Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса повышения эффективности сепарации зерна круговыми колебаниями решет в режиме самоочистки отверстий от застрявших частиц и задачи исследования 11
1.1 Средства механизации послеуборочной обработки зерна 11
1.2 Способы и устройства очистки решет от застрявших зерен 19
1.3 Обзор работ по самоочистке решет от застрявших зерен 32
1.4 Содержание проблемы и задачи исследования 40
2 Теоретические исследования сепарации зерна круговыми колебаниями решет в режиме самоочистки отверстий от застрявших частиц 42
2.1 Задачи теоретических исследований 42
2.2 Определение кинематических параметров сепарирующей поверхности с цилиндрическими поперечными перемычками 43
2.3 Расчетная схема и математическая модель условий сепарации зерна и расклинивания частиц из отверстий решет 45
2.4 Исследование влияния различных факторов на устойчивость движения зерновки по решету 47
2.5 Условие расклинивания зерен из отверстия решета 51
2.6 Определение точек контакта заклинившей частицы с перемычками решет 56
2.7 Исследование влияния различных факторов на режим расклинивания зерен из отверстия решета 60
Выводы по главе 64
3 Методика экспериментальных исследований сепарации зерна и режимов самоочистки отверстий решет от застрявших частиц 65
3.1 Программа экспериментальных исследований 65
3.2 Приборы и оборудование для экспериментального исследования 66
3.3 Методика определения динамических характеристик решетного стана экспериментальной установки 71
3.4 Методика определения размеров зерен и построения вариационной кривой зёрен по толщине 74
3.5 Методика определения скорости движения зерна по решету с цилиндрическими поперечными перемычками при круговых колебаниях в плоскости решета 75
3.6 Методика исследования влияния кинематических и технологических параметров на полноту разделения зерновой смеси решетом с цилиндрическими поперечными перемычками при круговых колебаниях в плоскости решета 77
3.7 Методика исследования влияния кинематических и технологических параметров на полноту разделения зерновой смеси решетом с цилиндрическими поперечными перемычками при различной направленности круговых колебаний 81
3.8 Методика исследования зависимости полноты разделения зерновой смеси от удельной начальной нагрузки при круговых колебаниях и дополнительных вертикальных возбуждениях различных типов решет 82
3.9 Методика исследования зависимости забиваемости решет от удельной начальной нагрузки при круговых колебаниях и дополнительных вертикальных возбуждениях 84
3.10. Методика исследования влияния удельной начальной нагрузки на просеваемость и потери зерновой смеси на зерновом решете 86
3.11 Методика обработки опытных данных 88
4 Результаты экспериментальных исследований сепарации зерна и режимов самоочистки отверстий решет от застрявших частиц 91
4.1 Результаты определения динамических характеристик решетного стана экспериментальной установки 91
4.2 Исследование вариационной кривой по толщине зерна пшеницы сорта «Терция» 92
4.3 Результаты исследования скорости движения зерна по решету с цилиндрическими поперечными перемычками при круговых колебаниях в плоскости решета 93
4.4 Результаты исследования влияния кинематических и технологических параметров на полноту разделения зерновой смеси решетом с цилиндрическими поперечными перемычками при круговых колебаниях в плоскости решета 96
4.5 Результаты исследования влияния кинематических и технологических параметров на полноту разделения зерновой смеси решетом с цилиндрическими поперечными перемычками при различной направленности круговых колебаний 99
4.6 Результаты исследования зависимости полноты разделения зерновой смеси от удельной начальной нагрузки при круговых колебаниях и дополнительных вертикальных возбуждениях различных типов решет 102
4.7 Результаты исследования зависимости забиваемости решет от удельной начальной нагрузки при круговых колебаниях и дополнительных вертикальных возбуждениях 104
4.8 Результаты исследования влияния удельной начальной нагрузки на просеваемость и потери зерновой смеси на зерновом решете .109
Выводы по главе 110
5 Рекомендации производству и технико - экономические показатели результатов исследования 112
5.1 Рекомендации производству по модернизации зерноочистительных машин 112
5.1.1 Расчет кинематических параметров и нагруженности подвесок решетного стана зерноочистительной машины РП-50М 112
5.2 Расчет экономической эффективности модернизации зерноочистительных машин 121
Выводы по главе 125
Основные выводы по работе 126
Список использованной литературы 128
Приложения 140
- Средства механизации послеуборочной обработки зерна
- Исследование влияния различных факторов на устойчивость движения зерновки по решету
- Методика определения динамических характеристик решетного стана экспериментальной установки
- Результаты исследования скорости движения зерна по решету с цилиндрическими поперечными перемычками при круговых колебаниях в плоскости решета
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время увеличение производства зерна является одной из важнейших задач сельского хозяйства. Для получения высоких урожаев требуются качественные, тщательно про-сортированные семена. Создание высокопроизводительных зерноочистительных агрегатов и комплексов позволило механизировать послеуборочную обработку зерна и повысить возможность получения высококачественных семян [30].
Основой зерноочистительных агрегатов и комплексов являются машины решетного типа. Большая часть решетных машин классической модели -с прямолинейными колебаниями плоских решет. Однако геометрия перемычек таких решет и кинематика их движения не способствует ориентации частиц относительно отверстий решета и улучшению качества очистки зернового материала [71].
Применение решет с цилиндрическими перемычками, обладающих повышенной ориентирующей способностью в совокупности с круговыми колебаниями решетных станов является эффективным способом повышения качества очистки зерна. Круговые колебания решетных станов позволяют уравновесить динамические нагрузки, снизить вибрации и энергоемкость машин [78, 71].
Однако данные системы не полностью изучены, в частности не извест- s ны оптимальные кинематические и технологические параметры, при которых осуществляется наилучшая сепарация зерновых смесей. Кроме того, не решен вопрос очистки решет от застрявших зерен в таких сепарирующих системах.
Существующие очистители решет, применяемые в серийных машинах, весьма метало - и энергоемки, имеют склонность к заклиниванию механизма, увеличению динамических нагрузок и снижению надежности машин [3].
Шариковые очистители решет обладают низкой эффективностью из-за отсутствия возможности регулировать силы удара шариков по решету. При \
использовании решет с цилиндрической формой перемычек шариковые очистители не в состоянии очистить их, так как максимальное усилие заклинивания частиц в таких решетах намного превышает аналогичное в плоскопробивных решетах [78].
Для очистки решет с цилиндрическими перемычками был предложен принудительный ударный способ очистки решет. Однако при принудительном ударном способе очистки решет возникают дополнительные динамические нагрузки, как на решетный стан, так и на зерноочистительную машину в целом, что ведет к нарушению заданных кинематических параметров и не способствует устойчивой и долговечной работе агрегата [23].
Наиболее простым способом очистки решет является самоочистка, но она не нашла широкого применения в зерноочистительных машинах так как оптимальные режимы сепарации зерновой смеси и самоочистки решет не совпадают [30].
Поэтому перспективным направлением является изучение условий самоочистки и сепарации зерна на решетах с цилиндрическими перемычками при круговых колебаниях решетного стана. Применение таких сепарирующих систем в совокупности с режимами, при которых самоочистка решет и оптимальная сепарация зерна совпадают, позволит повысить качество очистки зернового материала и производительность, снизить металло- и энергоемкость зерноочистительных машин и восстановить работоспособность большого количества существующих изношенных машин за счет их модернизации.
Актуальность выбранного направления подтверждается соответствием \ данной темы разделу Федеральной программы по научному обеспечению АПК России: «Разработать научные основы развития системы технологического обеспечения сельскохозяйственного производства, создания машин и энергетики нового поколения, формирования эффективного инженерно-технического сервиса в условиях рыночной экономики».
Работа выполнялась по плану НИР Курганской государственной сельскохозяйственной академии имени Т.С. Мальцева, номер государственной регистрации 01.2.006 08103.
Цель работы. Повышение эффективности сепарации зерна круговыми колебаниями решет и условиями самоочистки отверстий от застрявших частиц.
Задачи исследования
Составить расчетную схему нагружения и математическую модель движения решетного стана и определить радиусы круговых колебаний реше- * та и частицы зерновой смеси и условия устойчивости этих параметров.
Установить область возбуждений, в которой обеспечивается условие самоочистки отверстий решет от застрявших зерен.
Провести сравнительные испытания забиваемости отверстий решет с различной формой отверстий и геометрией перемычек при сепарации зерновой смеси.
Определить влияние кинематических параметров и направленности колебаний сепарирующей поверхности на полноту разделения зерновой сме-си.
Объект исследования. Процесс сепарации зерна и самоочистки решет с различной формой отверстий и геометрией перемычек при различных возбуждениях.
Предмет исследования. Закономерности процесса сепарации зерна и самоочистки решет с различной формой отверстий и геометрией перемычек при различных возбуждениях.
Гипотеза исследования. Повышение эффективности сепарации зерна может быть достигнуто в результате раскрытия закономерностей взаимосвя-зи кинематических режимов сепарации зерна и самоочистки решет от застрявших частиц.
Научная новизна положений, выносимых на защиту. Математические выражения для определения радиусов круговых колебаний решет и частиц
зерновой смеси и условий устойчивости этих параметров; область возбуждений, в которой обеспечивается условие самоочистки отверстий решет от за- , стрявших частиц; закономерности процесса сепарации зерновой смеси на решетах с различными формой отверстий, геометрией перемычек и углами возбуждения колебаний; сравнительная оценка забиваемости отверстий решет с различными формой отверстий, геометрией перемычек и углами возбуждения колебаний.
Практическая ценность. Разработанные методика и техническая доку
ментация позволяют на стадиях конструирования и модернизации зерноочи
стительных машин подобрать оптимальные кинематические параметры, при
которых осуществляется сепарация зерновых смесей и самоочистка решет. \
Реализация результатов исследования. Осуществляется по трем направлениям. Разработаны рекомендации на модернизацию зерноочистительных машин, которые выработали свой ресурс. Рекомендации переданы в ГСКБ «Зерноочистка» (г. Воронеж) и Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства СО РСХА для практического использования. Результаты исследования заслушаны на научно-практическом совете департамента сельского хозяйства Курганской области и рекомендованы к внедрению. Выполнена модернизация зерноочистительной машины ОВС-25, которая установлена в лаборатории КГСХА и ис- \ пользуется в учебном процессе студентов и слушателей ФПК.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научно-практических конференциях Курганской государственной сельскохозяйственной академии им. Т.С. Мальцева (2004 - 2008 гг.), Челябинского государственного агроинженерного университета (2004 - 2009 гг.), на смотр -конкурсе на лучшую студенческую работу аграрных вузов России (Курган, 2006 г.).
Публикации. Основные положения работы отражены в 9 публикациях: материалах Международной научно-практической конференции (г. Тюмень, ^ 2005 г.), материалах Юбилейной XIV Международной научно-технической
конференции «Достижения науки - агропромышленному производству» (г. Челябинск, 2006 г.), Вестнике КрасГАУ (г. Красноярск, 2006 г.), материалах Международной научно-практической конференции «Сто лет Сибирской маслодельной кооперации» (г. Куртамыш, 2007 г.), материалах Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ А.И. Селиванова (г. Новосибирск, 2008 г.), материалах XLVII международной научно - технической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству», посвященной 100-летию со дня рождения И.Е. Ульмана (г. Челябинск 2008 г.).
Объем работы. Работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы, включающего 106 наименований и приложений. Общий объем работы изложен на 127 страницах машинописного текста, включая 10 таблиц и 64 рисунка.
\
Средства механизации послеуборочной обработки зерна
Важнейшей задачей сельского хозяйства по-прежнему остается увеличение производства зерна. По оценкам экспертов, потери урожая из-за нерешенных вопросов комплексной механизации послеуборочной обработки и хранения составляют от 5 до 10 млн. тонн, а из-за высева некондиционных семян - 10... 15 млн. тонн в год [47].
Одним из путей повышения урожайности зерновых культур является применение высококачественного посевного материала. Основным условием обеспечения требуемого качества зерна является своевременная и эффективная очистка [106]. Решение проблемы связано с созданием новых высокоэффективных средств очистки и сортирования зерна.
Зерноочистительная техника в своем развитии прошла большой путь от простейших устройств до сложных зерноочистительных агрегатов и комплексов. История средств механизации послеуборочной обработки зерна изложена в работе Н.И. Ульриха [102]. В начале века отечественная промышленность выпускала простые веялки - сортировки с ручным приводом. Для крупного механизированного сельскохозяйственного производства передвижные зерноочистительные машины закупались за рубежом. Отечественные зерноочистительные машины начали создаваться в начале двадцатых годов XX века. Для создания таких машин требовалась развитая научная база. Основу исследований физико-механических свойств зерна, технологии его очистки, кинематики и динамики рабочих органов заложили В.П. Горяч-кин [18], М.Н. Летошнев [75], И.Е. Кожуховский [41], Г.Т. Павловский [87], Н.И.Ульрих[102].
В 1936 году на серийное производство была поставлена машина ВИМ-2. Она содержала воздушную, решетную и триерную очистки зерно вого материала и явилась прототипом таких машин как ОСМ-3, ОСМ-ЗУ, ОС-4,5, ОС-4,5 А, СМ-4, МО-4,5 и ОВП-20 и др. (таблица 1.1). Одним из путей снижения трудоемкости послеуборочной обработки зерна является комплексное использование зерноочистительных машин и "сушилок, компоновка их в единую поточную линию. Применение поточной технологии повышает производительность труда в 8... 10 раз, снижает затраты на производство зерна в 1,5...2 раза, позволяет получать высококачественный посевной материал, обеспечивающий повышение урожайности сельскохозяйственных культур на 30 % [40]. В шестидесятые годы отечественная промышленность освоила выпуск зерноочистительных агрегатов и комплексов. В первых агрегатах были использованы передвижные машины со снятой ходовой частью. Вместо машины ОВП-20 появилась машина ЗВС-10. Базовой схемой зерноочистительных агрегатов служил агрегат ЗАВ-10 с воздушно-решетной машиной ЗВС-10 и триерным блоком БТ-10. Вскоре были созданы агрегаты, состоящие из двух параллельно работающих технологических линий ЗАВ-20, ЗАВ-40, ЗАВ-50, ЗАВ-100 и агрегат ЗАВ-25. Для получения высококачественных семян промышленность выпускала семяочистительные приставки СПЛ-5 и СП-10 к агрегатам и комплексам. Таким образом, создание высокопроизводительных зерноочистительных агрегатов и комплексов позволило механизировать послеуборочную обработку зерна, снизить потери и затраты на его обработку, повысить возможность получения высококлассных семян. Однако зерноочистительные агрегаты и комплексы имеют ряд недостатков. Одним из существенных недостатков являются неуравновешенные динамические нагрузки, вызывающие высокие вибрации корпусов машин, которые превышают в несколько раз допустимые значения [49]. Вибрация корпусов машин способствует нарушениям кинематических (амплитуда, частота колебаний решетных станов) и технологических (скорость движения, высота слоя зерна и время сепарации зерна на решете) параметров, а также приводит к снижению надежности машин из-за расшатывания узлов и механизмов и поломок деталей машин. В результате поиска рациональной схемы приводного механизма вместо машины ЗВС - 10 была создана новая машина для первичной очистки с дебалансным возбудителем колебаний решетных станов ЗАВ-10.30000. Такая конструкция позволила полностью уравновесить силы инерции поступательно движущихся масс решетных станов. У новой машины частота вращения приводного вала колебаний решетных станов была снижена на 10,2 %, что привело к снижению скорости движения зерна, а, следовательно, к снижению производительности. Кроме того, амплитуды верхнего и нижнего решетных станов данной машины не равны между собой, так как массы решетных станов различны. В серийной машине ЗВС-20 с дебалансным возбудителем колебаний ширина решетных станов была увеличена в 1,3 раза по сравнению с машиной ЗАВ-10.30000. Следовательно, на столько же были увеличены масса решетных станов и динамические нагрузки, из-за чего возросли поломки деталей машин. Позже вместо машины ЗВС-20 для агрегатов стали поставлять машины ЗВС-20А с приводом верхнего и нижнего решетных станов от индивидуального механизма с неуравновешенными динамическими нагрузками [73].
В зерноочистительных машинах для элеваторов кроме прямолинейных колебаний используются и круговые колебания решет в горизонтальной плоскости (таблица 1.2). Так, машины ЗСШ и БИС-12 имеют круговые колебания рабочих органов. Кроме того, в хозяйствах Российской Федерации широко используются решетные машины германской фирмы «Petkus» К-525, К-527, К-545, К-546, К-547. В последних моделях машин данной фирмы пря молинейные колебания рабочих органов заменены на круговые. Сепараторы МТМА-Граностар (Швейцария), «Жирокласс» (Франция) и «Зибсихтер-100» имеют круговые колебания решетных станов. В сепараторе «Миаг» германского производства решетный стан совершает вибрационное перемещение от вращающегося вала с дебалансами. Траектория движений точек решета приближается к эллипсу с большей осью 3.. .4 мм и малой осью 2.. .3 мм [17].
Исследование влияния различных факторов на устойчивость движения зерновки по решету
Важнейшей задачей сельского хозяйства по-прежнему остается увеличение производства зерна. По оценкам экспертов, потери урожая из-за нерешенных вопросов комплексной механизации послеуборочной обработки и хранения составляют от 5 до 10 млн. тонн, а из-за высева некондиционных семян - 10... 15 млн. тонн в год [47].
Одним из путей повышения урожайности зерновых культур является применение высококачественного посевного материала. Основным условием обеспечения требуемого качества зерна является своевременная и эффективная очистка [106]. Решение проблемы связано с созданием новых высокоэффективных средств очистки и сортирования зерна.
Зерноочистительная техника в своем развитии прошла большой путь от простейших устройств до сложных зерноочистительных агрегатов и комплексов. История средств механизации послеуборочной обработки зерна изложена в работе Н.И. Ульриха [102]. В начале века отечественная промышленность выпускала простые веялки - сортировки с ручным приводом. Для крупного механизированного сельскохозяйственного производства передвижные зерноочистительные машины закупались за рубежом. Отечественные зерноочистительные машины начали создаваться в начале двадцатых годов XX века. Для создания таких машин требовалась развитая научная база. Основу исследований физико-механических свойств зерна, технологии его очистки, кинематики и динамики рабочих органов заложили В.П. Горяч-кин [18], М.Н. Летошнев [75], И.Е. Кожуховский [41], Г.Т. Павловский [87], Н.И.Ульрих[102].
В 1936 году на серийное производство была поставлена машина ВИМ-2. Она содержала воздушную, решетную и триерную очистки зернового материала и явилась прототипом таких машин как ОСМ-3, ОСМ-ЗУ, ОС-4,5, ОС-4,5 А, СМ-4, МО-4,5 и ОВП-20 и др. (таблица 1.1). Одним из путей снижения трудоемкости послеуборочной обработки зерна является комплексное использование зерноочистительных машин и "сушилок, компоновка их в единую поточную линию. Применение поточной технологии повышает производительность труда в 8... 10 раз, снижает затраты на производство зерна в 1,5...2 раза, позволяет получать высококачественный посевной материал, обеспечивающий повышение урожайности сельскохозяйственных культур на 30 % [40]. В шестидесятые годы отечественная промышленность освоила выпуск зерноочистительных агрегатов и комплексов. В первых агрегатах были использованы передвижные машины со снятой ходовой частью. Вместо машины ОВП-20 появилась машина ЗВС-10. Базовой схемой зерноочистительных агрегатов служил агрегат ЗАВ-10 с воздушно-решетной машиной ЗВС-10 и триерным блоком БТ-10. Вскоре были созданы агрегаты, состоящие из двух параллельно работающих технологических линий ЗАВ-20, ЗАВ-40, ЗАВ-50, ЗАВ-100 и агрегат ЗАВ-25. Для получения высококачественных семян промышленность выпускала семяочистительные приставки СПЛ-5 и СП-10 к агрегатам и комплексам. Таким образом, создание высокопроизводительных зерноочистительных агрегатов и комплексов позволило механизировать послеуборочную обработку зерна, снизить потери и затраты на его обработку, повысить возможность получения высококлассных семян. Однако зерноочистительные агрегаты и комплексы имеют ряд недостатков. Одним из существенных недостатков являются неуравновешенные динамические нагрузки, вызывающие высокие вибрации корпусов машин, которые превышают в несколько раз допустимые значения [49]. Вибрация корпусов машин способствует нарушениям кинематических (амплитуда, частота колебаний решетных станов) и технологических (скорость движения, высота слоя зерна и время сепарации зерна на решете) параметров, а также приводит к снижению надежности машин из-за расшатывания узлов и механизмов и поломок деталей машин. В результате поиска рациональной схемы приводного механизма вместо машины ЗВС - 10 была создана новая машина для первичной очистки с дебалансным возбудителем колебаний решетных станов ЗАВ-10.30000. Такая конструкция позволила полностью уравновесить силы инерции поступательно движущихся масс решетных станов. У новой машины частота вращения приводного вала колебаний решетных станов была снижена на 10,2 %, что привело к снижению скорости движения зерна, а, следовательно, к снижению производительности. Кроме того, амплитуды верхнего и нижнего решетных станов данной машины не равны между собой, так как массы решетных станов различны. В серийной машине ЗВС-20 с дебалансным возбудителем колебаний ширина решетных станов была увеличена в 1,3 раза по сравнению с машиной ЗАВ-10.30000. Следовательно, на столько же были увеличены масса решетных станов и динамические нагрузки, из-за чего возросли поломки деталей машин. Позже вместо машины ЗВС-20 для агрегатов стали поставлять машины ЗВС-20А с приводом верхнего и нижнего решетных станов от индивидуального механизма с неуравновешенными динамическими нагрузками [73]. В зерноочистительных машинах для элеваторов кроме прямолинейных колебаний используются и круговые колебания решет в горизонтальной плоскости (таблица 1.2). Так, машины ЗСШ и БИС-12 имеют круговые колебания рабочих органов. Кроме того, в хозяйствах Российской Федерации широко используются решетные машины германской фирмы «Petkus» К-525, К-527, К-545, К-546, К-547. В последних моделях машин данной фирмы прямолинейные колебания рабочих органов заменены на круговые. Сепараторы МТМА-Граностар (Швейцария), «Жирокласс» (Франция) и «Зибсихтер-100» имеют круговые колебания решетных станов. В сепараторе «Миаг» германского производства решетный стан совершает вибрационное перемещение от вращающегося вала с дебалансами. Траектория движений точек решета приближается к эллипсу с большей осью 3.. .4 мм и малой осью 2.. .3 мм [17].
Методика определения динамических характеристик решетного стана экспериментальной установки
При исследовании процесса сепарации зерна на решетах большую роль играют размеры отверстий, зерен и состав смеси. Мелкие зерна и семена других растений, размеры которых на много меньше размера отверстий решета легко проходят в отверстия. Поэтому для получения объективной картины мелкие частицы были удалены из зерновой смеси путем первичной очистки.
Во время опытов использовались три типа решет: с цилиндрическими поперечными перемычками, с цилиндрическими продольными перемычками и плоско-пробивное решето с продолговатыми отверстиями. У всех выбранных решет размер отверстия был одинаковый 2,2 мм. На таких решетах \ трудно отделить зерна, толщина которых 1,70...2,19 мм, от зерен толщиной больше 2,2 мм.
В то же время в данный размер отверстий заклиниваются зерна, толщиной 2,25...2,3 мм. Поэтому зерновую смесь необходимо подобрать таким образом, чтобы она содержала зерна толщиной 1,70...2,19 мм и 2,25... 2,30 мм.
Во время опытов использовалась пшеница сорта «Терция» урожая 2004...2006 гг. Эксперимент проводился по следующей методике. Зерновой материал, поступивший на ток от комбайна, предварительно очищался в машине МПО-50, установленной в зерноочистительно-сушильном комплексе КЗС-40 М учхоза КГСХА. Влажность зернового материала составляла W= 16 %. Для опытов из зернового материала была взята масса т — 50 кг, в которую добавили 0,5 кг крупных примесей (горох, не обмолоченные зерна и т. д.). Зерновой материал засыпали в бункер экспериментальной установки и \ трижды очищали на решете о 1,7 х 15 мм. Затем из очищенной массы брались пять навесок по 50 г, которые перемешивались и из этой массы вновь бралась навеска 50 г. Эта масса обрабатывалась на лабораторном решете 2,2 мм. Прошедшие в отверстия зерна взвешивались, а их удвоенная величина соответствовала в процентах исходной засоренности материала а0 % мелкими примесями. Оставшаяся масса вместе с заклинившими зернами обрабатывалась на лабораторном решете 2,4 мм. У прошедших в отверстия зерен измерялась толщина, отдельно взвешивались зерна толщиной 2,25...2,30 мм и определялось их содержание в процентах. Зерна таких размеров имеют склонность заклиниваться в отверстиях выбранных решет. Оставшаяся на решете 2,4 мм масса пересыпалась на решето о 2,6 мм и определялась масса и процентное содержание зерен, которые прошли в отверстия. Аналогичные опыты были проведены с сортированием зерна на решетах п 3,0; 3,6 и 4,5 мм. Результаты опытов представлены графически на рисунке 4.2.
Методика определения скорости движения зерна по решету с цилиндрическими поперечными перемычками при круговых колебаниях в плоскости решета
Как отмечалось ранее, на скорость движения зерна по решету оказывает влияние коэффициент трения. Так как процесс сепарации зерна на решетах с цилиндрическими поперечными перемычками не был изучен, а в частности коэффициент трения, то были проведены опыты по определению коэффициента трения в зоне контакта зерна со стальными цилиндрическими перемычками, расположенными перпендикулярно направлению движения зерна.
Неподвижное решето устанавливалось под определенным углом к горизонту. На решето опускалась зерновка и толчком выводилась из состояния покоя. Если зерновка после толчка останавливалась, то это соответствовало условию, что угол трения р больше угла наклона решета (р а). Опытами пытались установить начало скольжения зерновки после толчка, то есть когда р = а. По углу трения скольжения устанавливался коэффициент трения s скольжения в зоне контакта зерна со стальными перемычками решета f=tgp
Определение скорости движения зерна проводилось на решете, состоящем из цилиндрических перемычек, диаметром d\ = 1,8 мм, расположенных перпендикулярно направлению движения зерновой смеси, с шириной отверстия 2b = 2,2 мм (рисунок 3.3). Круговые колебания решетного стана осуществлялись в плоскости решета. Угол наклона решетного стана изменялся в пределах а=(9т 15). Воспользовавшись результатами предварительных опытов, для проведения данной серии экспериментов приняли следую- щие значения кинематического режима: Аа 2 = 41,73 м/с2 (А = 0,002 м), Аа? = 36,51 м/с2 (А = 0,00175 м) и А о2 = 31,29 м/с2 (А = 0,0015 м). Привод колебаний решетного стана осуществлялся от электродвигателя ЕОРКМО 41/4А, с постоянной частотой вращения вала со = 144,44 с"1. Для упрощения конструкции, дебалансный механизм устанавливался на вал электродвигателя. Регулирование кинематического режима осуществлялось изменением амплитуды круговых колебаний А, за счет изменения массы противовеса или расстояния от оси вращения до его центра масс.
Определение скорости движения зерна по решету проводилось по следующей методике. Решетный стан устанавливался под заданным углом наклона а. Включался электродвигатель привода решетного стана, обеспечивающий заданный кинематический режим круговых колебаний решетного стана. Устанавливалась удельная начальная нагрузка на решето q = 0,4 кг/с-м с помощью открытия на заданную величину заслонки бункера (рисунок 3.1). При установившемся движении на поверхность решета вместе с зерном опускалось помеченное зерно, которое перемещалось вниз по наклонной поверхности решета. При достижении зерном первой контрольной точки включался секундомер, а при прохождении зерном второй контрольной точки секундомер отключался. По пройденному пути и времени определялась скорость движения зерна по поверхности решета.
Затем изменялся угол наклона решетного стана и кинематический режим колебаний, в соответствии с номером опыта (таблица 2, Приложение А) и эксперимент повторялся по описанной методике. Определение скорости движения зерна по поверхности решета без нагрузки осуществлялось по той же методике, но без включения подачи зерна из бункера.
Время прохождения зерном контрольного расстояния, а следовательно, скорость движения зерна по решету является величиной случайной, которая характеризуется средним арифметическим значением V и средним квадрати-ческим отклонением ст. Общая надежность эксперимента была принята Н— 0,9, повторность каждой серии опытов принималась пятикратной [9].
Результаты исследования скорости движения зерна по решету с цилиндрическими поперечными перемычками при круговых колебаниях в плоскости решета
На скорость движения зерна по решету оказывает влияние коэффициент трения/ Экспериментальное определение коэффициента трения, проведенное по методике, описанной в параграфе 3.4, показало, что при угле наклона решета а « 30 после толчка зерно опускалось вниз по стальным поперечным перемычкам без остановок. Однако без начального толчка зерно оставалось на наклонной плоскости решета. Поэтому есть основания предположить, что коэффициент трения в зоне контакта зерна со стальными цилиндрическими перемычками, расположенными перпендикулярно направлению движения зерна,/» 0,6. Проведенные эксперименты показали, что коэффициент трения в зоне контакта зерна со стальными цилиндрическими поперечными перемычками в 1,5 раза больше коэффициента трения в зоне контакта зерна с цилиндрическими продольными перемычками решета (/"= 0,4) [66] и в 2 раза больше коэффициента трения в зоне контакта зерна с поверхностью плоско-пробивного решета (/= 0,3) [75].
В результате теоретического исследования скорости движения зерна по решету с цилиндрическими поперечными перемычками, приведенного в параграфе 2.1, было установлено, что коэффициент трения в зоне контакта зерна с цилиндрическими поперечными перемычками решета/= 0,6048, что соответствует углу трения р = 31. Сравнивая результаты теоретических исследований с экспериментальными данными можно отметить близость результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Эксперименты по определению зависимости скорости движения зерна по решету с цилиндрическими поперечными перемычками от кинематического режима колебаний, угла наклона решетного стана и удельной начальной нагрузки на решето при круговых колебаниях в плоскости решета были проведены по методике, изложенной в параграфе 3.5. Исходя из результатов анализа режимов работы существующих зерноочистительных машин [66, 85, 102] и ранее проведенных опытов по определению коэффициента трения в зоне контакта зерна со стальными поперечными цилиндрическими перемычками решета, были определены пределы варьирования исследуемых факторов. Результаты данных исследований, сведены в таблицу 2 Приложения А и представлены графически на рисунках 4.3, 4.4. Из приведенных графиков следует, что с увеличением угла наклона решетного стана а и кинематического режима А си2 скорость движения зерна по решету возрастает. У существующих зерноочистительных машин скорость движения зерна по решету F» 0,2 м/с [17]. Уменьшение или увеличение этой скорости является не рациональным, так как это приводит соответственно к снижению производительности или качества очистки зернового материала. Проведенные исследования показывают, что скорость движения зерна по решету с цилиндрическими поперечными перемычками V = 0,2 м/с при круговых колебаниях в плоскости решета, достигается при угле наклона решетного стана а « 14,3, кинематическом режиме круговых колебаний АоГ = 41,73 м/с2 {А = 0,002 м, со = 144,44 с"1) и удельной начальной нагрузке q = 0,4 кг/с-м (рис. 4.3, зависимость 1). Без нагрузки на решето такая скорость движения единичного зерна достигается при а 10,8 и Асо2 = 41,73 м/с2 (A = 0,002 м, со - 144,44 с"1) (рисунок 4.4, зависимость 1). Для того, чтобы достичь в процессе сепарации скорость движения зерна по решету F 0,2 м/с2 при уменьшении кинематического режима А от, необходимо увеличить угол наклона решета. Из рисунка 4.3 видно, что такая скорость движения зерна достигается при Асо" = 36,51 м/с (А = 0,0175 м, со = 144,44 с ), а « 13,6 (зависимость 2) и Асо2 = 31,29 м/с2 (А = 0,015 м, со = 144,44 с"1), а « 14,8 (зависимость 3). 4.4 Результаты исследования влияния кинематических и технологических параметров на полноту разделения зерновой смеси .решетом с цилиндрическими поперечными перемычками при круговых колебаниях в плоскости решета Результаты исследований, проведенных по методике, изложенной в параграфе 3.6, сведены в таблицу 2 Приложения В, по которой получено уравнение регрессии на основе реализации дробного факторного плана эксперимента 2 "\ Уравнение регрессии имеет вид: у = 0,289 - 0,019х, - 0,004х2 + 0,011х3 - 0,026х4 - 0,035х,х3 + 0,028х,х4 + + 0,005х2х3+0,010х2х4 + 0,004х,2 -0,001х2 -0,004х32 + 0,002х42, (4.3) где xi - удельная начальная нагрузка на решето, кг/с-м; Х2 — исходная засоренность зернового материала, %; Хз — кинематический режим круговых колебаний решетного стана, м/с"; Х4 — угол наклона решетного стана, град. Адекватность модели была проверена по F — критерию (критерию Фишера) (таблица 2, Приложение В) [84]. Для наибольшей наглядности значения коэффициентов регрессии в уравнении (4.3) представлены графически без свободного члена на рисунке 4.5. Из рисунка 4.5 видно, что при принятых пределах изменения факторов (таблица 3.2) наибольшее влияние на полноту разделения зерновой смеси оказывают удельная начальная нагрузка на решето xi {q) (b\ = -0,019), угол наклона решетного стана х4 (#) (b4 - -0,026), взаимодействие двух факторов: начальной нагрузки х\ (q) и исходной засоренности зернового материала xi («о) ( 12 = -0,035), начальной нагрузки xi (q) и кинематического режима круговых колебаний х3 {А со ) (Ьп — -0,021) и начальной нагрузки х\ (q) и угла наклона решетного стана х4 (а) (Ьн — 0,028). В представленном уравнении регрессии (4.3) отсутствует коэффициент &34 = 0,0003, так как является статистически не значимым. На основе полученного уравнения регрессии построены поверхности, показывающие зависимость полноты разделения зерновой смеси Е решетом с цилиндрическими поперечными перемычками от кинематического режима Аоґ и начальной нагрузки на решето q при круговых колебаниях в плоскости решета, при исходной засоренности зернового материала aQ = 8 %, представленные на рисунках 4.6, 4.7. Из рисунков 4.6, 4.7 следует, что увеличение нагрузки на решето приводит к снижению полноты разделения зернового материала. Увеличение кинематического режима позволяет увеличить полноту разделения. При уменьшении угла наклона решета, полнота разделения увеличивается.
