CC BY
44
УДК 631.361.2
В. Н. НЕЧАЕВ, М. А. РОМАНЫЧЕВ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЛОПАТОК РОТОРА-ВЕНТИЛЯТОРА ПРИ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ ЗЕРНА
Ключевые слова: дробилка зерна, критерии оптимизации, модели регрессии, радиус кривизны, ротор-вентилятор.
Аннотация. В статье представлены результаты исследований рабочего процесса дробилки с ротором-вентилятором при измельчении зерна.
На лабораторной установке [1,с. 9], состоящей из дозатора, зерноприемника, двух материалопроводов, дробилки и осадителя (рис.1), проведены эксперименты по изучению рабочего процесса измельчения зерна.
Рисунок 1 - Общий вид лабораторной установки
Работа установки осуществляется следующим образом. Исходный материал загружался и подавался в дробилку при помощи дозатора. Необходимую подачу осуществляли заслонкой по тарировоч-ной таблице. Зерно из дозатора поступало в зерноприёмник и далее по гибкому пневмопроводу - на измельчение в дробилку с ротором-
© Нечаев В. Н., Романычев М. А., 2013
вентилятором. Измельчённый материал потоком воздуха транспортировался в осадитель по гибкому пневмопроводу.
В процессе проведения экспериментальных исследований использовались различные приборы и аппаратура. Электрическую мощность, потребляемую из сети переменного тока, замеряли с помощью токоизмерительных клещей МаБ1есЬМ82203. Рассев и взвешивание проб готового продукта осуществляли с помощью лабораторного рассева РЛ-1 и весов ВК-300.01.
Для определения влияния конструктивных факторов на показатели работы дробилки после проведения поисковых экспериментов реализован план Бокса - Бенкена для четырех факторов:
- х1 - подача материала р, кг/ч;
- х2 - диаметр кольца ротора Вк, мм (рис. 2);
- х3 - радиус кривизны лопаток р, мм (рис. 2, 3);
- х4 - диаметр отверстий решета ^р, мм.
Подачу материала р задавали равной 180 кг/ч (нижний уровень), 230 кг/ч (основной уровень) и 280 кг/ч (верхний уровень), исходя из максимальной пропускной способности дробилки. Диаметр кольца ротора Вк, задавали равным 100, 120 и 140 мм, исходя из геометрических параметров дробильной камеры. Радиусы кривизны лопаток рбыли приняты согласно результатам поисковых опытов 40, 50 и 60 мм для нижнего, основного и верхнего уровней варьирования. Диаметр отверстий решета йр принимали равным 3, 4 и 5 мм.
В ходе исследований оценивалось влияние изучаемых факторов на следующие критерии оптимизации:
- качество получаемого продукта, характеризуемое: у - процентным содержанием целых зёрен ть у - пылевидной фракции т2 и у3 - остатком на сите с отверстиями диаметром 3 мм т3, % в готовом продукте;
кВт ■ ч
- у4 - удельные энергозатраты Э, т ■ ед.ст.изм. ';
- у5 - степень измельчения 1;
- у6 - средний размер измельченных частиц мм.
Рисунок 2 - Ротор-вентилятор
а б в
Рисунок 3 - Общий вид исследуемых лопаток ротора-вентилятора: а - радиус кривизны 40 мм; б - радиус кривизны 50 мм; в - радиус кривизны 60 мм
Исследования проводили на зерне ячменя сорта Эльф с эквивалентным диаметром 4,21 мм, влажностью 13... 14 %.
Таблица 1 - Матрица плана и результаты эксперимента
Фактор Критерий оптимизации
№ й кг/ч А, мм Р ,мм ^р, мм шь % Ш-2, % Ш3,% Э, кВт ч т- едстизм X ^ср, мм
Хі х2 Хз х4 у1 У 2 у3 У 4 у 5 у6
- гч гл 1Л Ю 00 С* О -
- 0,0 0,0 0,0 0,0 0,53 2 ,6 1,61 2,61 1,64
-1,0 -1,0 0,0 0,0 1,41 0,63 4,58 2,7 2,8 1,52
СП О, -1,0 0,0 0,0 1,57 0,66 3 ,2 1,64 ,2 1,62
-1,0 О, 0,0 0,0 1,55 0,64 7 ,2 7 ,2 2,7 1,57
іл О, О, 0,0 0,0 1,17 0,96 4,11 2,09 2,9 1,46
ю 0,0 0,0 -1,0 -1,0 2,4 0,9 7,24 2 1/П ,2 2,84 1,49
0,0 0,0 о, -1,0 1,45 1,05 6 6 1/П ,2 3,12 1,36
00 0,0 0,0 -1,0 о, 6,08 0,37 17,24 3,79 2 СЧ ,2 1,92
с* 0,0 0,0 о, о, 11,8 0,47 34,57 5,05 00 2,36
о 0, - 0,0 0,0 0, - 1,03 1,14 3,5 3,23 3 сч ,3 1,31
- 1,0 0,0 0,0 -1,0 1,06 1,79 3,4 1,66 6 СП ,3 1,26
-01,0 0,0 0,0 1,0 10,1 0,25 29,56 5,7 1,77 7 ,2
СП 1,0 0,0 0,0 1,0 10,2 0,28 29,57 2,33 1,87 2,27
0,0 0,0 0,0 0,0 1,6 0,53 2 ,6 1,61 ,2 1,64
0,0 -1,0 -1,0 0,0 1,52 0,5 5,46 ,2 6 ,2 1,59
ю 0,0 1,0 0, - 0,0 1,22 1,01 4,41 1,79 2,82 1,5
0,0 -1,0 1,0 0,0 4 о, ,2 4 О, ,0 5,23 3,32 2,8 1,5
00 0,0 1,0 1,0 0,0 1,73 0,52 3 ,4 2,75 2,87 1,47
с* -1,0 0,0 -1,0 0,0 3 ,2 0,53 6,69 2,68 2,61 1,62
20 1,0 0,0 0, - 0,0 1,79 0,48 4,68 1,55 2,8 1,51
-1,0 0,0 1,0 0,0 1,49 0,06 4,75 4,33 2,87 1,47
22 1,0 0,0 1,0 0,0 1,15 4 О, ,0 4,09 2,55 2,92 1,45
23 0,0 -1,0 0,0 -1,0 0,9 1,48 3,04 2,35 3,29 1,29
24 0,0 1,0 0,0 -1,0 1,53 1,37 5,53 4 ,2 3 ,2 1,45
25 0,0 -1,0 0,0 1,0 5, СЧ 8 ,0 36,18 4,35 1,73 5 ,2
26 0,0 1,0 0,0 1,0 8,24 0,55 23,56 3,48 5 О, ,2 2,07
27 0,0 0,0 0,0 0,0 1,6 0,53 6,12 1,61 2,61 1,64
После проведения опытов и обработки полученных результатов получены модели регрессии (при 95 % доверительной вероятности):
у1 = 1,6 + 4,23 • х4 -1,24 • х2 • х4 +1,688 • х3 • х4 + 4,045 • х^; (1) у2 = 0,53 + 0,13 • х2 - 0,133 • х3 - 0,469 • х4 + 0,301 • х4; (2)
х4 3,//8 х2 х4 , -г,953 х3 х4 , 11,218 х4;;
у3 = 4,8 +11,934 • х4 - 3,778 • х2 • х4 + 4,953 • х3 • х4 +11,218 • х4; (3)
(4)
у4 = 1,81 - 0,774 • х1 + 0,845 • х4 + 0,426 • х2 - 0,45 • х1 • х4 + 0,685 • х32 +
+ 0,305 • х3 • х4 +1,218 • х4;
у5 = 2,61 - 0,61 • х4 + 0,101 • х2 + 0,17 • х2 • х4 - 0,175 • х3 • х4 - 0,178 • х42; (5) у6 = 1,57 + 0,432 • х4 - 0,135 • х2 • х4 - 0,071 • х32 + 0,143 • х3 • х4 + 0,209 • х^. (6)
При максимальных значениях подачи материала и диаметра кольца количество целых зерен, не превышающее требования ГОСТ, наблюдалось при радиусе кривизны лопаток (54...60) мм и диаметре отверстий решета (3.4) мм. При этом количество пылевидной фракции составляло (0,6...1,2) %, а остаток на сите с отверстиями диаметром 3 мм - (4.8) %. Удельные энергозатраты составляли
(1,8...2,6) кВт-4 .
4 ' т • ео.ст.изм.
Значительное снижение пылевидной фракции наблюдалось при уменьшении диаметра кольца Вк. При фиксированных значениях р = (54 .60) мм, йр = (3.4) мм, Q = 280 кг/ч количество пылевидной фракции составляло для Вк = 100 мм - (0,3 .1) %,
Вк = 120 мм - (0,45.0,9) % (рис. 5). При этом содержание в готовом продукте целых зерен уменьшалось в два раза (рис. 4).
Значительное влияние на средневзвешенный размер готового продукта оказывает диаметр отверстий решета (рис. 6). На решете с диаметром отверстий 3 мм йср = (1 .1,3) мм, с диаметром отверстий
4 мм - йср = (1,5_______1,6) мм, с диаметром отверстий 5 мм - йср =
(2.2,3) мм. Но при использовании решет с диаметром отверстий 4 мм и 5 мм содержание целых зерен превышает нормы ГОСТ в 3...4 раза.
5
4.6
4.2
3.8
3,4
3
40 44 48 Рл 52 56 60
Ш\\ —т2
Рисунок4 - Влияние Ял и йр на т1 и т2 приОк = 140 мм, Q = 280 кг/ч
5
4.6
4.2
3.8
3,4 3
40 44 48 Рл 52 56 60
ть — — — —т2
Рисунок5 - Влияние Ял и йр на т! и т2 приОк = 120 мм, Q = 280 кг/ч
40 44 48 Рл 52 56 60
Рисунокб - Влияние Ял и йр (при Вк = 120 мм, Q = 280 кг/ч) нат3 и йср
■X;
■Э
Рисунок7 - Влияние Ял и йр (при Вк = 120 мм, Q = 280 кг/ч)
наЭ и X
По результатам проведенных исследований можно сделать выводы, что для достижения оптимальных условий рабочего процесса дробилки необходимо, чтобы диаметр кольца составлял 140 мм, радиус лопаток (50_60) мм. Подача материала должна быть максимальна. При данных значениях факторов содержание пылевидной фракции и целых зерен в готовом продукте, а также остаток на сите с диаметром
3 мм будет минимальным. При этом удельные энергозатраты, степень измельчения и средний размер готового продукта составят соответственно (1,4...3,4)—гКВт_1—, 2.3,5 и (1,2...2,3) мм в зависимости от
т ■ ед.ст.изм.
диаметра отверстий решета.
ЛИТЕРАТУРА
1. Савиных П. А., Булатов С. Ю., Нечаев В. Н. Зернодробилка с ротором-вентилятором // Сельский механизатор. 2012. № 9. С. 9.
DETERMINATION OF THE OPTIMUM RADIUS OF CURVATURE ROTOR WITH FAN BLADES DURING GRAIN POUNDING
Keywords: grain crusher, rotor with fan, the radius of curvature, the regression model, the optimization criteria.
Annotation. The article presents the results of research of working process of grain crusher with rotor and fan during grain pounding.
НЕЧАЕВ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ - преподаватель кафедры «Основы сельского хозяйства, химии и экологии», Нижегородский государственный инженерно-экономический институт, Россия, Княгинино, (osnovsh@yandex.ru).
NECHAEV VLADIMIR NIKOLAEVICH -lecturer of the chair «Bases of agriculture, chemistry and ecology», Nizhny Novgorod State Engineering and Economic Institute , Russia , Knyaginino, (osnovsh@yandex.ru).
РОМАНЫЧЕВ МИХАИЛ - студент 5 курса инженерного факультета, Нижегородский государственный инженерно-экономический институт, Россия, Княгинино, (osnovsh@yandex.ru).
ROMANYCHEV MIKHAIL - a 5th year student of engineering faculty, Nizhny Novgorod State Engineering and Economic Institute, Russia, Knyaginino, (osnovsh@yandex.ru).
