ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ МОДЕРНИЗИРОВАННЫМ СЕПАРАТОРОМ УСС – 5М2

Чарыков В. И.¹, Копытин И. И.², Яковлев А. И.³

¹Доктор технических наук, профессор, ²Доцент, ³Аспирант, Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т. С. Мальцева

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ МОДЕРНИЗИРОВАННЫМ  СЕПАРАТОРОМ УСС – 5М2

 Аннотация

В статье рассмотрено влияние основных факторов: магнитной индукции, длины окружности концентратора и расстояния между концентраторами на степень очистки сыпучих сельскохозяйственных продуктов от металлических включений. В основе анализа лежит методика активного планирования эксперимента, построены поверхности отклика и определены величины основных факторов для эффективной очистки. Показано, что качество очистки сыпучих продуктов зависит от величины магнитной индукции в рабочей зоне сепаратора, а величина магнитной индукции зависит от конструкции концентратора магнитного поля. Концентратор следует выполнять в виде овала с длиной окружности 72 мм и расстоянием между отверстиями 9 – 11 мм.

Ключевые слова: магнитная индукция, концентратор, очистка, металлические включения, поверхность отклика.

Charykov V. I.¹,  Kopytin I. I.² , Yakovlev A. I.³

¹Phd in Engineering, Professor, ²Associate professor, ³Postgraduate student, Kurgan State Agricultural Academy of T.S.  Maltsev

CLEANING EFFICIENCY OF AGRICULTURAL PRODUCTS UPGRADED SEPARATOR USS – 5M2

Abstract

The article considers the influence of the main factors: the magnetic induction, the length of the circumference of the hub and the distance between the hubs on the degree of purification of bulk agricultural products from metal inclusions. The analysis is based on methods of active experimental design, constructed response surface and determined the value of the key factors for effective cleaning. It has been shown that the quality of granular cleaning products depends on the magnitude of the magnetic induction in the working area of the separator, and the magnitude of the magnetic induction depends on the design of the magnetic field concentrator. The hub should be made in the form of an oval to a circle 72 mm in length and the distance between the openings 9 - 11 mm.

Keywords: magnetic induction, hub, cleaning, metallic inclusions, response surface.

Выполнение продовольственной программы, обеспечение страны продуктами в условиях санкций Евросоюза и других западных стран – главная задача агропромышленной политики российского правительства, Министерства сельского хозяйства РФ. На первую ступень в современных условиях выходят вопросы качества производимой сельскохозяйственной продукции.

Задача будет тогда выполнима, когда наша промышленность начнет выпускать высокотехнологичные машины и оборудование и обеспечивать ими  сельскохозяйственное и перерабатывающее производство.

Технологический процесс переработки зерна имеет несколько этапов. Процесс очистки зерна, муки, комбикорма или мясокостной муки является одним из основных. Кроме примесей растительного происхождения, механических примесей в зерновые входят и металлические включения.

Очистка сыпучих сельскохозяйственных продуктов осуществляется электромагнитными сепараторами. Эффективность очистки зависит от конструкции рабочей зоны железоотделителя.

В электромагнитных сепараторах серии УСС, разработанных в Курганской ГСХА широкое применение нашли  полюсные наконечники с «дырочными» концентраторами (концентраторы с отверстиями)[2]. Дырочные концентраторы имеют существенное преимущество перед горизонтальными и вертикальными концентраторами: они просты в изготовлении, имеют большую длину концентрирующих участков. В то же время создание электромагнитной индукции в них происходит несколько иначе и потому они требуют специального изучения для определения оптимальных размеров длины окружности отверстий и расположение этих отверстий в полюсных наконечниках, т.е. расстояния между отверстиями. Нами в процессе изучения влияния дырочных концентраторов на создание электромагнитной индукции использовалось простое рядное расположение отверстий, а не шахматное, как часто используются в других видах работ. В этом случае  на степень очистки, будут влиять следующие факторы: D – длина окружности отверстий, мм, t – расстояние между отверстиями, мм, B – величина магнитной индукции в рабочей зоне, Тл.

Эти факторы варьировались нами в определенных пределах, величина которых представлена в таблице 1. Для того, чтобы можно было использовать математический аппарат методики активного планирования эксперимента, эти факторы были закодированы[1,3,4].

Таблица 1- Уровни и интервалы варьирования факторов

Факторы	Кодовое обозначение	Интервалы варьирования	Уровни факторов
			Основной 0	Верхний +1	Нижний -1
D – длина окружности отверстий, мм	x1	4	72	76	68
t – расстояние между отверстиями, мм	x2	2	10	12	8
В – величина магнитной индукции, мТл	x3	40	180	220	140

  В качестве математической модели процесса, описывающей влияние указанных факторов на степень очистки мы использовали полином второй степени. Для получения математической модели процесса в виде полинома второй степени нами использовался некомпозиционный план второго порядка[1,3]. При исследовании процессов и систем с числом факторов от трех до семи целесообразно использовать некомпозиционные планы второго порядка. Эти планы представляют собой определенные выборки строк из полного факторного эксперимента типа 3^К. В этих планах каждая переменная варьируется всего на трех уровнях: +1,0,-1,   в то время как центральные  

Таблица 2 - Матрица некомпозиционного плана второго порядка

Номер опыта	x0	x1	x2	x3	x1x2	x1x3	x2x3				y
1	+	+	+	0	+	0	0	+	+	0	y1
2	+	+	-	0	-	0	0	+	+	0	y2
3	+	-	+	0	-	0	0	+	+	0	y3
4	+	-	-	0	+	0	0	+	+	0	y4
5	+	0	0	0	0	0	0	0	0	0	y5
6	+	+	0	+	0	+	0	+	0	+	y6
7	+	+	0	-	0	-	0	+	0	+	y7
8	+	-	0	+	0	-	0	+	0	+	y8
9	+	-	0	-	0	+	0	+	0	+	y9
10	+	0	0	0	0	0	0	0	0	0	y10
11	+	0	+	+	0	0	+	0	+	+	y11
12	+	0	+	-	0	0	-	0	+	+	y12
13	+	0	-	+	0	0	-	0	+	+	y13
14	+	0	-	-	0	0	+	0	+	+	y14
15	+	0	0	0	0	0	0	0	0	0	y15

 

композиционные ротатабельные планы второго порядка предусматривают использование каждого фактора на пяти уровнях. Некомпозиционные планы характеризуются наличием в строках матрицы планирования большого числа нулей, в результате чего существенно упрощается вычисление коэффициентов модели. Кроме того, некомпозиционные планы второго порядка для 3,4,6 и 7 факторов требует постановки меньшего числа опытов по сравнению с соответствующими ротатабельными центральными композиционными планами второго порядка.

В таблице 2 приведена матрица некомпозиционного плана второго порядка для трех факторов.

По данными этих опытов согласно матрице планирования получена математическая модель процесса, характеризующая зависимость степени очистки от исследуемых факторов. Эта модель представлена полиномом второй степени:

   (1)

Результаты опытов представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Результаты опытов

Номер опыта	x0	x1	x2	x3	x1x2	x1x3	x2x3	x12	x22	x32	y
1	+	+	+	0	+	0	0	+	+	0	0,85
2	+	+	-	0	-	0	0	+	+	0	0,78
3	+	-	+	0	-	0	0	+	+	0	0,76
4	+	-	-	0	+	0	0	+	+	0	0,73
5	+	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0, 96
6	+	+	0	+	0	+	0	+	0	+	0,92
7	+	+	0	-	0	-	0	+	0	+	0,67
8	+	-	0	+	0	-	0	+	0	+	0,80
9	+	-	0	-	0	+	0	+	0	+	0,71
10	+	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0,97
11	+	0	+	+	0	0	+	0	+	+	0,91
12	+	0	+	-	0	0	-	0	+	+	0,69
13	+	0	-	+	0	0	-	0	+	+	0,86
14	+	0	-	-	0	0	+	0	+	+	0,67
15	+	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0,96

 

После обработки результатов эксперимента было получено уравнение регрессии в натуральных значениях факторов, описывающие их влияние на степень очистки сыпучего продукта. Для модернизированного электромагнитного сепаратора УСС – 5М2 уравнение имеет следующий вид:

  (2)

где D – длина окружности отверстий,  мм, t – расстояние между отверстиями, мм, B – величина магнитной индукции в рабочей зоне, Тл.

Достоверность полученной полиномиальной модели оценивали с помощью F-критерия Фишера. Рассчитанный критерий Фишера равен F_р= 2,65, что меньше табличного F_T=19,4. Это свидетельствует об адекватности полученной полиномиальной модели [3, 4].

После обработки данных и получения полиномиальной математической модели строим трехмерные поверхности отклика с различными вариантами значений факторов и последующим анализом. В виду того, что наиболее значительное уменьшение среднеквадратической ошибки происходит при увеличении числа повторностей до трех, то при проведении основного эксперимента ограничиваемся тремя повторностями в каждом опыте [3,4].

На рисунках 1а, 1б, 1в представлены поверхности отклика y(x₁,x₂), y(x₁,x₃), y (x₂,x₃).

(а)

(б)

(в)

Рисунок 1 – Поверхности отклика: а – характеризующая значение степени очистки в зависимости от расстояния между отверстиями и величины магнитной индукции; б – характеризующая значение степени очистки в зависимости от расстояния между отверстиями и величины магнитной индукции; в – характеризующая значение степени очистки в зависимости от расстояния между отверстиями и длинны окружности отверстия концентратора

Анализ зависимости (рис. 1а) изменения от расстояния между отверстиями и величины магнитной индукции максимум степени очистки наблюдается при расстоянии  между отверстиями 9-11мм и величине магнитной индукции 180-200мТл

Анализ зависимости (рис. 1б) изменения длинны окружности отверстия концентратора и величины магнитной индукции при (х₂ = 0) показывают, что максимум степени очистки наблюдается при  длине окружности равной 72мм и величине магнитной индукции 180-200мТл.

Анализ поверхности отклика (рис. 1в) показывает, что наиболее выгодным вариантом сочетания факторов для максимума степени очистки является: длина окружности равная 72 мм и расстояние между отверстиями 9-11мм.

Вывод. Качество очистки сыпучих продуктов зависит от величины магнитной индукции в рабочей зоне сепаратора, а величина магнитной индукции зависит от конструкции концентратора магнитного поля. Концентратор следует выполнять в виде овала с длиной окружности 72 мм и расстоянием между отверстиями 9 – 11 мм.

Литература

1. Адлер Ю. П. Введение в планирование эксперимента. М.: Металлургия, 1969. – 155с.
2. Чарыков В. И., Евдокимов А. А., Сажин В. Н. Исследование факторов, определяющих величину магнитной индукции в межполюсном пространстве электромагнитного сепаратора // Вестник Курганской ГСХА. – 2016. – №2. – С. 78 – 81.
3. Спиридонов А. А. Планирование экспериментов при исследовании технологических процессов. М.: Машиностроение, 1981. – 184 с.
4. Чарыков В. И., Митюни А. А. Очистка сыпучих сельскохозяйственных продуктов от металлических включений гравитационным сепаратором УСС – 6М // Вестник Курганской ГСХА. 2016. – №1. – С. 76 – 80.

References

1. Adler Y. P. Vvedenie v planirovanie ehksperimenta. M.: Metallurgiya, 1969. – 155s.
2. CHarykov V. I., Evdokimov A. A., Sazhin V. N. Issledovanie faktorov, opredelyayushchih velichinu magnitnoj indukcii v mezhpolyusnom prostranstve ehlektromagnitnogo separatora // Vestnik Kurganskoj GSKHA. – 2016. –№2. – S. 78 - 81.
3. Spiridonov A. A. Planirovanie ehksperimentov pri issledovanii tekhnologicheskih processov. M.: Mashinostroenie, 1981. – 184 s.
4. CHarykov V. I., Mityunin A. A. Ochistka sypuchih sel'skohozyajstvennyh produktov ot metallicheskih vklyuchenij gravitacionnym separatorom USS – 6M // Vestnik Kurganskoj GSKHA. – 2016. –№1. – S. 76 - 80.