ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЕКОНОМІКИ І

ТОРГІВЛІ ІМ. М. ТУГАН - БАРАНОВСЬКОГО

ЄРЬОМЕНКО ДМИТРО ОЛЕГОВИЧ

УДК 641.512.06

ВІБРОАКУСТИКА ОВОЧЕРІЗАЛЬНИХ МАШИН

ПІДПРИЄМСТВ ХАРЧУВАННЯ

Спеціальність 05.18.12 – процеси та обладнання харчових,

мікробіологічних та фармацевтичних виробництв

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Донецьк-2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Донецькому державному університеті економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Заплетніков Ігор Миколайович,

Донецький державний університет економіки і торгівлі

ім. М. Туган-Барановського, завідувач кафедри

обладнання харчових виробництв

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Некоз Олександр Іванович,

Національний університет харчових

технологій,

завідувач кафедри матеріалознавства

та технології машинобудування

кандидат технічних наук, доцент

Гладка Алла Дмитрівна,

Донецький державний університет

економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського,

доцент кафедри загальноінженерних дисциплін

Провідна установа: Харківський державний університет харчування

та торгівлі Міністерства освіти і науки України,

м. Харків, кафедра устаткування підприємств харчування

Захист відбудеться 15 квітня 2005 р. о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 11.055.02 Донецького державного університету економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського за адресою: Театральний проспект, 28, Донецьк, 83055, Україна (3-й учбовий корпус).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донецького державного університету економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського за адресою: б. Шевченко, 30, Донецьк, 83017, Україна.

Автореферат розісланий 14 березня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої ради

к.т.н., доцент Антропова Л.М

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Неухильне піднесення матеріального і культурного рівня життя українського народу є вищою метою економічної стратегії України. Одним з успішних напрямків вирішення соціально-економічних завдань, пов’язаних з реалізацією даної мети, є подальший розвиток підприємств харчування. Сучасний етап розвитку підприємств харчування характеризується прискореним переведенням підприємств на сучасну технологію виробництва продукції на основі використання технологічного обладнання. Тому удосконалювання технологічного обладнання на підприємствах харчування належить до актуальної науково-технічної проблеми. Найбільше застосування на підприємствах харчування дістало обладнання для нарізання овочів.

Віброакустичні характеристики (ВАХ) цього обладнання в робочому режимі не відповідають сучасним санітарним нормам та стандартам до цих характеристик для підприємств харчування. Від ВАХ залежить і конкурентноздатність обладнання на світовому ринку. Тому удосконалення конструкції овочерізальних машин з метою поліпшення їх ВАХ підвищить екологічну безпеку цього обладнання і санітарно-гігієнічні умови праці на підприємствах харчування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами. Виконання дисертаційної роботи здійснювалося відповідно до плану наукових досліджень Донецького державного університету економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського по науково-дослідницькій роботі з держбюджетної тематики Г97–5 “Розробка та дослідження перспективних зразків машин та апаратів харчових виробництв” за номером державної реєстрації № 0100V005073; Г2000-1 “Дослідження та визначення напрямків розробки та створення нових видів технологічного обладнання громадського харчування і харчової промисловості” за номером державної реєстрації № 0100V000285.

Мета й задачі дослідження. Метою роботи є удосконалення конструкції овочерізальних машин підприємств харчування для поліпшення їх ВАХ.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

– виконати аналітичний огляд конструкцій і результатів попередніх результатів досліджень віброакустики овочерізальних машин;–

дати аналітичний опис віброакустичних процесів у овочерізальних машинах;–

експериментально визначити ВАХ сучасних овочерізальних машин;–

визначити взаємозв’язок віброакустичної системи з експлуатаційними параметрами овочерізальної машини;–

розробити аналітичні й емпіричні моделі ВАХ овочерізальних машин;–

розробити інженерну методику розрахунку ВАХ овочерізальних машин на стадії проектування;–

розробити технічні пропозиції по удосконаленню конструкцій овочерізальних машин з метою поліпшення їх ВАХ.

Об'єктом дослідження даної дисертаційної роботи є овочерізальні машини підприємств харчування.

Предметом дослідження є віброакустичні процеси в овочерізальних машин підприємств харчування.

Методи дослідження. При виконанні роботи використані теоретичні та експериментальні методи дослідження: аналітичні закономірності динаміки і акустики машин, статистики (аналіз, обробка експериментальних даних і математичний опис отриманих залежностей), математичне моделювання, використовування сучасних вимірювальних пристроїв і приладів (експериментального стенду для дослідження ВАХ овочерізальних машин підприємств харчування), спеціально розробленої програми для персонального комп’ютера.

Наукова новизна отриманих результатів дисертаційної роботи полягає в наступному: –

вперше встановлено величини ВАХ нових овочерізальних машин підприємств харчування в різних режимах роботи обладнання;–

вперше отримано залежність для розрахунку коефіцієнта випромінювання внутрішніх джерел шуму овочерізальних машин підприємств харчування і визначено його величини;–

вперше встановлено закономірність зміни коефіцієнта витрат коливальної енергії в конструкціях овочерізальних машин у різних режимах роботи обладнання;–

вперше отримано багатофакторні рівняння взаємозв’язку експлуатаційних параметрів овочерізальних машин з ВАХ, що дозволяють рекомендувати раціональну область вибору цих параметрів.–

розроблено методику розрахунку ВАХ овочерізальних машин підприємств харчування на стадії проектування.

На технічні рішення, запропоновані в дисертаційній роботі, отримано два деклараційні патенти України на винахід та корисну модель.

Практичне значення здобутих результатів:–

запропоновані математичні моделі ВАХ овочерізальних машин підприємств харчування дозволяють проводити прогнозуючі розрахунки як на стадії проектування устаткування, так і в умовах експлуатації;–

розроблені рекомендації з удосконалення конструкції овочерізальних машин приводять до підвищення екологічної безпеки експлуатації обладнання підприємств харчування і його конкурентноздатності на світовому ринку;–

застосування методики розрахунку ВАХ при проектуванні овочерізальних машин підприємств харчування дозволяє збільшити точність розрахунку до 12 % та виключає можливість перевищення гранично допустимих шумових характеристик (ГДШХ) цього обладнання;–

встановлені ВАХ овочерізальних машин, їх ГДШХ корисні при проектуванні обладнання підприємств харчування;–

практичні рекомендації щодо поліпшення конструкції овочерізальних машин доцільно використовувати при проектуванні нового та удосконаленні існуючого технологічного обладнання на стадії виготовлення і ремонту, що поліпшить санітарно-гігієнічні умови роботи працівників підприємств харчування.

На розроблений завантажувальний пристрій для овочерізальних машин отримано декларативний патент України на винахід (Бюл. № 10, 2004) та декларативний патент на корисну модель (Бюл. № 12, 2004). Овочерізально-протиральна машина МПР-350 з розробленим завантажувальним пристроєм впроваджена у виробничому цеху кафе “Українське бістро” м. Донецька, а методика розрахунку – у Білоруському ВО “Торгмаш”, що випускає овочерізальні машини для країн СНД.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто визначено напрямки та здійснено обґрунтування методів теоретичних досліджень, розроблено методику розрахунку ВАХ овочерізальних машин на стадії проектування. Здобувач виконав постановку, планування та аналіз результатів експериментальних досліджень, сформулював загальні висновки роботи.

Апробація дисертаційної роботи. Основні положення даної дисертаційної роботи і результати досліджень доповідалися й обговорювалися на міжнародних, всеукраїнських і міжвузівських науково-практичних конференціях: на щорічних конференціях ДонДУЕТ у 2002 р., 2003 р., 2004 р.; на міжнародній науково-практичній конференції “Актуальні проблеми харчування: технологія й обладнання, організація й економіка” (м. Святогірськ, 2003 р.), на міжнародній науково-технічній конференції “Машинобудування і техносфера XXI століття” (м. Севастополь, 2003 р.), на науково-практичній конференції “Управлінські та технологічні аспекти розвитку підприємств харчування і торгівлі” (м. Харків, 2003 р.); на міжвузівській науково-практичній конференції “Проблеми техніки і технології харчових виробництв” (м. Полтава, 2004 р.).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи в збірниках наукових праць, затверджених ВАК України, опубліковано 7 статей, 4 тези доповідей, отримано 2 декларативних патенти України на винахід.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Роботу викладено на 162 сторінках, вона містить 39 ілюстрацій, 31 таблицю, список використаних джерел із 108 найменувань і 5 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету та задачі дослідження, визначено наукову новизну і практичне значення дисертації.

У першому розділі “Віброакустичні характеристики овочерізальних машин підприємств харчування” показано перспективність і актуальність дослідження віброакустичних характеристик овочерізальних машин підприємств харчування. Проаналізовано конструкції машин, які серійно виробляються на заводах торговельного машинобудування ближнього та далекого зарубіжжя. Розглянуто питання нормування віброакустичних характеристик. Згідно з методикою технічного нормування стаціонарного обладнання визначено ГДШХ овочерізальних машин.

Виконано аналіз досліджень в галузі віброакустики, засобів та методів покращення шумових характеристик овочерізальних машин підприємств харчування. Обґрунтовано необхідність проведення всебічних дослідницьких робіт у пошуку оптимальних технологічних параметрів процесу подрібнення овочів, які впливають на віброакустику машин. Сформульовано напрямки досліджень овочерізальних машин з метою подання технічних пропозицій щодо удосконалення конструкцій овочерізальних машин, а також створення методики розрахунку їх віброакустичних характеристик на стадії проектування з урахуванням умов експлуатації даного типу машин.

У другому розділі “Аналітичні моделі віброакустичних характеристик овочерізальних машин підприємств харчування” обрано та обґрунтовано динамічну схему овочерізальних машин підприємств харчування. Усі овочерізальні машини підприємств харчування, що випускаються у країнах СНД та далекого зарубіжжя, мають однакову кінематичну схему (рис. 1). Моделлю досліджуваних машин при лінійних коливаннях пропонується двомасова динамічна система (рис. 2), яка описується системою диференційних рівнянь другого порядку з правою частиною.

(1)

де – кругова частота вимушених коливань; m1 – маса ротора двигуна з валом і ведучого шківа; m2 – маса веденого шківа, маса вертикального валу та робочого органу з продуктом, Pо – збуджуюча сила; с1 – коефіцієнт жорсткості клинового паса; с2 – коефіцієнт жорсткості продукту при нарізанні овочів-; х1 і х2 – відповідно переміщення центрів першої та другої мас.

Рис. 1. Кінематична схема овочерізальної машини: 1 – електродвигун; 2 – клинопасова передача; 3 – вертикальний вал; 4 – робочий орган. |

Рис. 2. Приведена до вала двигуна динамічна схема овочерізальної машини: m1 – маса ротора двигуна з валом і ведучого шківа; m2 – маса веденого шківа, маса вертикального вала та робочого органу з продуктом, Pв – збуджуюча сила; С1 – коефіцієнт жорсткості клинового ременя; С2 – коефіцієнт жорсткості продукту при нарізанні овочів-; h1, h2 – коефіцієнти сил демпфірування

В акустичних розрахунках овочерізальні машини моделюються монопольними випромінювачами механічного шуму. Математичний опис віброакустичних процесів в овочерізальних машинах виконано на основі синтезу динамічних та акустичних моделей.

Сталий режим вимушених коливань двомасової системи настає при збудженні першої маси. На ВАХ обладнання впливають віброшвидкості мас динамічної системи. Амплітуди віброшвидкостей мас у сталому режимі без урахування демпфіруючих властивостей системи визначаються з розв’язання системи диференційних рівнянь:

(2)

(3)

(4)

Аналіз залежностей (2-4) свідчить про те, що на поліпшення ВАХ овочерізальних машин у вигляді амплітуд віброшвидкостей позитивно впливає зменшення збуджуючої сили Ро, кругової частоти вимушених коливань (рис. 3), збільшення мас m1, m2. Вплив питомого опору нарізанню продукту ножем робочого органу несуттєво позначається на віброшвидкості першої маси. Жорсткість продукту с2 впливає лише на віброшвидкість другої маси і практично не впливає на віброшвидкість першої маси. Коефіцієнт може визначати як питомий опір нарізанню продукту ножем.

Рис. 3. Залежність віброшвидкості першої (а) та другої (б) мас від амплітуди збуджуючої сили та кругової частоти вимушених коливань:

1 – ; 2 – ; 3 – ; 4 – ; 5 – .

Для визначення ВАХ овочерізальних машин, що характеризуються рівнями звукової потужності, обираємо акустичну модель машини у вигляді монопольного джерела випромінювання.

Рівень звукової потужності випромінювання овочерізальної машини в октавних смугах частот визначається як сума потужностей випромінювання внутрішніми джерелами шуму та корпусом машини:

(5)

Для монопольних джерел випромінювання звукова потужність залежить від акустичного імпедансу, площі випромінювальної поверхні та квадрата середньої величини коливальної швидкості. Тоді, використовуючи геометричні та динамічні параметри овочерізальних машин:

(6)

де – швидкість звуку в повітрі; – густина повітря, кг/м3; R – радіус сфери, м; - коефіцієнт випромінювання; – хвильове число; – коефіцієнт витрат коливальної енергії; – перша резонансна частота власних коливань, с-1.

Потужність випромінювання корпусом визначається як сума потужностей випромінювання плоским та циліндричним корпусом машини:

(7)

Корпуси овочерізальних машин мають форму паралелепіпеда, а завантажувальний пристрій – циліндричну. За акустичну модель паралелепіпеда приймається сукупність плоских пластин з жорсткою опорою по краях.

Потужність випромінювання плоским корпусом овочерізальної машини, якщо частота коливань <на низьких та середніх частотах:

| (8)

де – хвильове число згинальних коливань корпуса машини; , – розміри стінки корпуса, м; – функція Бесселя нульового порядку першого роду.

Хвильове число згинальних коливань корпуса на критичній частоті

(9)

(10)

Потужність випромінювання на високих частотах:

| (11)

потужність випромінювання при –

на низьких частотах при о > KB

(12)– | на високих частотах о<<KB

(13)– | на критичній частоті KB = 0

| (14)

| (15)

Потужність випромінювання циліндричним корпусом машини:–

при KBRц<1

| (16)

де Rц, lц – відповідно зовнішній радіус і довжина циліндричного корпуса машини; –

при KBRц>>1

| (17)

Рівень звукової потужності джерела випромінювання в октавних смугах частот:

(18)

Коригований рівень звукової потужності:

(19)

Порівняння теоретичних і експериментальних значень ШХ овочерізальної машини МПР-350 показало (рис. 4), що розбіжність між розрахунковими рівнями звукової потужності випромінювання та експериментальними значеннями по деяким частотам складає від 5,35 до 60,72 %, що не дозволяє використовувати цю методику для практичної мети на середніх і високих частотах. З метою підвищення точності розрахунків пропонується визначати коефіцієнт випромінювання аналітико-експериментальним методом з формули (6), а замість підставляти експериментальні дані, тоді

(20)

Використання цих залежностей дозволяє підвищити точність розрахунку рівнів потужностей випромінювання шуму овочерізальною машиною.

Рис. 4. Порівняння аналітичних (1) і експериментальних (2) значень рівнів звукової потужності машини МПР-350 в октавних смугах частот.

Розрахунок коефіцієнта витрат коливальної енергії в конструкціях овочерізальних машин підприємств харчування доцільно визначати експериментальним шляхом за величиною відношення амплітуд віброшвидкості на вході та виході системи. Ці віброшвидкості визначаються за результатами гармонійного аналізу осцилограм процесу навантаження машини в ході роботи. Для машини МПР-350 для кожного виду продукту були встановлені коефіцієнти витрат акустичної енергії, наведені на рис. 5.

Рис. 5. Залежність коефіцієнта витрат акустичної енергії в конструкції МПР-350 від виду нарізки та продукту: 1 – картопля; 2 – буряк; 3 – морква.

У третьому розділі “Експериментальні дослідження віброакустичних характеристик овочерізальних машин підприємств харчування” наведено методику та результати досліджень ВАХ овочерізальних машин підприємств харчування. Експериментальний стенд для дослідження ВАХ овочерізальних машин (рис. 6) складається з досліджуваної машини 1 і комплекту тензометричної та акустичної апаратури. Тензометрична апаратура включає тензодатчики, що наклеювалися на вал робочого органу машини за півмостовою схемою. Сигнал від обертових деформацій робочого органу передавався через струмознімач до підсилювача 2, потім через аналого-цифровий перетворювач 6 до комп’ютера 5. Рівень звуку звукового тиску реєструвався мікрофоном і через підсилювач подавався до шумоміра RFT 00023 3. Загальна віброшвидкість фіксувалася вібродатчиком ДН-3, встановленим жорстко на корпусі обладнання. Сигнали датчика передавалися на вібровимірювач ВШВ-003 4. З шумоміра та вібровимірювача сигнали надходили на аналого-цифровий перетворювач і до комп’ютера. Вимір поточної потужності електродвигуна машини проводиться перетворювачами потужності типу П-030, сигнал з яких подається теж на аналого-цифровий перетворювач та комп’ютер.

Рис. 6. Експериментальний стенд для дослідження ВАХ овочерізальних машин: 1 – досліджувана машина; 2 – тензометричний підсилювач; 3 – шумомір 00023; 4 – віброшумомір ВШВ-003; 5 – персональний комп’ютер; 6 – аналого-цифровий перетворювач.

На експериментальному стенді досліджувалися ВАХ овочерізальних машин МПР-350 и Гамма-5А при роботі без навантажень та в робочому режимі при нарізанні сирих овочів: картоплі, моркви, буряка. Таким чином, в пам’ять комп’ютера записувалися в реальному масштабі часу на осцилограму такі параметри: обертовий момент на робочому органі Моб, витрати потужності електродвигуна N, коригований рівень звукової потужності L, віброшвидкість корпусу машини V і відмітка часу через 0,25 с. На рисунку 7 наведено приклад отриманих осцилограм для машини МПР-350, де ON, OMоб, OL, OV – відповідно нульові лінії параметрів.

Обробка осцилограм із застосуванням регресивного та гармонійного аналізу, програми Excel дозволило встановити емпіричні взаємозв’язки ВАХ машини з експлуатаційними характеристиками машини. Тарування обертового моменту виконувалося за допомогою тензометричного ключа з фіксацією ступенів веденого обертового моменту на осцилограмі. Тарування витрат потужності електродвигуна виконувалося шляхом ступінчастого гальмування його вала та фіксації витрат потужності по вимірювальному пристрою К-50.

Вимір ВАХ машин проводився на атестованій апаратурі в атестованому приміщенні за ГОСТ 12.1.026-80.

Порівняння ВАХ машин МПР-350 і Гамма-5А з нормами по ТУ показало, що вони не перевищують їх лише при роботі машин без продукту.

За результатами обробки осцилограм процесів навантаження були отримані регресивні моделі залежностей коригованого рівня звукової потужності та віброшвидкості від обертового моменту на валу робочого органу та витрати потужності електродвигуном у вигляді полінома третього степеня.

Рис. 7 – Осцилограма віброакустичних процесів в МПР-350 при нарізанні буряка комбінованим ножем 1010 мм.

ВАХ збільшуються зі зростанням навантажень у машині: обертового моменту на валу робочого органу та витрати потужності електродвигуном, але характер зміни різний.

З метою встановлення емпіричного взаємозв’язку ВАХ з навантаженнями в овочерізальних машинах і рядом експлуатаційних та конструктивних параметрів, а також властивостей продукту застосовувався метод планування експерименту виду 24.

Спланований багатофакторний експеримент дозволив визначити ВАХ у залежності від ряду факторів: площі поперечного перетину продукту S, зусилля притискання продукту до робочого органу F, довжини різа D, виду продукту E. Дослідження були проведені на машині МПР-350. Експериментальними дослідженнями ВАХ машини встановлено, що їх найбільше значення відповідає подрібненню буряка комбінованим ножем на призми розміром 1010 мм (1-й режим). Найбільш розповсюдженим режимом роботи машини є нарізання картоплі комбінованим ножем 33 мм (2-й режим). Вид продукту характеризувався модулем його пружності. Після перевірки однорідності дисперсії, визначення коефіцієнтів регресії та перевірки їх значимості, отримані регресивні рівняння в кодованих змінних (21, 22) та натуральних величинах (23, 24).

(21)

(22)

де Х1 – модуль пружності продукту; Х2 – зусилля притискання продукту до робочого органу; Х3 - довжина різа; Х4 - площа поперечного перетину продукту.

(23)

(24)

Аналіз впливу інших факторів показав, що незалежно від режиму роботи найбільший вплив на ВАХ машини чинить площа поперечного перетину продукту, зі збільшенням величини якого збільшується рівень звукової потужності машини (рис. 8). На віброшвидкість корпусу машини, крім величини площі, впливає також максимальний розмір продукту (рис. 9). Збільшення величини V має місце при нарізанні продукту великого розміру, тому що збільшується час контакту робочого органу з продуктом.

Аналіз рівнянь (23, 24) показує, що парна взаємодія факторів впливає на ВАХ машини несуттєво. Слід також відмітити, що ВАХ погіршується зі збільшенням розміру нарізки продукту.

З метою встановлення найбільш суттєвих коливань у машині та джерел їх виникнення було виконано гармонійний аналіз осцилограм діючих процесів.

Амплітудно-частотні моделі ВАХ представлені рівняннями (25 і 26).

, (25)

, (26)

де ?P = 400 – кругова частота коливань величини LPA, с-1; щV = 982 – кругова частота коливань величини V, с-1.

Ідентифікація цих моделей свідчить про те, що при першому режимі найбільші амплітуди коливань відповідають парним гармонікам, які ідентифікуються з основними частотами коливань електродвигуна машини, при другому режимі роботи машини найбільші амплітуди коливань відповідають непарним гармонікам, які виникають при взаємодії робочого органу з продуктом.

Рис. 8. Залежність рівня звукової потужності машини від площі поперечного перетину продукту і зусилля притискання продукту штовхачем:

1 – ; 2 – ; 3 – ;

4 – ; 5 – . | Рис. 9. Залежність віброшвидкості корпуса машини від довжини різання та площі поперечного перетину продукту:

1 – ; 2 – ; 3 – ;

4 – ; 5 – .

У четвертому розділі “Дослідження взаємозв’язку ВАХ с конструкцією овочерізальних машин” наведено ВАХ деяких овочерізальних машин, які експлуатуються на підприємствах харчування. Експериментально визначені ВАХ машин являють собою деякі статистичні вибірки об’єму спостережень для кожної з досліджуваних частот.

Експериментальні дослідження ВАХ овочерізальних машин показали, що рівень звукової потужності (РЗП), випромінюваний більшістю машин при роботі з продуктом, перевищують на величину РЗП при роботі без навантажень (табл. 1). Це свідчить про вплив робочого процесу на формування ВАХ.

На формування ВАХ овочерізального обладнання типу МРО суттєвий вплив чинить процес взаємодії робочого органу з продуктом. На низьких частотах величина змінюється в межах 2-10 дБ, середніх 4-10дБ, високих – 10-23 дБ, за коригованим рівнем – на 3-7 дБА. В овочерізках типу МРО цей процес найбільш значимий на високих частотах. Високочастотні коливання виникають в результаті ударів продукту та штовхальника об стінки завантажувального пристрою при подачі продукту до обертових ножів. В режимі нарізання овочів вплив робочого процесу на величину ВАХ простежується в основному на низьких та високих частотах 4000 и 8000 Гц, хоча за абсолютним значенням величини машини МПР-350 на високих частотах в 2-4 рази менші, ніж у машині МРО. Таким чином, у машині МПР-350 на ВАХ впливають ті ж фактори, що і в машинах МРО, але меншою мірою.

При визначенні ГДШХ необхідно порівнювати їх з нормами машин за даними, визначеними у робочому режимі роботи машини.

Таблица 1

Величини розбіжності рівнів звукової потужності овочерізальних машин в октавних смугах частот та за коригованим рівнем при роботі під навантаженням та без продукту

Тип

обладнання | Середньогеометричні значення частот

октавних смуг, Гц | ,

дБА

63 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000

МРО 50-200

МРО 350

МРО 400-1000

МПР-350

ПУ-0,6 з овочерізкою

П-2 з овочерізкою

УММ-ПР з овочерізкою

Гамма-5А | 2

9

9

7

6

0

3

9 | 5

9

6

5

8

15

2

9 | 10

2

7

4

2

2

2

3 | 9

4

8

2

5

7

1

12 | 10

8

8

3

5

8

0

0 | 9

6

9

1

1

8

1

13 | 14

10

16

5

3

8

2

14 | 23

15

16

4

2

8

3

14 | 7

4

3

10

0

8

1

9

В універсальних приводах ПУ-0,6, П-2, УММ-ПР, оснащених овочерізальними змінними механізмами, вплив робочого процесу на ВАХ більш рівномірно розподілений між октавними частотами. В малогабаритній машині УММ-ПР вплив робочого процесу на ВАХ незначний порівняно з іншими джерелами шуму – електродвигуном та підшипниками.

Поліпшення ВАХ овочерізального обладнання повинно бути направлено насамперед на поліпшення ВАХ силових кінематичних елементів, а також структурного шуму.

У п’ятому розділі “Застосування результатів досліджень” наведена удосконалена методика та приклад розрахунку віброакустичних характеристик універсальної овочерізально-протиральної машини МПР-350.

На основі встановлених джерел підвищених ВАХ у машинах МРО-350, МРО 400-1000, МПР-350, результатів експериментальних досліджень та їх аналізу були запропоновані різні варіанти конструктивного удосконалення машин. У конструкції машин було введено елементи, які дозволяють поліпшити їх ВАХ.

Для овочерізальних машин типу МРО поліпшення ВАХ до вимог ТУ та ДСН 33.6.037-99 “Державні санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку” запропоновано використовувати метод віброізоляції внутрішніх джерел шуму, до яких в першу чергу належить механізм передачі руху від двигуна до робочого органу. Для цього під болти кріплення електродвигуна до плати установлено віброізолюючі кільцеві прокладки 30306 з листової гуми типу I, марки ТМКЩ, середньої твердості з динамічним модулем пружності 6-8 МПа. При встановленні віброізолюючої прокладки товщиною 10 мм з отвором під болт клинопасової передачі, виконаної з гумотканинної пластини типу II, марки ПМБ, середньої твердості з трьома тканинними прокладками, досягається зниження ВАХ. Стрижень болта натяжного пристрою був ізольований від корпуса гумовою віброізолюючою прокладкою з текстильним каркасом класу Б. З метою зменшення ВАХ, що виникають у підшипниковому вузлі та передаються на корпус, запресоване кільце з капролону між корпусом машини і зовнішнім діаметром кілець підшипників.

У корпус машини МРО 400-1000 було установлено віброізолятори між фланцем електродвигуна і плитою. Віброізолятори виконані з листового матеріалу “Агат” (динамічний модуль пружності 8-10 МПа) на основі пластифікованого полівінілхлориду, нітрильного каучуку і наповнювача розміром 20205 мм. Для запобігання передачі коливань на корпус машини через болт натягу клинопасової передачі встановлено круглий віброізолятор діаметром 20 мм, товщиною 8 мм, виконаний з гумотканинного матеріалу типу бельтинг. В корпус було встановлено кільце з капролону. Підшипники встановлені в кільце.

Зусилля, яке створюється оператором при завантаженні машини штовхачами приводить до погіршення ВАХ. Запропоновано на штовхач серпоподібної форми встановити пружину з певним модулем пружності. Нижнім кінцем пружина упирається в площину штовхальника, а верхнім в маточину кронштейна. Це удосконалення штовхача знизило динамічні навантаження, виключило перекіс робочого органу, зменшило навантаження на підшипники, поліпшило ВАХ, збільшило надійність та довговічність конструкції машини (патент України на винахід 70728 А).

При нарізанні волокнистих продуктів ножі засмічуються волокнами продукту (особливо буряка, моркви, менше картоплі). Спресовані волокна утворюють виступи, які при обертанні ножа стикаються з нижньою частиною штовхача. В результаті від вібрації осі штовхача виникає додатковий шум, який може сягати 5-6 дБА. Для демпфірування цих високочастотних коливань були встановлені в круглі отвори під штовхачі пластмасові втулки з фторопласту 4 товщиною 2 мм (патент України на корисну модель 3781). Порівняння ВАХ овочерізальних машин до і після модернізації проведеної в аналогічних умовах, показало, що запропонована модернізація дозволяє знизити ВАХ за коригованим рівнем звукової потужності на 4-5 дБА та в октавних смугах частот: низьких – 4-8дБ, середніх – 3-9 дБ, високих – 5-8 дБ.

ВИСНОВКИ

1. ВАХ цілого ряду овочерізальних машин підприємств харчування неповною мірою задовольняють вимоги вітчизняного ДСН 3.36.037-99 “Державні санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку и інфразвуку” та міждержавного стандарту країн СНД ГОСТ 27409-97 “Шум. Нормирование шумовых характеристик стационарного оборудования. Основные положения”.

2. Кінематичні схеми овочерізальних машин підприємств харчування є подібними. Для опису віброакустичних процесів в овочерізальних машинах використано динамічні моделі у вигляді двомасової механічної системи, які синтезовані з акустичними моделями для монопольного джерела випромінювання. Аналітичний опис віброакустичних процесів дозволив отримати аналітичні залежності для визначення ВАХ овочерізальних машин.

3. Вперше виведена формула з розрахунку дійсного коефіцієнта випромінювання шуму від внутрішніх джерел, яка дозволяє підвищити точність розрахунків ВАХ овочерізальних машин підприємств харчування.

4. Вперше встановлено емпіричні залежності зміни ВАХ овочерізальних машин підприємств харчування від навантажень, коефіцієнта витрат коливальної енергії в конструкціях машин на різних режимах роботи. Встановлено, що ВАХ машин погіршується зі збільшенням навантажень на машину. Найбільш навантаженим режимом роботи овочерізальних машин є нарізання буряка комбінованим ножем 1010 мм.

5. Вперше отримано емпіричні багатофакторні моделі, які враховують взаємозв’язок ВАХ з рядом експлуатаційних параметрів: видом продукту, зусиллям притискання продукту до робочого органу, площею поперечного перетину та довжиною різа. Найбільший вплив на ВАХ машини чинить площа поперечного перетину продукту та довжина різа.

6. Розроблена удосконалена методика розрахунку ВАХ овочерізальних машин підприємств харчування дозволяє підвищити точність розрахунку до 12%. Методика використана при проектуванні овочерізальних машин на Білоруському ВО торгового машинобудування.

7. Запропонована модернізація овочерізальних машин дозволяє знизити ВАХ за коригованим рівнем звукової потужності на 4-5 дБА та в октавних смугах частот: низьких – 4-8дБ, середніх – 3-9 дБ, високих – 5-8 дБ. Пропозиції захищені 2 патентами України. Модернізацію овочерізальних машин доцільно використовувати на стадії проектування, ремонту та в умовах експлуатації на підприємствах харчування.

8. Застосування результатів досліджень дозволяє покращити екологічну безпеку застосування овочерізальних машин підприємств харчування та санітарно-гігієнічні умови праці персоналу галузі.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Заплетніков І. М., Єрьоменко Д. О. Многофакторні моделі віброакустичних характеристик універсальної машини нарізання овочів. Темат. зб. наук. пр: Обладнання та технології харчових виробництв. Вип. 6. Том ІІ – Донецьк: ДонДУЕТ, 2001. – с. 9-13.

Здобувачем проведено планування експерименту, обробку результатів, виконання їх математичної обробки отриманих багатофакторних моделей, які враховують взаємозв’язок ВАХ з видом продукта, зусиллям притискання продукта до робочого органу, площею поперечного перетину продукту та довжиною різу.

2. Заплетніков І. М., Єрьоменко Д. О. Про вплив деяких некерованих факторів на віброакустичні параметри овочерізальних машин. Тези допов. на міжнарод. наук.-техніч. конф. “Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація і економіка”, 2001 р., м. Слов’яногірськ. Донецький держ. унів. екон. і торгівлі ім. М. Туган-Барановського – Донецьк, 2001. – с. 75-76.

Здобувачем досліджено вплив деяких некерованих факторів на віброакустичні параметри овочерізальних машин.

3. Єрьоменко Д.О. Планування досліджень віброакустичних характеристик машини для нарізання сирих овочів. Тези допов. на 67-й наук. конф. студентів, аспірантів і молодих вчених, 2001 р. – К.: УДУХТ, 2001. – Ч.2. – с. 58.

4. Заплетніков І. М., Єрьоменко Д. О. Методика розрахунку і результати віброакустичних характеристик овочерізальної машини МПР-350. Темат. зб. наук. праць: Обладнання та технології харчових виробництв, Вип. 7 – Донецьк: ДонДУЕТ, 2002. – с. 202-210.

Здобувачем розроблена методика розрахунку та отримані результати віброакустичних характеристик овочерізальної машини МПР-350.

5. Єрьоменко Д. О., Заплетніков І.М. Расчет действительных коэффициентов излучения шума технологического оборудования. Наукове видання: Вісник Харк. держ. техн. унів. сільськ. госп. Вип. 9. “Сучасні напрямки технології та механізації переробних і харчових виробництв”, 2002. – с. 147-151.

Здобувачем виконано розрахунок дійсних коефіцієнтів випромінювання шуму технологічних машин.

6. Заплетніков І. М., Єрьоменко Д. О. Методика підвищення точності розрахунку віброакустичних характеристик овочерізально-протиральної машини МПР-350. Наукове видання: Вісник ДонДУЕТ, серія Технічні науки №2 (14), 2002. – с. 62-67.

Здобувач удосконалив методику з підвищеною точністю, отримав розрахунку ВАХ овочерізальних машин, отримав результати аналітичного та експериментальних методів визначення ВАХ деяких овочерізальних машин.

7. Заплетніков І.М., Єрьоменко Д.О., Парамонова В.А. Аналіз впливу фізичних параметрів продукту на віброакустичні характеристики протиральних машин. Темат. зб. наук. пр.: Обладнання та технології харчових виробництв. Вип. 8 – Донецьк: ДонДУЕТ, 2003. – с. 59-62.

Здобувачем виконано порівняння впливу фізичних параметрів продукту на ВАХ овочерізальних і протиральних машин.

8. Єрьоменко Д. О., Заплетніков І. М. Дослідження формування навантажень у овочерізально-протиральній машині МПР-350. Тези допов. на міжнарод. наук.-техніч. конф. “Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація і економіка”, 2003 р., м. Слов’яногірськ. ДонДУЕТ – Донецьк, 2003. – с. 29-30.

Здобувачем розглянуто процес формування навантажень у овочерізально-протиральній машині МПР-350.

9. Заплетников И. Н., Еременко Д. О. Влияние рабочего процесса на формирование виброакустических характеристик очистительного и измельчительного оборудования. Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Междунар. сб. науч. тр. – Донецк: ДонНТУ, 2003. Вып. 25. – с. 136-141.

Здобувачем визначена кількісна оцінка впливу робочого процесу на формування ВАХ овочерізальних машин.

10. Єрьоменко Д. О. Про витрати коливальної енергії в конструкції овочерізальної машини. Тези допов. наук.-практ. конф. “Управлінські та технологічні аспекти розвитку підприємств харчування і торгівлі”, 2003 р., м. Харків: Харк. держ. унів. харч. і торг. – Харків, 2003. – с. 252-254.

11. Єрьоменко Д. О. Експериментальні дослідження шумових характеристик овочерізальної машини Гамма-5А. Темат. зб. наук. праць: Обладнання та технології харчових виробництв, Вип. 10. Донецьк: ДонДУЕТ, 2004. – с. 24-30.

12. Заплетніков І. М., Єрьоменко Д. О. Порівняльний аналіз шумових характеристик овочерізальних машин. Тези допов. міжвуз. наук.-практ. конф. Проблеми техніки і технологій харчових виробництв. 2004 р., м. Полтава. ПУСКУ. – с. 42-44.

Здобувачем виконано порівняльний аналіз шумових характеристик овочерізальних машин.

13. Деклараційний патент 70728 А Україна, МКВ В 26 В 1/29, D 1/14. Завантажувальне пристосування. / І.М. Заплетніков, Д.О. Єрьоменко (Україна). – № 20031212420; Заявл. 25.12.03; Опубл. 15.10.04, Бюл. № 10. – 2 с.

Здобувачем виконано аналіз конструкцій існуючих овочерізальних машин підприємств харчування, виявлення їх переваг і недоліків, безпосереднє розроблення патенту

14. Деклараційний патент на корисну модель 3781 Україна. Завантажувальний пристрій /І.М. Заплетніков, Д.О. Єрьоменко Д. О. (Україна) – № 2004031865; Заявл. 15.03.04; Опубл. 15.12.04, Бюл. № 12. – 2 с.

Здобувач брав участь у проведенні експериментальних досліджень та в оформленні матеріалів заявки.

АНОТАЦІЯ

Єрьоменко Д. О. Віброакустика овочерізальних машин підприємств харчування. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12 – процеси та обладнання харчових, мікробіологічних і фармацевтичних виробництв. – Донецький державний університет економіки і торгівлі Міністерства освіти і науки України, Донецьк, 2004.

Дисертація присвячена питанням дослідження віброакустичних характеристик овочерізальних машин підприємств харчування. Виконано математичний опис віброакустичних процесів в овочерізальних машинах на основі синтезу динамічних ти акустичних моделей. Теоретично обґрунтовано, отримано формулу з розрахунку дійсного коефіцієнта випромінювання шуму внутрішніми джерелами шуму, яка дозволяє підвищити точність розрахунку ВАХ овочерізальних машин підприємств харчування на стадії проектування. Підтверджено експериментально залежності коригованого рівня звукової потужності та віброшвидкості корпуса досліджуваних овочерізальних машин від експлуатаційних та конструктивних параметрів, а також властивостей продукту. Встановлено, що на ВАХ суттєво впливає процес взаємодії робочого органу з продуктом. Розроблена методика розрахунку ВАХ овочерізальних машин підприємств харчування дозволяє визначати ВАХ на стадії проектування машин.

Застосування результатів досліджень дозволить поліпшити екологічну безпеку експлуатації овочерізальних машин підприємств харчування і санітарно-гігієнічних умов праці персоналу галузі.

Ключові слова: овочерізальні машини, віброакустичні характеристики, динамічна, акустична і емпірична модель, удосконалення конструкції.

АННОТАЦИЯ

Еременко Д. О. Виброакустика овощерезательных машин предприятий питания. – Рукопись. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 – процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. – Донецкий государственный университет экономики и торговли им. М. Туган-Барановского Министерства образования и науки Украины, Донецк, 2004.

Диссертация посвящена исследованию виброакустики овощерезательных машин предприятий питания, усовершенствованию конструкции данных машин. Синтезом динамических и акустических моделей получены зависимости для расчета ВАХ на стадии проектирования. Установлена зависимость изменения коэффициента потерь колебательной энергии в конструкциях овощерезательных машин предприятий питания на разных режимах работы. Выведена формула по расчету действительного коєффициента излучения шума внутренними источниками шума овощерезательных машин предприятий питания, позволяющая повысить точность расчета ВАХ исследуемых машин на стадии проектирования до 12 %. Выявлены эмпирические закономерности изменения ВАХ овощерезательных машин от нагрузок в машине, вида обрабатываемого продукта на разных режимах работы. Установлено, что ВАХ машин ухудшается с возрастанием нагрузок на машину. Наиболее нагруженным режимом работы овощерезательных машин является нарезка свеклы комбинированным ножом 1010 мм. Получены экспериментальные многофакторные модели, учитывающие взаимосвязь ВАХ с видом продукта, усилием прижатия продукта к рабочему органу, площади поперечного сечения продукта и длины реза. Наибольшее влияние на ВАХ машины оказывает площадь поперечного сечения и длины реза. Разработанная методика расчета ВАХ овощерезательных машин позволяет определить ВАХ на стадии проектирования машин. Предложенная модернизация овощерезательных машин позволила снизить значения ВАХ на 4-5 дБА и в октавных полосах частот: низких – 4-8дБ, средних – 3-9дБ, высоких – 5-8дБ.

Ключевые слова: овощерезательные машины, виброакустические характеристики, динамическая, акустическая и эмпирическая модель, усовершенствование конструкции.

ANNOTATION

Eremenko D.O. – Vibroacoustic of the vegetable cutting machines employed by the catering businesses. – Manuscript. Thesis for candidate’s degree by specialty 05.18.12 – processes and equipment for food, microbiological and pharmaceutical production. – Donetsk State University of Economy and Trade of the Ministry of Education and Sciences of Ukraine, Donetsk, 2005.

The thesis is dedicated to the researching vibroacoustical characteristics (VAC) of the vegetable cutting machines employed by the catering businesses. The mathematical description of the vibroacoustical processes within vegetable cutting machines on the basis of the synthesis of the dynamic and acoustic models is carried out. The gained formula on calculating actual coefficient of the noise radiating from the internal sources which enables to increase the VAC calculating accuracy for vegetable cutting machines, used by the catering businesses is theoretically grounded. Experimental dependencies of the corrected level of the sound and cabinet vibrospeed of vegetable cutting machines to have been researched from operational and design parameters and also from the product properties are confirmed.

It is found that VAC is greatly influenced by the process of interaction of working cutter with product. The developed method of calculating VAC of the vegetable cutting machines enables to identify VAC on the machine designing stage. The research outcomes implementation will enable to improve ecological safety of the running vegetable cutting machines used by the catering businesses and sanitary and hygienic conditions of the staff’s labor.

Key words: vegetable cutting machines, vibroacoustical characteristics, dynamic, acoustic and empiric model, improving of construction.

Підписано до друку 12.03. Формат 60*84 1/16. Папір офсетний.

Друк – різографія. Ум.друк.арк.1,1. Тираж 100 прим. Замов. № 161

Донецький державний університет економіки і торгівлі

ім. М. Туган-Барановського

_________________________________________________________

РВВ ДонДУЕТ, м. Донецьк-23, вул. Харитонова 10. Тел.: (062 ) 77-60-45