Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы измельчения зернового сырья и пути повышения эффективности машин для его осуществления .9
1.1 Формирование современных представлений о различных подходах к описанию процесса измельчения зернового сырья .9
1.1.1 Теоретические предпосылки измельчения сыпучих материалов .9
1.1.2 Моделирование технологического процесса измельчения зернового сырья .12
1.1.3 Формально-логический анализ базовых характеристик моделей .17
1.2 Обзор средств механизации измельчения зернового сырья 18
1.3 Молотковые дробилки
1.3.1 Специфика рабочего процесса молотковой дробилки закрытого типа с шарнирно подвешенными молотками 19
1.3.2 Классификации молотковых дробилок 21
1.3.3 Исследование поведения воздушно-продуктового слоя в рабочей камере дробилки 26
1.3.4 Формирование рабочей гипотезы .27
2. Математическая модель технологического процесса дробления .31
2.1 Общий процесс в рабочей камере молотковой дробилки 31
2.2 Процесс в отдельно взятой зоне при многократной циркуляции воздушно-продуктового слоя .35
2.3 Описание взаимовлияния составляющих общего процесса дробления 37
2.4 Разложение случайного процесса размножения и гибели в каждой условной зоне 39
2.5 Построение математической модели процесса дробления 42
2.5.1 Методика определения характеристик случайного процесса в каждой зоне по одной реализации достаточно большой продолжительности 46
2.5.2 Методика нахождения передаточных функций .48
3. Методика экспериментальных исследований .51
3.1 Задачи экспериментальных исследований 51
3.2 Обоснование выбора технологического оборудования для измельчения зернового материала 52
3.3 Обоснование выбора материала измельчения 57
3.4 Обоснование выбора элементов (датчиков), воспринимающих воздействие воздушно-продуктового слоя .59
3.5 Калибровка датчиков 64
3.6 Схема преобразования сигнала АЦП от датчика до монитора компьютера 68
3.7 Методика проведения дополнительных экспериментов .73
4. Результаты экспериментальных исследований .76
4.1 Обработка результатов лабораторных экспериментов 76
4.1.1 Определение интервалов значений величины ударного импульса отдельных видов зерновок .76
4.1.2 Определение «массового состава» воздушно-продуктового слоя по условным зонам .80
4.2 Обработка результатов производственных экспериментов 82
4.2.1 Сравнительный анализ показаний датчиков при уменьшении загрузки рабочей камеры .82
4.2.2 Подготовка результатов эксперимента к математической обработке 85
4.2.3 Определение характеристик случайного процесса и коэффициентов математической модели в каждой условной зоне .92
4.2.4 Определение коэффициентов передаточных функций и ошибок функционирования динамических систем 95
4.2.5 Определение характеристик случайного процесса и коэффициентов математической модели в каждой условной зоне при изменении величины подачи зернового сырья 98
5. Производственные испытания и оценка эффективности работы кормодробилки 104
5.1 Выравнивание характеристик ВПС посредством конструктивных изменений рабочей камеры молотковой дробилки 104
5.1.1 Перераспределение подачи зернового материала в рабочую камеру 104
5.1.2 Упорядоченная подача материала из зернового ковша в рабочую камеру при помощи делителя 106
5.1.3 Усовершенствование конструкции рабочей камеры посредством установки разрыхлителей ВПС 107
5.2 Определение «массового состава» ВПС по условным зонам после усовершенствования рабочей камеры 110
5.3 Результаты производственных испытаний дробилки с усовершенствованной рабочей камерой 115
5.4 Расчет экономической эффективности научных исследований .119
Общие выводы 125
Список литературы .
- Моделирование технологического процесса измельчения зернового сырья
- Разложение случайного процесса размножения и гибели в каждой условной зоне
- Схема преобразования сигнала АЦП от датчика до монитора компьютера
- Определение «массового состава» воздушно-продуктового слоя по условным зонам
Введение к работе
Актуальность темы. Из общего количества расходуемого на кормовые цели фуражного зерна примерно половина перерабатывается в полноценные комбикорма и кормосмеси, а остальная часть скармливается в измельченном виде. Зерновые корма обладают высоким содержанием питательных веществ и хорошими вкусовыми качествами. Так как питательные вещества усваиваются организмом животного только в растворенном виде, то скорость обработки частиц корма желудочным соком прямо пропорциональна площади их поверхности. Поэтому измельчение - одна из самых распространенных и важных операций в технологическом процессе подготовки кормов, обусловленная требованиями физиологии сельскохозяйственных животных.
Измельчение зернового сырья производят до крупности, рекомендованной зоотехническими требованиями в зависимости от вида, назначения и возрастной группы животных [44,46,68,89].
Для свиней лучшим признается комбикорм, содержащий зерно мелкого помола с преобладанием частиц размером 0,2...1,0 мм. Для крупного рогатого скота (КРС) - среднеразмолотое зерно с преобладанием частиц размером 1,0...1,8 мм, для птицы - зерно крупного помола (размер частиц 1,8...2,6 мм).
Основным оборудованием для измельчения зерна в комбикормовой промышленности и хозяйствах различных форм собственности являются молотковые дробилки, наибольшее распространение из которых получили решетные дробилки закрытого типа.
К достоинствам дробилок данного типа можно отнести быстрое извлечение продукта из дробильной камеры, возможность регулирования степени измельчения, легкую замену изнашивающихся деталей (молотки, решета, деки), механизированную загрузку и выгрузку материала.
Недостатками являются большие эксплуатационные расходы, быстрое изнашивание деталей (молотки, решета, деки), большой расход электроэнергии,
значительная часть которой потребляется непроизводительно, образование пылевидных фракций, неоднородность измельченного продукта [64,82,102,130].
Стремление повысить производительность и снизить энергозатраты приводит к получению готового продукта со значительным содержанием недоизмельченной и переизмельченной фракций. Такой корм не полностью усваивается животными, что является причиной его перерасхода и приводит к снижению эффективности вложенных средств.
Следовательно, дальнейшее совершенствование технологического процесса дробления, модернизация существующих конструкций молотковых дробилок и разработка новых по-прежнему остаются актуальными задачами.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ОГАУ. Проблема IX. Научные основы формирования эффективной инженерно-технической системы АПК. Задание 01. Разработка перспективной системы технологий и машин для производства продукции растениеводства и животноводства на период до 2015 г.
Цель исследования. Повышение эффективности работы молотковых дробилок закрытого типа с шарнирно подвешенными молотками посредством выравнивания характеристик воздушно-продуктового слоя.
Объект исследования. Процесс измельчения зернового материала в рабочей камере молотковой дробилки.
Предмет исследования. Закономерности изменения характеристик воздушно-продуктового слоя, циркулирующего внутри рабочей камеры молотковой дробилки.
Рабочая гипотеза. Предполагается наличие в рабочей камере молотковой дробилки условных зон относительной стабильности характеристик воздушно-продуктового слоя. Расположение зон связано с конструктивными особенностями рабочей камеры.
Задачи исследования: -провести теоретическое и экспериментальное изучение изменений характеристик воздушно-продуктового слоя (ВПС) в процессе циркуляции,
7 экспериментально подтвердить наличие условных зон относительной стабильности характеристик слоя в рабочей камере молотковой дробилки, уточнить границы зон;
получить дискретные (цифровые) данные, характеризующие изменения ВПС в процессе циркуляции, определить структурно-качественный состав материала в каждой зоне;
построить вероятностно-статистическую модель технологического процесса дробления с учетом наличия внутри рабочей камеры условных зон относительной стабильности характеристик ВПС;
провести верификацию математической модели, определить возможности управления характеристиками ВПС;
-разработать рекомендации по совершенствованию существующей конструкции рабочей камеры молотковой дробилки, дать экономическое обоснование результатов.
Научная новизна. При общей неравномерности ВПС выделены внутри рабочей камеры молотковой дробилки участки относительной стабильности характеристик слоя (условные зоны). Построена вероятностно-статистическая модель технологического процесса с учетом наличия условных зон. Предложена методика определения соотношений видов частиц (исходный материал - готовый продукт - переизмельченная фракция) в любом сечении ВПС и получены такие соотношения для каждой условной зоны рабочей камеры. Показаны возможности управления ВПС посредством конструктивных изменений рабочей камеры молотковой дробилки.
Практическая значимость. На основании проведенных теоретических и
экспериментальных исследований разработаны рекомендации по
совершенствованию существующей конструкции дробильной камеры, в ходе
производственных экспериментов одно из конструктивных решений
апробировано. Предложенное усовершенствование способствует большей
однородности измельченного продукта, уменьшает переизмельченную
фракцию. Доработанная молотковая дробилка КДУ-2 прошла
8 производственную проверку и эксплуатируется в ООО (СПХ) «Родина» Александровского района Оренбургской области. На защиту выносятся:
- математическая модель технологического процесса дробления с учетом
наличия внутри рабочей камеры условных зон относительной стабильности
характеристик ВПС;
- методика экспериментального получения дискретных (цифровых)
данных, характеризующих изменения ВПС в процессе циркуляции;
- методика определения структурно-качественного состава измельчаемого
материала в любой условной зоне и любом сечении ВПС;
- усовершенствованная конструкция рабочей камеры молотковой
дробилки.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях Оренбургского ГАУ (2001-2005гг.), на региональных научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов (Самара -2000г., Самара - 2001г., Оренбург -2001г.), на 2-ой Российской научно-практической конференции «Проблемы устойчивости биоресурсов: теория и практика» (Оренбург-2005г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ и получено 2 патента на изобретение.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы (143 наименования, в том числе 10 на иностранном языке) и приложений. Работа изложена на 191 страницах, содержит 65 рисунков, 26 таблиц, 4 приложения.
Моделирование технологического процесса измельчения зернового сырья
Процесс измельчения можно охарактеризовать как процесс приращения новых поверхностей частиц корма [6,73,74]. Теория измельчения рассматривает два комплекса основных вопросов: определение функциональных зависимостей между затратой энергии на процесс разрушения и результатами этого процесса (степенью измельчения материала); изучение имеющихся закономерностей в распределении частиц по их крупности (фракционный состав корма ) [73,74].
Многие исследователи связывали механизм разрушения с поверхностной энергией [1,69,93,94,141]. Кискальт пытался доказать, что энергия, требуемая на измельчение, пропорциональна квадрату удельной поверхности [139].
Известна поверхностная энергетическая теория П. Риттингера, в которой утверждается, что энергия, требуемая на измельчение, расходуется только на образование новой поверхности [6,74].
Интересным является представление о процессе измельчения Ф.Бонда, который считал, что в основе процесса лежит механизм разрушения сжатием куска материала неправильной формы [73,135]. По Ф.Бонду процесс протекает следующим образом: под действием усилия сжатия выступающие части кусков дробятся и обнажается поверхность контакта, пропорциональная пределу прочности материала. Возникновение первой трещины происходит в результате локального достижения предельных усилий сжатия или сдвига в структуре материала. Таким образом, энергия для образования первой трещины и является энергией, затрачиваемой на измельчение. Критерием необходимого количества работы, расходуемой на разрушение куска материала, является величина первой трещины. В толковании процесса разрушения Ф.Бондом существенным недостатком является отсутствие метода определения величины первой трещины.
Академик П.А. Ребиндер обосновал основной закон измельчения в виде двучленной формулы [93,94], представляющей энергетический баланс процесса разрушения твердого тела А=Ау+Аs, где Ау- работа упругих деформаций, Аs- работа образования новой поверхности. Однако формула дает лишь принципиальное представление о процессе измельчения и практически не используется. На практике определяют не абсолютные значения работы, затрачиваемой на процесс, а лишь относительные величины [51,74]. Их находят сравнением эффективности режимов работы или применяя оценочные показатели в виде коэффициентов измельчаемости различных материалов, из которых один принят за эталон.
П.А. Ребиндер, раскрывая физико-механическую природу явлений при измельчении, сумел преодолеть ограниченность господствовавших ранее поверхностной и объемной энергетических теорий.
Теория равновесных трещин, созданная Г. Баренблатом, раскрывает механизм хрупкого разрушения и позволяет детально рассмотреть картину явлений вблизи кромок трещин [8,36,43,69].
В работах академиков А.Ф.Иоффе, П.А. Ребиндера, И.Я. Френкеля показано, что твердое тело характеризуется наличием микро- и макродефектов, случайно распределенных в толще и на поверхности [32,48,142]. Из-за влияния указанных дефектов, прочность тела (сопротивляемость разрушению) снижается на порядок против идеального тела с ненарушенной структурой. При достижении определенной плотности дефектов в реальном твердом теле возникает трещина, размеры которой превышают критический. Далее рост трещины протекает самопроизвольно и тело разрушается.
Впервые энергетические условия развития этих трещин были установлены Гриффитсом [138]. Он же установил критическую длину, по достижении которой трещины после снятия нагрузки с тела не смыкаются полностью. Критическая длина трещин в мировой практике измельчения получила называние «трещин Гриффитса» (величина 1…10мкм).
В измельчении материалов органического происхождения роль микро- и макродефектов усиливается под влиянием меняющихся условий внешней среды (температура, влажность, и др.) и техпроцессов, предшествующих измельчению (транспортировка, сушка, хранение, и т.д.) [4,13,39,50,64,66,82].
Корма следует отнести к группе упруго-вязко-пластичных материалов, специфической особенностью которых являются наличие структуры, анизотропия и значительная лабильность прочностных характеристик, во многом обусловленная влиянием влажности [46,50,44].
Схема процесса деформирования упруго-вязко-пластичного тела, состоящего из упруго-пластического скелета и вязкого заполнителя, была разработана Ф.П. Белянкиным [62,73].
При ударной нагрузке вязкий заполнитель оказывает поддержку скелету. Образование пластической деформации начинается с появления первичных трещин скелета, развитие которых приводит к отделению его частей. Этот процесс происходит не мгновенно, а протекает во времени с возрастающей скоростью. При достаточно большом напряжении пластические деформации не успевают развиваться и происходит хрупкое разрушение с образованием только упругих мгновенных деформаций. Рассмотренная схема может быть применена ко многим видам кормов, в том числе и зерну, скелет которого имеет пространственную структуру в виде сот-ячеек, заполненных крахмальными зернами [13,62,73].
Разложение случайного процесса размножения и гибели в каждой условной зоне
Изучаемый нами ВПС, проходя условные зоны, претерпевает значительные изменения. Следовательно, процесс размножения и гибели частиц ВПС в разных зонах будет протекать со своими особенностями , что должно быть отражено в математической модели.
Считая, что в каждой условной зоне ВПС ведет себя относительно стабильно, доп устим, что интенсивнос ти процессов размножения и гибели в пределах одной зоны постоянны, т.е. =const, = const, (рис. 2.5).
Отнесем случайный процесс гибели и размножения частиц измельчаемого материала в отдельно взятой зоне к марковским процессам с дискретными состояниями, непрерывным временем и конечным числом состояний [23,25,92]. Для этого есть все основания, так как время прохождения ВПС одной условной зоны очень мало и число состояний системы будет по крайней мере счетным.
Размеченный граф состояний процесса размножения и гибели в условной зоне Как известно, любой марковский процесс с конечным числом состояний, обладающий эргодическим свойством (нет состояний без выхода и без входа) имеет стационарный режим [24,25]. В таком случае сама система будет простейшей эргодической.
Для любого состояния этой системы сумма всех входящих потоков вероятности равна сумме всех выходящих потоков. Потоком вероятности, переводящим систему из состояния в состояние Sj, называют выражение вида р(t)i(t) или р(t) i(t).
Составим систему уравнений Колмогорова, руководствуясь следующим правилом: производная вероятности любого состояния равна сумме потоков вероятности, переводящих систему в это состояние, минус сумма потоков вероятности, выводящих систему из этого состояния. Так как в стационарном режиме финальные вероятности постоянны (не зависят от времени), то их dpi (t) dpi производные равны нулю = = 0 (=1,2... n) dt dt 0 = ,1 -Л0р 0 = Л-А-, „,А.,-(Л ,)/-, _ (221) (/ = l,2,3...w-l) где Я. -интенсивности потоков размножения, д -интенсивности потоков гибели (i=0,l,2,..n). Из первого уравнения оРо=іРі, из второго 2P2=( i+ і) Pi" оРо или 2Р2=( 1+ і) Pi" іРі= lPl и т.д. Продолжая рекуррентную процедуру, на -ом шаге получаем І_ІРІ-І=ІРІ (=l,2...n) [23,25].
Таким образом, для простейшей схемы размножения и гибели в стационарном режиме потоки вероятности между любыми двумя соседними состояниями равны. Определим характеристики процесса гибели и размножения в отдельной зоне при многократной циркуляции ВПС. wx =limwx(/) = lim(—{[- e Mt ) + mx(0)e Mt) — М Л А Dx = UmDx(t) = Km— (l-e "4=— (2 2 2) s Л -44 Kx(t,t) = — e где mx(t), Dx(t) и Kx(t,t) получаются в результате решения системы уравнений Колмогорова (2.1.1) для графа G(S) (рис.2.4). Так как mx= Dx=—, то можно утверждать, что в стационарном режиме ц одномерный закон распределения случайного процесса в отдельной зоне есть -Я закон Пуассона с параметром а—— /л -а а1 Pi -—е И Другими словами, число частиц в любом объеме циркулирующего слоя подчиняется закону Пуассона, что было в свое время экспериментально подтверждено исследованиями В.Р. Алешкина, проводимыми под руководством СВ. Мельникова [5,7].
Разделим общий случайный процесс гибели и размножения Х(t) на составляющие, соответствующие условным зонам Хi(t), Хг(і), Хз(і), Х t).
Все вероятностные характеристики случайного процесса гибели и размножения Хi(t) (i=l,2,3,4) определяются тремя группами неслучайных параметров: 1) числом возможных состояний ПІ+1(т.к. изучаемый процесс марковский с дискретными состояниями); Граф зависимости случайных процессов гибели и размножения, соответствующих условным зонам 2) интенсивностями потоков размножения lik (к=0, 1,… ni); 3) интенсивностями потоков гибели mкi (к=0, 1,… ni). Общий случайный процесс Х(t), составляющими которого являются процессы Хi(t) (i=1,2,3,4), можно считать транзитивным (любая из составляющих будет одновременно управляющим и управляемым процессом гибели и размножения). При этом параметры процесса Х2(t) ( l2k ; mк2 ; n2) будут зависеть от вида и значения параметров процесса Х1(t) ( l1k ; m1к ; n1). Считаем, что обратным влиянием, обозначенным на графе (рис.2.6) пунктирной стрелкой, можно пренебречь. Параметры процесса Х3(t) ( l3k ; mк3 ; n3) зависят от вида и значения параметров процесса Х2(t) ( l2k ; mк2 ; n2) и т.д. (рис.2.6).
Каждый из управляющих процессов оказывает воздействие на потоки размножения и гибели управляемого случайного процесса и, следовательно, интенсивности этих потоков зависят от вида и значения параметров управляющего процесса. 2.4 Разложение случайного процесса размножения и гибели в каждой условной зоне
Очевидно, каждый из случайных процессов Хi(t) (i= 1,2,3,4) может быть п представлен в виде разложения (0 = 2-і к (0, где Ук(і)-случайная функция, к=\ принимающая значение 1, если &-ая единица (частица) «жива» и значение О, если эта единица «погибла» [25,91]. Описанная случайная функция Yk(t) получается в результате рассмотрения процесса блуждания &-ой частицы по двум состояниям: «жива», «погибла». Таким образом, Yk(t) является элементарным случайным процессом гибели и размножения. Это марковский процесс с непрерывным временем и двумя возможными состояниями О и 1.
Разложение случайного процесса на элементарные составляющие, которые являются простейшими ячейками исходного сложного процесса, было предложено Е.С. Вентцель [24,25].
Кроме того, каждый из случайных процессов Хi(t) (i=l,2,3,4) может быть записан следующим образом x1(t) = mx(t) + Y,Vk (Pk(t), (2.4.1) к=\ где Vh (к=1,2..)-некоррелированные центрированные случайные функции с дисперсиями Dk (коэффициенты канонического разложения); (0(к=1,2..) неслучайные функции времени (координатные функции канонического разложения). Такое разложение, называемое каноническим, было впервые введено В.С. Пугачевым [91,92].
Каноническое представление дает возможность проводить различные преобразования случайного процесса, т.к. в фиксированный момент времени разложение будет линейной функцией случайной величины Vk, а вся зависимость от времени сосредоточена в неслучайных функциях pk (t). Таким образом, для нашего исследования более выгодным является разложение по В.С. Пугачеву. Рассматриваемый нами в каждой зоне процесс является стационарным в широком смысле, т.е. таким, вероятностные характеристики которого не зависят от времени. Кроме того, каждый случайный процесс Хi(t) (i=l,2,3,4) обладает эргодическим свойством, т.к. протекает однородно и множество состояний его конечно. Следовательно, любая реализация процесса достаточно большой продолжительности будет «хорошо» представлять всю возможную совокупность реализаций.
Схема преобразования сигнала АЦП от датчика до монитора компьютера
Исследование рабочего процесса молотковой кормодробилки открывает широкие возможности для улучшения энергетических и технологических показателей дробления [2,86,122]. Конечной целью проведенных исследований являлось повышение эффективности работы молотковой дробилки посредством выравнивания характеристик ВПС.
Для достижения цели требовалось проведение целого ряда экспериментов. Была разработана методика экспериментальных исследований на серийно выпускаемой молотковой дробилке КДУ-2, которая включала следующие задачи: подтверждение рабочей гипотезы о наличии условных зон; установление взаимного влияния зон; определение «массового состава» ВПС, т.е. соотношения целых, раздробленных и переизмельченных частиц зерна в каждой зоне; идентификация математических моделей общего процесса дробления и процессов, протекающих в каждой условной зоне; обоснование необходимых конструктивных изменений, способствующих выравниванию характеристик ВПС. Для решения этих задач была разработана соответствующая программа: выбор технологического оборудования для измельчения зернового материала; выбор материала измельчения; выбор элементов (датчиков), воспринимающих воздействие ВПС; обоснование установки датчиков внутри дробильной камеры; калибровка датчиков; техническое обеспечение передачи сигнала от датчика на монитор компьютера (схема преобразования сигнала); проведение дополнительных экспериментов с использованием лабораторной установки «центробежно-ударная мельница». В агропромышленном комплексе сформировался парк молотковых дробилок отечественного и зарубежного производства [47,77,79]. В зависимости от конструктивного оформления рабочих органов дробилок их технологический процесс может осуществляться по следующим принципам: разбивание ударом при воздействии на частицу корма быстровращающихся рабочих органов; скалывание при воздействии на частицу двух поверхностей, движущихся с различными скоростями; истирание при воздействии на частицу двух поверхностей, одна из которых подвижна, а другая неподвижна [74,12,132].
Машины, действие которых основано на использовании двух и более принципов являются универсальными [82].
Рабочие камеры молотковых дробилок могут быть классифицированы по наличию и взаимному расположению рабочих органов (молотки, деки, решето) [42,63] (рис. 3.1). Для проведения основного эксперимента была выбрана серийно выпускаемая молотковая дробилка КДУ-2 по следующим причинам: достижение поставленной цели требовало исследования реального технологического процесса, тогда как лабораторная установка только моделирует реальный процесс и адекватность модели требует проверки; молотковая дробилка указанной марки является универсальной и достаточно широко применяется в хозяйствах различных форм собственности Оренбургской области, что подтверждают статистические данные [Приложение 2]; расположение конструктивных элементов рабочей камеры (впускная горловина, нижняя и верхняя деки, решето) выбранной молотковой дробилки (рис. 3.1 в) лучше всего отражает изменение характеристик ВПС. а) угол охвата барабана решетом 3600, деки отсутствуют б) угол охвата решетом 2900, деки 1,2 установлены в зоне впускной горловины одна над другой в) угол охвата барабана решетом 1320 деки 1,2 установлены симметрично относительно впускной горловины и решета г) угол охвата барабана решетом 1600, на барабане по окружности с равным шагом расположены бичи 1, на внутренних стенках камеры измельчающие пластины Рис. 3.1. Классификация рабочих камер молотковых дробилок Рис. Схема кормодробилки КДУ-2: дробильный барабан; 2 — корпус дробильной камеры; 3 — патрубок отсасывающий; 4 — вставная выбросная горловина; 5 — решето; 6 — выбросной люк; 7 — крышка дробильной камеры; 8 — зарешетная полость; 9 — зерновой ковш; 10 — коллектор; 11 — противорежущая пластина; 12 — режущий барабан; 13 — отсекатель; 14 — лента прессующего транспортера; 15 — лента питающего транспортера; 16 — приемный воздушный патрубок; 17 —рама; 18 — электродвигатель; 19 и 20 — магнитные сепараторы
Кормодробилка КДУ-2,0 (рис.3.2) предназначена для измельчения зерновых кормов, початков кукур узы, шрота, сена и других гр убых кормов.
Вес с электрооборудованием, кг 1200 Корпус рабочей камеры содержит решето с углом охвата-1320, верхнюю деку-700, нижнюю деку-540 и входную горловину -1040. Внутри дробильной камеры, на горизонтально расположенном валу, установлен барабан сложной конструкции (рис 3.3). Дробильный барабан установлен на двух сферических двухрядных роликоподшипниках 2, закрепленных в чугунных боковинах 3, соединенных болтами с корпусом дробильной камеры 4.
Через восемь дисков 6, закрепленных на валу при помощи шпонки 11 поочередно с распорными втулками 10. проходят шесть стальных пальцев 9, на которых шарнирно крепя тся комплекты молотков 7 (по 15 шт.). Положение молотков фиксируется распорными втулками 8. В задней части дробильной камеры устанавливается сменное решето, зажимаемое в рабочем положении крышкой дробильной камеры при ее закреплении накидными замками.
Определение «массового состава» воздушно-продуктового слоя по условным зонам
Многие исследователи отмечают, что состояние измельчаемого материала в дробильной камере зависит от величины загрузки. При малой загрузке материал находится в виде отдельных свободно движущихся частиц, что способствует увеличению эффекта удара молотков, уменьшению затрат энергии на перемещение слоя и, как следствие, снижению образования мучной пыли [105,106,130,133].
В ходе проведения производственных экспериментов появилась возможность проследить за изменением характеристик ВПС по условным зонам при уменьшающейся загрузке рабочей камеры. Были получены соответствующие осциллограммы показаний датчиков (рис.4.4, рис.4.5). Рассматривались показания датчиков, установленных в центральной части каждой условной зоны, поскольку датчики, расположенные ближе к границам, реагировали на влияние соседних зон.
Сравнительный анализ осциллограмм показал, что даже незначительное уменьшение подачи зернового материала, а, следовательно, и загрузки рабочей камеры (до 75% от оптимальной) приводит к снижению разброса значений величины ударного импульса. При подаче материала, соответствующей Зона входной горловины загрузке камеры на 25% от оптимальной, вид осциллограмм свидетельствует о стабилизации характеристик ВПС на микроуровне.
Осциллограммы ВПС (производственный эксперимент) для изменяющейся подачи материала по условным зонам: ряд 1-100%; ряд 2-75%; ряд 3-50%; ряд 4-25% Можно заметить, что уменьшение подачи зернового материала способствует выравниванию характеристик ВПС по всему периметру рабочей камеры. Тем не менее, снижение загрузки в производственных условиях нежелательно, так как это отрицательно сказывается на эффективности работы дробилки в целом [62,73,82,119].
Таким образом, видна целесообразность дополнительных исследований по выявлению оптимальной величины подачи. Это позволит улучшить гранулометрический состав измельченного продукта без значительного снижения производительности дробилки.
Обработка результатов производственных экспериментов с целью получения характеристик случайных процессов, коэффициентов математических моделей и установления взаимосвязей между условными зонами проведена в программной среде Mathcad [37,52]. Электронные таблицы Excel также позволяют осуществлять статистическую обработку данных, к тому же их использование облегчается наличием удобного интерфейса. Датчик 1 (входная горловина ближе к верхней деке) 2 10 ,1.821 xlO 1.5 -10
Адаптивное сглаживание опытных данных Однако электронные таблицы предназначены в первую очередь для составления отчетов, поэтому возможности их применения для обработки результатов экспериментов несколько ограничены [38]. Пакет Mathcad ориентирован на численные методы и позволяет реализовать практически любые способы обработки экспериментальных данных [52,107]. Датчик 1 (впускная горловина ближе к верхней деке) 1.5 -Сплайн-интерполяция опытных данных датчиков, полученные в ходе производственных экспериментов, посредством электронного осциллографа передавались в Excel, а затем в дискретном виде в программную среду Mathcad. Сглаживание с последующей сплайн-интерполяцией данных осуществлялось с помощью алгоритма, реализуемого встроенным оператором supsmooth (х,у) (рис.4.6, рис 4.7).
Для дальнейшей математической обработки выделялась среднемасштабная составляющая сигнала. Вначале подавлялись быстрые вариации зависимости y(xi), которые чаще всего обусловлены «шумом», затем устранялись медленно меняющиеся вариации (устранение тренда), после этого проводилась полосовая фильтрация на основе последовательного скользящего усреднения (рис. 4.8, рис. 4.9, рис. 4.10).
