Результаты анализа исследований зависимости предела прочности на сжатие образцов, от основных параметров установки

Основываясь на статистическом анализе результатов натурных экспериментов, получено уравнение регрессии в кодированном виде:

В натуральном виде получим:

Анализ данного выражения показывает, что наибольшее влияние при единичном воздействии оказывает шаг 5 установки рабочих органов на значение предела прочности д_еж.

На рисунках 4.24 - 4.29 указаны самые характерные графические зависимости изменения предела прочности д_еж от исследуемых варьируемых факторов: n, t, у, s.

Из рисунка 4.24 видно, что рассматриваемая зависимость имеет экстремальный характер. При увеличении частоты вращения в диапазоне «=60-180 об/мин прочность изделия возрастает, но дальнейшее повышение частоты в пределах «=180-300 об/мин приводит к уменьшению прочности опытного образца из готовой смеси.

Экстремальный характер графиков объясняется тем, что качество получаемого образца напрямую зависит от интенсивности перемешивания компонентов в смесителе.

Рисунок 4.24.

При небольших частотах вращения подвижной части смесителя материал медленно перемещается в вертикальном осевом направлении вдоль стержней, а основное перемещение происходит в радиальном направлении между месильными стержнями.

С увеличением частоты вращения с 60 до 180 об/мин увеличивается скорость перемешивания частиц сыпучих компонентов, что улучшает циркуляцию материала в емкости смесителя и приводит к увеличению максимальных показателей предела прочности до 27,50 МПа. Однако при постоянном увеличении интенсивности перераспределения частиц в объеме сухой смеси может начаться процесс сегрегирования, при котором происходит расслоение компонентов, что

приводит к уменьшению качества перемешивания и снижению максимального показателя прочности до З_сж=19,1 МПа.

Графики на рисунке 4.25 также имеют экстремальный характер. Увеличение продолжительности процесса перемешивания в пределах t=30-50 c приводит к увеличению предела прочности на сжатие, однако продолжение перемешивания в диапазоне t=50-70 с снижает минимальный предел прочности с δ_e^=25,24 до 19,32 МПа. При этом наибольшая эффективность процесса наблюдается при средних и высоких значениях частоты оборотов подвижной части смесителя.

Рисунок 4.25. Графики зависимости δeM=f(t) ^=50% и 5=33 мм.

Таким образом получается, что возникновение процесса сегрегирования в планетарном смесителе зависит не только от возрастания частоты оборотов его подвижной части, но и от продолжительности процесса. При рациональном режиме работы смесителя в определенный момент времени коэффициент неоднородности смеси достигнет своего максимального значения, что выразится в наиболее прочных изделиях полученных из нее, однако дальнейшее перемешивание приведет не только к перерасходу затраченной энергии, но и к появлению избыточного воздействия на частицы компонентов смеси, которые станут перемещаться из достигнутого оптимального положения в аналогичное исходному, в результате чего будет возникать расслоение.

Графики, представленные на рисунке 4.26, имеют экстремальный характер.

Рисунок 4.26. Графики зависимости ёсж=/(1) и=180 об/мин и 5= 33 мм

Минимальные показатели прочности опытного образца объясняется тем что при средних и минимальных значениях коэффициента загрузки ^=40^o% и увеличении времени смешивания, будет происходить избыточное смешивание что в итоге приведет к уменьшению прочностных показателей готового изделия. При средних значениях загрузки смешиваемого материала в корпусе смесителя, за то же время смесь будет медленней достигать готового состояния и соответственно будет находится в оптимальном соотношении времени и объема. Таким образом будет происходить улучшение качества образцов и повышение их предела прочности. Однако с увеличением загрузки емкости начинается обратный процесс, вызванный недостаточным временем и низкой для такого объем частотой вращения центрального вала при смешивании компонентов смеси.

График, представленный на рисунке 4.27, при частоте вращения равной и=180 об/мин и объеме загрузки ^=50% показывает сначала увеличение прочностных характеристик образцов, а затем небольшое снижение. Это связано с тем что с увеличением времени и варьированием шага установки рабочих органов качество перемешивания улучшается до 7_сж28.75 МПа, показатели начинают ухудшаться до 22.61 МПа.

Рисунок 4.27. Графики зависимости (∖..-f(t) и=180 об/мин и ^=50%

Также из приведенных графиков можно сделать вывод о том, что вне зависимости от частоты вращения рабочих органов их количество прямо пропорционально влияет на качество готовой смеси в связи с тем, что меньший шаг рабочих органов смесителя позволяет увеличить интенсивность перераспределения частиц перемешиваемых материалов за счет большей степени воздействия на них.

Из рисунка 4.28 видно, что с увеличением шага установки рабочих органов ухудшается циркуляция потоков частиц в общем объеме, что приводит к получению менее качественной смеси и, как следствие, изготовлению из нее изделий с меньшей прочностью. При этом стоит отметить, что наиболее высокоскоростной режим работы смесителя приводит к худшему результату, так как в этом случае частицы материала не будут успевать заполнять зону вытеснения,

образуемую рабочим органом, что становится причиной увеличения времени перемешивания, необходимого для получения смеси требуемого качества и ведет к перерасходу энергии и снижению общего качества смеси.

Рисунок 4.28. Графики зависимости δeM==f(s) t=50 c и ^=50%

Наименее интенсивное перемешивание, в свою очередь, также не позволяет добиться наиболее качественного перемешивания, однако в сочетании с увеличением количества рабочих органов этот режим работы является более предпочтительным по сравнению с высокоскоростным ввиду возможности получения наивысшего предела прочности.

Эффективные показатели дает режим работы на средних оборотах подвижной части смесителя и=180 об/мин, который позволяет соблюдать наиболее оптимальную интенсивность перемешивания с увеличением площади взаимодействия месильных органов с компонентами смеси.

Графики, представленные на рисунке 4.29, показывают, что при частоте вращения подвижной части смесителя равной и=180 об/мин и времени смешивания t=50 c, при минимальных и средних значениях коэффициента загрузки, показывают самые лучшие показатели прочности образцов. Причем наблюдается общее снижение показателей прочности для всех значений коэффициента загрузки, кроме максимального. При увеличении шага установки и увеличении загрузки с 40-60%

показатели начинают снижаться, а при увеличении загрузки до 60% наблюдается снижение показателей предела прочности до Аж=23,02 МПа.

Рисунок 4.29. Графики зависимости δ жf(s) n=180 об/мин и t=50 c

При таком количестве, рабочие органы плохо справляются с таким объемом смеси при установленных параметрах времени и частоты смешивания и качества смешивания снижается, компоненты не успевают распределиться достаточным образом и прочностные характеристики образца, изготавливаемого из такой сухой смеси соответственно будут значительно хуже.

Таким образом можно сделать вывод что качественные показатели изделий, изготавливаемых и готовой смеси очень сильно зависят от варьируемых параметров и для получения хорошего результата необходимо определить наиболее рациональные параметры смешивания.

4.6.