Отрезание головы у окуня морского

Практическая работа № 1.

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛА РЕЗАНИЯ РЫБЫ

Отрезание головы у окуня морского

Порядок выполнения работы.

1. Кратко изложить цель и значение технологической операции.

2. Собрать и систематизировать сведения о свойствах сырья.

3. Изучить существующие способы удаления головы у рыб или её порционирование, выбрать способ и прототип узла для проектирования.

4. Выбрать режущий орган, произвести расчеты его параметров,
назначить параметры резания.

5. Определить силы полезных и вредных сопротивлений, определить потребную мощность, выбрать двигатель.

6. Построить диаграмму нагрузок на вал режущего устройства, построить эпюры изгибающих и крутящих моментов.

7. Произвести проверочный расчет ножевого вала на прочность;

8. Выполнить эскиз режущего устройства.

9. Выбрать и обосновать параметры шкивов, ремней и подшипников.

 

Примечание:

1. Задание для расчетной работы выдает преподаватель, ведущий практические занятия.

2. Расчетная работа подлежит защите у преподавателя.

 

Введение

 

В этом разделе необходимо кратко описать цель технологической операции и выбор рациональной линии реза [5]

Расчетная часть.

1. Определить элементы частей рыбы в их сечении и их размеры, удельные разрушающие нагрузки на них[1,2,3,7]. 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)

D = 2·(14+50+20)=168мм

 

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

 

Далее принять толщину ножа, угол заточки режущей кромки и материал ножа.

Рекомендуются следующие параметры дискового ножа:

= 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; - угол сегмента, ⁰

 

Угол ₀ находим графическим построением сегмента касания тела рыбы с плоскостью ножа в процессе резания (см. рис. 1.)

 

Масштаб 1:2

 

 

b = 1,5 ; a = 2,3 * 2 = 4,6

tag(/2) = a/b = 4,6/1,5 = 3,06

= 2arctg (a/b) = 143,8

 

Рисунок. 1. Схема определения площади контакта ножа и разрезаемой

поверхности тела рыбы

Рисунок.2 Окунь (морской)

Морской окунь (лат. Sebastes) — род морских рыб семейства скорпеновых (Scorpaenidae). По внешнему виду несколько напоминают речного окуня, но настолько отличаются от него по многим особенностям внешнего и внутреннего строения, что их относят не только к другому семейству, но и к другому отряду рыб. Острые лучи плавников снабжены ядовитыми железами, укол которыми вызывает болезненное местное воспаление.

В роде морские окуни насчитывается около 110 видов. Большинство видов морских окуней обитают в северной части Тихого океана, хотя два вида (S. capensis и S. oculatus) живут на юге Тихого и Атлантического океанов, а 4 вида (S. fasciatus, S. mentella, S. norvegicus и S. viviparus) — в северной части Атлантического океана. Наибольшее видовое разнообразие наблюдается у южного побережья Калифорнии, где встречается 56 видов.

Размеры морских окуней варьируются от 20 см у самых мелких представителей рода, до более метра в длину у наиболее крупных. Так, беринговоморский морской окунь (S. borealis) достигает длины более метра и массы 20 кг, являясь самым крупным представителем всего семейства.

Разные виды морских окуней обитают от приливной зоны до глубины 3000 м, обычно ведут придонный образ жизни над различными грунтами, но встречаются и в пелагиали. Относятся к долгоживущим организмам, продолжительность жизни у некоторых видов достигает 50—100 лет, а одним из самых долгоживущих организмов на Земле является Sebastes aleutianus, максимальный зарегистрированный возраст которого составляет 205 лет[2].

Прибрежные морские окуни предпочитают заросли водорослей, где они живут на каком-то одном небольшом участке, не совершая значительных передвижений. Свою добычу — мелкую рыбу, крупных ракообразных и других беспозвоночных, плавающих над дном, — они хватают, неожиданно выскакивая из засады. Морские окуни, обитающие в пелагиали, совершают протяжённые миграции.

 

Потери мощности на трение определяют по формуле [3]:

 

(3)

 

где _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); - деформация тела рыбы при резании, мм; F – площадь трения, см².

 

Величина деформации тела рыбы определяется как половина толщины ножа.

 

2.2. Расчет мощности на резание.

Для этого следует воспользоваться формулой чистого резания:

(4)

где – 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 _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, м.

 

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 _в=36 кг/мм², по формуле [6]:

, (8)

1,64 см.

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).

1. 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: т.е.

N_{p об} = Р · V_p, (Вт) (9)

откуда (10)

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

 

Касательная сила Р, 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):

 

Масштаб 1: 1

 

 

 

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

рыбы вращающимся дисковым ножом

 

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

По углу ₀ 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·tg ₀ (11)

Выбираем двигатель марки 4А80А 1500об/мин, n=1,1кВт.

3.2 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 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 ([6] табл. 66).

Скорость ремня определяется оборотами ножевого вала и радиусом принятого шкива.

 

3.3. Определение крутящего момента на ножевом валу.

 

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

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

крутящий момент на участке ОВ:

М_кр = Р·R_н, Н (13)

М_кр = 63,8·0,.84=5,4 Н

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.

1. 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 [6]:

 

Крутящий момент на ВС=

(14)

.

Проверка:

P+Q-Ra-Rв

70,4+91,3-59,9-101,8=0

После чего определяем наименьший диаметр в опасном сечении:

 

(15)

мм

 

где [] - 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.

 

1. Выбор подшипников

 

Зная наименьший диаметр вала, учитываем увеличение его длины для опоры крепления и посадки сальника, определяем примерно подшипник и его работоспособность по формуле [6]:

(16)

Коэффициенты: К_б= 1,2 (табл. 16, [4])

К_т = 1 (табл. 17, [4])

К_п = 1 (табл. 18, [4])

Затем согласно табл.20 по значению(n·h)⁰'³ и h - желаемая долговечность работы подшипника, определяется коэффициент работоспособности С,который сравнивается с его значением по табл. 35 стр. 68 [6] для радиальных подшипников по Г0СТ8338-87.

Если расчетная долговечность работы подшипника С меньше допустимой - подшипник принимается для комплектации.

 

1. Расчет ременной передачи.

 

На основании табл. 66 стр.28 [6] для найденной мощности двигателя необходимо уточнить диаметр шкива по скорости ремня, которую определяют по формуле:

(17)

где п - обороты вала, об/мин; R_ш - радиус шкива, м.

 

и уточнить передаточное отношение.

(18)

где п_в - обороты вала; п_дв – обороты двигателя.

 

7. Данные для конструирования узла резания.

На основании проведенных расчетов необходимо принять ряд данных для конструкторской разработки узла резания.

1.D_н - диаметр дискового ножа,

2. - толщина дискового ножа,

3. - угол заточки режущей кромки,

4. Материал для ножа Ст.95Х18,

5. Диаметр вала под шкив,

6. Диаметр вала для посадки ножа,

7. Диаметр вала под подшипники,

8. Подшипники,

9. Диаметр шкивов

10.Сечение ремня, тип;

11.Электродвигатель, (N и n);

Задание: Спроектировать узел резания для заданного вида рыбы со скоростью подачи равной 0,3÷0,5 м/с. Технологическая операция - удаление головы или порционирование.