Тверь 2006

Изложены основные требования и порядок выполнения курсовой работы.

Предназначены для студентов 3 курса специальности 290600 “Производство строительных материалов, изделий и конструкций” при выполнении курсовой работы по дисциплине “Процессы и аппараты технологии строительных изделий”.

Обсуждены и рекомендованы к печати на заседании кафедры “Производство строительных изделий и конструкций” (протокол № 7 от 2 июля 2006 г.)

Составитель: В.И. Трофимов

Курсовая работа завершает изучение курса "Процессы и аппараты технологии строительных материалов" студентами специальности 290600 "Производство строительных материалов, изделий и конструкций" и выполняется в 5-м семестре.

При выполнении курсовой работы студент расширяет и закрепляет знания, полученные при изучении теоретической и практической частей курса, приобретает практический опыт проектирования технологических процессов с разработкой математической модели для ведения и управления разрабатываемого процесса.

Курсовая работа включает основные элементы научно-исследовательской работы и предусматривает изучение заданного процесса путем постановки серии экспериментов, проведенных по специально разработанной студентом программе с последующей их обработкой о использованием теории подобия и моделирования.

Курсовая работа является основой для выполнения научно-исследовательской работы, предусмотренной программой курса "Основы научных исследований".

Задание на выполнение курсовой работы видается по установленной форме и выполняется студентом в предусмотренные графиком сроки.

Курсовая работа считается выполненной после ее проверки и соответствующей отметка о допуске к защита руководителем.

I. ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ РАБОТ

Тематика курсовых работ охватывает основные технологические процессы в технологии строительных материалов. Темами курсовых работ могут быть вопросы, связанные с изучением процессов:

а) течения неньютоновских жидкостей в вискозиметрах и пластометрах;

б) измельчения материалов в дробилках и мельницах,

перемешивания пластичных, полусухих и сухих смесей, уплотнения бетонных и растворимых смесей на виброустановках различных типов.

Темы курсовых работ не ограничиваются приведенным перечнем, который может быть дополнен другими темами, исходя из условий целесообразности их выполнения и наличия соответствующего оборудования и приборов.

2. СОСТАВ И ОБЬЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ

Курсовая работа, исследовательского характера включает выполнение следующих этапов:

1. Введшие

2. Детальное изучение темы по литературным источникам и составление литературного обзора.

3. Составление программы работы и методики отдельных экспериментов.

4. Проведение экспериментов по программе.

5. Обработка экспериментальных данных.

6. Результаты исследований и их анализ.

7. Написание и окончательное оформление раечетно-пояснительной записки.

Объем расчетно-пояснительной записки в зависимости от плотности и размера шрифта составляет 30-40 страниц рукописного текста. Расчетно-пояснительная записка начинается титульным листом. Затем следуют задание на проектирование, оглавление и текст. В конце расчетно-пояснительной записки должен быть приведен описок используемой в работе литературы.

Текстовая часть расчетно-пояснительной записки начинается с введения, объем, которого составляет 1,5-2 страницы. Во введении приводятся сведения из директивных документов партии и правительства по изучаемому вопросу, уровню научно-технического прогресса в данной отрасли строительной индустрии. В конце введения дается технико-экономическое обоснование на совершенствование заданного технологического процесса и необходимость проведения научных исследований.

Введению не присваивается номер главы. Поэтому следующий за введением обзор литературы по работе является первой главой расчетно-пояснительной записки. Объем этой главы составляет 15-20 страниц. Основной целью литературного обзора является детальное изучение того раздела курса "Процессы и аппараты в технологии строительных материалов",к которому относится тема курсовой работы.

Литературный обзор усложняется еще и тем, что выполнение курсовой работы и лекционный курс протекают одновременно, поэтому студенту приходится изучать, описывать, а затем и совершенствовать процессы и аппараты самостоятельно по литературе до прослушивания лекций. Кроме того, сведения по одному и тому же вопросу помещены, как правило, в различных литературных источниках, с различной, а иногда и с противоречивой трактовкой, поэтому от студента требуется не только достаточное их изучение, но и соответствующий анализ со своими соображениями и выводами.

Так как студенты впервые и самостоятельно выполняют курсовую работу научно-исследовательского характера, то разрешается писать литературный обзор по ограниченной номенклатуре литературных источников, а именно: учебники и учебные пособия, монографии и основные специальные журналы центральных издательств. ("Строительные материалы", "Цемент" и др.). Независимо от темы работы глава "Обзор литературы по теме" должна содержать примерные параграфы:

1.1. Основные теоретические предпосылки исследуемого процесса.

1.2. Описание заданного процесса (например: перемешивание

дисперсных материалов).

1.3. Применяемые машины и оборудование (приборы).

Написание первой главы, а также последующих глав, необходимо сопровождать обязательными ссылками на используемые литературные источники.

3. СОСТАВЛЕНИЕ ПРОГРАММЫ РАБОТЫ

Ввиду того, что студенты третьего курса не имеют ни теоретических знаний, ни практических навыков в составлении программ, ниже приводятся примерные схемы рабочих программ для основных разделов тематики курсовых работ.

3.1. Общая схема рабочей программы

Рабочая программа на выполнение лабораторных экспериментов включает ряд последовательных операций по подготовке сырья, применяемому оборудованию и приборов, методик выполнения отдельных экспериментов и испытаний образцов, расчета количества материалов и объема работы, методике обработка экспериментов.

Рабочая программа начинается с формулировки темы исследования, для выполнение которой составляется программа, и устанавливается

цель исследования.

Затем описывается объект исследования (например: цементное тесто с водоцементным отношением 0,3) и данные по применяемому сырью (например: портландцемент марки 400).

Рабочие программы для основных разделов тематики курсовых работ

3.2. Рабочая программа I

Зависимость плотности цементного раствора от времени уплотнения и интенсивности вибрационных колебаний.

3.2.1. Цель работы

Получение уравнения регрессии адекватно описывающего зависимость плотности раствора oт времени уплотнения и интенсивности вибрационных колебаний.

3,2.2. Объект исследования

Объектом исследования является растворная смесь с водоцементным отношением … соотношением песок: цемент, равным ….

3.2.3 Сырье и его подготовка.

В качестве вяжущего используется портландцемент марки …

Для приготовления раствора используется речной песок с размером фракций... Фракционный песок заданной фракции получают путем рассева предварительно высушенного в сушильном шкафу рядового песка на лабораторных ситах. Необходимое количество материалов на весь эксперимент хранится в закрытой таре.

3.2.4. Методика исследования

3.2.4.1. Установки и приборы, применяемые в работе:

а) лабораторная виброплощадка с круговыми (вертикально направленными) колебаниями - I шт,

б) цилиндрическая форма - I шт,

в) секундомер - I шт,

г) виброграф- I шт,

д)штангенциркуль или линейка металлическая- I шт,

е) емкость для приготовления раствора,

ж) весы торговые точность взвешивания 5 г.

3.2.4.2. Определение характеристик материалов.На этом этапе определяют плотность цемента и песка, удельную поверхность по соответствующим ГОСТам или руководству к лабораторным работам по строительным материалам.

З.2.4.3. Приготовление раствора. Сухие составляющие цемент и песок засыпают в сосуд и перемешивают вручную в течение 30 с. Затем заливают воду в количестве примерно 50% от расчетного количествa и смесь перемешивают в течение 20-30 с, после чего заливают оставшуюся воду и смесь продолжают перемешивать до получения качественной однородной смеси. Общее время перемешивания составляет …мин, причем секундомер включают после залавки первой порции воды. За один замес (на один опыт) приготавливается с некоторым запасом примерно 1,2 литра раствора для форм емкостью I литр. Поэтому на один замес требуется 2,5 кг cyxиx составляющих.

3.2.4.4. Формование. Если исследование выполняется по методике планированного эксперимента, то в зависимости от номера опыта в матрице планирования предварительно настраивается виброплощадка на один из двух режимов, соответствующих нижнему или верхнему значению интенсивности колебаний. Эта настройка для виброплощадки с круговыми колебаниями заключается в установке двух, соответствующей величины, дебалансов на вал вибратора и определении амплитуда колебаний с помощью вибрографа по методике, прилагаемой вибрографу. Настройка виброплощадки с горизонтально направленными колебаниями производится с помощью специального винтового механизма. Интенсивность колебаний определяется по формуле:

И=А П

где А - амплитуда. см; п - частота колебаний, с

К формовании приступают по истечении... минут после заливки первой порции воды при перемешивания. Чистую форму закрепляют на виброплощадке и начинают укладывать смесь лопаткой с одновременным уплотнением. В конце формования на уровне верхней кромки формы поверхность образца выравнивается. Затем включают виброплощадку и одновременно секундомер и уплотняют смесь в течении времени, соответствующего нижнему уровню по матрице планирования. По истечений этого времени виброплощадку и секундомер выключают измеряют величину опускания поверхности смеси относительно верхней кромки и результат записывают в рабочий журнал.

Затем виброплощадку и секундомер включают повторно и продолжают уплотнение смеси в течение времени, соответствующей верхнему уровню по матрице планирования. При этом учитывается время первого опыта, и поэтому стрелка секундомера не сбрасывается после первого времени уплотнения.

После выключения виброплощадка опять производился измерение величины опускания смеси к форм.

Таким образом, на одном образце можно сделать два опыта с разными параметрами влияющих факторов.

Необходимо, чтобы операции по приготовлению смеси и формованию во всех опытах строго совпадали по времени, и отсчет времени не обходимо вести oт начала перемешивания сухих компонентов, то есть время от начала перемешивания до заливки первой и второй порций вода, окончания перемешивания, начала укладки смеси в формы, момента включения и выключения виброплощадки должно быть одинаковые во всех опытах.

Необходимо также, чтобы количество заформованной смеси (по весу) для данного водоцементного отношения во всех опытах было одинаковым.

Моб=М-Мф

По результатам опытов определяется;

а) масса образца

где М - масса образца с формой, кг; Мф - масса форма, кг;

б) объем образца

, л

где - объем формы в литрах;

d - диаметр формы, мм;

h - величина опускания поверхности образца при уплотнении, мм;

в) объемная масса уплотненного образца

, кг/л

Степень уплотнения смеси оценивается коэффициентом уплотнения Куп, равным отношению объемной массы уплотненного образца к объемной массеполностью уплотненной смеси определяемой теоретически по значениям абсолютных объемов, входящих в смесь материалов:

масса соответственно воды, цемента, песка,кг;

- плотность цемента, кг/л;

- плотность песка, кг/л.

3.2.5. Количество и состав опытов

Рабочая программа предусматривает решение поставленной задача по методике планированного эксперимента с реализацией полного факторного эксперимента типа;

N=2

где N - число опытов в эксперименте;

K- чиcло влияющих факторов;

2 - число уровней факторов.

Количество влияющих факторов в эксперименте и их уровни, заданы в задании.

Для реализации всех опытов, входящих в матрицу планирования при двухфакторном эксперименте необходимо выполнись 4 опыта, при трех факторном - 8.Однако для статистической оценки результатов эксперимента необходимы повторные (параллельные) опыты. Минимальное число параллельных опытов, поставленных по методике планированного эксперимента и позволяющих использовать аппарат математической статистики при обработка результатов, равно двум. Ограничиваясь при учебных исследованиях минимальным числом параллельных опытов для сокращения времени на эксперимент и экономии материалов, количество опытов составит:

в. двухфакторном эксперименте N2=2 *Пп = 2² * 2 = 8;

в трехфакторном эксперименте N3 = 2 • 2 = 16.

Состав экспериментов приводится в описании методики проведения планированного эксперимента.

3.2.6. Расчет количества материалов на эксперимент

Q=Q1*N*y, кг

где Q- количество сухих материалов на один замес (опыт),

Q1= 2,5кг;

N- количество опытов;

y - коэффициент запаса, y= 1,15…1,2

Q1=Qц+Qп;

где Qц иQп - масса соответственно цемента и песка на один замес;

Qц=aQ1;

Qц=bQ1;

где - отношение цемента к песку по весу;

b - коэффициент, равный 1-d;

3.2.7. Обработка результатов эксперимента

Обработка результатов производится по методике планированного эксперимента, приведенной в разделе 4, которая заканчивается получением уравнения регрессии (математической модели процесса) в кодированных и натуральных переменных.

3.2.8.1. Форма записи исходной информации

Успех любого эксперимента во многом зависит от тщательности

записи исходной информации, полученной в процессе эксперимента. Форма записи может отличаться большим разнообразием, определяющим составом эксперимента, его сложности и условий проведения. Поэтому форда записи исходной информации перед опытом должна быть тщательно продумана, хотя в процессе эксперимента не исключена возможность ее совершенствования и корректировки. Для данного эксперимента предлагается запись исходной в расчетной информации в таблицу по форме I.

Форма I.

Дата Проведе-ния опыта	№ опыта в матрице планиро-вания	Интенси-вность колеба-ний U см *с	Время уплотне- Ния t, с	Величина опускания Поверхности образца при уплотнении h, мм	Масса образца с формой М, кг	Масса образца Мобр, кг	Обьем образца Vоб, л	Плотность образца	Коэффициент уплотнения Куп

3.3. Рабочая программа 2

Исследование зависимости качества перемешивания дисперсных материалов от времени перемешивания.

3.3.1. Цель работа

Оценить эффективность перемешивающего аппарата при перемешивании заданной смеси и определить оптимальное время перемешивания.

3.3.2. 0бъект исследования

0бъектом иcследования является трехкомпонентная смесь: песок +

+ щебень + вода или песок + известь + вода.

3.3.3. Сырье и его подготовка

Песок. Рядовой песок просеивается через сита с отверстиями 1,25 и 0,3 мм. Остаток на сите 0,3 мм высушивается и используется в опытах.

Щебень. Получают дроблением гравия в лабораторной щековой дробилке. Раздробленную смесь просеивают через сита 10 и 5 мм. Остаток на сите 5 мм используется в опытах.

Известь. Используется негашеная молотая известь. Тонкость помола соответствует остатку на сите с сеткой № 0,2 не более 1% и №,0,08 не болев 10%.Для определения тонкости помола берут навеску измельченной извести в количестве 50 г,высушивают при температуре 105 -110°С и просеивают через комплект сит. Просеивание считают законченным, если через каждое из сит комплекта проходит не более 0,1 г. Остаток на ситах в г взвешивают и выражают в процентах по отношению к исходной навеске. Помол извести производят в шаровой лабораторной мельнице.

3.3.4. Методика исследования

3.3.4.1. 0борудование и приборы, применяемые в работе:

а) смеситель (указать тип) - I шт.;

б) лабораторная щековая дробилка - I шт.;

в) комплект сит с отверстиями 0,3; 1,25; 2,5; 5; 10 1Ш - I шт.;

г) комплект сит с отверстиями 0,08; 0,2— I шт.;

д) секундомер - I шт.;

е) весы торговые - I шт.;

ж) весы технические - I..шт.;

з) сушильный шкаф - I шт.; и), бюксы - 56 шт.

3.3.4.2. Перемешивание смеси. Сухие компоненты смеси в количестве 15 кг засыпают в смеситель (тип смесителя указан в задании), включают электродвигатель и в течение 10с перемешивают только сухие компоненты. Затем не останавливая смесителя, заливают воду по расчету (согласно заданию). Отбор проб производится через 15,30,60, 90,120,180,300 с. Перед каждым отбором проб электродвигатель смесителя выключают. Отбирают 4 пробы весом 100 г каждая. Пробы в смесителе с принудительным перемешиванием отбирают перед каждой из четырех лопаток на расстоянии 50-60 мм от лобовой плоскости лопатки в направлении ее движения и приблизительно на середине высоты смеси в этой части смесителя.

В гравитационном смесителе пробы отбираются в среднем слое смеси (по глубине) в четырех точках равномерно расположенных по свободной поверхности, образуемой смесью.

Таким образом, при перевешивании в течение 5 минут с указанными интервалами отбора проб необходимо отобрать 28 проб.

3.3.4.3. Методика оценки эффективности перемешивания смесей: не содержащих активных Компонентов. Перемешивание называется совершенным,если бесконечно малые пробы, отобранные в любом месте перемешиваемой системы, будут иметь одинаковый состав, соответствующий расчетному. Таким образом, чтобы оценить эффективность перемешивания, необходимо определить состав смеси в пробе, отобранной из перемешиваемого объема смеси.

Определение состава смеси в пробах производится по результату мокрого рассева. Пробу смеси взвешивают на весах с точностью до -0,1 г и производят рассев на сите №2,5.Песок,прошедший. через сито, и щебень, оставшийся на сите высушивают до постоянного веса. Зная вес влажной пробы и вес песка и щебня в абсолютно сухом состоянии, можно легко определить к количество влаги в пробе. Однородность перемешиваемой смеси при М отобранных пробах для соответствующего времени перемешивания определяется сначала по каждому компоненту смеси по уравнению:

где m - количество проб; i - один из компонентов смеси; n - относительное содержание компонента в пробе, определяется по формуле:

N=C/C *100%

где С - содержание компонента К в пробе в %;

C - содержание компонента К в смеси.

Если С>C относительное содержание компонента К в пробе n определяется по формуле:

средняя однородность определяется по формуле:

где N - количество компонентов, по которым определяется однородность.

Таким же образом определяется однородность для другого времени перемешивания и т.д.

Чем больше численное значение величины приближается к 100, тем выше однородность перемешиваемой смеси. Опыты выполняются с трехкратной повторностью. Все три параллельные опыта обработать, используя аппарат математической статистики, определить среднее значение однородности, среднеквадратичную ошибку и коэффициент вариации по специальной методике. При повторных опытах использовать то же сырье.

3.3.4.4. Методика оценки эффективности перемешивания для смесей, содержащих известь. Отобранные по описанной выше методике пробы высушивают до постоянного веса. От каждой пробы отбирают по три навески по 15 г каждая с точностью до 0,01 г.Одну из навесок засыпают в колбу емкостью 250 мл, туда же заливают 200 мл дистиллированной води и все это нагревают на плитке, не доводя до кипения. Затем колбу с содержимом остудить до комнатной температуры, после чего добавить несколько капель фенолфталеина (раствор фенолфталеина на спирте). Затем определяется активность смеси методом титрования однонормальным раствором соляной кислоты до исчезновения окраски раствора.

Активность смеси определяется по формуле:

X=V*2,804*K/m, %

где V - количество однонормального раствора соляной кислоты,израсходованной при титровании;m - навеска,г; K - поправка к титру однонормального раствора соляной кислоты умноженная на 100. То же самое выполняется для двух других навесок данной пробы,а за активность извести, в пробе принимается среднеарифметическое из трех значений. Затем по активности извести определяется процентное содержание ее в пробе С:

C=X/A*100%

где А - активность чистой извести, применяемой в опытах (определяется до опытов для всей партии),%•

По результатам определения каждой пробы определяется однородность смеси для соответствующей продолжительности перемешивания:

где m - количество проб;n1,n2,nm— относительное содержание извести и пробах, определяется по формуле:

n=c/c_о

где С - процентное содержание извести в пробе; с_о- процентное содержание извести в cмеси.

Однородность смеси У определяется для каждой продолжительности перемешивания. Чем больше численное значение величины У приближается к 100,тем выше однородность. Опыты так же, как и в пункте 4.3., выполняются с трехкратной повторностью с последующей статистической обработкой результатов исследований.

За относительное время перемешивания принимается время,для которого однородность перемешиваемой смеси является максимальной.

3.3.5. Расчет количества материалов

где Q - общее количество материала, кг; Qn - количество песка, кг; Qщ- количество щебня, кг; Qиз- количество извести, кг; К - коэффициент,учитывающий потери материала в повторных опытах, К 1,3.

Qn=15*a, a=

где Y - отношение песка к щебню (извести);15- количество сухих

компонентов смеси на один опыт, кг.

Qщ(из)=15*b

Где b-коэффициент, равный b=1-a

3.3.6. Форма рабочего журнала

Запись экспериментальных и расчетных данных производится в три таблицы - вспомогательную по форме 2.промежуточную по форме 3 и итоговую по форме 4.

Форма 2 (опыт…)

Продолжительность перемешивания, t.с	№ опыта	Шифр пробы, г	Масса пробы, г	Масса в абсолютно сухом состоянии, г	Масса воды, г
песок	гравий

Форма 3(опыт)

Продолжительность переме-шивания, t.с	№ опыта	Содержание в пробе С,%	Относительное содержание n, %	Однородность перемешивания ,%	Средняя однородность опыта, ср. %
песок	щебень	вода	песок	щебень	вода	песок	щебень	вода

Форма 4(опыт)

Время перемешивания t, с	Однородность в параллельных опытах	Однородность средняя Уср.%	Среднеквадратичная ошибка S, %	Коэффициент Вариации W,%
У1	У2	У3

3.4. Рабочая программа 3

Измельчение материалов в шаровой мельнице (указывается конкретное название работа по заданию).

Из этого раздела могут быть три варианта работ:

а) "Зависимость производительности шаровой мельницы от степени загрузки барабана мельницы материалом";

б) "Исследование кинетики измельчения материала в шаровой мельнице";

в) "Зависимость производительности шаровой мельницы от влияющие факторов (массы мелющих тел, степени заполнения барабана мельницы мелющими телами, интенсификаторов помола)".

3.4.1 Цель работы

а) определить оптимальное значение степени загрузки барабана шаровой мельница материалом У с построением графика зависимости производительности шаровой мельницы от степени загрузка;

б) установить влияние времени помола материала в шаровой мельницы на параметра “m”и "k" в уравнении кинетики измельчения;

г) получение уравнения регрессии, адекватно описывающего зависимость производительности шаровой мельницы от... (указать влияющие факторы).

3.4.2. Объект исследования Объектом исследования является:

а) цементный клинкер, полученный путем дробления в лабораторной щековой дробилке и рассева на ситах….Перед помолом клинкер высушить и хранить в закрытой таре;

б) рядовой песок, просеивается через сита..., высушивается и хранится в закрытой таре;

в) то же, что и в пункте "а" или "б".

3.4.3. Методика исследования

3.4.3.1. Установки и приборы, применяемые в работе: а) щековая дробилка - I шт.; б) комплект лабораторных сит - I шт.; в) сушильный шкаф- I шт.; г) весы торговые - I шт.; д) весы технический - I шт.; е) шаровая лабораторная мельница - I шт.; ж) секундомер - I шт.

3.4.3.2. Методика работы по варианту "а". Исследование по варианту "а" производится по методике однофакторного эксперимента.

Расчетное количество материала загружают в мельницу через загрузочное отверстие, которое затем закрывают резиновой конической крышкой. Включают электродвигатель мельницы и секундомер. После 30 минут помола, а затем через каждые 5 минут мельницу останавливают, и барабан мельницы наклоняется в сторону разгрузки. Затем открывают разгрузочное отверстие, двигатель включают на 10-15 с и материал разгружается в специальную емкость в количестве 400-500 г. Специальной лопаткой материал усредняется перемешиванием, отбирают пробу в количестве 100 г, а затем рассевают ее на сите с отверстиями 0,1 мм. Остаток на сите записывают в табл. по форме 5. Оставшийся материал после отбора пробы возвращается в мельницу, и помол продолжается. В дальнейшем помол и рассев можно вести одновременно, но обработанная проба после очередной остановки мельницы и отбора очередной пробы также возвращается в мельницу.Материал считается измельченным, если остаток на сите 0,1 мм составляет 15 %. Если при очередном рассеве остаток на сите составляет 15 % или меньше, то дальнейший помол прекращается.

Очередной опыт начинается после полной разгрузки материала из мельницы предыдущего опыта.

Производительность мельницы подсчитывается для каждого опыта по формуле (при одинаковой тонкости помола):

П=Q /t, кг/ч

где t - время, ч, при котором тонкость помола соответствует 15-процентному остатку на сите c отверстиями О.1 мм.

Форма5

Дата проведения опыта	Время помола t,с	Количество материала в мельнице Q ,кг	Степень загрузки У. У=	Остаток на сите 0.1мм	Производительность П,кг/ч
г	%

Количество и состав опытов

Для построения графической зависимости производительности мельницы от степени загрузки барабана материалом необходимо иметь минимум пять точек значений переменной. Поэтому применяется эксперимент, включающий 5 опытов. Причем два опыта с минимальным и максимальным значением переменно (по заданию) и три опыта промежуточных с одинаковым интервалом. Каждый опыт выполняется только один раз.

Расчет количества материала.

,кг

где n - количество опытов; Qi количество материала в i- ом

опыте.

Q=(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5)y=(j1m+j2m+j3m+j4m+j5m)y= ym(j1+j2+j3+j4+j5)

где m- вес мелющих тел, m=kVg,кг,

где к - степень заполнения барабана мельницы мелющими телами, к=0,3

V - объем барабана, V = 7 литров; g - насыпная масса мелющих тел (кг/дд ) определяется из опыта; j - степень заполнения барабана мельницы материалом,

j=Qi/m; y- коэффициент запаса, y=0.2.

3.4.3.3. Методика работы по, варианту "б". Расчетное количество материала равное Q =0.14m,

где m - общая масса мелющих тел, загружают в мельницу через загрузочное отверстие, которое затем закрывают резиновой конической крышкой. Включают электродвигатель и секундомер, и материал мелется до тонкости, соответствующей остатку на сите 0,1 мм 10%.Через каждые 10 мин мельница останавливается, открывается крышка разгрузочного отверстия, барабан мельницы наклоняется в сторону разгрузки. Затем

мельница включается на 5-10 с, из нее выгружается примерно 400-500 г материала в специальную емкость, и мельница опять останавливается.

Выгруженный материал специальной лопаткой усредняют перемешиванием и отбирают пробу весом 100 г. Оставшийся материал возвращают в мельницу, и помол продолжается. Отобранную пробу просеивают через сито 0,1 мм и остаток на сите взвешивают на весах с точностью до 0,1 г, а результат записывают в таблицу. по форме 6.

Отбор проб и просеивание повторяются через каждые 10 мин помола до тех пор, пока остаток на сите будет составлять не больше 10%.Обработанная проба материала возвращается в мельницу после отбора очередной пробы.

Форма 6.

Дата проведения опыта	Время опыта t, Мин	Масса отдельного мелющего тела m ,г	Остаток на сите 0,1мм Q	Q /Q	lgQ /Q	Lg(lgQ /Q)	т	К
			г	%

Количество и состав опытов

Помол производится для трех различных по массе (согласно заданию) мелющих тел. Всего 3 опыта, и каждый из трех выполняется один раз.

Обработка результатов

По исходным результатам опытов строят графики (для каждого опыта),выражающие собой зависимость:

Lg(LgQ /Q)=f(lgt)

Тангенс угла наклона прямой на соответствующем участке представляет собой величину "m".

Параметр К определяется из преобразованного и прологарифмированного уравнения кинетики измельчения:

;

Q- остаток на сите, г;

Q - количество материала, загружаемости в мельницу

Изменение параметров "К" и "m" от времени и условий помола (масса мелющих тел)представляется в виде графической зависимости.

Расчет количества материалов

Q=nQ1y

Где n- количество опытов; y- коэффициент запаса,y = 0,2; Q-количество материала на один опыт:

Q1=0,14m

m- общая масса мелющих тел:

m=kV

k - степень заполнения барабана мельницы мелющими телами, V - объем барабана,V = 7 литров; - насыпная масса мелющих тел, определяется из опыта.

3.4.3.4. Методика работы по варианту "в". Методика работы по

варианту "в" такая же как и по варианту "а". Результаты измерений

параметров опыта записывают: в табл. по форме 7.

Форма 7

Дата проведения опыта	Время помола t,с	№ опыта в матрице планирования	Количество измельчаемого материала в мельнице Q ,кг	Остаток на сите 0,1мм Q	Производительность П,кг/ч
г	%

Производительность мельницы подсчитывают для каждого опыта по формуле (при одинаковой тонкости помола во всех опытах);

П=Q /t, кг/ч,

где t – время, ч, при котором тонкость помола соответствует 15-ти процентному остатку на сите с отверстиями О,1 мм.

Количество и состав опытов

Рабочая программа Зв предусматривает решение поставленной задачи по методике планированного эксперимента с реализацией полного факторного эксперимента типа:

N=2

где N- число опытов в эксперименте; к - число влияющих факторов (переменных); 2 - число уровней факторов.

Количество влияющих факторов в эксперименте и их уровни задании.

Для реализации всех опытов, входящих в матрицу планирования двухфакторном эксперименте необходимо выполнить 4 опыта, при трех факторном - 8. Однако для статистической оценки результатов эксперимента необходимы повторные (параллельные) опыты. Минимальное число параллельных опытов поставленных по методике планированного эксперимента и позволяющих использовать аппарат математической статистики при обработке результатов, равно двум. Ограничиваясь числом параллельных опытов с целью сокращения времени на эксперимент к экономии материалов, количество опытов составит:

в двухфакторном эксперименте: N2= 2 *2 = 2² * 2=8;

в трехфакторном эксперименте: N3 = 2³ • 2 = 16.

Состав экспериментов приводятся в описании методики проведения планированного эксперимента.

Расчет количества материалов на эксперимент

Для работав которых количество загружаемого материала во всей опытах постоянно

Q=Q1*N*n *y

где

Q1 -количество материала на один опыт;

Q1=0,14m

где m - масса мелющих тел_,

m=kV

N- количество опытов в матрице планирования; n - количество параллельных опытов;

y- коэффициент запаса, y= 1,15 - 1,2.

Для работ, в которых количество загружаемого материала в мельницу и опытах изменяется (например, при изменении степени заполнения мельницы мелющими телами оптимальная величина загрузки материалом M находится в зависимости от массы мелющих тел)

Q=(Q1N1+Q2N2)n y, кг,

Где Q1 и Q2- количество материала соответственно для опытов с минималъной min и max загрузкой барабана мельницы мелющими телами.

Q1= min*m;Q2= max*m;

N1,N2- количество опытов соответственно с минимальной и максимальной загрузкой барабана мелющими телами для полного факторного эксперимента.

N1=N2=N/2

Обработка результатов эксперимента

Обработка результатов эксперимента производится по методике

эксперимента, приведенной в четвертом разделе. Обработка заканчивается получением уравнения регрессии (математической модели процесса) в кодированных и натуральных переменных и на их адекватность.

4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ПЛАНИРОВАННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

Метод планированного эксперимента является одним из эмпирических способов получения математического описания сложных процессов, то есть нахождения уравнения связи выходного параметра “у” (параметра оптимизации) и входных управляемых переменных (факторов)

Х1;X2;…Xn.

Факторы- это, независимые переменные, которые оказывают наиболее влияние на протекание и результат процесса, принимающие на некотором интервале времени определенные значения. Значения факторов могут изменяться исследователем для достижения желаемого (оптимального) эффекта. Факторы могут быть количественными (например, водоцементное отношение, время_,интенсивность колебаний) или качественные (например, сорт, тип материала, способ производства).

1. Основные требования к факторам.

2. Фактор должен быть первичным, то есть непосредственно воздействовать на процесс, а не быть функцией других переменных.

3. Фактор должен точно измеряться.

Параметр оптимизации (функции отклика), - это выходная величина, изменение которой интересует исследователя и происходит обычно при изменении факторов.

В задании к курсовой работе параметр оптимизации (функция отклика) и влияющие на процесс факторы задаются.

В планировании экспериментов вид уравнения (модели) принимают заранее в виде некоторого полинома (уравнение регрессии):

Y=bп+b1x1+b2x2+…+bnxn+b12x1x2+bnixnxi+…+b11x1+b22x2+…+bnmx

Поскольку вид модели точно не известен, принимают сначала линейную модели

Y=b0+b1x1+b2x2+…+bnxn+b12x1x2+…+ bnixnxi

Для двухфакторного эксперимента, который предусматривается выполнить в работе, модель будет выглядеть так:

Y=b0+b1x1+b2x2+b12x1x2

Если после проверки принятая линейная модель будет неадекватно описывать исследуемый процесс, то исследование продолжается и в основу принимается более сложная, квадратичная модель.

Для определения значений коэффициентов линейной модели принимается один из методов планированного эксперимента - метод полного факторного эксперимента. Кроме этого, есть и другие методы, которые здесь не рассматриваются.

Количество опытов в полном факторном эксперименте равно числу возможных сочетаний уровней факторов:

N= 2^К, где к - число факторов; 2 - число уровней.

Уровни факторов (максимальное и минимальное значения) также задаются заданием.

По заданным значениям уровней факторов определяется их интервал варьирования:

Интервал варьирования Di - это разность соответствующего фактора между верхним (нижним) уровнем и его средним значением. Обычно интервал варьирования составляет 15-35 % от значения фактора.

Для упрощения расчетов переходят к безмерной кодированной вели при этом значение фактора на среднем уровне приравнивается нулю,

верхний уровень (+1),нижний уровень (-1).

Переход натуральных факторов Ui к кодированным Xi и обратно

но формуле:

-среднее значение фактора.

Значение натуральных и кодированных факторов и интервалы варьирования

записывают в таблице по форме 8.

форма 8

Уровни факторов и интервалы варьирования	Значение фактора
кодированные	Натуральные, например
Интенсивность колебаний U, см	Время вибрирования, t, с
верхний уровень
нижний уровень	-1
Средний, нулевой уровень,
Интервал варьирования Di	-
Кодовое обозначение	-	X1	X2

Далее cоставляется матрица планирования, представляющая собой прямоугольную таблицу, каждая строчка которой отвечает условиям определенного опыта, а каждый столбец - значение соответствующего фактора разных опытах. Для упрощения записи значения кодированных факторов записываются без единиц, а только знак (+) или (-), соответственно для верхнего и нижнего уровня.

Матрица планирования полного двухфакторного эксперимента записывается по Форме 9.

Форма 9.

№ опыта	Факторы	Параметры оптимизации
X0	X1	X2	X1X2	Y1	Y2	Yп
	+	+	+	+
	+	-	+	-
	+	+	-	-
	+	-	-	+

где X₀ - фиктивный фактор, служащий для определения свободного члена Во в уравнении регрессии; у1,у2,уn- значения параметра оптимизации в параллельных опытах; - среднеарифметическое значение параметра оптимизация.

Матрица планирования полного трехфакторного эксперимента записывается в табл. по форме 10.

Форма 10

№

Факторы

Yп

опыта

^хо

^Х1

^Х2

^Х3

Х1х₂

X2X3

^Х1^Х3

^Х1^X2X3

₊

где х1х2,х2х3,х1х3,х1х2х3-называются факторами взаимодействия эффектами взаимодействий, знак этих взаимодействий получается путем перемножения соответствующих кодированных значений факторов, например третьей строке:

х1х2=(+)*(-)= -;

х1х2х3=(+)*(-)*(+)=-;

в четвертой строке:

х1х2х3=(-)*(-)*(+)=+;

4.1. Методика обработки экспериментальных данных

Для удобства расчетов при обработке экспериментальных данных обычно к матрице планирования добавляют еще два столбца, эту матрицу записывают в табл. по форме II и составляют при описании методики работы.

форма II

№ опыта	Факторы	Y1	Y2		Сумма квадратов отклонения	Дисперсия в отдельном опыте
^хо	^Х1	^Х2	Х1х₂
I	+	+	+	+
	+	-	+	-
	+	+	-	-
	+	-	-	+
							S

где - значение параметра оптимизации в i-ом параллельном опыте;

К - количество параллельных опытов; в работе принимается К = 2;

-дисперсия в отдельном опыте:

4.I.I. Определение дисперсии воспроизводимости эксперимента. Дисперсия воспроизводимости эксперимента представляет собой результат усреднения дисперсии всех опытов в матрицу планирования.