EFEKTYWNOŚĆ ROZDZIELANIA MODELOWEJ MIESZANINY W TRYJERZE OBIEGOWYM

Transkrypt

1 Inżynieia Rolnicza 4()/00 EFEKTYWNOŚĆ ROZDZIELANIA MODELOWEJ MIESZANINY W TRYJERZE OBIEGOWYM Kateda Maszyn Roboczych i Pocesów Sepaacji, Uniwesytet Wamińsko-Mazuski w Olsztynie Steszczenie: W pacy pzedstawiono wyniki badań skuteczności ozdzielania modelowej mieszaniny składającej się z cząstek długich (ziaen żyta) i kótkich (nasion goczycy) w nowym tyjeze z powiezchnią oboczą w postaci ściętego stożka wpowadzonego w dodatkowy uch wokół osi obiegu. Pzedstawiono wpływ uchu złożonego, kąta ustawienia oboczej kawędzi ynienki oaz zasilania stożka mieszaniną na jakość pocesu sepaacji. Opacowano matematyczne umożliwiające pognozowanie wskaźniki oceny jakości ozdzielania mieszaniny. Słowa kluczowe: tyje, stożkowa powiezchnia obocza, uch złożony Wykaz oznaczeń F obliczona watość statystyki F-Snedecoa, n pędkość obotowa elementu oboczego wokół osi własnej [ob. min - ], n pędkość obotowa elementu oboczego wokół osi obiegu [ob. min - ], P e pocent wyjaśnionej zmienności [%] Q zasilanie elementu oboczego mieszaniną [kg h - ], R współczynnik koelacji wielokotnej, α kąt ustawienia oboczej kawędzi ynienki [ ], m g masa nasion goczycy użytych do spoządzenia póbki [g], m g masa nasion goczycy w podukcie po ozdzieleniu [g], m ż masa ziaen żyta wydzielonych do ynienki [g], m ż masa ziaen żyta użytych do spoządzenia póbki [g], S ż staty ziaen żyta [%], η g skuteczność wydzielania nasion goczycy [%], ε skuteczność całego pocesu ozdzielania [%]. Wpowadzenie Tyjey klasyczne ozdzielają mieszaninę na dwie fakcje, tj. długą, któa pozostaje na dnie cylinda i kótką, któa jest wydzielana do odpowiednio ustawionej ynienki. Opócz wielu zalet tych uządzeń mają one istotną wadę, a mianowicie niską jednostkową wydajność [Gochowicz 994; Konopka 006]. Zwiększenie wydajności można uzyskać popzez 73

2 wpowadzenie cylinda tyjea w dodatkowy uch obiegowy [Wiezbicki i in. 000]. Natomiast zastąpienie cylindycznej powiezchni ozdzielającej, powiezchnią stożkową zwężającą się w kieunku wylotu nasion uzasadnione jest tym, że pzekój popzeczny wastwy mieszaniny na wlocie cylinda jest największy i zmniejsza się maleje w miaę pzemieszczania się jej ku wylotowi [Wiezbicki i in. 997]. Niniejsza paca jest kontynuacją badań dotyczących celowości zastąpienia typowego cylinda tyjea stożkową powiezchnią oboczą i wpowadzenia jej w dodatkowy uch obiegowy, co powinno zwiększyć wydajność tyjea, pzy zachowaniu wysokiej pecyzji ozdzielania. Cel pacy Celem pacy była ocena skuteczności ozdzielania dwuskładnikowej (modelowej) mieszaniny składającej się z cząstek długich (zian żyta składnik podstawowy) i kótkich (nasiona goczycy składnik zanieczyszczający) w sepaatoze z powiezchnią oboczą w postaci ściętego stożka obacającego się uchem złożonym i zasilanego mieszaniną od stony maksymalnej śednicy. Metodyka badań Schemat stanowiska badawczego pzedstawiono na ysunku. Podstawowym zespołem oboczym zmodyfikowanego ozwiązania konstukcyjnego jest powiezchnia w kształcie ściętego stożka obacająca się uchem złożonym tzn. wokół własnej osi i dodatkowo uchem obiegowym wokół pionowej osi uządzenia. Dokładną budowę stanowiska badawczego i jego paamety techniczne oaz zasadę ozdziału mieszaniny pzedstawiono w pacy [Jadwisieńczak i in. 009]. Podczas ealizacji doświadczeń zmieniano: pędkość obotową (n ) elementu oboczego wokół poziomej osi własnej stożka (0 ) w zakesie od 6,6 do 84, ob. min -, co 3,3 ob. min - ; pędkość obiegową (n ) elementu oboczego wokół osi obiegu oddalonej od punktu położonego w centum stożka o 580 mm w zakesie od 6,5 do 4 ob. min -, co,5 ob. min - ; wielkość zasilania elementu oboczego (Q) mieszaniną, popzez otwacie zasuwy na: 7, 9,, 3 i 5 mm, co odpowiadało (w zależności od pędkości obotowej wokół osi własnej) watościom zasilania mieszaniną w zakesie od 39,4 do,7 kg h - ; kąt (α ) ustawienia oboczej kawędzi ynienki miezony od dolnej części pionowej osi pzekoju popzecznego stożka w zakesie od 05 do 35, co 5. Doświadczenia obejmujące ilościową i jakościową ocenę pocesu ozdzielania mieszaniny w tyjeze obiegowym ozpoczynano od ustalenia najniższych watości paametów zmiennych. Do doświadczeń spoządzono póbki o masie 000 g każda (980 g ziaen żyta stanowiących składnik podstawowy i 0 g nasion goczycy). Wilgotność względna składników użytych do spoządzenia póbek, okeślona metodą suszakową (zgodnie z PN-9/A-7400), wynosiła odpowiednio dla zianiaków żyta,5%, a nasion goczycy,3%. 74

3 Efektywność ozdzielania modelowej... Rys.. Fig.. Schemat tyjea obiegowego z powiezchnią oboczą w postaci stożka ściętego: zbionik zasypowy; zasuwa; 3 pzewód; 4 zasyp pionowy; 5 ynienka; 6 napinacz pasa; 7 wylot fakcji długiej; 8 wylot fakcji kótkiej; 9 ynna zbiocza; 0 i pzewody odpowadzające; i silniki; 3, 7, 9 i pzekładnie pasowe; 4 ama nośna; 5 pzekładnia kątowa; 6 i 0 pzekładnie ślimakowe; 8 wał pionowy; 3 stożek ścięty; 4 masy stanowiące pzeciwwagę; R pomień wodzący Dawing of the ciculating tieu with the woking suface in the fom of a tuncated cone: hoppe; gate valve; 3 conduit; 4 vetical fill; 5 tough; 6 belt stetche; 7 long faction outlet, 8 shot faction outlet; 9 collective gutte; 0 & offtakes, & engines; 3, 7, 9 & belt dives; 4 load-caying fame; 5 intesecting axis geas; 6 & 0 wom geas; 8 vetical shaft; 3 tuncated cone; 4 masses constituting counteweight; R adius vecto 75

4 Po pocesie ozdzielania nasiona wydzielone do odpowiednich części ynny zbioczej gomadzono do pojemników, a jedną z patii ozdzielano manualnie na gatunki, któych masę okeślano na wadze elektonicznej typu 300/C/ z dokładnością do 0,0 g. Doświadczenia pzepowadzono dla wszystkich kombinacji watości czynników zmiennych (n, n, Q, α ) w 3 powtózeniach. Na podstawie wyznaczonych mas składników mieszaniny wydzielonych do poszczególnych komó ynny zbioczej okeślono skuteczność wydzielania nasion goczycy (η g ) oaz staty ziaen żyta (S ż ) stanowiących składnik podstawowy. Skuteczność wydzielania nasion goczycy (η g ) wyznaczono z zależności (): mg η = 00 () g mg Staty ziaen żyta (S ż ) okeślono ze wzou (): mż S = 00 () ż mż Wyznaczono ównież skuteczność całego pocesu ozdzielania (ε) z ównania (3): η ( 00 S ) g ż ε = (3) 00 Wyznaczone watości wskaźników oceny jakości pocesu ozdzielania (η g, S ż oaz ε) poddano opacowaniu statystycznemu. Stosowano analizę egesji z kokową poceduą eliminacji zmiennych nieistotnych, któej celem było opacowanie modeli opisujących: η g = f (n, n, Q, α ) S ż = f (n, n, Q, α ) ε = f (n, n, Q, α ) Do obliczeń wykozystano pakiet pogamów statystycznych WinStat [Mikołajczak 00] i Statistica PL [Stanisz 00]. Wyniki badań i ich analiza Na podstawie uzyskanych wyników badań i ich analizy można stwiedzić, że skuteczność wydzielania składnika imitującego zanieczyszczenia (n g ) maleje waz ze wzostem kąta ustawienia oboczej kawędzi ynienki ( α ), pzy stałej watości pozostałych czynników zmiennych. Waz ze wzostem kąta ustawienia oboczej kawędzi ynienki ( α ), maleją ównież staty ziaen żyta (S ż ). Analizując wpływ pędkości obotowej elementu oboczego wokół osi własnej (n ) zaobsewowano, że waz ze wzostem pędkości osną staty składnika podstawowego (S ż ), natomiast skuteczność wydzielania zanieczyszczeń (n g ) początkowo wzasta, a po pzekoczeniu pędkości ok. 55 ob. min - zaczyna maleć. Waz ze wzostem obiegowej pędkości obotowej (n ) maleje zaówno skuteczność wydzielania zanieczyszczeń (n g ), jak i staty ziaen żyta (S ż ). 76

5 Efektywność ozdzielania modelowej... Stwiedzono ównież, że wielkość zasilania mieszaniną (Q) nie ma jednoznacznego wpływu na watość wskaźników pocesu ozdzielania. Początkowo waz ze wzostem zasilania stożka mieszaniną skuteczność wydzielania zanieczyszczeń osła, a po pzekoczeniu watości ok. 0 kg h - - zaczęła się zmniejszać. Odwotną elację zanotowano dla stat ziaen żyta (S ż ), któe pzy mniejszym zasilaniu mieszaniną malały, a po pzekoczeniu watości zasilania ok. 0 kg h - - zaczęły wzastać. Najlepsze ezultaty ozdzielania mieszaniny uzyskano pzy kącie ustawienia oboczej kawędzi ynienki α = 0 i pędkości obotowej wokół osi obiegu n = 9,5 ob. min -. Dla wymienionych paametów i pędkości obotowej (n ) stożka wokół osi własnej w pzedziale od ok. 45 do ok. 70 ob. min - skuteczność (η g ) wydzielania zanieczyszczeń (pzy analizowanych watościach zasilania mieszaniną) zmieniała się w pzedziale od 90 do 00%, pzy statach ziaen gatunku podstawowego (Sż) niepzekaczających 3%. Najwyższą skuteczność całego pocesu ozdzielania mieszaniny (ε) wynoszącą od 90 do ok. 95% uzyskano pzy obotach stożka wokół osi własnej (n ) w zakesie od 45 do 70 ob. min - i zasilaniu mieszaniną (Q) 69, kg h - (ys. ). Rys.. Fig.. Skuteczność całego pocesu ozdzielania mieszaniny (ε) w zależności od pędkości obotowej stożka wokół osi własnej (n ) oaz wielkości zasilania elementu oboczego mieszaniną wynoszącym odpowiednio:q = 39,4 kg h -, Q = 69, kg h -, Q 3 = 3,9 kg h -, Q 4 = 46,3 kg h -, Q 5 = 86, kg h -, pzy kącie ustawienia oboczej kawędzi ynienki α =0 i pędkości obotowej wokół osi obiegu wynoszącej n = 9,5ob. min - The effectiveness of the entie sepaation of the mixtue (ε) depending on the otational speed of the cone aound its own axis (n ) and the supply volume of the mixtue to the woking element amounting to: Q = 39.4 kg h -, Q = 69. kg h -, Q 3 = 3.9 kg h -, Q 4 = 46.3 kg h -, Q 5 = 86. kg h -, with the angle of setting of the woking edge of the tough α =0 and the otational speed aound the ciculation axis amounting to n =9.5 pm - 77

6 W opaciu o uzyskane wyniki wypowadzono ównania egesji opisujące funkcyjną zależność skuteczności wydzielania zanieczyszczeń (η g ), stat ziaen gatunku podstawowego (S ż ) i skuteczności całego pocesu ozdzielania (ε) w zależności od: kąta ustawienia oboczej kawędzi ynienki (α ), pędkości obotowych stożka (n ) wokół osi własnej i (n ) wokół osi obiegu oaz zasilania sepaatoa mieszaniną (Q). Zestawienie ównań (po kokowej poceduze eliminacji zmiennych nieistotnych) oaz ocen ich dopasowania pzedstawiono w tabeli. Tabela. Zestawienie ównań egesji oaz ocen dopasowania funkcji Table. Juxtaposition of egession equations and function adjustment evaluations Równania egesji Oceny dopasowania funkcji egesji n g = 4,50 α 0,0373 n + 0,0038 n 0,0068 Q Q + 0,033 n α + 0,0003 n 0,099 α + Q 04,5796 F R P e 94,07 0,9 84,95 S ż = 0,3663 n + 0,00 ε = 3,05 n 0,0350 n + 0,075 n n 0,0557 Q + 0,0044 n n Q 0,0059 n α +,6945 n 0,0054 n 0,0484 n α + 0,003 Q α 6,335 0,0009 Q 0,00 n + 3,940 0,37 Q + 4,04799 α + + 0,003 n Q + 0,050 n α 0,0308 α + n + 0,0008 n Q ,67 0,876 76,73 4,77 0,948 89,86 Pzedstawione oceny funkcji (tab. ) świadczą o dobym dopasowaniu opacowanych modeli do opisu zjawiska, co umożliwia pedykcję wskaźników jakości pocesu ozdzielania mieszaniny w tego typu sepaatoze. W pzypadku ównania opisującego skuteczność ozdzielania mieszaniny (ε) pocedua kokowa nie dopowadziła do eliminacji zmiennych oaz stopnia wielomianu. Wnioski. Opacowany sepaato z powiezchnią oboczą w postaci ściętego stożka z wgłębieniami chaakteyzuje się wysoką pecyzją ozdzielania dwuskładnikowej mieszaniny składającej się z ziaen żyta (składnik podstawowy) i nasion goczycy (składnik stanowiący zanieczyszczenie). Zastosowanie sepaatoa umożliwia uzyskanie skuteczności ozdzielania mieszaniny wynoszącej ok. 95%. Maksymalne watości wskaźników jakości pocesu ozdzielania (η g ) oaz stat ziana żyta (S ż ) można uzyskać pzy kącie ustawienia oboczej kawędzi ynienki α = 0 oaz pędkościach obotowych stożka wokół osi własnej n =55 ob. min - i wokół osi obiegu n =9,5 ob. min - oaz zasilaniu stożka mieszaniną (Q) w zakesie do 70 kg h - 78

7 Efektywność ozdzielania modelowej.... Wszystkie z pzyjętych czynników zmiennych niezależnych, tj.: kąt ustawienia oboczej kawędzi ynienki (α ), wielkość zasilania sepaatoa mieszaniną (Q), pędkości obotowe stożka wokół osi własnej (n ) i dodatkowo wokół osi obiegu (n ) mają istotny wpływ na watość wskaźników oceny jakości pocesu ozdzielania. 3. Wskaźniki oceny jakości pocesu ozdzielania można opisać wielomianem wielu zmiennych stopnia dugiego. Sfomułowane aposteioi pobalistyczne modele matematyczne opisujących zmianę watości zmiennych zależnych, tj., skuteczności wydzielania nasion goczycy (η g ), stat ziaen żyta (S ż ) oaz skuteczności ozdzielania mieszaniny (ε) w funkcji zmiennych niezależnych umożliwiają pecyzyjną pedykcję wskaźników chaakteyzujących jakość pocesu ozdzielania mieszaniny. Bibliogafia Gochowicz J Maszyny do czyszczenia i sotowania nasion. Wyd. AR, Lublin. ISBN X. Jadwisieńczak K., Choszcz D., Konopka S Wyniki badań skuteczności ozdzielania mieszaniny w tyjeze obiegowym ze stożkową powiezchnią oboczą. Etap I. Sepaato z powiezchnią oboczą obacający się wokół osi własnej. Inżynieia Rolnicza. N 6(5). s Konopka S Analiza pocesu sepaacji nasion gyki pzy wykozystaniu pętowych powiezchni oboczych tyjeów. Inżynieia Rolnicza. N 8(83). s Mikołajczak J. 00. Statystyka matematyczna z pakietem WinStat na CD. UWM, Olsztyn. ISBN Stanisz A. 00. Pzystępny kus statystyki z zastosowaniem Statystica PL na pzykładach z medycyny. Tom II. Statsoft, Kaków. ISBN Wiezbicki K., Konopka S., Choszcz D Badania poównawcze jakości czyszczenia tyjea z powiezchniami ozdzielającymi w postaci cylinda i stożków ściętych. Zesz. Nauk ART Olsztyn. Mech. i Bud., 9. s. 3-. Wiezbicki K., Choszcz D., Konopka S Studies on the kinematic conditions of a cylindical tieu set in additional otay motion. Technical Sciences, 3. s Polska Noma PN-9/A Ziano zbóż i pzetwoy zbożowe. Oznaczanie wilgotności (utynowa metoda odwoławcza). Wydawnictwo Nomalizacyjne, Waszawa. 79

8 EFFECTIVENESS OF SEPARATION OF THE MODEL MIXTURE IN THE CIRCULATING TRIEUR Abstact. The wok pesents esults of tests of effectiveness of sepaation of the model mixtue consisting of long paticles (ye gains) and shot paticles (mustad gains) in the new tieu with the woking suface in the fom of a tuncated zone set in additional motion aound the ciculation axis. The impact of complex motion, the angle of setting of the woking edge of the tough and the supply of the mixtue to the cone on the quality of the sepaation pocess was pesented. Mathematical indicatos of evaluation of the quality of the mixtue sepaation pocess wee elaboated fo the pupose of easie foecasting. Key wods: tieu, woking suface of the zone, complex motion. Ades do koespondencji: Kzysztof Jadwisieńczak; kzychj@moskit.uwm.edu.pl Kateda Maszyn Roboczych i Pocesów Sepaacji Uniwesytet Wamińsko-Mazuski ul. M. Oczapowskiego 0-79 Olsztyn 80