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 массе полностью 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;

a

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

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

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

Y1

Y2

Yп

опыта

хо

Х1

Х2

Х3

Х1х2

X2X3

Х1Х3

Х1X2X3

I

+

+

+

+

+

+

+

+

+

-

+

+

-

+

-

-

+

+

-

+

-

-

+

-

+

-

-

+

+

-

-

+

+

+

+

-

+

-

-

-

+

-

+

-

-

_

+

+

+

+

-

-

-

+

-

+

+

-

-

-

+

+

+

-

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.