AGRIS - 

2023

Khaliullin, D.T. | Shogenov, Yu.Kh. | Ziganshin, B.G. | Popoldnev, R.S. | Gajfullin, I.Kh.

The study purpose is to establish the main design and technological parameters of an improved corn cob chopper, which will improve the quality of the kernel-stalk mixture and the energy efficiency of the process. Based on the analysis, the disadvantages of existing choppers were identified, such as high metal consumption, high level of energy consumption as well as insufficient cutting efficiency. The main factors influencing the chopping process are the moisture content of the crushed materials, the rotor rotation speed, the total area, the number and shape of cutting knives, the angle of inclination and the number of counter-cuts. The improved feed chopper is developed at the Kazan State Agricultural University. It has a number of advantages compared to analogues: a more uniform effect on the crushed material, a reduction in energy intensity by 12% due to multi-stage cutting, the uniformity of crushed feed containing particles no larger than 15 mm reaches 75%. The experiments showed that the cutting time depends on the angular parameters of the counter-cutting knives, however, with an increase of the rotor rotation speed this dependence decreased. The chopper operates as follows: corn cobs are fed through the inlet pipe into the cone chamber, where they are multi-stagedly chopped using knives. The moving rotor consists of 9 knives made of alloy steel and having different lengths, from 140 to 304 mm. The crushed feed enters the lower part of the chamber where under the action of a paddle thrower it is unloaded through the unloading pipe. The paddle thrower also has blades that increase the degree of chopping. The rotation speed of the cutting knives recommended for chopping corn cobs with a moisture content of up to 66% is 1200 and 1500 rpm. | Цель исследований – определение основных конструктивно-технологических параметров усовершенствованного измельчителя початков кукурузы, позволяющих повысить качество зерностержневой смеси и энергоэффективность процесса. На основе проведенного анализа выявлены недостатки существующих измельчителей: большая металлоемкость, высокий уровень энергопотребления, а также недостаточная эффективность измельчения. Основные факторы, влияющие на процесс измельчения - влажность измельчаемых материалов, скорость вращения ротора, суммарная площадь, число и форма режущих ножей, угол наклона и число противорезов. В Казанском ГАУ разработан измельчитель кормов, который имеет ряд преимуществ по сравнению с аналогами. Он оказывает более равномерное воздействие на измельчаемый материал, его энергоемкость ниже на 12% за счет многоступенчатого резания, однородность измельченного корма с частицами размером не более 15 мм достигает 75%. В проведенных экспериментах наблюдалась зависимость времени процесса измельчения от угловых параметров противорежущих ножей, однако при увеличении частоты вращения ротора эта зависимость снижалась. Измельчитель работает следующим образом: через приемный патрубок в конусную камеру подаются початки кукурузы, где с помощью ножей происходит их многоступенчатое измельчение. Вращающийся измельчающий ротор состоит из 9 ножей, выполненных из легированной стали и имеющих различную длину – от 140 до 304 мм. Измельченный корм поступает в нижнюю часть камеры, где под действием лопастной швырялки через выгрузной патрубок осуществляется его выгрузка. На лопатке швырялки также имеются лезвия, увеличивающие степень измельчения. Рекомендуемая частота вращения режущих ножей для измельчения початков кукурузы с содержанием влаги до 66% составляет 1200 и 1500 об./мин.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2023

Goryunov, S.V. | Feryabkov, A.V. | Khapitskaya, I.V.

A possibility of reducing the energy consumption of grinding mechanisms is considered. The work of existing designs of feed mixer shredders is analyzed. Disadvantages of shredders with hammer, pin and knife working bodies are noted. The original design of cutting elements, which consists of two screws, is proposed. One screw working body is made with a spiral flight and installed inside the second screw working body with a ribbon flight. The directions of screw rotation are opposite. A spiral flight screw is used as a shear element. The turns of the screw are located at an angle to the central axis in the horizontal plane. This provides a necessary sharpening angle, as a result of which the working part of the cutting elements has the shape of a single-side wedge. Kinematic and force analyses of the grinding mechanism are carried out. The variants of using screws with the turn inclination in parallel and cross directions are considered. It is established that when the turns are tilted in parallel, chopping cutting is carried out in the grinding mechanism. In this case, the material is crushed in the gap along the entire length of the helix. When the turns are tilted crosswise, sliding cutting is carried out. The material is crushed at the intersection points of the turns, and the mechanism works like a segment apparatus of harvesting machines. Plans of the forces acting on the cutting elements are constructed and the condition of pinching of the processed material in the cutting pair is determined. The expediency of using the pending design of the grinding mechanism with screws acting as cutting elements is substantiated. | Рассматривается возможность снижения энергопотребления измельчающих механизмов. Проанализирована работа существующих конструкций измельчителей-смесителей кормов. Отмечены недостатки измельчителей с молотковыми, штифтовыми и ножевыми рабочими органами. Предлагается оригинальная конструкция режущих элементов, которая состоит из двух шнеков. Один шнековый рабочий орган выполнен со сплошным винтом и установлен внутри второго шнекового рабочего органа с ленточным винтом. Направления вращения шнеков противоположны. Шнек со сплошным винтом используется в качестве противорежущего элемента. Витки шнеков расположены под углом к центральной оси в горизонтальной плоскости. Это обеспечивает необходимый угол заточки, в результате чего рабочая часть режущих элементов имеет форму одностороннего клина. Проведены кинематический и силовой анализы измельчающего механизма. Рассмотрены варианты использования шнеков с наклоном витков в параллельном и перекрестном направлениях. Установлено, что при параллельном наклоне витков в измельчающем механизме осуществляется рубящее резание. В этом случае материал измельчается в зазоре по всей длине винтовой линии. При перекрестном наклоне витков осуществляется скользящее резание. Материал измельчается в точках пересечения витков, а механизм работает подобно сегментному аппарату уборочных машин. Построены планы сил, действующих на режущие элементы, определено условие защемления обрабатываемого материала в режущей паре. Обоснована целесообразность использования рассматриваемой конструкции измельчающего механизма со шнеками, выступающими в качестве режущих элементов.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2022

Rudobashta, S.P. | Zueva, G.A. | Grabov, I.A.

В агроинженерных расчетах процесса сушки нарезки из свеклы, происходящего при повышенной температуре, необходимы значения ее равновесного влагосодержания. В связи с отсутствием в источниках литературы этих данных экспериментально статическим (эксикаторным) методом получены и проанализированы изотермы десорбции влаги для столовой свеклы, нарезанной на дольки, при температурах 30, 40 и 50 град. С. Для создания определенных значений относительной влажности воздуха в эксикаторах использовали насыщенные растворы различных минеральных солей, значения относительной влажности воздуха над которыми находили по известной диаграмме Шнайдера. Полученные изотермы десорбции влаги имеют типичный для капиллярно-пористых коллоидных материалов S-образный вид и соответствуют четвертому типу изотерм сорбции по классификации Брунауэра. Для удобства инженерных расчетов они описаны уравнением Гендерсона, которое позволяет рассчитывать значения равновесного влагосодержания материала при различных значениях относительной влажности воздуха и температуры. Найдены значения констант этого уравнения. Проведена статистическая оценка достоверности аппроксимации опытных данных уравнением Гендерсона, показавшая удовлетворительное соответствие этого уравнения опытным данным. Поскольку в эксикаторы при снятии равновесия помещали образцы свеклы с высокой (естественной) влажностью, то полученные изотермы являются изотермами десорбции, которые необходимы для расчета процесса сушки материала. Результаты исследований могут быть использованы при расчете процесса сушки нарезки свеклы, а также при организации процесса ее хранения. | To make an agro-engineering calculation of the drying process of sliced beets, it is necessary to know its moisture equilibrium. Due to the lack of the reference data for elevated temperatures at which drying of this material is carried out, the isotherms of moisture desorption were obtained and analyzed by the experimental static (desiccator) method for sliced beetroot at temperatures of 30, 40 and 50 deg. C. To create certain values of relative humidity in the desiccators, saturated solutions of various mineral salts were used, the values of relative humidity of the air above which were found according to the well-known Schneider diagram. The obtained moisture desorption isotherms are S-shaped, typical for capillary-porous colloidal materials, and they correspond to the fourth type of sorption isotherms according to the Brunauer classification. For the convenience of engineering analysis, they are described by the Henderson equation, which can be used to determine the values of the equilibrium moisture content of a material at various values of relative humidity and temperature. The values of the constants for this equation have been found. A statistical assessment of the approximation reliability of the experimental data made by the Henderson equation has shown a satisfactory compliance of this equation with the experimental data. Since beetroot samples with high (natural) humidity were placed in desiccators when removing the equilibrium, the obtained isotherms are desorption isotherms, which required to calculate the material drying process. The research results are applicable for calculating the drying process for slicing beetroot and organizing the storage process.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2021

Ageev, O.V. | Naumov, V.A. | Fatykhov, Yu.A., Kaliningrad State Technical Univ.

There is shown the relevance of mathematical simulation of modes of muscle fiber destruction during fish cutting. The muscle tissue of raw materials has been described by the Maxwell-Thomson viscoelastic rheological model. 2 modes of the material fiber destruction have been determined – viscous laceration (VL) and elastic tear (ET). VL provides a high quality of cut surface. A complex of mathematical models that allow calculating the time intervals for the onset of VL and ET depending on the structural and rheological properties of muscle tissue and the rate of its deformation by the cutting organ, has been obtained. Models have been developed that describe the mode of fiber destruction, which is characterized by an impact deformation of the material. The simulation results show that with an increase in the dimensionless speed, the quality of the cut surface first increases due to a reduction in the VL time, and then, when the characteristic value is reached and the further increase in the speed, the cut quality deteriorates due to the onset of ET of fiber. It has been found that an increase in the measure of material elasticity, an increase in the dimensionless cutting speed, and also a change in the dimensionless criteria of material strength lead to a decrease in the quality of the cut surface. It is shown that with an increase in the magnitude of the impact relative deformation, the time interval of VL decreases non-monotonically and tends to zero. It has been determined that with an increase in the Young's and retarded elastic modules of the material, the time interval for the onset of VL decreases significantly. With an increase in the coefficient of dynamic viscosity of muscle tissue, VL occurs later. With the values of the strength criteria equal to 3; long modulus of elasticity equal 63 158 N/m2; measures of elasticity 3, 5, 8, 12, the values of the characteristic dimensionless speed are 0.095, 0.055, 0.032, 0.021, while the values of the dimensionless time interval corresponding to the change in the destruction mode from VL to ET are 10, 20, 30, 45, respectively. | Показана актуальность математического моделирования режимов разрушения волокон мышечной ткани при резании рыбы. Мышечная ткань сырья описана вязкоупругой реологической моделью Максвелла-Томсона. Определены 2режима разрушения волокна материала – вязкий разрыв (ВР) и упругий вырыв (УВ). ВР обеспечивает высокое качество поверхности среза. Получен комплекс математических моделей, позволяющих рассчитать интервалы времени наступления ВР и УВ в зависимости от структурно-реологических свойств мышечной ткани и скорости ее деформирования режущим органом рыбоперерабатывающего оборудования. Разработаны модели, описывающие режим разрушения волокон, который характеризуется внезапно возникшей постоянной деформацией материала. Результаты моделирования показывают, что при увеличении безразмерной скорости качество поверхности среза сначала повышается за счет сокращения времени ВР, а затем, при достижении характерного значения и дальнейшем росте скорости, ухудшается вследствие наступления УВ волокон. Установлено, что к снижению качества поверхности среза приводят увеличение меры эластичности материала, рост безразмерной скорости резания, а также изменение безразмерного критерия прочности материала. Показано, что с ростом величины внезапно возникшей относительной деформации интервал времени ВР немонотонно снижается и стремится к нулю. Определено, что с увеличением мгновенного и запаздывающего модулей упругости материала интервал времени наступления ВР существенно сокращается. С повышением коэффициента динамической вязкости мышечной ткани ВР наступает позже. При значениях критерия прочности, равного 3, длительного модуля упругости 63158 Н/м2, меры эластичности 3; 5; 8; 12 значения характерной безразмерной скорости составляют 0,095; 0,055; 0,032; 0,021, при этом показатели безразмерного интервала времени, соответствующего смене режима разрушения с ВР на УВ, составляют 10; 20; 30; 45 соответственно.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2021

Dogeev, G.D. | Gusejnov, A.A. | Arslanov, M.A.

In the conditions of the Republic of Dagestan there are considerable heat and energy resources that can be used for growing fodder crops during the postharvest period lasting not less than 100 days. There were developed techniques for increasing the productivity of postharvest natural phytocenosis (PNP) and methods for using its phytomass as a crop precursor. The research was carried out in 2012-2014 in the conditions of irrigated agriculture of the Western Caspian region. The PNP was formed after harvesting winter wheat due to one watering for grinding and embedding the cut green mass, using disking. The soil of the experimental site is light chestnut heavy loamy. The arable layer contains 2.86% of humus; the content of hydrolyzable nitrogen is 3.3 mg/100g, P2O5 -2.1 mg, and K2O-30.1 mg/100g. The density of the soil in the layer of 0-30 cm is 1.32 g/cm3, the meter layer is 1.41 g/cm3, the lowest moisture capacity is 31.9 and 28.2%, respectively. The reaction of the soil solution is slightly alkaline, close to neutral. The weed species dominating in the PNP were identified: among the juvenile representatives there was red root pigweed, barnyard grass, green bristle, catchweed, among perennial ones: field milk thistle, corn bindweed and common reed. For two hay crops formed using the above technology, it was possible to ensure 25.4 t/ha of aboveground mass, 0.91 t/ha pos-mowing mass and 3.53 t/ha of root mass containing 11.67 t/ha and 8.62 t/ha of K2O. There were compared different variants for using phytomass of 2 hay crops: for feed or for green fertilizer. In the case of using PNP phytomass for feed, the amount of plant mass and nutrients entering the soil is reduced by 12.9-17.6%. It is considered optimal to grind the PEF phytomass of both mows with a heavy disc harrow followed by plowing to a depth of 25-30 cm. When using this technology, the yield of corn (the next crop rotation crop) becomes 23.4% higher than when removing the green mass forthe use of green mass for feed. | В условиях Республики Дагестан имеются значительные ресурсы тепла и энергии, которые можно использовать для выращивания кормовых культур в пожнивной период, продолжительность которого составляет не менее 100 дн. Разрабатывали приемы повышения продуктивности пожнивного естественного фитоценоза (ПЕФ) и способы использования его фитомассы как предшественника кукурузы. Исследования проводили в 2012-2014 гг. в условиях орошаемого земледелия Западного Прикаспия. ПЕФ формировали после уборки озимой пшеницы за счет проведения одного полива для измельчения и заделки в почву срезанной зеленой массы применяли дискование. Почва экспериментального участка светло-каштановая тяжелосуглинистая. Гумуса в пахотном слое содержится 2,86%, содержание гидролизуемого азота 3,3 мг/100г, Р2О5 -2,1мг, и К2О - 30,1мг/100г. Плотность почвы в слое 0-30 см 1,32 г/см3, метрового слоя-1,41 г/см3, наименьшая влагоемкость соответственно 31,9 и 28,2%. Реакция почвенного раствора слабощелочная, близкая к нейтральной. Выявлены виды сорняков, доминирующие в ПЕФ: среди малолетних это щирица запрокинутая, просо куриное, щетинник зеленый, подмаренник цепкий, из многолетних - осот полевой, вьюнок полевой и тростник обыкновенный. За два укоса, формируемых по указанной выше технологии, удалось обеспечить получение 25,4 т/га надземной массы, 0,91 т/га поукосной и 3,53 т/га корневой массы, содержащей 11,67 т/га азота, 4,19 т/га P2O5 и 8,62 т/га K2O. Сравнивали разные варианты использования фитомассы 2 укосов: на корм или на зеленое удобрение. В случае использования фитомассы ПЕФ на корм количество поступающих в почву растительной массы и питательных элементов снижалось на 12,9-17,6%. Оптимальным признано измельчение фитомассы ПЭФ обоих укосов тяжелой дисковой бороной с последующей запашкой на глубину 25-30 см. При использовании этой технологии урожайность кукурузы (следующей культуры севооборота) становится на 23,4% больше, чем при изъятии зеленой массы для использованием на корм.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2021

Ageev, O.V. | Naumov, V.A. | Fatykhov, Yu.A. | Samojlova, N.V.

Показана актуальность разработки комплекса математических моделей, позволяющих рассчитать удельную работу (УР) при резании рыбы с целью определения коэффициента полезного действия элементарного ножа. Получено выражение для вычисления безразмерной УР разрушения мышечных волокон. Сформулирована модель расчета указанной величины при упругом вырыве волокна с большой скоростью деформирования. Определена УР вязкого разрыва при большой скорости резания. Получена математическая модель, позволяющая вычислить безразмерную УР, необходимую на упругий вырыв волокна при не очень больших скоростях. Рассчитана безразмерная УР вязкого разрыва волокна при не очень малых скоростях. Численным методом определены зависимости безразмерных УР упругого вырыва и вязкого разрыва от безразмерной скорости деформирования. Установлено, что с ростом безразмерной скорости происходит нелинейное увеличение безразмерной УР вязкого разрыва. При достижении максимального значения безразмерной УР разрушения, соответствующего характерной безразмерной скорости, происходит смена вязкого разрыва на упругий вырыв волокна. При этом с дальнейшим ростом безразмерной скорости безразмерная УР упругого разрушения изменяется немонотонно. При мере эластичности материала 3; 5; 8; 12 максимальные значения УР разрушения составляют 0,0694; 0,0417; 0,0262; 0,0173 и достигаются при характерных безразмерных скоростях 0,0982; 0,0549; 0,0331; 0,0218, при этом минимальные значения безразмерной УР упругого вырыва составляют 0,05761; 0,02714; 0,01279; 0,00641 и достигаются при безразмерной скорости 0,248; 0,217; 0,187; 0,161 соответственно. С увеличением меры эластичности материала максимальная безразмерная УР разрушения и минимальная работа упругого вырыва существенно снижаются. Также с ростом меры эластичности уменьшается значение характерной безразмерной скорости, при которой вязкий разрыв сменяется упругим вырывом. | There is shown the relevance of the development of a complex of mathematical models that allows calculating the specific work (SW) when cutting fish in order to determine the coefficient of efficiency of an elementary knife. An expression has been obtained for calculating the dimensionless SW of muscle fibers destruction. A model for calculating this value for elastic fiber tear with a high deformation rate has been formulated. The SW of viscous laceration at high cutting speed has been determined. A mathematical model for calculating the dimensionless SW required for elastic fiber tear at not very high speeds has been obtained. The dimensionless SW of viscous laceration of the fiber at not very low speeds has been calculated. The dependences of the dimensionless SWs of elastic tear and viscous laceration on the dimensionless strain rate have been determined by a numerical method. It has been found that with an increase in the dimensionless velocity, there is a nonlinear increase in the dimensionless specific work of viscous laceration. When the maximum value of the dimensionless fracture SW corresponding to the characteristic dimensionless speed, is reached, the viscous laceration changes to elastic fiber tear. In this case, with a further increase in the dimensionless velocity, the dimensionless specific work of elastic fracture changes non-monotonically. With the values of measures of elasticity 3; 5; 8; 12 the maximum values of the SW of destruction are 0.0694; 0.0417; 0.0262; 0.0173 and are achieved with a characteristic dimensionless speed values of 0.0982; 0.0549; 0.0331; 0.0218, while the minimum values of the dimensionless specific work of elastic tear are 0.05761; 0.02714; 0.01279; 0.00641 and are reached at dimensionless speed values of 0.248; 0.217; 0.187; 0.161, respectively. With an increase in measures of elasticity of the material, the maximum value of the dimensionless SW of destruction and the minimum work of elastic tear reduce significantly. Also, with an increase in measures of elasticity, the value of the characteristic dimensionless speed, at which a viscous laceration is replaced by elastic tear, decreases.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2021

Petrashev, A.I., All-Russia Research and Development Inst. of Use of Machinery and Petroleum Products in Agriculture, Tambov

The task of providing the machine and tractor fleet with inexpensive preservation compositions should be solved by organizing sites for their low-tonnage production in agricultural enterprises. It is proposed to equip such sections with a lever-type hydraulic knife for cutting hard-plastic components of conservation compositions. Coefficients of adhesion of hard-plastic components to steel, affecting the kinematic parameters of the lever knife: bitumen for dry steel 2.42-4.22; bitumen for steel with waste oil 0.51-0.6; Additive Emulgin for dry steel 1.1-0.49 were determined. A compact hydraulic knife containing a table for placing components, a base with legs, articulated arms with a blade and hydraulic cylinders for lifting the arms manufactured. It is shown that a hydraulic stand with a pump pressure of up to 10 MPa is suitable for driving a knife. Production and technological studies of a lever-type hydraulic have been carried out knife when cutting coils with bitumen and cardboard drums with the Emulgin additive. Lifting height of the blade of 380 mm with the stroke of the hydraulic cylinder of 200 mm; working blade length of 520 mm; cutting force of 37 kN; productivity of 100 kg/h, overall dimensions of 1170 x 820 x 1030 mm were determined during the research. The established technical indicators of the lever knife make it possible to consider its design as an appropriate technology for low-tonnage production of presevation compositions. | Задачу по обеспечению машинно-тракторного парка недорогими консервационными составами следует решать путем организации в аграрных предприятиях участков по их малотоннажному производству. Предложено оснащать такие участки гидравлическим ножом рычажного типа для резки твердо-пластичных компонентов консервационных составов. Определены коэффициенты сцепления твердо-пластичных компонентов со сталью, влияющие на кинематические параметры рычажного ножа: битум по сухой стали 2,42–4,22; битум по стали с отработанным маслом 0,51–0,6; присадка Эмульгин по сухой стали 1,1–0,49. Изготовлен компактный гидравлический нож, содержащий стол для размещения компонентов, основание со стойками, шарнирно закрепленные на стойках рычаги с лезвием и гидроцилиндры для подъема рычагов. Показано, что для привода ножа подходит гидравлический стенд с давлением насоса до 10 МПа. Проведены производственно-технологические исследования гидравлического ножа рычажного типа при резке бухт с битумом и картонных барабанов с присадкой Эмульгин. В процессе исследований определены: высота подъема лезвия 380 мм при ходе штока гидроцилиндра 200 мм; длина лезвия рабочая 520 мм; сила резки 37 кН; производительность 100 кг/ч, габаритные размеры 1170 х 820 х 1030 мм. Установленные технические показатели рычажного ножа позволяют считать его конструкцию соответствующей технологии малотоннажного производства консервационных составов.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2020

Ageev, O.V., Kaliningrad State Technical Univ.

Цель работы - разработка аналитического описания геометрии ножа, на основе которого представляется возможным определение сил сопротивления, а также деформационных сил трения для дальнейшей оптимизации профиля и обеспечения ресурсосбережения.С учетом технологии изготовления ножей для аналитического моделирования их профилей предлагается использовать полином 3-го порядка. Разработана математическая модель, задающая форму передней криволинейной грани. Геометрия ножа характеризуется половинным ножом заточки, углом сопряжения граней, высотой фаски и половинной толщиной лезвия. При изменении параметров модели получены формы ножей с вогнутыми, выпуклыми, вогнуто-выпуклыми и выпукло-вогнутыми фасками. Модельная функция является непрерывной до второй производной включительно, за счет чего обеспечивается отсутствие на профиле уступов, изломов и скачков в кривизне. На участке от режущей кромки до боковой грани ножа функция имеет не более одной точки перегиба, что обеспечивает отсутствие местной волнистости на фаске. Определены условия монотонности на участке от острия ножа до точки перехода в боковую грань. Получено выражение для расчета координат точки перегиба указанной функции. Разработанное математическое описание профиля ножа является основой для постановки оптимизационных задач с целью определения наилучшей геометрии ножа с точки зрения ресурсосбережения. Наличие математической модели фаски позволяет определить оптимальный половинный угол заточки по критерию минимальной силы сопротивления резанию. Создана возможность рассчитать оптимальный половинный угол заточки, а также оптимальную половинную толщину ножа по критерию минимальной деформационной силы трения. Предложенный подход используется при постановке и решении вариационных задач по определению вида аналитических функций, задающих оптимальные профили режущих органов с минимальными вредными сопротивлениями. | 17 ref. | Summaries (En, Ru) | The purpose of the work is to develop an analytical description of knife geometry (which is the base for determination of resistance and deformation forces) for the further edge optimization and efficient use of resources. For analytical modeling of the knife profiles a 3rd order polynomial is proposed. A mathematical model setting the shape of the front curvilinear edge has been developed. The knife geometry is characterized by a half sharpening, an angle of edge, the height of the chamfer and half-blade thickness. By changing the model parameters, the shapes of knives with concave, convex, concave-convex and convex-concave chamfers have been obtained. The model function is continuous up to and including the second derivative, which ensures the absence of ledges, kinks, and jumps in the curvature on the profile. In the area from the cutting edge to the lateral edge the function has no more than one inflection point, which provides the absence of local waviness on the edge chamfer. The conditions of monotony in the section from the knife edge to the transition point to the lateral edge have been determined. An expression for calculating the coordinates of the inflection point of the specified function has been obtained. The developed mathematical description of the knife profile is the basis for setting optimization problems in order to determine the best knife geometry from the point of view of resource conservation. The presence of a mathematical model of the chamfer allows you to determine the optimal half angle of grinding by criterion of the minimum cutting resistance force. The opportunity to calculate the optimal half angle of sharpening has been created, as well as the optimal half thickness of the knife by the criterion of the minimum deformation friction force. The proposed approach is used in the formulation and solution of variational problems to determine the type of analytical functions the optimal profiles of cutting tools with minimal harmful resistances.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2019

Ageev, O.V. | Naumov, V.A. | Fatykhov, Yu.A. | Samojlova, N.V., Kaliningrad State Technical Univ.

The relevance of researching the process of fish cutting fish and modeling forces of harmful resistance is shown. The fish muscular tissue rheological properties are described by a Maxwell-Thomson model. The conditions of constrained compression of the material across the width and the absence of constrained compression in the direction of movement of the knife are accepted. On the basis of the energy approach, the profile resistance force of the double-edged knife has been interpreted as deformational force of the friction at the macroscopic scale level, provided that the surface of the faces is smooth. The mathematical models for dimensional and dimensionless profile resistance forces of the knife without side edges has been developed. The dependence of the dimensional force on the sharpening angles, knife thickness, rheological properties and cutting speed has been established. The dependence of the force on the cutting speed is non-monotonic with a pronounced maximum. The dependence of the dimensionless force on the dimensionless cutting speed and measure of the muscle tissue elasticity has been shown. The profile resistance forces of flat-back knife and double-edged knives has been analyzed. Using of double-edged knife without side edges provides a significant reduction in the strength of harmful resistances and a reduction in the energy consumption during fish cutting. With sharpening angle of back edges of 5; 10; 20; 50 degrees force maximums are 0.317; 0.306; 0.288; 0.274, respectively. When the values of instantaneous modulus of elasticity 1.5*10E5; 2*10E5; 2.5*10E5; 3*10E5 N/m2 the maximums of the specified force are 0.310; 0.411; 0.513; 0.614 N, respectively. With the values of elasticity measure of 4; 7; 11; 15 dimensionless force maximums of flat-back knife are 1.959; 3.166; 4.774; 6.381 and without side edges – 1.193; 1.864; 2.764; 3.663, respectively. | Показана актуальность исследования процесса резания рыбы и моделирования сил вредных сопротивлений. Мышечная ткань рыбы описана реологической моделью Максвелла-Томсона. Приняты условия стесненного сжатия материала по ширине и отсутствия стесненного сжатия по направлению движения ножа. На основе энергетического подхода сила сопротивления формы ножа представлена как деформационная сила трения на макроскопическом масштабном уровне при условии гладкости поверхности граней. Разработаны математические модели для размерной и безразмерной сил сопротивления формы ножа без боковых граней. Установлена зависимость размерной силы от углов заточки, толщины ножа, реологических свойств материала и скорости резания. Зависимость силы от скорости резания является немонотонной с явно выраженным максимумом. Показана зависимость безразмерной силы от безразмерной скорости резания и меры эластичности мышечной ткани. Выполнен сравнительный анализ сил сопротивления формы ножа с прямым обухом и двухкромочных ножей. Показано, что использование двухкромочного ножа без боковых граней обеспечивает существенное снижение силы вредных сопротивлений и сокращение энергетических затрат на резание рыбы. При углах заточки задних наклонных граней 5; 10; 20; 50 градусов максимумы силы составляют 0,317; 0,306; 0,288; 0,274 Н соответственно. При значениях мгновенного модуля упругости 1,5*10E5; 2*10E5; 2,5*10E5; 3*10E5 Н/м2 максимумы силы 0,310; 0,411; 0,513; 0,614 Н соответственно. При значениях меры эластичности 4; 7; 11; 15 максимумы безразмерной силы сопротивления формы ножа с боковыми гранями составляют 1,959; 3,166; 4,774; 6,381, без боковых граней − 1,193; 1,864; 2,764; 3,663 соответственно.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2019

Ageev, O.V. | Naumov, V.A. | Fatykhov, Yu.A., Kaliningrad State Technical Univ.

Studied is the process of friction when cutting fish. The fish muscular tissue has been described by a Maxwell-Thomson rheological model. When choosing an analytical description of a regular microrelief of fish-processing equipment knives, taking into account technological formative factors, a physical-technological theory of surface roughness has been used. A mathematical description of the profile of the knife rough surface in the form of a dimensionless periodic one-parameter function has been obtained. By solving the differential equation of viscoelastic material state in a dimensionless form, law of distribution of dimensionless normal contact pressures over the microprotrusions of the edge rough surface has been obtained. On the basis of the energy approach, an expression for the dimensionless deformation friction force, which includes the shape parameter of the roughness, has been obtained. It is established that at speeds tending to zero or infinity, this force tends to zero. The force value increases monotonically with increasing measure of the material elasticity and increasing the dimensionless length of the knife face. At a low sliding speed, the dependence of the friction force on the shape parameter is non-monotonic. When a certain value of speed is reached, the indicated force decreases monotonically non-linearly with a decrease in the fill factor of the microprotrusion. The dimensionless width of the irregularities contact area monotonously depends on the measure of material elasticity and non-monotonously depends on the dimensionless sliding speed with a pronounced minimum. As the shape parameter increases and the fill factor decreases, the dimensionless coordinate of the extreme contact point decreases nonlinearly. When the muscle tissue elasticity measure is 5, the value of the dimensionless edge length is 50, the value of the dimensionless speed is 1, the values of the form parameter are 1, 2, 8, 12; then values of the dimensionless deformation force of friction are 31.6670, 33.0792, 25.0945, 21.9402, respectively; at a value of dimensionless speed of 10 – 4.3652, 4.0174, 2.7255, 2.3433, respectively. | Исследовали процесс трения при резании рыбы. Мышечная ткань сырья описана реологической моделью Максвелла-Томсона. При выборе аналитического описания регулярного микрорельефа ножей рыбообрабатывающего оборудования с учетом технологических формообразующих факторов использована физико-технологическая теория неровностей поверхности. Получено математическое описание профиля шероховатой поверхности ножа в виде безразмерной периодической однопараметрической функции. Путем решения дифференциального уравнения состояния вязкоупругого материала в безразмерном виде определен закон распределения безразмерных нормальных контактных давлений над микровыступами шероховатой поверхности грани. На основе энергетического подхода разработано выражение для безразмерной деформационной силы трения, включающее параметр формы неровности. Установлено, что при скоростях, стремящихся к нулю или бесконечности, указанная сила стремится к нулю. Величина силы монотонно возрастает с ростом меры эластичности материала и увеличением безразмерной длины грани ножа. При малой скорости скольжения зависимость силы трения от параметра формы является немонотонной. При достижении определенного значения скорости указанная сила монотонно нелинейно уменьшается со снижением коэффициента заполнения микровыступа. Безразмерная ширина контактной площадки неровностей монотонно зависит от меры эластичности материала и немонотонно - от безразмерной скорости скольжения с явно выраженным минимумом. При увеличении параметра формы и снижении коэффициента заполнения безразмерная координата крайней контактной точки нелинейно уменьшается. При значениях меры эластичности мышечной ткани 5; безразмерной длины грани 50; безразмерной скорости 1, параметра формы 1; 2; 8; 12 значения безразмерной деформационной силы трения составляют 31,6670; 33,0792; 25,0945; 21,9402 соответственно; при значении безразмерной скорости 10 – 4,3652; 4,0174; 2,7255; 2,3433 соответственно.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation