Сапа Владимир Юрьевич

Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова

Методики экспериментальных исследований

опытного экспандера

В результате исследований опытного экспандера разработана программа экспериментальных исследований, состоящая из общей и частной методик, в том числе, методики лабораторных и производственных экспериментов. Определены факторы в каждой из методик. Для реализации частной методики разработана установка для определения физико-механических свойств кормов (Рисунок 1), а общей – конструктивно-технологическая схема экспандера (Рисунок 2).

По частной методике исследовалась зависимость мощности установки от факторов: давления, температуры, влажности корма, частоты вращения цилиндра, зазора между цилиндром и поршнем. Для реализации эксперимента выбран насыщенный план Рехтшафнера на трех уровнях 3^k. Квадратичная модель для k=5 имеет 21 член. Уровни варьирования факторов даны в таблице1.

Таблица 1. Уровни варьирования факторов

Факторы	Давление, х 10^5Па (х1)	Частота вращения, с^-1 (об/мин), (х2)	Влажность, % (х3)	Зазор, мм (х4)	Температура, ^оК(^оС), (х5)
Основной уровень(хi=0)	65	8,64 (82,5)	25	5,25	383 (110)
Верхний уровень(xi=+1)	100	12,56 (120)	32	8	413 (140)
Нижний уровень(xi=-1)	30	4,71 (45)	18	2,5	353 (80)
Интервалы варьирования(Δxi)	35	3,93 (37,5)	7	2,75	303 (30)

Установка (Рисунок 1), состоит из станины 1, на которой закреплены электродвигатель 2, приводящий в движение цилиндр 3, а также гидравлический пресс 5, который необходим для создания заданного усилия с помощью пуансона 4. Показания давления снимали с указателя 7. Направляющие установки 6 также обеспечивают движение пуансона в заданном направлении и предотвращают его вращение вокруг своей оси.

Рисунок 1. Установка для определения физико-механических свойств кормов

Передача вращающего момента от электродвигателя к цилиндру осуществляется с помощью цепной передачи. Корпус цилиндра нагревали с помощью электродов. Для дистанционного измерения температуры применяли радиационный пирометр 8.

По общей методике исследовали зависимость удельной энергоемкости экспандера от факторов: частоты вращения шнека, влажности корма, температуры в выходной головке и содержание отрубей в составе корма. Факторы варьируются на трех уровнях. Уровни варьирования факторов приведены в таблице 2.

Таблица 2. Уровни варьирования факторов

Факторы	Частота вращения, с^-1 (об/мин) (х1)	Влажность, % (х2)	Температура, ^оК(^оС), (х3)	% отрубей в составе корма (х4)
Основной уровень(хi=0)	14,65 (140)	25	373 (100)	20
Верхний уровень(xi=+1)	18,84 (180)	32	403 (130)	30
Нижний уровень(xi=-1)	10,47 (100)	18	343 (70)	10
Интервалы варьирования(Δxi)	4,17 (40)	7	303 (30)	10

Общая методика экспериментов представлена сравнительными и оптимизационными экспериментами, для реализации эксперимента выбрали план Бокса-Бенкина. В качестве критерия отклика эксперимента принята удельная энергоемкость процесса экспандирования. Экспандер (Рисунок 2) состоит из корпуса 1, в котором под действием электропривода 6 вращается шнек 2. Исходный продукт попадает в загрузочный бункер, а затем в корпус шнека.

Рисунок 2. Конструктивно-технологическая схема экспандера

Кормовая смесь, перемещаясь вдоль корпуса шнека, перемешивается, прессуется и выходит через отверстия 7 выходной головки экспандера 3. Для автоматической регулировки давления выходной массы предусмотрены регулируемые конуса 4. Регулировка исходного усилия, создаваемого пружиной 8, осуществляется с помощью фиксируемого болтового соединения. При невозможности достичь заданного температурного режима экспандирования давлением дополнительно используется электронагревательный элемент 5. Измерение температуры осуществляется с помощью термопары 9, установленной на корпусе шнека и контролируется измерительным прибором PV1.

Литература:

1. Мину, М. Математическое программирование. Теория и алгоритмы. [Текст] / Мину М. – М.: Наука, 1990. – 415с.

2. Павловский, Ю.Н. Имитационные системы и модели. [Текст] / Павловский Ю.Н. – М.: Знание, 1990. – 48с.

3. Карташов, Л.П., Полищук, В.Ю., Минеева, И.В. Применение механико-математических моделей технологических процессов в качестве объектов системного исследования. [Текст] / Карташов Л.П., Полищук В.Ю., Минеева И.В. // Техника в сельском хозяйстве, 1995. – №5.