4. Методика расчета узла резания рыборазделочной машины

Рыборазделочные машины являются одним из широко распространенных видов оборудования для переработки рыбы. Ниже приведена общая методика расчета узла резания рыборазделочной машины.

1. Определить элементы частей рыбы в их сечении и их размеры, удельные разрушающие нагрузки на них. Выбрать способ резания и рабочий орган для обрабатываемой рыбы. Если выбран дисковый нож, то произвести расчет и выбрать конструктивные параметра ножа по формуле:

D = 2·(h + r + c) мм (1)

где: D – диаметр ножа, мм; h - толщина тушки, мм; r - радиус крепежных деталей, мм; с - зазор между крепежными деталями и разрезаемым материалом.

Рекомендуются следующие параметры дискового ножа:

α = 7÷10⁰ - угол односторонней заточки,

в = 2÷ 3 мм- толщина ножа,

95Х18 - материал ножа.

2. Расчет затрачиваемой работы и мощности на трение и резание.

2.1. Расчет мощности на трение.

Если рыба плотно удерживается в захватах или кассетах транспортирующего органа, то необходимо произвести расчет по определению расхода мощности на трение ножа о разрезаемую поверхность рыбы с учетом сил трения с двух сторон ножа. При условии, если отрезаемая часть рыбы (например, голова) не удерживается в захватах, то трение учитывают только с одной стороны ножа. Для расчета потери мощности на трение следует предварительно вычислить площадь трения ножа о боковую поверхность рыбы, которая определяется графическим построением касания ножа с телом рыбы, и вычисляется по формуле кругового сегмента:

(2)

где R - радиус ножа, см; α - угол сегмента, ⁰

Угол α₀ находим графическим построением сегмента касания тела рыбы с плоскостью ножа в процессе резания (см. рис. 1.).

Рисунок. 1. Схема определения площади контакта ножа и разрезаемой

поверхности тела рыбы

Потери мощности на трение определяют по формуле:

(3)

где σ_см - удельное давление на смятие тела рыбы при его деформации на 1 мм, кг/см² ·мм; f – коэффициент трения ножа о тело рыбы в сечении реза, (f = 0,15÷0,20); V_р – скорость резания (окружная скорость режущей кромки ножа V_р = 10÷15м/с); λ - деформация тела рыбы при резании, мм; F – площадь трения, см².

Величина деформации тела рыбы λ определяется как половина толщины ножа.

2.2. Расчет мощности на резание.

Для этого следует воспользоваться формулой чистого резания:

(4)

где σ – удельное сопротивление на резание отдельных частей тела рыбы, кг/см, Н/см; h – толщина прорезаемых участков тела рыбы в сечении реза, см; V_n- скорость подачи рыбы под нож, см/с .

При ручной подаче V_n = 0,3÷0,5 см/с.

2.3. Общая затрачиваемая мощность на резание и трение:

N_об=N_р+N_тр (5)

Учитывая КПД привода η_пр = 0,8÷0,9, получим необходимую мощность для выбора двигателя.

(6)

2.4. Определение оборотов ножевого вала.

По скорости резания и радиусу ножа определяем обороты ножевого вала для подстановки в формулу (6).

, (7)

где V_р - окружная скорость на режущей кромке ножа, м/с; R_н- радиус ножа.

2.5. Предварительный расчет диаметра вала для посадки шкива или ножа. Расчет ведем из условия постоянной нагрузки при небольших изгибающих моментах для стали: Ст. 5, для которой σ_в=36 кг/мм², по формуле:

, (8)

где d_в - расчетный диаметр вала, см; N - мощность на валу, кВт; n - обороты вала, об/мин; I2÷I5 - коэффициент нагрузки, учитывающий сумму крутящих и изгибающих моментов (т.е. условия работы).

3. Определение усилий и моментов, действующих на нож и ножевой вал.

Для определения крутящих и изгибающих моментов производим определение усилий, действующих на нож и ножевой вал.

3.1. Определение усилий, действующих на нож.

Окружное усилие резания на режущей кромке ножа определяется по известной мощности N_{p об} и окружной скорости V_р вращающегося диска:

N_{p об} = Р_τ · V_p, (Вт) (9)

откуда (10)

где Р_τ - окружное усилие, Н; V_p - окружная скорость, м/с.

Касательная сила Р_τ, определяется аналитически из условия сохранения постоянства работы и мощности резания, которая определяется только за счет прочности тела рыбы и величины подачи, и не зависит от окружной скорости дискового ножа (см. рис. 2):

Рисунок 2. Схема определения сил, действующих на нож, при резании

рыбы вращающимся дисковым ножом

R_H - радиус ножа, мм; h - толщина разрезаемой рыбы, мм; α - угол приложения сил резания; P_τ - окружное усилие на кромке ножа; Р_n - нормальная составляющая сил резания

По углу α₀ между вертикалью и направлением радиуса ножа к средней линии толщины прорезаемой тушки в точке касания материала с режущей кромкой ножа определяем силу нормального давления на вал в районе крепления ножа из условия:

Р_n = Р_τ·tg α₀ (11)

2. Определение изгибающих моментов.

Для определения изгибающих моментов необходимо построить предварительную эпюру силовых нагрузок на вал. Для этого примерно следует распределить на линии вала ножа опоры под подшипники, приводной шкив и нож. Усилие в районе крепления ножа определяется как геометрическая сумма Р_τ сил и Р_n. Усилие в районе крепления шкива определяется из условия:

(12)

где М_кр- крутящий момент с учетом потерь в подшипниках, Н·м; R – радиус шкива, м.

Диаметр шкива выбирается по скорости ремня и мощности привода. Скорость ремня определяется оборотами ножевого вала и радиусом принятого шкива.

3.3. Определение крутящего момента на ножевом валу.

Величина деформации тела рыбы λ определяется как половина толщины ножа для боковой поверхности касания рыбы с плоскостью трения.

Зная окружное усилие Р_τ, крутящий момент можно опреде­лить по формуле:

М_кр = Р_τ·R_н, Н·м (13)

где R_н - радиус ножа, м.

3.4. Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов.

По известным нагрузкам на валу (P, Q, R_A и R_B) и размерам между точками нагружения по общим правилам сопротивления материалов строим эпюры изгибающих и крутящих моментов.

3. Проверочный расчет вала на прочность.

На основании эпюр изгибающих и крутящих моментов опасное сечение определяется в точке, где суммарный момент окажется наибольшим.

Расчет проводят по формулам:

(14)

После чего определяем наименьший диаметр в опасном сечении:

(15)

где [σ] - допустимое напряжение на изгиб, кг/см²; М_из - максимальный изгибающий момент в опасном сечении, кг·мм; М_кр- максимальный крутящий момент на валу кг·мм;W - момент сопротивления, мм³; d – наименьший диаметр вала сплошного сечения, мм.