CC BY
47
Математические методы определения массового состава воздушно-продуктового слоя в зонах рабочей камеры молотковой дробилки
ЕМ Бурлуцкий, к.т.н., В.Д. Павлидис, д.п.н., профессор, М.В. Чкалова, к.т.н., Оренбургский ГАУ
Теоретические и экспериментальные исследования подтвердили наличие внутри рабочей камеры молотковой дробилки закрытого типа условных зон относительной стабильности характеристик воздушно-продуктового слоя (ВПС) измельчаемого материала [1].
Зону входной горловины а (сектор круга в 40—60°) можно условно назвать зоной свободного удара (рис. 1). Для неё характерным является «удар по неподвижной массе материала», что приводит преимущественно к раскалыванию. Зона нижней деки р1 (сектор круга примерно в 60—70°) может быть названа зоной отражательного удара, для которой характерным является «удар о неподвижную массу машины», что приводит преимущественно к скалыванию. Зону просеивания у материала ВПС представляет сектор круга, ограниченный решетом дробильной камеры. Зона верхней деки р2 (сектор круга примерно в 60—70°) может считаться зоной переизмельчения, для неё характерен «удар при столкновении частиц корма между собой», приводящий к истиранию [2].
Для анализа изменений характеристик ВПС снимали показания датчиков, установленных в каждой условной зоне (поз. 1, 2, 3 и 4) (рис. 1), которые обрабатывали по авторской методике. Каждый датчик представлял собой отрезок стальной трубки (корпус) с размещённым в нём пьезоэлементом. Пьезоэлемент имел два токонесущих вывода: один вывод соединялся на «массу», другой — к цифровым измерительным приборам. Рассматривали показания датчиков, установленных в центральной части каждой условной зоны, поскольку датчики, расположенные ближе к границам, реагировали на влияние соседних зон. Показания датчиков, полученные в ходе производственных экспериментов, посредством компьютерной программы «электронный осциллограф» передавались в Excel, а затем в дискретном виде в программную среду Mathcad. Однако электронные таблицы предназначены в первую очередь для составления отчетов, поэтому возможности их применения для обработки результатов экспериментов несколько ограничены. Пакет Mathcad ориентирован на численные методы и позволяет реализовать практически любые способы обработки экспериментальных данных [3].
Обработка результатов производственных экспериментов с целью получения характеристик случайных процессов, коэффициентов математических моделей и установления взаимосвязей между условными зонами проведена в программной среде Mathcad.
Электронные таблицы Excel также позволяют осуществлять статистическую обработку данных, к тому же их использование облегчается наличием удобного интерфейса. При анализе данных возникла необходимость их фильтрации для получения более сглаженных зависимостей. В среде Excel имеется несколько встроенных функций, реализующих различные алгоритмы сглаживания. Было решено выделить среднемасштабную составляющую сигнала, уменьшив как более быстрые, так и более медленные его компоненты посредством полосовой фильтрации на основе последовательного скользящего усреднения (инструмент Moving Average). Скользящее усреднение — это метод, позволяющий упростить анализ тенденции за счёт сглаживания колебаний измерений по временным интервалам. Эти колебания могут возникать из-за случайного «шума», который часто является побочным эффектом техники измерения [4].
В результате математической обработки показаний датчиков получены «массовый состав» ВПС (соотношение целых, раздробленных до
Рис. 1 - Схема рабочей камеры молотковой дробилки с делением на условные зоны
нужной степени и переизмельченных частиц зерна в каждой условной зоне) рабочей камеры. Круговые диаграммы (рис. 2), построенные по результатам анализа, показывают изменение вклада каждого вида частиц в процентное соотношение по зонам.
Такие соотношения видов частиц по условным зонам остаются примерно постоянными при многократной циркуляции ВПС и работе дробилки в установившемся режиме. В ходе проведения производственных экспериментов появилась возможность проследить за изменением характеристик ВПС по условным зонам при уменьшающейся загрузке рабочей камеры. Были получены соответствующие осциллограммы показаний датчиков (рис. 3, 4).
Сравнительный анализ осциллограмм показал, что даже незначительное уменьшение
4
3
подачи зернового материала, а следовательно, и загрузки рабочей камеры (до 75% от оптимальной) приводит к снижению разброса значений величины ударного импульса. При подаче материала, соответствующего загрузке камеры на 25% от оптимальной, вид осциллограмм свидетельствует о стабилизации характеристик ВПС на микроуровне.
Таким образом, разработанная методика получения дискретных (цифровых) данных, характеризующих изменения ВПС в процессе многократной циркуляции внутри рабочей камеры, позволяет изучать структуру процесса дробления на микроуровне и определять соотношения видов частиц (исходный материал — готовый продукт — переизмельчённый продукт) в любой условной зоне и любом сечении слоя. В результате были установлены процентные со-
5%
38%
47%
Зона входной горловины а
Зона нижней деки р]
15%
9%
20%
56%
42%
11%
Зона решета у
Зона верхней деки р2
Рис. 2 - Круговые диаграммы процентных соотношений различных видов частиц по условным зонам после установки разрыхлителей (оптимальная загрузка дробильной камеры):
1 - целые зерновки; 2 - размножающиеся; 3 - погибшие (готовый продукт); 4 - погибшие (переизмельченные)
----Ряді ^^»Ряд2 —■-Ряд3 Ряд4
Время, мкс
Зона входной горловины
Время, мкс
Зона нижней деки
Рис. 3 - Осциллограммы ВПС (производственный эксперимент) для изменяющейся подачи материала по условным зонам: ряд 1 - 100%; ряд 2 - 75%; ряд 3 - 50%; ряд 4 - 25%
----Ряді ^^^»Ряд2 —~Ряд3 Ряд4
Зона решета
Зона верхней деки
Рис. 4 - Осциллограммы ВПС (производственный эксперимент) для изменяющейся подачи материала по условным зонам: ряд 1 - 100%; ряд 2 - 75%; ряд 3 - 50%; ряд 4 - 25%
отношения видов частиц для каждой условной зоны, т.е. примерный «массовый состав» ВПС в разных частях рабочей камеры дробилки.
Литература
1. Кукта Г. М. Машины и оборудование для приготовления кормов. М.: Агропромиздат, 1987. 303 с.
2. Бурлуцкий Е.М., Филатов М.И., Поздняков В.Д. и др. К вопросу моделирования процесса измельчения мелкокускового продукта молотковыми дробилками // Известия Оренбургского ГАУ. Оренбург: Издат. центр ОГАУ, 2004. № 2. С. 48.
3. Кирьянов Д.В. Mathcadl2. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 576 с.; с ил.
4. Додж М., Стинсон К. Эффективная работа с Microsoft Excel 2000. СПб.: Питер, 2002. 1056 с.
