CC BY
34
УДК 631.362 Н.И. Стрикунов, С.В. Леканов, С.С. Щербаков, М.Е. Микитюк
N.I. Strikunov, S.V. Lekanov, S.S. Shcherbakov, M.Ye. Mikityuk
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ БЛОКА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РЕШЕТ ЦЕНТРОБЕЖНО-РЕШЕТНОГО СЕПАРАТОРА
THE CALCULATION OF THE MAIN PARAMETERS AND OPERATING MODES OF CYLINDRICAL SIEVE BLOCK OF A CENTRIFUGAL SIEVE SEPARATOR
Ключевые слова: зерновой материал, длинные примеси, мелкие примеси, центробежно-решетный сепаратор, цилиндрическое подсевное решето, цилиндрическое зерновое решето, колосовое решето, цилиндрическая щетка.
Центробежные сепараторы для очистки зерна находят применение в современных технологических линиях. Отечественный и зарубежный опыт применения центробежных сепараторов с горизонтальной и вертикальной осями вращения подтверждает перспективность их использования. Наиболее перспективным направлением является разработка центробежно-решетных сепараторов с вертикальной осью вращения с цилиндрическими подсевным и зерновым решетами. Производительность таких сепараторов значительно выше, чем у плоскорешетных сепараторов. Отличительной особенностью этих машин является отсутствие вибрации, что в значительной мере обеспечивает их надежность в работе. Приведенные расчеты основных параметров решетного блока центро-бежно-решетного сепаратора позволяют оценить конструктивно-кинематические и энергетические характеристики. Расчеты показывают, что имеются еще пути
совершенствования разработанного способа сепарирования и самой конструкции сепаратора.
Keywords: grain material, long impurities, small impurities, centrifugal sieve separator, cylindrical seeding sieve, cylindrical grain sieve, ear sieve, cylindrical brush.
Centrifugal separators for grain cleaning are used in modern production lines. Domestic and foreign experience in the use of centrifugal separators with horizontal and vertical axes of rotation confirms the prospects of their use. The most promising direction is the development of centrifugal sieve separators with a vertical axis of rotation with cylindrical cleaning and grain sieves. The efficiency of such separators is significantly higher than that of flat-mesh separators. A distinctive feature of these machines is the absence of vibration which largely ensures their reliability in operation. The calculations of the main parameters of the sieve block of the centrifugal-sieve separator enable to evaluate the structural, kinematic and energy characteristics. The calculations show that there are still ways to improve the developed separation method and the separator design itself.
Стрикунов Николай Иванович, к.т.н., доцент, ФГБОУ ВО Алтайский ГАУ, г. Барнаул, Российская Федерация, е-mail: [email protected] . Леканов Сергей Валерьевич, к.т.н., доцент, ФГБОУ ДПО АИПКРС АПК, г. Барнаул, Российская Федерация, е-mail: serrg333@ mail.ru. Щербаков Сергей Сергеевич, аспирант, ФГБОУ ВО Алтайский ГАУ, г. Барнаул, Российская Федерация, е-mail: [email protected]. Микитюк Максим Евгеньевич, аспирант, ФГБОУ ВО Алтайский ГАУ, г. Барнаул, Российская Федерация, е-mail: [email protected].
Strikunov Nikolay Ivanovich, Cand. Tech. Sci., Assoc. Prof., Altai State Agricultural University, Barnaul, Russian Federation, e-mail: [email protected]. Lekanov Sergey Valeryevich, Cand. Tech. Sci., Assoc. Prof., Altai Institute of Professional Development of Managers and Specialists of Agricultural Industry Complex, Barnaul, Russian Federation, e-mail: [email protected]. Shcherbakov Sergey Sergeyevich, post-graduate student, Altai State Agricultural University, Barnaul, Russian Federation, e-mail: [email protected]. Mikityuk Maksim Yevgenyevich, post-graduate student, Altai State Agricultural University, Barnaul, Russian Federation, e-mail: [email protected].
Введение
Центробежно-решетный сепаратор с подсевным и зерновым решетами может работать в режиме первичной очистки, а в сочетании с воздушным потоком и в режиме предварительной очистки. Отличительной особенностью сепаратора является высокая производитель-
ность и эффективность очистки зерна на этих режимах с использованием цилиндрических решет: подсевного - с прямоугольными (круглыми) отверстиями, зернового - с круглыми отверстиями.
Использование центробежных решет, обладающих большой удельной производительно-
стью по сравнению с плоскими, наиболее перспективно, они хорошо компонуются с воздушными системами с кольцевыми каналами [4].
Процесс сепарации зерна по длине цилиндрическими решетами с круглыми отверстиями при ориентации зерен в активном слое -наиболее перспективный способ очистки зерна. Использование вибрации в рабочем процессе сепарации зерна усложняет конструкцию машины [1].
Используя поле центробежных сил, а также возможность самоориентации зерен в активном слое, открываются большие перспективы в вопросе интенсификации процесса сепарации зерна по длине цилиндрическими решетами [5, 6].
Основная часть
Проведем расчет основных параметров блока цилиндрических решет - подсевного и зернового.
Подсевное решето.
Исходные данные:
- рабочая высота решета - 0,5 м;
- диаметр решета - 0,6 м;
- общая толщина зернового слоя - 0,04 м;
- диаметр пластинчатого барабана - 0,52 м;
- толщина активного слоя с учетом того, что скорость скольжения зерна по решету была бы меньше критической, ка = 12 мм;
- направление пластин барабана - радиальное;
- количество пластин п = 45 шт.
Вследствие относительного скольжения частиц в зерновом слое между пластинами барабана и в активном слое пористость сыпучего тела будет максимальной [2]. Для эффективного выделения мелких примесей из зернового материала высоту подсевного решета достаточно иметь 0,5 м, а диаметр отверстий решета .-. = ::'■ :е:Е, с прямоугольными отверстиями - 2,0 мм.
Зерновое решето:
- рабочая высота решета - 0,65 м;
- диаметр решета - 0,6 м;
- диаметр отверстий решета = 5,25 мм (первичная очистка), = 6,5 мм (предварительная очистка);
- угол подъема винтовой спирали а = 10°, имеющая по высоте цилиндра два захода, а в нижней части - четыре захода;
- направление пластин барабана Р = 45°.
Для решетного блока принимаем окружную
скорость цилиндрических решет
что соответствует ... = :■ и показателю кинематического режима Кр = 3,59, а соотношение угловых скоростей вращения барабана и решета, соответственно, ^ = 0,5.
В предлагаемой методике использованы формулы для расчета параметров, полученные Б.Т. Тарасовым [7].
Определяем скорость Уг скольжения зерна по рабочей поверхности цилиндрического решета и осевую составляющую этой скорости по формуле:
где Д - радиус цилиндра;
- коэффициент, зависящий от толщины активного слоя, физико-механических свойств зерновой смеси и других факторов;
- - коэффициент скорости, определяемый аналитически.
При кс = 0,25, Ф = 0,715 и а = 10° получим Уг = 0,296 м/с и V, = 0,0515 м/с.
Определяем величину критической скорости ;;'..;... скольжения зерна по рабочей поверхности цилиндрического зернового решета по формуле:
где А - ширина зерновки;
При = 5,25 ■ 10-э м, Д= 0,0036 м по-лучим(Окр= 0,311 м/с.
Таким образом, Уг < ОО^. Необходимые условия для просеивания зерна пшеницы выполняются.
Определяем значение осевой скорости скольжения зерна по колосовому решету в конце цилиндра:
где нк - высота цилиндра колосового решета;
Кк - кинематический показатель режима работы колосового решета.
При Нк = 0,61, коэффициенте трения = и начальной скорости
получим что значительно превышает критическую скорость скольжения зерна по решету с круглыми отверстиями диаметром 10 мм. Поэтому гасители скорости должны быть установлены не только в начале колосового решета, но и в промежуточных точках по его высоте.
Определяем производительность сепаратора (по проходу) по формуле:
1-с0(1-О
vj- = 2,933 ...2,934 м
Q = 3.,6KcnjrDAVny-
с„( 1-0
(5)
где ксп = 0,957 - коэффициент, учитывающий перекрытие рабочей площади решета винтовой спиралью;
о - диаметр цилиндрического решета;
- осевая скорость движения слоя зерна;
- содержание длинных примесей в исходном материале;
А - вес элементарного слоя, д= 2 кг/м:;
:■■ - объемная масса проходной фракции;
- коэффициент, учитывающий расслоение зерновой смеси, ^ = 0,75;
Н - высота цилиндрического решета.
: - средний путь скольжения зерна по решету от момента вступления его в контакт с решетом, до момента просеивания;
■.■■ - угол подъема винтовой спирали.
Определим величину 10 по формуле:
1ГС?2
0 4fi0 (ti—cf0
(6)
где
- эффективный диаметр зерна,
- относительная живая площадь,
При высоте рабочей части цилиндра Н=0,65 М, Ух = 0,0515 м, < = 0,75, а = 10°, 10 = 0,07 н получим (2 = 34,4 т/ч-
Используя полученную формулу, при различных значениях £ можно построить теоретические зависимости (¿¡, от исходной засоренности зернового материала.
Энергетические параметры работы сепаратора.
Мощность, необходимая для привода сепаратора при установившемся режиме:
где - мощность, расходуемая на трение зерна о зерно в активном слое, о рабочую поверхность и в подшипниках, а также трение очистительных щеток о поверхность решета;
Л",.... - мощность, расходуемая на сообщение кинетической энергии;
Л",.. - мощность, расходуемая на выгрузное устройство.
Найдем каждую составляющую энергетических затрат.
Определяем мощность, расходуемую на трение зерна в активном слое и в подшипниках, по формуле:
= (8) к V ШР/ Чд-р
где / - коэффициент трения зерна о зерно;
■■ ,1 - масса элементарного слоя, отнесенная к единице площади;
г - безразмерный параметр, равный отношению радиальной силы Р давления зерновой смеси на частицу к центробежной силе инерции частицы (при вращении ее с угловой скоростью решета);
Г - угол между направлением силы трения зерна о первый элементарный слой и горизонтальной плоскостью;
_, - КПД передачи от двигателя решету;
- КПД замкнутого контура, по которому циркулирует мощность.
N.
тр
л ■ =--:;:[;
^ = 0,5 и соз(3 = 0,97 получим .
Полагаем, что при выходе из сепаратора зерновой материал имеет скорость, равную окружной скорости решета Ур = (м/с), получим:
^ = т1 % (9)
где т1 - секундная масса зернового материала, поступившего в сепаратор.
Мощность Л/Н,у., затрачиваемая на выгрузку зерна и отходов:
= (10)
Суммарная мощность составит менее 1,0 кВт.
Заключение
В настоящее время подавляющее большинство технологических операций очистки зерна
осуществляется с использованием плоскорешетных сепараторов. Значительная часть этих машин имеет несогласованные значения по производительности, повышенному расходу энергии и другим технико-экономическим показателям. Перспективным направлением процесса послеуборочной очистки зерна является использование в достаточной мере поля центробежных сил (центробежно-решетное сепарирование), а в сочетании с воздушным потоком возможности разработанного способа решетного сепарирования расширяются.
Проведенные расчеты основных конструктивно-кинематических параметров позволили обосновать новый способ сепарирования с использованием блока центробежных решет. Для интенсификации работы подсевного и зернового цилиндрических решет необходимо идти по пути усовершенствования конструкции этих решет и применения центробежно-воздушного сепарирования.
/
3
1-4=0 2-4=0,5 3-4=0,75 4-4=1,0 / 2
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 С0
Рис. Изменение производительности сепаратора в зависимости от относительного объемного содержания сходовой фракции в исходном материале и коэффициента расслоения смеси
Рис. 2. Кинематическая схема привода блока цилиндрических решет: 1 - мотор-редуктор; 2 - муфта; 3 - редуктор; 4 - зерновой блок; 5 - подсевной блок; 6 - цилиндрическая щетка; 7 - скребки
Библиографический список
1. А.с 506439 А1 СССР, В07В1/44. Виброцентробежный зерновой сепаратор / Е. С. Гончаров. - № 1927690/28-13; заявл. 04.06.73: опубл. 15.03.76, Бюл. № 10. - 4 с. - Текст: непосредственный.
2. Гячев, А. В. Движение сыпучих материалов в трубах и бункерах / А. В. Гячев. - Москва: Машиностроение, 1968. - 184 с. - Текст: непосредственный.
