CC BY
73
Методика экспериментального исследования рабочего процесса молотковой кормодробилки
М. И. Филатов, д.т.н, профессор, Е. М. Бурлуц-кий, к.т.н., доцент, М. В. Чкалова, преподаватель,
Оренбургский ГАУ
Исследование рабочего процесса молотковой кормодробилки открывает широкие возможности для улучшения энергетических и технологических показателей дробления.
Опираясь на известные теории разрушения материала, в частности, на экспериментальные исследования В. Р. Алешкина под руководством С. В. Мельникова [1], В. И. Сыроватки [2], И. В. Макарова [3], мы провели глубокий анализ рабочего процесса дробления. В результате возникла гипотеза о нестабильности характеристик воздушно-продуктового слоя (ВПС), циркулирующего в рабочей камере. Как известно, рабочий процесс дробилки характеризуется тремя последовательно протекающими этапами: 1) подачей сырья (питание); 2) переработкой материала в камере (измельчение); 3) отводом готового продукта (эвакуация). Мы акцентировали свое внимание на этапе измельчения. Дробильная камера была условно поделена на зоны: впускная горловина, нижняя дека, решето, верхняя дека.
Конечной целью исследования рабочего процесса измельчения являлось повышение эффективности работы молотковой дробилки посредством выравнивания характеристик ВПС. Для достижения цели требовалось проведение целого ряда экспериментов. Была разработана методика экспериментальных исследований на серийно выпускаемой молотковой дробилке КДУ-2 «Украинка», которая включала следующие задачи:
— подтверждение рабочей гипотезы о наличии условных зон;
— установление взаимного влияния зон;
— определение «массового состава» ВПС, т.е. соотношения целых, раздробленных и переиз-мельченных частиц зерна в каждой зоне.
Для решения этих задач была разработана соответствующая программа:
— выбор элемента (датчика), воспринимающего воздействие ВПС;
— обоснование установки датчиков внутри дробильной камеры;
— техническое обеспечение вывода сигнала от датчика на монитор компьютера;
— обработка полученных осциллограмм.
После всестороннего анализа в качестве элемента, воспринимающего воздействие ВПС, был выбран пъезодатчик по следующим причинам.
Скоростная киносъемка и использование стробоскопического эффекта сопряжены с большими
затратами труда при подготовке дробилки к эксперименту. Необходимо в боковых стенках рабочей камеры вырезать окна, заделав их прочным прозрачным материалом, и обеспечивать яркое освещение. Такой способ не позволяет «проникнуть внутрь» процесса, что затрудняет решение поставленных задач.
Способ снятия сигнала посредством датчиков
— наиболее удачный для описанных опытов. Вначале были выбраны тензодатчики, которые наклеивались на упругие пластины, установленные по периметру рабочей камеры. Эти пластины во время работы дробилки деформировались под воздействием ВПС, и как следствие, деформировались тензометры, изменяя сопротивление тока, проходящего через них. Но применение тензодатчиков оказалось неприемлемым, так как своим присутствием внутри камеры упругие пластины оказывали влияние на ВПС, искажая действительный рабочий процесс дробления.
Тензометры были заменены на пъезодатчики промышленного образца ЗП-1 (рис. 1).
Датчик выполнен в виде диска диаметром 30 мм и высотой 4 мм. Корпус 1 изготовлен из очень тонкой пластичной листовой стали, которая легко деформируется под ударами зерновой части ВПС. Оказалось, что пъезоэлемент 2 датчика быстро крошится и датчик утрачивает работоспособность, кроме того, требуют дополнительной защиты выводы 3. Исходя из этого, была предложена самодельная конструкция датчика (рис. 2).
Такой пъезодатчик представляет собой цилиндр 1 размером 10%25 мм, в котором размещены пъезоэлементы 2. В верхней части корпуса имеется подвижная пластина 3, которая воспринимает ударное воздействие частиц и передает его пъезоэлементам. Вывод 4 от пъезоэлемента соединен с массой корпуса, с вывода 5 снимается сигнал (электрический импульс). Надежный контакт
3
Рис. 1 - Устройство пъезодатчика ЗП-1 (в разобранном виде)
торцевой поверхности с пъезоэлементом обеспечивается пружиной 6. С нижней стороны корпус пъезодатчика закрыт неподвижной пластиной 7.
Схема размещения датчиков внутри дробильной камеры обусловлена требованием полноты информации во всех зонах: впускная горловина, нижняя дека, решето, верхняя дека. Такое размещение позволило установить изменения характеристик при переходе слоя через границы зон (рис. 3). В корпусе дробилки были просверлены отверстия такого размера, которые обеспечивали установку пъезо-датчиков (далее датчиков) с натягом. Зонами, где датчики могли оказать незначительное влияние на технологический процесс, были впускная горловина и решето. Для установки датчиков в этих зонах изготавливались специальные рамки.
Для снятия сигнала использовали компьютерную программу «Электронный осциллограф». Основным преимуществом цифровых осциллографов, в сравнении с аналоговыми, является расширение функций — увеличение количества измеряемых параметров сигнала, возможность математической обработки результатов, повышение точности и снижение трудоемкости измерений. Кроме длительности и амплитуды сигналов могут измеряться такие их параметры, как частота и скважность, длительность фронта и среза импуль-
Впускная Нижняя Верхняя
горловина дека Решето дека
О — пъезодатчик — ► — направление движения ВПС
Рис. 3 - Схема размещения пъезодатчиков в рабочей камере
сов, площадь, энергия и спектр сигналов. Возможность накопления информации и последующей ее статистической обработки позволяет существенно ослабить влияние помех и улучшить форму представления результатов измерений.
---Ч Дисплей компьютера |
Рис. 4 - Схема преобразования сигнала
Технические характеристики электронного осциллографа:
• диапазон измеряемых напряжений от 20 мкв до 0,4 в;
• диапазон рабочих частот от 10 Гц до 20 кГц. Возможно использование следующих режимов
работы:
• режим запоминания осциллограммы с последующим детальным просмотром;
• режим просмотра осциллограммы в реальном времени;
• печать осциллограммы на принтере;
• измерение уровня входного сигнала в дБ;
• перенос запомненной осциллограммы в MS Excel в виде цифровых значений для последующей математической обработки.
Перед проведением эксперимента все датчики были откалиброваны. Параметры конкретного датчика зависят от особенностей его конструкции: размеров, формы, материала корпуса, величины инертной массы, жесткости пружины и др. Учесть их все в расчетах не представляется возможным, проще определить параметры датчика экспериментально. Калибровку датчиков осуществляли традиционным способом, используя материал с хорошо изученными свойствами и обычный аналоговый осциллограф [4].
Обработка полученных осциллограмм выполнялась в среде Mathcad 12 и включала в себя спектральный и корреляционный анализы [5]. Предложенная методика экспериментального исследования рабочего процесса дробления позволила решить поставленные задачи и, по мнению авторов, может иметь более широкое применение.
Литература
1 Алешкин, В. Р. Вероятностно-статистическое исследование рабочего процесса и факторов, влияющих на эффективность работы молотковых кормодробилок: дис. ... канд.тех. наук.
— Ленинград-Пушкин, 1968.
2 Сыроватка, В. И. Основные закономерности процесса измельчения зерна в молотковой дробилке // Электрификация сельского хозяйства. Научные труды ВИЭСХ. — Т. XIV.
— М.: Колос, 1964.
3 Макаров, И. В. Теория молотковой кормодробилки // Записки Центральной научно-исследовательской лаборатории кормовой и комбикормовой промышленности и Детскосель-ской зоотехнической лаборатории. Вып. 12, 1936.
4 Матаев, Г. Г. Компьютерная лаборатория в вузе и школе: учебное пособие. — М.: Горячая линия — Телеком, 2004. — 440 с.: илл.
5 Кирьянов, Д. В. Mathcad 12. — СПб.: БХВ — Петербург, 2005.
— 576 с.: ил.
