Обоснование рациональных параметров измельчителя перговых сотов

Для выполнения этой операции нами был разработан и изготовлен измельчитель перговых сотов, схема которого представлена на рисунке 1, а общей вид – на рисунке 2. Предложенное устройство защищено патентом на полезную модель [2]. Расчетная производительность изготовленной опытной установки составляет 120…130 кг/ч.

Измельчитель состоит из рамы 1 , на которой расположены электродвигатель 17 , сдвоенная подшипниковая опора 4 и рабочая камера 5 . В верхней части рабочей камеры, с воздушным зазором 16 от боковых стенок, установлена дополнительная камера 11 , представляющая собой открытый сверху полый цилиндр, дно которого выполнено в виде решета 8 , а боковые стенки изготовлены из сетки 10 . Под дополнительной камерой с наклоном закреплен поддон 6 , выходящий нижней частью в выгрузной патрубок 3 . Дно выгрузного патрубка снабжено постоянным магнитом 2 .

Внутри рабочей камеры в подшипниковой опоре вертикально установлен рабочий вал 7 , верхняя часть которого, расположенная внутри дополнительной камеры, снабжена закрепленными по винтовой линии цилиндрическими штифтами 9 . Привод рабочего вала осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу 18 . Сверху рабочая камера закрыта крышкой 15 . С внутренней стороны крышки закреплены демпферные сегменты 12 , выходящие в дополнительную камеру, а на ее внешней стороне расположена загрузочная горловина 13 с заслонкой 14.

Рис. 1. Схема измельчителя перговых сотов: А - общий вид; Б - разрез А-А рабочей камеры; В - вид Б внутренней стенки дополнительной камеры

Цель исследования . Установить рациональные конструктивно-технологические параметры измельчителя перговых сотов, позволяющие эффективно измельчать восковую основу сотов и высвобождать при этом целые гранулы перги.

Изготовленный опытный образец измельчителя (рис.2) позволяет в процессе проведения исследований варьировать следующими конструктивно-технологическими параметрами:

• - частотой вращения рабочего вала;

• - схемой расположения штифтов на рабочем валу;

• - геометрическими размерами штифтов.

Объекты и методы исследований . Для опытов были изготовлены штифты диаметром 10, 14, 18 мм (рис. 2, Г), а также штифтовая втулка (рис.2, В), снабженная шестью рядами вертикально расположенных отверстий, предназначенными для исследования различных схем закрепления штифтов на рабочем валу измельчителя. Втулка рассчитана на установку на рабочем валу трех штифтов по винтовой линии, под углом 120⁰ относительно друг друга. Конструкция втулки обеспечивает возможность формировать измельчающий аппарат из штифтов диаметром 10, 14, 18 мм, при этом для каждого используемого диаметра расстояние между плоскостями вращения штифтов может составлять 5, 15, 25 мм.

А                                       Б

В

Г

Рис. 2. Общий вид измельчителя перговых сотов: А – камера измельчения; Б – общей вид опытного образца измельчителя; В – штифтовая втулка, позволяющая изменять расстояние между плоскостями вращения штифтов; Г – штифты диаметром 10, 14, 18 мм

Для эксперимента был выбран трехфакторный, трехуровневый план проведения опытов, близкий к D-оптимальному. Факторы и уровни их варьирования приведены в таблице.

Исследование проводили следующим образом: измельчитель настраивали на исследуемый режим работы и приводили его в действие. В рабочую камеру измельчителя загружали навеску сотов массой 0,3±0,001кг, после загрузки рабочую камеру закрывали крышкой. Под ударным воздействием штифтов куски сотов измельчались до частиц, способных пройти через отверстия решета. Измельченный продукт выходил из измельчителя через выгрузной патрубок и накапливался в специальной емкости.

Из измельченной воскоперговой массы отбирали пробу весом 100±0,1 г и рассеивали ее на фракции посредством ситового рассева. Фракцию перги после отделения от воска, имеющей средний размер частиц 5,5 мм, считали состоящей из целых гранул требуемого качества [3]. Опыты проводили с трехкратной повторностью.

Факторы и уровни их варьирования

Уровень и интервал варьирования	Факторы
	Диаметр штифтов D, мм	Частота вращения рабочего вала n, об/мин	Расстояние между штифтами h, мм
	Х 1	Х 2	Х 3
Верхний уровень (-1)	10	546	5
Основной уровень (0)	14	580	15
Нижний уровень (+1)	18	614	25
Интервал варьирования	4	34	10

Результаты исследований и их обсуждение. Полученные экспериментальные данные подвергали статистическому анализу. Расчеты параметров регрессии, статистических критериев и оптимизацию установленных результатов проводили в программной среде MathCad 11.

В результате обработки экспериментальных данных, после отброса незначимых коэффициентов, уравнение регрессии получено в виде

Р      4624 + 2,331 h + 16,525 n + 0,018 d n 0,469 d2

0,065 h2  0,014728 n2 ,

где P ЦГ – процент целых перговых гранул, содержащихся в измельченной массе сотов, %;

• h – расстояние между плоскостями вращения штифтов, мм;

• n – частота вращения рабочего вала, об/мин;

• d – диаметр штифтов, мм.

При фиксировании значения одного из трех факторов на оптимальном уровне строятся графические зависимости критерия оптимизации от двух остальных факторов (рис. 3, 4).

Рис. 3. Зависимость выхода целых гранул от расстояния между плоскостями вращения штифтов h и частоты вращения вала n при оптимальном значении диаметра штифтов d = 10,671 мм

n , об/мин

h , мм

Оптимизация полученной функции выполнялась с помощью встроенной команды Maximize (f,x1,…) пакета MathCad 11. Функция достигает максимального значения 85% в точке ( d = 10,671 мм; h = 17,86 мм; n = 567 об/мин).

Максимум функции четко выражен при фиксированном значении d (рис. 3), то есть можно с определенной долей уверенности утверждать, что оптимальные значения n и h находятся внутри области планирования.

P цг , %

600>

d , мм

n , об/мин

Рис. 4. Зависимость выхода целых гранул от диаметра штифтов d и частоты вращения вала n при оптимальном значении расстояния между плоскостями вращения штифтов h = 17,86 мм

Анализ рисунков 3, 4 позволяет сделать вывод, что имеется экстремум в районе d = 10 мм (крайнего нижнего значения фактора). Однако маловероятно, что оптимальное значение находится в плане эксперимента. Но данное пограничное значение d целесообразно принять в качестве рационального из конструктивных соображений, тем более что изменение этой величины на ±10% не приводит к существенному изменению критерия оптимизации.