УДК 664.9.022
Показана актуальность развития теоретических основ процесса резания вязкоупругих пищевых материалов. Установлено, что при нарезке пищевых продуктов предпочтительным является наклонное движение кромки ножа относительно поверхности материала, которое всегда реализуется при плосковращательном рабочем движении режущего инструмента. По этой причине чаще всего кромки лезвий выполнены в виде логарифмической и архимедовой спиралей. Однако отсутствуют математические описания, позволяющие проанализировать и сравнить эффективность различных роторных рабочих органов. Целью работы является построение моделей, позволяющих рассчитать параметры резания при плосковращательном движении спиральных ножей. Получены формулы для вычисления угла скольжения и фактического угла резания спиральных лезвий в зависимости от конструктивного угла заточки и полярного угла ротора. Расчеты показывают, что у ножа в виде архимедовой спирали угол скольжения и фактический угол резания улучшаются по мере поворота ротора из начального положения к концу резания. В то же время, у лезвия, режущая кромка которого очерчена в виде логарифмической спирали, угол скольжения и фактический угол резания с изменением полярного угла являются постоянными величинами. Следовательно, при использовании ножа в форме логарифмической спирали за счет задания конструктивной постоянной
c могут обеспечиваться более выгодные угол скольжения и фактический угол резания при любом угле поворота ротора. Сделан вывод, что роторный режущий орган с рабочей кромкой в виде логарифмической спирали в процессе нарезки пищевого материала более эффективен по сравнению с инструментом, форма которого очерчена в виде архимедовой спирали. Определено, что криволинейные роторные ножи являются более эффективными по сравнению с роторным режущим органом, снабженным прямолинейной рабочей кромкой. У лезвия в виде логарифмической спирали при конструктивном угле заточки 30 градусов и значениях конструктивной постоянной
c 0,5; 0,4; 0,3; 0,2; 0,1 фактический угол резания элементарного ножа составляет 14,48; 11,10; 9,42; 6,46; 3,29 градусов, соответственно. У инструмента в виде архимедовой спирали при конструктивном угле заточки 30 градусов и полярных углах 60; 120; 180; 240; 360 градусов фактический угол резания составляет 21,74; 13,97; 9,93; 7,64; 5,18 градусов, соответственно. Установленные зависимости угла скольжения и фактического угла резания от конструктивных параметров и полярного угла поворота роторных лезвий с различной формой кромки могут быть использованы при проектировании режущих приспособлений пищевых машин.
Ключевые слова: пищевой материал; ротационное резание; роторный нож; лезвие; ротор; угол скольжения; угол резания; угол заточки; архимедова спираль; логарифмическая спираль; полярный угол.
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
The relevance of the development of the theory of viscoelastic food materials cutting is shown. During food products cutting, the knife edge inclined movement relative to the surface of the material is preferable, which with a flat-rotating working motion of the cutting tool is always realized. For this reason, most often the edges of the blades in the form of a logarithmic and archimedean spiral are made. However, mathematical descriptions that allow analyzing and comparing the efficiency of various rotary working bodies are missing. The purpose of the paper is models development for calculating the cutting parameters during flat-rotating motion of spiral knives. Formulas for calculating the sliding angle and the effective cutting angle of spiral blades depending on the constructive sharpening angle and the polar angle of the rotor are obtained. For a knife in the form of an archimedean spiral, the sliding angle and the effective cutting angle are improved when turning the rotor from the initial position to the end of cutting, which was shown by calculations. At the same time, for a blade with a cutting edge outlined in the form of a logarithmic spiral, the sliding angle and the effective cutting angle with a change in the polar angle are constant values. Consequently, when using a knife in the form of a logarithmic spiral, more advantageous sliding angle and effective cutting angle can be ensured at any angle of rotation of the rotor due to the setting of the design constant. A rotary cutting element with a working edge in the form of a logarithmic spiral is more effective in the process of food material cutting compared to a tool with the shape outlined in the form of an archimedean spiral. Curved rotary knives are more effective compared to a rotary cutting element equipped with a linear working edge. For a blade in the form of a logarithmic spiral with a constructive sharpening angle of 30 degrees and the values of the constructive constant of 0.5; 0.4; 0.3; 0.2; 0.1 the effective cutting angle of the elementary knife is 14.48; 11.10; 9.42; 6.46; 3.29 degrees, respectively. For a tool in the form of an archimedean spiral with a constructive sharpening angle of 30 degrees and polar angles of 60; 120; 180; 240; 360 degrees, the effective cutting angle is 21.74; 13.97; 9.93; 7.64; 5.18 degrees, respectively. The established dependencies of the sliding angle and the effective cutting angle on the design parameters and the polar angle of rotation of rotary blades with different edge shapes can be used when designing cutting devices for food machines.
Key words: food material; rotary cutting; rotary knife; blade; rotor; sliding angle; cutting angle; sharpening angle; archimedean spiral; logarithmic spiral; polar angle.
