Факторы, влияющие на погрешность дозирования сыпучих материалов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Из условия равенства момента сил относительно точки О нулю определится реакция в центре вращения

Я о = N (С н - е)/е .

Тогда усилия в упорном стержне

(N + Я0) ____ ^ 30Nэ щЬ

Т с =-

или Tc =-

cos y " nnref cos в cos y

а нормальная составляющая прижима ножа к гребёнке

Лг 30N Mb

N =-—— ,

nnref cos в

где е - расстояние от подпятника стержня до центра вращения рычага, м; y - угол между вертикалью и стержнем упорным.

Горизонтальная составляющая усилия стержня упорного равна

X д = Т ctgY = 30N ^btgY .

nnref cos в cos y

Эта сила полезного действия не оказывает, она стремится сдвинуть рычаг вперёд, что вызывает односторонний износ центра вращения и его подпятника, сокращая их срок службы.

В процессе эксплуатации изменяются геометрические размеры деталей прижимного механизма. Нарушается кинематика прижима. Рассматривая развёртку движения стержня, можно сделать следующее заключение. Первоначально верхняя головка стержня упорного совпадает с осью вращения рычага. По мере

Азово- Черноморская государственная агроинженерная академия, г. Зерноград

износа (укорачивание) стержня верхняя головка отходит от вершины конуса. Поэтому в среднем положении рычага усилие прижима соответствует норме,. а в крайних положениях нож не прижимается к гребёнке, и качество стрижки ухудшается (рис. 3).

А

§

л ft

CS ft И

Развертка

Рис. 3. Кинематика прижима в процессе износа: А - вершина конуса, ось которого совпадает с центром вращения рычага; А' - сместившаяся вершина конуса при износе (укорачивание) стержня упорного; 8 - появляющийся зазор в крайних положениях

Результаты анализа сил, действующих в механизмах стригальной машинки, свидетельствуют о принципиальной возможности её конструктивного совершенствования с целью повышения надёжности.

Прижимной механизм должен обеспечивать только вертикальное прижимное усилие, достаточное для осуществления среза шёрстного покрова и компенсировать износ деталей вдоль оси вращения. Механизм необходимо оснастить устройством, ограничивающим предельное усилие прижима.

7 сентября 2004 г.

ö

УДК 631.363.001.5

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПОГРЕШНОСТЬ ДОЗИРОВАНИЯ

СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

© 2005 г. И.А. Кравченко, А.Ю. Ермолин

Известно, что точность дозирования компонентов комбикормов зависит от многих факторов. Изучение процесса дозирования требует применения единого метода, который мог бы дать достаточно надежные результаты для сравнительной оценки дозаторов.[1, 2] Классификация погрешностей, влияющих на точность дозирования, может быть представлена следующим образом (рис. 1).

Возникающие при дозировании погрешности можно разделить на случайные и систематические. Отклонения производительности, вызванные система-

тическими погрешностями, могут быть определены аналитически или опытным путем и заранее учтены.

Случайные погрешности возникают из-за неоднородности материала и внешних причин, вызывая непрерывные и переменные по знаку и направлению изменения производительности дозатора. Их можно определить экспериментальным путем на основании методов математической статистики. Эти погрешности в значительной степени влияют на точность дозирования и являются критерием, определяющим качество работы дозирующих устройств [3].

Систематические погрешности

I

I

Случайные погрешности

Факторы, зависящие от дозирующего устройства

X

к

я 5

и К

И £Ч ьн и

и Й

и К И я

о н о

Гн

п К

I

к м

И

о

к Й н

о

В

X

Й н о м к

Рч

к

м о н к

<и §

и

К

£Ч

л н

о О К № О

н и

к

X

Факторы, зависжцие от энергоснабжения

Факторы,, зависящие от характеристик дозируемых материалов

I

Факторы, зависящие от взаимодействия материалов с устройствами

и о н к

<и §

<и

в

£4 о О

к

эт

К

Отклонение сечений прохода, отверстий I

Параметры состояния

3

Изменение состава I

Проход материала через сечение

Отклонение скорости движения материала I

Отклонение коэффициента производительности

Отклонение содержания компонентов в единице объёма

Полная погрешность дозирования

й

О Оо

Оо

§

Ьэ

§

I I

О

со

П

Й §

§ §

п

Я

£ а

Рис. 1. Классификация погрешностей, влияющих на точность дозирования

О О

О. &

Колебания напряжения и частоты источников электроснабжения относятся к внешним причинам, вызывающим изменение скорости рабочего органа.

Изменение физико-механических свойств материала, связанное с его неоднородностью, вызывает погрешности, которые невозможно заранее учесть и которые способствуют колебаниям производительности дозатора.

Для непрерывного процесса дозирования важно знать величину максимального отклонения от заданной производительности. Однако при взятии даже большого количества проб (более 100) максимальных отклонений может не быть, а процесс отбора такого количества проб очень трудоемкий. Поэтому при дозировании непрерывным методом для показателя точности дозирования используют среднюю относительную ошибку дозирования, которая представляет собой коэффициент вариации

100

v = -

ср

)2

m -1

где qi - величина 1-й пробы, гр.; qср - величина средней пробы, гр.; т - число повторностей.

При технологическом процессе дозирования комбикормов имеет место неоднородность гранулометрического состава и формы частиц, колебания объемной массы и удельного веса, коэффициентов внешнего и внутреннего трения, переменная влажность и неодинаковая степень смешивания компонентов в общей массе.

Погрешности, вызванные конструктивными факторами, могут быть сведены к минимуму установлением оптимальных конструктивных параметров дозатора, обеспечивающих наибольшую точность дозирования, высокой точностью изготовления дозатора и оптимальными скоростными режимами его работы.

Дозируемый материал в зависимости от частоты вращения рабочего органа изменяет свою плотность, что влияет на качество работы дозатора.

При дозировании сыпучих материалов нужно исходить из размера частиц и производительности дозирующего устройства.

З.Ф. Каптур, изучая вопрос о регулировании производительности, анализировал зависимости изменения средней относительной ошибки и производительности от частоты вращения рабочего органа (рис. 2). О, кг/с

V, %

16

0,8

0

\

\ S-—

/ к V

/

0,57

2,0 n, с

-1

Рис. 2. Зависимости производительности и относительной ошибки дозирования от частоты вращения рабочего органа

С увеличением производительности дозатора ошибка дозирования вначале уменьшается, достигая минимума, затем возрастает. Заметное увеличение её начинается, когда зависимость Q = /(п) приближается к максимальному значению.

Увеличение ошибки дозирования с повышением производительности объясняется следующим. Рост производительности предполагает увеличение частоты вращения рабочего органа. Значительная частота вращения препятствует равномерному поступлению материала из бункера в дозатор, снижает коэффициент его заполнения. Изменение ошибки дозирования в зависимости от частоты вращения рабочего органа свидетельствует о том, что данная величина оказывает значительное влияние на точность дозирования и для каждого конкретного случая имеет свое оптимальное значение.

Известно, что различные геометрические параметры дозатора в различной степени влияют на точность дозирования. Рассмотрим влияние диаметра шнека и его шага на точность дозирования (рис. 3).

V, %

0,03

0,09

D, м

v, %

2,5

1,5

у

0,03

0,05

S, м

Рис. 3. Зависимость относительной погрешности дозирования от диаметра и шага витков шнекового дозатора

Уменьшение диаметра с 0,1 до 0,04 м показывает, что при уменьшении диаметра дозатора ошибка дозирования сначала снижается, это объясняется тем, что поток материала внутри дозатора с уменьшением поперечного сечения снижается неравномерность распределения по длине. Однако дальнейшее уменьшение увеличивает ошибку дозирования, так как при этом значительно ухудшается загрузка материала: начинается неравномерный захват его рабочими органами в результате малой ширины выгрузного окна бункера, что способствует сводообразованию.

Для того чтобы оценить влияние шага шнека на точность дозирования рассмотрим график, представленный на рис. 3. Средняя относительная ошибка дозирования в рассматриваемых пределах с уменьшением шага заметно снижается. Поэтому можно сделать вывод, что средняя относительная ошибка дозирования возрастает пропорционально увеличению шага в интервале рассматриваемых величин.

О, кг/с

0,60

0,44

\ö

m

3,4

10 20 Ш, %

Рис. 4. Зависимость производительности и относительной ошибки дозирования от влажности комбикорма

а)

SVr / 2VB SVr / 2VB

T

S = At)

v=м

S = M

V=At)

На работу дозатора большое влияние оказывает влажность компонентов комбикормов (рис. 4), так как с влажностью связана их сыпучесть. При увеличении влажности с 10 до 15 % произошло незначительное уменьшение ошибки дозирования, затем происходит резко увеличение. С увеличением влажности плотность комбикорма снижается, что в свою очередь приводит к снижению производительности (рис. 4).

Среди характеристик, определяющих точность дозирования, особое место занимает гранулометрия материала. При прохождении частиц материала у кромки элементов ограничивающих проходное сечение имеет место периодическое сокращение эффективного сечения проходного отверстия (рис. 5).

Еще одной из причин неравномерности дозирования является неравномерный сход материала с питателя. Материал, находясь в питателе в силу разброса физико-механических свойств, а также случайных совокупностей механических воздействий, может иметь углы естественного откоса в пределах ф1 -ф 2. В пределах характеристик для каждого материала и каждого типа питателя, этот угол является случайной функцией времени ф(/). В процессе работы возможны резкие изменения этого угла с обрушением материала, за счет гравитационных сил, после обрушения образуется устойчивый откос (рис. 6).

с

V Ф1 -/х /ф2'/

Qc

Q(t) t

to

tl

Рис. 5. Изменение эффективного сечения проходного отверстия

Рис. 6. Изменение производительности дозатора, вследствие обрушения материала с питателя

Исследования А. Д. Селезнева и М.И. Лаботских [3] позволили получить зависимости производительности дозатора от частоты вращения для различных кормовых материалов: травяной муки, комбикорма гранулированного, комбикорма рассыпного и зерна.

Полученные зависимости дают основания сделать вывод о том, что величина производительности связана с гранулометрическим составом дозируемого материала. Так, для зерна и гранулированного комбикорма график теоретической и практической производительности близок к прямой линии и расхождение между ними незначительно. В то же время при дозировании материалов с более неправильной геометрической формой зависимость производительности от частоты вращения не линейна, расхождение теоретической и практической производительности значительны.

s

4

о ш

(0

5

о о. с

20

15

10

Комбикорм рассыпной

Частота вращения

л 3,5

3

о о z .о с

V 1-S

4

о ш

(0

5

о о. с

2,5 2 1,5 1

0,5 0

Травяная мука

0,5

1

1,5

2

2,5

Частота вращения

л 12

и о z .о с

V IS

4

о ш

(0

5

о

.

с

10

Ячмень

16

¡5 14

§ 10

-о 10

5 8

I 6

ig 4

3 2

iL 0

Комбикорм гранулированый

0,5

1

1,5

2

2,5

3

4

Часота вращения

Часота вращения

5

0

0

3

8

6

4

2

0

0

3

5

6

Рис. 7. Зависимость производительности от частоты вращения рабочего органа и гранулометрического состава материала

Выводы

Производительность и точность дозирования дозаторов сыпучих материалов зависит от большого количества факторов, основными из которых являются факторы, зависящие от дозирующего устройства, от характеристик дозируемого материала и от взаимодействия материала с дозирующим устройством.

Анализ исследований показывает возможные пути унификации конструкций дозаторов для групп материалов, имеющих сходные физико-механические характеристики.

Азово- Черноморская государственная агроинженерная академия, г. Зерноград

Литература

1. Каптур З. Ф. Влияние различных факторов на точность дозирования // Механизация процессов заготовки и переработки кормов. Минск, 1986.

2. Селезнев А.Д., Лаботских М.И. Экспериментально-теоретические исследования процесса дозирования объёмным скребковым дозатором непрерывного действия. // Механизация процессов заготовки и переработки кормов. Минск, 1983.

3. Кукарека П.С. Разработка объёмного дозатора комбикормов и исследование режимов его работы // Исследование и конструирование машин для животноводства и кормопроизводства / Всесоюз. науч.-исслед. констр.-технолог. ин-т комплексной механизации и автоматизации. М., 1982.

9 сентября 2004 г.