CC BY
18
УДК 62.868
П. Н. Лапшин, Г. И. Амосов, Н. П. Лапшин
ПРИМЕНЕНИЕ АНТИРЕЗОНАНСНЫХ КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ ОЧИСТКИ РЕШЕТ ОТ ЗАСТРЯВШИХ ЧАСТИЦ В ПРОЦЕССАХ СЕПАРАЦИИ ЗЕРНА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Т. С. МАЛЬЦЕВА»
P. N. Lapshin, G. I. Amosov, N. P. Lapshin THE APPLICATION OF ANTIRESONANCE VIBRATIONS FOR SIEVE CLEANING OF STUCK PARTICLES DURING THE GRAIN SEPARATION
FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BY T. S. MALTSEV»
Аннотация. При сепарации зерна требуется очистка решет от застрявших зерен. Для этого в машины устанавливаются различные устройства, которые усложняют конструкцию машин и снижают её надёжность. В работе рассмотрена возможность использования антирезонансных колебаний решет для сепарации зерна и самоочистки решет от застрявших зерен. Экспериментальные исследования показали широкие возможности отмеченных колебаний при сепарации зерна, очистки решет и снижении вибрации машин.
Ключевые слова: решётный стан; решето; самоочистка решет; амплитуда колебаний; антирезонанс.
Abstract. It needs sieve cleaning from stuck grains during the grain separation. For this purpose various devices are installed into machines, which complicate the design of it and reduce its reliability. The possibility of using the antiresonant sieve oscillation for separation of grain and self purification sieve from stuck grains is presented. The experimental studies have shown the vast opportunities of marked oscillations during the grain separation, cleaning of sieve and reduced machine vibration.
Key words: sieve boot; sieve; self purification of sieves; amplitude of oscillation, antiresonance.
Петр Николаевич Лапшин
Ре^ 1\Нко1аеую11 ЬарБМп доктор технических наук, профессор Lapshin-1935@mail.ru
Геннадий Иванович Амосов
ЗеппасНу |уапоуюЬ| Amosov кандидат технических наук, доцент
amosov53@mail.ru
Николай Петрович Лапшин
[\likolay Ре1гсмсЬ| Lapshin кандидат технических наук, доцент Lapshin-1935@mail.ru
Введение. Решетные зерноочистительные машины широко используются в АПК и на элеваторах для очистки и сортирования зерна благодаря низкой энергоемкости по сравнению с воздушными и триерными машинами, простотой конструкции и удобством обслуживания. К существенным недостаткам решетных машин относят забиваемость решет. Для очистки решет, без которой процесс сепарации прекращается через 4-6 минут [1; 2], используются громоздкие щеточные, скребковые и ударные шариковые очистители. Первые и вторые являются материалоемкими конструкциями, которые требуют специальных приводных механизмов. Затраты энергии для привода этих механизмов соизмеримы с мощностью для привода решетных станов. Ударные очистители имеют низкую эффективность очистки решет [3].
Одним из направлений повышения эффективности очистки решет от застрявших частиц является определение таких режимов колебаний, при которых происходит самоочистка решет без нарушения технологического процесса сепарации зерна.
Цель исследования. Изучение возможности применения антирезонансных колебаний для очистки решет от застрявших частиц в процессах сепарации зерна.
Методика исследования. Эксперименты проводились на модернизированной зерноочистительной машине ОВС-25М, установленной на кафедре эксплуатации и ремонта машин Курганской государственной сельскохозяйственной академии им. Т. С. Мальцева.
Для нахождения антирезонасных колебаний требуется, чтобы частота возбуждения решетного стана находилась вблизи собственных колебаний решет. В этом случае колебания решетных станов прекращаются, исчезают динамические нагрузки и вибрации рам машин, колеблются только решета. В работах [3] приведены ре-
72
Научный журнал Вестник Курганской ГСХА
зультаты исследований частот собственных колебаний наиболее распространенных плоских решет. В этих работах отмечено, что для стандартных размеров решет частоты собственных колебаний основного тона находятся в пределах vо=7,3-8,3 Гц. Использовали асинхронный электродвигатель 4РС80А8У3 с частотой вращения вала п=680 об/мин, чтобы получить достаточно близкие значения частоты вынужденных колебаний ^=11,4 Гц) к частоте собственных. Электродвигатель закрепляли в центре масс решетного стана. На оба конца вала электродвигателя устанавливали центробежные вибровозбудители, обеспечивающие амплитуды колебаний решетному стану А1=0,3-0,5 мм и решету А2=2,5-3,0 мм в средней его части. Измерение амплитуды колебаний решет производили с помощью записывающего устройства.
В решетный стан были установлены зерновое решето Б2 с круглыми отверстиями 05 мм, подсевное решето В с прямоугольными отверстиями 2,0x16 мм и сортировальные решета Г с круглыми отверстиями 03 мм и с цилиндрическими перемычками 01,8 мм и шириной отверстий 2,2 мм. В опытах использовалась не вся ширина решета, а только его третья часть (330 мм). Опыты проводились на пшенице сорта «Терция» с содержанием сорных примесей 5 %.
Эксперименты проводили по следующей методике. Запускали электродвигатель привода решетного стана. Зерновая смесь массой 1,15 кг поступала на решета в течение 5 с. Это соответствовало удельной начальной нагрузке д=0,23 кг/(мс) и производительности машины 10 т/ч при одновременной работе двух решетных станов. Под действием колебаний и угла наклона решета зерновая смесь перемещалась вниз по решету. Движение зерна записывалось на видеокамеру. Через пять секунд подача зернового материала на решето прекращалась. Часть зерновой смеси проходила сквозь решето, другая - сходила с решета, еще одна часть заклинивалась в отверстиях решет.
Зерновой материал сошедший сходом с решета Б взвешивали и определяли процентное содержание
потерь полноценного зерна
П= (д/ д)100%,
(1)
где до - удельная начальная нагрузка, поступившая на решето, кг/(мс) .
Затем на решето Б2 накладывался шаблон из плотной бумаги с отверстием 100x100 мм. На этой площади подсчитывалось количество заклинивших зерен и по отношению суммарной площади заклинившихся зерен Д1 к площади отверстия шаблона До определялся коэффициент забиваемости решета К1. Результаты измерений представлены на рисунке 1.
Далее проводили опыты по оценке полноты разделения зерновой смеси и забиваемости ранее перечисленных решет. Из исходного зернового материала брали навеску массой 100 г и обрабатывали на лабораторном решете, размеры отверстия которого соответствовали испытуемому решету. Проход сквозь лабораторное решето соответствовал исходной засоренности материала ао.
Из очищенного материала брали навеску массой 100 г и также обрабатывали на лабораторном решете. По отношению а1 к ао определяли полноту разделения зернового материала
Е=а/а0.
(2)
Как и в предыдущем случае, начало и конец движения зерна по решету записывали на видеокамеру. По окончании опыта на решето накладывали шаблон из плотной бумаги с отверстием 100x100 мм, определяли коэффициент забиваемости решета. Результаты измерения представлены на рисунке 1. Там же представлены результаты опытов по сепарации зерна и забиваемости решет В и Г.
Далее проводили сравнительные испытания по оценке забиваемости ранее перечисленных решет при круговых колебаниях в горизонтальной плоскости. Результаты испытания решет приведены также на рисунке 1.
1 - зерновое решето Б2 05 мм; 2 - сортировальное решето Г 03 мм; 3 - подсевное решето В 2,0x16 мм; 4 - сортировальное решето Г с цилиндрическими перемычками 2,2 мм
Рисунок 1 - Коэффициенты забиваемости решет с различной формой отверстий и формой перемычек при антирезонансных и круговых горизонтальных колебаниях
Результаты исследования. Испытания по очистке решет от застрявших частиц антирезонансными колебаниями в процессах сепарации зерна показали,
что не только режим колебаний, но и форма отверстий и геометрия перемычек оказывают влияние на эффективность очистки. Из испытанных решет наи-
меньшей забиваемостью характеризуются решета с круглыми отверстиями и решета с цилиндрическими перемычками (рисунок 1). Для этих решет забивае-мость не превышает допустимое значение К=0,2 [1]. На рисунке 1 видно, что у решет с прямоугольными отверстиями забиваемость превышала допустимое значение в 1,5 раза.
Потери полноценного зерна сходом с зернового решета Б2 не превышали допустимое значение 1% при антирезонансных колебаниях решета (рисунок 2). Полнота разделения зерновой смеси на сортировальном решете Г и подсевном В решетах при удельной начальной нагрузке q=0,23 кг/(мс) и антирезонансных колебаниях не превышает значения Е=0,2 (рисунок 2).
1 - зерновое решето Б2 05 мм; 2 - сортировальное решето Г 03 мм; 3 - подсевное решето В 2,0x16 мм; 4 - сортировальное решето Г с цилиндрическими перемычками 2,2 мм
Рисунок 2 - Потери полноценного зерна сходом с решета и полнота разделения зерновой смеси на решетах с различной формой отверстий и формой перемычек при антирезонансных колебаниях
Для сортировального решета Г с цилиндрическими перемычками полнота разделения Е=0,4 (рисунок 2). Такое повышение полноты разделения объясняется лучшими условиями для ориентации частиц относительно отверстий решета.
Сравнительные испытания прежних решет при удельной начальной нагрузке q=0,23 кг/(мс) при круговых колебаниях решет в горизонтальной плоскости показали, что только зерновое решето Б2 имеет забивае-мость ниже допустимых значений (рисунок 1). Остальные решета показали превышение допустимых норм забиваемости отверстий. Однако характер забиваемо-сти различается. Если у подсевного решета В с прямоугольными отверстиями 2,0x16 мм для очистки отверстия требуются значительные усилия, то для решета с цилиндрическими перемычками таких усилий не требуется, т. к. частицы лишь западают в желоб между перемычками. Все перечисленные решета требуют принудительной очистки, т. к. разделение зерновой смеси на этих решетах прекращается через несколько минут [4].
Выводы. При работе зерноочистительных машин требуется очистка решет от застрявших зерен, т. к. при отсутствии очистителей технологический процесс прекращается; щеточные и скребковые очистители являются металло- и энергоемкими, обладают низкой надежностью, а ударные - малоэффективными.
Предложен новый способ очистки отверстий от застрявших зерен: антирезонансными колебаниями решет [5], при которых частота собственных колебаний решет основного тона близка к частоте возбуждения колебаний решетного стана. При антирезонансном режиме амплитуда колебаний решетного стана А1=0,2-0,3 мм, а амплитуда колебаний решета в средней части А2=2,5-3,0 мм.
Испытания по сепарации пшеницы с исходной засоренностью 5 % и удельной начальной нагрузке 0,23 кг/(мс) при антирезонансных колебаниях сепарирующей поверхности показали, что решета с круглыми отверстями 03 и 05 мм, а также решета с цилиндрическими перемычками 01,8 мм способны работать без очистителей решет, такой способностью не обладают решета с прямоугольными отверстиями.
Сравнительные испытания решет с круговыми колебаниями в горизонтальной плоскости показали, что при таких колебаниях требуется принудительная очистка решет от застрявших зерен, т. к. при таких колебаниях решета не обладают способностью очищаться от застрявших зерен.
Список литературы
1 Гортинский В. В., Демский А. Б., Борискин М. А. Процессы сепарации на зернообрабатывающих предприятиях. - М. : Колос, 1973. - 295 с.
2 Лапшин И. П., Косилов Н. И. Расчет и конструирование зерноочистительных машин - Курган : ГИПП «Зауралье», 2002. - 168 с.
3 Лапшин И. П., Амосов Г. И., Лапшин Н. П. Исследование частот собственных колебании решетных полотен зерноочистительных машин // Экология - Здоровье - Безопасность жизнедеятельности : Материалы региональной научно-практической конференции, посвященной 60-летию образования Курганской области. - Курганский научный центр МАНЭБ, 2002. - С. 197-200.
4 Косилов Н. И., Лапшин П. Н., Куренная Н. О. Сравнительная характеристика забиваемости решет различной конструкции при сортировании зерна // Достижения науки и техники АПК. - 2008. - № 12. - С. 55-56.
5 Патент № 2526739 Р11 С1. Приводное устройство решетных станов зерноочистительных машин / П. Н. Лапшин, Н. П. Лапшин (Курганская ГСХА) - № 2013112078/13, заявл. 18.08.2014.
