Проектирование механизма гомогенизации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Производство пищевого оборудования преследует основную цель: создание технологического оборудования высокой эффективности, позволяющего повысить производительность труда при одновременном снижении энергетических затрат. Совершенствование существующего и создание нового высокопроизводительного оборудования для пищевого производства является одной из основных тенденцией развития современного машиностроения. Под гомогенизацией (буквально слово «гомогенизация» означает «повышение однородности») понимают процесс обработки эмульсий, который приводит к дроблению дисперсной фазы. Гомогенизация – это процесс измельчения жидких или пюреобразных пищевых продуктов за счет пропускания их с высокой скоростью и давлением через узкие кольцевые щели. Авторы предлагают для гомогенизации применить механизмы кулачкового типа. Они позволят более рационально распределить время на всасывание и нагнетание продукта. Возможность понижения скорости при нагнетании продукта будет положительно сказываться на процессе гомогенизации. Цель работы: снижение потребляемой мощности при гомогенизации. Методика исследований основывается на методах ТММ. Они позволили разработать методику синтеза механизма привода гомогенизатора и спроектировать машину, обеспечивающую ее работу в соответствии с предложенной цикловой диаграммой. Результаты и обсуждения. Синтез механизмов осуществлялся с учетом полезной нагрузки, которая была определена для существующих отечественных машин при получении плавленого сыра. Так, при заданной производительности 550 л/ч и диаметре плунжера, равном 28 мм, технологическое усилие составило F = 12 315 Н. В соответствии с предложениями авторов было проведено изменение конструкции гомогенизатора за счет внедрения кулачковых механизмов. При проектировании этого привода была предложена новая цикловая диаграмма, позволившая увеличить время на нагнетание продукта и уменьшить время на всасывание. Так, на нагнетание продукта предложено 280°, а на всасывание – 80° по цикловой диаграмме. При этом мощность на приводном валу получили равной Р = 2,5 кВт вместо 3,5 кВт для существующей конструкции, имеющей привод от кривошипно-шатунного механизма. В результате потребляемая мощность уменьшилась на 26 %.

Об авторах

Ю. И. Подгорный

Email: pjui@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1664-5351
доктор техн. наук, профессор; 1. Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия; 2. Новосибирский технологический институт (филиал) Российского государственного университета им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство), Красный пр., 35 (ул. Потанинская, 5), г. Новосибирск, 630099, Россия; pjui@mail.ru

В. Ю. Скиба

Email: skeeba_vadim@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8242-2295
канд. техн. наук, доцент, Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, skeeba_vadim@mail.ru

Т. Г. Мартынова

Email: martynova@corp.nstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-5811-5519
канд. техн. наук, Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, martynova@corp.nstu.ru

А. В. Садыкин

Email: artur060779@gmail.com
ORCID iD: 0009-0002-2061-650X
Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, artur060779@gmail.com

Н. В. Мартюшев

Email: martjushev@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0003-0620-9561
канд. техн. наук, доцент, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, г. Томск, 634050, Россия, martjushev@tpu.ru

Д. В. Лобанов

Email: lobanovdv@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-4273-5107
доктор техн. наук, доцент, Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, Московский пр-т, 15, г. Чебоксары, Чувашская Республика, 428015, Россия, lobanovdv@list.ru

А. К. Пелемешко

Email: pyatkova.arina@gmail.com
ORCID iD: 0009-0004-5916-6782
аспирант, Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, pyatkova.arina@gmail.com

А. С. Попков

Email: andrej.popkov.2013@mail.ru
ORCID iD: 0009-0006-5587-9990
аспирант, Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, andrej.popkov.2013@mail.ru

Список литературы

  1. Inguva P., Grasselli S., Heng P.W.S. High pressure homogenization – An update on its usage and understanding // Chemical Engineering Research and Design. – 2024. – Vol. 202. – P. 284–302. – doi: 10.1016/j.cherd.2023.12.026.
  2. Chen X., Liang L., Xu X. Advances in converting of meat protein into functional ingredient via engineering modification of high pressure homogenization // Trends in Food Science & Technology. – 2020. – Vol. 106. – P. 12–29. – doi: 10.1016/j.tifs.2020.09.032.
  3. Chevalier-Lucia D., Picart-Palmade L. High-pressure homogenization in food processing // Green food processing techniques / ed. by F. Chemat, E. Vorobiev. – Elsevier: Academic Press, 2019. – P. 139–157. – doi: 10.1016/B978-0-12-815353-6.00005-7.
  4. The influence mechanism of pH and polyphenol structures on the formation, structure, and digestibility of pea starch-polyphenol complexes via high-pressure homogenization / D. Luo, J. Fan, M. Jin, X. Zhang, J. Wang, H. Rao, W. Xue // Food Research International. – 2024. – Vol. 194. – P. 114913. – doi: 10.1016/j.foodres.2024.114913.
  5. Optimization of olive oil based O/W nanoemulsions prepared through ultrasonic homogenization: a response surface methodology approach / T. Mehmood, A. Ahmad, A. Ahmed, Z. Ahmed // Food Chemistry. – 2017. – Vol. 229. – P. 790–796. – doi: 10.1016/j.foodchem.2017.03.023.
  6. Comparative study of oil-in-water emulsions encapsulating fucoxanthin formulated by microchannel emulsification and high-pressure homogenization / Z. Ma, Y. Zhao, N. Khalid, G. Shu, M.A. Neves, I. Kobayashi, M. Nakajima // Food Hydrocolloids. – 2020. – Vol. 108. – P. 105977. – doi: 10.1016/j.foodhyd.2020.105977.
  7. Подгорный Ю.И., Скиба В.Ю., Мартынова Т.Г. Технологическое оборудование: расчет и проектирование. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2024. – 107 с. – ISBN 978-5-7782-5308-7. – EDN DEIRZT.
  8. Recent advances in design and stability of double emulsions: trends in Pickering stabilization / E. Tenorio-Garcia, A. Araiza-Calahorra, E. Simone, A. Sarkar // Food Hydrocolloids. – 2022. – Vol. 128. – P. 107601. – doi: 10.1016/j.foodhyd.2022.107601.
  9. Emulsifier functionality and process engineering: progress and challenges / A.L.R. Costa, A. Gomes, C.C.P. Andrade, R.L. Cunha // Food Hydrocolloids. – 2017. – Vol. 68. – P. 69–80. – doi: 10.1016/j.foodhyd.2016.10.012.
  10. Скиба В.Ю., Иванцивский В.В. Гибридное металлообрабатывающее оборудование: повышение эффективности технологического процесса обработки деталей при интеграции поверхностной закалки и абразивного шлифования. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2018. – 312 с. – ISBN 978-5-7782-3690-5. – EDN PKBFNF.
  11. Моделирование несущих систем технологических машин / Ю.И. Подгорный, В.Ю. Скиба, А.В. Кириллов, В.Н. Пушнин, И.А. Ерохин, Д.Ю. Корнев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2014. – № 2 (63). – С. 91–99. – EDN SMYRYJ.
  12. Исследование и выбор параметров при проектировании технологических машин / Ю.И. Подгорный, В.Ю. Скиба, Т.Г. Мартынова, О.В. Максимчук. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2020. – 260 с. – (Монографии НГТУ). – ISBN 978-5-7782-4177-0. – EDN VZWWWY.
  13. Подгорный Ю.И., Мартынова Т.Г., Скиба В.Ю. Синтез технологических машин. Расчет и конструирование. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2023. – 240 с. – (Монографии НГТУ). – ISBN 978-5-7782-4912-7. – doi: 10.17212/978-5-7782-4912-7. – EDN TVPPKR.
  14. Flores P., Souto A.P., Marques F. The first fifty years of the mechanism and machine theory: standing back and looking forward // Mechanism and Machine Theory. – 2018. – Vol. 125. – P. 8–20. – doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2017.11.017.
  15. Topology and dimension synchronous optimization design of 5-DoF parallel robots for in-situ machining of large-scale steel components / K. Chen, M. Wang, X. Huo, P. Wang, T. Sun // Mechanism and Machine Theory. – 2023. – Vol. 179. – P. 105105. – doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2022.105105.
  16. Eckhardt H.D. Kinematic design of machines and mechanisms. – 1st еd. – New York: McGraw-Hill, 1998. – 620 p. – ISBN 0070189536. – ISBN 978-0070189539.
  17. Erdman A.G., Sandor G.N. Mechanism design: analysis and synthesis. – 4th ed. – Upper Saddle River, NJ: Pearson, 2001. – 688 p. – ISBN 0130408727. – ISBN 978-0130408723.
  18. Hsieh J.-F. Design and analysis of indexing cam mechanism with parallel axes // Mechanism and Machine Theory. – 2014. – Vol. 81. – P. 155–165. – doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2014.07.004.
  19. Design of compliant mechanisms using continuum topology optimization: a review / B. Zhu, X. Zhang, H. Zhang, J. Liang, H. Zang, H. Li, R. Wang // Mechanism and Machine Theory. – 2012. – Vol. 143. – P. 103622. – doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2019.103622.
  20. Dresig H., Vul'fson I.I. Dynamik der mechanismen. – Wien; New York: Springer, 1989. – 328 p. – ISBN 978-3-7091-9036-4. – doi: 10.1007/978-3-7091-9035-7.
  21. Фролов К.В. Теория механизмов и машин. – М.: Высшая школа, 1987. – 496 с.
  22. Vulfson I. Dynamics of cyclic machines. – Cham: Springer International, 2015. – 390 p. – ISBN 978-3-319-12633-3. – doi: 10.1007/978-3-319-12634-0.
  23. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: учебник для втузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука, 1988. – 640 с. – ISBN 5-02-013810-X.
  24. Rothbart H.A. Cam design handbook. – New York: McGraw-Hill Professional, 2003. – 606 p. – ISBN 0071377573. – ISBN 978-0875841830.
  25. Faxin L., Xianzhang F. The design of parallel combination for cam mechanism // Procedia Environmental Sciences. – 2011. – Vol. 10, pt. B. – P. 1343–1349. – doi: 10.1016/j.proenv.2011.09.215.
  26. Sateesh N., Rao C.S.P., Janardhan Reddy T.A. Optimisation of cam-follower motion using B-splines // International Journal of Computer Integrated Manufacturing. – 2009. – Vol. 22 (6). – P. 515–523. – doi: 10.1080/09511920802546814.
  27. Myszka D.H. Machines & mechanisms: applied kinematic analysis. – 4th ed. – Upper Saddle River, NJ: Pearson, 2012. – 376 p. – ISBN 0132157802. – ISBN 978-0132157803.
  28. S&A – Expert system for planar mechanisms design / H. Varbanov, T. Yankova, K. Kulev, S. Lilov // Expert Systems with Applications. – 2006. – Vol. 31 (3). – P. 558–569. – doi: 10.1016/j.eswa.2005.09.081.
  29. Ondrášek J. The synthesis of a hook drive cam mechanism // Procedia Engineering. – 2014. – Vol. 92. – P. 320–329. – doi: 10.1016/j.proeng.2014.12.129.
  30. Mott R.L. Machine elements in mechanical design. – 5th ed. – Upper Saddle River, NJ: Pearson, 2013. – 816 p. – ISBN 0135077931. – ISBN 978-0135077931.
  31. Design and analysis of high-speed cam mechanism using Fourier series / C. Zhoua, B. Hua, S. Chen, L. Mac // Mechanism and Machine Theory. – 2016. – Vol. 104. – P. 118–129. – doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2016.05.009.
  32. Тир К.В. Комплексный расчет кулачковых механизмов. – М.: Машгив, 1958. – 380 с.
  33. Kinematic analysis of crank-cam mechanism of process equipment / Yu.I. Podgornyj, V.Yu. Skeeba, T.G. Martynova, N.S. Pechorkina, P.Yu. Skeeba // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 327. – P. 042080. – doi: 10.1088/1757-899X/327/4/042080.
  34. Проектирование кулачкового механизма с учетом технологической нагрузки и энергетических затрат / Ю.И. Подгорный, В.Ю. Скиба, А.В. Кириллов, О.В. Максимчук, П.Ю. Скиба // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 2 (75). – С. 17–27. – doi: 10.17212/1994-6309-2017-2-17-27.
  35. Motion laws synthesis for cam mechanisms with multiple follower displacement / Yu.I. Podgornyj, V.Yu. Skeeba, A.V. Kirillov, T.G. Martynova, P.Yu. Skeeba // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 327. – P. 042079. – doi: 10.1088/1757-899X/327/4/042079.
  36. Фиалкова Е.А. Гомогенизация. Новый взгляд. – СПб.: ГИОРД, 2006. – 386 с. – ISBN 5-98879-032-1.
  37. Машины и аппараты пищевых производств. В 2 кн. Кн. 1: учебник для вузов / под ред. В.А. Панфилова. – М.: Высшая школа, 2001. – 703 с. – ISBN 5-06-004168-9.
  38. Fomin A., Paramonov M. Synthesis of the four-bar double-constraint mechanisms by the application of the Grubler's method // Procedia Engineering. – 2016. – Vol. 150. – P. 871–877. – doi: 10.1016/j.proeng.2016.07.034.
  39. To the theory of mechanisms subfamilies / A. Fomin, L. Dvornikov, M. Paramonov, A. Jahr // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 124. – P. 012055. – doi: 10.1088/1757-899X/124/1/012055.
  40. Неклютин Д.А. Оптимальное проектирование кулачковых механизмов на ЭВМ. – М.: Алмата, 1977. – 215 с.
  41. Тартаковский И.И. Некоторые задачи синтеза оптимальных законов движения // Машиностроение. – 1971. – № 2. – С. 39–43.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).