Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 11
1.1 Свойства зернового вороха, поступающего на обработку 11
1.2 Зерноочистительные машины 16
1.3 Системы рештной очистки
1.3.1 Типы решт 17
1.3.2 Типы рештных сепараторов 22
1.3.3 Рештные сепараторы с цилиндрическим решетом
1.4 Выводы 40
1.5 Постановка цели и задачи исследования 41
2 Теоретические предпосылки повышения эффективности работы сепаратора зерна с цилиндрическими решётами 42
2.1 Обоснование схемы рештного сепаратора 42
2.2 Теоретические предпосылки повышения работы сепаратора зернового вороха
2.2.1 Определение скоростей зерновки во внутреннем цилиндре 46
2.2.2 Определение условий прохода зерновки сквозь отверстия цилиндрического решета 53
2.2.3 Согласование работы внутреннего и наружного цилиндров 58
2.3 Выводы 67
3 Программа и методика экспериментальных исследований 69
3.1 Программа экспериментальных исследований 69
3.2 Экспериментальные установки, приборы и оборудование 69
3.3 Методика проведения лабораторных исследований и обработки экспериментальных данных 3.3.1 Методика определения характера распределения зрен очищаемого материала по толщине 73
3.3.2 Методика исследования характера движения частиц, прошедших сквозь внутреннее решето 77
3.3.3 Методика исследования влияния параметров и режимов работы наружного решета на полноту выделения мелких примесей и потребление энергии на привод наружного решета 79
3.3.4 Методика увлажнения зернового материала 80
4 Результаты экспериментальных исследований 82
4.1 Результаты исследования характера распределения материала по длине внутреннего цилиндрического решета 82
4.2 Результаты исследований влияния подачи материала, параметров и режимов работы внутреннего цилиндрического решета на распределение прохода сквозь решето по длине цилиндра 88
4.3 Результаты исследования влияния параметров и режимов работы внутреннего цилиндрического решета на потери полноценного зерна в отходы и потребление энергии на привод внутреннего цилиндра 95
4.4 Результаты исследования зоны выпадения и характера движения семян, прошедших сквозь отверстия внутреннего цилиндрического решета 100
4.5 Результаты исследования влияния параметров и режимов работы наружного цилиндрического решета на полноту выделения мелких примесей и потребление энергии на привод наружного цилиндра
4.5.1 Исследование влияния подачи материала и частоты вращения наружного цилиндрического решета на полноту выделения мелких примесей и потребление энергии на привод наружного цилиндра 105
4.5.2 Исследование подачи материала и угла наклона наружного цилиндрического решета на полноту выделения мелких примесей и потребление энергии на привод наружного цилиндра 109
4.5.3 Исследование влияния подачи материала и частоты вращения внутреннего цилиндрического решета на полноту выделения мелких примесей наружным решетом и потребление энергии на привод внутреннего цилиндра 112
4.5.4 Исследование совместного влияния подачи материала, параметров и режимов работы сепаратора на полноту выделения мелких примесей и потребление энергии 115
4.5.5 Исследование влияния влажности обрабатываемого материала при различных подачах на полноту выделения мелких примесей и потребление энергии 123
4.6 Выводы 126
5. Результаты испытания экспериментального образца сепаратора зернового вороха с цилиндрическими решётами 128
5.1. Результаты производственных испытаний сепаратора зернового вороха 128
5.2. Расчет экономической эффективности и технико-экономическое обоснование применения сепаратора зернового вороха с цилиндрическими рештами 133
5.3. Выводы 135
Общие выводы 136
Литература
- Системы рештной очистки
- Определение скоростей зерновки во внутреннем цилиндре
- Методика определения характера распределения зрен очищаемого материала по толщине
- Результаты исследования влияния параметров и режимов работы внутреннего цилиндрического решета на потери полноценного зерна в отходы и потребление энергии на привод внутреннего цилиндра
Введение к работе
Актуальность темы. Одной из приоритетных задач работы агропромышленного комплекса России является обеспечение потребителей качественным зерном. Решение данной задачи прямо зависит от того насколько эффективны и совершенны те технические средства, которые используются в процессе послеуборочной обработке зерна. В связи с этим разработка и использование новых машин и нового оборудования, обладающих высокими показателями энерго- и ресурсосбережения имеет важное значение для народного хозяйства.
Степень разработанности темы. Вопросом повышения эффективности работы сепараторов зернового материала занимались исследователи: Н.Е. Авдеев, А.В. Алёшкин, В.Л. Андреев, В.И. Анискин, В.Н. Афанасьев, В.И. Беляев, З.Ш. Блох, Н.Б. Бок, А.И. Бурков, П.М. Василенко, В.Д. Галкин, Е.С. Гончаров, С.М. Григорьев, Ю.В. Гриньков, Ю.Н. Грушин, А.В. Димитриев, В.М. Дринча, Ю.И. Ермольев, Р.А. Зверков, Н.М. Иванов, И.Я. Изаков, М.В. Киреев, В.С. Коваль, В.А. Кубышев, М.В. Кузьмин, С.В. Леканов, М.Н. Летошнев, В.Н. Макаров, Р.Г. Муллаянов, А.А. Орлов, В.М. Осецкий, И.И. Попко, Д.А. Пустынный, М.Я. Резниченко, Н.И. Стрикунов, А.В. Сухов, А.А. Сухопаров, Н.П. Сычугов, Ю.В. Сычугов, Б.Т. Тарасов, Г.Д. Терсков, В.В. Ткачёв, В.Р. Торопов, Б.Г. Турбин, А.Ф. Ульянов, А.И. Файнберг, Н.А. Фетисов, А.А. Хижников, С.А. Черка-шин, А.В. Черняков, В.Ю. Чурюмов, А.А. Языкова, и другие.
Не смотря на высокую степень исследованности темы работы цилиндрических решёт, следует отметить, что в трудах перечисленных авторов не затрагивается рассмотрение вопроса рабочего процесса цилиндрических решёт, расположенных одно в другом.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является повышение эффективности функционирования сепаратора зернового материала путём совершенствования технологического процесса и параметров цилиндрических решёт.
В связи с поставленной целью, определены следующие задачи исследования:
- разработать конструктивно-технологическую схему сепаратора зерново
го материала с цилиндрическими решётами;
- провести теоретические исследования по определению оптимальных
режимов совместной работы внутреннего и наружного цилиндрических решёт
сепаратора зернового материала;
определить оптимальные конструктивные параметры и режимы работы сепаратора зернового материала с цилиндрическими решётами;
получить модели регрессии технологического процесса очистки зернового материала сепаратором зернового материала с цилиндрическими решётами;
исследовать влияние влажности зернового материала на качественные и количественные показатели работы сепаратора с цилиндрическими решётами;
провести производственные испытания сепаратора зернового материала с цилиндрическими решётами;
- оценить экономическую эффективность работы сепаратора зерна с ци
линдрическими решётами.
Объект исследования. Объектами исследования выбраны механика движения зерновки по внутренней поверхности решета, необходимые условия для прохождения зерновки сквозь отверстие решета, технологический процесс очистки зерна на двух, расположенных одно в другом, цилиндрических решётах, вращающихся в противоположные стороны и имеющих смещение осей, опытный образец сепаратора зернового материала.
Методология и методы исследований. Методика исследований предусматривала проведение теоретических изысканий по согласованию работы внутреннего и наружного решёт. При этом оптимальные значения параметров и режимов работы сепаратора зернового материала определяли в ходе экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях. Теоретические изыскания и экспериментальные исследования проводились с использованием стандартных методик и методик, разработанных самостоятельно. При обработке результатов экспериментов применялись методы математической статистики и теории планирования эксперимента.
Научная новизна работы. Разработан сепаратор зернового материала (патент РФ на полезную модель № 86502), применение которого позволяет повысить эффективность очистки зернового материала от примесей за счёт более эффективного использования площади рабочей поверхности цилиндрического решета.
Теоретически определены области оптимальных частот вращения внутреннего и наружного цилиндрических решёт, обеспечивающие свободное прохождение частиц сквозь отверстия внутреннего и наружного цилиндрических решет.
Определено рациональное сочетание параметров и режимов работы сепаратора для различных величин подачи обрабатываемого материала, влияющих на величину полноты выделения мелких примесей и потребление энергии.
Теоретическая и практическая значимость работы. Получены модели, достоверно описывающие технологический процесс работы сепаратора зернового материала. Создан сепаратор зернового материала, обеспечивающий выделение крупных и мелких примесей из зерновой смеси при высокой пропускной способности, удовлетворяющий агротехническим требованиям, предъявляемым к машинам предварительной и первичной очистки зернового материала. Опытный образец сепаратора зернового материала был установлен в технологической линии зерноочистительно-сушильного комплекса отделения «Русское» ЗАО «Агрофирма «Дороничи» г. Кирова.
На защиту выносятся следующие положения:
конструктивно-технологическая схема сепаратора зернового материала с цилиндрическими решётами;
теоретическое обоснование области оптимальных режимов совместной работы внутреннего и наружного цилиндрических решёт сепаратора зернового материала;
рациональные конструктивные параметры и режимы работы сепаратора зернового материала с цилиндрическими решётами;
модели регрессии технологического процесса очистки зернового материала сепаратором зернового материала с цилиндрическими решётами;
результаты исследования влияния влажности и подачи зернового материала на качественные и количественные показатели работы сепаратора с цилиндрическими решётами;
- результаты производственных испытаний сепаратора зернового мате
риала с цилиндрическими решётами;
- расчётный экономический эффект от применения сепаратора зернового
материала с цилиндрическими решётами.
Степень достоверности и апробация работы. Достоверность основных выводов подтверждена экспериментальными исследованиями, положительными результатами предварительных и производственных испытаний и эксплуатации сепаратора зернового материала.
Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены на I, III, V международных научно-практических конференциях «Наука-Технология -Ресурсосбережение» ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА г. Киров (2009, 2011, 2013 гг.), на VIII, IX международных научно-практических конференциях аспирантов и молодых ученых «Знания молодых: наука, практика и инновации» ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА г. Киров (2008, 2009 гг.) и на XI, XIII, XIV международных научно-практических конференциях «Мосоловские чтения» ФГБОУ ВПО Марийский государственный университет (2009, 2011, 2012 г.)
По материалам исследований опубликовано 10 научных работ, в том числе две работы в изданиях, рекомендованных ВАК и получен патент РФ на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит 165 страниц, 12 приложений, 59 рисунков и 7 таблиц. Список литературы включает 113 источников.
Системы рештной очистки
В современных зерноочистительных машинах применяются предпочтительно решета пробивной конструкции. Пробивные (штампованные) решета изготавливаются из оцинкованной холоднотянутой стали. Рабочим элементом решета является отверстие (Рисунок 1.3). Отверстия в решетах бывают круглые (разделяют зерновой материал по ширине), продолговатые (разделяют зерновой материал по толщине) и треугольные (разделяют зерновой материал по форме). Решетные полотна изготавливаются следующих типов: а) с круглыми отверстиями (рабочим размером отверстия является его диаметр), центры которых расположены в вершинах правильного шестиугольника, при этом решта располагают так, чтобы направление движения продукта было перпендикулярно двум сторонами шестиугольника (Рисунок 1.3, а); б) с продолговатыми отверстиями (рабочим размером отверстия является его ширина), расположенными рядами, при этом тип 2а - с прямыми рядами, тип 2б - с поперечно-смещенными рядами (Рисунок 1.3, б, в). Опыты показывают, что при расположении отверстий на решете по типу 2б производительность решета возрастает; в) решетные полотна с треугольными отверстиями (рабочий размер треугольного отверстия - сторона равностороннего треугольника (Рисунок 1.3, г)).
Решетные полотна, представленные на рисунке 1.3 д, отличаются наличием сплошной щели в желобах, образованных угловыми гофрами. Они служат для калибрования семян кукурузы и зерновых по толщине [45]. При этом, попадая на такую поверхность, частицы зерновой смеси теряют устойчивость, и имеют возможность самосориентироватся относительно отвер 20 стия. По такому же принципу работают решта с круглыми лункообразными отверстиями (Рисунок 1.3 е). К недостаткам обоих видов решт можно отнести сложность их изготовления. Кроме того из-за наличия острых кромок, повышающих травмирование и заклинивание семян, такие решета не получили широкого распространения.
Перспективным считается применение струнных решетных полотен (Рисунок 1.4, а, б). Их рабочая поверхность выполняется из круглых тросиков. Разделение на таких полотнах основано на том, что частицы зерновой смеси, попадая на стальные тросики, занимают неустойчивое положение и таким образом создается условие для ориентации частиц. Как показывают исследования, решето такого типа позволяет сократить время продольной ориентации и повысить удельную производительность на 85% по сравнению с плоскопробивным решетом. Струнное решето имеет достаточно большой коэффициент живого сечения їх. Этот коэффициент выражается отношением площади FQ всех отверстий на решете к общей площади F0&4 решета, т.е.
Для струнных решт коэффициент живого сечения ju составляет 0,68...0,70 при диаметре продольных перемычек 0,8... 1,0 мм. При этом максимальное выделение проходовой фракции достигается при нагрузке 3,5кг/(см)[41, 42].
Существенным недостатком струнных решетных полотен (Рисунок 1.4, а) является недостаточная жесткость перемычек. При действии на частицу инерционных сил и сил тяжести верхних слоев возникают случаи заклинивания зерен на соседних перемычках, что в свою очередь приводит к нарушению рабочего размера отверстий. Кроме того, усилие натяжения одной струны достаточно велико и лежит в пределах 150...300 Н. Количество струн для одного подсевного решета находится в пределах 250...350 штук, а это требует наличия рамки высокой прочности и большой металлоемкости. Струнное профилированное решето (Рисунок 1.4, б) отличается от предыдущего тем, что продольные перемычки, образованные стальными тросиками, располагаются в двух параллельных плоскостях.
Особенность работы такого решета заключается в том, что частицы зерновой смеси, попавшие на перемычки верхнего ряда, получают предварительную ориентацию и затем, опускаясь на перемычки нижнего ряда, полностью ориентируются относительно отверстия и опрокидываются в отверстие ввиду неустойчивого положения на перемычке. Это положение продольных перемычек и создает благоприятное условие для ориентации частиц.
Результаты исследований Климка А.И. [41] показывают, что на такой поверхности время продольной ориентации зерна относительно отверстий решета выше в 2,0...2,5 раза, чем на обычных струнных и в 4,0...4,5 раза выше, чем на плоскопробивных решетных полотнах. При этом оптимальная удельная производительность профилированного струнного решета составляет 1,6...1,8 кг/(см2).
Существуют решетные полотна проволочно-сварной конструкции (Рисунок 1.4, в) [43, 44]. К их основным преимуществам можно отнести то, что они обладают достаточной жесткостью продольных перемычек, имеют постоянный рабочий размер и длину отверстия. Постоянство параметров обеспечивается за счет наличия поперечных перемычек круглой формы, которые жестко связаны с продольными перемычками. Кроме того сама конструкция таких решетных полотен позволяет устанавливать их в решетные станы существующих зерноочистительных машин. Эти решетные полотна за счет продольных перемычек круглой формы также как и струнные полотна создают неустойчивое положение частицам зерновой смеси и увеличивают вероятность их продольной ориентации относительно отверстия. Основным недостатком решет проволочно-сварной конструкции является наличие поперечных перемычек, расположенных перпендикулярно продольным. При работе решета это вызывает значительные удары в момент встречи поперечных перемычек со щетками.
Определение скоростей зерновки во внутреннем цилиндре
Для того, чтобы получить положительный эффект от использования предлагаемой нами схемы сепаратора, необходимо согласовать работу внутреннего и наружного решт. Для решения задачи согласования решт, в свою очередь, необходимо знать какой зависимости подчиняется движение зерновки по внутренней поверхности решета, какие условия необходимы для прохождения зерновки сквозь отверстие решета, в какой части наружного решета происходит касание зерновок с его внутренней поверхностью, какую скорость имеют зерновки в момент касания с внутренней поверхностью наружного решета.
Решением задачи по изучению движения частицы, находящейся на внутренней поверхности вращающегося цилиндра, занимались М.Н. Летошнев [44, 45, 46, 47, 48, 50,], Н.Б. Бок [7], П.М. Василенко [10], М.В. Кузьмин [39], Е.С. Гончаров [16], Ю.В. Гриньков [20], М.В. Киреев [31, 32, 34], В.А. Кубышев [38], Н.А. Фетисов [91], Н.Е. Авдеев [1, 3], АФ. Ульянов [84, 85, 86, 87], СМ. Григорьев [19], В.А. Патрин [57, 58], Л.М. Спичкин [70], А.Г. Шуляков [98], В.Д. Галкин [15], И.Н. Попко [60], М.Я. Резниченко [62, 63], М.И. Васильковский [11, 12, 13] и другие.
Основные зависимости, описывающие движение частицы относительно поверхности цилиндра, были определены в частности Б.Г. Турбинным [83]. Решение этой задачи Б.Г. Турбинным выполнено в неинерционной системе отсчта. При этом полярная система вращается вместе с цилиндром, что приводит к введению сил инерции (центростремительной и кориолисовой) и значительно усложняет ход решения.
Рассмотрим движение зерновки, попавшей на внутреннюю поверхность равномерно вращающегося цилиндра имеющего радиус R (Рисунок 2.3). При этом рассматриваем зерновку как материальную точку, обладающую массой т и, соответственно, е размерами пренебрегаем. Кроме того, примем инерционную систему координат, которая не вращается вместе с цилиндром относительно его центра.
Тогда уравнение движения материальной точки в IV квадранте в соответствии со вторым законом Ньютона можно записать как: mg + N + Fmp=ma, (2.5) где g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2; т - масса зерновки, кг; N - сила нормальной реакции поверхности цилиндра, Н; Fmp - сила трения, Н; а - ускорение, м/с 2 . Решение представленного выше уравнения (2.5) проведм в полярных координатах. При этом фокус полярной системы будет совпадать с осью вращения цилиндра, полярная ось направлена вертикально вниз. Положительный отсчт угла а примем в сторону вращения цилиндра (по часовой стрелке), а положительное направление радиальной составляющей - от фокуса.
Формула (2.11) определяет зависимость изменения угловой скорости зерновки, попавшей на поверхность цилиндра от угла положения зерновки. После попадания зерновки на поверхность цилиндра е угловая скорость начинает возрастать согласно представленной выше зависимости. Это возрастание продолжается до того момента, пока угловые скорости цилиндра и зерновки не сравняются. После этого зерновка продолжит сво движение, вращаясь вместе с цилиндром без относительного движения. Данный вид движения будет продолжаться до тех пор, пока зерновка не поднимется на определнный угол, при котором трансверсальная составляющая силы трения и силы тяжести будут равны, после которого угловая скорость зерновки начнт уменьшаться. Величину этого угла определим, исходя из соображений, что торможение начнтся тогда, когда касательная составляющая силы тяжести зерновки станет равной силе трения, направленной противоположно ей. Для этого случая будет верно следующее равенство: mg-sin а нт = tg(pmp(mg-cosa H +m-R-coe2), где а ит- угол начала торможения зерновки; сов - угловая скорость вращения внутреннего цилиндра, рад/с. Тогда угол а ит определится как: aL = Ртр + arcsin( sin(ртр) . (2.12) Здесь к = (2.13) g является показателем кинематического режима работы решета. После прохождения границы, определяемой углом а ит, начинается замедление движения зерновки. Для определения зависимости величины скорости от угла поворота в этом случае найдм произвольную постоянную С в уравнении (2.9) исходя из следующих начальных условий а 0=а нт , П0=сэв . После преобразований получим: Q2=cQ2+2g-cos _ 2g-cos / _ _E).e , « )(2.14)
С помощью представленных выше формул были получены значения угловых скоростей зерновок, попавших на внутреннюю поверхность внутреннего цилиндра e, для различных углов попадания на поверхность а„,в, в зависимости от угла поворота цилиндра ав . Расчты проведены при различных частотах вращения внутреннего цилиндра сов. При выборе частот вращения цилиндрического решета основывались на следующих соображениях. Известно, что показатель кинематического режима работы решета k, который определяется по формуле (2.13) находится в определнных пределах - к = 0,2 ... 0,7 [83]. Также известно, что при превышении обычными тихоходными рештами без специальных устройств значения k = 1,0 их рабочий процесс нарушается [83]. Поэтому верхний предел частоты вращения нами был ограничен показателем к = 1,0. Соответственно, для выбранных нами размеров решт частота вращения внутреннего цилиндра при этом составит пв = 60 мин1.
Для внутреннего цилиндра были выбраны следующие частоты вращения: пв = 60 мин 1 (к = 1,00), пв = 50 мин 1 (к = 0,70), пв = 40 мин 1 (к = 0,45), пв = 30 мин 1 (к = 0,25). На рисунке 2.4 представлен график значений угловых скоростей зерновок, попавших на внутреннюю поверхность внутреннего цилиндра для частоты вращения пв = 30 мин 1 (к = 0,25). Графики для частот вращения пв = 60 мин 1 (к = 1,00), пв = 50 мин 1 (к = 0,70), пв = 40 мин 1 (к = 0,45), пв = 30 мин 1 (к = 0,25) представлены в приложении Б. Представленные графики позволяют сделать вывод о том, что зона, когда относительное движение между зерновкой и решетом отсутствует (т.е. когда зерновка не способна пройти сквозь отверстия решета), остатся одинаковой для различных частот вращения цилиндра при одинаковых начальных углах падения зерновки. Этой зоне соответствует горизонтальный участок кривой на всех графиках, имеющий одинаковую длину при одинаковых начальных углах падения зерновки. Однако с изменением частоты изменяется зона, когда возможно относительное движение зерновок по поверхности цилиндра, то есть когда скорости зерновок и цилиндра не одинаковые. На всех графиках этой зоне соответствуют участки возрастания и убывания скоростей зерновок. Как следует из графиков, при увеличении частоты вращения увеличивается и зона возможного относительного движения.
Методика определения характера распределения зрен очищаемого материала по толщине
Фракция крупных примесей попадает по лотку 5 на ленточный транспортр, а проходовая - на внутреннюю поверхность наружного решета, где в свою очередь происходит е разделение на фракцию мелких примесей, прошедших сквозь отверстия внутреннего решета, и фракцию очищенного зерна, идущего сходом. Все фракции в итоге попадают на ленточный транспортр. При этом в процессе перемещения транспортером и норией компоненты зер 69 новой смеси перемешиваются и возвращаются в бункер-накопитель. Затем цикл повторяется [23]. Подача материала регулировалась с помощью заслонки 10 и принимала значения от 2 т/ч до 20 т/ч. В процессе исследования определялся характер распределения зернового материала по длине цилиндрического решета, для чего использовали пробоотборник 9 (Рисунок 3.2), состоящий из десяти ящиков, равномерно распределенных по длине решета. Одиннадцатый ящик был установлен для взятия проб фракции, идущей сходом с решета. Все ящики закреплялись на общей подвижной рамке.
В ходе экспериментальных исследований рабочего процесса машины были использованы приборы и оборудование, которые представлены на рисунке 3.4. Наименование приборов, их марка и назначение приведены в таблице 3.1.
Исследования характера распределения зрен очищаемого материала по толщине проводились на испытательном стенде (Рисунок 3.2). Для проведения опытов использовали искусственно приготовленную зерновую смесь, состоящую из зерна пшеницы «Иргина» влажностью 14 % и примесей, полученных при предварительной е очистке на пункте послеуборочной обработки. Фракционный состав смеси в процентах представлен в таблице 3.2. Влажность материала при исследованиях находилась в пределах 12,7 … 14,2%.
Для разбора проб зернового материала по размерам использовался рассев лабораторный УСМ-61 и набор лабораторных сит. Для этого бралась навеска массой 200±5 грамм, и производился е рассев согласно ГОСТ 30483-97 [18]. При этом ширина отверстий сит варьировалась от 1,0 мм до 4,0 мм с шагом в 0,5 мм. Таким образом, проба разбиралась на 8 фракций.
Взятие проб для исследования характера распределения зрен очищаемого материала по толщине происходило следующим образом. Запускались по очереди сепаратор, ленточный транспортр и нория. Далее открывалась заслонка в бункере-накопителе и устанавливалась необходимая пропускная способность, начинался рабочий процесс установки. Когда рабочий процесс переходил в устойчивое состояние, под вращающееся решето заводилась рамка пробоотборника с ящиками, и производилось взятие проб. Время взятия проб ограничивалось максимальным наполнением одного из ящиков. Далее из каждого ящика бралась навеска массой 200±5 грамм и происходила е обработка на рештном классификаторе. В ходе исследований изменялись такие факторы как частота пв вращения цилиндрического решета и угол ав наклона оси решета к горизонту. Частота вращения менялась с помощью вариатора и принимала значения пв= 40 … 53 мин"1. Угол наклона изменялся через 1,5 градуса от 0 до 4,5. Подача материала принимала значения от 2 т/ч до 20 т/ч
После рассева проб, взятых из ящиков пробоотборника, определяли значение относительной массы материала на каждом сите. Для каждого из десяти участков решета определяли математическое ожидание толщины про-ходовой фракции материалам по следующей формуле: i M = (3.1) mi где mi - масса смеси в і-м классе, кг; средний размер семян в і-м классе, м.
Исследование влияния пропускной способности, параметров и режимов работы внутреннего цилиндрического решета на распределение прохода сквозь решето по длине цилиндра, потери полноценного зерна в отходы и энергопотребление на привод внутреннего цилиндра проводили на стенде, технологическая схема которого представлена на рисунке 3.2.
Эксперименты проводились следующим образом: 1. Устанавливали необходимый угол наклона оси вращения решета к горизонту, запускали стенд, с помощью преобразователя частоты устанавливали необходимую частоту вращения решета, с помощью измерительного комплекта фиксировали потребление энергии на привод внутреннего решета при работе вхолостую. 2. С помощью заслонки 10 устанавливали необходимую пропускную способность. Когда рабочий процесс переходил в устойчивое состояние, фиксировали потребление энергии на привод внутреннего решета в режиме очистки зерна (рабочий ход). 3. Под вращающееся решето заводилась рамка пробоотборника с ящиками, производилось взятие проб. Время взятия проб ограничивалось максимальным наполнением одного из ящиков. 4. Определялась масса материала в каждом из одиннадцати ящиков 5. Зерновой материал, попадающий за время опыта в последний (одиннадцатый) ящик вместе с крупными примесями, просеивался на решетном классификаторе, затем происходило отделение полноценного зерна от примесей, и определялась масса полноценного зерна в отходах.
В ходе исследований изменялись такие факторы как частота вращения п цилиндрического решета, подача материала Q и угол ав наклона оси решета к горизонту. Частота вращения менялась с помощью преобразователя частоты и принимала значения пв = 30 … 60 мин-1. Угол наклона изменялся от 0 до 4,5, подача материала принимала значения от 2 т/ч до 20 т/ч.
Результаты исследования влияния параметров и режимов работы внутреннего цилиндрического решета на потери полноценного зерна в отходы и потребление энергии на привод внутреннего цилиндра
Как видно из рисунка 4.5, подача материала Q оказывает существенное влияние на распределение прохода. При увеличении Q кривые становятся более пологими. Кроме того, максимальное значение qi, имеющееся на всех кривых, смещается вправо. Данное явление объясняется следующим. При увеличении Q весь материал не успевает проходить сквозь отверстия решета в начале цилиндра. Распределяясь, он занимает большую площадь, и граница зернового слоя удаляется от места подачи материала, приближаясь к выходу цилиндра. Вместе с этим максимальное значение qi уменьшается и смещается вправо, а кривая распределения становится более пологой. Как видно из графика, при Q = 20 т/ч кривая распределения выходит за границу L = 1,98 м, соответствующую границе цилиндра, и часть обрабатываемого материала в этом случае начинает сходить с поверхности решета вместе с крупными примесями, попадая в отходы, что подтверждается последующими исследованиями. Зависимости распределения прохода обрабатываемого материала от частоты вращения nв при в = 1,5 и Q = 8 т/ч представлены на рисунке 4.6.
Как видно из рисунка, частота вращения на данных режимах работы оказывает заметное влияние на характер распределения прохода по длине решета. При снижении частоты вращения кривые начинают опускаться и становятся более пологими. Максимальное значение qi при этом уменьшается и смещается вправо. Данное явление можно объяснить следующим образом. При снижении частоты вращения ухудшаются условия прохождения зерновок сквозь отверстия вследствие того, что уменьшается количество контактов обрабатываемого материала с поверхностью решета. Материал в этом случае начинает скапливаться внутри цилиндра и, распределяясь по его поверхности, занимает при этом большую площадь.
Зависимости распределения прохода обрабатываемого материала от угла наклона в при nв = 50 мин-1 и Q = 8 т/ч представлены на рисунке 4.7. Как видно из рисунка, изменение угла наклона оси вращения цилиндра изменяет характер кривых. Увеличение угла наклона приводит к снижению максимального значения qi, при этом его смещение в какую-либо сторону отсутствует, а кривые становятся более пологими. Данное явление можно объяснить следующим. При увеличении угла наклона возникает осевая сила, воздействующая на находящийся внутри цилиндра материал и способствующая его продольному перемещению, провоцирующая тем самым его перераспределение, в результате чего зерновой слой начинает занимать большую площадь на внутренней поверхности цилиндра.
С точки зрения выполнения условия нахождения границы зернового слоя внутри цилиндра и отсутствия схода полноценного зерна в отходы наибольший интерес представляют режимы работы при максимальной подаче материала Q, а именно, как следует из рисунка 4.5, при подаче материала Q = 20 т/ч. С целью определения характера распределения прохода на этом режиме были проведены исследования, результаты которых представлены в виде графиков на рисунке 4.8.
Судя по рисунку 4.8 очевидно, что цилиндрическое решето полностью теряет работоспособность при данной подаче материала Q при частоте вращения nв = 30 мин-1. Об этом свидетельствуют кривые распределения. Как видно из графика, максимальное значение qi при этом режиме работы для всех углов находится при L 1,98 м, то есть за границей цилиндра. Данное явление объясняется следующим образом. При частоте вращения nв = 30 мин-1 сквозь отверстия решета способна проходить незначительная часть материала. При Q = 20 т/ч материал начинает обильно скапливаться в начале цилиндра, в результате чего толщина подвижного слоя возрастает настолько, что его масса начинает с такой силой прижимать зерновки нижних слов к поверхности решета, что замедляет их относительное движение. Это обстоятельство в свою очередь дополнительно уменьшает вероятность про 90 хождения частиц сквозь отверстия, и значительная часть обрабатываемого материала идт сходом с решета, попадая в отходы. Увеличение угла наклона оси цилиндра ав приводит к уменьшению количества материала, идущего сходом с решета, что можно проследить по кривым распределения. Происходит это вследствие того, что при наклоне оси величина нормальной составляющей силы тяжести зернового слоя снижается, вследствие чего вышележащие слои материала оказывают меньшее давление на нижние и скорость относительного движения возрастает, что улучшает условия прохождения зерновок сквозь отверстия решета. Кроме того, возникающая осевая сила способствует движению зерновок относительно поверхности решета, также повышая вероятность их прохода сквозь отверстия.
Увеличение частоты вращения пв приводит к смещению максимального значения qt влево, что уменьшает количество материала, идущего сходом с цилиндра. Характер влияния угла наклона ав на положение кривых сохраняется для частот вращения пв = 30 ... 50 мин-1. При частоте вращения пв = 60 мин-1 угол не оказывает существенного влияния на характер распределения, что подтверждается близким друг к другу расположением кривых. Данное явление объясняется тем, что при частоте вращения пв = 60 мин-1 обрабатываемый материал быстрее проходит сквозь отверстия решета и не скапливается внутри цилиндра. При этом толщина подвижного слоя снижается настолько, что не оказывает отрицательного влияния на величину скорости относительного движения зерновок по решету.