ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ НОЖА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ РЕЗКИ ПЛОДООВОЩЕЙ

АННОТАЦИЯ

В статье приведены предпосылки по обоснованию параметров ножа экспериментальной установки для резки плодоовощей. Характер резания сырья плодоовощей в режущем устройстве зависит от угла вхождения ножа в сырьё, угла заострения острия ножа, режима работы измельчающего устройства и начальных условий экспериментальной установки. Следовательно, чтобы частицы сырья плодоовощей скользили вдоль острия ножа, значение должно быть в интервале γ₁=147-153°. Установлено, что угол вхождения ножа в сырьё γ₁=147°…153°, а его угол заострения 2β`=55°…65°. Исходя из теоретических исследований установлено, что угол конструктивного заострения острия ножа находится в пределах 81-107°.

ABSTRACT

The article provides prerequisites for substantiating the parameters of the knife of an experimental installation for cutting fruits.

The nature of cutting raw fruits and vegetables in a cutting device depends on the angle of entry of the knife into the raw material, the sharpening angle of the knife tip, the operating mode of the chopping device and the initial conditions. Therefore, in order for the particles of raw fruits and vegetables to slide along the edge of the knife, the value must be in the range γ1=147-153°. It has been established that the angle of entry of the knife into the raw material is γ1=147°...153°, and its sharpening angle is 2β`=55°...65°. Based on theoretical studies, it has been established that the angle of the structural sharpening of the knife tip is in the range of 81-107°.

Ключевые слова: сырьё плодоовощей, измельчающее устройство, резка, угол вхождения ножа, действующие силы, угол заострения острия ножа, сопротивление резанию, вращение, угловая скорость, режим работы.

Keywords: raw fruits, chopping device, cutting, angle of entry of the knife, acting forces, sharpening angle of the knife tip, cutting resistance, rotation, angular velocity, operating mode.

Разработка. С целью измельчения сырья плодоовощей после процесса мойки в ванне учёными Наманганского инженерно-технологического института разработана экспериментальная установка для резки плодоовощей.

Измельчающее устройство имеет набор ножей вращающийхся в одну сторону и имеет противорез.

Теоретические предпосылки. Для определения угла вхождения ножа в сырьё нужно чтобы в процессе работы режущего устройства внутри оборудования остатки сырья плодоовощей проскальзывали, не скапливаясь перед ним. Силы, действующие на нож, показаны на рис. 1.

Рисунок1. Схема сил ножа, действующих на частицу сырья плодоовощей

Определение угла вхождения ножа в сырьё плодоовощей. Рассмотрим условие, при котором в процессе работы ножа внутри оборудования остатки сырья плодоовощей будут проскальзывать под кожухом, не скапливаясь перед ним.

При движении ножа в внутри оборудования, нож на высоте h_м от дна сырья воздействует силой N на частицу почвы M. Трение F=Ntgφ₁ (φ₁ - коэффициент трения почвы о поверхность ножа) возникает при скольжении частицы сырья по острию ножа. Равнодействующую N` сил N и F, можно разделить на составляющие: горизонтальную N_х и по острию N_b (рис.1). Сила N_х сдвигает сырьё в сторону движения ножа и складывается с силами сопротивления сдвигу. Сила N_b погружает остатки сырья плодоовощей вниз, помогает проскальзывая их разрезать.

Известно, что, когда частички скользят сопротивление резанию, будет самым маленьким [1]. Из схемы на рисунке 1 получаем

,                                                              (1)

здесь: γ₁ - угол входа ножа в сырьё;

φ₁ - угол трения сырья по металлу, град, (20º-30º)

Согласно этому выражению, для появления вертикальной силы, значение угла [γ₁-(90º+φ₁)] должно быть положительным. Следовательно, условие скольжения частиц сырья вниз по острию ножа выглядит следующим образом [2]:

                                                    (2)

или

.                                                                     (3)

При несоблюдении этого условия, частицы сырья скапливаются перед ножом, что сказывается на качество резки.

Остатки плодоовощей по своим физическим свойствам более скользкие, поэтому необходимо выполнение условия (2) для обеспечения их скольжение по острию ножа.

,                                                                    (4)

здесь: φ₂ - угол трения остатков плодоовощей о поверхность ножа.

Выражения (3) и (4) позволяют определить условие, при котором частица плодоовощей и их остатки скользят по острию ножа, но не позволяют определить угол входа ножа в сырьё. Для этого, используя схему на рисунке 1, находим время t взаимодействия частицы сырья с острием ножа [3].

 ,                                    (5)

здесь: h_э – глубина резки ножа , м;

V_n - скорость движения ножа, м/с.

В соответствии с ранее проведенными исследованиями и требованиями к процессу резки, подставив определённые значения в выражение (5): при глубине резания h_э=0,05м, скорости V_n=1,5; 2,0 и 2,5 м/с, а также приняв φ₁=φ₂=20, 25 и 30°, по выражению t к γ₁ построен график (рис.2).

Эти графики показывают, что при всех значениях V_n и φ₁ время t изменяется в виде вогнутой параболы в зависимости от угла γ₁, что означает, что при определенных значениях угла γ₁ время t будет иметь минимальное значение.

Анализ графиков показывает, что при углах входа ножа в сырьё плодоовощей в пределах 140-155° t минимальна, при меньших - сила трения F будет больше, чем сила перемещения сырья плодоовощей и остатков по острию ножа, при больших - приводит к увеличению времени перемещения сырья плодоовощей и остатков по острию ножа.

Подставив в (5) ранее приведенные значения φ₁, находим, что в интервале γ₁=147-153° t имеет минимальное значение.

Следовательно, чтобы частицы сырья плодоовощей скользили вдоль острия ножа, значение должно быть в интервале γ₁=147-153°.

а)

б)

в)

при а,б,в равных φ₁=20°; 25º и 30º, соответственно;    при 1,2,3 равных V_n=1,5; 2,0 и 2,5 м/с, соответственно

Рисунок 2. Влияние угла вхождения ножа в сырьё плодоовощей на изменение времени скольжения частиц сырья плодоовощей по острию

Определение угла заострения острия ножа. Острие ножа имеет конструктивный β и действительный β` углы заострения (рис.3), а для определения β необходимо определить действительный угол заострения. Для этого воспользуемся условием, чтобы сырьё плодоовощей перед ним не прилипала и не скапливалась.

Известно [3,4], чтобы сырьё плодоовощей не прилипала и не скапливалась перед ножом, должно быть выполнено следующее равенство

,                                                   (6)

или

                                                  (7)

здесь: β` - действительный угол заострения острия ножа

Подставив в выражение (7) значения φ₁, определим, что 2β`=55-65°.

Так как угол вхождения ножа в сырьё равен g₁>90°, действительный угол заострения ножа 2β` (рис.3) отличается от его конструктивного угла заострения 2β, то есть происходит смещение сечения |UK| на |JK|.

По схеме на рисунке 3. , а также

,                                               (8)

и учитывая, что равенства будут уместными, формируем следующее результирующее отношение (9), выражающее зависимость между действительным и конструктивным углами заострения ножа.

.                                          (9)

 Рисунок 3. Схема определения угла заострения острия ножа

Решая выражение (9) относительно β, получаем [5,6]

.                                 (10)

Подставив в выражение (10) значения γ₁ и φ₁, построим график изменения угла заострения острия ножа 2β в зависимости от его угла вхождения γ₁ в сырьё плодоовощей (рис.3). Из графика установлено, что угол конструктивного заострения острия ножа находится в пределах 81-107°.

при а,б,в равных φ₁=20°; 25º и 30º, соответственно

Рисунок 4. График изменения угла заострения острия ножа в зависимости от его угла входа в сырьё плодоовощей.

Выводы.

1. Анализ графиков показывает, что при углах входа ножа в сырьё плодоовощей в пределах 140-155° t минимальна, при меньших - сила трения F будет больше, чем сила перемещения сырья плодоовощей и остатков по острию ножа, при больших - приводит к увеличению времени перемещения сырья плодоовощей и остатков по острию ножа.

2. Установлено, что угол вхождения ножа в сырьё γ₁=147°…153°, а его угол заострения 2β`=55°…65°.

3. Исходя из теоретических исследований установлено, что угол конструктивного заострения острия ножа находится в пределах 81-107°.

Список литературы:

1. Широков Э.П., Полегаев В.И. Хранение и переработка продукции растениеводства с основами стандартизации. – М.: Колос, 2000.
2. Резник Н.Е. Силосоуборочные комбайны. Теория и расчёт. Москва: Машиностроение, 1986, 252 с.
3. Лурье А.Б., Громчевский А.А. Расчёт и конструирование сельскохозяйственных машин. Ленинград: Машиностроение, 1986, 528 с.
4. Саакян С.С. Теория и расчёт сельскохозяйственных машин. Москва: Сельхозиздат, 1998, 328 с.
5. Хамидов Н. Қишлоқ хўжалик машиналарини лойихалаш. Тошкент. «Ўқитувчи», 1991. – 242 б.
6. Худайбердиев Т.Л., Маматов Т.Б.. Кичик корхоналарда сабзавотларни конвектив усулда қуритиш технологиясини асослаш. Монография. Тошкeнт, ”Навруз”нашриёти, 2019 й.102 бет.