РАЗРАБОТКА ОСЕВОГО ШЕСТЕРЕННОГО ВЫТЕСНИТЕЛЯ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ ПЛАСТИЧЕСКИХ СРЕД ДАВЛЕНИЕМ В СКВОЗНЫХ КАНАЛАХ
Для определения потерь мощности в торцевых зазорах вытеснителя рассмотрим процесс течения пластической среды в торцевом кольцевом зазоре осевого шестеренного вытеснителя в цилиндрической системе координат: r, , z. Торцевой зазор ограничен, с одой стороны наружной торцевой поверхностью шестерни с радиусом Rш и с другой - внутренней поверхностью корпуса с радиусом Rк и цапфой с радиусом Rц.
Начало координат совместим с центром вращения шестерни, и ось z направим вдоль оси вращения (рисунок 1). Заметим, что величина торцевого зазора << Rш. Поэтому осевой и радиальной составляющими скорости можно пренебречь.
Окружную скорость определим в виде функции:
(1)
где r - текущий радиус, f (z) - неизвестная функция координаты z.
Рисунок 1. Схема шестеренного вытеснителя с осевым выходом формуемой среды
Реологическим уравнением состояния пластической среды будет трехпараметрическое уравнение, которое запишем в виде:
(2)
Вязкость выразим уравнением:
(3)
На основании приведенных допущений запишем дифференциальное уравнение движения пластической среды в торцевом зазоре шестеренного вытеснителя:
(4)
Перепишем (4) с учетом (3) в виде:
(5)
Введем новые обозначения:
(6)
Тогда:
(7)
Проинтегрируем (7), получим:
(8)
Можно записать, что
(9)
или
(10)
После интегрирования (10), получим:
(11)
Постоянные интегрирования C1 и C2 определим из граничных условий:
.
;
(12)
Подставив C1 и C2 в (11), получим:
(13)
Запишем (13) с учетом (11)
(14)
Уравнение (14) с граничными условиями (12) определяет закон распределения окружной скорости по торцевому зазору шестеренного вытеснителя при течении в нем сплошной среды с пластическими свойствами.
Определим момент Mт от вязкостного трения пластической среды в торцевом зазоре, как сумму момента M1 сопротивления сдвиговому течению и момента сопротивления M2 от действия в торцевом зазоре градиента давления .
(15)
После интегрирования (15) и соответствующих преобразований запишем выражение момента сопротивления для всех четырех торцевых зазоров шестеренного вытеснителя в виде:
(16)
где , k и n - предельное напряжение сдвига, коэффициент консистенции и индекс течения объекта формования;
Rш и Rц - радиусы выступов зубьев и цапфы шестеренного вытеснителя;
- угловая скорость нагнетающих шестерен;
- торцевой зазор;
Мощность Nт, потрeбляемая вязким сопротивлением, при течении пластической среды в торцевом зазоре рассчитывают по формуле:
(17)
Для определения мощности Np, необходимой для преодоления вязкого трения в радиальном зазоре шестеренного вытеснителя, также воспользуемся цилиндрической системой координат r, j, z.
Радиальный зазор образован между корпусом вытеснителя радиусом Rк и поверхностью головок зубьев вытесняющих шестерен радиусом Rш (рисунок 1).
Ось z направим вдоль оси шестерни. Считаем, что течение в радиальном зазоре происходит со скоростью , так как значительно меньше Rш и осевая Uz и радиальная Ur компоненты скорости незначительны. Заметим также, что перепад давления по длине зуба шестерни тоже несущественен.
Запишем дифференциальное уравнение течения сплошной среды с пластическими свойствами в радиальном зазоре шестеренного вытеснителя в виде:
(18)
где
Решение уравнения (18) найдем в виде:
(19)
Для определения коэффициентов A и B составим систему уравнений:
(20)
для которой граничные условия имеют вид:
(21)
Можно записать, что:
(22)
Тогда
(23)
Подставим выражение A из (23) в (22) получим:
(24)
Перепишем (29) с учетом (23) и (24) - получим выражение скорости в радиальном зазоре:
(25)
Запишем выражение силы вязкого трения, действующей на участке, равном длине головки одного зуба нагнетающей шестерни.
(26)
Для вязкопластичного пищевого материала с нелинейной вязкостью запишем реологическое уравнение состояния в виде:
(27)
Тогда момент сил вязкого трения, действующий в радиальных зазорах двух шестерен будет:
(28)
где - коэффициент, учитывающий количество зубьев, находящихся в постоянном контакте с корпусом.
Мощность, необходимая для преодоления сил вязкого сопротивления в радиальном зазоре, будет:
(29)
Определим мощность, потрeбляемую на срез формуемой пластической среды при вытеснении его через загрузочные окна в цилиндрических стенках камер вытеснения:
(30)
Для расчета момента среза найдем площадь среза. При обращенном движении окно среза совершает полный оборот вокруг оси вращения вытесняющей шестерни и описывает площадь равную:
(31)
Для двух нагнетающих шестерен:
(32)
Введем коэффициент, учитывающий реальную площадь среза в зависимости от геометрических размеров шестеренного вытеснителя:
(33)
Окончательно площадь среза можно определить по формуле:
(34)
Теперь запишем выражение для определения момента среза:
(35)
При уменьшении коэффициента на поверхности камеры вытеснения образуется радиальный зазор , в котором момент вязкого трения можно определить по аналогии с (28). Для двух камер момент Mкв равен:
(36)
Мощность вязкого трения в радиальных зазорах формующих камер:
(37)
Общая мощность:
Nо = Nт + Np + Nкв + Nс +, (38)
где Nхх - мощность холостого хода.
Формула (38) позволяет подобрать привод шестеренного вытеснителя с учетом реологических хаpaктеристик объекта вытеснения.
Разработку конструкций элементов осевого шестеренного вытеснителя проводили методом твердотельного моделирования.
Шестеренный вытеснитель построен по модульному принципу. Все модули интегрированы.
На рисунке 2 представлена схема сборки осевого шестеренного вытеснителя.
Рисунок 2. Схема сборки осевого шестеренного вытеснителя
На рисунке 3 представлен разработанный вытеснитель с автоматизированной системой сбора экспериментальных данных.
Рисунок 3. Общий вид осевого шестеренного вытеснителя с автоматизированной системой сбора данных от датчиков давления, температуры и положения
Автоматизированная система сбора данных позволяет контролировать технологические процессы обработки пластических сред давлением в сквозных каналах в режиме реального времени. При этом информация с датчиков передается в память компьютера, что позволяет создавать банки данных.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Мачихин Ю.А., Берман Г.К., Клаповский Ю.В. Формование пищевых масс. - М.: «Колос», 1992. - 272 с.
- Корячкин В.П. Новое в технике и технологии производства мучных кондитерских изделий. М. ЦНИИТЭИ хлебпродинформ, 1997. - 38 с.
- Корячкин В.П. Установка для обработки пищевых сред давлением //Индустрия образования: Сборник статей. Выпуск 3. - М: МГИУ, 2002. - С. 105 - 110.
Статья в формате PDF 115 KB...
22 04 2024 19:55:18
Статья в формате PDF 111 KB...
21 04 2024 20:12:57
20 04 2024 12:55:11
Статья в формате PDF 111 KB...
19 04 2024 18:59:26
Статья в формате PDF 284 KB...
18 04 2024 3:34:26
Статья в формате PDF 140 KB...
16 04 2024 8:49:47
Статья в формате PDF 298 KB...
15 04 2024 5:25:17
Статья в формате PDF 106 KB...
14 04 2024 20:19:23
Статья в формате PDF 204 KB...
13 04 2024 12:39:22
Статья в формате PDF 257 KB...
12 04 2024 23:19:52
Статья в формате PDF 296 KB...
11 04 2024 2:31:53
10 04 2024 2:38:14
Статья в формате PDF 416 KB...
09 04 2024 2:33:27
Статья в формате PDF 121 KB...
08 04 2024 19:20:32
Статья в формате PDF 116 KB...
07 04 2024 3:18:31
Статья в формате PDF 147 KB...
06 04 2024 16:27:24
В статье показано, что ремонт бытовой техники в зависимости от сложности и условий эксплуатации подразделяется на ремонт непосредственно на дому у заказчика, ремонт в мастерской. Ремонт на дому у заказчика связан с выполнением мелкого и среднего ремонта, т.е. когда ремонт технически возможен и экономически целесообразен. Ремонт в мастерской выполняется тогда, когда невозможно его выполнить в домашних условиях. Кроме того , ремонт бывает в гарантийный период и в послегарантийный периоды эксплуатации. Во всех случаях оплата за ремонт осуществляется по своим правилам, ...
05 04 2024 12:13:21
04 04 2024 8:13:28
Исследованы особенности взаимосвязи увеличения массы и продольных размеров тела и его частей у здоровых новорожденных (535), детей с задержкой внутриутробного развития (938) и 221 детей с отставанием в росте одной из нижних конечностей. Использованы методы антропометрии детей, ультразвуковое исследование плода и оценка психического развития дошкольников. В этих группах обследуемых выявлены хаpaктерные различия динамики продольных размеров тела, отнесенных к его массе. Показано, что церебральный тип конституции появляется у детей при отсутствии диспластической задержки роста тела. Для успешного психического развития дошкольников благоприятны не максимальные, а средние размеры тела детей. ...
03 04 2024 14:20:46
Статья в формате PDF 249 KB...
01 04 2024 7:35:41
Статья в формате PDF 106 KB...
31 03 2024 18:47:26
Статья в формате PDF 263 KB...
30 03 2024 19:35:31
Статья в формате PDF 120 KB...
29 03 2024 16:11:14
Статья в формате PDF 350 KB...
28 03 2024 19:39:22
Статья в формате PDF 137 KB...
27 03 2024 21:28:26
Статья в формате PDF 133 KB...
26 03 2024 2:50:35
В статье представлена оценка гепатопротекторной активности сукцинатсодержащего раствора – ремаксола у больных туберкулезом органов дыхания на фоне проводимой специфической антибактериальной полихиотерапии. Эффективность терапии оценивалась по клиническим проявлениям лекарственной гепатотоксичности, активности цитолитических ферментов и маркеров синдрома холестаза с учетом типов адаптационных реакций. Показано позитивное влияние ремаксола на проявления лекарственной гепатотоксичности и адаптационные реакции организма, указывая на активное использование пластических субстратов, свидетельствуя об усилении репаративных процессов в гепатоцитах, способствуя восстановлению cтруктуры печеночной ткани и снижению патологических типов реактивности у больных с туберкулезом органов дыхания. ...
25 03 2024 16:12:46
Статья в формате PDF 107 KB...
24 03 2024 21:47:59
Статья в формате PDF 120 KB...
23 03 2024 21:11:36
Статья в формате PDF 322 KB...
22 03 2024 0:34:52
Статья в формате PDF 126 KB...
21 03 2024 22:23:33
Статья в формате PDF 263 KB...
20 03 2024 3:10:20
Статья в формате PDF 115 KB...
19 03 2024 23:35:57
Статья в формате PDF 266 KB...
18 03 2024 10:34:11
Статья в формате PDF 103 KB...
17 03 2024 3:59:37
Статья в формате PDF 133 KB...
16 03 2024 10:22:24
Статья в формате PDF 113 KB...
15 03 2024 23:13:16
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::