книги из ГПНТБ / Вибрационные машины в рыбной промышленности

Рассмотренная выше теория, как уже отмечалось, предпола­ гает, что между частицей и плоскостью существует лишь сухое трение. Естественно, что распространение этой теории на влаж­ ные или покрытые слоем жидкости грузы (рыба) до некоторой степени несправедливо. Однако, учитывая, что явление жидкост­ ного или полужидкостного трения еще не полностью изучено, строгое решение задачи весьма затруднительно. Наибольшая сложность возникает при рассмотрении вопроса о движении с отрывом, так как клейкость груза и зависимость коэффициента трения от продолжительности его контакта с плоскостью может существенно изменить критерий (11) и момент начала фаз сколь­ жения и полета.

сти [60]. Нам представляется возможным и иной подход. Он за­ ключается в том, что в уравнения движения вместо коэффициен­ та трения вводится коэффициент сопротивления сдвигу f„, являю­ щийся функцией периодически меняющегося нормального давле­ ния [23, 25]. Эти уточнения усложняют задачу, требуют приме­ нения ЭВМ и для чисто инженерных задач не оправданы.

Выше рассмотрены случаи виброперемещения по плоскости, колеблющейся лишь по гармоническому закону. Стремление к оптимизации привело к поискам иных законов колебания. Так, в ряде случаев удается добиться большего эффекта с помощью

бдагармокического, эллиптического, полуволн,ового и других видов колебаний.

Делаются попытки создания колебаний с помощью двух меха­ нически несвязанных вибраторов, из которых один создает лишь горизонтальные, а другой вертикальные колебания. О возможно­ стях этого способа можно судить по тому, что при удачном соче­ тании параметров вибрации и сдвиге колебаний по фазе удается создать поступательное движение сыпучего груза вертикально вверх по трубе. При гармонических же колебаниях наибольший угол подъема рабочего органа не превышает угла трения.

Наряду с вибрационными машинами применяется специальная группа машин—качающиеся. В машинах первого типа (за исклю­ чением ориентирующих) движение происходит благодаря перио­ дическому изменению нормального давления, при движении рабо­ чего органа в одну и другую сторону. В качающихся конвейерах горизонтальный рабочий орган приводится в колебательное дви­ жение в горизонтальном направлении и давление груза на орган постоянно. Перемещение его вперед осуществляется достаточно плавно с ускорением, не превышающим величины gf, что обеспе­ чивает совместное движение груза и органа. Обратное же дви­ жение происходит так, что некоторое время груз проскальзывает вперед, двигаясь .по инерции вдоль рабочего органа [32, 53].

20

Виброперемещение слоя насыпного груза

Как уже отмечалось, слой груза удается схематизировать ча­ стицей лишь в определенном диапазоне параметров ,вибрации и характеристики груза, например в случае, если ускорение грузонесущего органа составляет более 10 g, а высота слоя превышает средний размер частицы не более чем в 20—30 раз [7].

Сложный характер внутренних связей, возникающих в грузе при воздействии переменных по величине и направлению сил и переводящих его периодически из состояния непредельного в со­ стояние предельного равновесия, делает задачу о виброперемеще­ нии слоя чрезвычайно сложной. В связи с этим для ее решения прибегают к упрощающим процесс математическим моделям.

Одна, из таких моделей — пластичная модель слоя — создана проф. В. В. Гортинским [20]. По этой модели задача о вибрацион­ ном перемещении слоя сводится к задаче о движении ряда моно­ слоев, динамические условия связи которых оцениваются соответ­ ствующей величиной коэффициента /д. Форма монослоев зависит от формы рабочего органа. При плоском рабочем органе они па­ раллельны ему, при желобчатом или трубчатом — криволинейны [26]. В последнем случае очертания монослоев напоминают по­ верхности скольжения [29].

Из рассмотрения условий динамического равновесия груза видно, что движение каждого монослоя осуществляется по инди­ видуальному закону. Это обстоятельство значительно осложняет задачу математического описания движения такой модели. К на­ стоящему времени, насколько нам известно, строго аналитически решено лишь несколько частных задач, например о движении двухслойной модели в режиме 2 [7, 20] с двумя мгновенными оста­ новками.

Для безотрывного режима при обычно наблюдаемой на прак­ тике высоте слоя h = 20-4-100 мм пластичная модель даже без уче­ та обратной связи монослоев дает достаточно точные результаты (ошибка Д ^20% ). При решении с помощью пластичной модели задача о виброперемещении сводится к схематизации располо­ женных на различной глубине монослоев частицами с соответст­ вующим значением /д и отысканию их скоростей. За скорость всего слоя принимается средняя арифметическая скорость моно­ слоев [39]. Анализ движения груза позволил объяснить наличие обнаруженного экспериментально эффекта сдвиговых деформа­ ций, выражающегося в том, что градиент изменения скорости по высоте носит не непрерывный, а ступенчатый характер [26, 39].

При движении груза слоем весьма большой высоты, в особен­ ности в режиме с отрывом, передача силового импульса от рабо­ чего органа сопровождается значительным рассеиванием энергии, вызываемым различными необратимыми деформациями. Это вле­ чет за собой затухание упругого импульса и, как следствие, отста­ вание его по фазе [33]. Монотонность убывания скорости верхних

21

слоев при определенных значениях высоты слоя h, соответствую­ щих сдвигу фаз, кратному полупериоду или периоду колебаний, в этом случае нарушается. Учет указанных факторов в описанной пластичной модели затруднителен.

В этой связи наиболее полно физической картине процесса отвечают модели, разработанные проф. И. Ф. Гончаревичем [17]. Они количественно и качественно моделируют основные процес­ сы, протекающие в реальных грузах, оставаясь в то же время до­ статочно простыми и удобными для исследований. Различные ха­ рактеристики слоя в них моделируются специально подобранной системой упругих элементов и демпферов. Коэффициенты жест­ кости упругих элементов зависят от высоты слоя, его грануломет­ рического состава, воздухопроницаемости, влажности и других факторов. Эти элементы эквивалентным образом имитируют упо­ мянутые факторы.

Одним из достоинств данного метода является возможность моделирования сложных нелинейных характеристик сыпучей сре­ ды линейными элементами упругости и вязкости. Это позволяет вести поэтапное аналитическое исследование процесса движения груза с использованием линейного математического аппарата.

В заключение приводим значения некоторых коэффициентов описанных моделей, при наличии которых можно с помощью вы­ числительных машин рассчитать оптимальные параметры коле­ баний.

Для наиболее распространенных насыпных грузов значения коэффициентов в функции массы транспортируемого слоя изменя­ ются в пределах

Большие значения коэффициентов следует брать при большей высоте слоя. Для слоя мелкой рыбы (кильки) следует принимать большие значения коэффициентов.

Следует отметить, что из-за ограниченности объема книги мы лишь весьма кратко остановились на теоретических проблемах вибрационного перемещения. Некоторые вопросы еще находятся в стадии исследования и не доведены до удобной для инженерной практики методики. Наиболее полно нами рассматривается во­ прос о движении материальной частицы по гармонически колеб­ лющейся плоскости. Это наиболее часто встречающийся вид ко­ лебаний, а полученные результаты достаточно точны для прак­ тического применения.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВИБРООРИЕНТИРОВАНИЯ РЫБЫ

Как уже отмечалось, рыба в вибрационных машинах с грузонесущим органом, колеблющимся по гармоническому закону при Р > 0, движется как обыч-ный связный насыпной или штучный груз

22

[27, 57]. В этом случае ориентирующий эффект вибрации прояв­ ляется лишь тогда, когда рабочий орган снабжен канавками или полосами. Причем, ориентированием в полной мере этот процесс назвать нельзя, так как рыба укладывается лишь параллельными рядами со случайным направлением головы.

Подобный эффект может быть достигнут и при создании лишь вертикальных или качательных колебаний. Последний метод на­ шел, в частности, применение при уплотненной укладке кильки в ■противни перед заморозкой на судах типа РМС, работающих в южных районах Каспия [27]. Оптимальной оказалась эксплуата­ ция машины на границе безотрывного режима, когда в течение каждого цикла груз периодически приходит в состояние невесо­ мости.

Математически согласно выражению (11) этот режим может быть выражен условием

Отсюда легко найти необходимую частоту колебаний со (в с-1) при выбранной конструктивно амплитуде (Л= 5-^20 мм).

Полного ориентирующего эффекта можно достичь, если гори­ зонтальная рабочая плоскость будет гармонически колебаться только в горизонтальном направлении. В этом случае рыба, в от­ личие от любого другого штучного груза, совершающего лишь качательные движения, совершает вполне определенное поступа­ тельное перемещение головой вперед. Подобное поведение может быть объяснено тем, что сила сопротивления (трения) при сколь­ жении рыбы головой вперед, оцениваемая коэффициентом тре­

Здесь, как и прежде, уравнение с верхними знаками и индек­ сами описывает движение вперед (вправо по рис. 3), с нижни­ ми — назад.

Текущие скорость и перемещение определяются как

±2

В рассматриваемом случае из четырех описанных выше режи­ мов возможны, по-видимому, все четыре, в то время как в обыч-

23

ной задаче при f=f+=f- возможны только два, т. е. режимы 1 и 2. Наличие того или иного режима при заданных А, со, коэффи­

Для расчета транспортирующих устройств можно предложить следующую методику.

1. Из конструктивных соображений задаются основными ки­ нематическими параметрами колебания (амплитудой А = 5ч-20 мм и частотой со = 204-70 с-1).

2. Зная коэффициенты трения f+= tgp+ и /-=tgp_ при а = (3 = 0 по формулам (31), (32), (33), дважды (для случая движения впе­

ред и назад) определяют безразмерные параметры б±, 6±, v±, х- 3. По формулам табл. 3 определяют обеспечиваемый данны­ ми Л и со режим движения рыбы и фазовые углы, соответствую­ щие моментам перехода от одного вида скольжения к другому.

24

4.По одной из формул табл. 3, зная режим движения, опре­ деляют среднюю скорость ориентированного головой вперед пере­ мещения.

5.Ориентируясь на имеющееся задающее устройство, питатель или дозатор, выбирают шаг между отдельными рыбками и опре­ деляют ширину виброплоскости, необходимую для обеспечения: заданной производительности.

6.Если полученные габариты рабочего органа не удовлетво­

влево (см. рис. 3). При обычных методах загрузки виброориентатора, когда рыба подается на рабочую плоскость в случайном положении, наиболее вероятно, что примерно лишь половина гру­ зопотока будет двигаться в нужном направлении. Естественно,, что практическая ценность такого эффекта в чистом виде невели­ ка. Следовательно, необходимо каким-либо образом изменить на­ правление движения рыбы, скользящей в нерабочую сторону. Наи­ более просто это осуществляется с помощью рабочего органа, со­ стоящего из двух жестко связанных между собой вибрирующих: плоскостей. Часть рыбы, движущейся в нерабочем направлении по верхней загружаемой извне плоскости, доходя до конца ее, скатывается по специальному желобу, при этом ориентация ее из­ меняется на 180°.

Описанный эффект ориентированного виброперемещения ры­ бы, относительно слабый на гладкой плоскости, может быть зна­ чительно усилен подбором оптимальной формы поверхности грузонесущего органа. Как показали исследования [21], достаточная для практики интенсивность ориентированного движения дости­ гается при использовании ступенчатых поверхностей. В этом слу­ чае движение рыбы назад ограничивается выступами рабочего органа, за которые она зацепляется хвостом, плавниками, жабер­ ными крышками и чешуей.

Теоретическое решение подобной задачи, по-видимому, сво­ дится к только что рассмотренной задаче о движении рыбы но гладкой плоскости, которая позволяет определить перемещение головой вперед в течение цикла. Фактор зацепления в первом при­ ближении можно учесть, пренебрегая перемещением назад.

Уточнение задачи должно, по-видимому, идти по следующим направлениям. Во-первых, необходимо учесть, что наиболее веро­ ятное расположение рыбы в начале фазы скольжения назад ис­ ключает мгновенное зацепление ее за ближайший уступ, т. е. не­ которое скольжение назад возможно. Во-вторых, указанное сколь­ жение назад вследствие упругих деформаций хвоста и плавников прекращается после зацепления за уступ не сразу. Оценить два последних фактора, по-видимому, можно вероятностными мето­ дами с учетом упругих свойств объекта. В-третьих на величину скольжения рыбы вперед s+ оказывает некоторое влияние накоп­

25-

ленная при скольжении назад упругая сила хвоста и плавников при зацеплении их за уступы, в результате чего фаза движения толовой вперед наступает несколько раньше на ребристой площа­ ди, чем на гладкой.

О наличии указанных факторов косвенно говорит анализ ре­ зультатов экспериментов с применением ускоренной киносъемки, проведенных в Астрыбвтузе Б. В. Грачевым и С. А. Асейновым. -Учесть эти факторы теоретически довольно трудно, поэтому с до­ статочной для большинства инженерных задач точностью при рас­ чете ориентирующих устройств со ступенчатой рабочей поверхно­ стью можно использовать методику расчета устройств с гладким рабочим органом. При этом лишь следует принять, что s _ = О, тогда средняя скорость ориентированного перемещения будет равна

ш+

ПРИНЦИП ВИБРО-УПЛОТНЕНИЯ РЫБЫ

Вибрационное распределение и уплотнение рыбы в таре сле­ дует рассматривать как одну из форм вибрационного перемеще­ ния материала. Теория вибрационных перемещений делит части­ цы перемещающегося материала на плоские и круглые и под­ разумевает, что все частицы материала не сжимаются и обладают одинаковым коэффициентом 'трения на всей своей поверхности.

Рассматривая рыбу как объект вибрационного перемещения, следует отметить, что отдельные рыбы обладают значительной сжимаемостью, коэффициенты трения на различных частях по­ верхности рыбы неодинаковы и, кроме того, коэффициенты тре­ ния рыбы изменяются в зависимости от ее ориентации относи­ тельно направления движения. В связи с этим для изучения про­ цесса вибрационного перемещения рыбы сделаем ряд допущений и упрощений: будем считать рыбу плоской частицей, т. е. сколь­ зящей, но не опрокидывающейся при перемещении, имеющей один усредненный коэффициент трения на поверхности.

Рассмотрим сначала условия вибрационного перемещения ры­ бы по горизонтальной площадке, находящейся в колебательном движении.

Движение плоской частицы по качающейся площадке необхо­ димо рассматривать как движение материальной точки. Допу­ стим, что плоская частица массой m неподвижна относительно

желоба, совершающего возвратно-поступательное движение в го­ ризонтальном направлении.

Пользуясь теорией движения плоской частицы, можно полу­ чить основные выражения для характеристики движения нижнего

:26

слоя рыбы в таре, жестко укрепленной на качающейся (вибри­ рующей) площадке,

(36)

v — скорость перемещения рыбы по дну тары, м/с; То — длительность одного периода качания, с; К — коэффициент транспортирующей способности

s— s

К= — —s - ■

Рассмотренное движение материала по горизонтальной виб­ рирующей площадке действительно только для нижнего слоя ры­ бы, поступающей в тару. По мере увеличения количества рыбы в таре картина изменится. Для распределения и уплотнения рыбы в таре необходимо, чтобы вновь поступившая рыба, попадая на уже лежащую рыбу, заняла устойчивое положение.

Очевидно, рыба должна занять наинизшее положение. Для этого она должна соскользнуть по рыбе из верхнего положения вниз, т. е. двигаться с трением под уклон. Рассмотрим этот слу­ чай как перемещение материальной плоской точки по наклонной шероховатой поверхности.

При этом оптимальные значения частоты и скорости колеба­ ния составят

р — угол трения (р = tga);

Г — коэффициент трения рыбы по рыбе; 5 — длина -хода -рабочей площадки, мм.

Таким образом, мы получили взаимозависимые основные ха­ рактеристики процесса вибрационного распределения и уплотне­ ния рыбы в таре, т. е. амплитуды и частоты виброплощадки и коэффициента трения рыбы.

27

Г л а в а II

КЛАССИФИКАЦИЯ И ЭЛЕМЕНТЫ ВИБРАЦИОННЫХ МАШИН

КЛАССИФИКАЦИЯ ВИБРАЦИОННЫХ МАШИН, ПРИМЕНЯЕМЫХ В РЫБНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

К вибрационной технике принято относить вибрационные ма­

ею, устройства, предназначенные для предотвращения, подавле­ ния, гашения и изоляции вредной вибрации.

Вибрационная машина характеризуется тем, что ее рабочему органу сообщается колебательное движение, необходимое для осуществления определенного процесса.

Для разработки общих принципов конструирования вибраци­ онных машин, используемых в рыбной промышленности, дальней­ шего развития теории и расчета, правильного выбора параметров в соответствии с условиями эксплуатации, а также для решения ряда других важных вопросов необходима развернутая классифи­ кация, которая должна учитывать как принципиальные и кон­ структивные особенности устройства вибрационных машин, так и их назначение и характер выполняемой работы [14].

Вибрационные машины можно классифицировать по следую­ щим признакам:

1.По назначению. Такая классификация может производить­ ся по основному признаку технологического процесса.

2.По характеру привода. По этой классификации, предложен­ ной В. Д. Земсковым [16], все вибрационные машины делятся на три группы. К первой группе относятся машины с силовым при­ водом, в которых к ведущему звену прикладывается сила, изме­ няющаяся по определенному закону в зависимости от положения этого звена или от скорости его движения. Во вторую группу вхо­ дят машины с кинематическим приводом, у которых ведущее зве­ но имеет вполне определенное движение. Третья группа включает машины с ударным приводом, в которых ведущее звено сообщает вибрацию ведомому ударом.

3.По типу привода (электрические, гидравлические, пневмати­ ческие, внутреннего сгорания).

4.По типу преобразования подводимой энергии в энергию ме­ ханических колебаний (центробежные, поршневые, кулачковые, кривошипно-шатунные, электромагнитные, электродинамические, пульсационные, возбуждаемые кинематически, автоколебательные

ит. д.).

28

5.По типу упругих связей. По этому принципу все вибрацион­ ные машины можно подразделить на машины с линейной и нели­ нейной характеристикой жесткости.

6.По числу колеблющихся масс (одномассовые, двухмассовые, трехмассовые и т. д.).

7.По форме колебаний рабочего органа (с прямолинейно на­ правленными колебаниями, с круговыми, криволинейными, комби­ нированными колебаниями и т. д.).

8.По количеству вибровозбудителей (с одним вибровозбуди-

телем, с двумя и т. д.).

Приведенная классификация почти не учитывает конструктив­ ные и эксплуатационные свойства вибромашин. Подробнее оста­ новимся на классификации машин по назначению и возможности их применения в рыбной промышленности.

Приняв в качестве одного из главных классификационных признаков характер выполняемой работы, все вибрационные ма­ шины можно подразделить на несколько разрядов, объединенных принципиальным сходством в отношении устройства и характера преодолеваемых внешних сопротивлений.

Можно наметить следующие однородные по характеру внеш­ них сопротивлений, испытываемых рабочим органом, операции, выполняемые вибрационными машинами, в рыбной промышлен­ ности: сообщение вибрации различным средам в массе, сообще­ ние вибрации насыпным материалам, виброрезание и виброраз­ рушение, вибросортирование.

На основе такого подразделения и составлена приводимая ни­ же классификация вибрационных машин, применяемых в рыбной промышленности.

I.Вибрационные машины для сообщения движения штучным

инасыпным материалам.

1.Вибрационные конвейеры.

2.Вибросушильные установки.

3.Вибрационные питатели и дозаторы.

4.Машины для ориентирования рыбы.

5.Вибропанировочные машины.

6.Концентрационные и рассредоточивающие столы.

II.Вибрационные машины для сообщения вибрации различ­ ным средам в массе.

1.Машины для виброуплотнения в бочках.

2.Машины для виброуплотнения в банках.

III. Вибрационные машины для резания и разрушения.

1.Машина с вибрирующими ножами.

2.Дефростеры.

IV. Вибрационно-сепарирующие и моечные машины.

1.Вибрациовно-сортирующие' машины.

2.Вибрационно-сепарирующие машины.

3.Вибрационные и встряхивающие моечные машины.

4.Встряхивающие решета.

29