Delist.ru

Проектирование и исследование бункеров-дозаторов с оптимальными

Автор: Кочегаров Алексей Викторович

С целью оптимизации технологических параметров бункера с питателем было важно установить наиболее рациональные режимы, при которых обеспечивается равномерная и дозированная подача семенного материала из бункера на верхнее решето РУ, что позволит обеспечить оптимальную эффективность переработки семян на решетах. Для этого, помимо динамики технологического процесса, необходимо располагать знанием его статических характеристик.

Как показал анализ технологического процесса истечения семян в бункере-дозаторе и изучения конструкторско-технологических параметров и физико-механических свойств семян хвойных пород, технологический процесс носит вероятностный характер, а часть входных переменных относится к неуправляемым входным переменным, характеризующимся неоднородностью.

являются случайными величинами, то для описания его статики возможно использовать методы регрессионного анализа по каждой однородной компоненте математического описания на основе статистических данных, накопленных в результате эксперимента.

Так как данный объект управления допускает постановку активного эксперимента, а предпосылки регрессионного анализа выполняются, то возможно применение активного эксперимента с варьированием наиболее важными факторами: число щеток в механизме питателя zщ шт. (x1); частота вращения питателя nщ, мин-1 (х2); угол поворота гребенок в заслонке ?, град. (х3), а остальные входные переменные могут фиксироваться на заданном постоянном уровне.

Выбор наилучшего плана эксперимента (оптимального в некотором заданном смысле) позволяет во много раз повысить к.п.д. исследователя. Это особенно важно, когда эксперимент проводится в условиях неоднородностей. Здесь ошибка эксперимента может быть столь большой, что на ее фоне трудно выделить эффекты факторов, действие которых интересует экспериментатора. При наличии сильных источников неоднородностей анализ экспериментальных данных может быть ошибочным. Прежде чем перейти к описанию того, какие способы и приемы предлагаются при планировании эксперимента для уменьшения ошибок, рассматривают источники и виды неоднородностей.

В технологических исследованиях источниками неоднородностей дискретного типа чаще всего являются различия в сырье, аппаратах, машинах, способах проведения процессов, исполнителях и т.д. Так, весьма часто экспериментатор не в состоянии провести всю серию экспериментов на однородном сырье. Партии сырья могут отличаться по своему составу. Иногда приходится сравнивать эксперименты, проведенные на различных лабораторных установках. Возможные различия в аппаратуре также рассматриваются как источники неоднородностей. В некоторых случаях влияние источников неоднородностей может быть столь же сильным, как и основных факторов. Тогда эксперимент нужно планировать так, чтобы специально изучить влияние этого источника неоднородности.

Прежде чем переходить к планам эксперимента, предназначенным для исключения влияния источников неоднородностей, следует определить за счет чего можно исключить их влияние на ошибку реализации плана эксперимента и на адекватность полученного математического описания технологического процесса.

Одним из наиболее эффективных приемов исключения влияния неоднородности на результаты эксперимента является декомпозиция математического описания объектов управления с неоднородными характеристиками.

В четвертой главе представлены результаты изучения состава исходного вороха и физико-механических характеристик семян сосны обыкновенной, предварительных исследований по истечению семян из бункера.

Анализ полученных экспериментальных данных свидетельствует о высокой чистоте исходного вороха: 1 % примесей, мелкая фракция 8,33 %, средняя 31,46 %, среднекрупная 24,6 % и крупная 21,52 %. Численное значение объемной массы семян сосны меньше в два раза, чем удельная масса семян. По значениям коэффициентов вариации можно отметить, что объемная и удельная массы имеют достаточно стабильные величины. Средняя масса 1000 шт. семян составляет 7,15 грамм. Угол естественного откоса ( = 28,350. Анализируя полученные результаты, по размерам семян можно сказать, что средняя длина семян сосны обыкновенной составляет 3.71 мм, ширина 2.25 мм и толщина 1.35 мм. Вариационные кривые, построенные на основе полученных данных размеров семян сосны, позволяют сделать заключение о том, что длина семян сосны обыкновенной находится в пределах 2,7…4,7 мм, ширина 1,9…2,6 мм, толщина 1,0…1,7 мм. Полученные кривые размеров длины, ширины и толщины по внешнему виду близки к кривым нормального распределения. Их оценка с помощью (-критерия Пирсона показала не существенное отклонение от нормального закона распределения (рис. 7). Значения динамических и статических коэффициентов трения значительно отличаются. Так, если коэффициент статического трения по стали листовой равен 0,45, то динамический коэффициент составляет 0,35; по прорезиненной ткани динамический 0.88 и статический 0,49; по капролону соответственно 0,61 и 0,49.

При свободном истечении семенного материала с примесями и предварительно очищенного наблюдается значительная разница массы прошедших семян в единицу времени через выпускное отверстие. Наличие в семенном материале примесей снижает массу свободно прошедших семян в 1,5-1,9 раза (рис. 8). Причем разница для небольшой ширины отверстий (15, 20 и 25 мм) оценивается в 1,5 – 1,7 раза. Для большей ширины она у очищенных семян больше почти в два раза, чем у семян с примесями. Вместе с тем как у семян с примесями, так и очищенных имеет место линейная зависимость. Для проектной производительности решетной установки (5-10 кг/г) размер щели можно ограничить в пределах 15-20 мм.

Рис. 7. Характеристики распределения размерных показателей семян

1- толщина; 2 – ширина; 3 - длина

При исследовании дозирующего устройства при различных скоростях вращения вала щеточного питателя предварительные опыты показали, что частота вращения вала должна быть в пределах 90…150 мин-1, а минимальная ширина выпускного отверстия – не менее 4 мм.

Рис. 8. Влияние ширины выпускного отверстия на массу прошедших семян

1 – с примесями; 2 – предварительно очищенных

Анализ полученных данных показывает, что при определенных частотах вращения вала питателя и соответствующем угле установки (поворота заслонки) можно добиться производительности от 5,142 до 27,672 кг/ч. Следует отметить, что наибольшее влияние на количество подаваемых семян питателем оказывает количество щеток в механизме, производительность питателя увеличивается почти в два раза по сравнению с установленной одной щеткой. Меньшее влияние на производительность оказывает частота вращения питателя. При увеличении частоты вращения вала питателя с 25 до 35 мин-1 повышается производительность с 10 до 12 кг/ч, то есть всего на 17 %. Однако увеличив частоту вращения до 45 мин-1, производительность повысится с 10 до 17 кг/ч. Изменяя угол поворота гребенок от 20 до 300, производительность увеличится с 5,142 до 5,5 кг/ч, то есть на 7%. Однако увеличение угла поворота с 20 до 400 увеличивает производительность с 5,142 до 9,875 кг/ч. Совместное увеличение угла поворота заслонки до максимального значения (400) и частоты вращения питателя до 45 мин-1 приводит к повышению производительности с 5,142 до 16,634 кг/ч, то есть почти в 3 раза. Визуальное наблюдение за работой щеточного питателя в разработанной конструкции дозирующего устройства с регулируемой гребенчатой заслонкой показало, что подача семенного материала на рабочий орган машины равномерная и непрерывная (табл. 2).

Таблица 2

Предварительные результаты исследований бункера-дозатора

Частота вращения вала питателя n, мин-1 Количество щеток на валу Zm, шт Угол поворота гребенок заслонки, (, град. Масса подающих семян из бункера

Время работы питателя, t Всего г/с кг/ч

45 3 40 60 461 7,6 27,672

45 1 40 60 276,1 4,6 16,568

25 3 40 60 277,2 4,61 16,634

25 1 40 60 165,0 2,7 9,875

45 3 20 60 324,6 5,3 19,448

45 1 20 60 146,7 2,3 8,804

25 3 20 60 208,8 3,45 12,528

25 1 20 60 85,7 1,428 5,142

35 3 30 60 374,1 6,2 22,448

35 1 30 60 133,7 2,2 8,023

45 2 30 60 285,3 4,7 17,122

25 2 30 60 166,7 3,7 10,004

35 2 40 60 255,3 4,2 15,351

35 2 20 60 131,4 2,18 7,884

Таким образом, новая конструкция дозирующего устройства для решетных сортировальных машин позволяет регулировать подачу семенного материала на решето в широком диапазоне. Регулировка подаваемого семенного материала осуществляется в установленном режиме без остановки машины, а процесс подачи осуществляется равномерно и непрерывно.

гребенчатой заслонки с 14 до 10 мм и тем самым уменьшить производительность на 40%.

В пятой главе рассматриваются вопросы моделирования и оптимизации технологического процесса в бункере-дозаторе с щеточным питателем для семян хвойных пород, в частности, сосны обыкновенной, для определения оптимальных конструктивно-технологических параметров бункера-дозатора, при которых обеспечивается равномерная и дозированная подача семенного материала на рабочий орган решетной установки.

Производится декомпозиция математического описания производительности и коэффициента вариации бункера-дозатора с использованием обобщенного показателя неоднородности. Построены оптимизационные модели технологического процесса подачи и равномерности распределения семян, определены оптимальные значения варьируемых входных переменных.

Семена хвойных пород (сосна обыкновенная, ель обыкновенная, лиственница сибирская) образуют группу объектов ?, отличающиеся различием (неоднородностью) в физико-механических характеристиках, что оказывает влияние на параметры технологического процесса дозирования семян и конструктивно-технологические параметры бункера-дозатора.

загрузка...