Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние вопроса очистки зерна от трудноотделимых примесей 11
1.1. Существующие способы и устройства для очистки зерна от трудноотделимых примесей 11
1.2. Процессы очистки зерна от трудноотделимых примесей 30
1.3. Обзор работ по исследованию физико-механических свойств частиц компонентов зерновой смеси для выявления признаков разделения 43
1.4. Выводы по 1 главе 52
Глава 2. Обоснование способа разделения и теоретические предпосылки к описанию процесса очистки зерна пшеницы от прицепника широколистного 53
2.1. Физико-механические свойства зерна пшеницы и прицепника широколистного 54
2.1.1. Вводные замечания и общая характеристика прицепника широколистного 54
2.1.2. Исследование аэродинамических параметров семян прицепника широколистного и пшеницы 56
2.1.3. Изучение геометрических параметров прицепника широколистного 60
2.1.4. Определение коэффициентов внутреннего и внешнего трения пшеницы и прицепника широколистного 63
2.1.5. Исследование упругих свойств семян прицепника широколистного и пшеницы 71
2.2. Обоснование способа разделения и конструктивно технологической схемы сепаратора-прицепникоотборника 74
2.3. Аналитическое описание процесса очистки зерна пшеницы от семян прицепника широколистного в зависимости от физико-механических свойств 90
2.3.1. Дифференциальные уравнения движения частицы зерновой смеси по поверхности сортировального стола 90
2.3.2. Качественный анализ условий движения частицы зерновой смеси по поверхности сортировального стола 92
2.3.3. Анализ условий взаимодействия частиц со стенками отражателей, образующими канал сепарирования 95
2.4. Выводы по 2 главе 98
Глава 3. Исследование процесса очистки зерна пшеницы от семян прицепника широколистного 99
3.1. Экспериментальная установка для деления зерновой смеси... 99
3.2. Методики для определения оптимальных режимов и параметров процесса очистки зерна от трудноотделимых примесей на экспериментальной установке 106
3.3. Результаты экспериментальных исследований 110
3.4. Оптимизация технических параметров установки для выделения семян прицепника широколистного 116
3.5. Проверка адекватности детерминированной математической модели 124
3.6. Выводы по 3 главе 126
Глава 4. Практическая реализация результатов исследований 127
4.1. Практическое применение результатов исследований 129
4.2. Экономическая эффективность от внедрения предлагаемой установки для очистки от прицепника широколистного 132
Основные выводы и результаты 140
Список использованных источников 142
Приложения 160
- Процессы очистки зерна от трудноотделимых примесей
- Обоснование способа разделения и конструктивно технологической схемы сепаратора-прицепникоотборника
- Методики для определения оптимальных режимов и параметров процесса очистки зерна от трудноотделимых примесей на экспериментальной установке
- Экономическая эффективность от внедрения предлагаемой установки для очистки от прицепника широколистного
Введение к работе
Совершенствование процесса очистки зерна - важнейшая задача для зерноперерабатывающей промышленности, что обусловлено требованиями, предъявляемыми к качеству зернопродуктов [111].
Самым сложным этапом очистки пшеницы является выделение трудноотделимых примесей незначительно отличающихся от зерен основной культуры по геометрическим размерам, плотности, аэродинамическим параметрам и другим признакам [73,82].
В южном регионе Республики Казахстан из примесей в зерновой массе пшеницы к самым трудноотделимым относятся семена прицепника широколистного, которые по геометрическим размерам (толщине, ширине и длине), плотности и другим признакам близки к зерну пшеницы [55].
Наличие прицепника широколистного в зерновой массе приводит к самосогреванию, снижая сохранность зерна при его хранении, поскольку сорные примеси в силу своих биологических особенностей содержат большее количество влаги, чем зерна основной культуры [100]. Кроме того, он является источником микроорганизмов в зерновой массе и при переработке в муку ухудшает её качество, придавая горечь готовой продукции [54]. Поэтому зерно необходимо очищать от прицепника широколистного, с максимальной полнотой выделения при обработке зерна.
Существующая техника сепарирования по четкости разделения зер-носмесей от подобных трудноотделимых примесей не всегда эффективна. Очистка зерновой массы пшеницы от прицепника широколистного в воздушно-ситовых сепараторах (по толщине, ширине и скорости витания), триерах (по длине зерновок) и камнеотделительных машинах (по плотности) не позволяет достичь желаемого эффекта, так как по указанным признакам зёрна пшеницы и прицепника незначительно отличаются друг от друга.
В настоящее время существует два подхода к решению этой проблемы: первый — многократное прохождение зерновой смеси через зерноочиститель- ные машины, что нарушает непрерывность технологического процесса, снижает эффективность работы оборудования при последующих стадиях обработки и приводит к увеличению дробленых зерен; второй — создание новых высокоэффективных технологических схем, позволяющих получить заданные параметры качества разделяемых материалов [111].
При выборе способа очистки зерна пшеницы от таких трудноотделимых сорных примесей, как прицепник широколистный, необходимо наиболее полно использовать различия в физико-механических свойствах компонентов зерносмеси. Успех сепарирования зависит, прежде всего, от степени соответствия желаемых признаков разделения, обусловленных потребностями производства, возможным признакам разделения, определяющим различное движение частицы в процессе сепарирования смеси [48]. В первую очередь необходимо учитывать те признаки, которые обеспечивают наиболее полное разделение исходной зерносмеси. От правильно выбранного признака разделения зависит эффективность разделения компонентов зерновой смеси [56].
Особое внимание необходимо уделить способам разделения пшеницы и прицепника широколистного по различию плотности, коэффициентах трения, свойствам поверхности и аэродинамическим параметрам. Вместе с тем, необходимо отметить, что физико-механические свойства прицепника широколистного изучены недостаточно для повышения эффективности очистки из зерновой массы пшеницы [52].
Таким образом, особое значение приобретает проблема интенсификации процессов очистки зерновой смеси за счет использования новых рабочих органов, в которых технологический процесс протекает под действием инерционных полей, превосходящих силу тяжести зерен основной культуры или за счёт сил сцепления частиц с различными поверхностями. Поэтому научное обоснование и применение нового способа очистки зерна от сорных трудноотделимых примесей, таких как прицепник широколистный, наиболее эф- фективного технологически и осуществляемого с меньшими затратами энергии в более простых и надежных машинах, представляет актуальную задачу.
Данная работа направлена на создание высокоадаптивных ресурсо-энергосберегающих технологий и технических средств очистки пшеницы от трудноотделимых примесей для зерноперерабатывающих предприятий.
Работа выполнялась в рамках отраслевой научно-технической программы 042 Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан «Прикладные научные исследования в области АПК» за 2006-2008 годы по заданию 06.01.01.02.03 «Разработка ресурсосберегающих технологий и оборудования для зерноперерабатывающих и пищевых предприятий» (№ гос. регистрации 0106РК00953).
Целью диссертационной работы является повышение эффективности процесса выделения трудноотделимых примесей (типа прицепника широколистного) из зерновой смеси, с учётом их физико-механических свойств.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследований: обобщить и изучить данные о состоянии технического парка зерноочистительных машин перерабатывающих предприятий по выделению трудноотделимых примесей; исследовать физико-механические свойства и аэродинамические параметры зерновок прицепника широколистного и пшеницы, произвести анализ этих свойств путем построения вариационных кривых и определения степени их перекрытия (наложения); разработать рациональный способ очистки зерновой массы от прицепника широколистного; определить параметры рабочих органов машины для выделения трудноотделимых примесей, таких как прицепник широколистный; установить закономерности процесса отделения прицепника широколистного из зерновой смеси на предложенной схеме машины.
Объектом исследования является трудно отделимая примесь - при-цепник широколистный, физико-механические свойства и аэродинамические параметры.
Предметом исследования является" процесс отделения трудноотделимых примесей, типа прицепника широколистного, из зерновой смеси, закономерности этого процесса и его экспериментальное обоснование.
Научная новизна работы: определены физико-механические и аэродинамические свойства прицепника широколистного; обоснован новый способ повышения эффективности очистки зерна; предложена математическая модель, адекватно описывающая процесс сепарирования зерновой смеси на наклонной поверхности под действием направленных колебаний; теоретически обоснованы граничные условия раздельного выделения двухкомпонентной смеси на наклонной поверхности под действием направленных колебаний.
Практическая ценность работы.
Обоснованы рациональные конструктивные и режимные параметры процесса очистки зерна от прицепника широколистного.
Разработана оригинальная конструкция малогабаритного сепаратора-прицепникоотборника.
Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены и одобрены на международных научно-практических конференциях: «Продукты питания и пищевая безопасность» (г. Алмати, 2006 г.), «Дни науки- 2006» (г. Днепропетровск, 2006 г.), на международной научно-практической конференции, посвященной 10-летию образования Алматин-ского университета технологии и бизнеса (г. Алмати, 2006 г), "Инновационные технологии в пищевой и лёгкой промышленности" (г. Алмати, май 2008 г), «Безопасность пищевых продуктов и товаров народного потребле- ния» (г. Алмати, ноябрь 2008 г.), на научных семинарах кафедры «Машины и аппараты пищевых производств» Семипалатинского государственного университета им. Шакарима (г. Семей), Таразского государственного университета им. М.Х. Дулати (г. Тараз), Алматинского технологического университета (г. Алматы), на научно-координационном совете Республиканского государственного предприятия "Научно-исследовательский институт зерна и продуктов переработки научно-производственного центра зернового хозяйства им. А.И. Бараева" (г. Астана).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных трудов, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ, получены 3 предварительных патента Республики Казахстан на изобретения и 1 положительное решение на выдачу инновационного патента Республики Казахстан.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 165 страницах, содержит 7 таблиц, 50 рисунков, 3 приложения, библиографию из 167 наименований.
В первой главе показано значение решения проблемы, необходимость которой объясняется отсутствием высокоэффективных технических средств для очистки зерна от прицепника широколистного.
Во второй главе рассмотрены теоретические предпосылки к описанию процесса очистки зерна пшеницы от семян прицепника широколистного. Выбран рациональный способ и конструкция устройства для очистки зерна пшеницы от семян прицепника широколистного, на основе изучения физико-механических свойств.
Аналитически описан процесс очистки зерна пшеницы от семян прицепника широколистного на наклонной поверхности, совершающем возвратно-поступательные колебания, с прикреплёнными зигзагообразными отражателями, образующими канал сепарирования.
В третьей главе изложена программа и результаты экспериментальных исследований предусматривающая: -создание опытно-экспериментального образца машины- прицепникоотборника для разделения пшеницы и прицепника широколистного; -определение рациональных режимов и параметров процесса очистки зерна от прицепника широколистного на экспериментальной установке; -определение технологической эффективности процесса очистки зернового материала на экспериментальной установке.
В четвертой главе предложена практическая реализация результатов экспериментов и рассчитана экономическая эффективность процесса очистки зерна от прицепника широколистного.
В заключении изложены основные выводы и результаты, даны рекомендации.
Процессы очистки зерна от трудноотделимых примесей
Исследованию процесса сепарирования зерна посвящено большое количество научно-исследовательских работ, разработано множество конструкций зерноочистительных машин. Несмотря на то, что по многим основным направлениям данного исследования получены научные результаты, ряд важных вопросов сепарирования зерна в зерноочистительных машинах требует своего решения, приобретая особую важность на этапе очистки от трудноотделимых примесей.
Особенностью зерновых материалов, как объекта сепарирования, является исключительное многообразие геометрических, физических, механических, аэродинамических, гигроскопических и других свойств. Хотя эта особенность зерновых материалов расширяет возможности создания сепарирующих органов для их классификации, однако разнообразность большинства из перечисленных признаков вынуждает намного усложнять конструкцию машины. Обоснование принципа разделения конкретного зернового материала с использованием известных сепарирующих органов и поиск новых технологий и технических средств, обеспечивающих более высокие технико-экономические показатели, связано с исследованием свойств зерновой смеси, которыми отличаются компоненты, подлежащие разделению [147].
Помимо знания индивидуальных свойств компонентов сепарируемой смеси, важное значение имеет изучение сопутствующих свойств зернового материала, которые характеризуют его как сыпучее тело, находящееся в сложном силовом поле. Благодаря повышенным силовым воздействиям со стороны рабочих органов сепарирующих машин на обрабатываемый материал удается интенсифицировать процесс самосортирования компонентов и их разделения [24].
Влияние параметров процесса очистки, характеризующие сепарирование зерновых смесей самосортированием, в течение многих лет отмечается многими исследователями [30,106,111,131,149] как несомненное, однако конкретных данных, уточняющих это влияние и позволяющих обоснованно выбрать эти параметры нет.
Основная задача современной техники и технологии очистки различных видов зерновых культур состоит в обосновании оптимальных параметров технологических процессов и изыскании путей и методов их интенсификации при одновременном повышении степени очистки. Оптимальный режим работы сепарирующей машины характеризуется совокупностью параметров, обеспечивающих необходимый технологический эффект.
Явлению самосортирования в сыпучих средах посвяшено значительное число работ исследователей России и стран дальнего зарубежья, утверждающих единую закономерность распределения частиц сыпучей среды, подвергшейся вибрациям: при достаточно интенсивных колебаниях опорной поверхности, вследствие воздействия на сыпучее тело переменных во времени сил инерции, нарушается равновесие сил в слое и происходит взаимное относительное перемещение частиц в горизонтальном и вертикальном направлениях. Большой вклад в исследование процесса сепарирования зерновых смесей внесли такие учёные как М. Н. Летошнев [83], Б. Г. Турбин [140], А. Б. Лурье [140], В. М. Цециновский [147], Е. А. Блех-ман [24], Н. Е. Авдеев [14], Г. Ю. Джанелидзе [22], В. В. Гортинский [45], А. М. Демский [44], F. Daier [155], Н. Schubert [166], A. Grandison [160].
Как подчеркивал В. В. Гортинский [45], реальной перспективой повышения эффективности процесса сепарирования будет изыскание способов и устройств, основанных не только на использовании индивидуальных признаков различия компонентов зерновой смеси, но и в выявлении зависимости между эффективностью сепарирования и комплексом основных и сопутствующих признаков, являющихся мерой делимости компонентов. Среди признаков, определяющих интенсивность сортирования, он подчеркивает свойство зернового материала, обуславливающее послойное движение (рас слоение), которое характеризуется коэффициентами сопротивления относительному сдвигу слоев. Чем больше сопротивляемость нижнего слоя сыпучего тела относительному сдвигу по вибрирующей поверхности, тем интенсивнее протекает процесс расслоения компонентов смеси. А этому может способствовать фрикционное свойство (шероховатость) сепарирующей поверхности.
Н. Е. Авдеев установил [14], что неинерционность движения продукта, приводящая к повышению разрешающей способности фрикционного сепарирования, может быть усилена за счёт вращательного движения криволинейной разделяющей поверхности, что имеет место в центробежных сепараторах.
В теории процессов вибрационного разделения сыпучих смесей методом самосортирования существуют два основных направления исследований - стохастический [152] и детерминированный [111].
В работах первого направления, развиваемого Е. А. Непомнящим [106,107], движение частицы в сыпучем слое представляется как медленный процесс, обусловленный особенностями формы, размеров и плотности этой частицы и случайным характером механического воздействия на нее со стороны окружаюших частиц. Основной недостаток этого направления заключается в том, что затруднительно выявить функциональную зависимость параметров, входящих в дифференциальные уравнения случайного процесса от кинематических параметров вибраций.
С точки зрения детерминированной теории задача вибрационного разделения сыпучей смеси решались К .К. Андриановым[18], Б. М. Бочковским [28], А. Б. Панченко [116], В. М. Цециновским [146], А. Ф. Ульяновым [141], Р. Н. Воликом [36], Г. Е. Листопадом [84], И. И. Блехманом [24], В. В. Гортинским [45], А. Н. Журавлевым [51], и многими другими.
F. Daier [155] определил, что при воздействии на сыпучее телогоризонтальной возмущающей силы частицы, имеющие различные геометрические размеры, но одинаковую удельную массу, будут располагаться внутри сыпучей среды таким образом:-большие частицы окажутся вверху, а меньшие - внизу;-в случае смеси частиц одинакового размера, с различными плотностями, легкие частицы расположатся над тяжелыми;-в случае смеси крупных и мелких частиц различных плотностей нижнее положение займут мелкие тяжелые, затем расположатся мелкие легкие, крупные тяжелые (или смесь мелких легких и крупных тяжелых), а верхнем положении окажутся крупные легкие частицы.
F. Daier объясняет причину такого рода распределения частиц наличием послойного движения внутри сыпучего тела и различием в движениях слоев, расположенных на разных расстояниях от вибрирующей опорной поверхности.
К. К. Андрианов [18] в результате своих исследований пришел к выводу о том, что интенсифицировать процесс самосортирования возможно только путем варьирования частоты колебаний опорной поверхности.
В. М. Бочковский [28] на основе своих опытов установил, что относителькое передвижение зерен по опорной поверхности вызывает просев мелкой частицы в нижние части слоя в промежутки между крупными зернами. Попадая в пространство между этими зернами и опорной поверхностью и обладая большей амплитудой движения по сравнению с ними, мелкие зерна начинают подклинивать крупные, подползать под них, служить им опорой и поднимать их в верхние части слоя. Таким образом, он объясняет механизм разделения только эффектом расклинивания нижележащих зерен вышележащими.
А. В. Панченко [116] впервые предпринял попытку увязать процесс самосортирования с интенсивностью послойного движения зерносмеси при круговых поступательных колебаниях опорной поверхности, где указано, что для интенсивного протекакия процесса самосортирования необходим сдвиг слоев друг относительно друга. Им установлено, что различие в динамических
Обоснование способа разделения и конструктивно технологической схемы сепаратора-прицепникоотборника
В процессе очистки зерна необходимо разделять зерновую смесь на две фракции, одна из которых содержала бы главным образом зёрна основной культуры, а другая — примеси. Как видно из материалов l-йі главы все существующие машины рассчитаны только для определённых способов сепарирования зернопродуктов, учитывая при этом необходимые свойства этих культур.
Для выбора и обоснования способа выделения прицепника широколистного из зерновой смеси нами были разработаны и созданы экспериментальные установки, позволяющие оценить эффективность предлагаемых методов сепарирования [90,94,95,98,142,143,144].
По результатам патентной проработки и с учетом известных и новых технических решений в Алматинском технологическом университете нами была разработана и создана экспериментальная установка для выделения прицепника широколистного из зерновой смеси по аэродинамическим параметрам, схема которой представлена на рис. 2.13 [90,94].
Экспериментальная установка для выделения прицепника широколистного из зерновой смеси (рис. 2.13) состоит из: станины 1, вентилятора 2 с регулировочной заслонкой и входным мерным коллектором, бункера 3 с шиберной заслонкой 4 для регулирования подачи продукта, направляющего лотка 5, пневмокамеры 6. В нижней части пневмокамеры 6 установлен приёмник 7 (рис. 2.14, а). Приёмник 7 содержит восемь ячеек для улавливания осаждённого продукта. Входной патрубок 10 пневмокамеры 6 соединён с вентилятором 2 посредством воздуховыравнивающего патрубка 8. Воздуховыравнивающий патрубок 8 (рис. 2.14, б) представляет собой прямоугольную трубу с размерами 90 120лш. Внутреннее пространство разделено на ячейки размером 15x20 лш, длиной равной длине патрубка. Это позволяет обеспечить более равномерную подачу воздуха. С торцевых сторон приварены прямоугольные флянцы для крепления с вентилятором 2 и входным парубком 10 камеры 6. Для предотвращения подсоса воздуха из направляющего лотка 5 установлен фартук 9, выполненный из воздухонепроницаемого гибкого материала. Выходной патрубок 11 камеры 6 смонтирован с возможностью регулирования высоты выпускного отверстия.
Принцип работы экспериментальной установки заключается в следующем: в бункер 3 засыпается зерновая смесь пшеницы и прицепника широколистного (сход с сита диаметром 2 мм), при этом включается привод вентилятора 2. Постепенно открывая шиберную заслонку 4, устанавливаем сыпь зерновой смеси на направляющий лоток 5. Шиберная заслонка 4 и фартук 9 позволяют регулировать толщину слоя смеси, подаваемой в пневмокамеру 6. Воздушный поток, создаваемый вентилятором 2 пройдя воздуховыравнивающий патрубок 8, пронизывая зерновую смесь, увлекает частицы. Таким образом, частицы совершают некоторый полёт. Траектория полёта зависит от парусности частиц. Частицы прицепника широколистного имеют меньшую массу и, обладая большей парусностью, совершают полёт по большей траектории, чем зерновки пшеницы, имеющие большую массу и меньшую парусность.
Скорость воздуха в камере 6, уменьшается, что позволяет частицам под действием силы тяжести осаждаться в приёмник 7, а отработанный воздух выводится из машины через выпускной патрубок 11. Зерновки пшеницы и прицепника широколистного осаждаются в различные ячейки приёмника 7. Таким образом, происходит разделение частиц пшеницы и прицепника широколистного.
Среднюю скорость воздушного потока определяли методом входного коллектора. Входной коллектор 4 (рис. 2.15), штуцер статического давления которого подсоединён гибким шлангом к микроманометру 3 (марки ММН-250) протарировали по эталонной комбинированной трубе 5, аттестованной Алматинским филиалом ОАО «Национальный центр экспертизы и сертификации». Входной коллектор 4 и труба 5 были подсоединены к вентилятору 1 через шиберную заслонку 2.
Для проведения исследований была взята зерновая смесь урожая 2008 года с полей крестьянского хозяйства КХ «Кунар» Жуалынского района Жамбылской области.
Для более четкого сепарирования были отобраны зерновки прицепника широколистного из зерновой массы и разделены на 4 группы:щуплые - натура 200-260 г/л;неполноценные — натура 260-320 г/л; Рис. 2.15. Схема экспериментальной установки для тарирования входного коллектора, изготовленного в Алматинском технологическом университете: 1-вентилятор; 2-шиберная заслонка; 3-микроманометр ММН-250; 4-входной коллектор; 5-эталонная комбинированная труба; 6 - поддерживающая стойка [71]. Рис. 2.16. Зависимость эффективности сепарирования от натуры примесей полноценные — натура 320-380 г/л;крупные - натура свыше 380 г/л.
Из этих четырёх групп соответственно были образованы зерновые смеси с пшеницей в количестве 500 г, с содержанием прицепника широколистного 4 % от общей массы, причём натура пшеницы во всех вариантах составляла 803 г/л. Затем зерновые смеси были просепарированы на экспериментальной установке при скорости воздуха 5 м/с, угле наклона подающего лотка 35 и толщине слоя смеси, подаваемого в камеру 5 мм.
На рис. 2.16 приведена зависимость эффективности сепарирования от натурного веса частиц прицепника широколистного в экспериментальной пневмосепарирующей камере шириной 90 мм, при средней скорости воздушного потока 5 м/с. Четкость сепарирования при этом характеризовалась количеством нормального зерна в отходах.
Из графика видно, что при значении натурной массы частиц в пределах с 200 до 310 г/л, когда скорости витания примесей еще значительно отличаются от скоростей витания зерна, не вызывает существенного изменения эффективности. С увеличением натурной массы примесей сепарирование сопровождается значительным снижением эффективности процесса.
Для определения эффективности очистки по траектории полёта частиц на данной установке была взята зерновая смесь, массой 500 г, проход сита 0 5 мм и сход с сита 1,8x20 мм, пшеницы сорта «Богарная-56» влажностью 11 % и прицепника — 14 %. При этом концентрация прицепника в зерносмеси составляла 6 %.
Данная зерносмесь была просепарирована при скорости воздуха 6 м/с, угле наклона подающего лотка 35 и толщине слоя смеси, подаваемого в пневмокамеру 5 мм. Результаты представлены на рис. 2.17; 2.18.
Как видно из диаграммы распределения частиц по ячейкам зерновки пшеницы и прицепника распределяются по ячейкам неравномерно.
Методики для определения оптимальных режимов и параметров процесса очистки зерна от трудноотделимых примесей на экспериментальной установке
Перед каждым экспериментом загрузочный бункер наполняли зерновым материалом, а регулировочную заслонку устанавливали в соответствующее положение, обеспечивающее заданный режим загрузки (производительности) рабочего органа машины.
При установившемся режиме технологического процесса проводили отбор проб из выпускных патрубков машины. В ходе экспериментов качество разделенных фракций определяли методом ручной разборки 100 граммовой навески, выделенной из образца стандартным методом [69].
В последнее время руководители фермерских и крестьянских хозяйств стремятся при первичной подработке зерна доводить его показатели до мельничных кондиций, так как зерно оценивают и покупают в основном производители муки (мельницы). Поэтому по технологическим показателям машины мы пытались в соответствии правилами ведения технологического процесса на мукомольных предприятиях [125] обеспечить высокие показатели степени очистки зерна пшеницы от сорных примесей, при этом унос зерна основной культуры в отходы должен быть не более 2% от исходного содержания основного зерна.
Таким образом, технологическая эффективность процесса очистки зернового материала на экспериментальной установке оценивалась показателями, характеризующими их качественную и количественную стороны.
При очистке зернового материала качественный показатель процесса определялся показателем эффективности Е (%), выделения прицепника широколистного.
Протекание процесса сепарирования зерновых материалов зависит от очень большого числа факторов [15,102,109,113,115,128,141]. К ним относятся: амплитуда и частота колебаний, направление колебаний, величина подачи материала на рабочий орган (производительность), угол наклона рабочего органа, тип и сорт обрабатываемого материала, размеры и форма зерен, коэффициент внутреннего и внешнего трения, влажность, содержание примесей в зерновой массе и другие.
Учесть все эти факторы не представляется возможным. Поэтому в настоящей работе рассматриваем основные факторы, оказывающие на процесс сепарирования наибольшее влияние [89]. Опыты проводились таким образом, что изменению подвергался лишь один основной фактор, а все другие факторы, влияющие на процесс сепарирования, оставались постоянными и имели оптимальное значение. Повторность каждого опыта была пятикратной.
Частота колебаний является одним из основных факторов, влияющих на процесс разделения компонентов зерновой смеси на сортировальном столе, совершающем горизонтальные возвратно поступательные колебания. Поэтому в ііред.іаіаемоц коне ірукции для изменения частоты колебания рабочего органа регулировали частоту вращения вала электродвигателя постоянного тока с помощью специального универсального автотрансформатора (см. приложение 3). Уменьшение или увеличение частоты вращения вала электродвигателя приводило к уменьшению или к увеличению частоты колебания сортировального стола. Численные значения частоты вращения фиксировали с помощью стандартного универсального тахометра ТЧ 10-Р (см. приложение 3), предназначенного для измерения скоростей вращения в пределах от 30 до 10 000 об/мин.
Регулировку амплитуды колебания проводили путем уменьшения или увеличения радиуса кривошипа. Кривошип представляет собой диск установленный на выходном валу редуктора. Диск имеет несколько отверстий для крепления тяги сортировального стола. Каждое отверстие просверлено на определённом расстоянии от центра вращения диска (рис. 3.1, поз 6 ) Если увеличить или уменьшить радиус вращения кривошипа, то соответственно прямопропорционально увеличится или уменьшится амплитуда до значения равного значению двух радиусов вращения кривошипа.
Используя методику, описанную в работе [130], для определения амплитуды колебания, по четырём углам корпуса экспериментальной установки консольно закрепили авторучки. Зафиксировав радиус вращения кривошипа, включали экспериментальную установку. По истечении 30 секунд после пуска экспериментальной установки, при установившемся движении, приближали пластину с наклеенной на ее поверхности плотной бумагой. Стержень авторучки наносил на поверхность бумаги прямой отрезок. Длина отрезка равна амплитуде колебания рабочего органа.
Изменяя и фиксируя радиус вращения кривошипа, и проводя операции, указанные выше, установлены значения амплитуды колебания машины.
Установка позволяет варьировать амплитудой колебания от 30 мм до 150 мм. Однако серией предварительных экспериментов установлено [97], что при амплитуде колебания свыше 100 мм, эффективность резко снижается, при дальнейшем увеличении амплитуды движение зернового слоя становится неуправляемым.
Изменение угла наклона сортировального стола проводили следующим образом. На направляющих 15 рамы 14 ослабляли болтовые соединения, что приводило к свободному передвижению сортировального стола 16 по направляющим 15 рамы 14, изменяли угол наклона и фиксировали болтовыми соединениями. Угол наклона контролировался транспортиром с отвесом, закреплённом на боковине сортировального стола 16.
Для изменения угла наклона стенок зигзагообразных отражателей, образующих канал сепарирования были изготовлены из металлических пластин, толщиной 2 мм, 6 вариантов отражателей по 2 экземпляра с углом наклона 5 , 10 , 15 , 20 , 25 . При проведении экспериментов сначала на сортировальный стол устанавливали пару зигзагообразных отражателей с углом наклона 5 . Затем устанавливали с углом наклона 10 и т. д.
Для регулирования ширины канала сепарирования сдвигали (раздвигали) параллельно зигзагообразные отражатели в направлении перпендикулярном продольной линии капала сепарирования, устанавливали на определённую ширину и фиксировали болтовым соединением к плоскости сортировального стола.
Экспериментальная установка позволяет варьировать толщиной слоя подаваемой смеси, углом наклона сортировального стола, частотой и амплитудой колебания рабочего органа, углом наклона стенок отражателей, а таюке шириной канала сепарирования.
Экономическая эффективность от внедрения предлагаемой установки для очистки от прицепника широколистного
Экономический эффект от внедрения предлагаемой установки для очистки зерна пшеницы от трудноотделимьтх примесей, таких как прицепник широколистный, достигается за счет снижения сопутствующих капитальных вложений и эксплуатационных издержек [103,104]. Для расчета экономической эффективности внедрения проектируемой установки составим плановую калькуляцию капитальных вложений (табл. 4.2) На стадии НИР и ОКР экономический эффект от внедрения установки определяется по формуле: где где Ті ,Т2 - сроки службы базовой и новой техники до капитального ремонта; Ен = 0,15 -нормативный коэффициент эффективности; ЛИ - изменение текущих издержек эксплуатации у потребителя при использовании новой техники: где Иь И2 - годовые эксплуатационные издержки при использовании базовой и новой техники в расчете на годовой объем продукции, производимой с помощью новой техники; Кь К2 - сопутствующие капитальные вложения потребителя при использовании новой техники; Эк , Эс, Ээ - соответственно: эффект от изменения качества продукции, а также социальный и экологический эффекты, обусловленные применением новой техники. Исходные данные основных технико-экономических показателей базовой техники и проектируемой установки представлены в табл. 4.3. При расчете за базовое оборудование выбран малогабаритный пневматический сортировальный стол СПС-5А, используемый для очистки зерна от примесей, отличающихся плотностью, в малогабаритной технологической линии по послеуборочной подработке зерновой смеси. Цена установки составляет 365 000 тенге. 1. Годовые объемы продукции, производимые при использовании базо вой и новой машины с учетом коэффициента эффективности: 2. Коэффициент учета изменения производительности новой установки: 3. Коэффициент учета изменения и срока службы новой установки: 4.Эффект от изменения качества, а также социальный и экологический эффекты, обусловленные применением новой установки: 5. Рассчитаем изменение отчислений от сопутствующих капитальных вложений потребителя. 5.1. Стоимость производственного помещения: для базового оборудования: для нового оборудования: КШ12=(1,0 + 2)-(0,8+2)- 4,5-3 600 =136 080 тг, где 2м- ширина зоны обслуживания; Нэ = 4,5 м - высота этажа производственного помещения; С = 3600 тг (-30 долл.) - стоимость 1 м производственного помещения в г. Алматы. 5.2. Транспортно-монтажные расходы (5 % от стоимости оборудования): для базового оборудования: 1 ,=365 000-0,05=18 250 тг ; для нового оборудования: 10, =252 850- 0,05=12 642 тг. Итого сопутствующие капитальные вложения: для базового оборудования: К, = 1 + =150 336 +18250 =168 586тг; для нового оборудования: К2 = Кпп2+ Кф2=136 080+12 642 = 148 722 тг. Изменение отчислений от сопутствующих капитальных вложений потребителя при использовании новой техники составляет: 137 6. Определяем изменение текущих издержек эксплуатации у потребителя. 6.1. Расходы на электроэнергию: Рэ=1чГуд-Ч-Км-Сэ , (4.10) где Ny;i=N/n , N - мощность электродвигателя, кВт; П - производительность, т/ч. Для базового оборудования: Рэ1 = 15 7200 0,9- 9,37 = 910 764 тг ; для нового оборудования: Рэ2= 10 7200- 0,9- 9,37= 607 176 тг, где 4= 7200 - количество часов работы оборудования в году; Км=0,9-коэффициент использования мощности; Сэ= 9,37 -стоимость 1 кВт/ч электроэнергии, тг (по 10.10.2008 г). 6.2. Расходы на текущий ремонт и содержание оборудования (5.4 % от стоимости оборудования с учетом транспортно-монтажных расходов); Рто = (Ц+Кф)-0,054; (4.11) для базового оборудования: Рто1 = (365 6.4. Расходы на текущий ремонт и содержание производственного помещения (1,2 % от стоимости производственного помещения): для базового оборудования для нового оборудования Суммируя все виды расходов, определим эксплуатационные издержки у потребителя: для базового оборудования: нового оборудования: Изменение текущих издержек эксплуатации у потребителя: Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемого оборудования: 1. На основании результатов теоретического и экспериментального исследований процесса сепарирования разработан и изготовлен опытно-промышленный образец сепаратора для очистки зерна от прицепника широколистного. 2. Опытно-экспериментальный образец зерноочистительной машины успешно прошел производственные испытания в условиях хозяйств и зерноперерабатывающих предприятий Жамбылской области. Достигнута высокой степень разделения (95 %) прицепника и пшеницы, за счет виброударного самосортирования зерновой смеси в каналах сортировального стола, образованного зигзагообразными отражателями. 3. Сепаратор-прицепникоотборник рекомендуется применять в составе малогабаритной линии по очистке зерна пшеницы на предприятиях
