CC BY
59
УДК 621.926.54-621.927.9 В.А. Титов, Е.В. Остроглядова, Н.В. Мерзликина
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ В ДЕЗИНТЕГРАТОРЕ
В статье приводятся результаты моделирования на основе экспериментальных данных процессов измельчения материалов в дезинтеграторе при втором режиме работы - периодическом отводе измельченного материала. Приведено сравнение возможностей первого и второго режимов работы дезинтегратора.
Ключевые слова: дезинтегратор, моделирование, процесс измельчения материалов, режим работы.
V.A. Titov, Ye.V. Ostroglyadova, N.V. Merzlikina RESEARCH OF THE MATERIALS CRUSHING PROCESSES IN DISINTEGRATOR
The results of modeling on the basis of experimental data of the materials crushing processes in the disintegrator at the second operating mode - periodic tap of the crushed material are given in the article. Comparison of capabilities of the first and second operating disintegrator modes is given.
Key words: disintegrator, modeling, materials crushing process, operating mode.
При втором режиме работы дезинтегратора на основе торцевой зубчатой передачи окно для отвода материала [1] закрывается крышкой. Порция материала засыпается в дезинтегратор, в течение фиксированного времени производится измельчение, после чего крышка открывается, измельченный материал отводится из дезинтегратора.
Предварительные эксперименты показали, что из-за повышения температуры в рабочей зоне происходит спекание измельченных частиц резины. Измельчение таких материалов возможно в охлажденном состоянии или в специальных средах. Поэтому исследования при втором режиме выполнены только при измельчении хрупкого материала - известняка.
Было сделано предположение, что фракционный состав измельченного материала подчиняется закону нормального распределения, что в дальнейшем и подтвердилось.
В качестве входных факторов были приняты:
-размер кусков измельченного материала - Д, мм;
-время измельчения - Т, мин;
-величина (относительная) заполнения рабочей камеры - V.
В качестве выходных факторов были приняты [2-3]:
-математическое ожидание А случайной величины нормального распределения;
-среднеквадратичное отклонение ст.
При составлении плана экспериментов [3] на основе априорной информации были выбраны уровни и интервалы варьирования факторов, которые приведены в табл.
Интервалы и уровни варьирования входных факторов
Фактор Кодовое обозначение Интервал варьирования Уровень факторов
Нижний -1 Основной -0 Верхний +1
Д - величина входной фракции, мм Х1 5 2,5 5 7,5
Т - время измельчения, мин Х2 6 4 7 10
V - объем рабочей камеры (доля заполнения) Х3 0,3 0,3 0,45 0,6
На первом этапе экспериментальных исследований ставилась задача на получение линейной модели [3]. Составлена матрица планирования из 15 опытов. Рассев измельченного материала проводился на механическом встряхивателе со стандартным набором сит с ячейками от 2,5 до 0,05 мм. Подтверждение о нормальном законе распределения фракционного состава получено с помощью критерия Пирсона. На рис. 1 приведен пример фракционного состава измельченного материала.
В результате на первом этапе исследований получены конечные уравнения регрессии для математического ожидания А и среднеквадратичного отклонения ст:
УA=0,27+0,007X1-0,007X2;
yв=0,24+0,0035X1-0,01X2.
(1)
(2)
Рис.1. Пример фракционного состава измельченного материала
Результаты экспериментов (рис. 1) показали наличие оптимумов, но линейные модели не позволяют их выявить. Поэтому в качестве вторичной модели был выбран полином 2-й степени [3]. После выполнения проверок на однородность и адекватность были получены нелинейные уравнения регрессии, имеющие вид:
УA=0,256+0,013X1-0,0127X2+0,029X1 2; (3)
Уст=0,225+0,0377Xз-0,032 ^2+0,034 ^ 2. (4)
На рис. 2 показаны зависимости, полученные по нелинейной модели для Д а на рис. 3 - для модели ст.
Рис. 2. Зависимости по модели для А Рис.З. Зависимости по модели для о
Зависимости для модели у0 имеют явно выраженный линейный характер, поэтому для дальнейших исследований принята линейная модель (2).
После перевода уравнения (3) к каноническому виду получен график функции отклика (рис.4), на котором виден явный оптимум по величине кусков измельчаемого материала Х1 (Д, мм). Установлено, что для дезинтегратора первого типоразмера оптимальными являются куски материала Д=4,4 мм.
Рис. 4. График функции отклика
В результате анализа полученных моделей и оценки влияния входных факторов было установлено:
1. Фракционный состав измельченного материла близок по виду к закону нормального распределения с центром группирования в пределах 0,15-0,2 мм.
2. Влияние времени измельчения Т составляет менее 25%, поэтому рекомендуется производить измельчение материалов в течение 6-8 мин.
3. Влияние заполнения объема рабочей камеры V не более 5%; рекомендуется заполнять рабочую камеру на 50-60%.
4. Существует оптимальный размер Д кусков измельчаемого материала; для первого типоразмера дезинтегратора Допт=4,4 мм.
Исследования показали, что дезинтегратор на основе торцевой зубчатой передачи при первом режиме работы, когда материал «отводится» через отверстия в решетке, измельчает как хрупкие, так и упругопластичные материалы.
При втором режиме, когда материал отводится периодически, без применения специальных мер (охлаждение материала, измельчение в специальной среде) хорошо измельчается только хрупкий материал. Поэтому необходимы дальнейшие исследования, например, при измельчении в жидкой среде.
Большой практический интерес представляет сопоставление возможностей первого и второго режимов работы дезинтегратора по фракционному составу измельченного материала.
На рис. 5 показан фракционный состав при первом режиме [1], а на рис. 6 - гистограмма фракционного состава при втором режиме.
Рис.5. Фракционный состав при первом режиме
Рис. 6. Гистограмма фракционного состава при втором режиме
Выводы
На основе сравнения возможностей первого и второго режимов работы дезинтегратора видно:
1. При первом режиме работы фракционный состав измельченного материала в основном определяется диаметром 0 отверстий в решетке и до 90-95% фракций находятся в пределах (0,2+0,8)0. Центр группирования фракционного состава находится в пределах (0,4+0,6)0.
2. При втором режиме работы фракционный состав подчиняется закону нормального распределения с центром группирования в пределах 0,1-0,2 мм и размером фракций от 0,06 до 0,63 мм.
3. Первый режим работы дезинтегратора рекомендуется, например, для дробления зерновых, минеральных добавок и других компонентов комбикормов.
Второй режим работы дезинтегратора рекомендуется для более тонкого измельчения материалов и может найти применение, например, при измельчении лекарственных растений и других минеральных веществ.
Литература
1. Титов, В.А. Дезинтегратор для нужд сельского хозяйства. Исследование процессов измельчения / В.А. Титов, В.Н. Мерзликина // Вестн. КрасГАУ. - 2009. - № 11. - С. 166-170.
2. Сиденко, П.М. Измельчение в химической промышленности / П.М. Сиденко. - М.: Химия, 1968.
3. Спиридонов, АА Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов / АА Спиридонов. - М.: Машиностроение, 1981.
