CC BY
34
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 662.636
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА УДАЛЕНИЯ МЕТЕЛОК ТРОСТНИКА ЮЖНОГО ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПЕЛЛЕТ
С.А. Давыдова, аспирант А.И. Ряднов, доктор сельскохозяйственных наук, профессор С.В. Тронев, кандидат технических наук, доцент
Волгоградский государственный аграрный университет
Дано описание конструкции измельчителя грубых кормов, оборудованного устройством удаления метелок тростника южного, используемого при производстве пеллет, представлены результаты оптимизации конструктивных и кинематических параметров предлагаемого устройства.
Ключевые слова: тростник южный, пеллеты, измельчитель, устройство удаления метелок, оптимизация.
Качество производства пеллет во многом зависит от исходного сырья, а именно от его физико-механических свойств [2]. Известно много факторов, влияющих на процесс прессования пеллет. Один из них - наличие метелок в тростнике. Наличие метелок в прессуемом материале отрицательно сказывается на качестве пеллет. Поэтому перед измельчением тростника желательно удалить его метелки. Для удаления метелок и измельчения тростника нами был использован усовершенствованный измельчитель грубых кормов ИГК-30Б [1, 3], схема которого представлена на рис. 1.
Рисунок 1 - Схема усовершенствованного измельчителя тростника
Усовершенствованный измельчитель работает следующим образом. Тростник, подлежащий измельчению для дальнейшего использования при приготовлении пеллет, равномерно подают вручную или механически между
первым нижним горизонтальным подающим транспортером 3 питателя и удерживающим роликом 16. Далее тростник поступает между нижней 12 и верхней 13 щетками устройства удаления метелок, имеющими встречное направление вращения, при этом удерживается роликом 16, который устанавливается на определенную высоту механизмом 18 в зависимости от толщины слоя тростника, поступающего на измельчение. При этом устройством 19 обеспечивается равенство линейных скоростей планок 17 удерживающего ролика 16 и ленты первого нижнего горизонтального подающего транспортера 3. Щетки прочесывают тростник, тем самым удаляют его метелки и направляют обработанный тростник между вторым горизонтальным подающим транспортером 2 и верхним наклонным уплотняющим транспортером 4, за счет чего масса тростника уплотняется и подается в приемную камеру 5, где отделяются инородные предметы (камни, комки земли, металлические и другие включения). Тростник подхватывается всасывающим воздушным потоком и направляется в измельчающую камеру.
Для определения основных конструктивных и кинематических параметров устройства удаления метелок (рис. 2) были проведены экспериментальные исследования методом планирования многофакторного эксперимента. Уровни и интервалы варьирования таких факторов, как зазор между вальцами и число лопастей на вальце определены по конструктивным особенностям устройства, а частоты вращения вальцов и угла подачи тростника на измельчение - по предварительным лабораторным исследованиям. Наименование факторов, их уровни и интервалы варьирования представлены в табл. 1.
Таблица 1 - Факторы, их уровни и интервалы варьирования
Факторы Уровни фактора Интервал варьирования, є
0 -1 +1
х1 - зазор между вальцами, мм 0 +40 -40 40
х2 - частота вращения вальцов, мин-1 750 1000 500 250
х3 - число лопастей на вальце, шт. 3 2 4 1
х4 - угол подачи, град. 75 60 90 15
Рисунок 2 - Устройства удаления метелок измельчителя тростника
Регулирование частоты вращения вальцов осуществлялось с помощью частотного преобразователя Е2-8300-00ЗН «Веспер» (рис. 3).
Рисунок 3 - Частотный преобразователь «ВЕСПЕР»
Эксперименты проводились в лаборатории кафедры «Эксплуатация машиннотракторного парка» Волгоградского ГАУ.
На рис. 4. представлен тростник южный до и после удаления метелок разработанным устройством.
а) до удаления метелок б) после удаления метелок
Рисунок 4 - Тростник южный
В соответствии с принятой методикой для исследования области оптимума был реализован план Рехтшафнера для 4-х факторного эксперимента. Исследовалась полнота отрыва метелок.
На основании экспериментальных данных рассчитаны коэффициенты В0, В^ Ву и Вн уравнения регрессии:
у = Во +Е В1х1+Е Вух1^ +Е В11х12. о)
Значимость коэффициентов уравнения (1) оценивалась по критерию Стьюдента.
В результате расчетов получены уравнения регрессии в кодированном виде:
У = 89,63 - 9,0х1 + 7,35х2 - 0,05х3 - 4,05х4 - 0,23ххх2 + 0,08х1 х3 + 0,1ххх4 +
2 2 2 2 . (2)
+ 0,05х2х3 - 0,23х2х4 + 0,13х3х4 - 5,23хх - 7,38х2 - 4,58х3 - 2,48х4
Затем определены оптимальные значения факторов (табл. 2).
Таблица 2 - Оптимальные значения факторов
Фактор Оптимальные значения факторов
х1 - зазор между вальцами, мм - 0,88
- 35,2
х2 - частота вращения вальцов, мин-1 0,52
880
х3 - число лопастей на вальце, шт. 0
3
х4 - угол подачи, град. - 0,85
62,3
Примечание: в числителе - в кодированном виде, в знаменателе - в раскодированном виде.
После анализа и систематизации полученной математической модели второго порядка она была приведена к типовой канонической форме, затем в результате расчетов на ЭВМ определены коэффициенты регрессии и значения критерия оптимизации в оптимальной точке. В результате уравнение регрессии (2) было преобразовано в каноническую форму вида:
Уу - 97,3 = -5,22х? - 7,39х22 - 4,58х32 - 2,47х42. (3)
Дальнейшее исследование проводили, используя двумерные сечения. По ним судили об изменении критерия оптимизации.
Поскольку все коэффициенты при квадратных членах имеют отрицательные знаки, то поверхности откликов, описанные уравнением (2 и 3), представляют не что иное, как четырехмерные параболоиды с координатами центров поверхностей в оптимальных значениях факторов. Анализ всех возможных сечений позволил получить представление об изменении критерия оптимизации при варьировании разных пар факторов. Примеры таких сечений представлены на рис. 5 и 6.
Наиболее выгодными (при полноте удаления метелки не менее У=97 %) могут быть: зазор между вальцами 3 -40 мм, частота вращения вальцов 850-900 мин- , число лопастей на вальце 3 шт. и угол подачи тростника на удаление метелок 600 - 630.
Рисунок 5 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов х1 и х2 при х3 = 0 х4 = - 0,85 на полноту удаления метелки У
х1
Рисунок 6 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов х1 и х3 при х2 = 0,52 и х4 = - 0,85 на полноту удаления метелки У
№ 4 (28) 2012
Таким образом, полученные в результате экспериментальных исследований конструктивные и кинематические параметры устройства удаления метелок тростника южного позволяют отметить, что основной показатель качества его работы вполне соответствует требованиям к исходному материалу для производства пеллет.
Библиографический список
Т. Измельчитель тростника на пеллеты [Текст] ^.И. Ряднов, Р.В. Шарипов, A^. Сальников, C.A. Давыдова/Патент РФ на полезную модель №Т0б49З: МКИ А0Ш49/00, приор. 20.07.20ТТ.
2. К вопросу о производстве биопеллет в России [Текст] / A^. Сальников, Р.Н. Мучоно, СА. Давыдова, A.^ Ряднов // Естественные науки: журн. фундаментальных и прикладных исследований. - 20ТТ. - № 3 (Зб). - С. 90-97.
3. Ряднов, A.^ Измельчитель тростника южного [Текст] / A.^ Ряднов, СА. Давыдова/Патент РФ на полезную модель № ТТ7255: МКИ А0Ш49/00, приор. 27.0б.20Т2.
E-mail: alex.rjadnov@mail.ru
б
