CC BY
13
V.I. Belyaev, D.N. Pirozhkov // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo uni-versiteta. - 2019. - No. 11 (181). - S. 144-149.
7. Belyaev, V.I. Otsenka tyagovykh ener-gozatrat posevnogo kompleksa «Kuzbass» pri razlichnykh rabochikh skorostyakh dvizheniya /
V.I. Belyaev, D.A. Yakovlev // Agrarnaya nauka - selskomu khozyaystvu: sbornik materialov: v 2 kn. / XIV Mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya (7-8 fevralya 2019 g.). - Barnaul: RIO Altayskogo GAU, 2019. - Kn. 2. - S. 13-15.
^ ^ ^
УДК 631.362
Н.И. Стрикунов, С.В. Леканов, С.С. Щербаков N.I. Strikunov, S.V. Lekanov, S.S. Shcherbakov
КИНЕМАТИЧЕСКИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕНТРОБЕЖНО-РЕШЕТНОГО СЕПАРАТОРА
KINEMATIC AND ENERGY CHARACTERISTICS OF A CENTRIFUGAL-SIEVE SEPARATOR
Ключевые слова: цилиндрическое решето, мощность, зерновая смесь, кинетическая энергия, вредные сопротивления, ворохоочиститель, зерновой блок, подсевной блок.
Способ сепарации, основанный на непрерывном скольжении зернового материала и при обеспечении полной загрузки решета, позволяет получить высокую удельную производительность, дает возможность настройки на оптимальный режим сепарации и активно управлять процессом. Для разделения зернового материала по длине возможно применение цилиндрических решет с круглыми отверстиями, что создает реальную возможность разработки высокопроизводительного центробежно-решетного сепаратора. Проведенные исследования в настоящей работе показывают, что в технологической схеме сепа-
ратора есть неиспользованные возможности для его совершенствования.
Keywords: cylindrical sieve, power, grain mixture, kinetic energy, harmful resistance, heap cleaner, grain block, cleaning screen.
The separation method based on the continuous sliding of the grain material provided full sieve load allows obtaining high specific output; it makes it possible to adjust to the optimal separation mode and actively control the process. To separate the grain material according the length, it is possible to use cylindrical sieves with round holes and creates a real opportunity to develop a high-performance centrifugal-sieve separator. The studies show that the separator technological scheme has unused opportunities for its improvement.
Стрикунов Николай Иванович, к.т.н., доцент, каф. сельскохозяйственной техники и технологий, Алтайский государственный аграрный университет. Тел.: (3852) 62-83-60. E-mail: agau@asau.ru. Леканов Сергей Валерьевич, к.т.н., доцент, зав. каф. растениеводства, переработки и механизации, Алтайский институт повышения квалификации руководителей и специалистов агропромышленного комплекса, г. Барнаул. Тел.: (3852) 52-79-57. E-mail: serrg333@mail.ru.
Щербаков Сергей Сергеевич, аспирант, каф. сельскохозяйственной техники и технологий, Алтайский государственный аграрный университет. E-mail: agau@asau.ru.
Strikunov Nikolay Ivanovich, Cand. Tech. Sci., Assoc. Prof., Chair of Agricultural Machinery and Technologies, Altai State Agricultural University. Ph.: (3852) 62-83-60. E-mail: agau@asau.ru.
Lekanov Sergey Valeryevich, Cand. Tech. Sci., Assoc. Prof., Altai Institute of Professional Development of Managers and Specialists of Agricultural Industry Complex, Barnaul. Ph.: (3852) 52-79-57. E-mail: serrg333@mail.ru.
Shcherbakov Sergey Sergeyevich, post-graduate student, Chair of Agricultural Machinery and Technologies, Altai State Agricultural University. E-mail: agau@asau.ru.
Введение
Использование традиционных рабочих органов для очистки зерна (плоскорешетные сепараторы с вертикальными пневмокана-лами, триерами и др.) не решает проблемы существенного повышения производительности зерноочистительных машин. Поэтому надо изыскивать и применять новые принципы сепарирования, позволяющие за один пропуск через машину выделять большее количество примесей, а сами машины имели бы высокую производительность. Этим условиям удовлетворяют центробежно-решетные сепараторы, работающие в режиме овсюгоотборника или куколеотборника, а в сочетании с воздушным кольцевым каналом - в режиме ворохоочистителя [1-3]. Разработанные машины отличаются малыми габаритами и сравнительно большой производительностью. Отечественный и зарубежный опыт подтверждает перспективность использования центробежных сепараторов [4-7].
Цель работы - обосновать кинематические и мощностные параметры центробеж-но-решетного сепаратора.
Задачи исследований:
1) определить прочностные параметры цилиндрического решета при передаче крутящего момента;
2) установить параметры скольжения зерновой смеси по рабочей поверхности цилиндрического решета;
3) исследовать мощностные характеристики работы сепаратора.
Основная часть
В центробежно-решетном сепараторе вибрация отсутствует. Привод решета (или блока - подсевное и зерновое решета) осуществляется посредством цилиндрической обечайки, которая жестко связана с приводом от редуктора, имеющим два соосных выхода: один выход на пластинчатый барабан, а другой - на цилиндрическое решето (рис. 1).
Из рисунка 1 следует, что по внешнему контуру крутящий момент передается через решето. Поэтому конструктивно-кинематические параметры цилиндрического решета и пластинчатого барабана должны иметь значения, ранее обоснованные [8].
Для этого принимаем диаметр цилиндрического решета й=600 мм, наружный диаметр барабана рб=580 мм, линейную скорость решета Ур=^рД=3,0-3,5 м/с, что соответствует частоте вращения решета - ,=10,0-11,6 с-1, а отношение угловых скоростей барабана и решета принимаем рав-ным—=0,5.
Рис. 1. Схема к определению прочностных параметров решета: 1 - цилиндрическое решето; 2 - пластинчатый барабан; 3 - привод сепаратора
Из рисунка 1 видно, что момент передается решетом по всей его площади, следовательно, оно нагружено крутящим моментом. Крутящий момент, передаваемый решетом, распределяется неравномерно по высоте цилиндра Н, как показано на рисунке 1. Из эпюры видно, что максимальный момент приложен в зоне А, где решето крепится к цилиндрической обечайке. Поэтому опасным сечением следует считать сечение А-А, по которому и будем проводить проверочный расчет решета.
Условие прочности при кручении [9]:
м
Wf
(1)
Для определения Wo необходимо рассмотреть расположение отверстий на решете и определить, какую часть длины окружности занимают отверстия, а также перемычки. Отверстия на поверхности цилиндрического решета расположены таким образом, что две стороны шестиугольника перпендикулярны направлению линейной скорости решета. Этому положению можно дать объяснение. Когда две стороны шестиугольника перпендикулярны скорости движения смеси по решету, производительность решета на 10% больше, чем в том случае, когда шестиугольник, образованный отверстиями, повернут на 900.
В рассматриваемом случае угол между осевой скоростью и (рис. 3) будет меньше 90° {а1 = 90° - 12° = 73°), но эта разность окажется меньше, чем если бы шестиугольник был повернут на 900.
На рисунке 2 показано расположение отверстий на решете.
По длине окружности цилиндра будет укладываться несколько участков ^, сумма которых примерно равна 2"^. Это не совсем точно, так как в действительности их может
уложиться не целое число раз. Это допущение Б с* =2ттР не приведет к большой ошибке, а расчеты упростит.
Рис. 2. Фрагмент размещения отверстий на решете
Согласно рисунку 2 опасным сечением следует читать сечение М, где доля сплошных участков меньше, чем в других сечениях.
Определим, какую часть длины окружности L занимают сплошные участки по всей длине окружности в долях единицы.
¿=2тгЕ=11Г', (2) где п - число участков, укладывающихся на длине окружности решета.
Общую длину сплошных участков можно определить:
n-2t-,
(3)
В действительности будет несколько больше, но это допущение упрощает расче-
где с* = 2£25шб0° = 12,з мм; T 2= ^=2,15 мм;
dp - диаметр отверстий зернового решета dp=5,25 мм. Получим 3 = 0,33.
(5)
Расчеты показывают, что действующие напряжения небольшие, значит, решето
обеспечит надежную работу при передаче крутящего момента.
Мощность N1, необходимая для работы сепаратора в установившемся режиме, представляет сумму мощностей:
1\1тр+ 1\1кин+ Исопр, (6)
где Игр - мощность, расходуемая на трение зерна о зерно в активном слое, о рабочую поверхность решета;
Икин - мощность, расходуемая на сообщение кинетической энергии обрабатываемому материалу;
Исопр - мощность, расходуемая на преодоление вредных сопротивлений: трение решета о наружную цилиндрическую щетку, трение в подшипнике скольжения, сопротивление воздуха.
Определим все составляющие энергетических затрат на работу сепаратора.
При вращении цилиндрического решета происходит проскальзывание слоев зерновой смеси, находящихся между решетом и пластинами барабана в результате разности их угловых скоростей. Рассмотрим кинематическую характеристику движения зерновой смеси (рис. 3).
Рис. 3. Параметры скольжения
зерновой смеси: Ур - линейная скорость решета; У см - скорость слоев смеси; У г - осевая составляющая скорости движения слоя; - относительная скорость слоя; а - угол наклона спирали; в - угол между направлением силы трения зерна о первый элементарный слой и горизонтальной плоскостью
Слой смеси помимо радиального скольжения одновременно движется вниз, относительно контактирующего слоя, следовательно, сила трения (Ртр) будет направлена в противоположную сторону относительного скольжения под углом в к горизонту. Для определения Ртр необходимо найти полную площадь решета Э:
5 = 2тгГШ, (7)
где Н - высота цилиндра.
Разложим силу трения на две составляющие = ^ ■ и = ртр ■ .
Расчеты показывают, что значение угла ¡3 невелико и составляет примерно
При определении горизонтальной составляющей силы трения ^р* примем р = о. Это несколько увеличит значение Р™*, но это увеличение пойдет на повышение запаса мощности привода. Найдем силу трения: ^ = (8) где f - коэффициент трения;
г - безразмерный показатель, равный отношению радиальной силы давления зерновой смеси на частицу к центробежной силе инерции частицы (при вращении ее с угловой скоростью решета), г=4;
Кр - показатель кинематического режима решета;
8=1,24 м2 - полная площадь решета.
Момент трения:
Мтр=РтрК (9)
где Р - радиус цилиндрического решета.
При соотношении угловых скоростей ре-
Шг
шета и пластинчатого барабана —=0,5 раз-
Шр
ница частот вращения составит п=Пр-ПБ.
Тогда
Мощность, расходуемую на сообщение кинетической энергии обрабатываемому зерну, определим по формуле:
N =
А * VII и
О V?
'КИН
(11)
где Q - производительность сепаратора, т/ч;
Vр - линейная скорость решета, м/ч.
Мощность, затрачиваемую на преодоление вредных сопротивлений, можно учесть увеличением полной мощности на 20-30%.
Расчеты показывают, что наибольшая доля энергии затрачивается на транспортирование зерна по рабочей поверхности решета и преодоление сил трения зерна о зерно в активном слое.
Проведенными экспериментальными исследованиями ставилась задача - определить фактические затраты мощности на работу центробежно-решетного сепаратора.
Приводим графические зависимости изменения мощности в зависимости от линейной скорости решета Vр (рис. 4).
N кВт
0,8
0,6
ОА
0,2
О
2
1
о
22 2,5
2,8
31 ЗА Ул м/с
Рис. 4. Изменение энергетических затрат в зависимости от скорости решета:
1 - мощность холостого хода при изменении Ур; 2 - энергозатраты на работу сепаратора при диаметре отверстий решета dр=5,25 мм
С увеличением Vp мощность холостого хода Nхх повышается по линейной зависимости. В исследуемом диапазоне по скорости решета ^=2,450-3,708 м/с) это изменение невелико. При работе сепаратора в режиме овсюгоотборника ^р=5,25 мм) с увеличением Vp мощность возрастает.
При работе сепаратора в режиме ворохо-очистителя, имеющего подсевной и зерновой блоки цилиндрических решет, затраты мощности возрастут за счет применения скребковой транспортирующей системы вывода отходов и очищенного зерна. Это увеличение можно считать небольшим. Основной прирост энергетических затрат даст первая составляющая формулы (6).
Следует отметить, что энергозатраты на обработку одной тонны зерна при известных параметрах сепаратора могут быть несколько снижены, если его изготавливать в промышленных условиях.
Заключение
Исследованиями показано, что осуществление процесса сепарации без колебательных движений решета повышает надежность работы сепаратора. Определенные конструктивно-кинематические параметры цен-тробежно-решетного сепаратора, его прочностные характеристики полностью обеспечивают технологическую работоспособность машины.
Проведенные теоретические расчеты энергетических характеристик сепаратора подтверждены экспериментальными исследованиями.
Разработанное решетное устройство показывает на практическую возможность и целесообразность разделения зерновых смесей по длине на решетах с круглыми отверстиями.
Библиографический список
1. Тарасов, Б. Т. Факторы, определяющие производительность цилиндрического решетного сепаратора-овсюгоотборника / Б. Т. Тарасов. - Текст: непосредственный // Механизация сельскохозяйственного производства: труды Алтайского с.-х. ин-та. - Барнаул, 1974. - С. 148-162.
2. Тарасов, Б. Т. Обоснование технологической схемы центробежно-решетного сепаратора / Б. Т. Тарасов, Н. И. Стрикунов. -Текст: непосредственный // Совершенствование технологических процессов и машин при уборке зерновых культур в Западной Сибири: сборник научных трудов / Алт. с.-х. ин-т. - Барнаул, 1987. - С. 34-48.
3. Стрикунов, Н. И. Обоснование параметров кольцевого канала выхода очищенного зерна центробежного воздушного сепаратора / Н. И. Стрикунов, С. В. Леканов, С. А. Черкашин. - Текст: непосредственный // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2018. - № 4 (162). -С. 168-172.
4. А.с. 1355298 СССР В 07 В 1/06. Центробежно-решетный сепаратор / Н.И. Стрикунов, А.И. Климок, Б.Т. Тарасов. -№ 4083233/29-03; заявл. 16.04.86; опубл. 30.11.87, Бюл. № 44.
5. Гончаров, Е. С. Механико-технологическое обоснование и разработка универсальных виброцентробежных зерновых сепараторов: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Е. С. Гончаров; ВИМ. - Москва, 1986. -34 с. - Текст: непосредственный.
6. Stepanenko, S.P. Research pneumatic gravity separation grain materials. International Scientific Journal. Mechanizanion in Agriculture, Conserving of the Resources. Scientific Technical Union of Mechanical Engineering Industry - 4.0 Bulgarian Association of Mechanizanion in
Agriculture. Issue 2. Bulgarian. - 2017. S. 54-56.
7. Паламарчук, I. П. Розвиток конструкти-вних схем вiбровiдцентрових схем техно-лопчних машин для реалiзацiï процеав ме-хашчно!' обробки стьськогогосподарсько!' сировини / I. П. Паламарчук, I. Г. Липовий, В. П. Янович. - Текст: непосредственный // Вiбрацiï в техшц та технолопях. - 2009. -№ 2 (54). - С. 105-115.
8. Стрикунов, Н. И. Обоснование основных параметров пластинчатого барабана центробежно-решетного сепаратора / Н. И. Стрикунов, С. В. Леканов, С. А. Черка-шин. - Текст: непосредственный // Вестник ВСГУТУ. - 2017. - № 2 (65). - С. 47-51.
9. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин: в 2 томах / под редакцией А. В. Красниченко. - Москва: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1961. -Т. 2. - 862 с. - Текст: непосредственный.
References
1. Tarasov, B.T. Faktory, opredelyayushchie proizvoditelnost tsilindricheskogo reshetnogo separatora-ovsyugootbornika / B.T. Tarasov // Mekhanizatsiya selskokhozyaystvennogo pro-izvodstva: Tr. Altayskogo s.-kh. in-t. - Barnaul, 1974. - S. 148-162.
2. Tarasov, B.T. Obosnovanie tekhnolog-icheskoy skhemy tsentrobezhno-reshetnogo separatora / B.T. Tarasov, N.I. Strikunov // Sovershenstvovanie tekhnologicheskikh pro-tsessov i mashin pri uborke zernovykh kultur v Zapadnoy Sibiri: sb. nauch. tr. / Alt. s.-kh. in-t. -Barnaul, 1987. - S. 34-48.
3. Strikunov, N.I. Obosnovanie parametrov koltsevogo kanala vykhoda ochishchennogo zerna tsentrobezhnogo vozdushnogo separatora / N.I. Strikunov, S.V. Lekanov, S.A. Cher-kashin // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo
agrarnogo universiteta. - 2018. - No. 4 (162). -S. 168-172.
4. A.s. 1355298 SSSR V 07 V 1/06. Tsen-trobezhno-reshetnyy separator / N.I. Strikunov, A.I. Klimok, B.T. Tarasov. - No. 4083233/2903; zayavl. 16.04.86; opubl. 30.11.87, Byul. No. 44.
5. Goncharov, E.S. Mekhaniko-tekhnolo-gicheskoe obosnovanie i razrabotka universal-nykh vibrotsentrobezhnykh zernovykh separato-rov: avtoref. diss... d-ra tekhn. nauk / VIM. -Moskva, 1986. - 34 s.
6. Stepanenko, S.P. Research pneumatic gravity separation grain materials. International Scientific Journal. Mechanizanion in Agriculture, Conserving of the Resources. Scientific Technical Union of Mechanical Engineering Industry - 4.0 Bulgarian Association of Mechanizanion in Agriculture. Issue 2. Bulgarian. - 2017. S. 54-56.
+
7. Palamarchuk I.P. Rozvitok kon-struktivnikh skhem vibrovidtsentrovikh skhem tekhnologichnikh mashin dlya realizatsii protsesiv mekhanichnoy obrobki silskogogos-podarskoy sirovini / I.P. Palamarchuk, I.G. Lipoviy, V.P. Yanovich // Vibratsii v tekhnitsi ta tekhnologiyakh. - 2009. - No. 2 (54). -S. 105-115.
8. Strikunov, N.I. Obosnovanie osnovnykh parametrov plastinchatogo barabana tsen-trobezhno-reshetnogo separatora / N.I. Stri-kunov, S.V. Lekanov, S.A. Cherkashin // Vest-nik VSGUTU. - 2017. - No. 2 (65). - S. 47-51.
9. Spravochnik konstruktora selskokho-zyaystvennykh mashin: v 2-kh tomakh / pod red. A.V. Krasnichenko. - Moskva: Gosudar-stvennoe nauchno-tekhnicheskoe izdatelstvo mashinostroitelnoy literatury, 1961. - T. 2. -
862 s. +
УДК 631.362
С.С. Щербаков, С.В. Леканов, Н.И. Стрикунов S.S. Shcherbakov, S.V. Lekanov, N.I. Strikunov
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА САМОСОРТИРОВАНИЯ ЗЕРНОВОГО МАТЕРИАЛА
THE STUDY OF THE PROCESS OF GRAIN MATERIAL SELF-GRADING
Ключевые слова: самосортирование, сыпучее тело, глубина погружения, путь скольжения частиц, пшено, дробь, зерновой слой, активный слой.
При механизированной уборке кроме зерна, основной культуры, в ворохе имеются различные засорители (мелкие и крупные), а также зерна в пленке, дробленые, травмированные и щуплые. Такой состав исходного материала, как правило, поступает в завальные ямы приемных отделений зерноочисти-тельно-сушильных комплектов. Уже на этом этапе возникают процессы самосортирования при движении зернового материала по откосам завальной ямы. Наибольший интерес процесса самосортирования представляет при сепарации сыпучих зерновых материалов на различных рабочих поверхностях зер-
ноочистительных машин. Проведенный анализ уже имеющихся исследований показывает, что совершенствование технологического процесса центробежных подсевных решет при выделении мелких примесей следует вести в направлении интенсификации двухстадийной модели сепарирования сыпучих материалов.
Keywords: self-grading, granular material, submersion depth, particle gliding path, millet, grain, grain layer, active layer.
During mechanized harvesting, in addition to the grain of the main crop, the heap contains various foreign particles (small and large) as well as unthreshed, crushed, injured and thin grain. The source material of
