І Г Дейнека - Аналіз теоретичних основ про вивчення впливу агресивних середовищ на матеріали з полімерним покриттям - страница 29

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93 

УДК 664.013

Закалов О., Бортник А.

ВПЛИВ ФОРМИ І РОЗМІРІВ НОЖІВ КУТЕРА НА ЇХ ДОВГОВІЧНІСТЬ ТА ЕНЕРГОСПОЖИВАННЯ

Проведено аналіз впливу форми, розмірів і кількості бічних отворів ножів кутера на енергоспоживання та довговічність на основі порів­няння розподілу напружень в матеріалі ножа під час кутерування. На основі аналізу роботи ріжучих робочих органів запропоновано нові конструкції ножів з метою підвищення довговічності, зменшення мате­ріаломісткості, енергоспоживання та нагрівання фаршу при подріб­ненні м'ясопродуктів у кутерах періодичної дії.

Досвід експлуатації робочих органів машин, що використовуються для по­дрібнення м'ясної сировини, свідчить, що з цілого ряду причин при великих поте­нційних можливостях техніко-економічні показники різання не відповідають су­часним вимогам, тому що ефективність використання залежить від багатьох фа­кторів: рівня організації виробництва, рівня технологічної підготовки сировини; технічного стану машин, характеристики робочих органів.

На енерговитрати в процесі різання м'яса впливають такі фактори: товщина леза, глибина його занурення, чистота поверхні ножа, кут загострення, швидкість різання та фізико-механічні властивості продукту, що розрізається. Правильний облік всіх факторів, які впливають на енерговитрати при різанні, має вирішальне значення при розробці конструкцій робочих органів [1].

Кутерування є вельми інтенсивним механічним процесом, що викликає: фі­зико-механічні і хімічні зміни у фарші. Комплексне вивчення кутерування дозво­лило, встановити основні характеристики процесу і продукту (тривалість кутеру-ванія і вологовміст), що впливають на якісні показники сирого фаршу і готової продукції. Відмічено три основні періоди кутерування [2], в яких структурно-механічні властивості фаршу і готових виробів (наприклад, граничне напруження зсуву сирого фаршу і граничне напруження зрізу виробів після термічної обробки)зазнають зміни. У початковому періоді подрібнення розмір частинок зменшується незначно. Додана в кутер вода перемішується з частинками продукту, утворюючи навколо них товсті прошарки; граничне напруження, зсуву в кінці цього періоду має мінімальне значення. У основному періоді відбувається інтенсивне подріб­нення сировини, загальна поверхня частинок збільшується, волога з вільної пе­реходить в поверхнево-зв'язану, утворюється нова структура фаршу. Граничне напруження зсуву досягає максимального значення. Надалі має місце деяке «розмолочування» волокон, граничне напруження зсуву зменшується. Підви­щення температури, збільшення ступеня диспергування і аерація фаршу, а також емульгування жиру приводять до вторинного структуроутворення фаршу; одно­часно відбуваються колоїдно-хімічні зміни. Саме ці явища негативно впливають на якість продукції.

Вирішення поставлених проблем можливе на основі ретельного вивчення процесів, що відбуваються під час подрібнення м'яса. В сучасних дослідженнях знаходять застосування аналітичні та експериментальні методи, які є складовою частиною теоретичної механіки, теорії різання, теорії механізмів і машин, динамі­ки машин, математичної статистики тощо. Питанням подрібнення м'яса присвя­чені роботи А.В.Горбатова, А.А.Іванова, М.М.Кліменка, О.І.Пелєєва, А.М.Познишева, Т.В.Чіжікової, Г.В. Бакунца, Г.Е. Лімонова та ін.

Конструктивною особливістю подрібнюючого механізму сучасних кутерів є наявність швидкохідного ножового пристрою з комплектом серпоподібних ножів, які можуть бути з декількома ріжучими кромками. Як показали дослідження А.І. Пелєєва, Г.В. Бакунца, Г.Е. Лімонова і ін., форма ножів і швидкість їх обертання істотно впливають на процес кутерування і якісні показники фаршу [3]. Порівня­льні випробування серпоподібних і прямих ножів, проведені Г.В. Бакунцем у ви­робничих умовах при кутеруванні яловичого м'яса вищого, першого і другого сор­тів, заздалегідь подрібненого на волчку через решітку з отворами діаметром 3 мм, визначили переваги прямих ножів. Темп зростання температури фаршу ви­щого сорту знижувався на 25%, першого сорту - на 15%, другого сорту - на 11% в порівнянні з темпом зростання температури при кутеруванні серпоподібними ножами. Витрата електроенергії зменшувалася в середньому на 17% [4].

При кутеруванні ножами прямої і серпоподібної форми з двома ріжучими кромками, при частоті обертання ножового валу 1500 хв-1 фарш і виготовлені з нього зразки ковбас мали кращі реологічні і органолептичні показники. Енергети­чні витрати на кутерування прямим і серпоподібним ножами з двома ріжучими кромками ножами на 10% нижчі за енергетичні витрати на кутерування звичай­ним серпоподібним ножем. В той же час в окремих експериментах дослідниками були отримані фарш і готова продукція з кращими реологічними властивостями при кутеруванні фаршу серпоподібним ножем з двома ріжучими кромками і при частоті обертання 1500 хв-1, ніж при кутеруванні прямим ножем, при однаковій витраті потужності. Із збільшенням швидкості різання підвищується вплив форми ріжучих інструментів на реологічні, енергетичні і інші показники фаршу та готової продукції. Хороша якість подрібнення і зниження витрати енергії відмічена при роботі серпоподібних ножів з чотирма ріжучими кромками, виконаними під пев­ними кутами, в порівнянні з ножами звичайної серпоподібної форми. [5].

Дослідження реологічних властивостей фаршу при різній швидкості різання ножів кутера і тривалості кутерування показали, що із зростанням швидкості рі­зання підвищується в'язкість фаршу [6]. При цьому загальна витрата енергії на подрібнення не збільшувалася за рахунок скорочення тривалості кутерування. Максимальна в'язкість і найкраща якість (за органолептичною оцінкою) були у фаршу, кутерованого 2 хв при частоті обертання ножів 3000 хв-1. Очевидно, що зі збільшенням в'язкості фаршу навантаження на робочі органи зростає.

Енергія, яка затрачається на різання м'ясопродуктів, згідно теорії П.А. Ребі-ндера витрачається на подолання молекулярних сил (а1), пластичних деформа­цій (а2) і зовнішнього тертя ножа об продукт (а3) [4]. По даних акад. В.Д. Кузнєцо-ва, співвідношення а1, а2 і а3 залежать від характеру подрібнюваного продукту. Якщо подрібнюють крихкі тіла, то доля витрати енергії падає на а1; при подріб­ненні пластичних тіл переважаюче значення має сума (а2+а3); ця енергія перехо­дить у тепло. Саме це тепло є причиною нагрівання фаршу і подальших негатив­них змін.

Отже умови деформації м'ясної сировини, що відповідають необхідній якос­ті подрібнення, визначають вимоги до конструктивних та геометричних парамет­рів ріжучого інструменту. Деформація м'яса при різанні залежить від кута загост­рення ріжучої частини інструменту, від кінематичних та динамічних характерис­тик системи машина - інструмент - матеріал, що впливають на ефективність подрібнення, оскільки вони обумовлюють витрати енергії на тертя і пластичні деформації.

В результаті проведених теоретичних досліджень математичної моделі про­цесу подрібнення у кутері за допомогою ЕОМ стало відомо, що виконання кутер-них ножів з бічними отворами, які значно зменшують площу контакту бічної пове­рхні ножа з фаршем, покращує реологічні характеристики продукції, зменшує на­грівання фаршу та призводить до зменшення енергоспоживання за рахунок зме­ншення складової а3. На основі цих досліджень було запропоновано нові конс­трукції ножів для кутера зі зменшеною площею бічної поверхні (деклараційний патент на корисну модель № 3953, заявка №2004042601 кл. В02С18/20 від 15.12.2004 р. бюл. №12 та деклараційний патент на корисну модель №8012, за­явка №20041210970 кл. В02С18/20 від 15.07.2005 р. бюл. №7) Однак, як відомо, у результаті значних швидкостей та навантажень, які діють на кутерні ножі, їх до­вговічність незначна. Постійні переточування ножів призводять до потоншання робочих поверхонь і передчасного виходу з ладу. Використання бічних отворів у ножів ще більше ослаблює конструкцію та зменшує їх довговічність. Для забез­печення міцності ножів з виконаними бічними отворами раніше було запропоно­вано використовувати більш міцні леговані сталі з використанням особливої тер­мічної обробки ріжучих кромок. Однак, більш раціональним є збільшення міцності і довговічності ножів за рахунок вдалого конструктивного виконання. Для вивчен­ня цієї проблеми за допомогою ЕОМ створено 3d моделі ножів для кутера з дво­ма ріжучими кромками, нахиленими під кутом одна до іншої, виконаними по спі­ралі Архімеда та логарифмічній спіралі. Крім того ножі виконані з бічними отво­рами різних конфігурацій, які копіюють зовнішній профіль ножа. Використовуючи програмний продукт Cosmos Works виконано комплексний аналіз конструкцій но­жів (випробування на поздовжній згин при динамічних навантаженнях, витрива­лість, ударну в'язкість, оптимізацію по різноманітних параметрах).

На рис. 1 зображено 3D модель ножа без бічних отворів. На рис. 2 зображе­но епюру розподілу напружень у матеріалі ножа у чорно-білих тонах (світліший відтінок відповідає більшому напруженню). Розподіл напружень в матеріалі ножа при навантаженні силовими факторами, які виникають при роботі у кутері пока­зує, що максимальні напруження сконцентровані на ріжучій кромці та на задній поверхні ножа. При цьому у серцевині ножа напруження мінімальні.

Використовуючи програми Cosmos Works та Cosmos Motion знайдено мак­симально можливі розміри бічного отвору для 3D моделі ножа (рис. 3), при яких виконуються умови міцності та витривалості. Для цього на ніж було подано нава­нтаження, еквівалентне тому, яке він отримує при роботі у кутері, та задано від­повідну кутову швидкість обертання ножового вала відносно осі. Як видно на рис. 4, відбулась зміна розподілу напружень в матеріалі ножа з одним бічним отворомв сторону збільшення абсолютного значення на ріжучій кромці. Крім того розпо­ділення напруження вздовж ріжучої кромки стало менш рівномірним, що може призвести до нерівномірного зношування ріжучої кромки та подальших проблем з заточуванням ножа.

Рис. 1. Ніж кутера з двома ріжучими кром-      Рис. 2. Розподіл напружень у матеріалі ками без бічних отворів ножа без бічних отворів при подрібненні

сировини

Рис. 3. Ніж кутера з двома ріжучими кром-      Рис. 4. Розподіл напружень у матеріалі ками і одним бічним отвором ножа з одним бічним отвором

Відомо, що використання ножа (рис. 3) з одним бічним отвором (з мінімаль­но можливо площею бічної поверхні) дасть мінімальне значення енергоспожи­вання кутера. Однак, незважаючи на те, що умова міцності для ножа виконуєть­ся, використання даної конструкції є економічно не вигідним. Причиною цьому є дуже низька довговічність запропонованого ножа та нерівномірне зношування рі­жучої кромки. При переточуваннях шар металу між ріжучою кромкою та бічним отвором зазнаватиме потоншання, а постійні динамічні навантаження неминуче призведуть до поломки.

З метою зміцнення конструкції ножа було розроблено 3D моделі робочих ор­ганів кутера з використанням зміцнюючих перемичок. Використання перемичок, виконаних по профілю ріжучої кромки зображено на рис. 5. Як видно на рис. 6 розподіл напружень вздовж ріжучої кромки для таких ножів є більш рівномірним.

Рис. 5. Ніж кутера з двома ріжучими кром-      Рис. 6. Розподіл напружень у матеріалі ками і бічними отворами виконаними по      ножа з бічними отворами виконаними по профілю ріжучої кромки профілю ріжучої кромки

Однак значним недоліком даних ножів є необхідність заточувати кромки пе­ремичок, оскільки при обертання чаші кутера відбувається зміщення перерізу си­ровини відносно ножа. Отже сировина, попадаючи під незагострену кромку пе­ремички викликатиме гальмування ножа і підвищення енергоспоживання кутера.

Для вирішення цієї проблеми запропоновано перемички та бічні отвори ви­конувати за напрямом обертання ножа (рис. 7). В такому випадку кромки бічних отворів, які підлягають заточенню мають, мінімальну довжину. Динамічний аналіз ножів з таким чином виконаними бічними отворами (рис. 8) показує, що розподіл напружень вздовж ріжучої кромки є найбільш рівномірним серед ножів з бічними отворами. Для зменшення впливу концентраторів напружень бічні отвори необ­хідно виконувати з округленнями.

Рис. 7. Ніж кутера з двома ріжучими кром-      Рис. 8. Розподіл напружень у матеріалі ками і бічними отворами виконаними за      ножа з бічними °тв°рами виконаними за

напрямом обертання напрямом обертання

З даного дослідження можна зробити висновок, що чим більша кількість біч­них отворів утворених за рахунок використання перемичок виконаних за напря­мом обертання ножа, тим більш рівномірний розподіл напружень вздовж ріжучої кромки, однак менша площа бічних отворів.

При подальших дослідженнях з метою підвищення міцності пропонувалося виконувати ніж з двома і більше бічними отворами, утвореними за рахунок вико­ристання перемичок, що незначно зменшувало площу бічної поверхні ножа, од­нак значно підвищувало його довговічність (деклараційний патент № 10252, за­явка № U200502947 кл. В02С18/20 від 15.11.2005 р. бюл. №12). Але залишалось відкритим питання, яке співвідношення між кількістю перемичок (підвищення міц­ності і довговічності ножа) та площею бічних отворів (зменшення енергоспожи­вання) є найбільш економічно вигідним. Проведена оптимізація за допомогою програми Cosmos Works по параметрах кількість отворів - площа отворів пока­зали, що найбільш оптимальне співвідношення площі бічних отворів до всієї площі бічної поверхні становить 36...48°%. При цьому найбільш раціональним є виконання максимально можливої кількості бічних отворів та перемичок за на­прямом обертання ножа. Обмеженням кількості перемичок служить конструктив­ний фактор необхідності заточування задніх кромок отворів.

На рис. 9 приведена кінцева 3D модель ножа з максимально можливою (для даної моделі) кількістю бічних отворів, виконаних за напрямом обертання і з за­точеними задніми кромками отворів. Як видно на рис. 10, на відміну від ножа, зо­браженого на рис. 8, внаслідок заокруглення бічних отворів (усунення концентра­торів напружень) спостерігається найбільш рівномірний розподіл напружень у матеріалі ножа.

Рис. 9. Ніж кутера з двома ріжучими кром­ками і округленими бічними отворами ви­конаними за напрямом обертання та з за­точеною задньою кромкою отворів

Рис. 10. Розподіл напружень у матеріалі ножа з округленими бічними отворами ви­конаними за напрямом обертання та з за­точеною задньою кромкою отворів

Виконавши аналіз 3D моделей ножів за допомогою ЕОМ та дослідивши вплив форми, кількості та розміщення бічних отворів ножа на якість процесу по­дрібнення, енергоспоживання та на розподіл напружень у матеріалі ножа вздовж ріжучої кромки можна зробити висновок, що найбільш раціональним рішенням для підвищення довговічності ножа та зменшення енергоспоживання є виконання ріжучого робочого органу згідно рис. 9. Більш рівномірний розподіл напружень вздовж ріжучої кромки призведе до її рівномірного зношування і усуне подальші проблеми під час переточування, а значна кількість перемичок підвищує міцність конструкції ножа. У той же час площа бічних отворів залишається значною, що значно зменшуватиме прояви адгезії при подрібненні м'ясосировини, а отже, зменшуватиме енергоспоживання кутера.

Подальші дослідження планується проводити експериментально на дослід­ній установці, використовуючи ножі, виготовлені на основі рекомендацій, отрима­них при проведенні теоретичних досліджень на ЕОМ.

Література

1. Гулий І.С., Пушанко М.М., Орлов Л.О. Обладнання підприємств переробної і харчово-їпромисловості. - Вінниця: Нова книга, 2001. - 576 с.

2. Иванов В.И. и др. Новые режущие устройства куттеров. - М.: Колос, 1986.

3. Соколов В.Н. Конструирование оборудования пищевых производств.- М.: Пищевая промышленность, 1979. - 348 с.

4. Салаватулина Р.М. Рациональное использование сырья в колбасном производстве. -М.: Агропромиздат, 1985. - 256 с.

5. Дуда А.Н. Конструкция куттерных ножей влияет на качество измельчения фарша // Мясная индустрия - №10. - 2003.

6. Пелеев А.Н. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. -М.: Пищевая промышленность, 1971. - 519 с.

УДК 687.016.5:658.512.011.56 Залкінд В.В.

ВИВЧЕННЯ МЕНТАЛІТЕТУ УКРАЇНСЬКОГО СПОЖИВАЧА ДЛЯ УДОСКОНАЛЕННЯ СИСТЕМИ ПРИБАВОК ПРИ КОНСТРУЮВАННІ ОДЯГУ

Постановка проблеми. В останні роки постає питання щодо вступу України до Всесвітньої торговельної організації (ВТО), яка об'єднує 148 країн світу. У зв'язку з цим проблема конкурентоспроможності швейної продукції є дуже гост­рою, особливо враховуючи відкритість бізнесу (за нормами ВТО) як для імпорту, так і для експорту, коли швейна галузь змушена буде протистояти дешевій робо­чій силі з Азії та багатому історичному досвіду європейських кравців.

Сучасний рівень проектування у швейній галузі не відповідає потребам ча­су. Це вимагає переосмислення методології процесу проектування та вдоскона­лення систем конструювання або створення нових, які б відповідали європейсь­ким стандартам, але ураховували менталітет українського споживача та принци­пи підготовки спеціалістів у вищих навчальних закладах.

Аналіз останніх досліджень. При конструюванні одягу недостатньо лише антропометричних даних споживача для забезпечення конкурентоспроможності одягу у ринкових відносинах, тому розробляються методики оцінки ергономічній відповідності конструкцій одягу фігурі людини [1]. Однак така методика враховує тільки дані про "поведінку" одягу на фігурі людини в динамічних умовах.

Останнім часом були розроблені варіативні ряди нормативних прибавок, які створюють передумови для розробки методу побудови конструкції плечових ви­робів за нормативними таблицями нашарування конструктивних модулів [2].

Однак ці ряди базуються на рекомендаціях щодо застосування прибавок і припусків у системі основних конструктивних відрізків ЄМКО, що не завжди від­повідають менталітету сучасного споживача.

Мета роботи. Метою роботи є визначення залежності між силуетною фор­мою, видом одягу та розміром прибавки на свободу на основі дослідження мен­талітету споживача, що дає можливість для більш ефективного використання си­стеми варіативних рядів нормативних прибавок.

Зміст роботи. Однієї із основних характеристик, яка визначає силуетну фо­рму одягу - прибавка на свободу (ПС).

Загальна прибавка ПС складається з декількох видів, її величина залежить від виду одягу, тканини і напряму моди та ін. Якщо порівняти різні системи конс­труювання одягу, то побачимо, що найбільш відрізняються рекомендовані при­бавки на свободу для верхньої частини тіла в таких групах одягу, як блузи, жаке­ти, пальто (демісезонне). Наприклад:

Група

Прибавка на свободу (ПС ) для силуету

одягу

щільно           помірно вільно

Сукня

3 - 4              4 - 5                 5 - 6

Жакет

4 - 5               6 - 7                  7 - 9

Пальто

5 - 6               6 - 8                 9 - 11

 

Група

Прибавка на свободу (ПС ) для силуету

одягу

приляг.        напівприляг. прямий

Сукня

1.5 -3            3.5 - 4.5             5,5 - 7,5

Жакет

4.5 - 5             5,5 - 7                 7 - 9

Пальто

6 - 8

Прибавки одного виду одягу для однакового силуету (існує різниця в назві для різних джерел) можуть відрізнятися до 2 см, що становить 20 -25% від зага­льної величини прибавки. Це доводить необхідність вивчення менталітету украї­нського споживача стосовно прибавок на свободу. Більш того, існуюча система прибавок містить єдині правила для встановлення величин прибавок, припусків та допусків на етапі проектування та виготовлення одягу і є основою для розроб­ки базових конструкцій [5], але не при цьому враховується вікова група спожива­ча. Для вивчення цього питання були проведені дослідження:

1. Серед 120 жінок молодшої вікової групи (18-29 років) які проживають у м. Харкові та мають вищу освіту або навчаються у вищих навчальних за­кладах. Це найбільш перспективна група, бо саме ця молодь через декі­лька років буде тим самим середнім класом, на якому тримається легка промисловість.

2. Серед 110 жінок середньої вікової групи (30-44 років), мешканок м. Хар­кова, які мають вищу освіту.

Для анкетування запропоновано 3 найбільш поширених групи одягу: сукня, жакет, пальто д/с . Учасники експерименту мають переглянути свій гардероб і відповісти, до якого силуету відноситься та чи інша річ. Далі визначалась приба­вка на свободу (ПС) в кожному випадку. Для цього розраховувалась половина рі­зниці між внутрішнім розміром одягу на рівні грудей та обхватом (для цих видів одягу відсутня прибавка на пакет, що спрощує розрахунки). Потрібно відмітити, якщо в гардеробі було, наприклад, кілька жакетів напівприлягючого силуету з рі­зним ПС, то в анкету вносилось середньоарифметичне значення.

Таким чином були отримані такі дані:

Середньоарифметичне значення прибавки на свободу (ПС)

хср = (x1 + x 2+...+x n) / n;

x i- значення ПС, яке заносили в анкету; n- кількість отриманих даних.

Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля № 1 (107) 2007


Група одягу

Молодша вікова група (18 - 29)

 

Група одягу

Середня вікова група (30 -44)

 

приляг.

напівприляг.

прямий

 

 

приляг.

напівприляг.

прямий

Сукня

1.16

2.09

3.51

 

Сукня

2.15

3.24

4.55

Жакет

1.91

3.1

*

 

Жакет

3.59

4.95

*6.39

Пальто

3.45

4.58

*

 

Пальто

*

6.1

*7.57

*- не можна визначити, оскільки кількість досліджених речей менш 50 од. 2. Дисперсія Д = Z (хср - xi) 2/ n.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93 


Похожие статьи

І Г Дейнека - Дослідження ступеня надійності кислотозахисних костюмів від волокнистого складу текстильних матеріалів

І Г Дейнека - Аналіз теоретичних основ про вивчення впливу агресивних середовищ на матеріали з полімерним покриттям