вылета частиц влияет ряд факторов: длина разгонных инструментов, форма рабочего органа, скорость вращения валов.

Методы исследований. В материале статьи использован анализ информации процесса разламывания скорлупы орехов мелких сухих фруктов. Для составления систем уравнений применены Уравнения Лагранджа второго  рода. Проведены численные расчеты линейного и углового перемещения, скорости и ускорения силовых механизмов машины.

Результаты и обсуждения.

Было исследовано 9 разных сортов абрикоса и их косточки, таких как: «Синчалак», «Кандак», «Ак нават», «Джавзак», «Ширин джаупазак», «Майский», «Чилдона», «Кандак красный» и «Бодомча» [1; 5].

Например, плоды сорта «Синчалак» средней величины, размером 4,7×4,3 см, массой 40-45 г, округло-овальной формы, с прекрасным внешним видом. Вершина плода слегка заостренная, углубление у основания мелкое. Брюшной шов мелкий. Плоды желтые с розовой покровной окраской, которая занимает до 0,5 части плода. Кожица плотная, толстая, с трудом снимается с плода. Полость одноцветная с мякотью. Мякоть желтая, слитная, средней плотности. Сочность, сахаристость и кислотность средняя. Вкус отличный. Сорт универсальный. Пригоден для сушки и вывоза. Созревает в конце мая. Достоинством сорта является устойчивость к поздневесенним заморозкам, высокая транспортабельность, хорошие вкусовые и товарные качества.

Косточка среднего размера, округлой формы, хорошо отделяется от мякоти. Средние размеры косточки: максимальная длина косточки 19 мм; максимальная ширина косточки 18 мм; толщина стенки скорлупы 0,8 мм, ширина стыка скорлупы 4 мм, массой 1,2-1,7 гр. Косточки сорта «Чилдона» пригодны для приготовления «Шурданак» (соленые косточки).

Таблица 1.

Массово-геометрической характеристики косточки абрикоса

Обобщенные массово-геометрической характеристикой косточки абрикоса помогают разработке рабочего органа и определению технологических параметров разламывающего рабочего органа.

Нахождение предельного значения разламывающей силы частиц сухих фруктов считается, вероятно, сложной задачей. Для того, чтобы данную задачу решить сначала нужно узнать геометрические размеры рассматриваемого объекта. Поэтому необходимо математически моделировать действия силовых механизмов комбинированной машины. Нами разработаны кинематические схемы и написаны математические модели силовых механизмов комбинированной разламывающей машины (рис.1).

Рисунок 1. Кинематическая схема комбинированной машины: 

1 − электродвигатель, 2 − червячный редуктор,  3 − рабочий вал с кулачком, 4 − пластина (сектор), 5 − цепная передача, 6 − порционный вал, 7 − разламывающая часть (неподвижная), 8 − разламывающий поступательно-возвратный ударник, 9 − ременная передача, 10,11 − рабочие валы с нарезными ячейками, 12 − разностная цепная передача

Комбинированная машина работает следующим образом. Из бункера орех проходит по одному через трех рядного направителя, и порционный вал пускает 3 ореха на три ячейки, разламывающие в пространстве. В этом пространстве разламывающий поступательно-возвратный ударник бьет одновременно три ореха и ломает скорлупу. Затем разломанные орехи идут к месту готовой продукции.

Разламывание мелких сухих фруктов таких, как миндаль, косточки урюка по частям поступают в рабочую зону. В ней масса попадает между двумя рабочими валами с нарезными ячейками, двигающихся в противоположном направлении. Оба вала  одновременно ударяют и вдавливают сухие фрукты. В результате ломается поверхностная твердая часть сухой фрукты. Изломанные массы подаются со своим весом к месту готовой продукции.

Двухпоточное использование энергии двигателя (2 активных вращающихся механизмов агрегата) в большинстве случаев увеличивают динамическую нагрузку на рабочих валах. Отсюда решение проблемы снижения динамической нагрузки в тягово-приводных агрегатах становится более сложным и острым, чем в их комбинированных аналогах. В настоящее время мало изучены: снижение динамических нагрузок в приводных агрегатах за счет уменьшения жесткости приводной ветви, а также сами нагрузки и взаимовлияние колебаний в тяговой и приводной ветвях [6; 7].

Необходимо разработать математическую модель малых колебаний в механизмах. Особенностью такой модели является учет двухпоточного отбора энергии от двигателя при случайных возмущениях на ведущих валах и активных вращающихся механизмах агрегата, а также учет возмущений от внешних воздействий ведущих валов и муфты.

Машина с расчетной динамической моделью тягово-приводного агрегата, а также эквивалентная ей многомассовая система представлена на рисунке 2. При этом, исходя из конкретных условий работы агрегата, наблюдается ряд упрощений: движение агрегата происходит на горизонтальном участке; сцепление редуктора-трансмиссии, муфты; колебания угловой скорости вала двигателя происходят в зоне нечувствительности регулятора.

Рисунок 2. Эквивалентная расчетная схема передающих приводов и рабочих органов комбинированной машины

Уравнения движения масс эквивалентной системы записаны на основе выражений потенциальной и кинетической энергии и уравнений Лагранжа второго рода для каждой обобщенной координаты

                 (1)                

где  – приведенные моменты инерции к валу вращающихся деталей: двигателя, первой и второй части муфты сцепления, редуктора, вала ореха, 1-го и 2-го шкива, 1-й вал миндала, 1 –й  и 2–й цепная шестерни, 2-й вал миндала;  - эквивалентные жесткости соответствующие звеньям; - коэффициент демпфирования соответствующий звеньям;  − углы поворота соответствующие звеньям; – крутящие моменты, соответствующие звеньям; − момент ведущего диска муфта сцепления; , , − масса, скорость и момент ударника; , − силы сопротивления пружины и ореха.

Численный эксперимент объекта. Решаем систему уравнения (1) методом Рунда Кутта и на алгоритмической программе Меппл с использованием исходных данных получим численные расчеты, далее построим соответствующие графики линейного и углового перемещения, скорости и ускорения различных механизмов комбинированной машины.

Рисунок 3. Графики линейных и угловых скоростей – а, ускорений - б ударника комбинированной машины

На рисунках приведены графики линейных и угловых перемещений, скоростей и ускорений различных механизмов комбинированной машины.  Разламывающий поступательно-возвратный ударник при рабочем действии движется по линейному перемещению, имеет линейную скорость и ускорения. Остальные все механизмы имеют крутящие движения и, соответственно,  происходят угловые перемещения, скоростей и ускорений.

Выводы. Таким образом, усредненные массово-геометрические характеристики абрикоса помогут разработке геометрического разламывающего рабочего органа и определению технологических параметров разламывающего рабочего органа. Обоснованы работоспособности разработанной математически моделированного определения нагруженных силовых механизмов комбинированной разламывающей машины сухих фруктов. Приведенные графики линейных и угловых перемещений, скоростей и ускорений различных механизмов свидетельствуют о том, что их значения близки к реальным значениям и описывают реальные движения механизмов.  Предложенная математически модель служит для определения кинематических и динамических параметров различных силовых механизмов, которые используются для нахождения технологических параметров проектируемой комбинированной машины.

Список литературы:

1. Байметов К.И., Турдиева М.К., Назаров П. Особенности возделывания местных сортов абрикоса в Узбекистане. − Ташкент 2011.
2. Гийо Р. Проблема измельчения материалов и ее развитие / под ред. Г.С. Ходакова / пер. с франц. Г.Г. Лунц. − М. : Изд-во литературы по строительству, 1964. − 342 с.
3. Липанов А.М., Денисов В.А., Братухина Ю.В., Жиров Д.К. Энергоэффективность в технологиях переработки минерального сырья // Химическая физика и мезоскопия. − 2010. − Т. 12. − №2. − С. 188−191.
4. Липанов А.М., Жиров Д.К. Математическое моделирование динамики движения частиц в установках по измельчению центробежно-ударного типа. Часть 1. Математическая модель // Химическая физика и мезоскопия. – Вып. 82. − 2014. − Том 16. − №1. − С. 82-83.
5. Ямалетдинова М.Ф., Нарзиев М.С. Анализ физических характеристик косточек абрикоса // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2019. № 5(62). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/7255 (дата обращения: 10.10.2023).
6. Matmurodov F.M. Basant Singh Sikarwar and Mohit Bhandwa. Investigation  of Types of Technical Levitation and Mathematical Modeling of the Action of Many Composites Non-Contact Electromechanical Mechanism // Advances in Engineering Design: Select Proceedings of FLAME 2020. Springer. – Pр.327−337. URL: https://books.google.co.in/books?hl=en&lr=&id=1OImEAAAQBAJ&oi=fnd&pg=PA326&dq=info:NTvZlrDSIWkJ:scholar.google.com&ots=zCtJ-_F-MW&sig=se_NIDc2SMZEcyjRvqYnxpdUK54&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false  (дата обращения: 25.09.2023).
7. Matmurodov F.M.,SobirovB.Sh., Kunduzov S.A., Tulanov I.O., Khazhiev A. Development of he theory of transfer of energy for cesina series-parallel-moving mechano, hydro, electric mechanisms of technological machines // Journal of Solid State Technology-ARDA. Scopus. USA. 4. 2020. http://solidstatetechnology.us/index.php/JSST/article/view/5944 (дата обращения: 28.09.2023).
8. Reis. Verfahenstechnische und technologie Problemen bei der Zerkleinerung weicher bis mittelharter Stoffe // Aufbereitttechnik. 1964. − B. 5. − №4. − Р. 166−178.