CC BY
0С.С. Ямпилов, д-р техн. наук, проф., e-mail: yampilovss@mail.ru А.С. Бадмаева, аспирант, e-mail: donoeva2016@mail.ru Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления В.В. Тумурхонов, д-р техн. наук, проф., e-mail: tumurchonov@mail.ru Д.Б. Лабаров, д-р. техн. наук, доц., e-mail: labarov@mail.ru Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Р. Филиппова, г. Улан-Удэ
УДК 631. 362
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА СЕПАРАЦИИ КОМПОНЕНТОВ ЗЕРНОВОГО МАТЕРИАЛА ЧЕРЕЗ КАСКАДНЫЙ РЕШЕТНЫЙ СЕПАРАТОР СО СПЛОШНЫМИ НАКОПИТЕЛЯМИ, УСТАНОВЛЕННЫМИ МЕЖДУ БЛОКАМИ РЕШЕТ
Математическая модель, рассматриваемая в данной статье, описывает процесс сепарации компонентов зернового материала через каскадный решетный сепаратор, в котором на конечных участках каждого яруса решет установлены сплошные накопители определенной длины, позволяющие существенно увеличить эффективность выделения длинных примесей за счет того, что длинные частицы зернового материала после прохода в отверстия вышерасположенного решета попадают не на решето, а на слой зернового материала. Тем самым они ориентируются длинной осью вдоль плоскости решета, увеличивая эффективность выделения длинных примесей.
Ключевые слова: каскадный решетный сепаратор, процесс сепарации компонентов зернового материала, сплошные накопители, эффективность очистки.
S.S. Yampilov, Dr. Sc. Engineering, Prof.
A.S. Badmaeva, P.G.
V.V. Tumurkhonov, Dr. Sc. Engineering, Prof.
D.B. Labarov, Dr. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
THE MATHEMATICAL MODEL OF THE SEPARATION PROCESS OF GRAIN COMPONENTS THROUGH A CASCADE SIEVE SEPARATOR WITH BLIND STORES INSTALLED BETWEEN THE BLOCKS OF SIEVES
A mathematical model describing the process of separating the grain materials components through a cascade sieve separator with blind stores installed between the sieve blocks is developed in the article. This mathematical model differs in that it describes the separating process of the components of a grain material through a cascade sieve separator in which blind stores of a certain length are installed on the end sections of each tier of sieves to increase the efficiency of extracting long impurities due to the fact that long particles of grain material after passing into the holes of the above sieve fall not on the sieve, but on the layer of grain material.. Thus, they are oriented by the long axis along the sieve plane, increasing the elimination efficiency of the long impurities.
Key words: cascade sieve separator, the separation process of the components of the grain material, blind stores, cleaning efficiency.
Введение
В настоящее время существует проблема разработки зерноочистителя, способного за одну технологическую операцию, сразу на первом этапе очистить исходный зерновой материал от всех примесей одновременно и довести его (80%) до базисных кондиций.
Ранее проведенные исследования А.Н. Зюлина [1], С.С. Ямпилова [2], Ю.Ж. Дондо-кова [3], Г.Ж. Дондоковой [4] каскадного решетного сепаратора с отверстиями, пропускаю-
щими все компоненты зернового материала, каскадного решетного сепаратора с перфорированными накопителями, каскадного решетного сепаратора с секциями решет, каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором, а также предварительные экспериментальные исследования каскадного решетного сепаратора со сплошными накопителями, установленными между блоками решет, в целях повышения эффективности очистки зерна от мелких, коротких, длинных и крупных примесей позволяют выявить новые возможности интенсификации данного процесса с целью обеспечения требуемых показателей качества работы сепаратора при его уменьшении массы и габаритов.
Анализ результатов исследований показывает, что дальнейшее увеличение количества ярусов решет ведет к повышению эффективности очистки, но незначительно. И поэтому для существенного увеличения эффективности очистки длинных примесей зернового материала необходимо на конечных участках каждого яруса решет установить сплошные накопители определенной длины для образования слоя зернового материала определенной толщины. Таким образом, частицы длинной примеси, пройдя в отверстия основных решет, попадают не на нижерасположенное основное решето, а на слой зернового материала. При этом частицы длинной примеси ориентируются вдоль плоскости решет, уменьшая тем самым вероятность прохода в их отверстия [5]. После сплошных накопителей установлен блок решет с отверстиями меньшими, чем у основных решет, но большими, чем у перфорированных накопителей, который позволяет также увеличить эффективность очистки зернового материала от длинных примесей.
Кроме того, первый блок - система перфорированных накопителей, которые установлены таким образом, что каждый последующий сплошной накопитель начинается с конца предыдущего, что позволяет вывести из процесса частицы мелкой примеси. А также отверстия перфорированных накопителей подобраны таким образом, что через них проходят частицы мелкой примеси, увеличивая тем самым эффективность очистки зерна от мелких примесей. Для описания процесса сепарации компонентов зернового материала через каскадный решетный сепаратор со сплошными накопителями, установленными между блоками решет, необходимо представить математическую модель.
Материал и методы исследования
Обозначим количество основного компонента, поступившего на первый ярус решет каскадного решетного сепаратора со сплошными накопителями, установленными между блоками решет, как Р(0).
Уравнение просеивания основного компонента через первый ярус основных решет имеет
вид:
£(у)(°) _ р(0) _ е-^((0))*у1, (!)
где ц(°) — интенсивность просеивания основного компонента через решета второго блока основных решет; Ху1 - длина верхнего первого яруса основных решет.
Чтобы описать процесс просеивания основного компонента через решета перфорированного накопителя второго яруса решет, необходимо определить полноту просеивания основного компонента через верхний ярус основных решет на длине
Д£(У0(0) _ (Р° _ еЧ0)*уг). (2)
Полноту просеивания основного компонента через перфорированный накопитель второго яруса решет определяем по следующей формуле:
£(у-1)(0) _ (р(°) _ е-^°Чг) _ е-^(у-1)*(у-1)г2, (3)
где М^^!) - интенсивность просеивания основного компонента через отверстия перфорированного накопителя; *(у-1)г2 - данные перфорированного накопителя второго яруса решет.
Полнота просеивания основного компонента через п-й ярус 2 блока основных решет можно определить по следующей формуле:
р(у)(0)
'р(0) - е-^Хуг) - е(У-1Ш] - е-»(;)ху2} - £(у-1)(0)) - е-Р$Хуз'
........-е(у-1) (0)}-е-$)х>". (4)
Уравнение просеивания мелкого компонента через первый ярус основных решет имеет следующий вид:
£(У)(т) = р(т) - е-ц<$ху1, (5)
где — интенсивность просеивания мелкого компонента через решета второго блока основных решет; ху1 - длина (верхнего) первого яруса основных решет.
Полноту просеивания мелкого компонента через п-й ярус второго блока основных решет можно оп
р
(У) (т) _
еделить по следующей формуле:
р(т) - е-4т)ху1) - е(у-1)(т)] - е^™^2} - г^-1)(т)) - е^ы**3
-........-£(У-1^}-е-^*уп . (6)
Уравнение просеивания крупного компонента через первый ярус основных решет имеет вид:
£(У)(к) = р(к) - е-$)хУ1, (7)
где ц.® - интенсивность просеивания крупного компонента через решета второго блока основных решет.
Полнота просеивания основного компонента через второй ярус второго блока основных решет имеет вид:
е(У)(т) = [(р(ш) - е-4т)*у1) - е(У-1)(т)] - . (8)
Полнота просеивания крупного компонента через п-й ярус третьего блока решет можно определить:
е(у+1)(к) = {[({[(р* - е-»у)хУ1) - е^**] - е-»у)хУз} - {[(р* - е-^хУ1) -
"П
,(к)
Р(у+1)х(У+1)1
е ^(1у>+1)х(у+1')2}) - е ^(у+1)х(у+1)з] - е-^хуп} - - е ^('у>+1)х(.у+1)п. (9)
Таким образом, процесс сепарации компонентов зернового материала через каскадный решетный сепаратор со сплошными накопителями, установленными между блоками решет, описывается формулами (4), (6) и (9).
Для экспериментальной проверки математической модели процесса просеивания зернового материала через каскадный решетный сепаратор со сплошными накопителями, установленными между блоками решет, были проведены эксперименты при следующих условиях (рис. 1): общее количество ярусов решет - 10 шт.; диаметр отверстий перфорированных накопителей - 4,5 мм; диаметр отверстий основного решета - 6 мм; диаметр отверстий решет с меньшими отверстиями, чем у основных решет, но большими, чем у перфорированных накопителей, - 5 мм; частота колебаний решетного стана — 360 кол/мин; угол наклона решет к горизонту - 7°; амплитуда колебаний — 7,5 мм; подача зернового материла — 10 тч/м.
Рисунок 1 - Схема экспериментального каскадного решетного сепаратора со сплошными накопителями, установленными между блоками решет:
1 - питающее устройство; 2 - решетный стан; 3 - подвески; 4 - колебательный механизм;
5 - каскад основных решет; 6 - перфорированные накопители; 7 - сплошные накопители;
8 - решета с размерами отверстий меньшими, чем у основных решет и большими, чем у перфорированных, 9-11 - накопители-приемники
Данные, полученные экспериментально, были сопоставлены с расчетными и представлены на рисунке 2. Расчет полноты просеивания е зерна пшеницы, короткой, длинной примесей каскадным решетным сепаратором со сплошными накопителями между блоками решет произведен исходя из интенсивности просеивания компонентов ц через решета диаметром 5,0, 4,5 и 6,0 мм при вышеуказанных параметрах.
0,8
0,6 ОЛ 0,2
..............А
1 1 1
\ /
О 2 4 6 8 10 12 к дм
Рисунок 2 - Полнота просеивания компонентов зернового материала по длине нижнего яруса решет
каскадного решетного сепаратора со сплошными накопителями между блоками решет X, О, А - экспериментальные; ~~ - теоретические; 1 - пшеница; 2 - мелкая; 3 - короткая примесь;
4 - длинная примесь
Сопоставление теоретических и экспериментальных зависимостей изменения полноты просеивания компонентов по длине нижнего яруса решет каскадного решетного сепаратора со сплошными накопителями, установленными между блоками решет, свидетельствует об адекватности математической модели.
Выводы
Проведенные аналитические и экспериментальные исследования позволили сделать следующие основные выводы:
- разработана математическая модель процесса просеивания компонентов зернового материала через каскадный решетный сепаратор со сплошными накопителями, установленными между блоками решет;
- эффективность выделения длинных примесей на каскадном решетном сепараторе со сплошными накопителями, установленными между блоками решет, возрастает на 7-10% по сравнению с каскадным решетным сепаратором.
Библиография
1. Зюлин А.Н. Теоретические проблемы развития технологий сепарирования зерна. - М., 1992. -
207 с.
2. Ямпилов С.С. Технологическое и техническое обеспечение ресурсо-энергосберегающих процессов очистки и сортирования зерна и семян. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2003. - 262 с.
3. Дондоков Ю.Ж. Обоснование основных параметров секционного решетного сепаратора для очистки зерна с блоком загрузочных решет: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Улан-Удэ, 2003. - 22 с.
4. Дондокова Г.Ж. Обоснование основных параметров каскадного решетного сепаратора для очистки зерна со ступенчатым зазором: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Улан-Удэ, 2007. - 23 с.
5. Патент № 2617132. Решетный стан зерноочистительной машины / Ямпилов С.С., Бадма-ева А.С., Цыбенов Ж.Б., Алексеев А.Г. - Опубл. 21.01.2017. - Бюл. № 12.
Bibliography
1. Zulin A.N. Theoretical problems of the development of grain separation technologies. - M., 1992. -
207 p.
2. Yampilov S.S. Technological and technical support of resource-saving processes for cleaning and sorting grains and seeds. - Ulan-Ude: Publishing house of ESSTU, 2003. - 262 p.
3. Dondokov Yu.Zh. Justification of the basic parameters of the sectional sieve separator for cleaning grain with a block of loading sieves: Abstract of diss. ... Cand.Tech. Sciences. - Ulan-Ude, 2003. - 22 p.
4. Dondokov a G.Zh. Justification of the main parameters of the cascade sieve separator for cleaning grain with a stepped gap: Abstract of diss. ... Cand. Tech. Sciences. - Ulan-Ude, 2007. - 23 p.
5. Patent N 2617132. Sieve shoe of the grain separator / Yampilov S.S., Badmaeva A.S., Tsybenov Zh.B., Alekseev AG. - Publ. 01.21.2017. - Bul. N 12.
