Составление плана эксперимента и выбор уровней варьирования
Проведенный ряд поисковых экспериментов и анализ факторов, оказывающих влияние на процесс сепарации, послужили основой выбора плана многофакторного эксперимента. Для установления закономерностей изменения параметров процесса и определения рациональных значений параметров устройства выбран центральный композиционный ортогональный план ЦКОП 24 полного факторного эксперимента [25, 49, 72, 75].
С целью уменьшения влияния систематических ошибок, эксперимент производится отдельными сериями. В качестве параметров оптимизации, характеризующих процесс сепарации, выбраны:- производительность, (Q) кг/ч;
- потребляемая мощность, (P)Вт;
- эффективность процесса дезагрегации, (η) %.
Математическая модель, полученная на основании результатов обработки эксперимента, представляет отрезок полинома ряда Тейлора, описанный уравнением регрессии вида [9, 72]:
где у - функция отклика; а0 - свободный коэффициент; ai- линейные эффекты; aij- эффекты взаимодействия; aii- квадратичные эффекты; хi, Xj- уровни варьирования факторов.
В данной работе при определении факторов варьирования был принят подход, при котором будет удобно использовать результаты в промышленных целях для производственных установок. Для этого часть параметров варьирования имеет комплексный вид. При вычислении этих факторов использовались значения конструктивных параметров дезагрегирующего устройства и конструктивных параметров сепарационной камеры. В качестве конструктивных параметров
дезагрегирующего устройства использовались: высота установки устройства оснащенного шестью многозаходными лентами в цилиндрической части сепарационной камеры H,с отчетом от основания цилиндрической части сепарационной камеры до начала захода лент; шаг винта лент устройства Т; ширина многозаходных лент B.Конструктивные параметры сепарационной камеры: диаметр цилиндрической части сепарационной камеры Л 0,315м; высота цилиндрической части сепарационной камеры h0,11м.
Согласно принятому плану ПФЭ ЦКОП 24установлено пять уровней варьирования факторов, которые определены по результатам поисковых экспериментов были выбраны следующие наиболее значимые для процесса факторы варьирования:Ω- угол установки лент относительно горизонтальной части распределительного устройства, (град.);
H/h- отношение высоты установки лент устройства Hк высоте сепарационной камеры h(значение Hв центре плана равняется 0,01 м);
T/h- отношение шага винта многозаходных лент Tк высоте сепарационной камеры h, (значение Tв центре плана составляет 0,33 м);
B/D- отношение ширины лент Bк диаметру сепарационной камеры (значение Bв центре плана составляет 0,01 м).
Значения всех факторов, согласно центральному композиционному ортогональному плану полного факторного эксперимента по выбранной схеме 24 приведены в таблице. 3.4.
Таблица 3.4
Исследуемые факторы и уровни варьирования ПФЭ ЦКОП 24
| Факторы | Обозначение | Интервал | Уровни варьирования факторов | |||||
| Код.вид | Нат.вид | -1,414 | -1 | 0 | +1 | +1,414 | ||
| Угол наклона лент, (град) | X1 | Ω | 10 | 56 | 60 | 70 | 80 | 84 |
| Высота установки лент / высота камеры | X2 | H/h | 0,045 | 0,027 | 0,046 | 0,091 | 0,136 | 0,155 |
| Шаг винта лент / высота камеры | X3 | T/h | 1,000 | 1,591 | 2,000 | 3,000 | 4,000 | 4,409 |
| Ширина лент / диаметр камеры | X4 | B/D | 0,010 | 0,019 | 0,022 | 0,032 | 0,042 | 0,044 |
Статистическая оценка значимости коэффициентов, полученной математической модели производилась с помощью критерия Стьюдента, а проверка на адекватность с помощью критерия Фишера [9, 72]. Матрица планирования для ПФЭ ЦКОП 24, на основании которой проводились экспериментальные исследования по сепарированию, представлена в таблице 3.5.
Таблица 3.5
Матрица планирования ПФЭ ЦКОП 24
| Номер опыта | План | |||
| X1 | X2 | X3 | X4 | |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 2 | -1 | 1 | 1 | 1 |
| 3 | 1 | -1 | 1 | 1 |
| 4 | -1 | -1 | 1 | 1 |
| 5 | 1 | 1 | -1 | 1 |
| 6 | -1 | 1 | -1 | 1 |
| 7 | 1 | -1 | -1 | 1 |
| 8 | -1 | -1 | -1 | 1 |
| 9 | 1 | 1 | 1 | -1 |
| 10 | -1 | 1 | 1 | -1 |
| 11 | 1 | -1 | 1 | -1 |
| 12 | -1 | -1 | 1 | -1 |
| 13 | 1 | 1 | -1 | -1 |
| 14 | -1 | 1 | -1 | -1 |
| 15 | 1 | -1 | -1 | -1 |
| 16 | -1 | -1 | -1 | -1 |
| 17 | -1,414 | 0 | 0 | 0 |
| 18 | 1,414 | 0 | 0 | 0 |
| 19 | 0 | -1,414 | 0 | 0 |
| 20 | 0 | 1,414 | 0 | 0 |
| 21 | 0 | 0 | -1,414 | 0 |
| 22 | 0 | 0 | 1,414 | 0 |
| 23 | 0 | 0 | 0 | -1,414 |
| 24 | 0 | 0 | 0 | 1,414 |
| 25 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Для исключения влияния на функции отклика систематических ошибок, вызванных внешними условиями, предусмотренные матрицей планирования опыты производились в случайном порядке.