CC BY
38
УДК 621.922: 621.921.34
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ОДНОРОДНОСТИ СМЕСИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
А.В. Евсеев
Проведена экспериментальная проверка математической модели и критерия оценки качества детерминированного формирования однородности смеси металлических порошков на роторном смесительном модуле.
Ключевые слова: эксперимент, смеситель, критерий оценки качества, смесь.
В работах [1, 2] были рассмотрены возможные конструкции и способы получения смесей заданного качества с высокой вероятностью. Для исследования адекватности математической модели детерминированного формирования однородности смеси [3, 4] был разработан опытный стенд, на котором проводились эксперименты по дозированию и смешиванию металлических порошков, применяемых в инструментальном производстве (рис.1).
Рис. 1. Экспериментальный стенд для проведения экспериментов детерминированного формирования однородности смесей
В процессе эксперимента смешивали кристаллы сплава ММп как ключевого компонента с медным порошковым наполнителем ПМС -1.
Образцы смеси помещались в цилиндрические алюминиевые формы, где осуществлялась фиксация структуры с помощью эпоксидного клея и растворителя. Далее производилась сушка образцов в течение двух суток при комнатной температуре. Образцы разрезались перпендикулярно цилиндрической плоскости и полученные поверхности шлифовались. Исследования проводились визуально с помощью микроскопа "№о!Ы-21" фирмы "Каг1Се15". При увеличении в 160 раз по внутрилинзовой сетке просчитывалось количество зёрен каждого компонента в 16 равных элементарных ячейках условной точки идеального смешения.
По результатам экспериментов определения характеристик дозирующих устройств, в частности роторных питателей, определено минимально возможное объёмное дозирование сыпучего компонента, обладающего средними адгезионными свойствами = 0,98... 1,0 мг, с точностью выдачи микрообъёмов, рассчитанной после обработки экспериментальных данных по формуле для среднеквадратического отклонения
т , —х2
где т - число наблюдений; х^п - общее число наблюдений, и равной 0,0265 мг, т.е. - 2,65 % от т^.
анализируемые ячейьси
Исследование образцов смеси (полученной детерминированным способом) методом непосредственного количественного анализа проводилось по схеме, изображённой на рис. 2.
Условные точки идеального смешения, имеющие в плоскости размер axa, разбивались на 16 равных квадратных ячеек, в которых подсчи-тывалось число частиц ключевого компонента и наполнителя.
Результаты исследований сведены в таблицы (рис. 3). Xn(NiMn) = 10,2w(#MC-l) = 6064.
Условная точка идеаль-
ного смешения № 1
№ Число частиц в
опыта пробе
№Мп ПМС -1
1 0 39
2 1 26
3 0 39
4 0 38
5 0 39
6 0 40
7 0 39
8 0 39
9 0 39
10 0 38
11 0 39
12 0 39
13 0 39
14 0 38
15 0 39
16 0 38
X 1 608
Условная точка идеаль-
ного смешения № 2
№ Число частиц в
опыта пробе
№Мп ПМС -1
1 0 39
2 0 39
3 0 39
4 1 27
5 0 39
6 0 39
7 0 38
8 0 39
9 0 39
10 0 38
11 0 39
12 0 39
13 0 38
14 0 39
15 0 39
16 0 39
X 1 609
Условная точка идеаль-
ного смешения №3
№ Число частиц в
опыта пробе
№Мп ПМС -1
1 0 38
2 0 39
3 0 38
4 0 38
5 0 39
6 0 39
7 0 38
8 1 27
9 0 39
10 0 39
11 0 38
12 0 39
13 0 38
14 0 38
15 0 39
16 0 38
X 1 604
Условная точка идеаль-
ного смешения № 4
№ Число частиц в
опыта пробе
№Мп ПМС -1
1 0 39
2 0 39
3 0 38
4 0 39
5 1 27
6 0 39
7 0 38
8 0 39
9 0 39
10 0 38
11 0 39
12 0 39
13 0 39
14 0 39
15 0 39
16 0 39
X 1 609
Условная точка идеаль-
ного смешения № 5
№ Число частиц в
опыта пробе
№Мп ПМС -1
1 0 39
2 0 38
3 0 39
4 0 39
5 0 38
6 0 39
7 1 27
8 0 39
9 0 39
10 0 39
11 0 38
12 0 39
13 0 39
14 0 38
15 0 39
16 0 38
X 1 607
Условная точка идеального смешения № 6
№ опыта Число частиц в пробе
№Мп ПМС-1
1 0 38
2 0 39
3 0 38
4 0 39
5 0 40
6 0 39
7 0 38
8 0 39
9 0 38
10 1 26
11 0 39
12 0 39
13 0 38
14 0 39
15 0 38
16 0 39
X 1 606
Рис. 3. Результаты исследований (начало, см. также с. 155)
153
Условная точка идеаль-
ного смешения № 7
№ Число частиц в
опыта пробе
ММп ПМС -1
1 0 39
2 0 39
3 1 27
4 0 38
5 0 39
6 0 39
7 0 38
8 0 39
9 0 38
10 0 40
11 0 39
12 0 38
13 0 39
14 0 38
15 0 39
16 0 39
X 1 608
Условная точка идеаль-
ного смешения № 8
№ Число частиц в
опыта пробе
ММп ПМС -1
1 0 40
2 0 39
3 0 38
4 0 39
5 0 39
6 1 26
7 0 38
8 0 38
9 0 39
10 0 39
11 0 38
12 0 39
13 0 38
14 0 39
15 0 38
16 0 38
X 1 605
Условная точка идеаль-
ного смешения № 9
№ Число частиц в
опыта пробе
ММп ПМС -1
1 1 26
2 0 39
3 0 38
4 0 39
5 0 38
6 0 39
7 0 39
8 0 38
9 0 38
10 0 39
11 0 38
12 0 39
13 0 38
14 0 39
15 0 38
16 0 39
X 1 604
Условная точка идеаль-
ного смешения № 10
№ Число частиц в
опыта пробе
ММп ПМС -1
1 0 39
2 0 38
3 0 38
4 0 39
5 0 38
6 0 38
7 0 40
8 0 38
9 0 39
10 0 38
11 0 39
12 0 38
13 0 38
14 0 39
15 1 27
16 0 38
X 1 604
Рис. 3. Результаты исследований (окончание)
Параметры формируемой смеси
( (ММп) ср = 0,35 мм, ( (ПМС - 1)ср = 0,1 мм, соотношение компонентов 1: 50 соответственно, массовый эквивалент У0 составляет 50 мг, при т^ = 0,98 мг.
Интересуемый уровень единичной эффективной выборки использования составляет 500 мг (N £ 10) в силу того, что расчётное (закладываемое) отклонение содержания ключевого компонента в выборке использования, равное 1 % (0,01), может быть достигнуто в большей выборке, хотя и при меньшем соотношении компонентов, некоторыми известными способами на существующих конструкциях смесителей.
При N = 10 суммарное число зёрен в массовом эквиваленте выборки использования в 500 мг смеси:
п( тмп) =10, п( пмс-1) = 6064.
Тогда сумма площадей (объёмов), занимаемых соответствующими компонентами в выборке (см. рис.2),
5 = п ■ (2,
при этом условно предполагается, что остальное пространство между неквадратными частицами равномерно занято отвердителем смеси.
Площадь сечения (объёмный эквивалент) ключевого компонента ШМп, занимаемая им в 10 условных точках идеального смешения, разбитых, в свою очередь, на 16 равных квадратов каждая, составила:
5шмп = 10 ■( 0,35 мм )2 = 1,225мм 2.
аналогично для наполнителя:
5 ПМС-16064 ■( 0,1мм )2 = 60,64мм 2.
Отклонение содержания ключевого компонента в выборке У определено по формуле
5 =
1
5пмс-1
К5ММп
где К - массовое соотношение компонентов в смеси, следовательно,
5 =
1 -
60,64мм2
50 ■ 1,225м2
= 0,00995.
т.е. не превысила 1 %.
Таким образом, автору удалось экспериментально получить смесь сформированную детерминированным способом на стенде автоматизированного роторного смесительного модуля, со следующими качественными показателями:
V (массовый эквивалент) = 500 мг; V) (массовый эквивалент) = 50 мг; N = 10; шк = 0,98 мг; о0 = 0,0265 мг; МБ = 49,02 мг; 8 = 0,01 (1%) и при соотношении компонентов в смеси 1:50. Проведём проверку адекватности полученных экспериментальных данных результатами теоретических расчётов [5].
Из численного решения модели процесса детерминированного формирования однородности
N =
2 2
р(1 -а) о2
2шкЪ2
0
Для проверенных условий функционирования процесса
_р(1 -0,01)2(0,0265мг)2 _ nтеор _ " чо „ "2 _ I0,835,
2 (0,98мг )2 (0,01)2
N - N
лг ~ лг л теор 1У экс
^ экс ~ ^теор , ^ _ N 1 л
N жс 10
110,835 -10| -1—-0,835.
Таким образом, расчётное значение объёма выборки эффективного использования смеси потребителем отличилось от полученного экспериментально на 8,35 %, поэтому можно отметить вполне удовлетворительную сходимость. При этом автор хочет отметить, что расчётное значение N для выборки смеси с заданными свойствами и сформированной на устройстве с известными технологическими параметрами превысило полученное экспериментально, то есть реально приготовлена смесь несколько более высокого качества, чем это было смоделировано. Это обстоятельство обусловлено прежде всего высоким уровнем а , принятым при моделировании равным 0,01 и несколько завысившим оценку N. Обычно а находится в пределах 0,03 - 0,05. Вообще в дальнейшем по мере совершенствования смесителей, реализующих детерминированный метод формирования однородности смесей сыпучих материалов, автор считает возможным получение смесей с такими же качественными характеристиками, но с объёмами выборок использования в 5-10 и более раз меньшими, чем полученные в данной экспериментальной работе. Это обусловлено созданием промышленных образцов как дозирующих, так и смесительных устройств.
Одной из целей проводимых экспериментов была проверка гипотезы нормальности распределения случайной величины - массы (объёма) микрообъёмов компонентов, выдаваемых питателями. Проверка результатов экспериментов по дозированию различных сыпучих компонентов осуществлялась с помощью критериев Пирсона и Фишера. Уровень значимости а принимался равным 0,05.
Экспериментальная проверка процесса смешения подтвердила правомерность допущений, принятых при его математическом моделировании, и обозначила удовлетворительную сходимость результатов экспериментов с данными теоретических расчётов. Отклонения содержания ключевого компонента в выборке использования не превышали ( = 0,5... 1,5% при а = 0,01 и при условии точности выдачи питателями микрообъёмов компонентов в 2...3 %. Однако достижение таких высоких результатов оказалось возможным и при наличии числа точек идеального смешения в выборке N > 10, то есть выборка с такими свойствами а и 5 оказывается достаточно большой - до 500 мг и более - при весовом соотношении компонентов в смеси свыше 1: 50 . Это обусловлено некоторыми временными трудностями в организации мелкодискретных потоков компонентов с дискретами в 10 мг и менее, хотя в принципе доказана возможность получения смесей высокого качества (при использовании в качестве критерия оценки качества смеси Ус) с Ус до 1 %, а также управления (варьирования) качеством конечных смесевых продуктов.
Список литературы
1. Евсеев А.В. Классификация нонмиксинговых смесевых продуктов и устройств // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. Вып.3. С. 82 - 94.
2. Евсеев А.В., Парамонова М.С. Нонмиксинговые технологии и оборудование для получения многокомпонентных смесей // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.8. Ч.2. С.188 - 194.
3. Евсеев А.В., Парамонова М.С. Постановка задачи математического моделирования процесса детерминированного формирования однородности смеси сыпучих материалов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 8. Ч. 2. С. 203-208.
4. Евсеев А.В. Математическая модель детерминированного формирования однородности смеси сыпучих материалов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.11. Ч. 1. С.92 - 101.
5. Евсеев А.В. Новый критерий оценки качества смесей сыпучих материалов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 11. Ч.1. С. 139 - 148.
Евсеев Алексей Владимирович, канд. техн. наук, доц, 972 а таИ.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет
PILOT RESEARCH OF PROCESS OF THE DETERMINED FORMA TION OF UNIFORMITY OF MIX OF BULKS MATHERIALS
A. V. Evseev
An experimental inspection of mathematical model and criterion of an assessment of quality of the determined formation of uniformity of mix of metal powders on the rotor mixing module is carried out.
Key words: experiment, mixer, criterion of an assessment of quality, mix.
Evseev Alexey Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, ews19 72@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 002.63:004.924
РАЗРАБОТКА СТАНДАРТА ЭЛЕКТРОННЫХ КОПИЙ: К ПОСТАНОВКЕ ПРОБЛЕМЫ
Ю.Ю. Юмашева, О.В. Чечуга
Рассматривается зарубежный опыт разработки и использования стандартов, инструкций и руководств по созданию электронных копий объектов историко-культурного наследия вообще и архивных документов в частности; анализируются основные положения и особенности этой нормативно-методической документации.
Ключевые слова: стандарты, электронные копии, объекты историко-культурного наследия, оцифровка.
Процессы оцифровки документального наследия являются одним из характерных трендов начала третьего тысячелетия. Начатые на рубеже 1980-1990-х гг. как неотъемлемая часть создания электронных каталогов собраний крупнейших библиотек, музеев и архивов и первоначально предназначенные для осуществления презентационных (мультимедийных) продуктов, проекты оцифровки достаточно быстро приобрели статус самостоятельного, самодостаточного, чрезвычайно капитало- и наукоемкого направления в деятельности фондодержателей, неразрывно связанного не столько с организацией «широкого доступа» к фондам, сколько с необходимостью обеспечения физической сохранности подлинников путем создания их электронных копий и изъятия оригиналов из непосредственного обращения в читальных залах, а также с выполнением государственных планов и программ по переводу историко-культурного наследия в цифровой формат. К примеру, в проекте Концепции развития архивного дела до 2020 г., разработанной Федеральным архивным агентством в 2012 г., впер-
158
