zabika.ru   1 ... 3 4 5 6

Практическое занятие 4. Общие принципы расчета и конструирования машин импульсного резания.


Машины для импульсного резания мясокостного и костного сырья реализуют принцип ударного внедрения режущего инструмента с высокими скоростями встречи (порядка нескольких десятков метров в секунду).

Это обстоятельство предопределяет в значительной степени их конструктивное исполнение в виде роторных режущих устройств. Такая конструкция машин импульсного резания с механическим приводом роторного типа, позволяет производить отделение эпифизов трубчатых костей крупного рогатого скота и резание некоторых видов мясокостного сырья. Характерной особенностью машин импульсного резания является необходимость остановки режущего органа в момент подачи сырья в зону резания, что приводит к дополнительным энергозатратам на торможение и усложняет конструкцию машины.

Поэтому возникает необходимость, сохраняя принцип вращательного движения режущего органа, исключить торможение, а энергию, затрачиваемую на этот процесс аккумулировать для осуществления последующего цикла резания. Использование пневмомеханического привода для режущего органа решает эту проблему.

Рассмотрим кратко на основные принципы расчета и конструирования установки пневмомеханического действия для импульсного резания трубчатых костей крупного рогатого скота.

Расчетная схема машины представлена на рис. 5.1.

В процессе вращательного движения ножа с V-образным лезвием вокруг оси в направлении, показанном стрелкой, пневмоцилиндр совершает колебательные движения вокруг оси 0. Свяжем с пневмоцилиндром подвижную систему координат Y0X и рассмотрим движение поршня со штоком, соединенным в точке А подвижным шарниром с ножом в этой системе координат. Положение ножа и цилиндра, зафиксированное на рис. 5.1, соответствует начальному моменту касания лезвием поверхности трубчатой кости.


Дифференциальное уравнение движения поршня в системе Yимеет вид:
c:\users\007\appdata\local\temp\finereader10\media\image4.jpeg
c:\users\007\appdata\local\temp\finereader10\media\image1.jpeg

Рис. 5.1. Расчетная схема машины для импульсного отделения эпифизов трубчатых костей крупного рогатого скота пневмомеханического действия.
где m - масса поршня со штоком;

Р0 - начальное давление в пневмоцилиндре, когда поршень находится в крайнем левом мертвом положении (координата Х0 в системе Y );

X - промежуточное значение координаты положения поршня при его движении под действием давления расширяющегося воздуха;

- расстояние от оси вращения пневмоцилиндра до его днища;

d - диаметр поршня пневмоцилиндра;


P - давление начала движения поршня.
Введем следующие обозначения:




(5.2)

(5.3)


используя которые, приведем уравнение (5.1) к форме:




(5.4)


Скорость движения поршня в системе Y0Х является относительной скоростью Vотн , которая определяется формулой







Поскольку


, то уравнение движения

примет вид







Интегралом этого уравнения при условии, когда будет



(5.5)

На основании анализа плана скоростей для положения, показанного на рис. 5.1, скорость переносного движения точки А штока поршня определяется соотношением



(5.6)

где Хс- координата положения поршня, соответствующая начальному моменту касания лезвием поверхности трубчатой кости.

Как следует из рассмотрения рис. 5.1

(5.7)


Скорость встречи Ус лезвия ножа с поверхностью трубчатой кости можно определить по формуле



(5.8)

Для определения наибольшего усилия, создаваемого машиной на ноже при резании, необходимо рассмотреть ускорения точки А штока:

относительное ускорение



(5.9)

переносное ускорение



(5.10)

ускорение Кориолиса



(5.11)

Следовательно, абсолютное ускорение точки А штока поршня будет



(5.12)

Усилие ТА со стороны штока в точке А на плечо ножа может быть вычислено по формуле




(5.13)

Направление ТА , совпадающее с направлением ускорения Wабс. определяется углом  (рис. 5.1)



(5.14)



Наибольшее усилие , создаваемое машиной на лезвии ножа при резании трубчатой кости, определяется из соотношения:


(5.15)

Очевидным условием отделения эпифизов трубчатой кости на машине является



(5.16)

где Тmax- максимальное усилие резания трубчатой кости.

В качестве примера использования полученных соотношений для конкретной схемы (рис. 5.1) машины импульсного отделения эпифизов трубчатых костей крупного рогатого скота рассмотрим расчет при следующих кинематических и геометрических данных: HM = 0,3 м; N = 1,3 м; X0=0,3 м; м; P0=(0÷2) МПа; Р = 0,2105 Па; d = 0,3 м; RН = 0,25 м; m = 30 кг. Остальные геометрические параметры рассчитываются по формулам:



По результатам расчетов строятся графики, показанные на рисунках 5.2 и 5.3.


Рис. 5.2. Изменение скорости встречи vс лезвия ножа с поверхностью трубчатой кости в зависимости от начального давления Р0 в пневмоцилиндре
Как видно из рассмотрения графика на рис. 5.2 машина при заданных параметрах обеспечивает скорости встречи лезвия ножа с поверхностью трубчатой кости до 36 м/с.

Из графика на рис. 5.3 следует, что машина гарантирует отделение эпифизов трубчатых костей крупного рогатого скота при заданных параметрах.



Рис. 5.3. Изменение максимального усилия, создаваемого машиной на лезвии ножа (1), и максимального расчетного усилия резания трубчатой кости крупного рогатого скота (2) в зависимости от величины скорости vс.
Рациональные кинематические и геометрические параметры

рабочих органов машин импульсного отделения эпифизов трубчатых костей

В результате экспериментальных и теоретических исследований, а также расчетов, проведенных по разработанной методике с применением ЭВМ, установлено, что:

1. Хорошее качество поверхности реза трубчатых костей, при отсутствии отходов, обеспечивается при начальных скоростях внедрения режущего инструмента в пределах 20÷25 м/с;


2. Наилучшей формой лезвия ножа является V-образное расположение режущих кромок, причем их угол раствора рекомендуется выбирать в диапозоне от 80° до 90°. Такие углы раствора соответствуют лучшей концентрации энергии резания в зоне сечения трубчатой кости, что способствует безосколочному разрушению компактной костной ткани по сечению.

3. Конструктивно ножи следует изготавливать с односторонней заточкой. Угол заточки выбирается 20°÷30°. Такие значения углов позволяют избежать быстрого затупления и разрушения режущих кромок.

4.Толщина ножа существенно влияет на качество процесса резания и поэтому не должна превышать 410-3м. При этом должна быть обеспечена устойчивость плоской формы деформирования под действием усилия сопротивления резанию, рассчитанному по разработанной методике расчета параметров процесса и рабочих органов машин импульсного отделения эпифизов трубчатых костей, т.е. .

Критическое усилие резания для вращающегося ножа рекомендуется определять по формуле, предложенной профессором С.П.Тимошенко:




где - наименьшая жесткость изгиба ножа;

- жесткость ножа на кручение.

Здесь Е и С - соответственно модули Юнга материала ножа первого и второго рода; I и Iр - соответственно наименьшие моменты инерции и полярный момент сечения ножа; F-площадь сечения ножа.

5. Угловая ориентация сечения трубчатой кости в области отделения эпифизов, характеризуемая утлом , по отношению к направлению внедрения ножа должна быть 330°. В этом случае энергия процесса резания минимальна. Технически ориентацию можно осуществить путем применения манипуляторов или иных ориентирующих устройств.

6. Высокие скорости импульсного резания рационально обеспечиваются вращательным движением режущего органа (роторный тип машин), при этом рекомендуется применять пневмомеханический привод.

7. Кинематический и динамический анализ машины пневмомеханического действия позволяет рекомендовать следующие значения ее основных параметров: диаметр поршня пневмоцилиндра - 0,25÷0,3 м; начальное давление в пневмоцилиндре от 0,6 МПа до 1 МПа.


Практическое занятие 5. Расчет роторных машин импульсного резания мясокостного сырья.

Конструктивные размеры отдельных деталей и узлов назначаются исходя из габаритных размеров перерабатываемого сырья.

На основании чего затем определяются инерционные характеристики масс, вращающихся с рабочим органом, такие как момент инерции относительно оси вращения и радиус установки середины активной длины лезвия ножа.

Далее определяется требуемая начальная скорость вращения ножа (1), достаточная для перерезания продукта с его структурно-механическими свойствами и габаритными размерами, а также возникающая максимальная сила резания (2):

(1)
(2)
Для схемы резания когда в качестве противорежущего элемента неподвижный нож

Для схемы резания трубчатых костей

Исходя из размеров длины и ширины режущего органа и возникновения максимально возможных сил определяется необходимая толщина ножа, достаточная для обеспечения его устойчивости в процессе резания по формуле

Затем определяется требуемая мощность привода по имеющимся зависимостям для расчета приводов роторных устройств (Nср)

, кВт


где I - момент инерции вращающихся масс, кгм2

 - время разгона вращающихся масс, с

 - расчетная скорость ножа, с-1

4 САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА МАГИСТРАНТА

4.1 Методические рекомендации по организации самостоятельной работы студента.

В ходе изучения дисциплины каждый магистрант получит индивидуальные домашние задания, которые охватывают основные разделы курса и позволяют выяснить, насколько хорошо усвоены теоретические положения и может ли студент применять их для решения практических задач.

Каждое задание должно быть выполнено на листах формата А4 и оформлено в соответствии с требованиями, предъявляемыми к оформлению расчетных работ. Работа должна быть написана разборчивым почерком. На обложке расчетно-графической работы необходимо указать специальность, курс, группу, фамилию и имя магистранта, номер варианта и дату сдачи работы.

Решение задач следует сопровождать краткими пояснениями, обязательно приводить все формулы, используемые в задаче, необходимые построения производить с учетом масштаба. После завершения домашней работы необходимо сделать ссылку на использованную литературу.

Не откладывайте выполнение задания на последний день перед его сдачей. К сожалению, некоторые студенты так и поступают. В этом случае у вас возникнут затруднения при решении более сложных задач.

Если вы будете придерживаться установленного графика выполнения работы, то во время проведения СРМП, я смогу ответить на возникшие у вас вопросы при решении задач.

Числовые значения указанных в задаче величин следует выбрать по варианту.

Недостающие параметры, необходимые для решения задач, могут быть выбраны из таблиц приложения данного пособия или других справочных пособий.


<< предыдущая страница