Delist.ru

Проектирование и исследование бункеров-дозаторов с оптимальными

Автор: Кочегаров Алексей Викторович

В свою очередь, технологический процесс дозирования семян характеризуется неоднородностью неуправляемых входных переменных, вызванной различием физико-механических характеристик семян хвойных пород, а те, в свою очередь, условиями произрастания (почва, климатические условия и т.п.). Отсюда возникает необходимость оценки неоднородности как в группе, так и в подгруппе семян хвойных пород.

При планировании эксперимента необходимо уменьшить ошибку при математическом описании объектов управления с неоднородными характеристиками за счет применения 1) планов эксперимента, учитывающих неоднородность объектов управления и 2) декомпозиции математического описания объектов управления:

Оценка степени неоднородности ?, неоднородность объектов в группе ? подтвердили наличие существенной неоднородности в группе семян хвойных пород.

На основе результатов исследования технологического процесса подачи семенного материала и теоретических исследований для определения производительности бункера-дозатора решетной установки установлено, что коэффициент k зависит от вида очищаемого материала, его фракционного состава, влажности, коэффициента внутреннего трения и других физико-механических свойств семян. В свою очередь, от коэффициента k зависят соотношения zщ – количества щеток в питателе и nщ – частоты вращения питателя.

Поэтому при формировании математического описания данного технологического процесса применен коэффициент k в виде обобщенного показателя неоднородности.

Поскольку под управлением в кибернетике понимаются ограничение разнообразия, управление в условиях неоднородности задачи управления имеет особенности, связанные с разнообразием, порождаемым этими неоднородностями, то при расчете производительности конкретной конструкции (с фиксированными конструктивными параметрами) будем считать, что коэффициент k зависит только от свойств семенного материала и представляет собой обобщенный показатель неоднородности семян хвойных пород.

В связи со сложностью планирования и реализации планов эксперимента в условиях неоднородностей задачу учета неоднородностей при математическом описании технологического процесса дозирования семян хвойных пород декомпозиции можно осуществить с использованием обобщенного показателя неоднородности неуправляемых входных переменных.

Следовательно, при получении математического описания технологического процесса дозирования необходимо для учета неоднородности и декомпозиции математического описания в управлении регрессии вводить либо обобщенный показатель неоднородности k, либо те конструктивные параметры, которые зависят от этого показателя.

щ = 0,035м; угол наклона прутковой решетки к горизонту - ( = 350; высота расположения приводного вала над днищем бункера H = 0,065 м.

), являясь случайными величинами, распределены по нормальному закону. После реализации плана эксперимента были определены оценки коэффициентов управления регрессии, их статистическая значимость и построены математические модели, адекватно описывающие технологический процесс дозирования и равномерного распределения семян сосны обыкновенной на верхнем решете:

Q = _ 39,15 _ 9,06 zщ + 0,36 nщ + 0,01( + 0,25 zщ nщ + 0,2 zщ ( + 0,26 nщ2 (26)

= 58,36 _ 16,42 zщ _1,99 nщ – 2,14( + 5,24 zщ 2+ 0,03 nщ 2+ 0,03( 2. (27)

, %, значение которой минимизировалось. В качестве основного ограничения при решении задачи было принято условие задаваемой производительности бункера-дозатора.

В этом случае оптимизационная модель имеет следующий вид:

где С – константа, равная заданной производительности.

Решение оптимизационной задачи проводилось методом Ньютона на ЭВМ с помощью стандартного пакета программ Excel.

Оптимальным параметрам и режимам работы бункера-дозатора РУ (рис. 9), обеспечивающим высокую эффективность технологического процесса равномерного распределения семян на верхнем решете при подаче (производительности) Q = 2,5; 5; 7,5 и 10 кг/ч, соответствуют следующие значения: число щеток в механизме питателя 2; 2; 2 и 2 шт., частота вращения питателя 27,8; 25,3; 27,6 и 26,5 мин-1, угол поворота гребенок в заслонке 26,3; 27,5; 33,7 и 20,20.

= 19,46; 14,37; 14.43; 13,65  % при производительности Q = 10; 7,5; 5; 2,5 кг/ч соответственно. Максимальному значению производительности бункера Q = 10 кг/ч соответствует минимальное значение коэффициента вариации равномерности подачи

= 13,65 %.

В шестой главе приведены результаты реализации итогов исследований и оценка экономической эффективности применения машины для вторичной очистки и сортирования хвойных пород с новой конструкцией бункера-дозатора.

Рис. 9. Кривые, характеризующие процесс подачи семенного материала

бункером-дозатором

а), б), в) - производительность, Q кг/ч;

В результате проведенных исследований была разработана конструкция бункера-дозатора для решетной установки, обеспечивающая равномерную и дозированную подачу семенного материала на рабочий орган.

Лабораторный образец машины (рис. 10) состоит из рамы 1, на которой закреплен загрузочный бункер 2 с питателем 4 с помощью кронштейнов 3. Щеточный барабанный питатель 4 размещен под наклонной перегородкой 5, которая отсекает питатель 4 от семенной массы в бункере 2, а в зоне выхода семенной массы установлена гребенчатая заслонка 6, которая выполнена в виде гребенок овального сечения 7, которые имеют возможность поворачиваться вокруг своей оси. Щетки 8 питателя 4 взаимодействуют с гребенчатой заслонкой 6 и вычесывают семена из подпруткового пространства и выбрасывают их на решето 9. Под бункером 2 расположен корпус 10, на котором крепится каркас 11 с верхним решетом 12 и каркас 13 с нижними решетами 14, 15. Корпус 10 закреплен на раме 1 при помощи подвесок 16,17 на противоположных концах корпуса 10. Механизм колебания решетного стана включает в себя эксцентриковый вал 18 и два шатуна 19. Привод осуществляется от электродвигателя 20 через клиноременную передачу 21.

Рис. 10. Схема лабораторного образца решетной установки

Разработанная конструкция решетной установки с предложенным бункером-дозатором прошла опытно-производственную проверку в Бобровском опытном лесокомбинате и Семилукском лесхозе Воронежского комитета природных ресурсов, показав хорошее качество работы.

Годовой экономический эффект от использования машины с бункером-дозатором при обработке 1500 кг семенного сырья составляет 37,6 тыс.руб. Срок окупаемости новой машины 2,2 года.

Материалы исследований подтверждены патентами РФ № 2156557, 2187926, 2235450, 2167725.

В приложении приведено программное обеспечение и представлены акты внедрения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Вторичная очистка и сортирование являются важными и заключительными стадиями технологического процесса обработки семян. В настоящее время в лесном хозяйстве нет достаточно эффективного устройства для равномерной и дозированной подачи семенного материала на рабочий орган сортировальных установок, а также нет соответствующих исследований, связанных с обоснованием конструкции бункера-дозатора и его основных параметров.

2. Предложена и обоснована конструкция бункера-дозатора решетной установки, в которой щеточный питатель отделен от семенной массы специальной наклонной перегородкой, а в зоне выхода семенного материала из бункера установлена регулировочная гребенчатая заслонка. Новизна и оригинальность конструкции защищена патентом РФ № 2167725.

3. Получены аналитические зависимости для определения зазора между прутками; расстояния между центром вращения приводного вала и днищем бункера; числа «рабочих зон», в которые проникают щетки при проходах; угла установки гребенчатой заслонки и других конструктивных параметров. Установлено, что зазор между прутками заслонки необходимо принимать в пределах от 2,5…4 мм; расстояние между центром вращения приводного вала и днищем бункера – 65…70 мм; число «рабочих зон» – 18 и угол установки гребенчатой заслонки – 350.

4. Получены аналитические зависимости с компьютерной поддержкой для определения объема и массы очищаемого материала, захватываемого щеткой за один оборот, и для определения количества подаваемого семенного материала бункером-дозатором (производительности) в единицу времени. Установлено, что необходимую проектную производительность решетной установки, равную 2,5-10 кг/ч, можно обеспечить при частоте вращения вала питателя равной 25-45 мин–1 и угле поворота гребенок – 20-300.

5. 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.

6. Технологический процесс дозирования семян характеризуется неоднородностью неуправляемых входных переменных, вызванной различием физико-механических характеристик семян хвойных пород, а те, в свою очередь, условиями произрастания (почва, погодные условия и т.п.). Отсюда возникает необходимость оценки неоднородности как в группе, так и в подгруппе семян хвойных пород.

7. При планировании эксперимента необходимо уменьшить ошибку при математическом описании объектов управления с неоднородными характеристиками. Эти методы предусматривают применение 1) планов эксперимента, учитывающих неоднородность объектов управления и 2) декомпозиции математического описания объектов управления.

8. При получении математического описания технологического процесса дозирования необходимо для учета неоднородности и декомпозиции математического описания в управлении регрессии вводить либо обобщенный показатель неоднородности k, либо те конструктивные параметры, которые зависят от этого показателя.

9. Получена математическая модель для определения производительности бункера-дозатора, как объекта с неоднородными характеристиками, и для определения равномерности распределения семян на верхнем решете РУ. Установлено, что наибольшее влияние на производительность оказывает число щеток питателя, меньшее – частота вращения вала питателя, наименьшее – угол поворота гребенок в заслонке. Увеличение числа щеток и частоты вращения приводит к повышению производительности. Наиболее сильное влияние на равномерность подачи семян оказывает количество щеток, менее значительное – угол поворота гребенок в заслонке и наименьшее – частота вращения питателя.

загрузка...