Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования
1.1. Обзор исследований по влиянию различных факторов на просеваемость решет 7
1.1.1. Просеваемость качающихся и вибрационных решет. 7
1.1.2. Просеваемость центробежных и вибрационно-цен-тробежных решет 15
1.2. Обзор способов очистки и констрзгкций очистителей
решет 18
1.2.1. Очистка качающихся и вибрационных решет 20
1.2.2. Очистка центробежных и вибрационно-центробеж-
ных решет 29
1.3. Выводы и задачи исследования 35
2. Теоретические исследования составляющих комплексной очистки решет
2.1. Теоретические исследования по оптимизации режимов работы очистителей решет вибрационно-центро-бежного сепаратора . 39
2.2. Теоретические исследования по обоснованию параметров рабочих органов очистителей вибрационных зерноочистительных машин 49
2.2.1. Обзор исследований по обоснованию параметров рабочих органов очистителей вибрационных зерноочистительных машин 49
2.2.2. Обоснование параметров роторно-кольцевого очистителя 52
2.3. Теоретические исследования процесса забиваемости
решет 65
2.3.1. Обзор исследований по процессу забиваемости решет 65
2.3.2. Процесс забиваемости продолговатых отверстий виброцентробежных решет 68
2.3.3. Обоснование метода определения сил удерживания застрявших зерен в отверстиях решет 88
2.4. Выводы 91
CLASS 3. Экспериментальные исследовани CLASS я
3.1. Характеристика объектов исследования 94
3.1.I* Вибрационно-центробежный сепаратор 94
3.1.2. Роторно-кольцевой очиститель вибрационно-центробежных решет 96
3.1.3. Зерновые смеси 99
3.1.4. Лабораторные установки, приборы и оборудование. 100
3.2. Программа и методика исследований 102
3.2Я. Исследование закономерностей просеивания мелкой
фракции 104
3.2.2. Определение сил удерживания застрявших зерен. Ю7
3.2.3. Исследование забиваемости продолговатых отверстий виброцвнтробежных решет 108
3.2.4. Определение силы удара колец НО
3.3. Планирование факторного эксперимента III
3.3.1. Выбор и обоснование критерия оптимизации 112
3.4. Анализ результатов экспериментальных исследований ИЗ
3.4.1. Влияние кинематических параметров работы решет ИЗ на закономерность просеивания
3.4.2. Забиваемооть и очистка вибрационно-центробежных решет 117
3.4.3. Параметры роторно-колъцевого очистителя 121
3.4.4. Качество очистки и производительность вибрационно-центробежных решет 124
3.5. Выводы ; 126
4 Производствшные испытания вибранно-центробежного сепаратора с potofho-колъцевым очистителем решет
4.1. Работа сепаратора на очистке зерновых смесей 129
4.1.I Определение затрат мощности на работу сепаратора и очистителя . 130
4.1.2. Повреждаемость семян рабочими органами очистителя 133
4.1.3. Определение износа рабочих органов очистителя 136
4.2. Производственные испытания комбинированного ротор-но-кольцевого очистителя 136
4.3. В нводн 141
5. Технологический расчет и экономическая эффективность комплексной очистки вибрациошо-центробешшх решет
5.1; Методика технологического расчета оптимальной длины 143
продолговатых отверстий
5. Исходные данные . 143
5.1.2. Расчетные формулы 143
5.2. Методика технологического расчета роторно-кольяввого очистителя 147
5.2.1. Исходные данные 147
5.2.2. Расчетные формулы , 147
5.3. Расчет экономической эффективности от применения вибрационно-центробежного сепаратора с роторно-кольпевым очистителем решет 149
5.4. Расчет экономической эффективности от применения роторно-кольпевых очистителей в виброцентробежных сепараторах 152
Обцие выводя 156
Список использованных источников 160
Приложения . 179
- Обзор исследований по влиянию различных факторов на просеваемость решет
- Теоретические исследования по оптимизации режимов работы очистителей решет вибрационно-центро-бежного сепаратора
- Роторно-кольцевой очиститель вибрационно-центробежных решет
- Определение затрат мощности на работу сепаратора и очистителя
Введение к работе
Генеральный курс нашей партии на первоочередное решение социальных проблем и рост благосостояния народа нашел воплощение в одобренной майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС Продовольственной программе на период до 1990 года /I/. Эта многогранная целевая программа является важнейшей составной частью аграрной политики КПСС на современном этапе, основы которой заложены историческим мартовским (1965 г.) Пленумом ЦК КПСС и далее развиты в решениях ХШ, ХХІУ, Ш", ХШ съездов партии и последующих постановлениях партии и правительства.
Ключевой проблемой сельского хозяйства по-прежнему остается ускоренное и устойчивое наращивание производства зерна /2/, Задача состоит в том, чтобы в ближайшие годы обеспечивать возрастающие потребности страны в высококачественном продовольственном и фуражном зерне, иметь необходимые государственные резервы зерна и ресурсы для его экспорта. Намечается увеличить среднегодовое производство зерна в 11-й пятилетке до 238...243 млн.т., в 12-й пятилетке до 250...255 млн.т., а к 1990 г. предусматривается произвести зерна до I т на одного человека по стране; В этом - динамизм развития сельского хозяйства, важный путь надежного снабжения населения продовольствием, а промышленности - сырьем, создания прочной кормовой базы. В связи с этим особую актуальность приобретают задачи послеуборочной обработки зерна.
Послеуборочная обработка продовольственного зерна и семян является завершающим этапом их производства, от нее во многом зависит качество и сохранность урожая. Своевременно очищенные, отсортированные, выравненные и полновесные семена зерновых культур дают прибавку урожая не менее 3...5 п/га, однако применяемые в настоящее время семеочистительные и сортировочные машины не всегда решают эту задачу или же решают при чрезвычайно низкой производи- тельности. Требования дальнейшего увеличения производительности труда, снижения потерь зерна и повышения качества семян при их обработке вызывают необходимость постоянно совершенствовать технологию и технические средства послеуборочной обработки.
Одним из наиболее перспективных путей интенсификации послеуборочной обработки является применение виброцентробежного способа свпарирования зерновых материалов /36/, позволяющего повысить удельную производительность решет в 3...5 раз. Однако просеивание мелких семян в поле центробежных сил сопровождается интенсивным забиванием отверстий виброцентробежных решет сходовыми частицами, а существующие очистители не обеспечивают надлежащего качества очистки, быстро изнашиваются и значительно сокращают срок службы решетных полотен. Поэтому в комплексе мероприятий, направленных на повышение надежности и улучшение показателей работы вибрацион-но-центробежных сепараторов, существенная роль отводится изысканиям рациональных способов и средств сохранения "живого" сечения решет.
Вопросам обоснования параметров технологического процесса очистки вертикальных цилиндрических вибрационно-центробежных решет посвящена данная работа.
Обзор исследований по влиянию различных факторов на просеваемость решет
Решета являются одним из основных рабочих органов, посредством которых осуществляют сепарирование различных сипучих смесей. Производительность и качество процесса сепарирования в конечном счете определяются просеваемостью мелкой фракции через их отверстия. Вопросу повышения просеваемости решет посвящены работы многих исследователей.
Обширные экспериментальные исследования плоских качающихся решет были проведены Г.Д.Терсковым. 1 было установлено, что пропускная способность решет зависит от большого количества факторов, которые можно разделить на три группы:
- "основные", не оказывающие явного влияния на процесс движения материала по решету: ширина и длина решета; начальная нагрузка; относительное содержание мелкой фракции в исходном материале; соотношение размеров отверстий и размеров частиц;
- "кинематические", оказывающие прямое влияние на процесс движения материала по решету: направление колебания решета; угол наклона решета к горизонту; коэффициент трения материала о решето; амплитуда и частота колебаний, а также максимальное ускорение решета;
- "дополнительные", объединяющие Факие факторы, как: форма отверстий, влажность материала; физико-механические свойства примесей; приспособления для очистки; воздушный поток; техническое состояние решета и решетного стана; организация загрузки и разгрузки и т.п.
Факторам, влияющим на процесс просеивания семян, определению основных его закономерностей посвящены работы С.А.Васильева /17,18,19/. Теоретические исследования позволили ему сделать вывод о том, что интенсивность процесса просеивания в любом произвольном поперечном сечении сепарирующей поверхности прямо пропорциональна квадрату весового количества семян мелкой фракции, проходящего в том же сечении в единицу времени и обратно пропорцію -нальна квадрату количества той же фракции в исходной смесиі
Н.И.Сысоев /130/ в математической форме объединил ряд формул просеваемости, рассматривавшихся ранее другими исследователями как эмпирические.
А.И.Любимов /89/ исследовал влияние воздушного потока на среднюю скорость движения зерна по решету и на просеваемость зерновых решет с круглыми отверстиями. Им установлено, что на чистом и сухом материале просеваемость решета уменьшается прямо пропорционально квадрату скорости воздушного потока, а на материале после комбайна максимальная просеваемость решета со скоростью воздушного потока до 5 м/сек в среднем на 10... 15 % выше просеваемости решета, работающего без воздушного потока. Просеваемость решета с воздушным потоком превышающим 5 м/сек ниже просеваемости решета, работающего без воздушного потока. Вертикальный же поток , изменяя содержание легких примесей в материале, не изменяет его просеваемость Р.З Кацева /63, 64, 65, 66/ изучала распределение зернового материала по ширине сепарирующих органов и влияние неравномерности этого распределения на просеваемость решет. Ею установлено, что эта неравномерность приводит к снижению просеваемости. Оптимальная работа зерноочистительных машин требует равномерной нагрузки решет по ширине. Регулирование нагіузки с использованием САР ведет к повышению производительности зерноочистительных машин на 20...30 % по сравнению с ручным управлением Исследование процесса просеивания зерна на решетах с активными рабочими элементами были проведены Н.Ф.Конченко, А.И.Климок, М.А.Тулькибаевым /73,74/. или была изучена схема струнного решета, обеспечивающая ориентацию частиц и устраняющая забиваемость решет, при которой одна группа перемычек колеблется в горизонтальной плоскости, а дгугая под утлом к горизонту. Активизация продольных перемычек струнного решета снижает время ориентации частиц в отверстие в четыре раза по сравнению с обычными.
А.Н.Зюлин /61,62/ исследовал процесс просеивания в условиях равномерного распределения материала по поверхности решета. Им было выведено уравнение формы поверхности решета, обеспечивающей одинаковую степень заполнения сепарирующей поверхности материалом по длине решета. Изменение местной загрузки решета обеспечивалось переменным углом наклона к горизонту его участков. Уменьшение угла наклона участка решета приводило к снижению скорости перемещения материала в этом месте и, следовательно, к увеличению степени заполнения его материалом. Как показали результаты исследований, интенсивность просеивания таким решетом существенно повысилась.
Теоретическое уравнение просеиваемости зерна на решете с учетом параметра концентрации засоренности исходного материала получено А.П.Тереховым /133/.
Обширные исследования работы плоских решет были проведены И.Е.Кожуховским /68,69,70,71/; Им было установлено, что между просеиванием решета и его длиной имеет место двоякая зависимость: при небольших загрузках на единицу ширины просеваемость решета не пропорциональна его длине; при больших загрузках на единицу ширины просеваемость решета пропорциональна его площади.
Теоретические исследования по оптимизации режимов работы очистителей решет вибрационно-центро-бежного сепаратора
При очистке решета очистители перекрывают отверстия, чем уменьшают его "живое" сечение. В силу этого, при использовании очистителей постоянного воздействия фактическая просеивающая площадь решета меньше расчетной на общую площадь контакта с ним их рабочих органов /93/. Более рациональными поэтому являются очистители с периодическим воздействием рабочих органов. Исследованиями ряда авторов /59,113/ установлено, что увеличение продолжительности цикла очистки отверстий вызывает снижение просе-ваемости, а с уменьшением периода работы очистителей решета меньше забиваются. Однако в литературе отсутствуют сведения по обоснованию оптимальных моментов времени воздействия очистителей на сепарирующие поверхности решет.
Очевидно, что в течение каждого периода колебаний решета воздействие очистителей на него должно быть в тот момент, когда условия для просеивания будут наихудшими, но, следовательно, условия для очистки будут наилучшими. Тогда очистители будут наи меньшим образом препятствовать процессу просеивания, а качество очистки будет наилучшим. Такие режимы работы очистителей правомерно считать оптимальными.
Как отмечает Г.З.Файбушевич /151,152/, в момент прохождения частицы через отверстие желательно остановить или замедлить движение решета. В.М.Цециновский /158/ же указывает, что с уменьшением относительной скорости перемещения частиц нижнего элементарного слоя смеси просеваемость увеличивается. М.В.Сабликов /117/ также приходит к выводу, что уменьшение относительной скорости движения частицы по решету желательно для лучшего просеивания ее через отверстия, но, чтобы просеивание не прекращалось, движение смеси должно быть безостановочным.
Анализ указанных исследований позволяет сделать вывод о том, что при перемещениях смеси по сепарирующей поверхности наибольшая просеваемость в течение одного периода колебаний будет в моменты, когда относительная скорость ее частиц будет наименьшей, то есть до и после их остановок на решете. Моменты же наименьшей просеваемости в течение одного периода будут соответственно при наибольшей относительной скорости зерен по решету, когда воздействие очистителями будет наиболее эффективно.
Вопросам определения углов начала и окончания относительного движения частиц по плоскому решету, определению максимальных, минимальных и средних скоростей относительного движения их по нему посвящены работы многих исследователей. Они были предметом внимания В.П.Горячкина /46/, Б.А.Берга /9/, Г.Д.Терскова /140/, П.М.Василенко /21/, М.НЛетошнева /84/«. В.В.Гортинский /41/ исследовал $ти вопросы для послойного движения сыпучего тела по плоскому ситу с прямолинейными поступательными колебаниями. Обобщенную полярную номограмму для расчетов максимальной скорости, величины перемещения и фаз относительного движения частиц сорти руемой смеси по поверхности решет на различных режимах разработал Е.С.Гончаров /32,33/. Движение частиц по колеблющейся горизонтальной плоскости графо-аналитическим методом рассматривал М.В.Сабликов /118/. Вопрос же когда их перемещения вверх и вниз неодинаковы, что и имеет место в вертикальном цилиндрическом ви-броцентробежном решете, им не рассмотрен. Не определены и моменты времени наступления минимальной и максимальной относительных скоростей в течение периода колебаний для этого случая.
Как видно, в настоящее время теория вибрационного перемещения достаточно полно и строго разработана только для отдельных плоских частиц. Вместе с тем, как показывают многочисленные эксперименты многих исследователей /43/, применение формул теории вибрационного перемещения отдельных частиц к расчету вибрационного перемещения сыпучих тел дает вполне удовлетворительную точность в достаточно больших пределах параметров процесса.Расхож-дения расчетных и опытных данных по средней скорости становятся существенными только при высокой дисперсности частиц сыпучего материала и большой его высоте.
Следуя /118/, составим совмещенные графики установившегося движения частиц по сепарирующей поверхности вертикального цилиндрического виброцентробежного решета при перемещениях их вверх и вниз и перемещениях только вниз (рис. 2.1, а,б). График изменения скорости движения частиц в первом случае представляет собой четырехугольник КЕААІ і стороны которого расположены под углами Cj и лС- к оси абсцисс. Большая часть площади этого четырехугольника расположена выше оси абсцисс, так как вниз частица перемещается на большее расстояние, чем вверх.
Роторно-кольцевой очиститель вибрационно-центробежных решет
Конструктивная схема очистителя представлена на рис. 3.3. Очиститель содержит установленную на вал I катушку 2 со стопорными винтами 3 и вертикальными стойками 4 с гайками 5. При этом на стойки свободно, с зазором, надеты резиновые торообразные кольца 6 (рис. 3.4). Для замены колец следует открутить гайку и поднять стойку.
Рабочие органы очистителя должны иметь хорошие упругие свойства и должны быть износостойкими. Для исследования были изготовлены опытные партии колец вначале шести размеров (диаметром 35, 40,45,50,55 и 60 мм). Предпосылкой выбора таких значений внешних диаметров колец служили расчеты, приведенные в п. 2.2.2. Материал колец-резины марок B-I4 и H0-68-I, выгодно отличающийся от резин марок ЙРП повышенными физико-механическими свойствами, приведенными в ТУ 38.005.204-71 и ТУ 38.005.1166-73 "Детали резиновые для автомобильного, тракторного, дорожного и сельскохозяйственного машиностроения и резины, применяемые для их изготовления".
Технология изготовления колец следующая. В гнезда разогре тых прессформ (рис. 3.5) закладывались куски сырой резины. Прессформы собирались и устанавливались под пресс-вулканизатор марки комбината и ГДР. Время вулкани зации составляло 20 минут при температуре 175+5С.
Привод роторно-кольцевого очистителя осуществляется посредством цепной передачи 12 (рис. 3.1) от вала вибратора, что исключает проскальзывание и гарантирует при работе решет постоян ство воздействия колец в установленные (п. 2.1) оптимальные моменты времени в течение периода колебаний /93/. Указанные воздействия колец практически легко устанавливаются. Прокручивая от руки шкив 14 вибратора 10 (рис. 3.1), устанавливаем решето в верхнюю или нижнюю мертвую точку колебания. Считая это положение нулевым, поворачиваем шкив 14 на требуемый угол поворота, соответствующий наступлению наименьшей просеваемости в течение периода колебания (п. 2.1, рис. 2.1, 2.2).Затем открутив стопорные болты 3 (рис. 3.3) поворачиваем катушку 2 на валу I таким образом, чтобы кольца при работе в этот момент наносили удары по поверхности решета. Наиболее приемлемое количество воздействия колец в течение колебания решета, как следует из теоретических исследований, равно двум (рис. 2.1, точки С и 6-у ), В горизонтальных дисках катушкообразного ротора были выполнены радиальные пазы для перемещения его стоек. Этим практически легко достигалось варьирование радиуса вращения колец, т.е. радиуса ротора.
Рекомендуемые УНШМЭСХ оптимальные кинематические режимы работы вибрационно-центробежных решет определены для наиболее распространенных зерновых смесей семейства злаковых. Поэтому при исследовании использовались следующие зерновые смеси:
1. Пшеница сорта "Мироновская 808", урожая 1981 года (учхоз им. 1-го Мая ХИМЭСХ Харьковского района ХарькоЕской области). Абсолютный вес 3,8 ПГ2кг, вес натуры 0,765 кг/дм3. Весовой состав смеси: битых зерен - 4,0 %; органических примесей - 0,09 %; минеральных - 0,07 %; семян других культур - 3,0 %.
2. Ячмень сорта "Харьковский-70", урожая 1982 года (колхоз "Жовтень" Барвенковского района Харьковской области). Абсолютный вес 4,3 10 кг, вес натуры 0,65 кг/дм3. Весовой состав смеси: битых зерен - 3,5$; органических примесей - ОД %; минеральных -0,05 %; семян других культур - 3,5 %,
Образцы семян для анализа отбирали по ГОСТ 12036-66 с дальнейшим использованием ГОСТ 12042-66 /123/. Причем при проведении исследований предпочтение отдавалось пшенице, как основной культуре указанного семейства.
Определение затрат мощности на работу сепаратора и очистителя
Сепаратором была произведена вторичная очистка районированных в хозяйстве следующих сортов зерновых культур: озимой пшеницы - "Харьковская-81", "Ахтырчанская"; ячменя - "Черноморец", "Эльгина"} ржи - "Харьковская-60",
При этом были установлены следующие оптимальные значения параметров: частота вращения решет - 125 об/мин; частота колебаний - 925,,,930 кол/мин; амплитуда колебаний - 0,006 м; частота вращения ротора очистителя - 310 об/мин; число его стоек на одной катушке - 6 шт.; диаметр колец - 0,055 м; масса кольца -0,013 кг; размеры продолговатых отверстий: подсевных 2,2x16 миг и сортировальных решет 2,4x16 миг при очистке семян пшеницы и ячменя, а также соответственно 2,0x16 миг и 2,2x16 тг при очистке семян ржи. Влажность зерновых смесей не превышала 15 %%
Предварительные испытания были проведены непосредственно на току (рис. 4.1) при очистке семян после ОВП-20. В связи с высокой производительностью сепаратора и отсутствием в хозяйстве достаточного количества совершенных погрузочных средств, возникла необходимость в установке его на доочистке семян после зерноочистительного агрегата ЗАВ-20. Для этого в бункере последнего была оделана специальная течка с заслонкой, из которой семена поступали непосредственно в бункер сепаратора (рис. 4.2). Применение сепаратора после ЗАВ-20 исключило повторные обработки семенного материала. После сепаратора отсортированные семена транспортером грузились в транспортное средство и доставлялись в склад для предпосевного хранения. Результаты производственных испытаний виброцентробежного сепаратора приведены в табл. 4.1.
За время хозяйственной работы сепаратор очистил около 500 т семян. Испытания показали, что сепараторы такого типа могут и должны заменить низкопроизводительные плоскорешетные машины, входящие в состав зерноочистительных агрегатов типа ЗАВ. Только в этих условиях им будет обеспечена необходимая загрузка и исключены непроизводительные затраты времени.
Потребляемую вибрационно-центробежным сепаратором энергию целесообразно разделить на следующие части. A. Энергия, расходуемая на холостой ход машины, в том числе: - на сообщение колебательного движения решетному стану; - на вращение решет. Б. Энергия, расходуемая на вращение ротора очистителя. B. Энергия, расходуемая на разделение зерновой смеси, в том числе: - на колебательное движение смеси; - на вращательное движение смеси совместно с решетами. Непосредственное измерение мощностей, соответствующих п. В произвести не удается, так как процесс разделения зерновой смеси не может происходить при отключенном приводе решет. Но имеется возможность прямого измерения мощностей, потребляемых на холостой ход при отключенном очистителе, на холостой ход при работа щем очистителе, на рабочий режим сепаратора.
Указанные мощности замеряли клещами марки Ц-90 с пределами измерений 0...5 кВт и предельной погрешностью 0,5$. После проведения измерений, мощности, соответствующие п. А,Б и В, определяли сложением или вычитанием полученных данных. Результаты измерений и подсчета представлены в табл. 4.2. Нетрудно видеть, что третья строка таблицы - результат сложения первых двух строк, четвертый столбец - результат вычитания первого и второго столбцов, а пятый - второго и третьего.
Из данных таблицы следует, что на работу сепаратора уходит мощность около 1,52 кВт. При этом большая часть расходуется на привод колебаний решет (0,70 кВт) и на привод его вращения (0,30 кВт). На работу очистителя расходуется около 0,11 кВт.
Повреждаемость семян рабочими органами очистителя
Одним из важных показателей эффективности работы очистителей является степень повреждаемости семян их рабочими органами. Исследованиями Е.С.Гончарова /31/ установлено, что повреждаемость семян виброцентробежными сепараторами такого типа в целом незначительна.
Повреждение зерна при очистке роторно-кольцевым очистителем может возникнуть при наличии больших относительных скоростей решета и колец в момент их контакта. При расчете и обосновании параметров очистителя (п. 2.2.2) условие обеспечения отсутствия скольжения колец в момент их удара по решету было учтено. Однако практически, в связи с колебаниями загрузок сепаратора и пробуксовыванием ременных передач, возможны небольшие отклонения кинематических параметров работы сепаратора от номинальных. Это может вызвать незначительное проскальзывание колец в момент удара. Поэтому определение повреждаемости застрявших зерен в условиях производственной эксплуатации имеет важное место.
