Научная статья на тему 'Основные параметры процесса сепарирования зерна на подсевном решете в центробежно-решетном сепараторе'

Основные параметры процесса сепарирования зерна на подсевном решете в центробежно-решетном сепараторе Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
385
27
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Тарасов Борис Трофимович, Стрикунов Николай Иванович, Леканов Сергей Валерьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Основные параметры процесса сепарирования зерна на подсевном решете в центробежно-решетном сепараторе»

нимального погектарного расхода топлива наилучшие показатели имеет агрегат МТЗ-82 + СП-11 + 2СЗП-З,6 (18,7 м2/с и 0,19 г/м2). Однако применение предваритель-ной культивации требует дополнительного агрегата (Т-4А + КД-6,2), при этом удельный расход топлива (по площади) увеличивается на 0,43 г/м2, и данный вариант посева проигрывает комбинированным агрегатам Т-4А + СКС-7,0 и К-701 + ПК-9,7 в среднем 0,21 и 0,18 г/м2 соответственно,

2. С точки зрения содержания эрозионно-опасных частиц (менее 1 мм) достоверное их увеличение имели на посевах СКС-7,0 с боронованием (26,7%), в остальных вариантах различия были несущественны

(20,3-21,1%).

3. Средняя глубина заделки семян по вариантам посевов СКС-7,0 с боронованием и без, а также ПК-9,7 существенно не отличалась и находилась в пределах 50-3-53,2 мм при вариации 27-30%. На посевах СЗП-3,6 семена заделаны более мелко (36,2 мм) и равномернее (вариация 23,2%).

4. Наибольшее среднее количество всходов получено на посевах СКС-7,0 с боронованием (295,2 шт./м2) и СЗП-3,6 (280,0 шт,/м2), а наилучшая равномерность достигнута в первом случае (вариация 19,6%).

5. На вариантах посевов с максимальной полевой всхожестью (79,4% СКС-7,0 с боронованием и 75,3% СЗП-3,6) получена минимальная сохранность растений к уборке (соответственно 56,9 и 58,4%) против 74,1 и 85,7% на посевах СКС-7,0 и ПК-9,7. Следует отметить большую продук-

тивную кустистость растений пшеницы на полосовых (ПК-9,7) и сплошных посевах (СКС-7,0) в сравнении с рядковым (СЗП-3,6) соответственно 1,32 и 1,28-1,30 против 1,18. - а

6. Наибольшая средняя биологическая урожайность пшеницы получена на посевах ПК-9,7 (12,1 ц/га), а наименьшая -СЗП-3,6 (8,8 ц/га). Определяющее влияние на урожай оказало количество продуктивных стеблей растений к уборке. Значимость массы зерна в колосе была значительно ниже.

7. Различия в содержании протеина по вариантам посевов были незначимы (13,9-14,3%), а по содержанию клейковины преимущество имели посевы ПК-9,7 и СЗП-3,6 (29,8 и 28,4% против 26,3 и 26,5% на посевах СКС-7,0).

8. По результатам определения физиче-

ской урожайности пшеницы (данные хозяйства) на сравниваемых вариантах посевов значимых различий выявить не удалось. Средняя урожайность находилась в пределах от 11,2 ц/га (посев СЗП-3,6) до 11,8 ц/га (посев СКС-7,0). 1

Библиографический список

1. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.; Колос, 1979.-416 с.

2. Митков А.Л., Кардашевский С.В. Статистические методы в сельхозмашиностроении. -М.: Машиностроение, 1978. - 360 с.

3. Монтгомери Д.К. Планирование эксперимента и анализ данных. - Л.: Судостроение, 1980.-382 с.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА СЕПАРИРОВАНИЯ ЗЕРНА НА ПОДСЕВНОМ РЕШЕТЕ В ЦЕНТРОБЕЖНО-РЕШЕТНОМ СЕПАРАТОРЕ

Б.Т. Тарасов, Н.И. Стрикунов, С.В. Леканов . •

Переход на новые интенсивные технологии послеуборочной очистки и сортирования зерна, как показывает опыт последних 20-30 лет, непосредственно связан с использованием поля центробежных сил для интенсификации сепарирования. В нашей стране это направление интенсификации сепарирования реализуется в блоке

центробежно-вибрационных сепараторов (БЦС), за рубежом - в сепараторах типа ’’Уеггісіеап” (Дания) и других. :йО

Отличительной особенностью разрабатываемого на кафедре сельскохозяйственных машин АГ АУ центробежнорешетного сепаратора (ЦРС) является то, что в нем движение сепарируемого мате-

риала относительно цилиндрического решета обеспечивается не за счет действия сил веса и вибраций (как это имеет место в БЦС) и не за счет внутреннего быстровра-щающегося шнека-ротора (как у «Уеііісіеап»), а благодаря использованию внутреннего медленно вращающегося пластинчатого барабана, что обеспечивает перемещение зернового материала относительно решета при значительно меньшей энергоемкости процесса сепарирования в сравнении с «УегІІсІеап».

В сравнении же с БЦС рабочий процесс в ЦРС протекает без применения вибраций решета. Кроме того, ЦРС при использовании решета с круглыми отверстиями (с! = 5,25 мм) обеспечивает отделение 75-80% овсюга от пшеницы, что достаточно при очистке продовольственного зерна. Вследствие этой особенности исследование рабочего процесса ЦРС проводилось в основном на очистке зерна от крупных и длинных примесей [6]. Однако исследований работы подсевных решет в ЦРС проведено очень мало, хотя испытания опытного центробежно-решетного ворохоочи-стителя (изготовленного в мастерских ОПКБ АНИИЗиС СО РАСХН) показали высокую интенсивность сепарирования и на подсевных решетах. Поэтому возникает необходимость найти рациональные параметры процесса сепарирования на подсевных решетах.

Для нормального протекания процесса сепарации на решете необходимо обеспечить следующие основные условия:

1) перемещение (скольжение) зернового материала;

2) приток посредством проникновения частиц проходовой фракции через поры слоя из его толщи непосредственно на поверхность решета;

3) скорость скольжения зерна по решету не должна превышать критическую скорость;

4) удаление (вывод) зерен сходовой фракции с поверхности решета.

Первое и четвертое из этих условий легко обеспечивается за счет разности скоростей вращения решета и барабана (ор-С0б) и действия центробежных сил и сил веса частиц зернового материала.

На основании проведенных ранее исследований процесса сепарации на зерновых решетах установлено рациональное

тп

соотношение скоростей вращения:—— =

0,5-0,53. Это соотношение должно быть выполнено и для подсевных решет, поскольку пластинчатый барабан для зернового и подсевного решет представляет единый ротор, хотя расстановка и параметры пластин барабана для этих решет могут и различаться. Радиальный зазор между кромкой пластин барабана и внутренней поверхностью решета определяет толщину “активного слоя” Ьа. Для зернового решета ЦРС, по данным исследований, Ьа = 10-11 мм. Для подсевных решет (с круглыми отверстиями) фактическая скорость скольжения зерна по решету может превышать критическую скорость. Проблемы критической скорости для зерновых решет при указанных значениях соотношения соб/сор и Ьа нет. Но она возникает для решет подсевных. Решение ее возможно двумя путями: либо использовать овальные отверстия вместо круглых (как это применяется в «УеИ;1с1еап»), либо увеличить толщину активного слоя до предельно допустимой. Исследования свойств гранулированных материалов показывает, что толщина зоны сдвига в материале составляет 5-6 диаметров частиц [2], а скорость относительного скольжения элементарных слоев изменяется линейно по толщине зоны сдвига. Аналогичные результаты получены в исследованиях А.Н. Семенова и его сотрудников на зерновых материалах. Поэтому должно быть Ьа < 64 где <1 - средний диаметр частицы. Отсюда вытекает, что для очистки от мелких примесей таких семян, как просо, горчица и т.п. потребуется сменные пластины барабана, поскольку создать простую конструкцию барабана с изменяемым зазором Ьа, но без сменных пластин затруднительно.

Перемешивание зернового материала в активном слое при сепарации в ЦРС исключено. Поэтому приток проходовых частиц из толщи зернового материала к поверхности решета возможен только через поры между частицами этого слоя. Оценим величину этих пор. Поверхность

решета сепаратора для частиц слоя зернового материала, примыкающего к поверхности этого решета, является своеобразной границей, стенкой. Исследование локальной пористости и упорядоченности расположения частиц показывает, что упорядоченность имеет место для первых трех слоев, считая от стенки, а далее она нарушается [1]. Поэтому для зернового материала в активном слое можно говорить о наличии элементарных слоев. Но поскольку в активном слое имеет место относительное скольжение элементарных слоев зернового материала, то плотность упаковки частиц не может быть высокой. По исследованиям П.Н. Платонова [3], коэффициент плотности укладки частиц К изменяется от Ктах (при покое сыпучего тела) до К™п при относительном перемещении его частиц. При этом коэффициент плотности укладки частиц К связан с пористостью е соотношением К = I - б.

Для пшеницы, по П.Н. Платонову, К^п = 0,580, Ктах = 0,635, чему соответствует Бтах ~ 1 - Кт;п = 0,420. ТаКОЙ ПОрИСТОСТИ соответствует координатное число ]МК (число контактов частицы с соседними) не более 6. При упорядоченной укладке шаров с Ык = 6 диаметр вписанного в пору шара (по А.П. Карнаухову) Эш = 0,7320, где Б - средний диаметр частицы (шара). •.

Средний диаметр поры можно вычислить по формуле [5, с. 45]:

/IV'

d=-D

п 3

In —

. Є)

(1)

где О = 211 - средний диаметр частицы.

Эта формула выведена для модели хаотически расположенных сфер. Для цилиндрических пор теоретическое значение с!п совпадает с истинным [5, с. 41]. Для указанного значения пористости для пшеницы при е = 8тах = 0,420 получим с1п = 0,7680. Исходя из этих оценок размеров пор, можно рассчитывать на возможность проникновения через толщу подвижного зернового слоя частиц проходовой фракции на подсевном решете с размерами частиц до 0,7680, где О - средний диаметр частиц сходовой фракции. Таким образом, “активный слой” зернового материала можно представить как систему элементарных

слоев, являющихся своеобразными “решетами”, размеры “отверстий” (пор) которых близки к рабочим размерам отверстий подсевных решет.

Проведенные испытания центробежнорешетного ворохоочистителя с воздушной очисткой, подсевным и зерновыми решетами подтверждают возможность отделения на подсевном решете частиц такого диапазона размеров. Это подтверждается и экспериментами на лабораторном сепараторе с подсевным решетом (Rp = 0,145 м, отверстия решета d - 3,5 мм).

■ Давление кольцевого зернового слоя на частицы, находящиеся в активном слое, не может существенно затруднять просеивание частиц, потому что этот слой подвижный и имеет место относительное скольжение элементарных слоев. Поэтому там устанавливается динамическая пористость, то есть пористость будет иметь максимальное значение. То, что давление кольцевого слоя не затрудняет сепарацию, подтверждается экспериментальными данными, представленными на графике (рис. 1).

Эксперименты проводились на зерновом решете радиусом Rp = 0,145 м при шр~ const на пшенице. Линейная скорость решета Vp = шр Rp = 2,93 м/с. Скорость вращения барабана относительно скорости вращения решета изменялась как в большую, так и в меньшую стороны. Из графика видно, что при ©б > <*>р интенсивность сепарации выше, чем в случае, когда соб < сор до значения разности скоростей AV = | с0р-соб| Rp ~ 1 м/с. При AV = 1 м/с интенсивности сепарирования становятся равными. При этом показатель кинематического режима барабана Кб = ©б2 R^/g в случае, когда ©б > увеличился в 4,15 раза по сравнению с вариантом, когда Шб < сор, а следовательно во столько же раз увеличилось радиальное давление кольцевого слоя, расположенного между пластинами барабана, на зерна в активном слое.

При вращении барабана, как в случае его тормозящего действия (при Шб < шр), так и при увлекающем действии (при Шб > шр) величина радиального давления кольцевого слоя непосредственно перед пластиной барабана и за ней неодинакова. Благодаря этому при работе сепаратора

создается пульсация радиального давления на активный слой во времени, создающая эффект своеобразной высокочастотной вибрации. Это обеспечивает лучшую подвижность частиц в активном слое, а следовательно, и интенсивную сепарацию. И лишь при ДУ > 1 м/с интенсивность сепарации в случае Шб > сор становится меньше, чем при Об < Шр. Видимо, этой пульсации радиального давления становится недостаточно для разуплотнения зерен активного слоя вследствие возросшего давления на зерно.

Выделение зерен проходо вой фракции из слоя зернового материала, расположенного между пластинами барабана, будет осуществляться также путем проникновения частиц проходовой фракции через поры этого слоя, так как зерновой слой находится в динамическом состоянии и движется вниз (в осевом направлении). Здесь возможны два варианта.

Рис. 1. Изменение удельной просеваемости 0Р центробежного решета в зависимости от разности V скоростей вращения решета и барабана ДV: 1 - соб < сор; 2 - со6> сор

При малом шаге расстановки пластин барабана зерновой материал будет двигаться без инверсии и, следовательно, без перемешивания частиц по толщине слоя, но с увеличением шага расстановки пла-

стин, когда он превысит критическое значение, возникнет потеря устойчивости сыпучего тела и выпирание частиц по плоскостям сдвига. В этом случае будет иметь место перемешивание частиц по толщине

слоя. Критическое отношение длины Ь сдвигаемого слоя, а в нашем случае это будет шаг расстановки пластин Б, к толщине кольцевого слоя Ьб, размещенного между пластинами барабана и находящимся в поле центробежных сил, можно выразить приближенной формулой, рекомендуемой для расчета выгрузки центрифуг [4]:

а *tg

к Ф — + — 4 2

(2)

к /

где Ф - угол внутреннего трения сыпучего материала;

Г - коэффициент трения слоя материала о “пастель” (в нашем случае f=tg ср); л а - эмпирический коэффициент, а = 0,45-0,7.

Нами проведено предварительное экспериментальное моделирование поведения зернового материала между параллельными пластинами в поле сил тяжести. Зерновой материал - пшеница (угол внутреннего трения ф = 30°), шаг расстановки пластин -50 мм. Моделирование проводилось при трех вариантах установки пластин: вертикальное, отклонение от вертикали нижней части пластины на 30° в сторону действия сил трения “постели”, отклонение на 30° от вертикали навстречу действия сил трения “постели”. Получены следующие значения критической толщины слоя Ькр для этих трех вариантов соответственно 20, 15 и 21 мм. Этим значениям Ькр соответствуют эмпирические коэффициенты а: 0,48; 0,64 и

0,46.

Существенное снижение критической толщины слоя в варианте с отклонением пластины в направлении сил трения “постели” фкр = 15 мм, а = 0,64) происходит вследствие “заклинивания” сыпучего тела силами трения “постели” между пластиной и “постелью” и более раннего наступления потери устойчивости сыпучего тела.

Проведенное моделирование позволяет сделать вывод, что с изменением шага расстановки пластин барабана и угла наклона их к радиусу существенно изменится характер поведения зерна в пространстве между пластинами, что приведет к изменению эффективности сепарирования.

Экспериментальные исследования должны выявить, какой из этих возможных режимов (с инверсией или без нее) является более рациональным.

Проведенные исследования на лабораторной установке с подсевным решетом и испытания ворохоочистителя центробежно-решетного показали, что при высоте цилиндра подсевного решета 0,5 м обеспечивается согласование работы подсевного и зернового решет не только по кинематическому режиму, но и по производительности. Поэтому возможна реализация блочно-модульного принципа построения сепараторов на унифицированных блоках. Использование сепаратора в режиме ворохоочистителя или машины первичной очистки зерна потребует только смены решет и режима работы воздушной очистки.

Библиографический список

1. Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. - М.: Химия, 1968.-512 с.

2. Неддерман Р., Лаохакуль К. Толщина зоны сдвига движущихся гранулированных материалов // Механика гранулированных сред: Сб. статей: Пер. с англ. / Сост. И.В. Ширко. - М.: Мир, 1985. - 280 с.

3. Платонов П.Н. Физико-механические свойства зерна как сыпучего тела // Пищевое машиностроение: Сб. науч.-тех. инфор. - М., 1959. - № 14-15.-С. 3-15.

4. Соколов В.И. Центрифугирование. - М.:

Химия, 1976. - 408 с. -Йй?г-

5. Хейфец Л.И., Неймарк А.В. Многофазные процессы в пористых средах. - М.: Химия, 1982.-320 с.

6. Тарасов Б.Т., Стрикунов Н.И., Костюк

B.А. Обоснование технологической схемы центробежного воздушно-решетного ворохоочистителя // Очистка и сортирование семян сельскохозяйственных культур: Сб. науч. тр. / РАСХН. Сиб. отд-ние. - Новосибирск, 1991. -

C. 53-57.

і .

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.