Спосіб визначення оптимальних конструктивно-технологічних параметрів преса-гранулятора

Спосіб визначення оптимальних конструктивно-технологічних параметрів преса-гранулятора, який включає аналіз процеса грануляції методом 3 шований усередині кільцевої матриці (Фіг.2 Принцип роботи преса-гранулятора, де 1 - кільцева матриця з отворами; 2 - пресуючий ролик; 3 ніж). Для прийнятої схеми гранулятора можна виділити його основні конструктивно-технологічні параметри: геометричні розміри роликів і матриці та їх взаємне розташування, геометричні параметри отворів в матриці, шорсткість поверхні отвору, частота обертання матриці гранулятора, тиск нагнітання сировини в отвори матриці, структурномеханічні властивості сировини, продуктивність та якість готової продукції. З врахуванням цих характеристик задача оптимізації полягає у визначенні параметрів, що забезпечують максимальну густину гранул. Таким чином, в якості цільової функції прийнято співвідношення, яке визначає густину гранул отриманих методом екструзії. У загальному вигляді густина гранул може бути виражена добутком: r = C(x ) × X , де X - параметр оптимізації, C(x ) - коефіцієнт, що визначає залежність цільової функції від параметра X . При наявності декількох параметрів оптимізації у кількості n цільова функція приймає вигляд: n r(Xi ) = å Ci (Xi ) × Xi ® max , (1) i=1 де n - кількість параметрів. Для визначення оптимального розподілу параметрів Xi рівняння (1) доповнюється необхідною системою співвідношень, які відображають обмеження на параметри оптимізації: n å aij × Xi R j b j , j = 1K m , (2) i=1 де aij - задані коефіцієнти; b j - задані граничні значення обмежень; R j - один зі знаків " ³ ", "=" або " £ ". З аналізу схеми гранулювання (Фіг.2) слідує, що визначальною технологічною операцією є екструзія сировини через отвори матриці. Тому параметри в співвідношеннях (1), (2) повинні визначатись з врахуванням закономірностей процесів руху та ущільнення сировини при її проходженні в отворах матриці. Дослідження цих закономірностей виконано методами математичного моделювання нестаціонарного деформування дисперсних матеріалів. Згідно запропонованої методики розроблена розрахункова схема процесу екструзії 30058 4 дисперсного матеріалу, яка наведена на Фіг.3 (а, б, в). Розроблена розрахункова схема дозволяє визначити взаємозв'язок між: - тиском нагнітання; конструктивними параметрами отвору матриці; конструктивними параметрами ролика і матриці (діаметри, взаємне розташування, швидкість відносного руху, відстані між отворами, товщини та ін.); - структурно-механічними параметрами сировини. В якості приклада розглянуто слідуючи параметри пресуючого вузла гранулятора: - діаметр матриці гранулятора - 420мм. - діаметр пресуючого ролика - 206мм. - товщина матриці - 50мм. Розглянута геометрія отвору матриці для різних кутів (0° £ a £ 80°) вхідного каналу (Фіг.4). Прийняті структурно-механічні властивості, які відповідають луззі соняшника: граничне напруження зсуву (Go=1МПа), модуль пружності (Е=10МПа), об'ємний вміст газової фази (пористість) 0,7. Коефіцієнт тертя у системі "матеріалстінка каналу" m = 0,3 . На Фіг.5 представлені результати, які дозволяють визначити товщину шару матеріалу (а, б), яка забезпечує при заданих конструктивнотехнологічних параметрах ролика та матриці найбільший тиск (в) нагнітання матеріалу при екструзії. На Фіг.6. представлений розрахунок пористості матеріалу для різних кутів вхідного каналу. Аналіз пористості матеріалу на виході з каналу дозволяє визначити густину готової гранули. Узагальнення результатів проведених обчислювальних експериментів дозволили побудувати залежність, що наведена на Фіг.7. З графіка (Фіг.7) визначається відповідний коефіцієнт Ci (Xi ) у цільовій функції (1). Аналогічно отримуються залежності густини гранули від інших параметрів оптимізації. Результати проведених досліджень свідчать про високу ефективність запропонованих методологічних розробок у разі використання їх у проектувальній практиці грануляційної техніки. Даний спосіб дає можливість без побудови фізичної моделі, використовуючи лише математичну модель і ЕОМ спроектувати прес-гранулятор оптимальної конструкції. Використання даного способу суттєво зменшить час і кошти потрібні на проектування грануляційного обладнання. 5 Комп’ютерна верстка А. Рябко 30058 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601