О выборе рациональных параметров молотковой дробилки с монолитным молотком
Автор: Балданов М.Б., Сергеев Ю.А., Коновалов В.И., Коновалова А.А.
Журнал: Вестник Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления @vestnik-esstu
Рубрика: Технологии и средства механизации сельского хозяйства (технические науки)
Статья в выпуске: 1 (76), 2020 года.
Бесплатный доступ
Применение новых конструкций измельчающих машин и их рабочих органов напрямую влияет на процесс измельчения, характеризующийся качественными показателями измельченного продукта и удельными энерго- и материалозатратами. Также при изменении конструкции измельчающей машины возникает проблема ее внедрения в технологический цикл производства кормов ввиду того, что изменяются удельные показатели производительности и энергозатрат, на которые не рассчитана технологическая линия. В связи с этим подбор рациональных значений показателей качества и удельных энергозатрат имеет актуальное значение при выборе настроек конструктивных и кинематических параметров измельчающей машины. В данной статье рассматривается проблема, связанная с поиском наиболее рационального значения критериев оптимизации, описывающих процесс измельчения зерновых кормов в молотковой дробилке с монолитной конструкцией молотка, среди ряда оптимальных точек целевых функций.
Модуль помола, измельчитель, зерно, энергоемкость, производительность, рациональные параметры, критерий оптимизации, молоток
Короткий адрес: https://sciup.org/142228510
IDR: 142228510
Текст научной статьи О выборе рациональных параметров молотковой дробилки с монолитным молотком
Процесс измельчения зерновых кормов неотрывно связан с потерями энергии и материалов, включая металл рабочих органов измельчающих машин и переизмельченные продукты. Для решения данной проблемы рядом авторов предлагаются различные технологические схемы компоновки оборудования и конструктивные решения по способу измельчения. Однако до сих пор самой распространенной конструкцией измельчающей машины являются молотковые дробилки. На сегодня существует множество вариантов конструкций молотковых дробилок, где основными изменяемыми конструкционными элементами являются молотки и деки. При использовании наборных пластинчатых молотков возникает ряд дополнительных проблем, связанных с продольными и поперечными колебаниями ротора. В качестве технического решения проблемы колебаний была разработана конструкция молотковой дробилки с монолитным пространственным молотком [1, 2, 3, 4, 9]. Последующие исследования разработанной конструкции показали эффективность ее работы [5, 6, 7]. Однако при решении задачи оптимизации необходимо учитывать совместный результат ряда критериев оптимизации, характеризующих исследуемый процесс измельчения, что является проблемой, при большом количестве оптимальных значений. С учетом указанной проблемы целью данного исследования является создание теоретической основы выбора рациональных значений критериев оптимизации из ряда оптимальных. В качестве критериев, наиболее полно характеризующих процесс измельчения в молотковой дробилке предлагаемой конструкции, были выбраны модуль помола М и удельные энергозатраты А.
Объекты и методы исследований
Объектом исследований был выбран массив экспериментальных данных зависимости модуля помола и удельных энергозатрат от конструктивных факторов, а предметом стала взаимосвязь факторов и критериев.
Для анализа взаимосвязей применялась стандартная методика планирования эксперимента на основе полного факторного плана 33 (табл. 1). Обработка результатов исследований производилась с применением программного обеспечения PlanExpB-D13 v.1.0, Statistica 6.0 и Grapferv. 15.
Таблица 1
План эксперимента и выходные параметры опытов
|
Номер опыта (u) |
Матрица планирования |
Натуральные значения переменных |
Выходной параметр (Y1 (М), мм - модуль помола) |
Выходной параметр (Y1 (А), кВт*ч/кг - удельные энергозатраты) |
||||
|
X1 |
X2 |
X3 |
Nm, шт |
Vм, м/с |
Qп, кг/ч |
Y1 |
Y2 |
|
|
1 |
-1 |
-1 |
-1 |
2 |
120 |
10 |
1,69 |
0,54 |
|
2 |
+1 |
-1 |
-1 |
4 |
120 |
10 |
1,54 |
0,843333 |
|
3 |
-1 |
+1 |
-1 |
2 |
210 |
10 |
1,413333 |
1,29 |
|
4 |
-1 |
-1 |
+1 |
2 |
120 |
30 |
1,96 |
0,946667 |
|
5 |
-1 |
0,19 |
0,19 |
2 |
173,55 |
21,9 |
1,75 |
1,026667 |
|
6 |
0,19 |
-1 |
0,19 |
3,19 |
120 |
21,9 |
1,97 |
0,58 |
|
7 |
0,19 |
0,19 |
-1 |
3,19 |
173,55 |
10 |
1,3 |
0,736667 |
|
8 |
-0,29 |
+1 |
+1 |
2,71 |
210 |
30 |
3,15 |
0,736667 |
|
9 |
+1 |
-0,29 |
+1 |
4 |
151,95 |
30 |
1,64 |
0,68 |
|
10 |
+1 |
+1 |
-0,29 |
4 |
210 |
17,1 |
3,373333 |
0,553333 |
В качестве факторов, влияющих на исследуемый процесс измельчения, были выбраны количество молотков (Nm, шт.), окружная скорость молотков (Vм, м/с) и величина подачи материала в зону дробления (Qп, кг/ч), которые изменялись в заданных пределах (табл. 2).
Факторы и интервалы их варьирования
Таблица 2
|
Нижний уровень (-1) |
Основной уровень (0) |
Верхний уровень (+1) |
Интервал варьирования |
Наименование фактора |
|
|
X1: |
2 |
3 |
4 |
1 |
Nm, шт |
|
X2: |
120 |
165 |
210 |
45 |
Vм, м/с |
|
X3: |
10 |
20 |
30 |
10 |
Qп, кг/ч |
Результаты исследования и их обсуждение
На основании обработки результатов экспериментальных исследований зависимости модуля помола и удельных энергозатрат от ряда факторов получены математические модели, адекватно описывающие процесс в заданной выборке по F-критерию Фишера.
У1 = (1,824) + (0,191) • Х1 + (0,495) • Х2 + (0,323) • Х3 + (-0,014) • Х12 + (0,681) • Х2 2 + (-0,335) • Х32 + (0,355) • Х1 • Х2 + (-0,091) • Х1 • Х3 + (0,278) • Х2 • Х3 (1)
У2 = (0,63) + (-0,155) • Х1 + (0,053) • Х2 + (-0,018) • Х3 + (0,178) • Х12 + (-0,031) • Х2 2 + (0,067) • Х32 + (-0,203) • Х1 • Х2 + (-0,103) • Х1 • Х3 + (-0,118) • Х2 • Х3 (2)
Для оценки характера взаимосвязей между факторами и критериями оптимизации был построен ряд сечений поверхностей отклика, где наблюдаются точки оптимума, которым соответствуют оптимальные значения настроек молотковой дробилки предлагаемой конструкции (рис. 1).
а б
Рисунок 1 – Сечение поверхности отклика модуля помола (Y1) от ряда факторов:
а - значение экстремума составляет Y1_opt=1,768 и соответствует значениям факторов: X2=-0,426 (145,83) и X3=0,305 (23,05) при X1=0 (3); б - значение экстремума составляет
Y1_opt=1,75 и соответствует значениям факторов: X1=0,514 (3,514) и X2=-0,497 (142,635) при X3=0 (20)
При анализе зависимости удельных энергозатрат от факторов выяснилось, что данный критерий имеет 3 оптимума (рис. 2).
б
в
Рисунок 2 – Сечение поверхности отклика удельных энергозатрат (Y2) от ряда факторов: а - значение экстремума составляет Y2_opt=0,633 и соответствует значениям факторов: x2=0,224 (175,08) и x3=0,332 (23,32) при x1=0 (3); б – Y2_opt=0,577 при X1=0,61 (3,61), X3=0,603 (26,03) и X2=0 (165); в – Y2_opt=0,6 при x1=0,322 (3,322), x2=-0,199 (156,045) и x3=0 (20)
При применении метода выбора рациональных значений критериев оптимизации среди оптимальных [8] выяснилось, что наилучшие реальные показатели по модулю помола соответствуют 1,768 мм, а удельным энергозатратам - 0,633 кВт∙ч/кг.
Оптимальные значения критериев оптимизации и соответствующих им факторов
Таблица 3
|
М= Y 1_opt (x 1 ,x 2 ,x 3 ), мм |
Nm, шт (x 1) |
Vм, м/с (x 2) |
Qп, кг/ч (x 3 ) |
|
1,768 |
3 |
145,83 |
23,05 |
|
1,75 |
3,514 |
142,635 |
20 |
|
А = Y 2_opt (x 1 ,x 2 ,x 3 ), кВт∙ч/кг |
Nm, шт (x 1) |
Vм, м/с (x 2) |
Qп, кг/ч (x 3 ) |
|
0,633 |
3 |
175,08 |
23,32 |
|
0,577 |
3,61 |
165 |
26,03 |
|
0,6 |
3,322 |
156,045 |
20 |
Список литературы О выборе рациональных параметров молотковой дробилки с монолитным молотком
- Балданов М.Б., Шагдыров И.Б., Гармаев Ц.И. и др. Выбор конструктивно-технологической схемы измельчителя грубых кормов // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Р. Филиппова. 2012. № 1(26). С.73-77.
- Галсанова Э.Ц., Ямпилов С.С., Васильев Н.Ф. и др. Динамика зерновой частицы в воздушном потоке молотковой дробилки // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Р. Филиппова. 2013. № 2 (31). С.78-82.
- Шагдыров И.Б., Балданов М.Б., Митрофанов Е.А. Модернизированный измельчитель фуражного зерна // Сельский механизатор. 2013. № 1. С. 26-27.
- Балданов М.Б., Сергеев Ю.А. Теоретическое описание движения молотка и зерновки в малогабаритном молотковом измельчителе // Вестник ВСГУТУ. 2014. № 1 (46). С. 50-54.
- Коновалов В.И., Балданов М.Б. Анализ теоретических и экспериментальных результатов исследований одновальцово-декового измельчителя зерна // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Р. Филиппова. 2014. № 4(37). С. 68-73.
- Коновалов В.И., Шагдыров И.Б., Балданов М.Б. и др. Анализ процесса измельчения фуражного зерна в одновальцово-дековом измельчителе // Механизация и электрификация сельского хозяйства: межведомственный тематический сборник. В 2 т. - Минск: РУП "НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства", 2014. С. 99-104.
- Балданов М.Б., Сергеев Ю.А., Лабаров Д.Б. и др. Энергетическая оценка процесса измельчения кусковых материалов // Вестник ВСГУТУ. 2019. № 2 (73). С. 57-63.
- Коновалов В.И., Коновалова А.А., Коновалов В.В. Результаты экспериментального исследования зависимости энергозатрат и производительности одновальцово-декового измельчителя от параметров его конструкции // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2019. № 3. С. 50-58.
- Патент на изобретение № 2478008 Монолитный молоток универсального измельчителя / Шагдыров И.Б., Балданов М.Б. Опубл. 27.03.2013.
