авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Ресурсосберегающее управление процессом филетирования рыбы на основе мехатроники

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

АГЕЕВ Олег Вячеславович

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ФИЛЕТИРОВАНИЯ РЫБЫ НА ОСНОВЕ МЕХАТРОНИКИ

Специальности: 05.13.06 – Автоматизация и управление

технологическими процессами

и производствами

(промышленность)

05.18.12 – Процессы и аппараты

пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Краснодар - 2008

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Калининградский государственный технический университет” на кафедре “Пищевые и холодильные машины”

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Фатыхов Юрий Адгамович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Пиотровский Дмитрий Леонидович

кандидат технических наук, доцент

Голубев Борис Васильевич

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный

университет низкотемпературных и пищевых

технологий

Защита диссертации состоится 12 ноября 2008 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.04 при Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, Г-251

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета

Автореферат разослан 10 октября 2008 года

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент А.В. Власенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время происходит структурная перестройка рыбообрабатывающего комплекса Российской Федерации. В результате этого, значительно выросла доля предприятий малого и среднего бизнеса. В связи с ростом цен на энергоносители существенно возрос спрос и наметился переход на ресурсосберегающие технологии и оборудование. Для рыбообрабатывающих предприятий имеют значение обеспечение качества готовой продукции, минимальное энергопотребление, малые габариты и металлоемкость машин, а также простота в обслуживании и способность к перенастройке на различные виды сырья и режимы работы.

В свою очередь, на крупных рыбообрабатывающих предприятиях разделывание рыбы в современных условиях должно осуществляться с помощью автоматизированных рыборазделочных систем, имеющих высокую производительность. Машинное разделывание рыбы на этих предприятиях является, по-прежнему, основным видом первичной обработки сырья при производстве филе, консервов и изделий быстрого приготовления.

Одновременно следует учитывать, что на большинстве предприятий наиболее целесообразным является глубокое разделывание рыбы на филе. Кроме того, в отрасли растут требования к уровню эксплуатационной безопасности оборудования, поэтому многие филетирующие машины в настоящее время уже не соответствует современным требованиям по экологической безопасности и ресурсосбережению.





Вследствие этого, требуется разработать обоснование для мехатронного филетирующего оборудования на основе ресурсосберегающих технологий, в котором нуждаются предприятия отрасли. Необходима универсальная техника, созданная по принципу модульно-блочного агрегатирования с применением средств мехатроники. Это дает возможность выпускать различные виды продукции при минимальной переналадке. В то же время, такое отечественное филетирующее оборудование лишь начинает разрабатываться или находится в стадии становления. При этом основной проблемой реализации ресурсосберегающего режима работы остается точная настройка рабочих органов машин на линии резания.

При решении этих задач важное место занимает математическое моделирование процесса резания рыбы дисковыми ножами. Актуальной задачей является разработка научно обоснованной методики для определения усилий резания рыбного сырья. Теоретические основы процесса резания пищевых продуктов отражены в работах В.В. Дорменко, В.И. Карпова, С.Г. Гуревича, Н.И. Жилина, А.А. Романова, М.А. Якубова, В.М. Боркунова, А. Довгялло, А.Н. Даурского, Ю.А. Мачихина, А.И. Пелеева, В.Г. Проселкова и других исследователей.

Решение вышеуказанных проблем наиболее эффективно при комплексном подходе к разработке филетирующего оборудования. Это предполагает, наряду с исследованием вопросов моделирования процесса резания рыбы дисковыми ножами, проработку структуры мехатронной системы управления технологическим процессом изготовления рыбного филе. Оптимизация управления при этом достигается за счет совершенствования алгоритмов управления режущими инструментами и прочими узлами оборудования.

Одним из наиболее перспективных методов повышения точности обработки рыбы является параметрическая адаптация цикла филетирования к свойствам сырья. Это обеспечивает существенное повышение точности настройки рабочих органов технологического оборудования при непредвиденных изменениях свойств сырья, поступающего на обработку. Для работы филетирующей машины, способной осуществлять малоотходное разделывание и филетирование, это предполагает наличие системы управления, включающей датчики (элементы очувствления – систему технического зрения и сканер) и мехатронные позиционирующие модули.

Цель работы заключается в совершенствовании процесса резания рыбы дисковыми ножами, а также управления процессом филетирования в условиях нестабильности свойств сырья. Цель достигается разработкой математической модели процесса резания рыбы дисковыми ножами, а также разработкой обоснования для мехатронной системы управления процессом филетирования рыбы, обеспечивающей ресурсосберегающий режим работы.

Рамки исследования. Объектом исследования в данной работе является сложная техническая система, включающая в себя следующие общие элементы: объект обработки, технологический процесс резания рыбы, операционную и управляющую части филетирующего оборудования. Предметом исследования является мехатронная система ресурсосберегающего автоматического управления, включающая режущие инструменты, исполнительный позиционирующий привод, информационно-управляющую часть.

Полученные в работе результаты могут быть использованы на начальных стадиях разработки мехатронного филетирующего оборудования, а именно при проработке технического предложения, а также на стадии эскизного проекта для уточнения параметров операционной и управляющей частей технологического оборудования.

Задачи исследования. Для достижения цели исследования в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

- анализ существующего технологического оборудования для филетирования рыбы, тенденций его развития;

  • разработка математической модели процесса резания рыбного сырья дисковыми ножами;
  • выбор технических средств сбора данных (очувствления) и мехатронных средств для позиционирования рабочих органов в рамках системы ресурсосберегающего управления процессом филетирования;
  • разработка математического описания следящего шагового привода для настройки рабочих органов филетирующего оборудования;
  • выбор метода управления филетирующим оборудованием, позволяющего стабилизировать качество филе в условиях меняющихся параметров сырья;
  • выбор параметров управления по этапам технологического процесса производства рыбного филе;
  • разработка схемы мехатронного устройства, обеспечивающего малоотходное филетирование рыбы;
  • разработка функциональной структуры мехатронной системы управления с возможностью адаптации режимных параметров к свойствам сырья;
  • синтез алгоритма управления мехатронным устройством для филетирования;
  • разработка математической модели технологического оборудования для обеспечения организационно-технологического управления рыборазделочным производством.

Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, теории автоматического управления, функциональных графов, теории автоматов, математического моделирования, эквивалентных преобразований, аналитический подход к исследованию технологических процессов, экспериментальные исследования макета оборудования.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие научные результаты:

  • разработана математическая модель процесса резания рыбного сырья дисковыми ножами;
  • разработано математическое описание структуры следящего привода для позиционирования рабочих органов филетирующего оборудования;
  • выбраны параметры управления для обеспечения ресурсосберегающего режима работы филетирующего оборудования;
  • предложена схема мехатронного устройства для филетирования рыбы, обеспечивающего улучшение качества филе;
  • предложена структура мехатронной системы управления с адаптацией режимных параметров к свойствам сырья;
  • предложен подход к моделированию алгоритма адаптации процесса филетирования к свойствам сырья;
  • предложен алгоритм управления процессом филетирования, обеспечивающий минимизацию затрат сырьевых ресурсов;
  • предложена модель технологического оборудования для решения задачи организационно-технологического управления рыборазделочным производством.

Практическая ценность. Теоретические и экспериментальные исследования завершены созданием на их основе математического и алгоритмического обеспечения для задачи построения системы управления процессом филетирования рыбы на основе мехатроники. Разработаны технические предложения по модернизации систем управления разделочно-филетировочным оборудованием, защищенные двумя патентами РФ на изобретение, патентом РФ на полезную модель и двумя положительными решениями о выдаче патента РФ на изобретение. Предложенные решения позволяют повысить качество разделывания и филетирования рыбы за счет более точной настройки рабочих органов оборудования при помощи средств мехатроники.

Полезная модель на систему управления универсальной рыборазделочной машиной (патент РФ на полезную модель № 60312) создает предпосылки для разработки конструкции и программного обеспечения системы управления технологическим оборудованием, способствующей повышению качества процесса разделывания и филетирования рыбы, а также сокращению сырьевых затрат на единицу продукции.

Предложенная конструкция мехатронного устройства для обезглавливания рыбы (патент РФ на изобретение № 2320177), включающего подсистему технического зрения, позволяет минимизировать затраты сырьевых ресурсов при производстве обезглавленной рыбы в условиях меняющихся параметров тела рыбы.

Предложенная конструкция мехатронного устройства для филетирования рыбы (патент РФ на изобретение № 2320178), также включающего подсистему технического зрения, позволяет повысить качество готового филе, создать практическую основу для производства бескостного филе, увеличить экономичность технологического процесса и производительность филетирующего оборудования.

На защиту выносятся:

  • математическая модель процесса резания рыбного сырья дисковыми ножами, адаптированная к расчету на ПЭВМ;
  • система параметров управления для обеспечения ресурсосберегающего режима работы филетирующего оборудования;
  • схема технологического устройства для филетирования рыбы на основе средств мехатроники, обеспечивающего стабилизацию качества филе;
  • структура системы автоматического управления устройством для филетирования с адаптацией режимных параметров к свойствам сырья;
  • результаты моделирования алгоритма адаптации процесса филетирования к свойствам сырья;
  • алгоритм управления процессом филетирования, обеспечивающий минимизацию затрат сырьевых ресурсов;

- топологическая модель технологического оборудования для решения задачи организационно-технологического управления производством рыбного филе.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на следующих конференциях:

- международной научной конференции, посвященной 70-летию основания КГТУ (Калининград, 2000);

- международной научной конференции “Инновации в науке и образовании - 2003” (Калининград, 2003);

- международной научной конференции “Инновации в науке и образовании - 2004” (Калининград, 2004);

- V международной научно-практической конференции “Наука и образование - 2007” (Днепропетровск, 2007);

- международной научной конференции “Инновации в науке и образовании - 2007” (Калининград, 2007);

- XX международной научной конференции “Математические методы в технике и технологиях ММТТ – 20” (Ярославль, 2007);

- международной научной конференции “Образование, наука и инженерная деятельность в социокультурном пространстве эксклавного региона: история, актуальные проблемы, перспективы развития - 2007” (Калининград, 2007);

- VI международной научно-практической конференции “Производство рыбной продукции: проблемы, новые технологии, качество” (Калининград, 2007).

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы при проведении НИР по теме “Разработка первой очереди системы автоматизированного проектирования рыборазделочного оборудования”, выполненной ОАО НПО “Рыбтехцентр”, что подтверждено соответствующей справкой.

Предложенные в диссертационной работе результаты приняты к внедрению в проектно-конструкторский отдел ОАО НПО “Рыбтехцентр” в качестве научного обеспечения при разработке перспективного разделочно-филетировочного оборудования, что подтверждено соответствующим актом.

Результаты диссертационной работы использованы при подготовке учебного пособия, предназначенного для учебного процесса вузов по группе специальностей 260600.65 - “Пищевая инженерия”. Пособие внедрено в учебный процесс ФГОУ ВПО “Калининградский государственный технический университет”, что подтверждено соответствующим актом.

С использованием результатов диссертационной работы разработан программно-аппаратный комплекс для исследования динамических характеристик цифрового электропривода, моделей и алгоритмов управления рабочими органами разделочно-филетировочного оборудования. Комплекс внедрен в учебный процесс АНО “Институт “Калининградская высшая школа управления”, что подтверждено соответствующим актом.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 24 печатные работы, в том числе одно учебное пособие, два патента РФ на изобретение, один патент РФ на полезную модель, два положительных решения о выдаче патента РФ на изобретение, одна статья в издании, рекомендованном ВАК.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 280 страницах машинописного текста, иллюстрируется 46 рисунками, 14 таблицами и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 210 наименований и приложений на 52 страницах. Основное содержание диссертационной работы без учета иллюстраций, таблиц, библиографических списков и приложений составляет 143 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении охарактеризовано современное состояние производства рыбного филе, обоснована актуальность темы диссертационной работы, научная новизна и практическая значимость выполненных исследований. Сформулированы цель и задачи диссертации, кратко изложено ее содержание.

В первой главе систематизированы литературные данные о современном филетирующем оборудовании. Проведен обзор известных конструкций филетирующих машин, выпускаемых в России и за рубежом, рассмотрены их эксплуатационные достоинства и недостатки. На основе обзора научно-технической и патентной литературы приведена обобщенная классификация филетирующего оборудования, а также предложена классификация систем управления филетирующими машинами. Показана перспективность применения средств мехатроники для модернизации существующих машин и разработки нового филетирующего оборудования. Сравнительный анализ конструкций машин позволил сделать вывод, что наиболее эффективным подходом для повышения качества рыбного филе является применение микропроцессорных следящих и регулирующих мехатронных систем, включающих программное обеспечение, технические средства сбора данных и быстродействующий шаговый привод.

На основании вышеизложенного сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе рассматриваются вопросы, связанные с математическим моделированием процесса резания рыбного филе дисковым ножом. Приведен обзор основных исследований по теории резания рыбного сырья. Для исследования процесса резания рыбного филе при проектировании рабочих органов ресурсосберегающего филетирующего оборудования разработана математическая модель, адаптированная к расчету на ПЭВМ.

Схема резания однородного пищевого материала дисковым ножом представлена на рис 1. В качестве исходных данных для модели имеются значения следующих величин: плотности разрезаемого материала ; удельной силы резания материала ; диаметра дискового ножа ; толщины ножа ; угла заточки ; толщины разрезаемого материала ; длины разрезаемого куска ; скорости подачи материала ; отношения окружной скорости на кромке ножа к скорости подачи материала (отклонение скорости ); расстояния , позволяющего осуществить сквозной рез материала; коэффициента трения материала о нож ; модуля упругости материала .

Целью расчета процесса резания однородного рыбного сырья дисковым ножом является определение возникающего усилия резания и его составляющих, момента на валу дискового ножа, а также мощности, подводимой к ножевому валу и органам подачи материала.

Определены кинематические параметры процесса резания рыбного филе. Соотношение между окружной скоростью на кромке ножа и линейной скоростью подачи материала принимается не менее:

. (1)

Угловая скорость дискового ножа:

. (2)

Число оборотов вала дискового ножа связано с его угловой скоростью следующим соотношением:

. (3)

Из формул (2)-(3):

. (4)



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.