ĆWICZENIE A KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROJEKTOWANIA WIELOTARCZOWYCH ROZDRABNIACZY NASION

1 ĆWICZENIE A KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROJEKTOWANIA WIELOTARCZOWYCH ROZDRABNIACZY NASION 1. Cel i zakres ćwiczenia Przyswojenie umiejętności, wspierania procesu twórczego narzędziami komputerowymi, jest podstawowym celem. Zakres ćwiczenia obejmuje procedurę TEST lub 3 symulacji przekrojów, oporów i wybranych następstw rozdrabniania nasion zbóż na cele konsumpcyjne.. Podstawy teoretyczne Rozdrabniacze wielotarczowe należą do tej grupy nielicznych rozdrabniaczy, dla których istnieje możliwość obliczenia chwilowej powierzchni rozdrabniania [1., 1.3, 1.4, 1.11]. Program obejmuje obliczenia symulacyjne przekroju rozdrabniania, oporów rozdrabniania i na podstawie tych obliczeń podejmowanie decyzji o rozwiązaniu konstrukcyjnym rozdrabniacza, który wykorzystano do dalszych badań fizycznych. Obliczenia symulacyjne przekroju, oporów i charakterystyk energetycznych rozdrabniania prowadzono według niżej podanych kroków, rys. 1.1 - wczytanie danych o materiale, maszynie, procesie i celu rozdrabniania, - analiza warunkowa powierzchni rozdrabniania i obliczenia dla zmiennych czasu, kąta wyróżnionego otworu, liczby tarcz, liczby otworów, liczby rzędów otworów tarczy, - symulacja obciążeń rozdrabniania P R, biologicznego wskaźnika rozdrabniania e R i energochłonności E R dla zmiennych sprawności, charakterystyk materiału rozdrabnianego, cech konstrukcyjnych rozdrabniacza oraz przedziałów czasu, - prezentacja i ocena uzyskanych wyników wspomagania konstrukcji. Dzięki wykorzystaniu zależności geometrycznych skrócono kilkakrotnie czas obliczeń - w stosunku do metody całkowania powierzchniowego nawet do 14-tokrotnie. Na rys. 1. pokazano menu główne oraz sposób wprowadzania danych o materiale, maszynie i procesie do procedury Test, natomiast w tablicy 1.1 przedstawiono dane z obliczeń symulacyjnych.

Start Dane (materiał, maszyna, proces, cel) P1 (t p, t k, d t ) P (a, Z1) P (Fr i-1, i) P3 (Fr i, Z i ) P3 (Z ij, F ij, r ij ) P4 (a i-1, (a i ) P4 P5 (a x,t-1, a x,t) w, F r P1 (P r, F r, e r ) Estymacja Cel=(materiał, maszyna, proces, cel) Cel nie tak End Rys. 1.1. Schemat blokowy

3 DANE OBLICZENIA WYNIKI KONIEC MATERIAŁ MASZYNA PROCES MATERIAŁ Sigma Eb Eta_bio Eta_z SIGMA (pz)1,1885 (p.) 0,7665 (z) 1,643 (o) 3,9946 (j) 1,607 DANE OBLICZENIA WYNIKI KONIEC MATERIAŁ MASZYNA PROCES MASZYNA r 0,0075 l.t. 7 l.rz. l.otw. 9 r0 0,060 dm1 dr1 0,030 dm dr 0,05 eta_s 0,80 eta_p. 0,80 DANE OBLICZENIA WYNIKI KONIEC MATERIAŁ MASZYNA PROCES PROCES Czas w0 8,00 dw 8,00 kj 3,86 vr 0,100 eps 8,9800 kd 8,6760 DeltaF CZAS tp 0,0000 tk 0,0100 dt 0,0005 Rys. 1.. Sposób wprowadzania danych procedury Test - obliczenia symulacyjne

4 Tablica 1.1 TEST - symulacja przekroju i oporów rozdrabniania CECHY MATERIAŁU ROZDRABNIANEGO Sigma Ebrutto pszenżyto pszenica żyto owies jęczmień (pz) - ( p ) - ( z ) - ( o ) - ( j ) - 1.1884 0.7663 1.643 3.9946 1.607 MPa MPa MPa MPa MPa 16.10 16.0 15.70 16.50 15.90 MJ MJ MJ MJ MJ Eta bio Eta z 0.800 0.500 CECHY MASZYNY ROZDRABNIAJĄCEJ rodzaj elementu rozdrabniającego liczba tarcz liczba rzędów otworów w tarczy liczba otworów w 1 tarczy promień rozmieszczenia otworów w pierwszej tarczy moc silnika sprawność silnika rodzaj przekładni sprawność przekładni Tarcze z otworami 7 9 0.060 m 1.5 kw 0.80 pasowa 0.80 CECHY PROCESU ROZDRABNIANIA czas początkowy tp - 0.00000 s czas końcowy tk - 0.01000 s krok analizy dt - 0.00050 s gradient prędkości warunek rozdrabniania sekwencja ruchowa 8.0 rad/s c1c > R (odległość środków analizowanych otworów większa od ich promienia) narastająca prędkość tarcz

5 cd. Tablica 1.1 współczynnik ruchu jałowego prędkość liniowa krawędzi rozdrabn. współczynnik oporów dynamicznych współczynnik wtórnych oddziaływań współczynnik wypełnienia przekroju kj vr eps kd psi przyrost powierzchni delta F pszenżyto pszenica żyto owies jęczmień (pz) - ( p ) - ( z ) - ( o ) - ( j ) - 0.7800 0.8300 0.7600 1.1100 0.7500 m /kg m /kg m /kg m /kg m /kg pszenżyto pszenica żyto owies jęczmień (pz) - ( p ) - ( z ) - ( o ) - ( j ) - delta eta 4.8300E+6 4.8600E+6 4.7100E+6 4.9500E+6 4.7700E+6 J/kg J/kg J/kg J/kg J/kg

6 cd. t s 0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.000 0.005 0.0030 0.0035 0.0040 0.0045 0.0050 0.0055 0.0060 0.0065 0.0070 0.0075 0.0080 0.0085 0.0090 0.0095 F m 0.0005541 0.0005056 0.0005055 0.0005544 0.0005048 0.0005545 0.0005055 0.0005053 0.0005539 0.0005544 0.0004570 0.0005057 0.0005535 0.0005063 0.0004569 0.0005539 0.0005538 0.0004569 0.0005057 0.0005539 Pr(pz) N 79.34 7.43 7.41 79.39 7.31 79.40 7.4 7.39 79.3 79.39 65.49 7.43 79.5 7.53 65.48 79.31 79.30 65.49 7.44 79.31 Pr(p) N 51.9 46.83 46.8 51.3 46.75 51.33 46.8 46.81 51.7 51.3 4.36 46.83 51.3 46.89 4.35 51.7 51.6 4.35 46.84 51.7 Pr(z) N 84.39 77.03 77.01 84.44 76.90 84.45 77.0 76.99 84.36 84.44 69.66 77.04 84.9 77.14 69.64 84.36 84.35 69.65 77.04 84.36 Pr(o) N 65.93 4.69 4.6 66.09 4.8 66.13 4.66 4.56 65.85 66.08 19.8 4.71 65.63 43.03 19.3 65.84 65.80 19.36 4.7 65.84 Pr(j) N 84.15 76.8 76.79 84.0 76.69 84.1 76.80 76.77 84.13 84.0 69.46 76.8 84.05 76.9 69.44 84.1 84.11 69.45 76.8 84.1 Nasiona er min/max (pz) 553.1 553.3 Mk min/max 1707.30 1406.64 Tk min/max 0.85 0.70 Pr min/max 65.48 79.40 Ee min/max 8.7333 8.757 (p) 808.6 809.7 1816.74 1496.81 0.91 0.75 4.35 51.33 6.010 6.001 (z) 50.4 50.9 1663.5 1370.57 0.83 0.69 69.64 84.45 6.0501 9.048 (o) 118.9 118.9 49.6 001.76 1.1 1.00 19.3 66.13 41.630 41.6194 (j) 535.6 536.0 1641.64 135.54 0.8 0.68 69.44 84.1 8.9058 8.8985 3. Opis (stanowiska) procedury badawczej Wyznaczenie przekroju rozdrabniania musi opierać się o skuteczne i sprawne procedury matematyczne wykorzystujące istotę rachunku całkowego lub geometrii analitycznej. Na podstawie wielostronnych badań można stwierdzić, że sposób obliczania pola przekroju rozdrabniania - w badaniach energetycznej efektywności wielotarczowego rozdrabniania nasion jest ściśle zależny od możliwości operacyjnych komputera. Podczas modelowania

powierzchni rozdrabniania korzystano w pierwszym etapie z całkowania chwilowego przekroju rozdrabniania (rys. 1.3). gdzie a 1, a, b 1, b R 1/ x { [ ] } dx b1 [ R ( x a 1 ) ] x F R = + R ( x a ) 1/ { } x1 b dx (1.0) - współrzędne otworów, - promień otworów. x1 7 Rys. 1.3. Pole między krawędziami otworów rozdrabniających Postępowanie takie jest trudne ze względu na długi czas liczenia powierzchni rozdrabniania dla dużej liczby otworów w tarczach (do 800) i dużej liczby tarcz (do 15). Postanowiono, dla podwyższenia efektywności obliczeń komputerowych, skorzystać z geometrycznych zależności na obliczanie odcinka koła. Obliczanie przekroju rozdrabniania F R między dwoma otworami o współrzędnych środków C 1 (a 1,b 1 ), C (a,b ) polega na wyznaczeniu odległości między środkami otworów (rys.1.3) C 1C = [(a - a 1 ) +(b - b 1 ) ] 1/ (1.1) Przy założeniu, że pole F R jest sumą dwóch równych odcinków kołowych wyznaczonych przez cięciwę B 1 B, a pole odcinka kołowego oblicza się z wzoru 1/ F R = 1/ (α - sin α) R (1.) gdzie α - jest kątem środkowym < B 1 C B = < B C 1 B 1.

8 Zagadnienie sprowadzono do wyznaczenia chwilowego kąta środkowego. Dla obliczenia sin α przyjmuje się, że pole trójkąta B 1 C B jest równe 1/ B 1 B (C 1 C /) = R sin α, ale stąd (B 1 B /) + (C 1 C /) = R (1.3) (B 1 B /) = [R - (C 1 C /) ] 1/ (1.4) i dla CC 1 = w otrzymano R sin α = [R - (w/) ] 1/ w/4 sin α = ( 4 R ) [ R ( ) ] 1/ w w/ w sin α = ( 4 R ) 1/ [ 1 ( w/r) ] = A (1.5) Dla obliczenia kąta α korzystano z rombu B 1 C 1 B C i wtedy C C 1 = R cos α / stąd α = arc cos (w/r) (1.6) Ponieważ w programie TURBO PASCAL można łatwo i szybko obliczyć wartości funkcji (arc tg) więc α = arc tg { [1-(w/R) ] 1/ / (w/r) } = B (1.7) W ten sposób zależność (1.) otrzymuje postać F R = (B - A) R (1.8) Jest to pole przekroju rozdrabniania dla dwóch otworów znaj-dujących się w sąsiednich tarczach i spełniających warunek R < CC 1 < R (1.9) Chwilowo w sąsiednich tarczach, w których znajduje się większa liczba otworów może znajdować się więcej par otworów, które spełniają warunek (1.9). Na rysunku przykładowo pokazano efektywną powierzchnię rozdrabniania dla dwóch tarcz (1.4). 4. Przebieg ćwiczenia i analiza wyników Ze względu na złożony, ale matematycznie wyznaczalny charakter obliczeń przekroju, oporów i jednostkowego zużycia energii na rozdrabnianie wielotarczowe, wprowadza się dla potrzeb obliczeń symulacyjnych dodatkowe estymatory rozwiązania docelowego - kryterium minimalnej różnicy przekrojów dla rozpatrywanego przedziału czasu

F F ΔF Fśr. - kryterium minimum energochłonności bezwzględnej max min = 0 (1.10) E R E Rmin (1.11) 9 - kryterium minimalnej różnicy energochłonności dla rozpatrywanego przedziału czasu ΔE R E Rmax Rmin = 0 (1.1) E E Rúr W ramach obliczeń symulacyjnych przeprowadzić następujące badania [1.11] Badania nad zmienną liczbą otworów w pierwszym rzędzie, pierwszej tarczy Badania prowadzić dla - liczby tarcz 1.t.=3, - liczby rzędów otworów 1.rz.=1, - pozostałych stałych cech materiału, maszyny i procesu. Pozwoli to na uzyskanie rozwiązania konstrukcyjnego dla liczby otworów w pierwszym rzędzie pierwszej tarczy spełniającej kryteria (1.10), (1.11), (1.1) jako 1.otw.* = a otworów, przy rozdrabnianiu pszenżyta. Badania nad zmienną liczbą rzędów otworów w tarczach Badania prowadzić dla - liczby tarcz 1.t.=3,

- liczby otworów w 1 - szym rzędzie pierwszej tarczy spełniającej kryteria (1.10, 11, 1) 1.otw.* = a, - pozostałych stałych cech materiału, maszyny i procesu. Pozwoli to na uzyskanie rozwiązania dla liczby rzędów otworów w tarczy spełniającej kryteria powierzchniowo energetyczne (1.10, 11, 1) jako 1.rz.* = b rzędów, przy rozdrabnianiu pszenżyta. Badania nad zmienną liczbą tarcz w pakiecie elementu rozdrabniającego Badania prowadzić dla - liczby rzędów otworów spełniających kryteria 1.rz.*=b, - liczby otworów w pierwszym rzędzie tarczy - spełniającej kryteria 1.otw.* = a, - pozostałych stałych cech materiału, maszyny i procesu. Pozwoli to na uzyskanie rozwiązania konstrukcyjnego dla liczby tarcz spełniających kryteria (1.10, 11, 1) 1.t.* = c tarcz, przy rozdrabnianiu pszenżyta. 10 5. Literatura [1.1] Czerniawski B., Michniewicz J. Opakowania żywności. AGRO-FOOD- TECHNOLOGY, Czeladź 1998, ss.99 [1.] Flizikowski J. Projektowanie środowiskowe maszyn. WMN-ATR Bydgoszcz 1998, ss.339 [1.3] Flizikowski J., Bieliński M. Ekologiczna niezawodność potencjałów rozdrabniania. WMN-ATR Bydgoszcz 1998, ss.36 [1.4] Flizikowski J. Rozdrabnianie tworzyw sztucznych. WMN-ATR w Bydgoszczy 1998, ss.378 [1.5] Grochowicz J. Technologia produkcji mieszanek paszowych. PWRiL Warszawa 1985 [1.6] Grochowicz J. Maszyny do oczyszczenia i sortowania nasion. WAR Lublin 1994, ss.36 [1.7] Popko H. i zespół Maszyny przemysłu spożywczego, ćwiczenia laboratoryjne. Wyd.PL., Lublin 1986, ss.316 [1.8] Popko H. i zespół Podstawy konstrukcji maszyn przemysłu spożywczego. Przemysł mięsny. Wyd.PL., Lublin 1998, ss.66 [1.9] Popko H., Popko R. Maszyny przemysłu spożywczego. Przemysł mleczarski. Wyd.PL., Lublin 1997, ss.366 [1.10] Zwierzycki W. i zespół Wybrane zagadnienia zużywania się materiałów w ślizgowych węzłach maszyn. PWN, Warszawa-Poznań 1990, ss.4 [1.11] Flizikowski J., Bieliński K., Bieliński M. Podwyższanie energetycznej efektywności wielotarczowego rozdrabniania nasion. ATR-OPO Bydgoszcz 1994.

11 ĆWICZENIE B KOMPUTEROWE STEROWANIE BADAWCZYM PROCESEM ROZDRABNIANIA ZIARNA 1. Cel i zakres ćwiczenia Przyswojenie umiejętności wykorzystywania komputerowych systemów pomiarowych do sterowania badawczym procesem przetwórstwa jest podstawowym celem ćwiczenia. Zakres ćwiczenia obejmuje pomiarowy system informacyjny PSI-GAD-III, rozdrobnienie wielotarczowe nasion i cele paszowe produktu rozdrabniania.. Podstawy teoretyczne Metodyka badań konstrukcyjnych to zbiór sposobów mających na celu wyznaczenie zależności funkcjonalnych między wielkościami charakteryzującymi obiekt badań (wyznaczenie wartości wielkości) [19.5, 19.6, 19.7]. Obiektem badań jest konstrukcja układu funkcjonalnego i na-pędowego rozdrabniacza wielotarczowego weryfikowana w procesie rozdrabniania wskaźnikami energochłonności i innymi wskaźnikami procesu. Metodyka obejmuje całkowicie lub częściowo następujące zagadnienia modelowanie konstrukcji zespołu rozdrabniającego i napędowego, badanie efektywności charakterystyk ruchowych rozdrabniacza dla ustalonego materiału, planowanie i realizację doświadczeń, analizę merytoryczną i statystyczną wyników. Model obiektu badań W wielu pracach do oceny energochłonności rozdrabniania nasion stosowano zależność matematyczną gdzie PR v R t E R = η η E R - energochłonność rozdrabniania maszynowego, kj/kg, P R - obciążenie siłą rozdrabniającą, N, v R - prędkość rozdrabniania, m/s, t - czas trwania cyklu, s, η S - sprawność silnika, -, η P - sprawność przekładni, -. S P, (19.1) Zależność ta jak inne modele spotykane dotąd, nie uwzględnia specyfiki rozdrabniania dla celów paszowych - związanych z podwyższeniem skuteczności żywienia. Stosując definicję wskaźnika efektywności rozdrabniania*, po podstawieniu do niej danych z zależności (19.1) oraz określeniu przyrostu energii strawnej śruty w stosunku do strawności całych nasion otrzymuje się ogólny model efektywności energetycznej wielotarczowego rozdrabniania [19.11]

e R = ( η η ) E η η bio z brutto S P ` ( k j v R + σ max FR + ε FR FR v R ) v R t M k gdzie η bio - wskaźnik strawności produktu rozdrabniania, -, (0,50-0,98), η z - wskaźnik strawności całych nasion, -, (0,40-0,50), E brutto - energia brutto nasion, MJ/kg, (pszenżyto E brutto = 16,1 MJ/kg, k j - współczynnik oporów ruchu jałowego, Nsm -1, σ max - naprężenia towarzyszące odkształceniom trwałym, Nm -, ε - współczynnik oporów dynamicznych, Ns m -4, M k - współczynnik krotności rozpatrywanej masy do 1 kg, F R, F R - przekrój rozdrabniania, m. 1, (19.) Opisy matematyczne zmiennych podanych w zależności (19.), uzyskuje się z badań doświadczalnych lub danych zawartych w tabelach żywienia, charakterystyki silników i przekładni z badań eksploatacyjnych funkcjonalności. e R - wskaźnik efektywności energetycznej rozdrabniania jest miarą przyrostu energii strawnej śruty i nakładu energii na rozdrabnianie maszynowe. Biologiczny wskaźnik rozdrabniania wyraża efekt przyrostu energii strawnej w produkcie rozdrabniania odnoszony do całych nasion i nakład energii mechanicznej poniesiony podczas rozdrabniania na uzyskanie tego przyrostu. Zmienne modelu efektywności energetycznej rozdrabniania Czynniki stałe C s XYZ Zmienne niezależnewejściowe C g, C m, C d, σ max, Π, procesu, cel... Wielotarczowy rozdrabniacz materiałów rolnospożywczych i chemicznych Z Zmienne zależne wynikowe η, E, e, p R R η, N, M, s W, 1 q... Czynniki zakłócające C z Rys. 19.1. Zmienne, stałe i zakłócenia obiektu badań Podczas planowania doświadczeń przyjęto następujące definicje - zbiór zmiennych niezależnych jako X, {x 1, x,... x i }, {x k k = 1,,... i}, {x k } (19.3) Y, {y 1, y,... y i }, {y k k = 1,,... i}, {y k } (19.4) U, {u 1, u,... u i }, {u k k = 1,,... i}, {u k } (19.5) gdzie X - zbiór cech konstrukcyjnych zespołu rozdrabniającego MR i jego modelu wytrzymałościowego W z,

13 Y - zbiór cech konstrukcyjnych zespołu napędowego N, U - zbiór relacji w złożonym układzie technicznym U; - zbiór zmiennych zależnych (związanych z funkcją celu) Z, {z 1, z,... z i }, {z k k = 1,,... i}, {z k } (19.6) gdzie Z - zbiór zmiennych zależnych, w - jest liczbą możliwych odpowiedzi - stanów wskaźników jakości rozdrabniania - na kombinatoryczny układ zmiennych niezależnych; - zbiór stałych C, {c1, c,... c s }, (19.7) gdzie C - zbiór stałych opisujący wybrane właściwości materiału rozdrabnianego, procesu, pomiaru i otoczenia. Wśród zmiennych niezależnych wyróżniono do sterowania cechy ruchu elementów rozdrabniających, warunkujące rozdrabnianie i poziom zużycia energii C r - prędkość obrotowa, kątowa, liniowa elementu rozdrabniającego w zakresie (v R = 0,1 do 4,8 m/s), zdefiniowana jako wielkość fizyczna charakteryzująca ruch obrotowy, kątowy i liniowy elementu rozdrabniającego w przestrzeni rozdrabniania wielotarczowego, wytrzymałość materiału rozdrabnianego, wywołująca opór określany za pomocą prób wytrzymałościowych w warunkach modelowych σ max - naprężenia quasi - ścinające, jako wartość liczbowa ilorazu siły występującej podczas trwałego rozdzielania ziaren i obliczonego przekroju rozdrabniania, konstrukcję, jako opisany matematycznie układ stanów i struktur zespołu rozdrabniającego oraz jego modeli fizycznych C g, C m ; - szczelina między poszczególnymi tarczami z pakietu tarcz elementu roboczego wielotarczowego rozdrabniacza nasion s, mm, - liczba rzędów otworów w tarczy, 1.rz., - liczba otworów w tarczy, 1.otw., - liczba tarcz, 1.t., - szczelina zasilająca rozdrabniacz w nasiona do rozdrabniania, F z, m. Przyjęto następujące czynniki stałe materiału, maszyny i procesu - nasiona pszenżyta Largo, - wilgotność materiału 1-14%, - materiał konstrukcyjny stal, - moc silnika 1,5 kw, - rodzaj przekładni pasowo-zębata, - temperatura i wilgotność powietrza (0 C, 55%), - wskaźnik strawności produktu rozdrabniania η bio (0,50-0,98), -, - wskaźnik strawności całych nasion η z (0,40-0,50), -, - energia brutto nasion E brutto, dla pszenżyta 16,1 MJ/kg.

14 3. Opis stanowiska badawczego Do wyznaczenia zmiennych zależnych przyjęto Składowe materiału - d o - średni wymiar nasion przed rozdrobnieniem ziarna, - d k - średni wymiar cząstek po rozdrobnieniu ziarna, - d z - zredukowana średnica ziarna odpowiada średnicy kuli o objętości ziarna, - f < 0,5 - frakcja śruty o wymiarze mniejszym od 0,5 mm, - 0,5 < f < 1,5 - frakcja śruty o wymiarze zawartym między 0,5 i 1,5 mm, - f > 1,5 - frakcja śruty większa od 1,5 mm. Składowe ruchu - ϖ 1 - prędkość kątowa wału wejściowego przekładni, - ϖ - prędkość kątowa wału wyjściowego przekładni, - M 1 - moment obrotowy na wale wejściowym przekładni, - M - moment obrotowy na wale wyjściowym przekładni, - η s - sprawność silnika, - η p - sprawność przekładni. Przebiegi chwilowe wymienionych charakterystyk pozwalają określić [19.4] - przełożenie kinematyczne przekładni - przełożenie dynamiczne i k = ω, (19.8) ω 1 M i d =, (19.9) M - moc na wejściu przekładni równą mocy na wyjściu silnika N 1 = N S = ϖ 1 N 1 (19.10) - moc na wyjściu przekładni równą mocy na rozdrabnianie N = N R =ϖ N (19.11) Wskaźniki energetyczne i estymatory wielotarczowego rozdrabniacza nasion - m-strumień masy zdefiniowany jako przyrost ilości materiału rozdrobnionego w poszczególnych frakcjach wymiarowych w czasie, dm/dt, - W 1 -wydajność masowa rozdrabniacza rozumiana jako ilość produktu rozdrabniania w funkcji czasu, kg/h, - E R -energochłonność - jednostkowe zużycie energii - jako ilość energii potrzebnej do wyprodukowania jednego kilograma produktu spełniającego kryteria rozdrobnienia, kj/kg, - e R - wskaźnik efektywności energetycznej rozdrabniania,(-). Na podstawie powyższych klasyfikacji zmiennych przyjęto schemat badań (rys. 19.1 i rys. 19., 19.3), uwzględniający również czynniki zakłócające, które występowały w eksperymencie fizycznym na skutek niedoskonałości aparatury i błędów odczytu. 1

15 4. Przebieg ćwiczenia, analiza wyników i wnioski Analizę statystyczną wyników badań przeprowadzić przy współpracy z standardowymi procedurami statystyki matematycznej takimi jak Statgraphics, Graphpad, Statistica oraz nowoczesnymi arkuszami kalkulacyjnymi takich jak Excel, QuatroPro. W wyniku tej analizy zarejestrować wartości średnie, odchylenia standardowe, postaci regresji prostoliniowej i nieliniowej, współczynniki korelacji i determinacji. Analiza wyników uwzględnia aspekty - statystyczny - umożliwiający otrzymanie funkcji obiektu badań, czyli pewnej zależności aproksymującej wyniki badań, - merytoryczny - mający na celu przekształcenie funkcji obiektu badań w jego model matematyczny. Rys. 19.. Struktura i elementy techniki pomiarowej PSI-GAD PC 1-silnik, -,4- momentomierz, 3-przekładnia, 5-rozdrabniacz, 6-,7-przetworniki obrotowoimpulsowe, 8-identyfikator cząstek [19.4]

16 Rys.19.3. Algorytm postępowania badawczego [19.11] Estymacja modelu Dla przyjętych wskaźników i założeń metodycznych, rozwiązanie postawionego zadania konstrukcyjnego polega na uzyskaniu wskaźnika energetycznej efektywności rozdrabniania ziarna zbóż zmierzającego do maksimum (zależność (19.)) [19., 19.3, 19.4, 19.11] * * { x Φ} { er (x) er (x )} x Φ gdzie x* - rozwiązanie zadania, Φ - obszar dopuszczalny wektora cech konstrukcyjnych x. (19.1)

17 Ponieważ z założenia e Rmax to W1 max E R min ηo 1,00 ηbio 1,00 (19.3) więc poszukiwaną wartość wskaźnika e R (np. e R 80) otrzymuje się dla e Rx = e R (C kx, C rx ) (19.14) gdzie C kx - poszukiwane cechy konstrukcyjne zespołu rozdrabniające go i napędowego, C Rx - poszukiwane cechy ruchu elementów rozdrabniania. Zależność (19.14) stanowi ogólną odpowiedź i rozwiązanie zadania polegającego na poszukiwaniu najkorzystniejszej postaci rozdrabniacza ze względu na rozdrabniany materiał i realizowany proces techniczny. Cechy konstrukcyjne zespołu roboczego rozdrabniacza wielo-tarczowego nasion należy tak dobrać, aby funkcja celu osiągała wartość maksymalną (ze względu na wartość wskaźnika e R ) lub minimalną (ze względu na wartość wskaźnika jednostkowego zużycia energii E R ). Punkt, w którym wartość funkcji celu spełnia wymagane kryterium nazywa się rozwiązaniem zadania x* = (x 1 *..., x n *). Rozwiązanie jest z obszaru dopuszczalnego x* Φ. Jeżeli znany jest docelowy punkt w przestrzeni celów (np. E R 10 kj/kg lub e R 80 - to przeprowadzić można sterowanie zmierzające do zbliżenia się do zadanego rozwiązania. Postępowanie to polega na poszukiwaniu takiego x, dla którego odległość w sensie wybranej normy (np. normy euklidesowej) w przestrzeni celów osiąga minimum. W ten sposób otrzymuje się nową funkcję celu w postaci odległości między stanem docelowym, a stanem obliczonym w przestrzeni celów Z d (x) = Z min - Z (x) (19.15) gdzie Z d - odległość między wektorem jakości, rozwiązania rzeczywistego Z (x) i rozwiązania docelowego Z min. W przypadku normy euklidesowej odległości (19.15) wyraża się następującym wzorem { } 1/ Z di (x) = [ Z Z ( x) ] imin i (19.16) gdzie Z imin - wartość jednostkowego zużycia energii dla rozwiązania docelowego, Z i (x) - wartość jednostkowego zużycia energii dla projektowanego rozwiązania. Podobnie ocenia się rozwiązanie konstrukcyjno - technologiczne ze względu na kryterium e Rmax. W tym przypadku zakłada się dopuszczalne pole tolerancji od zadanej wartości nominalnej i prowadzi minimalizację różnic sterując głównie parametrami obiektu. Ze względu na złożony, ale matematycznie wyznaczalny charakter obliczeń przekroju, oporów i jednostkowego zużycia energii na rozdrabnianie wielotarczowe, wprowadza się dla potrzeb obliczeń symulacyjnych dodatkowe estymatory rozwiązania docelowego - kryterium minimalnej różnicy przekrojów dla rozpatrywanego przedziału czasu Fmax Fmin ΔF = 0 F śr

18 - kryterium minimum energochłonności bezwzględnej E R E Rmin - kryterium minimalnej różnicy energochłonności dla rozpatrywanego przedziału czasu ΔE R E E E Rmax Rmin = 0 śr. 5. Uwagi końcowe Podany sposób postępowania dla zmiennych cech konstrukcyjnych wielotarczowego rozdrabniacza nasion - w zadanym obszarze parametrów technologicznych - prowadzi do wyznaczenia zależności matematycznych opisujących efektywność energetyczną przetwórstwa. Przetwórstwa symulowanego za pomocą specjalnie opracowanych procedur matematycznych, wspomaganego badaniami wytrzymałościowymi i przetwórstwa w rzeczywistych warunkach maszyny zbudowanej dla potrzeb badań. Z tym, że najkorzystniejszy zbiór cech konstrukcyjnych, dla najwyższej efektywności energetycznej, zostaje wyznaczony na podstawie wypełnienia kryteriów weryfikacyjnych zaproponowany model efektów i nakładów energii w przetwórstwie mechanicznym. 6. Literatura [19.1] Czerniawski B., Michniewicz J. Opakowania żywności. AGRO-FOOD- TECHNOLOGY, Czeladź 1998, ss.99 [19.] Flizikowski J. Projektowanie środowiskowe maszyn. WMN-ATR Bydgoszcz 1998, ss.339 [19.3] Flizikowski J., Bieliński M. Ekologiczna niezawodność potencjałów rozdrabniania. WMN-ATR Bydgoszcz 1998, ss.36 [19.4] Flizikowski J. Rozdrabnianie tworzyw sztucznych. WMN-ATR w Bydgoszczy 1998, ss.378 [19.5] Grochowicz J. Technologia produkcji mieszanek paszowych. PWRiL Warszawa 1985 [19.6] Grochowicz J. Maszyny do oczyszczenia i sortowania nasion. WAR Lublin 1994, ss.36 [19.7] Popko H. i zespół Maszyny przemysłu spożywczego, ćwiczenia laboratoryjne. Wyd.PL., Lublin 1986, ss.316 [19.8] Popko H. i zespół Podstawy konstrukcji maszyn przemysłu spożywczego. Przemysł mięsny. Wyd.PL., Lublin 1998, ss.66 [19.9] Popko H., Popko R. Maszyny przemysłu spożywczego. Przemysł mleczarski. Wyd.PL., Lublin 1997, ss.366 [19.10] Zwierzycki W. i zespół Wybrane zagadnienia zużywania się materiałów w ślizgowych węzłach maszyn. PWN, Warszawa-Poznań 1990, ss.4 [19.11] Flizikowski J., Bieliński K., Bieliński M. Podwyższanie energetycznej efektywności wielotarczowego rozdrabniania nasion. ATR-OPO Bydgoszcz 1994.