Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 13
1.1. Процессы и оборудование для очистки зерна от мелких и легких примесей 13
1.2. Обзор работ в области вибрационного сепарирования 22
1.2.1. Поведение сыпучих тел под действием вибрации 23
1.2.2. Самосортирование при вибрациях 29
Выводы и задачи исследования 32
2. Теоретические предпосылки движения частиц нижнего слоя между смежными пластинами опорной поверхности 34
2.1. Модель вибрационного перемещения частиц нижнего слоя между смежными рифлями 34
2.2. Движение частиц нижнего слоя между смежными пластинами при горизонтальных колебаниях горизонтальной опорной поверхности. 38
2.2.2. Режим двустороннего скольжения частицы c мгновенными остановками в трех подынтервалах в каждом из направлений 48
2.2.3. Режим двустороннего скольжения частицы в двух подынтервалах с паузами 58
2.2.4. Режим двустороннего скольжения частицы в трех подынтервалах с паузами 62
2.3. Движение частиц нижнего слоя между смежными пластинами при наклонных колебаниях наклонной опорной поверхности. 65
2.3.1. Режим двустороннего скольжения частицы в двух подынтервалах с паузами 74
2.3.2. Режим двустороннего скольжения частицы с паузами в трех подынтервалах в положительном направлении оси х и в двух подынтервалах в отрицательном направлении оси x 75
2.3.3. Режим двустороннего скольжения частицы c мгновенными остановками 77
2.3.4. Режим двустороннего скольжения частицы с мгновенной остановкой в положительном направлении оси x и с паузой скольжения в
отрицательном направлении оси x 78
2.3.5. Режим одностороннего скольжения частицы в положительном направлении оси x 79
2.4. Влияние кинематических и установочных параметров на среднюю скорость относительного движения частицы 81
Выводы по главе 2 89
3. Экспериментальное исследование 91
3.1. Определение времени всплывания легких примесей 91
3.1.1. Экспериментальная установка для сообщения горизонтальных колебаний горизонтальной опорной поверхности 92
3.1.2 Методика экспериментов 94
3.1.3. Результаты экспериментов и их обсуждение 97
3.2. Определение скорости частиц нижнего слоя между смежными рифлями опорной поверхности 104
3.2.1. Экспериментальная установка для сообщения колебаний под углом к плоскости опорной поверхности 104
3.2.2. Методика экспериментов 106
3.2.3. Результаты экспериментов и их обсуждение 107
3.3. Определение области рациональных параметров всплывания легких примесей в верхний слой зерновой смеси 111
3.3.1. Методика экспериментов 112
3.3.2. Результаты экспериментов и их обсуждение 114
3.4. Определение области рациональных параметров погружения мелких примесей в нижний слой зерновой смеси 125
3.4.1. Методика экспериментов 126
3.4.2. Результаты экспериментов и их обсуждение 128
Выводы по главе 3 136
4. Практическое применение результатов работы 137
4.1. Рабочий орган вибросепаратора 137
4.2. Питающий лоток пневмосепаратора 140
4.3. Методика инженерного расчета параметров рабочего органа вибросепаратора и питающего лотка пневмосепаратора 143
4.4. Технические задания на рабочий орган вибросепараторов и питающий лоток пневмосепараторов 145
4.5. Расчет экономической эффективности 145
Выводы по главе 4 154
Выводы по работе 155
Литература 158
- Поведение сыпучих тел под действием вибрации
- Режим двустороннего скольжения частицы c мгновенными остановками в трех подынтервалах в каждом из направлений
- Экспериментальная установка для сообщения горизонтальных колебаний горизонтальной опорной поверхности
- Методика инженерного расчета параметров рабочего органа вибросепаратора и питающего лотка пневмосепаратора
Введение к работе
Актуальность работы. Зерноперерабатывающая промышленность входит в число наиболее социально значимых отраслей агропромышленного комплекса.
Пшеница является основным сырьем для производства муки. Одной из важнейших технологических операций в процессе переработки пшеницы является сепарирование, т.е. разделение исходной зерновой смеси на фракции, отличающиеся свойствами частиц. Эффективность процессов сепарирования влияет на сохранность качества зерна при хранении, на эффективность и производительность последующего технологического оборудования, а так же определяет выход и качество готовой продукции.
В настоящее время на мелькомбинатах страны для выполнения операции сепарирования применяется ряд машин. Их основным недостатком является невысокая технологическая эффективность.
В связи с этим возникла необходимость в разработке и исследовании нового способа разделения зерносмеси, осуществляемого при возвратно-поступательных колебаниях рабочих органов сепарирующих машин.
Степень разработанности проблемы. При теоретическом исследовании вибрационного перемещения сыпучих материалов в зависимости от условий вибрационного воздействия и свойств обрабатываемого материала применяют различные модели. Исследованиями в данной области занимались Г.Д. Терсков, И.И. Блехман, Г.Ю. Джанелидзе, В.В. Гортинский, И.Ф. Гончаревич, Л.И. Мачи-хина, А.П. Субач, А.М. Васильев, А.Б. Оспанов и многие другие.
В работах В.В. Гортинского, А.М. Васильева установлено, что при вибрационном перемещении зернового потока по асимметрично шероховатой рифленой опорной поверхности, совершающей прямолинейные гармонические колебания, наблюдается различие средних скоростей верхнего и нижнего слоев, как по величине, так и по направлению. Кроме того, применение такой поверхности по сравнению с гладкой в значительной степени интенсифицирует процесс самосортиро-
вания, то есть всплывание крупных и мелких частиц в верхние слои зернового потока и погружение тяжелых и мелких частиц в нижние.
В работе В.А. Буцко было установлено, что скорость погружения частицы в слое можно повысить увеличением макрошероховатости опорной поверхности.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является улучшение качества семенного и продовольственного зерна за счет повышения эффективности процесса очистки от примесей путем разработки новой опорной поверхности.
В соответствии с целью в диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи:
провести обзор современного состояния техники, применяемой на операциях очистки зерна от примесей;
провести обзор работ предшественников, посвященных процессам вибрационного перемещения и самосортирования;
разработать теоретические предпосылки вибрационного перемещения частиц нижнего слоя между смежными рифлями опорной поверхности;
обосновать кинематические и установочные параметры процессов вибрационной очистки зерна от мелких и легких примесей;
- разработать методику экспериментального исследования процесса само
сортирования;
подтвердить адекватность результатов теоретических предпосылок реальному процессу виброперемещения;
разработать опорную рифленую поверхность, обеспечивающую повышение эффективности процессов сепарирования;
экспериментально определить области рациональных параметров процессов сепарирования.
Объектом исследования является технологический процесс очистки зерна пшеницы от мелких и легких примесей.
Предметом исследования являются процессы вибрационного перемещения и самосортирования.
Научная новизна. Из анализа работ предшественников и современного состояния техники установлено, что повысить эффективность процессов самосортирования можно путем увеличения шероховатости опорной поверхности.
Предложена и научно обоснована динамическая модель безотрывного движения частиц нижнего слоя между смежными рифлями опорной поверхности.
Теоретически определены возможные режимы движения частицы нижнего слоя между смежными рифлями за период колебаний опорной поверхности: двустороннее скольжение частицы с мгновенными остановками без пауз, двустороннее скольжение частицы с паузами, двустороннее скольжение частицы с паузой и мгновенной остановкой, одностороннее скольжение частицы.
Для возможных режимов получено решение основной задачи теории вибрационного перемещения – определение средней скорости частиц нижнего слоя между смежными рифлями опорной поверхности.
Определен рациональный для осуществления процессов сепарирования режим движения частиц нижнего слоя – двустороннее скольжение с мгновенными остановками без пауз.
Экспериментально определены области рациональных значений параметров процессов сепарирования. Повышение эффективности процесса погружения мелких примесей достигается путем уменьшения частоты при соответствующем увеличении амплитуды колебаний, процесса всплывания легких примесей - увеличения частоты и уменьшения амплитуды.
Практическая ценность и реализация результатов исследования.
Разработана оригинальная конструкция рабочего органа вибросепаратора производительностью 7 т/ч, позволяющего обеспечить повышение эффективности очистки зерна пшеницы от мелких примесей до 80%. Разработана оригинальная конструкция питающего лотка пневмосепаратора, позволяющего при производительности 7 т/ч снизить нагрузку на пневмоканал на 47%.
Разработана методика инженерного расчета параметров рабочего органа вибросепаратора и питающего лотка пневмосепаратора.
Разработаны технические задания на рабочий орган вибросепаратора и питающий лоток пневмосепаратора.
Расчетное увеличение прибыли при внедрении вибросепаратора с разработанным рабочим органом в технологическую линию по помолу муки составит 4,4 млн. руб. в год.
Получено решение о выдаче патента РФ на изобретение «Устройство для сепарирования зерна и других сыпучих материалов» по заявке №2012131699 от 25.07.2012.
Методология и методы исследования. Методологической и теоретической основой диссертационного исследования послужили труды зарубежных и отечественных ученых в области вибрационного перемещения сыпучих материалов. При работе над диссертацией использовали методы математического моделирования, эксперимента, статистической обработки результатов. Математическую обработку производили с использованием системы Mathematica 7.0.
На защиту выносятся следующие положения:
Динамическая модель вибрационного перемещения частиц нижнего слоя зерновой смеси между смежными рифлями опорной поверхности.
Возможные режимы движения частиц нижнего слоя относительно опорной поверхности.
Решение основной задачи теории вибрационного перемещения - определение средней скорости частиц нижнего слоя между смежными рифлями опорной поверхности.
Рациональный режим движения частиц нижнего слоя – двустороннего скольжение с мгновенными остановками без пауз.
Оригинальная опорная поверхность для вибросепарирующих машин.
Достоверность. Основные положения диссертационной работы и выводы подтверждены данными экспериментальных исследований с применением совре-
менных методов измерения и фиксации результатов, а так же методов математической обработки результатов.
Апробация работы. Основные материалы диссертации были представлены на следующих конференциях: Общеуниверситетская научная конференция молодых ученых и специалистов (г. Москва, МГУПП, 2009); Международная научно-практическая конференция SWorld «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития» (г. Одесса, Украина 2012); X Международная научной конференция студентов и молодых ученых: «Живые системы и биологическая безопасность населения» (г. Москва, МГУПП, 2012).
Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 4 печатных работы, в том числе 2 статьи в журналах, реферируемых ВАК. Получено решение о выдаче патента РФ на изобретение «Устройство для сепарирования зерна и других сыпучих материалов» по заявке №2012131699 от 25.07.2012.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и предложений, списка литературы, приложений. Работа содержит 218 страниц, из них 167 страниц основного текста, 50 рисунков, 29 таблиц и 24 приложений. Список литературы включает 98 наименований.
Поведение сыпучих тел под действием вибрации
К мелким примесям относят частицы зерносмеси, которые просеиваются через отверстия пробивных (штампованных) сит зерновых сепараторов. Например, сита с прямоугольными ячейками 1,7х20 мм для зерна пшеницы.
К легким примесям относятся частицы со скоростью витания меньшей, чем очищаемые зерна. По большей части это органическая примесь (зерна сорных растений, частицы стеблей и колосков), меньшую часть составляют минеральные частицы, такие как пыль.
Очистку от легких примесей производят на стадии воздушного сепарирования восходящими воздушными потоками, когда легкие частицы увлекаются вверх и уносятся в воздухоочистительные устройства – циклоны или фильтры. Зерна же очищаемой культуры падают вниз под действием собственного веса.
Среди легких и тяжелых примесей определенная доля в виду их формы и размеров может быть отнесена к мелким примесям.
Очистку от мелких примесей на конечных стадиях проводят на вибрационных сепараторах. Процесс очистки зерна пшеницы от мелких примесей состоит из двух основных стадий – самосортирования, благодаря которому частицы мелкой примеси достигают дна опорной поверхности и стадии просеивания частиц мелкой примеси, сконцентрированных в нижнем слое зерносмеси.
Оценка эффективности процесса сепарировании производится по технологической и потребительной ценностям и полноте извлечения примеси, которая могла бы быть извлечена по данному признаку. Оценка технологической ценности позволяет оценить совершенство процесса или технологической машины, предназначенной для разделения частиц по определенным свойствам. Оценка по потребительной ценности отражает влияние процесса на качество и выход готового продукта. Примеси, выделяемые при сепарировании, подразделяются в таком случае на вредную, зерновую и сорную. Погрешности оценок происходят благодаря неполной корреляционной связи между свойствами частиц и потребительной ценностью компонентов. В связи с этим, оценку технологической эффективности проводят вместе с оценкой по потребительной и технологической ценностям. Однако, такая оценка очень трудоемка, т.к. зачастую требует ручного разбора образцов, поэтому при массовых экспериментах при обосновании новых процессов обычно учитывается только технологическая эффективность.
Процессы очистки зерна от мелких и легких примесей осуществляют раздельно либо компонуя рабочие органы (сита и воздушные каналы) в отдельные технологические узлы или применяя для этого различные технологические машины. Процедуры очистки зерна пшеницы от мелких и легких примесей осуществляют совместно или раздельно благодаря компоновке рабочих органов (сит и воздушных каналов) в отдельные технологические узлы или совмещению их в одном технологическом узле. Далее рассмотрим современные технологические машины, которые применяются для очистки зерна пшеницы.
Сепаратор СПВ предназначен для предварительной и окончательной очистки зерновых и крупяных культур на элеваторах, мельницах, крупяных и комбикормовых заводах. Обработка продукта осуществляется в ситовом корпусе с соответствующим набором сортировочных и подсевных сит. На рис 1.2 [78, с. 132] показана принципиальная конструктивная и технологическая схема сепаратора типа СПВ. Рис. 1.1 Вибросепаратор СПВ
Конструктивная и технологическая схемы сепаратора типа СПВ Сепаратор состоит из рамы 12 ситового корпуса, установленного на пружинах 8. Колебательное движение ситовому корпусу сообщают два мотoр-вибратора 5. Ситовой корпус имеет два яруса сит 3, 4, 6, 7 - сортировочные и подсевные.
Технологический процесс в сепараторе осуществляется следующим образом: продукт, подлежащий очистке, подается в приемно-распределительное устройство I, далее по системе наклонных скатов 2 зерно направляется на сортировочные сита 3, 4, где отделяются крупные примеси II, а зерно проходом поступает на подсевное сито. Очищенное зерно выводится сходом с подсевного сита 6, 7 и удаляется через лоток с фартуком 10 (III). Мелкие примеси проходом просевного сита сепаратора собираются на днище и выводятся через патрубок IV.
Размах колебаний ситового корпуса регулируется в пределах 3 – 6 мм за счет положения масс вибраторов. При числе колебаний в минуту 750 об/мин обеспечивается соответствующий режим перемещения продукта по ситу и выделение проходoвых фракций. Технологические характеристики данного типа машин приведены в учебной литературе [78]. К данному типу так же относится ситовой сепаратор «Класифайер» фирмы «Бюлер». К достоинствам вибросепараторов можно отнести использование в качестве приводов мотор-вибраторов, что обеспечивает простоту конструкции привода.
Недостатками вибросепараторов можно считать низкую эффективность выделения проходовой фракции, что в сложившихся условиях современного производства хлебопродуктов препятствует его использование как основного сепаратора. Недостатками применения мотор-вибраторов является маленькое значение амплитуды колебаний, что отрицательно сказывается на самосортировании зерновой смеси. Придание больших амплитуд возможно установкой кинематического привода.
Режим двустороннего скольжения частицы c мгновенными остановками в трех подынтервалах в каждом из направлений
Точка (рис. 2.6б) линии соот ветствует фазовому углу 8п+ окончания движения частицы в положительном направлении. Окончание движения в данном случае происходит до фазового угла , что свидетельствует о том, что при движении в положительном направлении частица будет иметь только два подынтервала движения. Поскольку si+ Sл_ (рис. 2.6а), то по окончании движения в положительном направлении возникнет пауза.
В силу симметрии сил сопротивления при движении в отрицательном направлении частица так же будет иметь два подынтервала скольжения.
Во втором подынтервале движение частицы было возможно при Z" 1 и В результате решения был определен режим движения частицы - двустороннее скольжение в двух подынтервалах с паузами [27]
Как и в рассмотренном выше режиме, на первом подынтервале скольжения зависимость скорости описывается уравнением (2.45), конечная скорость на этом подынтервале определяется по уравнению (2.46), а зависимость скорости на втором подынтервале скольжения описывается уравнением (2.47).
Во втором подынтервале скольжения частица может остановиться. Фазовый угол 81+ остановки частицы определим из последнего уравнения из условия , так как при прекращении скольжения скорость обращается в нуль
Решая последнее уравнение относительно 82+ методом последовательных приближений, определяем значение фазового угла остановки частицы. Перемещение частицы на первом подынтервале скольжения определяется из уравнения (2.52). Геометрическая интерпретация уравнений движения частицы относительно поверхности для у = 50е а) график ускорений; б) график скоростей. Для определения перемещения на втором подынтервале скольжения S проинтегрируем уравнение (2.47) в пределах от — до J" После паузы скольжение частицы в отрицательном направлении оси х начнется при фазовом угле, который определим из уравнения (2.43).
В силу симметрии движущих сил и сил сопротивления относительному движению частица будет иметь два подынтервала скольжения в отрицательном направлении оси х.
При скольжении частицы в отрицательном направлении оси х на первом подынтервале скольжения зависимость скорости определяется уравнением (2.55), конечная скорость из уравнения (2.56), а зависимость скорости на втором подынтервале скольжения уравнением (2.57).
Решая последнее уравнение относительно 8лг_ методом последовательных приближений, находим значение фазового угла остановки части при скольжении в отрицательном направлении оси х.
В силу симметрии движущих и сил сопротивления значение фазового угла остановки частицы при скольжении её в отрицательном направлении оси х должно отличаться на ж от значения угла остановки при скольжении в положительном направлении, то есть
Перемещение частицы на первом подынтервале скольжения в отрицательном направлении оси х определяется из уравнения (2.62). Перемещение частицы на втором подынтервале скольжения в отрицательном направлении оси x
В рассматриваемом случае - горизонтальные колебания горизонтальной опорной поверхности - имеет место симметрия сил сопротивления и движущих сил, следовательно, полное перемещение частицы в положительном направлении оси x - S+=Sl++ S2+ равно абсолютной величине полного перемещения частицы в отрицательном направлении оси x -
Убедиться в справедливости данного утверждения можно, подставив выражения перемещений S1+А+Л- и S2_ соответственно из уравнений (2.52), (2.67), (2.62) и (2.70) в уравнение (2.72), имея в виду соотношения между параметрами Z и a.
Режим двустороннего скольжения частицы в трех подынтервалах с паузами Как и в рассмотренном выше режиме, на первом подынтервале скольжения зависимость скорости описывается уравнением (2.45), конечная скорость на этом подынтервале определяется по уравнению (2.46), а зависимость скорости на втором подынтервале скольжения описывается уравнением (2.47). В этом режиме, опубликованном нами в [25], скорость частицы на интервале изменения фазового угла - 8 п (на втором подынтервале скольжения) не обращается в нуль. По-следнее условие проверяется по уравнению (2.66). Конечная скорость на втором подынтервале скольжения описывается уравнением (2.48). Зависимость скорости на третьем подынтервале описывается уравнением (2.49), фазовый угол окончания скольжения частицы в положительном направлении оси х определим из уравнения (2.50). Если значение фазового угла 52л+ будет меньше значения угла 8л_, определенного из уравнения (2.45), то есть, если
При скольжении частицы в отрицательном направлении оси х на первом подынтервале скольжения зависимость скорости определяется уравнением (2.55), конечная скорость из уравнения (2.56), зависимость скорости на втором подынтервале скольжения уравнением (2.57), конечная скорость из уравнения (2.58), а зависимость скорости на третьем подынтервале уравнением (2.59). Фазовый угол 81_ окончания скольжения частицы в отрицательном направлении оси х определим из уравнения (2.60).
Экспериментальная установка для сообщения горизонтальных колебаний горизонтальной опорной поверхности
Экспериментальное исследование проводили в соответствии с целью диссертационной работы и поставленными задачами.
В зависимости от задач конкретных экспериментов полученные результаты проходили математическую обработку с учетом требуемой надежности при предварительно установленном числе повторностей.
Обработку результатов экспериментов проводили с применением методов математической статистики и теории вероятностей [1, 20, 32, 40].
Определение времени всплывания легких примесей Целью данного экспериментального исследования была разработка экспериментального метода для проверки эффективности самосортирования.
Наиболее простым и наглядным экспериментом, отражающим влияние опорной поверхности на самосортирование, является определение времени всплывания легких примесей при возвратно-поступательных горизонтальных колебаниях горизонтальной опорной поверхности.
Целесообразность проведения исследований на горизонтальной поверхности, совершающей горизонтальные колебания, продиктована следующими обстоятельствами. Во-первых, при горизонтальных колебаниях горизонтальной поверхности ввиду симметрии движущих сил и сил сопротивления относительному движению отсутствует направленное движение зерносмеси по поверхности рабочего органа. Это обстоятельство позволит провести экспериментальные исследования на рабочем органе, ограниченном двумя боковыми и двумя торцевыми стенками, то есть в закрытом канале, так как толщина слоя зерносмеси во всех точках поверхности одинакова. Кроме того, использование в экспериментах закрытого канала позволит определять время всплывания легкой частицы в одной и той же зерновой смеси, то есть, исключено влияние свойств зерносмеси на время всплывания. Во-вторых, при горизонтальных колебаниях сила инерции переносного движения, равная произведению массы частицы на ускорение поверхности, направлена вдоль поверхности и не может вызывать вертикальное движение (всплывание). То есть в этом случае всплывание определяется только воздействием опорной поверхности на зерновой слой.
3.1.1. Экспериментальная установка для сообщения горизонтальных колебаний горизонтальной опорной поверхности
Установка, обеспечивающая горизонтальные возвратно-поступательные колебания горизонтально установленной опорной поверхности (рис. 3.1) состоит из станины с установленными на ней двумя горизонтальными рельсами 1, горизонтального канала, ограниченного вертикальными стенками, с жестко закрепленной на ней опорной поверхностью 2. Возвратно-поступательные колебания рабочей поверхности обеспечиваются вращением эксцентрика 3. Способ фиксации эксцентрика на оси при помощи винта позволяет задавать амплитуду А колебаний. Эксцентрик приводится в движение электродвигателем 6 через клиноременную передачу 5. Возможность изменения частоты колебаний достигается благодаря лобовому вариатору 4.
Установка позволяет варьировать число колебаний опорной поверхности в минуту n в пределах от 0 до 500 кол/мин. Рис. 3.1. Схема экспериментальной установки для сообщения горизонтальных колебаний горизонтальной опорной поверхности 1 – станина; 2 – канал с закрепленной опорной поверхностью; 3 – эксцентрик; 4 – вариатор; 5 – ременная передача; 6 – электродвигатель. 3.1.2 Методика экспериментов
Время всплывания определяли для окрашенной частицы легкой примеси, наиболее распространенной среди встречающихся примесей для пшеницы – соломинки.
В ходе экспериментов окрашенную частицу помещали на рифли под слой зерна определенной высоты. После чего при помощи секундомера с точностью до 0,01 с засекали время , которое требовалось частице для всплывания на поверхность слоя зерна, которое и считали искомым для данных экспериментов. Время всплывания легкой частицы определяли при различной толщине слоя зерна над поверхностью рифлей. Для подтверждения эффективности влияния рифлей в сериях экспериментов определяли время всплывания легкой частицы через слой 30 мм при следующих условиях: толщина слоя над рифлями 30 мм; толщина слоя над рифлями 40 мм. В первом случае легкую частицу укладывали на рифли под слой зерна. Во втором случае – на расстоянии 10 мм от рифлей под слой зерна. При данных условиях фиксировали время всплывания и путем сравнения полученных данных делали вывод об эффекте [33].
Частоту колебаний опорной поверхности изменяли при помощи лобового вариатора. Значение частоты колебаний при этом фиксировалось цифровым фототахометром с точностью до 0,1 кол/мин. Амплитуда колебаний A рабочей поверхности определяли с помощью линейки с ценой деления 1 мм.
Амплитуду колебаний изменяли посредством винтовой передачи, с установленным на ней эксцентриком 3 (рис. 3.1). Амплитуда определяли следующим образом: на станине 1 установили миллиметровую шкалу, а на продольной стенке канала с установленной в нем опорной поверхностью 2 жестко закрепили указатель в виде вертикально расположенной стрелки таким образом, что при вращении эксцентрика 3 ее конец находился в пределах миллиметровой шкалы. Перед началом эксперимента путем проворота эксцентрика определяли величину отклонения от «нулевой» отметки шкалы, установленной на уровне оси вращения эксцентрика 3 и ведомого шкива вариатора 4.
Эксперимент проводили на разработанной опорной поверхности с рифлями образующими зигзагообразные каналы (рис. 3.2), которые сориентированы на рабочей поверхности так, чтобы под воздействием вибрации происходило транспортирование по поверхности частиц нижнего слоя. Это исключает образование застойных зон продукта. Поверхность выполнена в двух вариациях – с высотой рифлей 5 и 10 мм.
Поскольку влияние рифлей заключается в увеличении разности относительной скорости нижнего и верхнего слоев за счет уменьшения абсолютной величины перемещения нижнего слоя под влиянием рифлей, выбираем шаг установки рифлей минимально возможный при условии, чтобы не допустить забивание пространства между рифлями. Поскольку длина зерен пшеницы лежит в пределах от 4,6 до 8,6 мм, предотвращения забивания частиц зерносмеси между смежными рифлями принимаем шаг установки смежных рифлей равным 10 мм.
В ходе экспериментов варьировали: - высоту верхнего слоя продукта над рифлями от 10 до 40 мм, при этом искомая частица легкой примеси, в зависимости от начальных условий, могла находиться как на рифлях, так и непосредственно в самом слое зерна от 10 до 30 мм; - число колебаний опорной поверхности в минуту n от 200 до 500 кол/мин; - положение оси большего размера частицы относительно направления колебаний – параллельно и перпендикулярно направлению колебаний - высота рифлей К – 5 и 10 мм;
Так как легкие примеси, находясь в зерносмеси, имеют произвольное «позиционирование» относительно направления колебаний, что может сказаться на точности результатов экспериментов, искомую частицу в ходе эксперимента устанавливали осью большего размера строго определенным образом
Методика инженерного расчета параметров рабочего органа вибросепаратора и питающего лотка пневмосепаратора
Задача. Определить кинематические и установочные параметры работы рабочего органа вибросепаратора и питающего лотка пневмосепаратора. Исходные данные. Значения приведенных коэффициентов сопротивления сдвигу/ь/2 и/с в зависимости от материала и степени обработки поверхности рабочей поверхности определяются по методике В.В. Гортинского [42, 45].
Угол ориентации пластин у зависит от физико-механических свойств продукта и обеспечения транспортирования частиц нижнего слоя по опорной поверхности вдоль рифлей и находится в диапазоне от 35 до 60 градусов (раздел 2.2).
В соответствии с принятой в разделе 2.2 классификацией режимов движения наиболее рациональным режимом движения частицы нижнего слоя является режим двустороннего скольжения без пауз, так как он позволяет наиболее полно использовать время пребывания сепарируемого материала на поверхности рабочего органа.
Обобщенное уравнение движения частиц нижнего слоя между смежными рифлями описывается формулой (2.108).
Данный режим движения может быть обеспечен при условии существования некоторых допустимых значений сопротивлений, в безразмерном виде выраженных через параметр Z.
На безразмерный параметр Z оказывают влияние следующие кинематические и установочные параметры: частота со и амплитуда А колебаний опорной поверхности, а так же угол наклона опорной поверхности к горизонту а и угол наклона колебаний к плоскости опорной поверхности В.
При осуществлении процесса очистки от мелких примесей частота колебаний должна находиться в диапазоне от 18 до 31 с-1, а амплитуда колебаний А – от 26 до 34 мм. При очистке от легких примесей частота колебаний должна находиться в диапазоне от 31 до 44 с-1, а амплитуда колебаний А – от 9 до 18 мм.
Таким образом, эффективный процесс очистки от мелких примесей протекает при малых значениях частоты колебаний и при больших значениях амплитуды колебаний, тогда как процесс очистки от легких примесей на поверхности вибролотка протекает при больших значениях частоты колебаний и при малых значениях амплитуды колебаний.
С целью реализации результатов экспериментов и на основании методики инженерного расчета, изложенной в разделе 4.3 разработаны ТЗ на рабочий орган вибросепараторов (приложение Ф) и питающий лоток пневмосепараторов (приложение Х).
Разработанные ТЗ приняты для реализации в ЗАО «Совокрим». Акт о передаче ТЗ представлен в приложении Ш.
Расчет экономической эффективности проводим для технологической линии по производству муки производительностью 130 т/сутки при трехсменной работе для трехсортного 75% помола.
Состав помола представлен в таблице 4.1. Таблица 4.1 Продукты помола Массовая доля, % Мука всегов том числе:высшего сорта первого сорта второго сорта 7545 20 10 Побочные продукты:отруби и мучка кормовая кормовые зернопродукты 22,12,2
Экономический эффект от внедрения новой рабочей поверхности в стадии вибрационного сепарирования будет выражаться в повышении выработки муки разных сортов на стадии в связи со снижением содержания мелких примесей на стадии вибрационного сепарирования.
Для обоснования эффективности проекта выполним расчеты капитальных и текущих затрат. Расчет капитальных затрат. Кормовой зернопродукт уменьшится на 0,2%. Очистка от зерновой примеси. Современное зерноочистительное оборудование обеспечивает 55% очистку от зерновой примеси [78]. Данную величину будем считать базисной. Рассчитаем содержание зерновой примеси после вибросепарирования
Современное технологическое оборудование, применяемое для очистки зерна пшеницы от примесей обладает следующими недостатками: - недостаточно высокая в связи с возросшими требованиями к качеству продукции технологическая эффективность очистки от мелких примесей. Для повышения эффективности процесса необходимо создать благоприятные условия для их просеивания через ситовую поверхность; - легкие примеси, извлекаемые воздушным потоком, равномерно распределены в слое зерносмеси, что снижает эффективность очистки. Для повышения эффективности процесса необходимо обеспечить предварительное расслоение зерносмеси перед подачей ее в вертикальный пневмоканал.
