Экспериментальная установка и результаты предварительных испытаний

Опыты проводились на экспериментальной установке, смонтированной на основе стандартной картофелечистки МОК-250. Ее строение и внешний вид изображены на рисунках 2.7 и 2.8 соответственно.

Схема экспериментальной установки

Рис 2.7 Схема экспериментальной установки.

1-станина; 2-корпус; 3,4-шкивы ременной передачи; 5-абразивная чаша с тремя направляющими волнами; 6-место закрепления исследуемых абразивных чистящих элементов; 7-верхняя крышка; 8-шланг для подведения воды; 9- разгрузочный люк; 10-приводной вал электродвигателя; 11-э/двигатель.

Внешний вид экспериментальной установки

Рис 2.8 Внешний вид экспериментальной установки

Исследование процесса очистки осуществляли с применением четырех видов абразивных покрытий. Это стандартный сплошной абразив (рис 2.9) и три вида рабочих органов с прерывистым абразивным покрытием, нанесенным полосами шириной 10 мм и межполосным расстоянием 10 мм под углами 60, 90 и 135 градусов. Последние были получены путем гальваностегии (50) с применением абразивного зерна марки 24А25 и никелевой связки. Их внешний вид изображен на рис 2.4.

Чистящий элемент из сплошного абразива

Рис 2.9 Чистящий элемент из сплошного абразива.

Внешний вид терочного элемента с прерывистым нанесением абразивных полос под углом 60 градусов

Рис 2.10 Внешний вид терочного элемента с прерывистым нанесением абразивных полос под углом 60 градусов.

В качестве сырья нами использовался картофель сорта «Лорх», выращенный в Псковской области. Перед проведением эксперимента клубни предварительно промывались и калибровались для исключения возможности преждевременного истирания абразивного покрытия и неравномерной очистки, при которой мелкие клубни разрушаются полностью, а крупные остаются недо-очищенными. Калибровка проходила по весу. Для эксперимента из общей массы картофеля отбирали клубни весом 100 ±20г («мелкая») и клубни весом 200 ±20 г («крупная»). Опыты проводили в основном на «мелких» клубнях, как наиболее часто встречающихся. Для определения влияния массы отдельных клубней на количество отходов и скорость очистки одна из серий опытов была проведена как на «мелких», так и на «крупных» клубнях.

Эксперимент проводился в четыре этапа в течение года (в сентябре, декабре, феврале и мае), что позволило учесть сезонные изменения свойств картофеля при определении оптимального рисунка нанесения абразивных полос. В промежутках времени между экспериментами картофель хранился в соответствии с рекомендациями ГОСТ.

В ходе каждой серии эксперимента устанавливалась зависимость между видом абразивного покрытия, временем, затрачиваемым на очистку 90% клубней и остаточной массой картофеля (масса картофеля после очистки). Полностью очищенными считали те клубни, у которых кожура сохранялась в углублениях, а на остальной поверхности имелось не более трех участков с кожурой, наибольший размер которых не превышал 1-3 мм.

Исследование проводили следующим образом. В картофелечистку монтировали соответствующий абразивный элемент (один из четырех в следующем порядке; сначала стандартный сплошной, затем прерывистые с углом наклона 60 градусов, 90 градусов и 135 градусов), включали подачу воды и запускали установку на холостом ходу. Предварительно взвешенную на весах марки ... порцию картофеля загружали в картофелечистку и засекали время. Через некоторый промежуток времени машину останавливали, картофель выгружали и взвешивали на тех же весах, определяя оставшуюся после очистки (остаточную) массу. Затем картофелечистку повторно запускали, загружали в нее недо-очищенный картофель и продолжали очистку. В сентябре, декабре и феврале опыт проводили с четырьмя остановками для измерения остаточной массы, в мае - с пятью. Первая остановка соответствовала визуально определенной степени очистки при использовании прерывистых абразивов с углом наклона полос 60 градусов 50%, вторая - 75%, третья - 90%. Четвертое измерение соответствовало 90% очистки при использовании стандартного сплошного абразива. Следует учесть, что очистку прерывистыми абразивами можно было прекратить уже на третьем этапе, и процесс продолжали для получения сравнительных характеристик со стандартным абразивным покрытием. Каждый опыт проводили три раза, полученные среднеарифметические данные заносили в таблицу.

Результаты экспериментов за сентябрь, декабрь, февраль и май занесены в таблицы 2.3,2.4,2.5, 2.6 соответственно. Исходя из этих данных, были построены графики, изображенные на рис 2.11, 2.12, 2.13, 2.14.

Графическое изображение зависимости остаточной массы картофеля от времени очистки и вида использованного абразивного покрытия (сезон - сентябрь)

Рис 2.11 Графическое изображение зависимости остаточной массы картофеля от времени очистки и вида использованного абразивного покрытия (сезон - сентябрь): У1 - сплошной абразив; У2 - прерывистый абразив с углом наклона 60 градусов; УЗ - прерывистый абразив с углом наклона 90 градусов; У4

- прерывистый абразив с углом наклона 135 градусов; У5 - линия уровня 90% очистки для данного сезона

Таблица 2.3

Результаты опытов, проведенных в сентябре.

Время очистки, с

Остаточная масса картофеля после очистки, кг

Вид использованного абразива

сплошной

Угол 60

Угол 90

Угол 135

0

5

5

5

5

20

4,96

4,89

4,91

4,93

40

4,89

4,71

4,74

4,78

50

4,84

4,59

4,63

4,67

80

4,54

4,21

4,25

4,32

Таблица 2.4

Результаты опытов, проведенных в декабре.

Время очистки, с

Остаточная масса картофеля после очистки, кг

Вид использованного абразива

сплошной

Угол 60

Угол 90

Угол 135

0

5

5

5

5

30

4,94

4,82

4,85

4,88

50

4,86

4,58

4,64

4,7

60

4,81

4,42

4,48

4,58

100

4,4

3,78

3,87

3,98

Таблица 2.5

Результаты опытов, проведенных в феврале.

Время очистки, с

Остаточная масса картофеля после очистки, кг

Вид использованного абразива

сплошной

Угол 60

Угол 90

Угол 135

0

5

5

5

5

30

4,94

4,85

4,88

4,9

60

4,85

4,54

4,6

4,66

90

4,66

4,04

4,16

4,28

120

4,29

3,38

3,54

3,71

Графическое изображение зависимости остаточной массы картофеля от времени очистки и вида использованного абразивного покрытия (сезон - декабрь)

Рис 2.12 Графическое изображение зависимости остаточной массы картофеля от времени очистки и вида использованного абразивного покрытия (сезон - декабрь): У1 - сплошной абразив; У2 - прерывистый абразив с углом наклона 60 град; УЗ - прерывистый абразив с углом наклона 90 град; У4 - прерывистый абразив с углом наклона 135 град; У5 - линия уровня 90% очистки для данного сезона

5

Графическое изображение зависимости остаточной массы картофеля от времени очистки и вида использованного абразивного покрытия (сезон - февраль)

Рис 2.13 Графическое изображение зависимости остаточной массы картофеля от времени очистки и вида использованного абразивного покрытия (сезон - февраль): У1 - сплошной абразив; У2 - прерывистый абразив с углом наклона 60 град; УЗ - прерывистый абразив с углом наклона 90 град; У4 - прерывистый абразив с углом наклона 135 град; У5 - линия уровня 90% очистки для данного сезона

Таблица 2.6

Результаты опытов, проведенных в мае.

Время очистки, с

Остаточная масса картофеля после очистки, кг

Вид использованного абразива

сплошной

Угол 60

Угол 90

Угол 135

0

5

5

5

5

60

4,9

4,66

4,7

4,75

75

4,85

4,54

4,59

4,65

100

4,76

4,26

4,34

4,44

150

4,45

3,52

3,66

3,83

185

4,16

3,02

3,2

3,4

Графическое изображение зависимости остаточной массы картофеля от времени очистки и вида использованного абразивного покрытия (сезон - май)

Рис 2.14 Графическое изображение зависимости остаточной массы картофеля от времени очистки и вида использованного абразивного покрытия (сезон - май).

У1 - сплошной абразив; У2 - прерывистый абразив с углом наклона 60 град; УЗ - прерывистый абразив с углом наклона 90 град; У4 - прерывистый абразив с углом наклона 135 град; У5 - линия уровня 90% очистки для данного сезона

Приведенные выше данные по каждому сезону были обработаны с помощью канадской программы Curve Expert 1.3. Эта программа позволяет построить двухмерный график по исходным данным, определить несколько видов аналитических зависимостей, подходящих для его математического описания и подобрать оптимальный, дающий наименьшую величину погрешностей вариант. Причем при использовании опции ... подбор проводится автоматически.

По оси у мы откладывали значения остаточной массы картофеля в килограммах, а по оси х - время в секундах. В результате выполненной обработки данных для каждого вида абразивного покрытия в каждом сезоне было установлено следующее:

1. Все кривые описываются с наименьшими погрешностями квадратными уравнениями, имеющими следующий вид

у := а-х2 + Ь-х + с /2.1)

  • 2. Свободный коэффициент в каждом случае равен 5 (исходная масса загружаемого картофеля в килограммах), коэффициент при первой степени варьируемой переменной равен 0, а коэффициент при квадратичном члене имеет отрицательное значение
  • 3. Значения коэффициента при квадратичном члене, определенные для каждого случая занесены в таблицу 2.7.

Таблица 2.7

Значения коэффициента а, определенные для каждого случая

Сезон эксперимента

Вид абразивного покрытия

сплошной

Угол 60

Угол 90

Угол 135

сентябрь

-0.0071

-0.0110

-0.0104

-0.0096

декабрь

-0.0060

-0.0101

-0.0097

-0.0088

февраль

-0.0038

-0.0086

-0.0077

-0.0067

май

-0.0024

-0.0057

-0.0052

-0.0046

В условиях выполнения требования по воспроизводимости эксперимента

для всех случаев получены следующие уравнения регрессии:

Таблица 2.8

Уравнения регрессии для всех случаев проведения эксперимента

Сезон

Вид абразивного покрытия

эксперимента

сплошной

Угол 60

Угол 90

Угол 135

сентябрь

-0,0071 -х2 +5

-0,0110-х2+5

- 0,0104-х2+5

- 0,0096-х2+5

декабрь

-0,0060-л2+5

- 0,0101-х2+5

- 0,0097-х2+5

- 0,0088-х2+5

февраль

- 0,0038-х2+5

-0,0086-х2+5

- 0,0077-х2+5

- 0,0067-х2+5

май

-0,0024-л2+5

- 0,0037-х2+5

- 0,0052-х2+5

- 0,0046-х2+5

Для выявления возможностей зависимости коэффициентов а уравнений регрессии от сезона проведения эксперимента для каждого вида абразивного покрытия строили их графики изменения от т (рис. 2.15). Причем за х принимаем сезон проведения опыта, определенный кварталах (три месяца). За начальное значение х принимаем 0, что соответствует серии опытов, проведенных в сентябре.

Анализ построения графических зависимостей показал их явную нелинейность. Была проведена обработка данных программой Curve Expert 1.3 и установлено следующее. Все четыре кривых с наименьшей погрешностью могут быть описаны уравнением, имеющим следующий общий вид:

а + Ьх

У := -------------2

1 + СХ + dx

Вид уравнений регрессии, в каждом конкретном случае описывающий зависимость коэффициента а от сезона проведения опыта, занесен в таблицу 2.9.

Графическое изображение зависимости коэффициента а уравнений регрессии от сезона проведения опыта для каждого вида абразивного покрытия

Рис 2.15 Графическое изображение зависимости коэффициента а уравнений регрессии от сезона проведения опыта для каждого вида абразивного покрытия.

Сплошной абразив - yl; Полосы под углом 135 град - у2; Полосы под углом 90 град - уЗ; Полосы под углом 60 град - у4

Таблица 2.9

Уравнения регрессии, описывающие зависимость коэффициента а от се-

зона проведения опыта.

Вид абразивного покрытия

Уравнение регрессии

Сплошной

-0.0110+ 0.0027Х

У(х) :=--------------------

1 - 0.2032Х + 0.0140X"

Под углом 135

-0.0104+ 0.0016Х

У(х) :=--------------------;

1 - 0.1521-Х + 0.0598Х"

Под углом 90

-0.0096+ 0.0014Х

У(х) :=---------------------

1 - 0.146ЭХ + 0.0739X

Под углом 60

-0.0071+ 0.0010Х

У(х) :=

1 - 0.1060Х + 0.1239Х

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие

выводы:

Уровень 90% очистки клубней при использовании любого вида абразивных покрытий достигается при одной и той же остаточной массе (линия у5 на графиках 2.3, 2.4, 2.5, 2.6). То есть применение абразивных покрытий с прерывистым нанесением полос не приводит к уменьшению потерь сырья при очистке.

Однако использование прерывистых абразивов приводит к экономии времени на очистку, и как следствие к экономии электроэнергии. Причем вне зависимости от сезона минимальное время на очистку тратится при применении прерывистого абразива с углом нанесения полос 60 градусов. Объяснить подобное можно тем, что максимальный эффект от применения прерывистого абразива наблюдается при движении очищаемых клубней перпендикулярно кромкам абразивных полос. Полученные экспериментальные данные подтверждают высказанную в теоретической части гипотезу об угле вылета клуней.

Подобный эффект сокращения времени на очистку наблюдается в течение всего года, причем усиливается в процессе хранения, что наглядно изображено на графике 2.16 (построен в системе Mathcad с обработкой опытных данных методом полиномиальной регрессии). По оси х было отложено время хранения сырья (с сентября по май), по оси у - у = At/t - отношение разности времени очистки сплошным абразивом и прерывистым с углом нанесения полос 60 градусов ко времени очистки сплошным абразивом.

х := (0 1 2 3)Т

A(t) := interp(si ,х,у! ,t)

У1 := (0.33 0.4 0.44 0.46 )

k := 2

sj := regress(x,yi ,k)

Зависимость отношения разности времени очистки сплошным абразивом и прерывистым с углом нанесения полос 60 градусов ко времени очистки сплошным абразивом от срока хранения картофеля

Рис 2.16 Зависимость отношения разности времени очистки сплошным абразивом и прерывистым с углом нанесения полос 60 градусов ко времени очистки сплошным абразивом от срока хранения картофеля.

Подобный эффект можно объяснить тем, что при хранении упругость клубней уменьшается, и динамическое воздействие кромок абразивных полос начинает оказывать большее влияние на процесс очистки.

При использовании прерывистых абразивов сохраняется то же количество отходов, что и при применении стандартного абразивного покрытия (линии уровня 90% очистки на графиках в любом сезоне, построенные по результатам визуальной оценки степени очистки, представляют собой прямые). Зависимость остаточной массы картофеля от времени хранения показана на рис 2.17.

х := ( 0 1 2 3 )Т

A(t) := interp(sj ,х,у! ,t)

У1:=(4.57 4.41 4.3 4.21 )Т

к := 2

S] := regress(x,y| ,к)

Зависимость остаточной массы картофеля при очистке 90% от сезона обработки

Рис 2.17 Зависимость остаточной массы картофеля при очистке 90% от сезона обработки

Учитывая, что оптимальная загрузка машины МОК-125 по паспорту 11 кг (в процессе эксперимента в целях экономии очищались партии сырья весом 5 кг), была проведена серия опытов по установлению влияния количества загруженного сырья на качество очистки и количество отходов. Опыты проводились в мае для сплошного абразива и абразива с прерывистым нанесением полос под углом 60 градусов. Их результаты занесены в таблицу 2.10 и отображены графически на рисунке 2.18.

Таблица 2.10

Значения отношений остаточной к исходной массе при разной загрузке машины МОК-125 экспериментальной.

Загружаемая масса сырья, кг

2.0

5.0

8.0

10.0

14.0

Отношение остаточной к исходной массе

Сплошной абразив

0.756

0.807

0.841

0.845

0.816

Угол 60 градусов

0.782

0.848

0.884

0.882

0.842

г:=(2 5 8 И 15)т

У1:=(о.756 0.807 0.841 0.845 0.816 )Т у2:= (0.782 0.848 0.884 0.882 0.842 )Т

  • -сплошной абразив
  • -прерывистый с углом нанесения 60 градусов
График зависимости отношения остаточной к исходной массе очищаемого картофеля от количества загруженного в машину сырья

Рис 2.18 График зависимости отношения остаточной к исходной массе очищаемого картофеля от количества загруженного в машину сырья.

При максимальном значении отношения остаточной к загруженной массе наблюдается минимальное количество отходов, к чему и следует стремиться. Для обоих видов абразива визуально определенный максимум функции лежит в диапазоне загрузки машины от 10 до 11 кг. Это соответствует рекомендованному по паспорту количеству загружаемого сырья. Полученные данные позволяют сделать вывод, что вид применяемого абразива (сплошной или прерывистый), существенно не влияет на потребную массу загружаемого сырья.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >