CC BY
1С.В. Петунов, канд. техн. наук, доц.
А.А. Абидуев, канд. техн. наук, доц.
Ю.А. Сергеев, д-р техн. наук, проф., yuriiantonovich@mail.ru В.В. Тумурхонов, д-р с.-х. наук, проф. Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Р. Филиппова,
г. Улан-Удэ
УДК 631. 3: 631. 86: 631.36
ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДИСКОВОГО СЕПАРАТОРА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЩЕПЫ НА ФРАКЦИИ
На основе анализа существующих устройств предложена конструкция дискового сепаратора, обеспечивающая повышение эффективности разделения щепы на фракции. Путем экспериментального исследования макетного образца сепаратора обоснованы его рациональные параметры.
Ключевые слова: дисковый сепаратор, щепа, мелкая фракция, производительность.
S.V. Petunov, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
А.А. Abiduev, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof. YuA. Sergeev, Dr. Sc. Engineering, Prof.
V.V. Tumurkhonov, Dr. Sc. Agriculture, Prof.
RATIONAL CHARACTERISTICS OF DISC SEPARATOR FOR WOOD CHIPS SEPARATION INTO FACTIONS
Based on the analysis of existing devices, a construction of disk separator for increasing separation efficiency of wood chips into fractions is proposed. Its rational characteristics are provided by the experimental research of the separator's model example.
Key words: a disc separator, wood chips, fine fraction, performance.
Для приготовления органических удобрений используются отходы деревообработки (кора, щепа). При компостировании отходов деревообработки и навоза целесообразно использовать фракцию щепы размером 2-5 мм. Для получения из щепы частиц указанного размера необходимо разделить ее на фракции.
В настоящее время на лесоперерабатывающих заводах применяется достаточно большое количество технических средств разделения щепы на фракции. В основном эти устройства используют пневматический и механический принципы разделения на фракции (рис. 1).
На рисунке 1 а представлена схема пневматической сепарирующей установки, осуществляющей отделение кондиционной фракции щепы в циклоне, внутри которого установлена конусная перфорированная сетка. Преимуществом данной установки является возможность дополнительного измельчения, обусловленная большим значением скорости движения внутри циклона, достигающей 27-40 м/с. Недостатком установки являются большая энергоемкость и частая закупорка пневмотрассы негабаритными отходами деревообработки.
На рисунке 1 б, в представлены устройства, основанные на механическом способе сепарирования: с помощью ячеистых решеток и лент, совершающих колебательные движения под некоторым углом к горизонту. Эти два вида машин относятся к так называемым гираци-онным установкам. Преимуществами их являются меньшая, чем у пневмотранспортных за-биваемость, простота конструкций и приемлемая надежность при эксплуатации. На рисунке 1 г представлен барабанный сепаратор, основным достоинством которого является способность к самоочистке, так как кондиционные частицы щепы могут выпадать через сита под действием силы гравитации. Недостатком является низкая производительность и низкое качество сепарирования. На рисунке 1 д, е представлены механические сепарирующие установки, оснащенные вибрационными приводами. Сепарирование в них осуществляется воз-
вратно-поступательными движениями сит. Для гашения отрицательного влияния вибраций на несущие конструкции машин используются подпружиненные и подрессоренные подвески сепарирующих сит. Основным недостатком таких конструкций являются быстрая забивае-мость отверстий сит и, как следствие, низкая производительность.
отходы
ООО
отходы
Ъоос
( о ООО
ООО/
0 0 0/|
/бос оо п
юоо оо\\
\оос о)
Ао о
\о
кондиция
а
V
щепа
.....■{■—*■.__________________
V
кондиция
отходы
в
кондиция
б
по оР
кондиция
щепа
ж
V
щепа
отходы
о
V
кондиция
ИЗ
щепа
I
кондиция
Рис. 1. Принципиальные схемы сепарирующих устройств
г
е
Научно-исследовательскими учреждениями проводятся изыскательские работы по совершенствованию существующих, а также разработке новых машин для разделения щепы на фракции. Так, в ВНПО целлюлозно-бумажной промышленности разработано устройство для сортирования щепы [1].
Устройство для разделения щепы по толщине содержит параллельно установленные приводные валы 1, на которых жестко закреплены на определенном расстоянии, обуслов-
ленном распорными втулками 2, сортирующие жесткие диски 3, входящие в промежутки соседних валов в шахматном порядке (рис. 2).
3 - зубчатые диски; 4 - впадины зубьев; 5 - впадины распорных втулок
Профиль распорных втулок 2 и сортирующих дисков 3 выполнен в виде элементов окружности с определенным радиусом. Кондиционная щепа, попадая на валы 2 с дисками 3, проходит между последними, а более толстая, не прошедшая через зазоры между дисками, выносится из установки. Недостатком устройства является узкое значение размерного состава отсортированной фракции и как следствие этого низкая производительность.
Представляет интерес устройство для фракционного разделения древесных отходов, разработанное в АОО «Союзлесмонтаж» [2]. Устройство для фракционного разделения дре-
Устройство состоит из рамы 1, в которой с возможностью вращения установлены валы 2 с дисками 3, расположенные в шахматном порядке. По окружности диски 2 имеют косые выемки, выполненные под острым углом относительно боковых поверхностей дисков 2 и с чередованием их направлений вправо и влево.
Работает устройство следующим образом. Вращающиеся валы 2 с дисками 3 распределяют щепу по всей ширине устройства и перемещаются к выгрузной части. Чередованием выемок 4 и выступов 5 на торцевой части дисков 3 при их вращении мелкая (кондиционная) фракция щепы легко разрыхляется и проходит вниз через зазоры, образованные поверхностями смежных дисков 3 и валов 2, а крупная фракция выводится к выгрузной части устройства. Выемки и выступы на торцевой поверхности дисков 3 также способствуют измельчению крупных кусков, что является преимуществом данной конструкции сепарирующего устройства.
1 2 3 4 5
Рис.4. Дисковая сортировка: 1 - рама; 2 - валы; 3 - диски; 4 и 5 - участки поверхности дисков с различными коэффициентами трения
Известна также конструкция устройства для разделения древесных отходов, предложенная Всероссийским научно-производственным объединением «Союзнаучдревпром» [3], Дисковая сортировка (рис. 4). Сортировка состоит из установленных в раме 1 параллельных валов 2 с дисками 3, отверстия между которыми являются сортировочными ячейками. Поверхности дисков имеют участки с разными коэффициентами трения, что улучшает сход мелких частиц через ячейки. Недостатком устройства является усложненная конструкция поверхности дисков, которая предполагает ее изготовление из материалов с различающимися коэффициентами трения.
С целью повышения качества фракционного разделения щепы нами разработан дисковый сепаратор принципиальная схема которого представлена на рисунке 5 [4]. Дисковая сортировка состоит из рамы 1, в которой с возможностью вращения установлены в подшипниках восемь параллельных валов 2 с дисками 3 и размещенными между ними дистанционными втулками 4. Диски 3 на смежных валах располагаются в шахматном порядке. Венцы дисков 3 имеют зубчатообразную форму, причем зубья дисков 3 на одном валу смещены относительно друг друга, образуя, таким образом, винтообразную линию по очкам вершин зубьев. А на смежных валах 2 направление смещения зубьев чередуется в обратном направлении. Втулка 4 установлена на валу 2 посредством подшипника. Внутреннее кольцо подшипника установлено на вал 2, а наружное кольцо посажено и закреплено стопорным кольцом во втулке 4. Боковая поверхность втулки 4 имеет рифленую поверхность.
Технологический процесс дискового сепаратора заключается в следующем. Загруженная в бункер некондиционная щепа вращающимися дисками 3 перемещается к его выгрузной части. По мере продвижения масса щепы винтообразным размещением зубьев дисков 3 и таким же чередованием их на дисках смежных валов активно разрыхляется.
Часть сходит вниз на скатную доску и поступает на выгрузной ленточный транспортер. Винтообразным расположением вершин зубьев дисков интенсифицируется процесс сепарации щепы и сход кондиционных частиц вниз через щелевые отверстия (ячейки), образованные зазором между торцовыми и боковыми поверхностями дисков 3 и дистанционных втулок 4 сепаратора. Частицы щепы, размеры которых позволяют проходить вниз через ячейки, отделяются и сходят вниз. А некондиционная часть вращающимися дисками 3 направляется к выгрузной части устройства.
щепа
отходы
2
1
6
кондиция
Рис. 5. Принципиальная схема дискового сепаратора: 1 - рама; 2 - валы; 3 - диски; 4 - дистанционные втулки; 5 - скатная доска;
6 - ленточный транспортер; 7 - цепные передачи; 8 - привод
4
Нагрузка на сепаратор изменялась положением заслонки бункера, частотой вращения дисков, изменением передаточного отношения клиноременной передачи. Максимальный размер проходовой фракции, используемой при приготовлении компоста, принят равным 5 мм.
Рациональные параметры дискового сепаратора
Предварительными исследованиями установлено, что удельная производительность сепаратора и полнота выдачи проходной фракции зависит от диаметра диска, количества и высоты зубьев. Так, при повышении диаметра дисков уменьшается коэффициент «живого сечения» сепарирующего органа и увеличивается металлоемкость, отнесенная к единице его удельной производительности. С другой стороны, при уменьшении диаметра дисков усложняется привод рабочего органа сепаратора. Из вышеизложенного нами выбран диаметр диска - 300 мм.
Высота зуба диска оказывает влияние на удельную производительность сепаратора. С увеличением высоты зуба повышаются разрыхляемость сепарируемого материала и производительность. Однако при высоте зубьев более 60 мм наблюдается прохождение крупных частиц щепы между впадиной зубьев и рифленой втулкой. Поэтому нами выбрана высота зуба 60 мм.
Производительность сепаратора при полноте выделения мелкой фракции Е = 95% зависит от частоты вращения дисков и количества зубьев (рис. 6).
р, т/м2-ч
20----
10
Рис. 6. Зависимость удельной производительности сепаратора от частоты вращения и количества зубьев диска: 1, 2 и 3 - соответственно при числе зубьев 4, 8 и 12
При повышении частоты вращения дисков и количества зубьев удельная производительность возрастает. Значение производительности сепаратора с дисками, имеющими 8 и 12 зубьев, незначительно различается. С учетом сложности изготовления и повышения металлоемкости при увеличении числа зубьев нами выбрано количество зубьев диска, равное 8.
70 75 п, мин-1
Рис. 7. Зависимость удельной производительности (1) и полноты выделения мелкой фракции (2) от частоты вращения дисков
Зависимость удельной производительности дискового сепаратора и полноты выделения проходовой (мелкой) фракции отходов деревообработки от частоты вращения зубчатых дисков с 8 зубьями представлена на рисунке l.
Полнота выделения проходовой фракции плавно снижается при частоте вращения дисков 68-74 об./мин. При частоте вращения дисков более 74 об./мин резко снижается полнота выделения фракции отходов, исходя из этого рациональное значение частоты вращения дисков сепаратора выбрано равным 74 об./мин, удельная производительность сепарирующей поверхности составляет 17 т/м2-ч.
Выводы
Исследованием обоснованы рациональные параметры дискового сепаратора для выделения мелкой фракции из древесной щепы. Bысота зубьев диска - 60 мм, количество зубьев - 8 шт., частота вращения дисков - 74 об./мин, удельная производительность сепаратора -1l т/м2-ч.
Библиография
1. А.с. №1681982. Устройство для сортирования щепы по толщине / Шадилов E.B. М.кл. BG7B1/16; опубл. 0l.10.1991. Б.И. № 3l.
2. Пат. РФ №2142347. Устройство для фракционного разделения древесных отходов. М. кл. BG7B1/16, опубл. 10.12.1999. Б.И. №34.
3. А.с. №1389877. Дисковая сортировка / Котцев С.Г.М.кл. BG7B1/14: опубл. 23.04.19SS. Б.И.
№ 15.
4. Пат. РФ № 2224601 Дисковый сепаратор / Петунов C.B., Дампилов Б.А., Арданов Ч.Е.; опубл. 27.02.2004. Бюл. № б.
Bibliography
1. Inventor's certificate N 16S19S2. A device for sorting chips by thickness / Shadilov E.V. M.kl. B01B1/16; Publ. 0l.10.91. B.I. N 3l.
2. Patent RF N 2142341. A device for fractional separation of wood waste. M. kl. BO1B1/16; Publ. 10.12.1999. B.I. N 34.
3. Inventor's certificate N 13S9S11. Disk sorting / Kottsev S.G.M. kl. BO1 B1/14; Publ. 23.04.19SS. B.I. N 15.
4. Patent RF N 2224601. Disc separator / Petunov S.V., Dampilov B.A., Ardanov Ch.Ye.; Publ. 21.02.2004. Bul. N 6.
