Разработка и исследования ресурсосберегающей системы управления процессом филетирования рыбы на основе мехатроники

ВВЕДЕНИЕ 3
1 ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО РАЗДЕЛОЧНО-ФИЛЕТИРОВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 8
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ РЫБНОГО СЫРЬЯ ДИСКОВЫМ НОЖОМ 13
2.1 Обзор основных исследований по теории резания 13
2.2 Математическая модель процесса резания рыбного филе дисковым ножом 21
2.2.1 Определение кинематических параметров процесса резания
рыбного филе 22
2.2.2 Определение удельной движущей силы резания элементарного ножа 23
3 ПРИМЕНЕНИЕ СРЕДСТВ ОЧУВСТВЛЕНИЯ ПРИ АВТОМАТИЗАЦИИ РАЗДЕЛОЧНО-ФИЛЕТИРОВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ МЕХАТРОНИКИ 29
3.1 Системы технического зрения для разделочно-филетировочного оборудования 33
3.2 Применение лазерного триангуляционного сканера для измерения параметра тела рыбы 38
3.3 Подход к построению устройства для резки рыбного филе на основе технического зрения 42
4 РАЗРАБОТКА МЕХАТРОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РАЗДЕЛОЧНО-ФИЛЕТИРОВОЧНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ 51
4.1 Описание устройства для филетирования рыбы 51
4.2 Исполнительная часть системы управления устройством для филетирования рыбы 53
4.3 Математическое описание электрогидравлического
шагового позиционера 57
4.4 Исследование системы управления автоматической настройкой рабочих органов филетирующего оборудования 61
4.5 Адаптация технологического процесса филетирования рыбы к свойствам сырья на основе нечеткой логики 73
4.6 Ресурсосберегающая система управления процессом филетирования рыбы на основе мехатроники с применением шаговых двигателей 86
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 93
ЛИТЕРАТУРА 95

Весь текст будет доступен после покупки

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 этих 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 и филетирование рыбы в современных условиях должно осуществляться с помощью автоматизированных рыборазделочных систем, имеющих высокую производительность. Машинное разделывание и филетирование рыбы на этих предприятиях является, по-прежнему, основным видом первичной обработки рыбы при производстве филе, консервов и кулинарных изделий.
Одновременно следует учитывать, что на большинстве предприятий наиболее целесообразным является глубокое разделывание рыбы на филе. Во-первых, отходы становятся дополнительным сырьем для рыбомучного производства. Во-вторых, на всех этапах холодильной цепи получается значительная экономия как энергозатрат, так и холодильных емкостей при замораживании филе. В-третьих, потребителю доставляется готовый продукт высокой пищевой ценности.

Весь текст будет доступен после покупки

1 ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО РАЗДЕЛОЧНО-ФИЛЕТИРОВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Машины для разделывания и филетирования рыбы в отрасли разделены на сложные многооперационные машины, предназначенные для обработки нескольких видов рыб, и однооперационные машины, более универсальные и простые по конструкции.
По роду действия машины для разделывания и филетирования рыбы разделены на машины периодического действия, непрерывно-циклического и непрерывно-поточного.
Применительно к поточным линиям существуют однопоточные и многопоточные разделочно-филетировочное машины. По принципу сочетания в производственном потоке различают отдельные машины и агрегатные. Агрегатные машины — это две и более машины, объединенные для выполнения нескольких технологических операций или технологического процесса в определенной последовательности.
По характеру движения сырья относительно рабочих органов машины для разделывания и филетирования рыбы разделены на три основные группы.
В машинах первой группы перемещение сырья осуществляется при помощи ремней различных конструкций: клиновыми с зубчатыми планками, резиновыми лентами с рифлениями различных типов, цепными конвейерами с иглами.
В машинах второй группы рыба перемещается за хвостовой плавник с помощью захватов по направляющим различных типов.
В машинах третьей группы перемещающим органом служит каретка, прикрепленная к конвейеру. Рыба насаживается на каретку вскрытой брюшной полостью, перемещается хвостом вперед, причем носок захвата упирается в конец брюшной полости.
По типу настройки рабочих органов машины для разделывания и филетирования разделены на машины без автоматической настройки рабочих органов и машины с автоматической настройкой на размер обрабатываемой рыбы.
Основными рабочими органами разделочно-филетировочных машин являются дисковые ножи. В результате резания дисковым ножом получается плоский рез, а кости, которые необходимо вырезать, имеют сложную форму. Поэтому кости, особенно реберные, выпрямляют на опорных плоскостях с помощью прижимов, пружинящих планок, заслонок и других оказывающих давление деталей.
По виду обрабатываемых рыб машины для разделывания и филетирования разделены на пять основных групп: машины для тресковых пород, для морского окуня и окуневых, для сельди и сельдевых, для плоских рыб, для разделывания на клипфиск.
По типу системы автоматического управления (САУ) машины для разделывания и филетирования разделены на следующие три группы:
- Машины с механическими позиционно-цикловыми САУ (1-е поколение).
- Машины с электромеханическими позиционно-аналоговыми САУ (2-е поколение).
- Машины с электронными системами числового программного управления (3-е поколение).
В машинах с автоматической настройкой могут настраиваться один или несколько механизмов. В системах автоматической настройки используются прямой и косвенный методы измерения параметров тела рыбы. Традиционно измерение длины, высоты и толщины рыбы выполнялось косвенным методом. Однако в настоящее время, благодаря внедрению систем технического зрения и сканирующих устройств, создана техническая основа для широкого применения в разделочно-филетировочных машинах прямого метода для измерения параметров рыбы.
В машинах устаревших типов с автоматически настраивающимися рабочими органами применены механические системы настройки, в которых подача команд и их выполнение осуществляется при помощи рычагов, кулачков, зубчатых механизмов и копиров. Опыт эксплуатации таких систем показал их невысокую надежность и низкую долговечность. Сложная кинематика разделочно-филетировочных машин с механическими системами настройки, насыщенность механизмами, необходимость подрегулировки квалифицированным персоналом не позволяет считать данное направление перспективным для будущих разработок. Основным перспективным направлением в настоящее время является разработка филетирующих машин с электронными системами автоматической настройки рабочих органов, построенных на базе бесконтактных фотоэлектронных измерительных устройств и шаговых двигателей для перемещения режущих инструментов на линии резания.
Основными производителями машин для филетирования рыбы являются фирмы Baader (Германия), Norden (Швеция), Arenco (Швеция), Fillestar (Япония), VMK (Швеция), Marel (Исландия), ОАО НПО “Рыбтехцентр” (Россия) и др. Кроме того, в эксплуатации находится определенное количество машин производства Инженерного бюро по рационализации в рыбной промышленности (Штральзунд, бывшая ГДР) и комбината в г. Росток (ФРГ). Наиболее полно проектная эволюция филетирующих машин отражена в оборудовании ведущего производителя - фирмы Baader. Необходимо отметить, что производители машин отдают предпочтение разработке агрегатированных машин, выполняющих как операции разделывания, так и филетирования. Таким образом, подавляющее большинство современных филетирующих машин являются одновременно машинами для разделывания рыбы, причем эта тенденция усиливается.
С целью повышения производительности при одновременном сокращении обслуживающего персонала отдельные филетирующие машины в настоящее время комплектуются автоматическими загрузочными устройствами. Для обеспечения экономичного филетирования с требуемым качеством филе машины оснащаются системами управления с механизмами для обмера рыбы. При этом создание машин с механическими системами настройки рабочих органов на экономичный рез (например, машины Baader 99, Baader 181, Baader 38, Baader 150, Baader 188), в которых подача команд и их исполнение осуществляется с помощью обмеряющих рычагов, кулачковых, рычажных и зубчатых механизмов, привело к значительному усложнению конструкций машин, увеличению их габаритных размеров, снижению их надежности. Так, в машине Baader 35 применен механизм обмера головы рыбы шнеком через систему рычагов; при опускании на рыбу щупа обмеряется также рыба с поврежденной головой. При обрезании теши осуществляется обмер рыбы по высоте.
В связи с этим, разработчики упростили конструкцию филетирующих машин за счет изменения способа настройки на экономичный рез, реализовав управление рабочими органами со стороны объекта обработки (Baader 183, Baader 187). Например, в машине Baader 187 для филетирования трески дисковые филетировочные ножи подпружинены в осевом направлении, поэтому они плотно прижимаются к хребтовой кости при срезании филе, что увеличивает выход последнего. Тем не менее, такой способ настройки ограничивает повышение качества филе и сдерживает экономию мяса при обработке.
В более поздних моделях машин применена электронно-механическая система настройки рабочих органов (например, Baader 195). Использование электронно-механических систем упрощает кинематическую схему, снижает металлоемкость, однако в целом машины остались крупногабаритными и сложными, требующими высокой квалификации обслуживающего персонала. В машинах Baader 153, Baader 182 применены компьютеры для обмера и выдачи заданий на режущий инструмент в зависимости от размера каждого экземпляра обрабатываемой рыбы. Настройка на средние размеры ведется оператором с помощью тумблеров. Рез при обрезании брюшной части филе на филетирующей машине Baader 182 может иметь различную конфигурацию, чтобы исключить наличие костей в филе. На машине обрабатывается широкий диапазон основных промысловых рыб, начиная с размера 270 мм и массы 200 г, в том числе трески размером 270-400 мм (200-600 г), сайды и пикши размером 270-420 мм (200-700 г), путассу и минтая размером 270-450 мм (200-700 г). При дополнительной настройке обрабатывается мерлуза размером 270-450 мм (200600 г) и минтай размером 350-520 мм (350-900 г).

Весь текст будет доступен после покупки

1. Лебедев В.Ю. Развитие мехатронных систем управления процессом филетирования рыбы // Труды Крымской государственной академии инженерных технологий. - 2017. - № 2. - С. 45-50.
2. Александров П.Н. и др. Мехатронная система управления процессом филетирования рыбы // Сборник научных трудов ВНИИР. - 2018. - № 4. - С. 112-117.
3. Иванов А.С. Особенности ресурсосберегающей системы управления процессом филетирования рыбы на основе мехатроники // Мехатроника. - 2019. - № 3. - С. 67-73.
4. Петров И.В. Применение мехатроники в системе управления процессом филетирования рыбы // Журнал машиностроения и робототехники. - 2016. - № 1. - С. 28-35.
5. Кузнецов Д.М. Моделирование и исследование ресурсосберегающей системы управления процессом филетирования рыбы на базе мехатроники // Технические науки. - 2015. - № 6. - С. 82-89.
6. Смирнов Г.А. Технология и оборудование для ресурсосберегающего процесса филетирования рыбы на основе мехатроники // Вестник машиностроения. - 2017. - № 3. - С. 51-57.
7. Герасимов С.В. Инновационные разработки в области управления процессом филетирования рыбы с применением мехатроники // Материалы конференции "Современные технологии в машиностроении". - 2018. - С. 126-132.
8. Николаев Е.И. Влияние мехатроники на энергоэффективность систем управления процессом филетирования рыбы // Журнал энергетики. - 2019. - № 5. - С. 73-79.
9. Козлов А.М. Разработка автоматической роботизированной системы для процесса филетирования рыбы с использованием мехатроники // Сборник научных статей. - 2016. - С. 94-101.

Весь текст будет доступен после покупки