Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1. Исследования параметров относительного движения зернового материала по решетной поверхности 8
1.2. Методы теоретического исследования технологического процесс І решетных зерноочистительных машин 20
1.3. Пути интенсификации технологического процесса сепарации зернового материала на решетных поверхностях зерноочистительных машин 25
1.4 Выводы и задачи исследования 39
2. Моделирование процессов движения зернового материала на вибрационно-качающейся решетной поверхности 42
2.1. Исходные положения 42
2.2. Исследование движения зернового материала на наклонных поверхностях с вертикальными виброколебаниями 46
2.3. Экспериментальное обоснование принятой физической модели движения виброожиженного слоя зернового материала 49
2.4. Исследование нестационарного движения зернового материала на наклонных поверхностях с вертикальными виброколебаниями с учетом динамических нагрузок в плоскости решета 51
2.5. Исследование движения элемента виброожиженного слоя зернового материала, совершающего маятниковое колебательное движение на цилиндрической решетной поверхности 54
2.6. Исследование движения виброожиженного слоя зернового материш а с учетом взаимовлияния соседних участков 59
2.7. Выводы 63
3. Моделирование процесса сепарации виброожижеиного зернового мате
риала при его движении по решетной поверхности 64
3.1. Физическая модель процесса сепарирования виброожижеиного зернового материала при его движении по решетной поверхности 64
3.2. Определение концентрации проходовой фракции при движении виброожижеиного слоя зернового материала по решетной поверхности 66
3.3. Исследование параметра проходовой активности (S) виброожижеиного слоя зернового материала 69
3.4. Выбор режимных параметров процесса сепарирования
3.5. Выводы 73
4. Экспериментальные и модельные исследования процессов сепарирования зернового материала 75
4.1. Устройство экспериментальной установки с вибрационно-качающимся решетом 75
4.2. Устройство наклонного плоскорешетного экспериментального стенда (вибролотка) 81
4.3. Методика определения реологических и проходовых параметров виброожижеиного слоя зернового материала 86
4.4. Общая методика проведения экспериментальных исследований 88
4.5. Результаты экспериментальных исследований 90
4.5.1 .Вибровязкость слоя зернового материала 90
4.5.2.Экспериментальные исследования параметра проходовой активно сти (S) виброожижеиного слоя зернового материала 91
4.6. Компьютерное моделирование процессов движения виброожижеиного зернового материала на качающемся решете 94
4.6.1. Результаты модельных экспериментов 96
4.7. Выводы 103
5. Основы метода расчета сепаратора с вибрационно-качающимся принципом действия рабочего органа и оценка его эффективности 105
5.1. Теоретические основы алгоритма расчета сепаратора с вибрационно-качающимся принципом действия рабочего органа 105
5.2. Пример расчета 109
5.3. Оценка достоверности метода расчета сепаратора с вибрационно-качающимся принципом действия рабочего органа 113
5.4. Выводы 117
Основные результаты и выводы 118
Литература 121
Приложение 1.16
- Исследования параметров относительного движения зернового материала по решетной поверхности
- Исходные положения
- Физическая модель процесса сепарирования виброожижеиного зернового материала при его движении по решетной поверхности
- Устройство экспериментальной установки с вибрационно-качающимся решетом
Введение к работе
Одной из важнейших технологических операций в процессах приема, хранения и переработки зерна является процесс сепарирования, т.е. разделение сыпучих материалов на фракции, отличающиеся свойствами частиц. Анализ статистических данных показывает, что существующая техника сепарирования по четкости разделения смесей [32] недостаточно эффективна и не удовлетворяет возросших требований промышленности. В связи с этим задачи разработки новых теорий и техники сепарирования зерна, а также продуктов его переработки, повышение качества сепарирования являются весьма актуальными на сегодняшний день.
В настоящее время существует два подхода к решению этой проблемы: первый - многократное прохождение смеси по одной и той же конструкции сепарирующей машины, что нарушает непрерывность технологического процесса и снижает эффективность работы оборудования при последующих стадиях обработки; второй - создание новых технологических схем, позволяющих по; у-чить заданные параметры качества разделяемых материалов. В последнем случае актуальным является применение систем с использованием прохождения материала практически по той же поверхности с некоторым сдвигом в область схода и с регулируемыми параметрами процесса.
В данной работе создан, теоретически проанализирован и испытан новый вид сепарирующего устройства, позволяющий повысить эффективность сепарирования материала, которое одновременно использует различные схемы сепарирования на сравнительно небольшой площади устройства.
В настоящее время достаточно хорошо исследованы методы сепарирования материалов по наклонной вибрирующей поверхности, обеспечивающей движение материала как упруго-пластической среды при малом уровне вибраций решета, так и при высоком уровне вертикальных колебаний, когда материал ведет себя как псевдожидкость. В последнем случае фрикционные свойства материалов в традиционном представлении, как комплекс твердых частиц, теряют смысл.
Кроме того, известны способы сепарирования на качающихся поверхностях различной конфигурации с относительно малой частотой и большой амплитудой.
Исследования параметров относительного движения зернового материала по решетной поверхности
При очистке зерновой материал движется слоем некоторой толщины по решетной поверхности. При этом движении частицы зернового материала, имеющие размер меньший размеров отверстий решета, проходят сквозь них. Частицы, имеющие размер больший размеров отверстий, не могут пройти сквозь отверстия и направляются сходом по поверхности решета и удаляются с него. Следует заметить, что закон движения частиц по решету не определяется только законом движения самого решета, так как между решетом и зерновым материалом существует не кинематическая жесткая связь, а связь динамического характера, кроме того, на частицы действуют силы инерции и импульсные силы взаимодействия с соседними частицами. Связь между частицами и решетом осуществляет сила трения переменная по величине и направлению.
Процесс сепарирования осуществляется в оптимальном режиме при соблюдении следующих условий;
- движение зерна по решету должно быть таким, чтобы зерновая смесь
перемещалась по решету и в то же время проход (мелкие семена и примеси) ус
певал пройти сквозь отверстия;
- сила, действующая на зерно, по направлению должна быть, возможно, ближе к вертикали, т.е. нормальна к плоскости (поверхности) решета;
- распределение зернового материала на решете должно быть равномерным.
Движение зерновой смеси по решету определяется величиной перемещения, скорости и ускорения. Для случая движения множества зерновок или слоя зерна по решету определение параметров относительного движения частицы усложняется, так как силовые воздействия на отдельно взятую частицу со стороны других носят вероятностный характер. Каждая зерновка совершает слож 9 ное движение, характеризуемое величинами перемещений вниз и вверх, их скоростей и в целом результирующей скорости движения по решету. При создании математической модели движения зернового вороха по решету процесс обычно идеализируют и его закономерности описывают уравнениями движения отдельно взятой частицы по колеблющейся плоскости. При этом опускаются все вероятностные факторы, воздействующие на частицу, и принимаются к рассмотрению только детерминированные.
Исходные положения
В данном разделе исследуется процесс движения сыпучих зерновых материалов в условиях вибрационных колебаний решет в вертикальной плоскости. Следует заметить, что сепарирование и движение смеси в целом при этом виде вибрации изучено значительно меньше, чем при колебаниях в плоскости решет. В последнем случае материал обычно представляется в виде упруго-пластической среды с использованием характеристик, характерных для твердых тел и их фрикционных параметров. В случае вертикальных колебаний при условии:
K = aco2lg \t
где а - амплитуда колебаний;
Ш - циклическая частота колебаний;
g - ускорение свободного падения.
начинается отрыв материала от поверхности с разрыхлением слоя, и он приобретает новые свойства. Членов В.А [155] определил это состояние как виброкипение. Однако, на наш взгляд, такой термин скорее приемлем для случая пнев-мо- или комбинированного ожижения, когда образуются пузыри, значительные неоднородности слоя, и рассматривать его следует как частный случай виброожижения.
В данной работе, если не оговорено особо, будем полагать, что термин виброожижение соответствует состоянию материала, когда его плотность падает по сравнению с исходной и частицы материала не имеют постоянного контакта друг с другом, находясь лишь в состоянии ударных взаимодействий, наблюдаемого при К 1, Источником формирования данного состояния в нашем случае является исключительно составляющая вертикальных вибраций.
Для слоя зерна пшеницы [155] переход в зону бурного ожижения происходит в диапазоне частот от 12 до 50 Гц при ускорении вибрации, приблизительно равным 2g. Вибрация основания слоя с нормальным ускорением, большим g, отрывает частицы друг от друга и от решета, коэффициент трения между отдельными частицами в момент их отрыва становится равным нулю. По этой причине в данных условиях становится неприемлемым для описания процессов движения использовать традиционные фрикционные характеристики, такие как коэффициент трения.
class3 Моделирование процесса сепарации виброожижеиного зернового мате
риала при его движении по решетной поверхности class3
Физическая модель процесса сепарирования виброожижеиного зернового материала при его движении по решетной поверхности
В литературном анализе (п. 1.2) отмечается, что в настоящее время отсутствует универсальная математическая модель сепарирования зерновых материалов на решетной поверхности пригодная для практических расчетов. В данном разделе предпринята попытка применить новый подход к решению этой задачи.
На сегодняшнем уровне развития теории в области сепарирования есть смысл использовать физические и химические аналогии, получившие достаточный уровень развития из других областей знания.
Будем интерпретировать и экспериментально обоснуем закономерность процесса сепарирования зернового материала аналогично процессу гетерогенной химической реакции, происходящей на разделе фаз и имеющего подобную природу массобмена.
1 фаза - это сепарируемый виброожиженный зерновой материал, представляющий собой исходную основную массу сходового материала с некоторой долей проходовой фракции, причем концентрация последней намного ниже общей массы материала.
2 фаза - это поверхность решета, на которой собственно и происходит процесс сепарирования.
Устройство экспериментальной установки с вибрационно-качающимся решетом
Устройство экспериментальной установки с вибрационно-качающимся решетом Экспериментальная установка (рисунок 4.1, рисунок 4.2.) включает изогнутое штампованное решето 1 с прямоугольными отверстиями размером 2 х 20 мм, совершающее круговые колебательные движения в вертикальной плоскости по подобию маятника, осуществляемые реверсивным приводом посредством приводных звездочек 3. Само решето упруго соединено с несущей рамой 2 посредством рессор 4, имеющих значительную жесткость в окружном направлении и податливость в радиальном. Это обеспечивает преимущественные колебания в радиальном направлении. Несущая рама 2, опирающаяся на направляющие роликовые опоры 5, дополнительно снабжена цепями 6, дугообразно расположенными по краям внутренней поверхности рамы. Приводные звездочки 3, непосредственно закрепленные на приводном валу 7, кинематически связаны с цепями для обеспечения круговых колебаний по подобию маятника. Вибрационные колебания решета в нормальном направлении к решету осуществляются с помощью вибратора 8, закрепленного непосредственно на раме решета 9. Изогнутое решето I жестко соединено с рамой 9. Роликовые опоры 5 жестко соединены со станиной 10, снабженной вкручивающимися ножками-опорами 11, регулирующими угол наклона оси решета к горизонту.
