РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ
МЯКОТИ КОСТОЧКОВЫХ ПЛОДОВ
Конструктивная схема роторной дробилки
Схема роторной дробилки приведена на рис. 2.1. Машина включает установленный на
вертикальном валу ротор 1. Концентрично ротору смонтирован неподвижный корпус 2
с образованием кольцевого рабочего зазора шириной ер-к и высотой Н. В рабочей
зоне на роторе и на корпусе 2 укреплены ребра 3 и 4.
Рассматриваемая дробилка для косточковых плодов отличается тем, что ребра
установлены вдоль образующей ротора и корпуса.
Дробилка работает следующим образом. Ротор с ребрами вращается с заданной
скоростью. Косточковые плоды 5 равномерно загружают в корпус 1. Под
воздействием сил тяжести плоды поступают в рабочую зону дробилки. В результате
взаимодействия с ребрами происходит измельчение плодовой мякоти, и продукты
дробления опускаются на высоту Н.
С целью предохранения косточек от повреждения в дробилке используются ребра с
прямолинейной рабочей кромкой, при этом кромка ребер закруглена.
Основным допущением о свойствах рабочих органов машины является то, что они
являются абсолютно твердым телом, которое не ломается и не деформируется при
взаимодействии с плодами и косточками, зазоры между подвижными и неподвижными
ребрами остаются постоянными. Масса рабочих органов машины во много раз больше
массы косточек плода.
Конструктивные и режимные параметры работы дробилки оказывают большое влияние
на показатели качества измельченного полуфабриката. Важной задачей настоящего
исследования является научное обоснование этих параметров.
Модель плода
Для анализа поведения плодов в рабочей зоне дробилки необходимо ввести в
рассмотрение описание плода косточковой культуры (рис. 2.2).
Мы будем предполагать, что плод состоит из косточки 1, окруженной мякотью 2.
Размеры косточки описываются ее высотой (наименьший размер) hк, длиной lк
(наибольший размер) и шириной bк
Размеры плода, аналогично записываются как lп , hп и bп.
Косточка находится внутри мякоти, поэтому всегда соблюдаются соотношения
hк < hп; bк < bп; lк < lп . (2.1)
Важными параметрами является масса плода mп и масса косточки mк, а также
содержание косточек в плодах
Ск = mк / mп. (2.2)
Для решения многих задач целесообразно использовать эквивалентный диаметр плода
dп, который определяется как диаметр сферы, имеющей объем плода
, (2.3)
где rп – плотность плода, кг/м3.
Для анализа процессов, происходящих в рабочей зоне дробилки, имеет значение
механические свойства плодовой мякоти и косточек. В настоящей работе мы будем
рассматривать плоды технической степени зрелости с хорошо отделяющейся
косточкой. Основные допущения о свойствах исследуемых плодов заключаются в
следующем:
Силы тяжести и силы механической связи мякоти с косточкой соизмеримы по
величине и малы по сравнению с силами, которые необходимо приложить к плоду для
разрушения мякоти.
Силы, которые необходимо приложить для разрушения мякоти плодов, во много раз
меньше, чем усилия, необходимые для повреждения либо разрушения скорлупы
косточек.
Из первого допущения вытекает принципиальная возможность выбрать такой режим
работы дробилки, при котором мякоть измельчается, а косточки остаются
неповрежденными. Из второго допущения вытекает, что в случае разрушения
оболочки косточка свободно отделяется от мякоти, а на ее поверхности не
остается фрагментов мякоти. Отметим, что предлагаемая модель плода с хорошо
отделяющейся косточкой позволяет утверждать, что разрушение мякоти плода
эквивалентно отделению косточки от мякоти.
При рассмотрении удара плода о рабочие органы машины важной характеристикой
плода является энергия упругой деформации плода Еупр. п, которая равна энергии,
расходуемой на деформирование плода на участке упругих деформаций. Аналогичную
физическую величину Еупр. к мы будем также использовать в анализе условий
повреждения косточки.
Для описания того или иного показателя процесса измельчения плодов в дробилке,
из перечисленных характеристик выбирают наиболее важные, отражающие сущность
исследуемого явления.
Определение свойств косточковых плодов и косточек является важной задачей
экспериментального исследования.
Соотношения между конструктивными параметрами
дробилки и размерами плодов и косточек
Перечислим конструктивные основные параметры дробилки:
* зазор между ротором и корпусом ер-к. Эта характеристика изменяется по высоте
ротора. В верхней части ротора зазор достигает максимальной величины
max ер-к, а в нижней – минимального значения min ер-к;
* зазор между подвижными и неподвижными ребрами ер;
* высота ротора Н;
* окружное расстояние между рабочим кромками ребер l, при этом принимаем, что
расстояния между ребрами на роторе и между ребрами на корпусе одинаковы.
Расстояние l между кромками ребер можно рассчитать как
l = 2 p R / Z, (2.4)
где R – радиус рабочей кромки подвижных ребер,
Z – количество ребер на роторе.
Для того чтобы обеспечить нормальное протекание процесса измельчения
косточковых плодов, между конструктивными параметрами дробилки и размерами
плодов и косточек необходимо выдержать определенные соотношения.
Так, чтобы плоды под действием сил тяжести проваливались в зазор между ротором
и корпусом, необходимо выполнить условия
max eр-к > dп , l > dп. (2.5)
Если условие (2.5) не выполняется, то загруженные плоды остаются над ротором и
совершают вращательное движение. Торцевые кромки ножей выковыривают из плодовой
мякоти отдельные фрагменты, а при некоторых условиях выбивают из «мешочка»
мякоти косточки, которые тут же проваливаются в зазор. Процесс продолжается до
тех пор, пока остатки плода не провалятся в зазор. Такой режим работы машины
характеризуется весьма низкой производительностью, при
- Київ+380960830922