Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса очистки сои, цель и задачи исследования 10
1.1 Актуальность развития производства и переработки сои 10
1.2 Агротехнические и технологические требования, предъявляемые к сое 11
1.3 Анализ существующих способов сепарации семян сои и предложения по совершенствованию средств очистки 12
1.3.1 Анализ существующих конструкций машин для разделения семян по шероховатости и форме 15
1.3.2 Анализ существующих конструкций фрикционных сепараторов барабанного типа для разделения семян по шероховатости 21
1.4 Анализ теорий сепарации семян по свойствам их поверхности 35
1.5 Проблемная ситуация и задачи исследования 41
Выводы по главе 43
2 Теоретические исследования процесса очистки сои от дурнишника фрикционным сепаратором барабанного типа 44
2.1 Расчет геометрии положения скатной доски и барабана 44
2.2 Расчет движения боба сои в технологическом зазоре фрикционного сепаратора 47
2.3 Расчет удельной производительности сепаратора по очищенной фракции 53
2.4 Условия, определяющие эффективность извлечения соплодий дурнишника 56
2.5 Расчет энергетики процесса сепарации 57
Выводы по главе 59
3 Методика экспериментальных исследований 61
3.1 Общая программа экспериментальных исследований 61
3.2 Приборы и оборудование для экспериментального исследования 63
3.3 Описание экспериментальной установки 64
3.4 Методика определения эквивалентного диаметра боба сои 67
3.5 Методика определения коэффициента трения скольжения сои по фрикционным поверхностям 68
3.6 Методика исследования зависимости величины коэффициента трения скольжения сои по фрикционным поверхностям от удельной нагрузки на бобы 70
3.7 Методика определения параметров деформации фрикционных материалов 72
3.8 Методика определения силы, приложенной к бобу сои, необходимой для прохождения технологического зазора 75
3.9 Методика определения силы необходимой для отрыва дурнишника от фрикционной поверхности при различных углах ее приложения и условиях сцепления 76
3.10 Методика определения влияния нагрузки, зазора, угловой скорости вращения барабана и типа материала рабочей поверхности на степень извлечения дурнишника, выход очищенной фракции, потери сои и высоту формирующегося в зазоре клиновидного слоя смеси 78
3.11 Технологическая схема и методика проведения производственных испытаний фрикционного сепаратора барабанного типа в линии очистки сои 80
Выводы по главе 82
4 Результаты экспериментальных исследований 84
4.1 Результаты испытаний макетного образца фрикционного сепаратора барабанного типа 84
4.2 Результаты исследований по определению эквивалентного диаметра боба сои 92
4.3 Результаты исследований по определению коэффициента тренияскольжения сои по фрикционным поверхностям 92
4.4 Результаты исследований зависимости величины коэффициента трения скольжения сои по фрикционным поверхностям от удельной нагрузки на бобы 93
4.5 Результаты исследований по определению параметров деформации фрикционных материалов 96
4.6 Результаты исследований по определению силы, приложенной к бобу сои, необходимой для прохождения технологического зазора 99
4.7 Результаты исследований по определению силы необходимой для отрыва дурнишника от фрикционной поверхности при различных углах ее приложения и условиях сцепления 102
4.8 Результаты исследований по определению влияния нагрузки, зазора, угловой скорости вращения барабана и типа материала рабочей поверхности на степень извлечения дурнишника, выход очищенной фракции, потери сои и высоту формирующегося в зазоре клиновидного слоя смеси 104
4.9 Результаты производственных испытаний фрикционного сепаратора барабанного типа в линии очистки сои 114
Выводы по главе 116
5 Технико-экономические показатели результатов исследований ... 117
Выводы по главе 125
Общие выводы 125
Список использованной литературы 127
Приложения 141
- Анализ существующих конструкций машин для разделения семян по шероховатости и форме
- Расчет движения боба сои в технологическом зазоре фрикционного сепаратора
- Методика определения коэффициента трения скольжения сои по фрикционным поверхностям
- Результаты исследований по определению силы, приложенной к бобу сои, необходимой для прохождения технологического зазора
Введение к работе
Белок - носитель жизни, ее основа. Увеличение производства белка как источника полноценного питания людей - одна из важнейших забот века [8, 104].
Не меньшую актуальность имеет проблема обеспечения растительным белком животноводства. В настоящее время по официальным данным хозяйств дефицит перевариваемого протеина превышает 40% от общей потребности в нем животных. Недостаток его в кормовых рационах вызывает снижение продуктивности животных и непроизводительные расходы кормов, в 2-3 раза превышающие установленные нормы. Особенно остро вопрос о рациональном кормлении стоит при производстве продукции животноводства в промышленных масштабах. Одним из основных факторов, определяющих эффективность этого способа, является строго сбалансированное кормление животных [149].
Наиболее важным и в то же время простым и дешевым источником белка являются зернобобовые культуры как наилучшие накопители бека в семенах и зеленой массе, в частности соя [65, 148].
Исторически сложилась так, что в мировом земледелии среди всех зернобобовых по распространенности соя занимает первое место. Благодаря уникальному биохимическому составу - высокому содержанию белка (35 -55%), жира (17 - 27% ), аминокислот, фосфатов, витаминов и высокой биологической ценности - в среднем 96 усл.ед., при перевариваемости - 91% - сое обеспечивается предпочтение перед другими носителями белков, как растительного, так и животного происхождения. Для сравнения, мясо содержит 17% белка, рыба - 16%, яйца - 13% , пшеница - 9%, рис - 7%, коровье молоко - 3%, картофель - 2%.
Мировое производство семян сои растет. Технология переработки сои постоянно совершенствуется, открывая новые возможности использования данной культуры. Перспективы развития и области применения сои широки: соевое масло применяют при производстве ряда пищевых и промышленных продуктов (молока, маргарина, муки, мороженого и кондитерских изделий, мыла, моющих средств, красок, пластмасс и др.), шрот (продукт экстрагирования масла) наиболее эффективно используется для кормления животных и птицы [17, 49, 50, 51, 58, 88, 105, 151, 152].
Россия продолжает осваивать производство сои, но наращиванию темпов мешает отсутствие высокотехнологичного отечественного оборудования. На основе накопленного другими странами опыта и собственных научных исследований мы должны создать простое и надежное оборудование, соответствующее мировым стандартам и пригодное для условий России, попутно решая все возникающие вопросы, связанные с технологией возделывания и переработки.
Сотрудники Курганской государственной сельскохозяйственной академии и Курганского государственного университета по просьбе руководства ООО «НІЖ Белком» г. Кургана разработали и запустили цех по производству экструдированной сои и цех соевого молока и окары. Производственные испытания и эксплуатация технологических линий показали эффективность и преимущество над существующими аналогами. В то же время исследования работы оборудования выявили ряд недостатков, наиболее существенными из которых являются:
- очистка сои на линии воздушно-решетных и триерных машин не обеспечила полного извлечения засорителя дурнишника;
- существующие фрикционные сепараторы для очистки и сортирования семян по свойствам поверхности не обладают необходимой для линии производительностью либо не соответствуют требуемому по технологии качеству очистки.
Для нормальной работы экструдера необходимо полное извлечение соплодий дурнишника, потому что попадание частиц данного засорителя приводит к забиванию рабочих отверстий и к вынужденной остановке машины, в результате чего простаивает оборудование и снижается производительность линии [46]. При этом дополнительным требованием к очистке явля ются минимальные потери бобов сои, как целых, так и травмированных, включая половинки и четвертинки. Наличие дурнишника во фракции, предназначенной для измельчения на дробилках с решетами, приводит к забиванию отверстий и снижению производительности. При получении соевого молока требуется полное извлечение соплодий, так как их мелкие включения снижают органолептические качества и товарный вид получаемого продукта. К семенному материалу сои также предъявляются высокие требования по процентному содержанию дурнишника как злостного карантинного сорняка.
С целью устранения отмеченных недостатков была выдвинуто предположение о том, что наиболее эффективным способом очистки сои от дурнишника является фрикционная сепарация.
Существует множество конструкций фрикционных сепараторов, принцип действия всех их основан на движении семян культурных растений и сорняков с разными коэффициентами трения по рабочей поверхности. Основным недостатком данных сепараторов является их низкая удельная про-изводительность - не более 750 кг/ч-м .
Настоящий труд посвящен исследованию процесса работы и обоснованию основных конструктивно-кинематических и технологических параметров фрикционного сепаратора барабанного типа, позволяющих увеличить удельную производительность сепаратора без снижения степени извлечения засорителя и уменьшить энерго- и металлоемкость процесса.
Актуальность выбранного направления подтверждается соответствием данной темы разделу федеральной программы по научному обеспечению АПК России «Разработать научные основы развития системы технолого-тех-нического обеспечения сельскохозяйственного производства, создание машин и энергетики нового поколения, формирование эффективного инженерно-технического сервиса в условиях рыночной экономики», целевой отраслевой Программой развития производства и глубокой переработки сои в Российской Федерации на период до 2010 года, утвержденной коллегией ми нистерства сельского хозяйства Российской Федерации 25 марта 2003 года и плану НИР Курганской государственной сельскохозяйственной академии имени Т.С. Мальцева, номер государственной регистрации 01.2.00109598 от 1 апреля 2001 года [155,156].
Цель работы. Повышение эффективности очистки сои от дурнишника на фрикционном сепараторе барабанного типа.
Объект исследования. Процесс очистки сои фрикционным сепаратором барабанного типа.
Предмет исследования. Закономерности влияния основных конструктивно-кинематических параметров фрикционного сепаратора на процесс очистки зернобобового материала.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:
- разработана математическая модель процесса движения материала в технологическом зазоре между скатной доской и фрикционной поверхностьюбарабана;
- установлены закономерности изменения удельной производительности по очищенной фракции и степени извлечения дурнишника в зависимости от типа фрикционной поверхности, начальной нагрузки, величины технологического зазора и угловой скорости вращения барабана;
- обоснованы рациональные параметры конструкции и кинематические параметры привода барабана фрикционного сепаратора.
Практическая ценность работы и реализация ее результатов. Разработана методика расчета, позволяющая на стадии проектирования определять влияние конструктивно-кинематических параметров конструкции на удельную производительность фрикционного сепаратора. Создан рабочий орган для очистки сои от дурнишника, защищенный патентом Российской Федерации, обоснованы его основные параметры. Фрикционный сепаратор внедрен в технологическую линию завода экструдирования сои ООО «НІЖ БЕЛКОМ» города Кургана. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях в Курганской государственной сельскохозяйственной академии имени Т.С. Мальцева (2003...2006 гг.), в Челябинском государственном агроинженерном университете (2003.. .2006 гг.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 научных работ, в том числе один патент РФ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографии и приложений. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 44 иллюстрации, 8 таблиц и 10 приложений. Список использованной литературы включает 160 наименований.
Анализ существующих конструкций машин для разделения семян по шероховатости и форме
Для очистки семян по коэффициентам трения и форме предназначена винтовая сортировка, на которой отделяют округлые семена от плоских семян, имеющих большой коэффициент трения скольжения. Обрабатываемые семена распределяются по трем внутренним желобам и под действием гравитационных сил движутся вниз, причем семена округлой формы развивают более высокую скорость по винтовой поверхности, чем плоские удлиненные. Под влиянием центробежной силы семена круглой формы быстрее удаляются от оси сепаратора, что обуславливает возможность преодоления ими ограничительных бортов и выделения в желоб большего диаметра. Плоские и удлиненные семена, испытывающие большее сопротивление фрикционной поверхности, развивают меньшую скорость и транспортируются по внутренним желобам.
Для викоовсяной смеси нагрузка на одну винтовую поверхность 25-30 кг. Таким образом, производительность сортировки, имеющей 4 винтовых поверхности, может быть не более 100-120 кг/ч.
Для разделения смеси семян по форме и шероховатости под действием гравитационных сил Голотой А.А. предложил сепаратор, рабочим органом которого служит коническая неподвижная поверхность, обращенная основанием вниз. Для повышения четкости разделения сепаратор выполнен из нескольких расположенных друг над другом конусов с последовательно уменьшающейся конусностью.
К гравитационным сепараторам, в которых используют шероховатость поверхности и форму семян, относят также полотняные горки, как с восходящим, так и с боковым движением полотна. Если на движущуюся наклонную поверхность равномерно подавать семена, то они в зависимости от коэффициента трения и формы будут по-разному увлекаться поверхностью: одни семена будут двигаться вверх, другие - скользить или скатываться вниз. Горки с горизонтальными валиками чаще всего применяют для очистки семян свеклы. На них можно также разделить смеси на несколько фракций в зависимости от их фрикционных свойств. Для этой цели Волков А.Г. рекомендует к наружной части полотна прикреплять эластичную многозаходную спираль с переменными шагом и углом наклона витков спирали. Ведущий и ведомый валики устанавливают так, чтобы полотно образовало желоб с вогнутостью, предотвращающей ссыпание семян вниз и вынос их полотном вверх. Эластичная спираль выносит семена за ведущий валик, при этом более шероховатые увлекаются витками спирали с большим углом наклона к оси валиков, по сравнению с гладкими семенами.
Второй разновидностью горок с восходящим движением полотна является горка, состоящая из двух установленных V-образно бесконечно движущихся полотен. Каждое полотно имеет двойной наклон: поперечный и продольный (осевой). Во время работы семена из ковша поступают с одной стороны на полотно в межвальцовое пространство. При их движении вверх основной поток семян продвигается по осевому наклону вперед и все время перемешивается. При этом шероховатые, плоские, цепкие семена и примеси захватываются и уносятся вверх, в отходы, а гладкие и округлые семена остаются в нижней части и постепенно направляются к выходу. По этому принципу работает льноочистительная горка ОСГ-0,2А. На ее базе ВИСХОМ разработал четырехсекционную горку, производительностью свыше 500 кг/ч.
Для повышения эффективности работы V-образных горок Волков А.Г. предложил принимать угол наклона кромок загрузочной части полотен больше угла наклона разгрузочных кромок (из трудов Заики П.М.[56]). Это позволит отсортировать компоненты сыпучей смеси на различных участках полотна и разделить ее на несколько фракций.
Валики горок с боковым движением полотна расположены наклонно под углом к горизонту. Полотно движется в поперечном направлении относительно наклона. Семена подают на верхнюю часть полотна по направлению движения. Под влиянием гравитационных сил и сил трения компоненты исходной смеси в зависимости от формы и фрикционных свойств перемещаются по траекториям различной кривизны. Сепарировать семена по шероховатости и форме можно также в дисковом фрикционном сепараторе [32, 35]. Его рабочим органом является шероховатый диск, вращающийся с определенной угловой скоростью. Диск может быть установлен горизонтально или под некоторым углом к горизонту. При горизонтальной установке фрикционного диска поступающие на него семена оказываются под влиянием инерционной центробежной силы и силы трения. На наклонном вращающемся диске семена подвергаются воздействию еще и гравитационных сил. В обоих случаях семена в зависимости от формы и шероховатости перемещаются по траекториям различной кривизны.
Седаш Л.Т. предложил сепараторы, частично устраняющие перекатывание семян по неперфорированным движущимся фрикционным рабочим органам, что, по его мнению, способствует более полному проявлению фрикционных свойств семян в процессе разделения [128]. В этих сепараторах над движущимися лентами устанавливают неподвижные преграды (фрикционные пластины) перпендикулярно этим лентам и под углом к направлению их движения. Поперечный угол наклона ленты к горизонту, угол наклона преграды и углы трения гладких и шероховатых семян о пластину в данном случае взаимозависимы и определяются из условий перемещения семян как по движущейся ленте, так и по неподвижной преграде. Для этой цели неподвижные преграды Седаш Л.Т. предлагает устанавливать также на пути движения семян по наклонному вращающемуся диску.
Кроме упомянутых выше дисковых фрикционных сепараторов, к центробежным относятся также лопастные, конические и сепараторы с криволинейной поверхностью ротора в виде параболоидов и гиперболоидов вращения [80].
Бородай В.И. и Кононенко О.М. предложили фрикционный сепаратор с вертикальными рабочими поверхностями. Основным рабочим органом сепаратора является вертикально расположенный барабан, состоящий из плоских радиальных фрикционных поверхностей, которые смонтированы на цилиндре, жестко насаженном на вал [11]. Авдеевым Н.Е. предложен оригинальный центробежный фрикционный сепаратор с криволинейными перегородками, предназначенный для разделения семян по шероховатости и форме [1,2]. Компоненты смеси перемещаются по поверхности сепаратора по криволинейным траекториям различной кривизны. Те из них, для которых коэффициент трения меньше, движутся по траекториям, намного отклоняющимся от образующих ротора. Семена с большим коэффициентом трения перемещаются по более пологим траекториям.
Семена по рабочим органам как гравитационных, так и инерционно-гравитационных сепараторов перемещаются в безотрывном режиме. С одной стороны, это можно считать положительным, так как увеличивается время контакта, а следовательно, и время воздействия рабочих органов на семена, что способствует более сильному проявлению признаков делимости при данном способе сепарации. С другой стороны, это отрицательный фактор, так как он сужает возможность использования других признаков делимости, кроме шероховатости и формы. К ним следует отнести коэффициент восстановления и коэффициент мгновенного трения при ударе, составляющие комплекс физико-механических свойств. Отмеченного недостатка частично или полностью лишены вибрационные фрикционные сепараторы. На них можно эффективно разделять трудноразделимые смеси как в безотрывном режиме по шероховатости и форме, так и в режиме с непрерывным подбрасыванием по полному комплексу физико-механических свойств.
Расчет движения боба сои в технологическом зазоре фрикционного сепаратора
Физические свойства фрикционного материала, в частности параметры деформации сжатия материала, играют важную роль в процессе сепарации. Поверхность фрикционного материала и сепарируемая масса, находясь в постоянном контакте, оказывают физическое воздействие друг на друга. Жесткость ворсинок фрикционной поверхности и их способность восстанавливаться после деформации, в конечном счете, определяют качество очистки бобов сои от соплодий дурнишника.
Исследования по деформации материалов были необходимы нам для определения основных технологических параметров фрикционных поверхностей: толщины ворса, высоты рабочего слоя (определяющего возможный для установки зазор между скатной поверхностью и ворсом, обеспечивающий прохождение без заклинивания) и величины предельно сжатого ворса. Опыты проводили на изготовленной в лаборатории установке, представленной на рисунке 3.6.
Величину деформации ворса определяли следующим образом: 1. Фрагмент исследуемой фрикционной поверхности располагали на горизонтальной площадке лабораторной установки. Шилом пробивали отверстие в поверхности, далее сквозь отверстие пронизывали леску, к которой крепилась модель боба (бусина соответствующего бобу сои диаметра). Далее леску пропускали через просверленное отверстие (1,5 мм) в площадке, после чего на конце лески формировали петлю для приложения усилия. 2. Головку индикатора часового типа ИЧ-10 ГОСТ 577-68, закрепленного на магнитном штативе, совмещали с подвижной рамкой, регулируемой с помощью гайки, объединяя их в прибор, определяющий вертикальное пе ремещение вниз. Данная схема была нам необходима для устранения воз действия на боб силы сжатия пружины индикаторной головки. 3. Используя регулировочный винты штатива и винт подвижной рамки, выставляли нулевое положение, когда на боб не действуют внешние силы. Рамку подводили до касания с бобом, а на индикаторе выставляли пере мещение (вверх 5мм), после чего схему окончательно фиксировали вин тами так, чтобы индикаторная головка реагировала только на повороты гайки подвижной рамки. 4. С помощью динамометра и набора ВГУ-1 ОКП 96 6211 1226 нагружали смоделированный боб вертикально вниз приложенной силой (Fnp=0,1...16 Н). После каждого очередного нагружения регулировочной гайкой опускали рамку до касания с бобом. Информацию о величине погружения частицы в ворс считывали со шкалы индикатора. 5. После процедуры нагружения, когда определилось максимальное предельное сжатие ворса, проводили аналогичное последовательное разгру-жение для выявления способностей материала восстановливаться после воздействия сжатия. Для этого гайкой поднимали рамку, обеспечивая модели свободу вертикального перемещения для каждого из последующих разгружений. Данные о перемещении боба вверх считывали описанным выше способом. 6. Последовательное выполнение пунктов 1, 2, 3, 4 и 5 позволило нам вы явить зависимость величины деформации ворса от значения приложенной силы давления для трех исследуемых фрикционных поверхностей. Опыты по определению параметров деформации сжатия фрикционных ма териалов проводили с пятикратным повтором. По среднему значению получены данные о деформации ворса при перемещении боба сои, нагруженного и раз груженного вертикальными силами. Особенность предлагаемого нами способа сепарации заключается в том, что гладкие бобы сои, проходя сквозь технологический зазор (меньше эквивалентного диаметра), отклоняют и деформируют ворс фрикционной поверхности, а соплодия дурнишника (аналогичного размера в поперечнике), обладающие колючками (крючками), вынужденно взаимодействуют с ворсинками и, зацепившись, выделяются из массы бобов. Для определения сил, необходимых бобу для прохождения зазоров различной величины, мы провели эксперимент, схема которого представлена на рисунке 3.7. Силу, затраченную бобом сои для прохождения технологического зазора, мы определили следующим образом: 1. На макетной лабораторной установке выставляли величину технологического зазора 4 мм, 4,5 мм и 5 мм. Далее на одной нитке опускали в зазор модель боба сои (десять бусинок, нанизанных на тонкую медную проволоку), а за другую, пропущенную через зазор, зацепляли измерительный прибор. 2. С помощью ассистента вручную выставляли средние обороты барабана (4..6 с") Чувствительным милидинамометром равномерно тянули вращающуюся в зазоре модель и считывали максимальное значение силы. 3. После проведения опытов по всем зазорам меняли фрикционную поверхность барабана и повторяли вышеописанные действия. 4. Последовательное выполнение пунктов 1, 2 и 3 позволило нам выявить средние значения сил, затраченных бобом сои для прохождения технологического зазора различной величины. Исследования проводились на трех различных поверхностях: войлоке, сукне и основе линолеума. Опыты проводили с пятикратным повтором.
Методика определения коэффициента трения скольжения сои по фрикционным поверхностям
Для проведения исследований использовалась методика, представленная в разделе 3.6. Схема эксперимента показана на рисунке 3.3.
Одним из основных факторов, влияющих на энергетику процесса очистки бобов сои на фрикционном сепараторе предлагаемой конструкции, является коэффициент трения псевдоожиженного слоя о фрикционную поверхность и скатную доску. В зависимости от высоты слоя изменяется сила удельного нагрузки на бобы, контактирующие с поверхностями.
На рисунке 4.1 приведены результаты экспериментальных исследований, зависимости коэффициента трения от удельной нагрузки на бобы для различных поверхностей. Кривые для всех представленных фрикционных поверхностей в рассматриваемом диапазоне изменения удельной нагрузки имеют экстремальный характер. По мере увеличения нагрузки наблюдается сначала рост, а затем спад величины коэффициента трения. Максимальные значения коэффициента трения скольжения сои, как видно из графиков, при-надлежат войлоку, его экстремум соответствует нагрузке F 147 Н/м . Ниже по графику следуют: основы линолеума с экстремумом при нагрузке F 225 Н/м , кривая сукна фильтровального (экстремум при F 294 Н/м ) и кривая коэффициента трения сои по стали (экстремум при F 375 Н/м ). Это объясняется особенностями физических свойств поверхностей: для войлока, состоящего из натуральных упругих волосков, которые при взаимодействии с бобами отгибаются, значение коэффициента после прохождения экстремума уменьшается, так как по мере роста удельной нагрузки верхний вспушенный слой фрикционной поверхности, состоящий в основном из прямых (либо изогнутых), под разными углами выступающих из поверхности волосков, все более эффективно приглаживается под давлением бобов. Для основы линолеума и сукна фильтровального все происходит аналогично вышеописанному войлоку, а смещение экстремума объясняется тем, что синтетические волоски обладают меньшим диаметром, более податливы на изгиб и образуют многочисленные петли друг с другом. Бобы сои, зарываясь в рыхлый материал, преодолевают дополнительное сопротивление петель. Для стали кривая объясняется тем, что поверхность металла и поверхность бобов имеют незаметные глазу шероховатости и микронеровности, под действием нагрузки происходит деформация боба в точке контакта, это в свою очередь приводит к сглаживанию микронеровностей и уменьшению коэффициента трения. Из анализа приведенных результатов зависимости величины коэффициента трения скольжения сои по фрикционным поверхностям от удельной нагрузки на бобы следует, что наибольший эффект в процессе сепарации достигается при использовании удельной нагрузки начиная с F 515 Н/м2, это позволяет уменьшить вероятность потери бобов сои по причине сцепления с фрикционным материалом.
Методика исследования по определению параметров деформации сжатия фрикционных материалов представлена в разделе 3.7. Схема эксперимента показана на рисунке 3.4. Основные характеристики фрикционных материалов приведены в приложении Проводилось исследование изменения величины деформации сжатия фрикционного материала при воздействии различного усилия, передаваемого моделью боба сои. Результаты экспериментальных исследований для трех фрикционных поверхностей представлены на рисунке 4.2. Характер всех представленных кривых практически одинаков. Для войлока толщиной Н 7 мм максимальная величина деформации hmax 4,7мм достигается при нагрузке F 16 Н; для сукна фильтровального толщиной Н 6 мм, hmax 2,4 мм достигается при нагрузке F ЮН; для основы линолеума толщиной Н 6,5 мм, hmax 4,6 мм достигается при нагрузке F 16 Н. Дальнейшее увеличение нагрузки на боб не влияет на значения деформации ворса материалов. Немаловажным показателем, полученным в результате опытов, является величина деформации h при малых нагрузках F = 0,02...0,10 Н, имитирующая сжатие ворса псевдоожиженным слоем семян в момент прохождения технологического зазора фрикционного сепаратора. Для войлока h = 1,29...1,93 мм, для синтетики h = 1,01...1,16 мм и для линолеума h = 2,03...2,40 мм. По характеру петель графиков восстановления высоты ворса после раз-гружения можно судить о величине остаточной деформации материала, во всех случаях она не превышает величины h = 1,02...1,35 мм.Стоит отметить, что при трении бобов о поверхность ворса в процессе сепарации остаточная деформация практически полностью исчезает. Данный процесс деформации -восстановления идет непрерывно до полного износа материала. Из анализа полученных данных об изменении величины деформации сжатия фрикционного материала при воздействии различного усилия, передаваемого моделью боба сои, следует, что в процессе сепарации для исследуемых материалов необходимо устанавливать зазор межу скатной доской и поверхностью барабана с учетом перекрытия, равного величине деформации при малых нагрузках (высоте ворса, свободно сминаемого потоком семян).
Результаты исследований по определению силы, приложенной к бобу сои, необходимой для прохождения технологического зазора
Из приведенных данных, полученных в результате исследования закономерностей влияния нагрузки, зазора и угловой скорости вращения барабана на степень извлечения дурнишника из сои следует, что наиболее приемлемыми для получения качества очистки 98...99% с минимальными потерями сои и максимальным выходом очищенной фракции являются следующие параметры фрикционного сепаратора: материал фрикционной поверхности - основа линолеума; зазор - 4,0...4,5-10мм; нагрузка - 1500 кг/ч-м; угловая скорость вращения барабана - 3... 6 с 1.
Методика исследования по определению влияния нагрузки, зазора и угловой скорости вращения барабана на высоту формирующегося в зазоре клиновидного слоя смеси представлена в разделе 3.10.
Исследовались влияния нагрузки, зазора и угловой скорости вращения барабана на высоту слоя. Результаты экспериментальных исследований для материала (основа линолеума) представлены на рисунке 4.15.
Формирующийся в зазоре клиновидный слой оказывает влияние на процесс очистки сои от дурнишника и на потери основного материала. Увеличение высоты слоя при скорости вращения барабана со 6 с 1 объясняется сгруживанием материала по причине сводообразования. Рост слоя при скорости со 6 с" объясняется тем, что слой подвергается кипению, связанному с выталкивающим воздействием фрикционной поверхности на материал, поступающий в зазор.
Методика проведения производственных испытаний линии очистки сои представлена в разделе 3.11, результаты сравнительных производственных испытаний приведены в таблице 4.3.
Исходная засоренность зернобобового материала сои дурнишником при проведении испытаний составляла 20 шт на 1 кг бобов. После очистки зернобобового вороха на пневморешетных зерноочистительной машинах «Петкус-523» и «Петкус-531» и повторной очистке на «Петкус-531» степень извлечения соплодий 85...86%. При использовании фрикционного сепаратора вместо второй машины «Петкус-531» в лини удалось извлечь 98...99 %. соплодий дурнишника. Таким образом, в результате работы линии очистки с применением фрикционного сепаратора при начальной нагрузке 3000 кг/ч м и исходной засоренности дурнишником 20 шт на 1 кг бобов получен кондиционный материал удовлетворяющий требования технологии экструдирования сои.
Производственная проверка показала, что использование фрикционного сепаратора в зерноочистительной линии позволяет существенно увеличить время безостановочной работы экструдеров и способствует снижению затрат, связанных с обслуживанием и ремонтом экструдеров, а также экономических потерь от простоя линии. Акты производственных испытаний и внедрений приводятся в приложениях (Ж, К). На основании теоретических расчетов, экспериментальных и производственных испытаний выявлены основные параметры фрикционного сепаратора барабанного типа (таблица 4.4). 1. Экспериментально подтверждены теоретические исследования зависимости производительности сепаратора и потерь сои от типа фрикционной поверхности, угловой скорости вращения барабана и величины рабочего зазора. 2. Экспериментальная проверка показала, что оптимальный режим работы фрикционного сепаратора, при извлечении соплодий дурнишника из сои, следующий: угловая скорость вращения барабана со = 4...6 с"1; рабочий зазор 8 = 4,0.. .4,5 мм; нагрузка q = 1500 кг/ч м. 3. Производственные испытания подтвердили, что фрикционный сепаратор позволяет получить степень извлечения дурнишника из сои -98...99%. При технико-экономической оценке разработанных технических решений был произведен расчет экономической эффективности фрикционного сепаратора барабанного типа в сравнении с существующей машиной «Петкус-531». По наиболее распространенной технологии очистки сои для экструди-рования в линии последовательно используются две зерноочистительные машины «Петкус-523» и «Петкус-531». Для повышения полноты выделения дурнишника рекомендуют пропускать материал через «Петкус-531» дважды, но и это не позволяет добиться показателей требуемых по технологии . При производственных испытаниях, в результате замены зерноочистительной машины «Петкус-531» (вместо повторного пропуска) фрикционным сепаратором барабанного типа за один проход качество очистки сои от дурнишника улучшилось с 85...86% (для существующей технологии) до 98...99% (для предлагаемой технологии). Полученный материал по засоренности соответствует требованиям технологии экструдирования сои. Использование опытного фрикционного сепаратора в линии очистки сои на экструдирование позволило решить существующую проблему вынужденных остановок производства, связанную с забиванием отверстий экстру-дера фрагментами соплодий дурнишника. Таким образом, можно сделать вывод о том, что для очистки равного количества зернобобовой смеси с одинаковой производительностью, в равные сроки, для получения в результате очистки материала, отвечающего техническим требованиям технологии экструдирования, рекомендуется применять в линии последовательно работающие машины «Петкус-523», «Петкус-531» и предлагаемый нами фрикционный сепаратор.
