Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Абразивная обработка картофеля и овощей с дискретным энергоподводом. Монография
.pdf
которой мелкие клубни разрушаются полностью, а крупные остаются недоочищенными. Калибровка проходила по весу. Для эксперимента из общей массы картофеля отбирали клубни весом 100 ±20г («мелкая») и клубни весом 200
±20 г («крупная»). Опыты проводили в основном на «мелких» клубнях, как
наиболее часто встречающихся. Для определения влияния массы отдельных
клубней на количество отходов и скорость очистки одна из серий опытов была
проведена как на «мелких», так и на «крупных» клубнях.
Эксперимент проводился в четыре этапа в течение года (в сентябре, декабре, феврале и мае), что позволило учесть сезонные изменения свойств картофеля при определении оптимального рисунка нанесения абразивных полос. В
промежутках времени между экспериментами картофель хранился в соответствии с рекомендациями ГОСТ.
В ходе каждой серии эксперимента устанавливалась зависимость между
видом абразивного покрытия, временем, затрачиваемым на очистку 90% клубней и остаточной массой картофеля (масса картофеля после очистки). Полностью очищенными считали те клубни, у которых кожура сохранялась в углублениях, а на остальной поверхности имелось не более трех участков с кожурой,
наибольший размер которых не превышал 1-3 мм.
Исследование проводили следующим образом. В картофелечистку монтировали соответствующий абразивный элемент (один из четырех в следующем
порядке; сначала стандартный сплошной, затем прерывистые с углом наклона
60 градусов, 90 градусов и 135 градусов), включали подачу воды и запускали
установку на холостом ходу. Предварительно взвешенную на весах марки …
порцию картофеля загружали в картофелечистку и засекали время. Через некоторый промежуток времени машину останавливали, картофель выгружали и
взвешивали на тех же весах, определяя оставшуюся после очистки (остаточную) массу. Затем картофелечистку повторно запускали, загружали в нее недоочищенный картофель и продолжали очистку. В сентябре, декабре и феврале
опыт проводили с четырьмя остановками для измерения остаточной массы, в
61
0 16 32 48 64 80
4.2
4.36
4.52
4.68
4.84
5
y
1
y
2
y
3
y
4
y
5
x
мае – с пятью. Первая остановка соответствовала визуально определенной степени очистки при использовании прерывистых абразивов с углом наклона полос 60 градусов 50%, вторая – 75%, третья – 90%. Четвертое измерение соответствовало 90% очистки при использовании стандартного сплошного абразива. Следует учесть, что очистку прерывистыми абразивами можно было прекратить уже на третьем этапе, и процесс продолжали для получения сравнительных характеристик со стандартным абразивным покрытием. Каждый опыт
проводили три раза, полученные среднеарифметические данные заносили в
таблицу.
Результаты экспериментов за сентябрь, декабрь, февраль и май занесены
в таблицы 2.3,2.4,2.5, 2.6 соответственно. Исходя из этих данных, были построены графики, изображенные на рис 2.11, 2.12, 2.13, 2.14.
Рис 2.11 Графическое изображение зависимости остаточной массы картофеля от времени очистки и вида использованного абразивного покрытия (сезон - сентябрь): У1 – сплошной абразив; У2 – прерывистый абразив с углом наклона 60 градусов; У3 – прерывистый абразив с углом наклона 90 градусов; У4
62
Время очистки, с
Остаточная масса картофеля после очистки, кг
Вид использованного абразива
сплошной
Угол 60
Угол 90
Угол 135
0 5 5 5 5
20
4,96
4,89
4,91
4,93
40
4,89
4,71
4,74
4,78
50
4,84
4,59
4,63
4,67
80
4,54
4,21
4,25
4,32
Время очистки, с
Остаточная масса картофеля после очистки, кг
Вид использованного абразива
сплошной
Угол 60
Угол 90
Угол 135
0 5 5 5 5
30
4,94
4,82
4,85
4,88
50
4,86
4,58
4,64
4,7
60
4,81
4,42
4,48
4,58
100
4,4
3,78
3,87
3,98
Время очистки, с
Остаточная масса картофеля после очистки, кг
Вид использованного абразива
сплошной
Угол 60
Угол 90
Угол 135
0 5 5 5 5
30
4,94
4,85
4,88
4,9
60
4,85
4,54
4,6
4,66
90
4,66
4,04
4,16
4,28
120
4,29
3,38
3,54
3,71
– прерывистый абразив с углом наклона 135 градусов; У5 – линия уровня 90%
очистки для данного сезона
Таблица 2.3
Результаты опытов, проведенных в сентябре.
Таблица 2.4
Результаты опытов, проведенных в декабре.
Таблица 2.5
Результаты опытов, проведенных в феврале.
63
0 20 40 60 80 100
3.6
3.88
4.16
4.44
4.72
5
y
1
y
2
y
3
y
4
y
5
x
Рис 2.12 Графическое изображение зависимости остаточной массы кар-
тофеля от времени очистки и вида использованного абразивного покрытия (се-
зон - декабрь): У1 – сплошной абразив; У2 – прерывистый абразив с углом на-
клона 60 град; У3 – прерывистый абразив с углом наклона 90 град; У4 – преры-
вистый абразив с углом наклона 135 град; У5 – линия уровня 90% очистки для
данного сезона
64
Время очистки, с
Остаточная масса картофеля после очистки, кг
Вид использованного абразива
сплошной
Угол 60
Угол 90
Угол 135
0 5 5 5 5
60
4,9
4,66
4,7
4,75
75
4,85
4,54
4,59
4,65
100
4,76
4,26
4,34
4,44
150
4,45
3,52
3,66
3,83
185
4,16
3,02
3,2
3,4
0 30 60 90 120 150
3.2
3.56
3.92
4.28
4.64
5
y
1
y
2
y
3
y
4
y
5
x
Рис 2.13 Графическое изображение зависимости остаточной массы кар-
тофеля от времени очистки и вида использованного абразивного покрытия (се-
зон - февраль): У1 – сплошной абразив; У2 – прерывистый абразив с углом на-
клона 60 град; У3 – прерывистый абразив с углом наклона 90 град; У4 – преры-
вистый абразив с углом наклона 135 град; У5 – линия уровня 90% очистки для
данного сезона
Таблица 2.6
Результаты опытов, проведенных в мае.
65
0 40 80 120 160 200
3
3.4
3.8
4.2
4.6
5
y
1
y
2
y
3
y
4
y
5
x
Рис 2.14 Графическое изображение зависимости остаточной массы кар-
тофеля от времени очистки и вида использованного абразивного покрытия (се-
зон - май).
У1 – сплошной абразив; У2 – прерывистый абразив с углом наклона 60
град; У3 – прерывистый абразив с углом наклона 90 град; У4 – прерывистый
абразив с углом наклона 135 град; У5 – линия уровня 90% очистки для данного
сезона
Приведенные выше данные по каждому сезону были обработаны с помощью канадской программы Curve Еxpert 1.3. Эта программа позволяет построить двухмерный график по исходным данным, определить несколько видов
аналитических зависимостей, подходящих для его математического описания и
подобрать оптимальный, дающий наименьшую величину погрешностей вариант. Причем при использовании опции … подбор проводится автоматически.
По оси y мы откладывали значения остаточной массы картофеля в килограммах, а по оси x – время в секундах. В результате выполненной обработки
66
y a x2 b x c
Сезон
эксперимента
Вид абразивного покрытия
сплошной
Угол 60
Угол 90
Угол 135
сентябрь
-0.0071
-0.0110
-0.0104
-0.0096
декабрь
-0.0060
-0.0101
-0.0097
-0.0088
февраль
-0.0038
-0.0086
-0.0077
-0.0067
май
-0.0024
-0.0057
-0.0052
-0.0046
Сезон
эксперимента
Вид абразивного покрытия
сплошной
Угол 60
Угол 90
Угол 135
сентябрь
50071,0
2
x 50110,0
2
x 50104,0
2
x 50096,0
2
x
декабрь
50060,0
2
x 50101,0
2
x 50097,0
2
x 50088,0
2
x
февраль
50038,0
2
x 50086,0
2
x 50077,0
2
x 50067,0
2
x
май
50024,0
2
x 50037,0
2
x 50052,0
2
x 50046,0
2
x
данных для каждого вида абразивного покрытия в каждом сезоне было установлено следующее:
1. Все кривые описываются с наименьшими погрешностями квадратными
уравнениями, имеющими следующий вид
(2.1)
2. Свободный коэффициент в каждом случае равен 5 (исходная масса за-
гружаемого картофеля в килограммах), коэффициент при первой степени варьируемой переменной равен 0, а коэффициент при квадратичном члене имеет
отрицательное значение
3. Значения коэффициента при квадратичном члене, определенные для каждого случая занесены в таблицу 2.7.
Таблица 2.7
Значения коэффициента а, определенные для каждого случая
В условиях выполнения требования по воспроизводимости эксперимента
для всех случаев получены следующие уравнения регрессии:
Таблица 2.8
Уравнения регрессии для всех случаев проведения эксперимента
67
0 1 2 3
0.012
0.01
0.008
0.006
0.004
0.002
y
1
y
2
y
3
y
4
y
a b x
1 c x d x
2
d
Для выявления возможностей зависимости коэффициентов а уравнений
регрессии от сезона проведения эксперимента для каждого вида абразивного
покрытия строили их графики изменения от τ (рис. 2.15). Причем за τ принимаем сезон проведения опыта, определенный кварталах (три месяца). За начальное значение τ принимаем 0, что соответствует серии опытов, проведенных в
сентябре.
Анализ построения графических зависимостей показал их явную нелинейность. Была проведена обработка данных программой Curve Expert 1.3 и установлено следующее. Все четыре кривых с наименьшей погрешностью могут
быть описаны уравнением, имеющим следующий общий вид:
Вид уравнений регрессии, в каждом конкретном случае описывающий зависимость коэффициента а от сезона проведения опыта, занесен в таблицу 2.9.
Рис 2.15 Графическое изображение зависимости коэффициента а уравне-
ний регрессии от сезона проведения опыта для каждого вида абразивного по-
крытия.
Сплошной абразив - у1; Полосы под углом 135 град - у2; Полосы под углом 90 град - у3; Полосы под углом 60 град - у4
68
Вид абразивного покрытия
Уравнение регрессии
Сплошной
y x( )
0.0110 0.0027x
1 0.2032x 0.0140x
2
Под углом 135
y x( )
0.0104 0.0016x
1 0.1521x 0.0598x
2
Под углом 90
y x( )
0.0096 0.0014x
1 0.1463x 0.0739x
2
Под углом 60
y x( )
0.0071 0.0010x
1 0.1060x 0.1239x
2
Таблица 2.9
Уравнения регрессии, описывающие зависимость коэффициента а от сезона проведения опыта.
По результатам проведенных исследований можно сделать следующие
выводы:
Уровень 90% очистки клубней при использовании любого вида абразивных покрытий достигается при одной и той же остаточной массе (линия у5 на
графиках 2.3, 2.4, 2.5, 2.6). То есть применение абразивных покрытий с прерывистым нанесением полос не приводит к уменьшению потерь сырья при очистке.
Однако использование прерывистых абразивов приводит к экономии
времени на очистку, и как следствие к экономии электроэнергии. Причем вне
зависимости от сезона минимальное время на очистку тратится при применении прерывистого абразива с углом нанесения полос 60 градусов. Объяснить
подобное можно тем, что максимальный эффект от применения прерывистого
абразива наблюдается при движении очищаемых клубней перпендикулярно
69
0 1 2 3
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
y
1
A t( )
x t
x 0 1 2 3( )
T
A t( ) interp s1x y1 t
y
1
0.33 0.4 0.44 0.46( )
T
k 2
s
1
regress x y1 k
кромкам абразивных полос. Полученные экспериментальные данные подтверждают высказанную в теоретической части гипотезу об угле вылета клуней.
Подобный эффект сокращения времени на очистку наблюдается в течение всего года, причем усиливается в процессе хранения, что наглядно изображено на графике 2.16 (построен в системе Mathcad с обработкой опытных данных методом полиномиальной регрессии). По оси х было отложено время хранения сырья (с сентября по май), по оси у – γ = ∆t/t – отношение разности времени очистки сплошным абразивом и прерывистым с углом нанесения полос 60
градусов ко времени очистки сплошным абразивом.
абразивом и прерывистым с углом нанесения полос 60 градусов ко времени
Рис 2.16 Зависимость отношения разности времени очистки сплошным
очистки сплошным абразивом от срока хранения картофеля.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]