УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

НЕКОЗ СЕРГІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 637.513.45:539.62

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ І ДОВГОВІЧНОСТІ РІЗАЛЬНОГО КОМПЛЕКТУ М'ЯСОРІЗАЛЬНИХ ВОВЧКІВ

05.18.12 – Процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Українському державному університеті харчових технологій Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Пушанко Микола Миколайович, Український державний університет харчових технологій, професор кафедри технологічного обладнання харчових виробництв

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор Клименко Михайло Миколайович, Український державний університет харчових технологій, завідувач кафедри технології м'яса, м'ясних та олієжирових продуктів

- кандидат технічних наук, доцент Рудик Олександр Юхимович, Технологічний університет Поділля (м.Хмельницький), доцент кафедри інформаційних систем у менеджменті

Провідна установа: Донецький державний університет економіки і торгівлі ім.Туган-Барановського, кафедра обладнання харчових виробництв (м.Донецьк)

Захист відбудеться 17.10.2001р. о _14_____годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.058.02 Українського державного університету харчових технологій за адресою: 01033, м Київ-33, вул. Володимирська 68, аудиторія А-311.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Українського державного університету харчових технологій за адресою: м.Київ, вул. Володимирська, 68.

Автореферат розісланий 16.09.2001р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

к.т.н., доцент Зав'ялов В.Л.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальність. М'ясопереробна промисловість відзначається насиченістю різноманітного, досить складного у технічному відношенні обладнання. Одним з основних видів устаткування в ковбасному виробництві є подрібнювальне обладнання, в першу чергу вовчки. Технічний рівень, ефективність, надійність і якість роботи вовчків визначаються головним чином роботою різального комплекту. Від стану різальних окрайків ножів і решіток, якості їх заточування, щільності прилягання в значній мірі залежить ефективність роботи вовчків (продуктивність, енерговитрати, якість продукту та ін.). Саме ці чинники визначають надійність і довговічність вовчків.

Через недостатню довговічність деталей різального комплекту виникає потреба у виготовленні значної кількості запасних частин. Виходячи з об'ємів випуску ковбасних виробів, для м'ясопереробної промисловості України щорічно потрібно виготовляти близько 7000 ножів і 5000 решіток на суму близько 2 млн. гривень. Водночас проблема забезпечення надійності і довговічності різального комплекту та дослідження явищ, які супроводжують процес подрібнення м'яса на вовчках, представляють значний науковий інтерес. Проте численні питання працездатності та довговічності різального комплекту, підвищення зносостійкості його деталей і конструктивного вдосконалення комплекту ще не набули належної ваги в наукових дослідженнях і потребують подальшого вивчення та дослідження.

Робота виконувалась у відповідності до плану науково-дослідних робіт Українського державного університету харчових технологій на 1996-2000рр. по напрямку “Розробка наукових основ тепломасообмінних процесів харчових виробництв з метою створення нового високоефективного обладнання, засобів механізації та комплексної автоматизації для харчових та переробних галузей АПК” і відповідає спрямованості досліджень за завданням “Підвищення довговічності деталей обладнання харчових підприємств”.

Метою досліджень є підвищення технічного рівня одного з основних видів подрібнювального обладнання – м'ясорізальних вовчків - шляхом поліпшення роботи різального комплекту завдяки конструктивному вдосконаленню та підвищенню довговічності його деталей.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішувались такі задачі:

·

· ретельно розглянути умови роботи комплекту і, виходячи з них, окреслити шляхи його вдосконалення;

· розробити методи аналітичного дослідження роботи різального комплекту та напружено-деформованого стану деталей;

· дослідити та запропонувати найбільш доцільні методи підвищення зносостійкості деталей різального комплекту.

Об'єктом дослідження є спрацювання деталей обладнання та вплив його на довговічність і ефективність роботи різального комплекту м'ясорізальних вовчків, що становить предмет дослідження.

Для вирішення окреслених задач були використані теоретичні та експериментальні методи досліджень.

Аналітичне дослідження напружено-деформованого стану деталей і продукту в зоні різання виконувалось на основі положень механіки деформівного тіла. Розв'язання сформульованої задачі пружнов'язкопластичності здійснювали проекційно-сітковими методами. Експериментальна частина досліджень включала вивчення умов роботи різального комплекту, характеру відмов його деталей і визначення кількісних показників надійності; експериментальне дослідження зношування матеріалів і покриттів на спеціальних стендах в модельному розчині з використанням металографічного, мікродюрометричного, електрохімічного та інших методів аналізу; перевірку запропонованих технічних рішень у виробничих умовах. Обробка експериментальних даних здійснювалась на основі методів математичної статистики, в тому числі кореляційно-графового аналізу.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:

·

· запропоновано нову фізичну модель вихідної решітки та вперше виконано аналіз її напружено-деформованого стану сітковими методами;

· розроблено нову модель протиснення фаршу крізь отвори решітки та на її основі запропоновано новий підхід до аналізу роботи різального комплекту, що дозволило одержати нову формулу для визначення продуктивності вовчка у взаємозв'язку з тиском фаршу в міжрешітковому просторі;

· вперше розроблено та випробувано принципово нову конструкцію різального комплекту, в якому реалізовано принцип прямої пари тертя за матеріалами та геометрією, що забезпечує підвищення надійності, зменшення енерговитрат і поліпшення якості продукту;

· на запропоновані нові конструктивні рішення різального комплекту одержано шість позитивних рішень Держпатенту України на винаходи.

Практичне значення роботи:

·

· використання досліджених методів поверхневого зміцнення (термодифузійної обробки та електроіскрового легування з попереднім наводнюванням), реалізація в різальному комплекті вовчків ефекту вибіркового переносу, принципів параметричної оптимізації забезпечує суттєве (до 2…2,5 разів) підвищення зносостійкості різальних елементів;

· розроблені нові конструкції (складаного ножа з новим кріпленням різальних пластин, нового сепарувального пристрою, різального комплекту з пружним елементом та ін.) забезпечують поліпшення умов роботи комплекту, підвищення надійності та довговічності.

Запропоновані конструктивні рішення відзначаються простотою, технологічністю, не вимагають відчутних капітальних витрат і переробки існуючих вовчків, перевірені у виробничих умовах і готові до широкого впровадження на м'ясопереробних підприємствах.

Особистий внесок здобувача полягає в збиранні та обробці статистичної інформації під час експлуатації обладнання, здійсненні розрахунків надійності та кореляційно-графового аналізу показників працездатності різального комплекту, проведенні експериментальних досліджень на лабораторних стендах, аналізу напружено-деформованого стану. Основні принципово нові ідеї, розробки та висновки: модель вихідної решітки, як пористого тіла, механізм подрібнення ножами і решітками та одержана на його підставі нова формула для розрахунку продуктивності комплекту, методи підвищення зносостійкості, схема оберненого комплекту, основні принципові засади винаходів запропоновані і виконані здобувачем.

Загальний план роботи та програма досліджень складені разом з науковим керівником д.т.н. Пушанком М.М., варіаційна постановка задачі пружнов'язкопластичності й обчислення за програмою “PLASTIC-002” виконані з участю к.т.н. Штефана Є.В., виробничі випробування нових конструктивних розробок здійснювались разом з к.т.н. Білим В.І., термодифузійна обробка з попереднім наводнюванням і електрохімічні вимірювання виконувались за допомоги Клюка О.Д.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на Міжнародній науково-технічній конференції “Розроблення і впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість” (1997р., Київ, УДУХТ), VIII науково-технічній конференції “Budowa i eksploatacja maszyn przemyslu spozywczego” (1998р., Білостоцька політехніка, Польща), VI міжнародній науково-технічній конференції “Проблема та перспектива створення і впровадження нових ресурсо-енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промисловості” (1999р., Київ, УДУХТ), Міжнародній науково-технічній конференції “Зносостійкість і надійність вузлів тертя машин (ЗНМ-2000)” (2000р., Хмельницький, ТУ Поділля), 64-ій студентській науковій конференції УДУХТ, наукових семінарах кафедр технологічного обладнання харчових виробництв та матеріалознавства і технології машинобудування УДУХТ.

Публікації. Основні положення дисертації та результати досліджень викладені в 6 статтях у наукових журналах, в т.ч. три у фахових виданнях, збірнику наукових праць Білостоцької політехніки (Польща), матеріалах 5 доповідей на міжнародних науково-технічних конференціях і семінарах.

Структура та об'єм дисертації. Основний зміст дисертації викладено на 157 сторінках машинописного тексту, який складається з вступу, 6 розділів, загальних висновків. Робота містить 71 рисунок, 13 таблиць, 3 додатки, до яких включено програму обчислення даних кореляційного аналізу, акти виробничих випробувань і впроваджень, розрахунок економічної ефективності. Список використаних джерел містить 166 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність і науково-практичну значимість проблеми забезпечення надійності та довговічності різального комплекту. Відмічено необхідність подальшого вивчення питань працездатності та довговічності різального комплекту, підвищення зносостійкості його деталей і конструктивного вдосконалення комплекту на грунті дослідження явищ, які супроводжують процес подрібнення м'яса на вовчках, що становить значний науковий інтерес.

У першому розділі на основі аналізу літературних джерел і узагальнення виробничого досвіду висвітлено місце та науково-прикладне значення проблеми надійності і довговічності різальних інструментів вовчків. Відмічено, що, незважаючи на багаторічне використання в ковбасному виробництві м'ясорізальних вовчків, питання вдосконалення конструкції та поліпшення роботи різального комплекту залишаються актуальними. Хоча дослідженню процесів різання м'яса присвячено чимало досліджень (праці Пєлєєва О.І., Клименка М.Н., Чижикової Т.В. та ін.), поки що при аналізі руху та подрібнення м'ясної сировини в різальному комплекті вовчка майже не використовувались досягнення теорії пружнов'язкопластичності дисперсних середовищ. Невирішеним є питання взаємозв'язку тиску середовища в зоні різання з продуктивністю вовчка.

В розділі наведено огляд робіт, присвячених проблемам надійності, довговічності та зносостійкості елементів різального комплекту (праці Чижикової Т.В., Прейса Г.О., Кукшина В.К., Клименка М.Н., Сукманова В.О. та ін.), в яких встановлено характер зношування ножів і решіток, визначено їхні оптимальні геометричні параметри, розроблено рекомендації по вибору зносостійких матеріалів, методів підвищення зносостійкості та ін. Відмічено, що, незважаючи на деякі дослідження, які показали перспективність зносостійких покриттів, актуальним залишається питання інтенсифікації технологічних процесів одержання та поліпшення їхніх функціональних властивостей . Майже відсутні дані про кількісні показники надійності, недостатньо обгрунтовані та вивчені критерії працездатності різального комплекту. При вивченні процесів зношування деталей різального комплекту та розробці заходів по підвищенню їхньої зносостійкості майже зовсім не використовувались досягнення триботехніки. Це стосується дослідження процесів наводнювання при терті в м'ясному середовищі, використання трибологічних принципів і ефектів, які забезпечують суттєве підвищення зносостійкості. Незважаючи на численні пошуки і конструкторські розробки, поки що немає конструкції різального комплекту, яка б максимально відповідала вимогам функціонального призначення, забезпечення надійності та довговічності, технологічності та матеріаломісткості. Недостатньо розроблені та не на належному рівні використовуються методи розрахунку напруженого стану.

На підставі аналізу науково-технічної інформації та виробничого досвіду визначені задачі дослідження.

Другий розділ присвячений використаним в роботі методикам проведення досліджень.

Дослідження спрацювання деталей і експериментальних зразків включали аналіз складу та структури матеріалів, макро- і мікроскопічний аналіз поверхонь і поверхневих шарів, вивчення кінетики електрохімічних процесів. Для вирішення зазначених питань використовували металографічні “МБС-2”, “МИМ-7”, інструментальний “БМИ-1”, подвійний “МИС-11” мікроскопи, твердоміри “ТК”, “ТП”, мікротвердомір “ПМТ-3”, потенціостат “П-5827М”, спеціальні експериментальні стенди (торцевого тертя та стенд, який моделює роботу пари ніж-решітка) та ін.

Оцінка надійності включала збирання даних про відмови елементів різальних комплектів, встановлення емпіричного закону розподілу відмов, оцінку відповідності емпіричного та теоретичного законів розподілу, визначення параметрів закону відмов і показників надійності.

Зношування деталей різального комплекту оцінювали за величиною лінійного спрацювання, яку визначали лінійними замірами товщини ножів і решіток за допомогою цифрового вимірювального приладу “БВ-6330” і методом штучних баз. Затуплення різального леза ножів оцінювали за радіусом заокруглення різальних окрайків, який визначали методом відбитків за допомогою подвійного мікроскопа “МИС-11”.

В якості показника, що характеризує якість процесу подрібнення, було вибрано вологовміст фаршу, який визначали вдосконаленим методом Грау-Гамма та який використовували в своїх дослідженнях М.М.Клименко, В.К.Кукшин та ін.

Триботехнічні дослідження на експериментальних стендах проводили в модельному розчині, подібному до того, що використовував у своїх дослідах В.К.Кукшин.

Швидкість корозії при терті оцінювали по струму корозії, який визначали екстраполяцією тафелевих ділянок поляризаційних кривих.

Аналітичне дослідження напружено-деформованого стану елементів різального комплекту здійснювали на основі сіткових методів з використанням програмної системи “PLASTIC-002”.

В третьому розділі наведено результати аналізу умов роботи та працездатності різального комплекту. Систематизовано статистичні дані про відмови елементів різальних комплектів і встановлено об'єктивні причини їхнього виникнення. Встановлено співвідношення відмов і спричинюючих факторів, обумовлених конструкційними, виробничими та експлуатаційними недоробками, і визначено найбільш доцільні показники надійності окремих деталей.

В експериментах з фіксацією зазору між ножами та решітками за допомогою встановленого між ними розпірного кільця досліджено вплив цього зазору на роботу комплекту. Як показали результати досліджень (рис. 1), гранична допустима величина зазору між другим ножем і вихідною решіткою становить близько 0,02 мм, а між першим ножем і приймальною решіткою – майже вдвічі більша.

Рис. 1. Залежність зазору D між вихідною решіткою і ножем №2(D1), приймальною решіткою і ножем №1(D2) від напрацювання Q і вплив зазору D1 на відносний вологовміст фаршу В

Безпосередніми замірами тиску фаршу в міжлезовому просторі другого ножа перед вихідною решіткою встановлено залежність його від діаметру отворів вихідної решітки та напрацювання (рис. 2). Одержані величини тиску свідчать, що питоме навантаження на поверхні тертя пари ніж-решітка повинно бути в межах 0,7…2,5 МПа.

Під дією тиску продукту відбувається деформація деталей комплекту (зокрема прогин вихідної решітки), що спричинює погіршення роботи різального комплекту, інтенсифікацію зношування та вихід з ладу. Безпосередні заміри прогину під час роботи вовчків за допомогою розробленого спеціального вимірювального пристою показали, що величини деформації вихідної решітки можуть становити десяті долі мм, доходячи до 0,5 мм.

Проведені дослідження спрацювання деталей різального комплекту дали можливість уточнити характер зношування деталей комплекту, залежність його від напрацювання та розподіл спрацювання ножів по довжині різального леза.

Рис. 2. Залежність тиску в зоні різання Р від діаметру отворів вихідної решітки d(а) і від напрацювання Q(б)

Всебічно розглянуто основні характеристики, які визначають працездатність різального комплекту. Кореляційно-графовим аналізом встановлено статистичні зв'язки між параметрами спрацювання різального комплекту (рис. 3) і обгрунтовано вибір лінійного зношування в якості параметра оцінки працездатності різального комплекту.

Рис. 3. Кореляція між напрацюванням Q і лінійним зношенням ножів с (критичне значення коефіцієнту кореляції при q=0,01 Rкр=0,164)

Четвертий розділ присвячено аналітичному дослідженню напружено-деформованого стану деталей комплекту та процесу деформування фаршу. Показано, що, незважаючи на докорінну відміну властивостей матеріалу деталей комплекту та такої речовини, як фарш, дослідження їхнього деформування можливе з єдиних позицій на основі принципів механіки пружнов'язкопластичного деформування дисперсного середовища. Враховуючи значний ступінь перфорації решіток (особливо, вихідної), що унеможливлює використання відомих детермінованих методів розрахунку, запропоновано розглядати решітку, як таку, що виготовлена з пористого матеріалу з певною пористістю.

Для опису динаміки непружного деформування використано пружнов'язкопластичну модель деформівного тіла, що дало можливість розглядати пружнопластичне деформування, як усталену в'язкопластичну течію. Враховуючи, що детерміноване рішення сформульованої задачі пружнов'язкопластичності для дослідження напружено-деформованого стану деталей різального комплекту одержати практично неможливо, на основі використання в якості вагових функцій варіації швидкостей переміщення одержано варіаційне рівняння рівноваги, після інтегрування якого одержано функціонал:

, (1)

де s - напруження, які виникають під дією об'ємних зусиль F при деформуванні області V, на границі W2 якої задані зусилля Р;

- набла-оператор.

Рішення сформульованої задачі здійснювали проекційно-сітковими методами, замінюючи функціонал (1) сумою внесків окремих елементів в кількості Nе:

, (2)

або в матричній формі

, (3)

де - матриця пружнопластичної жорсткості елемента;

[В] - матриця, яка пов'язує деформації і вузлові переміщення в елементі;

[D] - конституціональна матриця;

[N] - матриця форми елемента ;

- вектор швидкостей зміни вузлових зусиль, еквівалентних зміні об'ємного навантаження;

- вектор швидкостей зміни вузлових зусиль, еквівалентних зміні поверхневого навантаження поверхні W2, вектор нормалі до якої {n}.

Рішення рівнянь (2), (3) здійснювали шляхом ітерації за допомогою програми PLASTIC-002, в якій реалізована модифікована схема метода Ньютона-Рафсона: глобальна матриця жорсткості формується тільки на першій ітерації та залишається сталою для даного кроку навантаження, в межах якого подальші обчислення здійснюються методом додаткових навантажень.

При моделюванні процесу протиснення (екструзії) фаршу крізь отвори решітки вважали, що під дією тиску Р і протидії Р' відбувається деформування та переміщення фаршу в отворі решітки на величину Dl (рис. 4). За умови, що протиснення фаршу крізь отвори решітки відбувається тільки в період руху леза ножа від отвору до отвору, одержано формули для визначення продуктивності вовчка Q і величини Dl в залежності від продуктивності Q і геометричних параметрів різальних елементів:

(4)

де r - густина фаршу; d – діаметр отворів вихідної решітки; z – число різальних лез ножа; n – частота обертання ножів; d - ширина смужки різального леза ножа; Rср – середній радіус кола розташування отворів решітки; N – загальне число отворів в решітці.

Водночас на основі запропонованої моделі деформування дисперсного середовища виконано числове рішення руху скінчено-елементної моделі у вигляді напівсфери (рис. 5) і за результатами обчислень одержано залежність тиску Р від переміщень фаршу DU.

Рис. 4. Схема протиснення фаршу крізь отвір решітки Рис. 5.Рух скінчено-елементної моделі

Очевидно, що найбільш оптимальним є такий випадок роботи різального комплекту, коли довжині частини фаршу Dl, яка витіснена в отвір решітки (рис. 4), відповідає величина переміщення DU.

У випадку, коли Dl<DU надлишок тиску фаршу спричинює зростання енерговитрат, надмірну деформацію фаршу та погіршення якості продукту. При DU<Dl різальний комплект не забезпечує заданої продуктивності. Лише при умові DU=Dl умови деформування та пропускна спроможність комплекту взаємоузгоджені і при заданій продуктивності вовчка забезпечуються найменші енерговитрати та найліпша якість продукту.

Запропоновано алгоритм визначення тиску, що забезпечує задану продуктивність вовчка, виходячи з умови DU=Dl.

З використанням запропонованої математичної моделі числовими методами визначено розподіл напружень і деформацій вихідної решітки (рис. 6)

Рис. 6. Розрахункова схема навантаження (а), скінчено-елементна модель (б) і

схема деформацій (в) решіток

В п'ятому розділі наведено результати дослідження найбільш перспективних методів підвищення зносостійкості деталей різального комплекту. Встановлено, що термодифузійною обробкою деталей комплекту (боруванням і хромуванням) можна досягти відчутного (на 40..45%) підвищення напрацювання до відмови. Ефективним засобом забезпечення належного технічного рівня з одночасним підвищенням зносостійкості є виготовлення деталей комплекту з хромистих корозієстійких сталей з наступною цементацією і термообробкою. Виходячи з вимог технологічності при механічній обробці (скорочення машинного часу та підвищення стійкості свердел при свердлінні отворів), доцільним є виготовлення решіток з цементованої сталі 20Х13.

Перспективним методом підвищення надійності та довговічності ножів (а також приймальних решіток) є поверхневе зміцнення по передній поверхні електроіскровим легуванням, яке без великих капітальних витрат і технологічних ускладнень може бути використано в умовах майстерень м'ясопереробних підприємств. Воно забезпечує підвищення напрацювання до відмови на 30..50%.

Показано, що попереднє наводнювання в розчині сірководню є ефективним засобом підвищення продуктивності та функціональних показників покриттів при термодифузійній та електроіскровій обробці. Одночасно встановлено наявність наводнювання при терті в м'ясному середовищі, що може бути одним з чинників інтенсивного зношування деталей різального комплекту.

На особливу увагу заслуговує використання і втілення в конструкції ножа ефекту вибіркового переносу, що дає можливість в 2…2,5 рази підвищити напрацювання на відмову різального комплекту. Визначені геометричні параметри ножа, при яких забезпечуються найменші значення коефіцієнту тертя і інтенсивності зношування.

Шостий розділ присвячено опису та характеристикам розробок, здійснених на основі виконаних досліджень і націлених на поліпшення роботи різального комплекту. До таких розробок відносяться:

·

· різальний комплект з додатковими напрямними елементами, який дозволяє відмовитись від використання складних у виготовленні та експлуатації ножів з напрямними цапфами та водночас поліпшити умови роботи деталей комплекту;

· нове конструктивне рішення вузла вовчка, яке забезпечує збільшення робочого перерізу та пропускної спроможності комплекту, а відтак і продуктивності вовчка, на 7-9% при використанні практично тих же самих серійних деталей комплекту;

· простий у виготовленні та користуванні сепарувальний пристрій для виведення неподрібнених часток із зони різання, розроблений на основі результатів дослідження особливостей накопичення в міжлезовому просторі комплекту цих часток;

· конструкція різального комплекту, в якій завдяки використанню нового вузла кріплення з пружним елементом досягнуто зменшення навантажень на деталі комплекту та їхньої деформації, що забезпечує більш щільне прилягання ножів і решіток та підвищення зносостійкості;

· запропонований на основі параметричної оптимізації вузла тертя ніж-решітка оригінальний різальний комплект (названий оберненим), в якому реалізовано ефект прямої пари тертя, що відзначається більшою продуктивністю, надійністю та меншими енерговитратами.

На ці конструкції одержано рішення Держпатенту України про видачу патентів на винаходи (по заявках №№ 97126391, 98020677, 98020679, 99021048, 99021051, 99031281). Виробничі випробування експериментальних зразків і тривала експлуатація деяких з них підтвердили їхню працездатність і ефективність.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено рішення важливої науково-технічної проблеми забезпечення високого технічного рівня та конкурентоспроможності обладнання для харчової та переробної промисловості, зокрема м'ясопереробних вовчків, шляхом підвищення ефективності роботи і довговічності основного вузла вовчків-різального комплекту. Вирішені в роботі задачі стосуються кількісної оцінки надійності, аналізу процесу подрібнення та напружено-деформованого стану деталей, дослідження методів підвищення зносостійкості, конструктивного вдосконалення різального комплекту.

Одержані в рамках сформульованих завдань результати вивчення та аналізу науково-технічної й експлуатаційної інформації, теоретичних і експериментальних досліджень дозволяють стверджувати, що в дисертації:

1. На підставі всебічного аналізу та дослідження умов роботи різального комплекту визначено основні фактори, що спричинюють обмеження напрацювання, та їхні параметри. Кореляційно-графовим аналізом встановлено, що головним показником працездатності комплекту є лінійне спрацювання його деталей.

2. Запропоновано модель деформування продукту в зоні різання та на основі рішення сформульованої крайової задачі пружнов'язкопластичності проекційно-сітковими методами визначено напруження та переміщення при протиснені його крізь отвори решіток, а також складено алгоритм визначення тиску.

3. На основі створеної моделі процесу екструзії фаршу крізь отвори решітки розроблено новий підхід до аналізу роботи різального комплекту та одержано новий вираз для визначення продуктивності вовчка у взаємозв'язку з тиском продукту в зоні різання, що забезпечує можливість оптимізації роботи вовчка.

4. З використанням запропонованої моделі перфорованої решітки методом скінчених елементів здійснено аналіз її напружено-деформованого стану, що дає можливість розраховувати напруження та деформації вихідної решітки в залежності від рівня навантаження та геометричних параметрів.

5. Встановлено, що використання термодифузійного оброблення (борування і хромування), а також електроіскрового легування з попереднім наводнюванням в розчині сірководню забезпечує підвищення зносостійкості деталей комплекту на 30…50%.

6. Для підвищення технічного рівня та конкурентоспроможності з одночасним забезпеченням високої зносостійкості та технологічності рекомендовано виготовляти деталі комплекту з корозієстійких хромистих сталей з наступною цементацією.

7. Розроблено конструкцію та визначено оптимальні геометричні параметри складаного ножа, напрацювання на відмову якого завдяки втіленню ефекту вибіркового переносу підвищується в 2…2,5 рази.

8. Запропоновано новий (обернений) різальний комплект, в якому реалізовано принцип прямої за матеріалами та геометрією пари тертя, що забезпечує підвищення надійності, скорочення енерговитрат і поліпшення якості продукції.

9. За результатами проведених досліджень розроблено конструкції різального комплекту (з новим кріпленням різальних пластин до складаного ножа, з притиском вихідної решітки по центру через пружний елемент, з новим сепарувальним пристроєм та ін.), які сприяють поліпшенню роботи, підвищенню надійності та довговічності.

Запропоновані технічні рішення не вимагають значних капітальних витрат, а також переробки серійних вовчків, їхня працездатність і ефективність перевірені у виробничих умовах і вони готові до запуску у виробництво.

Загальний економічний ефект від впровадження тільки нових складаних ножів, в яких реалізовано ефект вибіркового переносу, становить 4100грн. на 1тис. т переробленого продукту з одночасною економією 35кг інструментальної сталі.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Некоз С.О., Білий В.І. Вдосконалення різального комплекту м'ясорізальних вовчків // Харчова промисловість. Міжнародний тематичний науковий збірник. - Київ. УДУХТ. – 2000. - №45 – С.227-229.

2. Некоз С.О., Некоз О.І. Підвищення зносостійкості деталей різального комплекту м'ясорізальних вовчків з використанням ефекту вибіркового переносу // Проблеми трибології. Міжнародний науковий журнал. - 1998. - №1. - С.116-117.

3. Некоз С.О. Підвищення зносостійкості різальних елементів м'ясорізальних вовчків // Проблеми трибології. Міжнародний науковий журнал. – 2000. - №1. - С.89-90.

4. Исследование процесса продавливания фарша через отверстия решетки мясорежущего волчка / С.А. Некоз, Н.Н. Пушанко, Е.В. Штефан, R. Hejft, А.И. Некоз // Zeszyty naukowe Politechniki Bialostockiej. Nauki Techniczne. “Budowa i eksploatacja maszyn” – 1998. – Nr 120. – Z.5. – S.239-246.

5. Некоз С.О. Аналіз відмов різального комплекту вовчків // Придніпровський науковий вісник. Технічні науки. – 1998. - №73(140). – С.53-55.

6. Підвищення довговічності різального комплекту м'ясорізальних вовчків / Некоз С.О., Білий В.І., Пушанко М.М., Некоз О.І. // Придніпровський науковий вісник. Технічні науки. – 1998. - №73(140). – С.59-60.

7. Некоз С.О. Працездатність різального комплекту м'ясорізальних вовчків // Придніпровський науковий вісник. Технічні науки. – 1998. - №95(162). – С.63-64.

8. Повышение износостойкости деталей режущего комплекта мясорежущих волчков / С.А. Некоз, В.И. Белый, Z. Kondrat, А.И. Некоз // VIII Konferencja naukowo techiczna “Budowa i eksploatacja maszyn przemyslu spozywczego”. Materaly Konferencyjne. Bialystock. – 1998. – С.287-290.

9. Аналитическое исследование напряжений и деформаций решеток мясорежущих волчков / С.А. Некоз, Е.В. Штефан, R. Hejft, А.И. Некоз // VIII Konferencja naukowo techiczna “Budowa i eksplotacja maszyn przemyslu spozywczego”. Materaly Konferencyjne. Bialystock. – 1998. – С.295-298.

10. О.Д. Клюк, С.О. Некоз. Інтенсифікація процесу хіміко-термічного оброблення сталі внаслідок попереднього насичення воднем // Матеріали VI Міжнародної науково-технічної конференції “Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промисловості”. Київ. – УДУХТ. – 2000. – С.79-80.

11. С.О. Некоз, В.І. Білий, М.М. Пушанко. Дослідження спрацювання ножів м'ясорізальних вовчків // Матеріали VI Міжнародної науково-технічної конференції “Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промисловості”. Київ. – УДУХТ. – 2000. – С.84.

12. Sztefan E.V., Heift R., Necoz S.A. Modelowanie procesu prasowania materialow dyspersyjnych w prasie slimakowej // I Ogolnopolskie seminarium naukowe “Wybrane problemy w budowie i eksploatacji maszyn”. Politechnika Bialostocka. – Bialystok. – 2000. – S.14-15.

АНОТАЦІЇ

Некоз С.О. Підвищення ефективності роботи і довговічності різального комплекту м'ясорізальних вовчків. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12. – Процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв. Український державний університет харчових технологій, Київ, 2000.

Дисертація містить результати теоретичних і експериментальних досліджень у напрямку підвищення технічного рівня, надійності та довговічності подрібнювального обладнання м'ясопереробного виробництва – вовчків.

Обгрунтовано вибір показників працездатності різального комплекту. Розроблено нову фізичну модель протиснення фаршу крізь отвори решітки та її на основі виконано аналіз роботи різального комплекту.

Досліджено вплив термодифузійних і електроіскрових покриттів на зносостійкість сталей у м'ясному середовищі.

Досліджено умови прояву ефекту вибіркового переносу при терті в м'ясному середовищі, що забезпечує підвищення напрацювання на відмови комплекту в 2…2,5 рази.

Запропоновано нові, розроблені на основі результатів проведених досліджень, конструкції різального комплекту, які перевірені у виробничих умовах.

Ключові слова: вовчок, різальний комплект, надійність, деформація, зносостійкість.

Некоз С.А. Повышение эффективности работы и долговечности режущего комплекта мясорежущих волчков. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12. – Процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. Украинский государственный университет пищевых технологий, Киев, 2000.

Диссертация содержит результаты теоретических и экспериментальных исследований в области повышения технического уровня, надежности и долговечности измельчающего оборудования мясоперерабатывающих производств - волчков.

Обоснован выбор показателей работоспособности режущего комплекта. Разработана новая физическая модель продавливания фарша через отверстия решетки и на основе её выполнен анализ работы режущего комплекта.

Исследованы условия проявления эффекта избирательного переноса при трении в мясной среде. Реализация его в конструкции ножа обеспечила повышение наработки на отказ комплекта в 2…2,5 раза.

Предложены новые, разработанные на основе результатов проведенных исследований, конструкции режущего комплекта. Работоспособность и эффективность их подтверждены производственными испытаниями.

Ключевые слова: волчок, режущий комплект, надежность, деформация, износостойкость.

Nekoz S.A. Increase of efficiency and durability of a set of meat cutting machines. – The manuscript

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a specialty 05.18.12 – Processes and equipment for food, microbiological and pharmaceutical production. Ukrainian state university of food technologies, Kyiv, 2000.

The dissertation contains theoretical and experimental researches in the field of improvement of technological level, reliability and durability of the equipment that reduces meat to fragments.

The purpose of the work is to increase the durability and efficiency of meat cutting machines on the basis of improvement of a cutting complete set by constructive improvement and increasing the amortization resistance of its details. Proceeding from the general purposes the work, the research problems were determined, and the theoretical and experimental research methods were used to solve them. Solving the problem of elasticity, toughness and plasticity carried out the analytical research of the tense-deformed state of details and product in a zone of cutting by methods of projections and nets. The experimental part of the researches is devoted to the studying of the reasons of failures of details of a complete set, to the giving definition of quantitative parameters of reliability, to realization of amortization tests of materials and coverings in a modelling solution on special stands and to the checking of the developed technical decisions under the conditions production.

The researches on the effective equipment determining the features of loading and operation of cutting complete sets: the limits of backlashes between knifes and lattices, and also dependence of size of pressure of mincemeat in a zone of cutting from a diameter of apertures of a target grate were established. Measuring of size and establishment of a role of deformations of the profound research and development of methods of account of the intense condition of details of a complete set. The amortisation process of elements of a cutting complete set is analysed; the choice of size of linear amortization for an estimation of serviceability of a cutting complete set was proved.

By solving the problem of elasticity, toughness and plasticity numerically the method of an estimation of pressure in the space between blades of a cutting complete set was developped and the analysis of process extrusion of mincemeat is executed through the apertures of a lattice. The method of counting the productivity of a meat-cutting machine in connection with the pressure of mincemeat was offered. The numerical methods establish distribution of pressure and deformations of a lattice.

The influence of thermal diffusion (covering by bore and chrome), and also electrospark legiering on amortization resistant was examined during the experiments on special stands and on real details .

The special attention in the dissertation is drawn to usage and realization of effect of selective carry in the design of a knife that provides increase of the time between failures of a complete set in 2-2,5 times.

On the basis of the overall analysis of work of known designs, results of researches carried out and usage of achievement of friction science, the new constructive decisions that improve the work of the cutting set are offered.

Key words: meat cutting machine, cutting set, reliability, deformation, resistance to wear.