OPTYMALIZACJA PROCESU ROZRÓśNIANIA SKŁADNIKÓW MIESZANINY KAMIENI I BULW ZIEMNIAKA METODĄ EMISJI AKUSTYCZNEJ

Transkrypt

1 InŜynera Rolnca 2/2006 Maja Jaubowsa, eon Kueła Katedra Masyn Robocych Poltechna Kosalńsa OPTYMAIZACJA PROCEU ROZRÓśNIANIA KŁADNIKÓW MIEZANINY KAMIENI I BUW ZIEMNIAKA METODĄ EMIJI AKUTYCZNEJ Wstęp trescene Za podstawę roróŝnena amen od bulw emnaa pryjęto róŝncę poomów natęŝena dźwęu generowanego podcas ch uderena o stalowy element spręŝysty. Predstawono wyn badań roponawcych (elmnujących) realowanych godne planem Placeta-Burmana. Następne preprowadono właścwe badana optymalacyjne. tosując metodę grafcną oreślono bór rowąań dopuscalnych. optymalacyjnych metody emsj austycnej. łowa lucowe: roróŝnane amen emnaów, badana roponawce, optymalacja Doładność roróŝnana amen emnaów (analogcne ja doładność separacj amen, brył em bulw emnaa [Karwows 982]) oreślono ogólnym wsaźnem doładnośc roróŝnana η r. WyraŜa on stosune lcbowy lub masowy prawdłowo roróŝnonych amen emnaów do ogólnej awartośc tych sładnów w separowanym materale, według woru: gde: η r c c n + n d + d η r = 00% = 00% c () + c c + c ogólny wsaźn doładnośc roróŝnana, całowta lcba stu emnaów, całowta lcba stu amen, $+,

2 @T]T =T^hUbjf^Tþ?Xba >h^\xä^t n n d d całowta lcba stu emnaów roróŝnonych neprawdłowo, lcba stu amen roróŝnonych neprawdłowo, lcba stu emnaów roróŝnonych prawdłowo, lcba stu amen roróŝnonych prawdłowo. RoróŜnene bulw emnaa od amen w metode emsj austycnej odbywa sę popre pomar poomu dźwęu (hałasu), natomast w metode drgań reonansowych pomar poomu drgań, wytworonych pre badane cała, podcas ch spadana na element spręŝysty. Do badań pryjęto następujące ałoŝene: sładn mesanny pownny być roróŝnane nealeŝne od: udału poscególnych sładnów w mesanne, wymarów sładnów (małe, średne, duŝe), stanu powerchn (more, suche, anecyscone emą), stałtu (orągły, płas, owalny tp.) ora stereometr powerchn (ostra, chropowata, głada). Predstawono wyn esperymentalnych badań optymalacyjnych metody emsj austycnej. Za podstawę roróŝnena amen od bulw emnaa pryjęto róŝncę poomów natęŝena dźwęu generowanego podcas ch uderena o stalowy element spręŝysty. Z dotychcasowych badań autorów wyna, Ŝe w celu apewnena roróŝnana sładnów mesanny, róŝnca ta pownna być ja najwęsa, lec ne mnejsa nŝ 20 db: = 20 db, (2) > gde:, poomy natęŝena dźwęu generowane odpowedno pre amene emna. Badana roponawce (elmnujące) Badana roponawce preprowadono w celu oreślena stotnośc wpływu cynnów badanych na poom hałasu. Wyorystując asadę carnej sryn ogół cynnów podelono na cynn: wejścowe (badane), stałe, ałócające wyjścowe (rys. ). Materał badawcy stanowły bulwy emnaa średnowcesnej odmany Ronda amene, ebrane pól Pomora Środowego. cność próby badawcej wynosącej n=60 wynacono na podstawe teor poberana prób [Kueła 2002]. $,#

3 Bcgl`T_\mTV]T cebvxfh ebmeçña\ta\t!!! ałócena menne badane (wejścowe) x Proces roróŝnana y menne wyjścowe c cynn stałe Rys.. Fg.. Model carnej sryn Model of blac box Pobrane losowo ( pomocą tablc lcb losowych) prób emnaów amen o serom arese welośc gabarytowych, masowych róŝnym stane powerchn, ostały slasyfowane według masy, długośc, seroośc grubośc. Pomaru masy ora gęstośc sładnów doonano na urądenu RADWAG. Zares mennośc masy bulw wynosł g, a amen g. Do boru cynnów badanych alcono: prędość taśmy prenośna podającego v=0, 0,7 m/s, długość emnaa l =39 92 mm, seroość emnaa s =32 67 mm, grubość emnaa h =25 55 mm, długość amena l =3 99 mm, seroość amena s =7 90 mm, grubość amena h =2 69 mm, gęstość bulw γ =,005,209 g/cm 3, gęstość amena γ =2,23 2,84 g/cm 3, chropowatość powerchn amena p ( - gład, 2 - chropowaty, 3 ancasty), stałt amena K ( - elpsodalny, 2 - ulsty, 3 weloścan), stosune lcby amen do lcby emnaów w mesanne λ=0,6,0, stan powerchn amena (wlgotność) p =40 80%, stan sór emnaa p ( bepośredno po bore, 2 po 7 dnach, 3- po 5 dnach prechowywana), wlgotność emnaa W =80 95%, sewencja w strumenu s ( KKK, 2- KZK, 3 ZKZ, 4 ZZZ), K- ameń, Z emna. Ze wględu na duŝą lcbę cynnów wejścowych, w celu oreślena stotnośc ch wpływu na poom cśnena austycnego [db], na poome stotnośc α=0,05 preprowadono badana roponawce (elmnujące), godne planem Placetta- Burmana [Kueła 2002], opracowanym w programe EPlanner [Kueła 2003]. Po perwsej ser badań oaało sę, Ŝe e wględu na róŝne wymary sładnów róŝną prędość prenośna podającego, punty uderena sładnów o cujn bębnowy charateryowały sę byt duŝym rorutem. Cęść puntów najdowała sę byt daleo od mejsca umescena mrofonu. Dlatego teŝ preprowadono $,$

4 @T]T =T^hUbjf^Tþ?Xba >h^\xä^t analę teoretycną toru lotu amena emnaa ora mejsc ch uderena o cujn, w aleŝnośc od wymarów prędośc prenośna. W efece astosowano specjalny eran, dę cemu nacne ograncono rorut (rys. 2). a) b) h mn =2mm h max =69 mm h cmax =20 mm h cmn =3 mm eran Rys. 2. Fg. 2. Tory spadana sładnów separowanej mesanny w całym arese regulacj prędośc prenośna man wymarowych dla uładu be eranu (a) eranem (b) Tracs of fall of components of separated mxture n whole range of control of speed and changes dmenson conveyor for arrangement wthout screen (a) and wth the screen (b). Z preprowadonej analy wynów esperymentu ustalono, Ŝe na poome stotnośc α=0,05 wpływ na cśnene austycne mają następujące cynn wąane emnaam: prędość taśmy prenośna podającego v, gęstość bulw γ, stan powerchn emnaa p ora amenam: prędość taśmy prenośna podającego v, gęstość amena γ chropowatość powerchn amena p. Z puntu wdena roróŝnalnośc poscególnych sładnów stotne jest, Ŝe róŝnca pomędy najmnejsym poomem cśnena generowanym pre ameń najwęsym poomem cśnena generowanym pre emna jest węsa od era wynos =20 db dla uładu be eranu (rys. 3a) ora =30 db dla uładu eranem (rys. 3b). Warune ten apewna stuprocentową roróŝnalność poscególnych sładnów. $,%

5 Bcgl`T_\mTV]T cebvxfh ebmeçña\ta\t!!! a) b) [db] 50 Poom hałasu austycnego amene emna mn =2 max =7 Poom hałasu austycnego [db] amene mn =3 emna max =9 0, 0,4 0,7 v [m/s] 0, 0,4 0,7 v Rys. 3. Fg. 3. Poomy hałasu generowanego pre amene emna ora ch róŝnce w aleŝnośc od prędośc prenośna dla uładu be eranu (a) eranem (b) evels of nose generated by rocs and potatoes, and ther dfferences dependng on conveyor speed for the system wthout screen (a) and wth screen (b). Badana optymalacyjne procesu roróŝnana W prypadu roróŝnana amen od emnaów mamy do cynena prypadem brau najomośc modelu matematycnego procesu. Zatem w celu optymalacj naleŝy najperw opracować model emprycny (równane regresj), a następne wynacyć stan optymalny tj. wartośc cynnów wejścowych (menne sterowalne) e wględu na oreślone rytera optymalacj, pry adanych warunach ograncających. Model matematycny procesu Jawną postacą modelu matematycnego badanego obetu moŝe być weloman, funcja wyładnca lub potęgowa lub teŝ odpowedn model hybrydowy. Zarówno funcję wyładncą ja potęgową popre logarytmowane ora po uupełnenu nteracj, moŝna sprowadć do welomanu o postac: b + + = x b x b =, j < = jx x j j Ŷ = b (3) $,&

6 @T]T =T^hUbjf^Tþ?Xba >h^\xä^t Optymalny bór współcynnów {b} tych model wynaca sę mnmalując funcję R, tóra w ogólnym prypadu ma postać: R N = W = m [ y y ( x,..., x ; b,..., b )], gde W jest funcją wag, y są średnm wartoścam wyjść obetu (wartośc otrymane badań esperymentalnych, realowanych godne odpowednm planem), ŷ są wartoścam wyjść modelu matematycnego. Dla węsośc prypadów postuluje sę, Ŝe W =, m=2. Wówcas problem optymalacj sprowada sę do mnmalacj sumy wadratów błędów. Optymalacja procesu roróŝnana Po oreślenu postac modelu matematycnego (F) procesu roróŝnana ora nając funcję-ryterum (K) warun ograncające (W) moŝna prystąpć do optymalacyjnych badań analtycnych, tj. analtycnego oreślena optymalnego stanu obetu badań. pośród duŝej lcby nanych obecne metod optymalacj do powyŝsego celu moŝna stosować jedną następujących metod: rachune róŝncowy oreślana estremum, metodę mnoŝnów agrange a, programowane matematycne (metoda systematycnego posuwana, metoda posuwana losowego tw. metoda Monte Carlo, metoda gradentowa), programowane nelnowe, teorę ger metodę grafcna. O wybore odpowednej metody decyduje postać modelu matematycnego (F), rodaj funcj ryterum (K) ora postać warunów ograncających (W). W nnejsej pracy do rowąywana problemu wyorystano metodę grafcną. Obetem badań optymalacyjnych jest proces roróŝnana sładnów mesanny. Predmotem badań są amene emna ebrane pól Pomora Środowego. W celu apewnena masymalnej roróŝnalnośc naleŝy dąŝyć do masymalacj róŝncy poomu hałasu generowanego pre ameń emna: 0 (4) = max! (5) Natomast w celu węsena wydajnośc procesu naleŝy dąŝyć do masymalacj prędośc prenośna podającego. Mamy tutaj atem do cynena optymalacją dwuryteralną. Warunam ograncającym są węy słabe - predały mennośc cynnów badanych. Ze wględu na onecność apewnena odpowednej jaośc emnaów, ne naleŝy preracać prędośc grancnej powy- Ŝej tórej następuje usodene bulw. $,'

7 Bcgl`T_\mTV]T cebvxfh ebmeçña\ta\t!!! Wobec nenajomośc modelu matematycnego badanego obetu, pryjęto ogólną oncepcję modelu obetu badań w postac: dla emnaów: dla amen: = F (v, γ, W ), (6) = F (v, γ, ). (7) 2 RoróŜnane prowadone jest w następujących stałych warunach: separator tryanałowy, urądene roróŝnające elementem bębnowym, mrofon eletrotowy, uład pomarowy artą A/C, program GENIE v frmy ADVANTECH, prenośn łańcuchowo-aberaowy, materał badany emna amene. Ustalono następujące predały mennośc cynnów badanych, stanowących węy słabe: - dla emnaów: x = v : 0, 0,7 m/s, x 2 = γ :,005,209 g/cm 3, x 3 = p : 3, (8) - dla amen: x = v : 0, 0,7 m/s, x 4 = γ : 2,23 2,84 g/cm 3, x 5 = p : 3. (9) Badana właścwe preprowadono godne macerą planu trójpoomowego, dla = 3. tosowano pęcorotną powtaralność badań dla aŝdego puntu planu (r = 5). Otrymane wyn pomarów poddano anale statystycnej, godne metodyą podaną w pracy [Kueła 2002]. Ostatecne otrymano następujące postace funcj regresj: - dla emnaów: - dla amen: p = 30, v + 29,4 γ +,5, db, (0) = 48, v + 30 γ + 6,9, db. () Zadane optymalacj apsemy następująco: = = v + 30 γ + 6,9-29,4 γ +,5 max! (2) p p p p Pry warunach ograncających: 0, v 0,6,,005 γ,209; 80 W 95; 2,23 γ 2,84; p 3. (3) $,(

8 @T]T =T^hUbjf^Tþ?Xba >h^\xä^t Pryjmując wartośc p γ,, γ, W jao stałe, bór rowąań ompromsowych spełnających ograncena, wynacymy stosując metodę grafcną. Wówcas wartość aleŝy jedyne od prędośc taśmy prenośna, godne aleŝnoścą: = v + A( γ,, γ, W ). (4) Zbór moŝlwych rowąań ompromsowych pry uwględnenu ogranceń wynaca obsar aresowany (stan optymalny obetu badań) (rys. 4). p ere ere2 ere3 delta [db] , 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 prędość taśmy v [m/s] Rys. 4. Fg. 4. Zbór ompromsów (obsar aresowany) w obsare sterowań A set of compromses (shaded area) n the controls one Podsumowane W pracy predstawono wyn badań esperymentalnych astosowana emsj austycnej do roróŝnana amen od bulw emnaa. Badana podelono na dwa etapy badana roponawce (elmnujące) ora właścwe. W wynu badań roponawcych, wyonanych godne planem Placetta-Burmana wyelmnowano pęć cynnów, tóre na poome stotnośc α=0,05 mały nestotny wpływ na obet badań. W trace badań optymalacyjnych, najperw wyonano badana esperymentalne godne planem trójpoomowym wynacono model matematycny w postac welomanów, a następne wynacono bór rowąań dopuscalnych w obsare mennej sterowalnej (prędośc prenośna). $,)

9 Bcgl`T_\mTV]T cebvxfh ebmeçña\ta\t!!! Preprowadone badana, dla róŝnej ombnacj próbe, wsaują na moŝlwość 00% roróŝnana amen od bulw emnaa, nealeŝne od charaterysty wymarowo-masowej, sładu próbe ch ombnacj. Zbudowany separator bębnowym elementem spręŝystym spełna swe adana posada sereg alet: ns ost wyonana urądeń eletroncnych mechancnych, moŝlwość węsena jego wydajnośc popre astosowane węsej lośc anałów, nealeŝność dałana od cęŝaru, wlgotnośc welośc materału separowanego. Bblografa Karwows T Teora onstrucja masyn rolncych, tom 2, cęść 2, PW- R, Warsawa. Kueła Podstawy badań nŝynersch. PWN, Warsawa. cerbeta M. MoŜlwość astosowana metody austycnej do roróŝnana amene bulw emnaa roprawa dotorsa w prygotowanu. Kueła Experment Planner.0. omputerowy program planowana esperymentów. Praca magstersa, Poltechna Kosalńsa. OPTIMIZATION OF THE PROCE INVOVING DITINGUIHING ROCK AND POTATO TUBER MIX EEMENT BY THE ACOUTIC EMIION METHOD ummary The parameter allowng to dstngush rocs from potato tubers s the dfference n ntensty level of sound generated whle they stre sprngy steel element. The wor presents the results of dentfcaton tests (elmnaton tests) carred out accordng to the Placet-Burman plan. Then, proper optmsaton tests were performed. Graphc method was used to determne a set of acceptable optmsng solutons for the acoustc emsson method. Key words: dstngush rocs and potatoes, dentfcaton tests, optmsaton $,*