Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса послеуборочной обработки зерна и задачи исследований 9
1.1 Анализ состояния зернового вороха, поступающего на тока хозяйств, и агротехнические требования по его сохранности 9
1.2 Анализ технологий и технических средств для послеуборочной обработки зернового вороха 14
1.3 Анализ работы существующих МПО скальператорного типа зарубежного производства 23
1.4 Влияние взаимодействия крупных компонентов в зерновом ворохе на процесс пневмоинерционной сепарации 30
1.5 Выводы и задачи исследования 36
2. Теоретические положения по обоснованию кинематических и геометрических параметров скальператора 39
2.1 Общие положения и принятые допущения при выборе кинематических и геометрических параметров скальператора 39
2.2 Траектория движения частиц при горизонтальной загрузке скальператора 40
2.3 Траектория движения частиц при вертикальной загрузке скальператора. 46
2.4 Траектория движения частиц при смещенной загрузке скальператора 51
2.5 Траектория движения частиц при смещенной загрузке скальператора 55
2.6 Траектория движения частиц при смещенной загрузке скальператора 59
3 Программа и методика экспериментальных исследований 65
3.1 Программа экспериментальных исследований 65
3.2 Приборы и оборудование для экспериментального исследования 68
3.3 Методика определения влияния угла загрузки и подачи, кинематических и геометрических параметров на отделение крупных примесей из зернового вороха скальператором 75
3.4 Методика определения рационального размера отверстий решета скальператора 76
3.5 Методика определения влияния кинематических, геометрических и конструктивных параметров скальператора на потери и просеваемость зерна 77
3.6 Методика определения влияния нагрузки, кинематических и геометрических параметров на полноту отделения крупных примесей скальператором, оснащенного решетами с разными размерами отверстий 79
3.7 Методика проведения сравнительных испытаний модернизированной и базовой зерноочистительной машины МПО-50С 81
3.8 Методика производственных испытаний зерноочистительной поточной линии 82
4 Результаты экспериментальных исследований процесса сепарирования зернового материала скальператором
4.1 Результаты исследования влияния угла загрузки и подачи, кинематических и геометрических параметров на отделение крупных примесей из вороха скальператором
4.2 Результаты определения рационального размера отверстий решета скальператора в зависимости от его частоты вращения и диаметра
4.3 Результаты определения влияния кинематических, геометрических и конструктивных параметров скальператора на потери и просеваемость зерна при различных нагрузках 92
4.4 Результаты сравнительных испытаний модернизированной и базовой зерноочистительной машины МПО-5 ОС 99
5 Рекомендации производству и технико-экономические показатели результатов исследования 104
5.1 Рекомендации производству по модернизации зерноочистительных машин 104
5.2 Расчет экономической эффективности применения модернизированной машины МПО-50С ПО
5.3 Сравнительный энергетический анализ серийной и экспериментальной технологической линии 115
Общие выводы по работе 118
Список литературы 119
Приложения
- Анализ состояния зернового вороха, поступающего на тока хозяйств, и агротехнические требования по его сохранности
- Общие положения и принятые допущения при выборе кинематических и геометрических параметров скальператора
- Программа экспериментальных исследований
- Результаты исследования влияния угла загрузки и подачи, кинематических и геометрических параметров на отделение крупных примесей из вороха скальператором
Введение к работе
Производство зерна является основным звеном сельскохозяйственного производства, от которого зависит обеспеченность промышленности сырьем, населения хлебом и продуктами его переработки, животноводства кормами.
Основной задачей агропромышленного комплекса является устойчивое наращивание производства зерна. При стабильном сохранении посевных площадей основными путями увеличения объемов производства зерна являются повышение урожайности, снижение потерь зерна на всех стадиях его производства, совершенствование технологий послеуборочной обработки зерна и применение новых индустриальных технологий уборки урожая с обмолотом и сепарацией хлебной массы на стационаре. Одним из условий получения высоких урожаев является производство и подработка семян зерновых культур. Качество семенного материала напрямую зависит от его чистоты.
С повышением урожайности зерновых и использованием высокопроизводительных зерноуборочных комбайнов типа "Дон-1500 Б", "Руслан-950", "Дон Вектор", с увеличением объевом поступления зерна на тока хозяйств в разряд первоочередных выдвигается задача по созданию принципиально новых зерноочистительных машин и комплексов для послеуборочной обработки зерна, позволяющих выполнять все операции по послеуборочной обработке зерна в одном непрерывном технологическом потоке. В настоящее время на очистку, сортирование и сушку зерна приходится до 30...40 % затрат в себестоимости конечного продукта. Это объясняется низкой производительностью и низким качеством очистки зерна машинами существующих зерноочистительных линий [4, 12, 54, 110]. Для снижения затрат необходим поиск новых технологий и технических средств, позволяющих уменьшить количество операций и повторных пропусков зерна через машины при его подработке. Однако экономическое состояние хозяйств в настоящее время таково, что они не могут приобретать дорогостоящие зерноочистительные машины, поэтому повысить качество очистки семян возможно путем модернизации существующих поточных линий, зерноочистительных машин, устаревших как физически, так и морально; они давно не отвечают требованиям по качеству послеуборочной обработки зерна. Такое оборудование превращает процесс обработки из поточного в цикличный; снижение производительности и необходимость многократных пропусков зерна увеличиваю травмирование семян [17, 30, 32, 33, 34, 42, 48, 50,]; при послеуборочной обработке и хранении зерна теряется до 15% выращенного урожая.
В производстве для очистки зерна от примесей находят применение машины, рабочими органами которых является сетчатый транспортер (МПО-50, МПО-100), скальператор (МПО-50С, МПУ-70, ОЗС-50), а так же зерноочистительные машины решетного типа (МПУ-70, ОЗС-50, ЗВС-20А, МЗП-50, К-527 и др.) [86, 103].
Конструкции данных сепараторов постоянно совершенствуются, но в новых машинах увеличение производительности достигается в основном не за счет интенсификации процесса сепарации, применения новых рабочих органов и технологических режимов, а за счет увеличения площади рабочей поверхности решет. Поэтому существенного повышения качества при очистке зерна от сорных примесей и сортировании семян, а так же заметного снижения затрат на послеуборочную обработку ожидать не приходится.
Повышение эффективности послеуборочной обработки зерна следует искать за счет дальнейшего изучения процесса сепарации и создания на этой основе новых рабочих органов, видов и режимов их движения, которые в совокупности обеспечат повышение пропускной способности зерноочистительных машин Создание новых зерноочистительных машин, рабочих органов и совершенствование технологии очистки зерна и семян являются актуальными научными задачами, решение которых должно обеспечить:
- максимально возможное разделение зерновой смеси на фракции при больших нагрузках;
- стабильность технологического процесса в широком диапазоне изменения свойств исходного материала (засоренности, влажности и т.д.).
На протяжении 30 лет сотрудники кафедры уборочных машин и проблемной лаборатории № 2 Челябинского агроинженерного университета трудились над созданием и модернизацией пневмоинерционного сепаратора, исследования которого позволили разработать методику проектирования и настройки пневмоинерционных сепараторов ПВО-15-20, ПВО-30-40, ПВО-ЗОР, комбинированного пневмоинерционного сепаратора КПВО-30-40, ПВО-50. Эти машины имеют высокую удельную производительность и технологическую надежность [31,49, 51, 52, 53, 84, 92, ИЗ].
Объемный характер процесса и отсутствие решет позволяют обрабатывать зерновой ворох повышенной влажности и засоренности.
Хозяйственные испытания показали, что при подаче зернового вороха с содержанием в нем крупных примесей заметно возрастают потери зерна и его выход во вторую фракцию, снижается чистота зерна, что объясняется неравномерностью распределения компонентов в потоке и усилением их взаимодействия между собой в зоне делительной камеры.
Из этого следует, что уменьшить взаимодействие частиц в зоне сепарации - значит интенсифицировать процесс разделения зернового вороха воздушным потоком за счет предварительной подготовки разделяемого материала и выделения на первом этапе крупных примесей на основе различия в размерах.
В связи с этим возникла необходимость изучения процесса поэтапного разделения зерновой смеси на фракции, и выдвинуто предположение о том, что ограничением на пути дальнейшего повышения эффективности процесса сепарации является сам принцип выделении крупных частиц, основанный на кинематических параметрах рабочего органа.
В связи с этим тема нашего исследования, направленная на обоснование конструктивно-кинематических, технологических и геометрических параметров отделителя крупных примесей, что позволит повысить эффективность использования как воздушно-решетных, так и пневмоинерционных сепарирующих устройств в вороховом режиме, является актуальной и имеет народнохозяйственное значение.
Содержание работы
Во введении обоснованы тема исследования, научная значимость и дана общая характеристика выполненных исследований.
Первая глава посвящена анализу состояния вопроса послеуборочной обработки зерна; здесь же определены задачи исследований.
Во второй главе представлены теоретические положения по выбору кинематических и геометрических параметров скальператора.
Третья глава посвящена программе и методике экспериментальных исследований.
Четвертая глава содержит результаты экспериментальных исследований процесса сепарирования зернового материала.
В пятой главе приведена оценка эффективности результатов исследования. Представлены рекомендации производству и технико-экономические показатели исследования.
Основу диссертационной работы составляют теоретические и экспериментальные данные, полученные в период 2003-2006 гг. в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ по проблемам государственных, отраслевых и республиканских научно-технических программ.
Научная новизна.
1. Обосновано рациональное место подачи зернового вороха, его ориентирование к поверхности скальператора.
2. Определена взаимосвязь степени отделения крупных примесей от способа подачи материала, размера отверстий решета, частоты вращения, диаметра рабочего органа при разных нагрузках.
Практическая значимость и реализация результатов работы Практическую значимость имеют результаты исследований по обоснованию кинематических, геометрических и конструктивных параметров отделителя крупных примесей. Создан и обоснован новый рабочий орган для подачи зернового материала к скальператору, защищенный патентом Российской Федерации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований исполь зованы научно-исследовательским институтом механизации и автоматизации сельскохозяйственного производства (НИИМАСП) - филиал ФГОУ ВПО «ЧГАУ» - и ЗАО ИПП «ТехАртКом» при разработке и создании машин для предварительной очистки зернового вороха, а также могут быть использованы в учебном процессе сельскохозяйственных вузов и на сельскохозяйственных предприятиях.
Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований доложены, обсуждены и одобрены на ежегодных научно-технических конференциях ЧГАУ (Челябинск, 2003...2007 гг.), ГНУ СибИМЭ СО РАСХН (Новосибирск, 8-9 июня 2006 г.), на научно-практической конференции молодых ученых-аспирантов Уральской ГСХА (Екатеринбург, 2005-2006 гг.), ГНУ УралНИИСХоз (2005-2006 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе методические указания, два патента.
Структура и объем диссертации
Работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографии и приложений. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 55 иллюстраций и 4 таблицы. Список использованной литературы включает в себя 115 наименований.
На защиту выносятся следующие результаты: зависимости, отражающие влияние схемы загрузки скальператора, размеров отверстий решета и его диаметра, кинематических режимов на степень отделения крупных примесей; сравнительные результаты исследований существующей и модернизированной машины предварительной очистки зернового вороха МПО-50С.
Анализ состояния зернового вороха, поступающего на тока хозяйств, и агротехнические требования по его сохранности
Из приведенной таблицы видно, что рефакция в отдельные годы составляет до 10%. Для ее снижения необходимо при выборе технологических схем послеуборочной обработки зерна учитывать особенности обработки зернового вороха с высокой влажностью и засоренностью, а также агротехнические требования по его сохранности.
При поступлении зерна на ток его влажность может меняться от 14 до 40%, а содержание зерна основной культуры колеблется в зависимости от погодных условий, засоренности полей и качества работы комбайнов в пределах 75...96%. Остальная часть зернового вороха состоит из стеблей, листьев основной культуры, сорняков, семян и соцветий сорных трав и культурных растений, комочков почвы, микроорганизмов и насекомых.
Одним из важнейших проявлений происходящих в зерне сложных процессов обмена веществ является дыхание, которое может происходить как при доступе воздуха, так и при его отсутствии. При влажности зернового вороха более 14...16% происходит увеличение интенсивности дыхательного процесса. В свою очередь выделившиеся при этом вода и тепло повышают влажность зерна и его температуру. Установлено, что повышение влажности пшеницы с 14,4 до 17% увеличивает интенсивность дыхания в три раза, а при повышении влажности до 21,2% интенсивность дыхания увеличивается в 48 раз. У ржи при повышении влажности от 14,4 до 20,6% интенсивность дыхания возрастает в 60 раз [2, 5,18,29,37,56,62,63,64,].
При повышении температуры от 4 до 26С (со = 16%) интенсивность дыхания увеличивается в два раза, а повышение температуры до 46...55С усиливает интенсивность дыхания в 20... 100 раз.
При влажности зернового вороха 26....30% и температуре 16...20С процесс дыхания может принять характер цепной реакции, и если не остановить самосогревание, оно приводит к полной порче зерна. Всхожесть снижается уже на первых этапах самосогревания, а при влажности вороха 25...28% через три дня всхожесть уменьшается до 20%. Зависимость всхожести семян от времени хранения свежеубранного зернового вороха по, данным М.Б.Киреева, представлена нарис. 1.2 [39, 69,].
Отрицательное влияние на сохранность зернового вороха оказывают зеленые части растения, влажность которых составляет 60...80%. Большая часть этой влаги поглощается зерном, а зеленые части растений становятся источниками гнездового самосогревания. Биохимические изменения в свежеубранном зерновом ворохе, по данным СИ. Акивис, представлены на рис. 1.3. При влажности зернового вороха 23.. .25% и температуре 10... 15С предельные сроки его безопасного хранения, по данным ВНИИЗ (рис. 1.4) не превышают одних суток, а при хранении свежеубранного зернового вороха в завальных ямах и бункерах это время составляет всего 1.. .2 часа.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что после доставки зернового вороха от комбайнов на ток важнейшим процессом является предварительная очистка, которую необходимо проводить незамедлительно. При этом суммарная производительность машин предварительной очистки должна быть не ниже максимальной часовой выработки всех комбайнов.
К настоящему времени известны различные типы технологий для послеуборочной обработки зерна - поточная, поэтапная и фракционная технологии. Поточная и поэтапная технологии не нашли широкого применения в хозяйствах из-за низкой производительности некоторых зерноочистительных машин и большого количества транспортных операций, травмирования и потерь зерна. Фракционная технология обработки материала получила положительную оценку от производственников за большую суточную выработку зерносушилок, хорошее качество и эффективность работы семяобрабатывающих линий [3, 9, 16,19,22, 26, 28, 35, 57, 58, 60, 70, 85, 93, 96,100,105,108, 111].
В производстве для очистки зерна от примесей находят применение машины, рабочими органами которых является сетчатый транспортер и скальпе-ратор. Зерноочистительная машина МПО-100 (рис. 1.5) предназначена для предварительной очистки поступающего с поля зернового вороха колосовых, крупяных, зернобобовых культур кукурузы, сорго и подсолнечника. Рассчитана для работы в стационарных зерноочистительных поточных линиях.
Основными рабочими органами машины являются приемная камера и воздушно-очистительная часть. Приемная камера включает в себя загрузочный шнек, сетчатый транспортер и подбивалыцик. Воздушно-очистительная часть состоит из всасывающего и нагнетательного пневмоканалов, битера, отстойной камеры с установленным в ней диаметральным вентилятором и шнеком выгрузки легких примесей.
Зерноочистительная машина МПО-50С (рис. 1.6) предназначен для предварительной и первичной очистки зернового вороха в закрытых помещениях, а в сочетании с решетной приставкой РП-50 и от мелких сорных примесей, отделимых решетами приставки. Обе приведенные в пример машины рассчитаны для работы в стационарных зерноочистительных поточных линиях. Основные рабочие органы: приемная камера со скальператором для выделения крупных примесей, воздушно-очистительная часть для выделения мелких и легких примесей.
Общие положения и принятые допущения при выборе кинематических и геометрических параметров скальператора
Как известно, основы теории просеивания зерен и вороха заложены академиком В.П.Горячкиным и развиты Г.Д. Терсковым (графоаналитический метод) и Н.И. Блехманом (аналитический метод). Теория сепарирования основана на том, что осуществляется непрерывный режим двухстороннего относительного движения. При других условиях процесс сепарации считается неустойчивым, и теоретических решений не существует. Процесс сепарации зерна в теоретическом плане основан на следующем предположении: частица пройдет в отверстие решета, если ее центр масс будет находиться над отверстием, а скорость движения частицы будет меньше критической скорости.
Таким образом, для протекания процесса сепарации необходимо установить рациональную скорость перемещения частицы по решету.
Теоретические положения для сепарации на цилиндрическом решете до конца не разработаны, не существует научно обоснованных рекомендаций по определению рациональной скорости движения зернового материала по рабочей поверхности цилиндрического решета [1, 6, 7, 13, 14, 15, 24, 38, 40, 41, 45, 59, 65, 66, 67, 68,].
Выполнены расчеты траекторий движения частиц в зависимости от кинематических и геометрических параметров, места и угла подачи вороха на скальператор. Установлены рациональные параметры, при которых траектории движения частиц будут близки к поверхности скальператора. В этом случае тяжелые частицы будут опускаться в отверстия, если Vonyc = VKpHT, а легкие частицы подниматься вверх и по наружной стороне цилиндрического решета выводиться из зоны сепарации [73, 75, 91, 95, 101, 102].
Для определения траекторий движения частиц нами составлены дифференциальные уравнения. Было рассмотрено несколько вариантов загрузки и подачи вороха.
При решении этой задачи приняты следующие допущения: удара частицы о перемычку не происходит; частица, попадая на барабан скаль-ператора, приобретает его линейную скорость Vo и совершает свободный полет под действием этой скорости; скорость подачи зернового вороха равна окружной скорости барабана, сопротивление воздушной среды ничтожно мало.
На основании составленных уравнений, описывающих движение частиц, аналитически рассмотрен процесс отделения крупных примесей и выявлен рациональный режим работы скальператора.
При горизонтальной подаче вороха часть зерен под действием силы тяжести через отверстия решетчатого барабана попадает на лопасти, перемещается по ним и снова через отверстия барабана выводится из скальператора.
Для изучения траектории движения частицы примем следующие допущения: удар частицы о перемычку не происходит; в зоне контакта частицы с перемычкой зерновка принимает скорость барабана; лопасти внутри барабана отсутствуют, скорость подачи зернового вороха равна окружной скорости барабана.
Зададимся углом загрузки скальператора а=0 и углом подачи материала в скальператор р=0 градусов,
Зададимся диаметром решетчатого барабана D=0,4; 0,5; 0,6 м и частотой его вращения п=1 - 40; 2 - 50; 3 - 60 и 4 - 70 мин"1 и определим координаты траекторий полета частицы при времени t=0,05; 0Д0; 0,15 и 0,20с. Результаты расчетов сведены в таблицу приложения Г и представлены графически на рис. 2.2; 2.3; 2.4.
Из графиков следует, что при всех выбранных диаметрах с увеличением частоты вращения движение частиц внутри барабана приближается к внутренней поверхности. При дальнейшем увеличении частоты вращения барабана траектория движения частиц не будет пересекать зону поверхности барабана. Это приведет к потере полноценного зерна (рис. 2.2, зависимость 1).
При частоте вращения п=50 мин"1 и диаметре барабана D=0,4 м частица, находящееся на поверхности барабана, будет совершать движение около наружной поверхности и часть тяжелых зерен опустится в отверстия решета. Крупные частицы будут скользить по наружному диаметру барабана. Это наиболее благоприятный кинематический режим.
Если барабан диаметром D=0,5M вращается с частотой п=40мин"1, то зерно, находящееся внутри барабана, будет удаляться от его внутренней поверхности (рис. 2.3 зависимость 4). В этот промежуток могут проникнуть крупные примеси, что повлечет за собой увеличение засоренности зерна легкими крупными примесями.
Увеличение диаметра барабана до D=0,6 м приводит к тому, что из барабана будут вылетать зерна при всех используемых частотах вращения п=70, 60, 50, 40 мин"1 (рис. 2.4 зависимости 4, 3, 2, 1). При таком диаметре благоприятного режима не будет.
Указанный диаметр барабана и отмеченные частоты его вращения приводят к большим потерям зерна. Следовательно, такой режим не может быть рекомендован.
На основе проведенного анализа можно заключить: при диаметре барабана D=0,4 м рациональной частотой его вращения является п=50мин . Диаметру D=0,5 м также соответствует частота вращения п=50мин (будут наблюдаться потери зерна), диаметру D=0,6 м ни одна из выбранных частот вращения не соответствует качественному разделению зерновой смеси.
При прочих одинаковых условиях предпочтение следует отдать менее энергозатратному устройству. Так как потребляемая мощность прямо пропорциональна линейной скорости, то минимальным по энергозатратам соответствует режим: D=0,4M и п=50мин 1, который в 1,066 раза экономичнее режима при D=0,4M И п=50мин" И в 1,333 раза экономичнее режима при вращении скальператора D=0,6M.
Программа экспериментальных исследований
В результате теоретических предпосылок и проведенных исследований по изучению отделения крупных примесей. Было установлено, что на качество отделения крупных примесей из зернового вороха оказывают влияние следующие факторы: угол загрузки и подачи обрабатываемого материала (ориентирующее устройство), геометрические (размер отверстий и диаметр цилиндрического решета), кинематические параметры (частота вращения сепарирующей поверхности).
Для того чтобы оценить результаты теоретических исследований, их необходимо сравнить с данными, полученными методом экспериментального исследования. В результате теоретического исследования процесса отделения крупных примесей было установлено, что ориентация их частиц относительно отверстий и непрохождение крупных примесей в отверстия обусловлены способом подачи зернового вороха и кинематическим режимом скальператора, а высокие качественные показатели обеспечиваются необходимой частотой вращения. На разных режимах работы отделителя эти факторы оказывают разное влияние на процесс сепарации [10, 25, 76, 78].
Изучение взаимосвязи вышеуказанных факторов и определения влияния каждого из них в отдельности на процесс сепарации позволит определить оптимальный технологический режим работы отделителя крупных примесей, а также сравнить его технологические показатели с показателями существующих сепарирующих устройств.
В связи с этим составлена программа экспериментальных исследований, включающая в себя лабораторные исследования отделителя крупных примесей и производственные испытания МПО-50С. В программу лабораторных исследований параметров работы отделителя крупных примесей входило:
1. Определение оптимального угла загрузки и подачи зернового материала и размера отверстий цилиндрического решета скальператора, обеспечивающих качественный процесс отделения крупных примесей из зернового вороха при различных частотах вращения.
2. Определение влияния геометрических и кинематических параметров скальператора на полноту выделения крупных примесей, потери и просевае-мость зерна.
3. Определение влияния нагрузки, кинематических, геометрических параметров на полноту разделения зерна скальператором, оснащенного решетом с разными размерами отверстий.
4. Проведение сравнительных испытаний по определению полноты выделения крупных примесей модернизированной и существующей зерноочистительными машинами МПО-50С.
5. Проведение производственных испытаний модернизированной зерноочистительной поточной линии.
При проведении экспериментов влажность вороха составляла 18%, засоренность крупными примесями до 5%. Сорт пшеницы Ирень.
Лабораторные исследования проводились классическим методом, с варьированием одного из факторов при постоянстве других.
Исследуемые факторы, их основные уровни и интервалы варьирования выбирались на основании метода априорного ранжирования и предварительных поисковых опытов.
Для проверки результатов на воспроизводимость опыты проводились не менее чем в трехкратной повторности. В целях исключения влияния систематической ошибки опыты рандомизированы с помощью таблицы случайных чисел.
Эксперименты проводились в соответствии с ОСТ 70.10.2-83 «Испытания сельскохозяйственной техники. Зерноочистительные машины и агрегаты, зерноочистительно-сушильные комплексы. Программа и методы испытаний» [87], которым, в частности, определены условия и методика определения технико-экономических и агротехнических показателей, определен перечень показателей, подлежащих замеру.
Лабораторные исследования преследовали цель определить влияние исследуемых факторов на процесс сепарации и проверить теоретические предпосылки, на основании которых была разработана схема технологического процесса работы отделителя крупных примесей.
Производственные испытания отделителя крупных примесей позволили получить технико-экономические данные процесса сепарации зерновой смеси.
Разработанная программа экспериментальных исследований дополнительно потребовала решения следующих вопросов: -изготовление экспериментальной установки для проведения опытов; -подбор имеющегося стандартного оборудования для проведения экспериментов. Для подтверждения теоретических предпосылок и определения эффективности работы отделителя крупных примесей была разработана, сконструирована и изготовлена лабораторная установка, представленная на рис. 3.1, 3.2,3.3,3.4. Для изучения физической сущности процесса выделения крупных примесей из зернового вороха, проверки теоретических выводов, обоснования технологической схемы и конструктивных параметров отделителя крупных примесей была разработана и изготовлена лабораторная установка.
Рама установки представляет собой цельносварное основание 1 , на которой смонтирован привод скальператора, состоящий из трехфазного асинхронного электродвигателя 2 мощностью 1,1 кВт, соединенного при помощи упруго-пальцевой муфты с редуктором 3, для понижения частоты вращения входного вала электродвигателя. Вращение скальператора осуществляется в следующей последовательности: крутящий момент создаваемый в результате работы электродвигателя 2 передается через редуктор 3 и цепную передачу 4 к скальператору 9, который на подшипниках крепится на раме. Изменение частоты вращения скальператора осуществлялось при помощи изменения передаточного отношения привода путем замены звездочек цепной передачи. Для загрузки скальператора используется бункер-дозатор 7, состоящим из емкости для исходной смеси, дном которого является вальцовый питатель с клапаном, приводящийся в движение от скальператора через цепную передачу 5. Для обеспечения равномерного распределения зернового материала по рабочей поверхности скальператора ширина бункера-дозатора равна ширине скальператора. Количество зерновой смеси, поступающей из бункера на ориентирующее устройство 8, регулировалось изменением частоты вращения питающего валика с помощью изменения передаточного отношения привода 5 путем замены звездочек цепной передачи. Ориентирующее устройство шарнирно присоединенного к бункеру-дозатору 7. Имеется устройство 6 для регулировки угла наклона ориентирующего устройства. Механизм регулировки угла наклона ориентирующего устройства представляет из себя пластину, один конец которой шарнирно прикреплен к ориентирующему устройству 8, другой конец с помощью болтового соединения прикреплен к бункеру-дозатору и имеет прорезь для перемещения пластины, тем самым позволяет задавать необходимый угол подачи зернового вороха в пределах от 0 до 45 . После того как зерновой ворох попал на скальператор, происходит разделение по фракциям. Крупные примеси идут сходом в приемник крупных примесей 12. Когда крупные примеси выведены из процесса, то зерно и мелкие примеси просеиваются сквозь отверстия решета и попадают в приемник 11.
Скальператор 9 состоит из металлического цилиндрического решета с центрально расположенной осью, на торцах которой прикреплены боковые стенки для крепления лопастей и создания целостности конструкции. В зависимости от условий работы скальператор может быть укомплектован набором решет с различными размерами отверстий.
Результаты исследования влияния угла загрузки и подачи, кинематических и геометрических параметров на отделение крупных примесей из вороха скальператором
Методика определения влияния угла загрузки и подачи, кинематических и геометрических параметров на отделение крупных примесей из зернового вороха скальператором, оснащенным решетом с размерами отверстий 16x16 мм, представлена в п. 3.3.
Исследовалось изменение полноты отделения крупной примеси в зависимости от угла загрузки и подачи, частоты вращения, диаметра скальперато-ра. Результаты экспериментальных исследований представлены на рис. 4.1.
Диапазон изменения частоты вращения скальператора от 20 до 60 мин"1 ограничен условиями работы решета. Существенного повышения полноты разделения можно добиться при такой подаче зернового материала, при которой длинные частицы смогли бы принять положение наиболее близкое к горизонтальному перед поступлением на скальператор. Разработано ориентирующее устройство, которое позволяет подавать зерновой материал к скальператору под разным углом.
Характер полученных графиков практически одинаков при различных кинематических режимах работы и разном диаметре скальператора. Разница выделения крупных примесей при диаметре скальператора 0,7; 0,8 и 0,9 м незначительна. Максимальная полнота выделения крупных примесей скальпера-тором, оснащенным решетом с отверстиями диаметром 16 мм (при работе в вороховом режиме), достигается при максимальном кинематическом воздействии на обрабатываемый материал и нулевых углах загрузки и подачи. Данный вид загрузки ведет к большим потерям зерна. При угле загрузки 45 и угле подачи 30 и 45 увеличение диаметра скальператора снижает полноту отделения крупных примесей. Такая подача ведет к подбрасыванию и проскальзыванию зернового материала по цилиндрическому решету, ориентации крупных примесей в отверстия решета и большим потерям зерна.
Методика определения влияния размеров отверстий решета на полноту выделения крупных примесей скальператором из зернового материала, работающим в вороховом режиме, представлена в п. 3.4.
Исследовалось изменение полноты отделения крупной примеси в зависимости от размеров отверстий цилиндрического решета. Получили зависимости полноты разделения от частоты вращения, изменяющейся в диапазоне от 20 до 60 мин 1, диаметров 0,7; 0,8 и 0,9 м и размеров отверстий решета 16x16, 24x24, 32x32 мм. Результаты экспериментальных исследований представлены на рис. 4.2.
Из приведенных данных установлено, что максимальная полнота отделения крупных примесей из зерновой смеси достигается с увеличением частоты вращения скальператора с уменьшением диаметра барабана и размера отверстий цилиндрического решета. Увеличение частоты вращения скальператора приводит к потерям полноценного зерна. Чтобы этого избежать, следует устанавливать решето с наибольшим размером отверстий и увеличить диаметр скальператора, но это приводит к ориентированию крупных примесей в отверстия решета, что нарушает технологический процесс.
Методика определения влияния кинематических, геометрических и конструктивных параметров на отделение крупных примесей скальператором на потери зерна, оснащенным решетом с размерами отверстий 16x16,24x24,32x32 мм, представлена в п. 3.5.
Исследовалось изменение потерь и просеваемости зерна в зависимости от частоты вращения скальператора при конкретных размерах диаметра и отверстий цилиндрического решета.
Получили зависимости потерь и просеваемости зерна от частоты вращения скальператора при конкретных размерах его диаметра и отверстий цилиндрического решета. Результаты экспериментальных исследований представлены на рис. 4.3.
Диапазон изменения частоты вращения скальператора от 20 до 60 мин"1 ограничен условиями работы. Характер зависимостей практически одинаков при различных кинематических режимах работы скальператора. С возрастанием частоты вращения скальператора и уменьшением размера отверстий цилиндрического решета потери зерна повышаются, а с увеличением диаметра скальператора потери зерна при данных режимах снижаются, так как зерновки быстрее проходят сквозь отверстия решета.
При сравнении полученных зависимостей (рис. 4.3 а, б, в) выявлено, что максимальные потери зерна у скальператора, оснащенного решетом с размером отверстий 16x16 мм. Для снижения потерь зерна необходимо снизить частоту вращения скальператора, что отрицательно скажется на полноте отделения крупных примесей. Дальнейшее изучение процесса сепарации, возможно, решит данную проблему.
Из приведенных данных установлено, что полнота разделения зерновой смеси скапьператором зависит от варьирования частоты вращения и диаметра рабочей поверхности, размеров отверстий решета. При уменьшении значений частоты вращения от оптимальных величин скорость перемещения крупных примесей по поверхности решета снижается, что приводит к улучшению условий прохождения крупных частиц относительно отверстий решета, а при уменьшении диаметра уменьшается площадь рабочей поверхности, улучшает качество отделения примесей, но ведет к потерям полноценных зерен.
Из анализа приведенных графиков зависимости полноты разделения зерновой смеси от высоты слоя сепарируемого материала следует, что эффективность сортирования скальператором при варьировании скорости вращения рабочей поверхности определяется оптимальным соотношением между высотой слоя и диаметром рабочей поверхности. 4.4 Результаты сравнительных испытаний модернизированной и базовой зерноочистительной машины МПО-50С
Методика проведения сравнительных испытаний модернизированной и базовой зерноочистительной машины с другим кинематическим режимом работы скальператора, измененной подачей вороха и наличием ориентирующего устройства, соответствующим режиму работы машины МПО-50С, представлена в п. 3.7. Результаты экспериментальных исследований представлены на рис. 4.8.
Испытания проводились при работе устройств в вороховом режиме на искусственной зерновой смеси пшеницы с 5% содержанием крупных примесей (колос, солома, головки осота). Оба сепарирующих устройства были оснащены скальператорами диаметра 0,8 м. Решето на модернизированной машине МПО-50С с размерами отверстий 16x16 мм, на существующей машине с размерами отверстий 32x32 мм. В качестве критерия, оценивающего качество отделение крупных примесей модернизированной и существующей машины, была принята одинаковая удельная нагрузка.
