Обоснование выбора функций отклика и основных факторов
Для обеспечения эффективного процесса смешивания смеси необходимо, чтобы в емкости смесителя была организована равномерная подача материала в зону смешивания, материал был просеян и не имел посторонних включений.
Основными показателями эффективной работы планетарного смесителя периодического действия являются производительность, зависящая от времени загрузки и разгрузки емкости, показатель неоднородности готовой смеси, качественные показатели продукта изготавливаемого из полученной смеси и показательный потребляемой двигателем мощности. Причем при сравнении различных моделей можно сказать что производительность современных смесителей находится практически на одном уровне, в то время как наиболее важными показателями являются потребляемая мощность [149] и показатели качества конечной продукции.
На удельный расход, коэффициент неоднородности, предел прочности (функции отклика в рассматриваемом случае влияют следующие факторы:
где
по - частота вращения, мин-1;
tι- время смешивания, с;
t2- время загрузки, с;
t3- время разгрузки, с;
ψ- коэффициент заполнения емкости смесителя, %;
5- шаг установки стержней, мм;
d0 - диаметр стержня, м;
R0- радиус венцовой зубчатой шестерни, м;
го - радиус подвижной шестерни, м;
hr- шаг спирали, м;
H0- высота корпуса смесителя, м;
h- высота стержней, м;
Исходя из предварительного кинематического анализа шаг спирали задан постоянным числом для обеспечения максимально эффективной зоны покрытия емкости смесителя. Проанализировав значения частоты вращения для существующих смесителей было принято минимальное значение частоты равное n=60 об/мин, которое позволяет осуществить смешивание при низких показателях качества смеси.
Максимальное значение принято n = 300 об/мин, при более высоких частотах наблюдает лишний перерасход энергии без значительных улучшений качественных характеристик готового продукта.Время загрузки и разгрузки смесителя оказывают влияние на производительность смесителя, однако в меньшей степени чем время смешивания, исходя из чего принимаются равными постоянному значению t2 = 5 с и t3 = 15 с. Время смешивания tιбыло выбрано одним из факторов в силу большого влияния на процесс смешивания в целом, в ходе поисковых экспериментов был определен оптимальный диапазон значения времени смешивания tι = 20-70 с.
Коэффициент загрузки (ψ)также оказывает сильное влияние на производительность планетарного смесителя и на процесс смешивания в целом, принимаем его максимальное значение равное 70%. Загрузка емкости большим объемом нецелесообразна с точки зрения уменьшения свободного пространства для циркуляции смеси. Также при больше объеме загрузки электродвигатель начинает испытывать дополнительные пусковые нагрузки что недопустимо для машин периодического действия. Для того чтобы обеспечивалось условие движения рабочих органов по траектории в виде гипотрахоиды принимаем постоянными значения радиусов подвижной и неподвижной шестерни смесителя Ro = 0,175 м и r0 = 2∕3∙R0. Диаметр и высота рабочих органов(стержней) закрепленных на подвижной шестерне принимаются равным d0 = 0,008 м h = 0,178 м, данное значение было определено с точки зрения необходимости обеспечивать достаточную прочность рабочего органа в условиях воздействия нагрузок со стороны перемешиваемых материалов [85,113]. Высота стержня подобрана таким образом, чтобы стержень погружался в смесь полностью, но при этом не было
вероятности зацепить основание корпуса, что могло бы привести к повреждению машины. Количество стержней, установленных на подвижной шестерне зависит от объема камеры смесителя, с увеличение диаметра и высоты корпуса увеличивается и количество стержней, установленных с определенным шагом по спиралевидной траектории.
Диаметр и высота корпуса являются величинами постоянными для того чтобы обеспечить постоянный объем равный среднему значению загрузки современных небольших смесителей планетарного типа 15-20 литров. Установлено что максимально необходимое количество месильных стержней на корпус объемом 16 литров равно 11 штук при шаге установки 0.027 м. Большее количество рабочих органов применять нецелесообразно из-за увеличения потребляемой мощности при одинаковом качестве смешивания. Минимально значение рабочих органов равно 7 при данной величине качество смеси получается хуже, но в переделах допустимых норм. Дальнейшее уменьшение количества рабочих органов приводит к началу образования застойных зон, где смешивания практически не происходит. Таким образом следует вывод, что на процесс смешивания наибольшее влияние оказывают следующие параметры: частота вращения (n0), время смешивания (t), коэффициент загрузки iψ)wшаг установки рабочих органов (5).3.7.