CC BY
95
Механизация. Переработка
РЕШЕТА ПРОВОЛОЧНО-СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ С КРУГЛЫМИ ПЕРЕМЫЧКАМИ
И. В. ШЕВЦОВ,
старший преподаватель, Курганская ГСХА им. Т.С.Мальцева
Важнейшим фактором роста урожайности сельскохозяйственных культур является качество семян. Требуемое качество при обработке семенного материала получают путём многократного пропуска через зерноочистительные агрегаты; при этом увеличиваются затраты на обработку, повышаются потери и травмирование семян.
Применяемые в хозяйствах зерноочистительные агрегаты и комплексы для послеуборочной обработки семян зерновых культур выработали свой физический и моральный ресурсы.
Недостатками существующих решетных станов с прямолинейными колебаниями являются неудовлетворительное качество работы подсевных и сортировальных решет из-за низкой ориентирующей способности применяемых плоско-пробивных решет и невысокого коэффициента их «живого сечения».
В Курганской государственной сельскохозяйственной академии и Челябинском государственном агроинженерном университете проводятся исследования по очистке зерна, замене традиционных прямолинейных колебаний решетных станов на круговые и эллиптические и замене существующих сортировальных и подсевных плоскопробивных решет на решета с круглыми перемычками.
На ориентацию частиц относительно отверстий существенное влияние оказывает геометрия продольных перемычек решета. Для увеличения вероятности ориентации частиц относительно отверстий необходимо, чтобы положение частиц на перемычках было неустойчивым. Для этого следует применять перемычки специальной формы [1, 2].
Решетные полотна проволочно-сварной конструкции (рис. 1) обладают достаточной жесткостью продольных перемычек, постоянным рабочим размером и большой длиной отверстия, что немаловажно для качественного процесса сепарации. Это обеспечено за счет поперечных перемычек круглой формы, которые жестко соединены с продольными перемычками посредством контактной сварки. Конструкция таких решетных полотен позво-
The major factor of growth of productivity of agricultural crops is quality of seeds. Demanded quality at processing a seed material receive by the repeated miss through cleaning units; thus expenses for processing increase, losses of seeds raise.
ляет устанавливать их в решетные станы существующих зерноочистительных машин. Данные решетные полотна за счет продольных перемычек круглой формы создают неустойчивое положение частиц зерновой смеси и увеличивают вероятность их ориентации относительно отвер-
Механизация. Переработка
стия. При диаметре перемычки 1,6 мм длина отверстия составляет 60 мм. Это в 2-4 раза (в зависимости от рабочего размера) больше, чем у плоско-пробивного решета, что в значительной степени сокращает число ударов частиц о поперечные перемычки [3].
Рис. 1. Предлагаемые решета проволочно-сварной конструкции с круглыми перемычками
К недостаткам решет проволочно-сварной конструкции следует отнести наличие поперечных перемычек, расположенных перпендикулярно продольным. В момент встречи щеток механизма очистки с перемычками происходит нарушение кинематического режима работы решетного полотна, что снижает эффективность процесса разделения зерновой смеси.
На рисунке 1б показано решетное полотно проволочно-сварной конструкции с У-образными поперечными перемычками круглой формы, которые исключают ударные нагрузки на решетное полотно [4]. Щетки механизма очистки решетных полотен, перемещаясь поджатыми снизу решетами, имеют непрерывный точечный контакт с промежуточными перемычками. Это обеспечивает стабильность колебаний и долговечность решетных полотен.
Сравнительные испытания предлагаемых и
плоско-пробивных решет проводились на базе зерноочистительного агрегата ЗАВ-40. Полнота выделения мелких примесей е на предлагаемых решетах выше на 15... 18 % в зависимости от начальной нагрузки (рис. 2).
Данные решетные полотна обладают условиями для самопроизвольной ориентации частиц, травмируют в 1,5.2,0 раза меньше семян, чем стандартные штампованные, при одинаковых режимах работы. Наряду с этим наблюдается уменьшение количества травм в области эндосперма и зародыша (соответственно в 2,0.2,5 и 2,5...3,5 раза). Меньшее травмирование семян на решетах с круглыми перемычками обусловлено уменьшением удельных контактных напряжений за счет увеличения радиусов кривизны поверхностей, контактирующих с зерновками [2].
В Курганской государственной сельскохо-
в,Д .
ед
0,4ч
0.2-
Механизация. Переработка
/
1/ 2/
40 4,5 5,0 5,5 (>103кг;;ч+м 1 - плоско-пробивное репкто; 2 - проволочи о-сварное решето
Рис. 2. Зависимость полноты выделения от начальной нагрузки на решето
Механизация. Переработка
зяйственной академии им. Т.С.Мальцева разработана поточная линия для изготовления решет проволочно-сварной конструкции, производительность которой позволяет решить вопрос обеспечения большого количества хозяйств в данных высокопроизводительных рабочих органах.
Для проволочно-сварных решет кинематический режим работы существующих зерноочистительных машин не является оптимальным, так как поверхность предлагаемых решет является профилированной, что снижает скорость движения сепарируемого материала.
С целью определения рациональных кинема-
тических режимов работы был создан решетный стан [6, 7] с уменьшающимся динамическим воздействием на сепарируемый материал по мере его (материала) движения (рис. 3).
Решётный стан состоит из короба с решетом, который связан с неподвижной рамой со стороны загрузочной части посредством эксцентрикового механизма привода колебаний, а со стороны разгрузочной части посредством шарниров. При вращении эксцентрикового вала короб совершает круговое колебательное движение в плоскости решета, причем амплитуда поперечных колебаний уменьшается от величины эксцентриситета до 0 в
шарнирах, продольные колебания постоянные и равны величине эксцентриситета. Принцип работы решетного стана осуществляется следующим образом. Исходная зерновая смесь подается на начало неперфорированной поверхности, где под действием колебательного движения слой приобретает вибросжиженное состояние, приводящее к перераспределению частиц по крупности и плотности и безотрывному движению частиц по на- клонной плоскости. Используя круговые колебания для решет с цилиндрическими перемычками и установив рациональные параметры системы, можно повысить производительность, качество очистки зерна и надежность зерноочистительных машин. Цель и методика исследований Целью нашего исследования стало обоснование расчётных схем и разработка математичес-
кои модели процесса сепарации зернового материала на решётном стане с уменьшающимся динамическим воздействием по длине решета, а также определение влияния кинематических параметров работы решётного стана на удельную просеваемость.
На рисунке 4 представлена расчётная схема движения частицы по решету и прохождения её через отверстие решета с круглыми перемычка-
Механизация. Переработка
жения материала по решету и просеивания прохо-довых частиц через отверстие решета приняты допущения: 1) мелкие фракции вороха - частицы сферической формы с эквивалентным диаметром; 2) зерновка пшеницы - эллипсоид; 3) удар частицы о перемычку оцениваем как частично упругиИ, характеризуемый коэффициентом восстановления скорости к по Л - гипотезе.
Решето с частицеИ рассматриваем в сечении,
ГТ^ ІЛ ПАИ ТТТТТҐХ г
птпилл/Г ало
ГГА1ЛРЛ
ИРТТАТТТ>Т1\ТЛ_
ш2
1ІЕ = Д:: 11т IV Ир Иг
1^ 72*19*10*5*5 =342000
Рис. 4. Расчетная схема движения частицы в момент приближения к решету
связана подвижная система координат хо1у. Ось о1х направлена поперек решета по его поверхности. Ось о1у направлена перпендикулярно решету. Решето совершает колебания вдоль оси х. Движение центра тяжести частицы рассматриваем относительно криволинеИных траектории аЬс и кіш безотрывного от перемычки движения центра тяжести частицы. Координаты точек а, Ь, с, к, і, и м рассчитываются через размеры перемычек и отверстии решета, форму и размеры частицы. При достижении центром тяжести плоскости решета на линии с-к считаем, что частица просеялась Дифференциальные уравнения движения центра тяжести частицы относительно колеблющеИ-ся поверхности принимают вид:
где 1 - время, с;
о - угловая частота колебаний, ;
8 - сдвиг фаз между составляющими амплитуды
колебаний вдоль осей х и у, радиан;
- угол наклона касательной в момент времени X к одной из криволинейных траекторий аЬс или к1т безотрывного от перемычки движения центра тяжести частицы;
Механизация. Переработка
1 - с1 = 1,2 мм; 2 - с! = 1,4 мм; 3 - = 1,6 мм;
Рис. 5. Зависимость удельной просеваемости от частоты колебаний
а(х) и Ь(х)
1 - <\ = 1,2 мм; 2 - с1 = 1,4 мм; 3 — с1 = 1,6 мм;
Рис. 6. Зависимость времени просеивания частиц от частоты колебаний
- касательная и нормальная
составляющие амплитуды колебаний перемычки, изменяющиеся по мере движения частицы относительно криволинейных траекторий аЬс и к1т, М;
Полученные уравнения (1) используются для расчета движения центра тяжести частицы. Расчетная программа учитывает все возможные состояния частицы: покой, скольжение, полет, удар о
перемычку и взаимодействие с соседними частицами.
Удельную просеваемость решета можно определить зная число частиц, просеявшихся через одно отверстие, их массу, суммарное время, затраченное на этот процесс, и количество отверстий на 1 м2 решета. От фазы колебаний в момент подхода частицы к краю отверстия (рис. 4), существенно зависит траектория движения частицы,
просеется она или нет, и сколько уйдет времени на этот процесс. Поэтому на каждом кинематическом режиме расчет просеваемости производится через 5 градусов поворота эксцентрикового вала, т.е. 72 раза (пю).
Для каждого положения рассматриваются возможные точки контакта при попадании каждой частицы на решето на участке от оси перемычки до оси отверстия. При диаметре перемычки 1,6 мм до середины отверстия шириной 2,2 мм имеем участок равный 1,9 мм. Задав шаг 0,1 мм, получаем 19 возможных положений - вбрасываний (пх). Кроме этого, учитывая эквивалентный радиус (г) частицы в момент контакта от минимального до максимального, принимаем десять возможных вариантов (пг). Число мест приложения результирующей силы (Б) влияния вышележащих слоев материала (пб) на частицу - пять. Число этих слоев для расчетов также принимается пять. Число вариантов (пв) для расчета просеваемости одного отверстия получается 342000 шт. Для расчетов принимается, что все частицы являются проходо-выми и их толщина (эквивалентный диаметр) равна 2,0 мм.
После расчета более 100000 траекторий частиц сферической или эллиптической формы определяется просеваемость решета:
Ж = 3,6п п т, кг/ч ■ м2, (2)
7 с оте у у \ '
где Пс - количество частиц, прошедших через одно отверстие в секунду;
Механизация. Переработка
потв - число отверстий на 1 м2 решета; т - масса тысячи частиц, кг. Предварительные эксперименты на решетном стане, совершающем колебания в своей плоскости, позволили определить рациональные кинематические параметры для решета с продолговатыми отверстиями: амплитуда колебаний А = 1,25 мм; угол наклона решета б = 170; частота колебаний ю = 60.100 с-1. Критериями при выборе выше перечисленных параметров являлись скорость перемещения материала по решету и интенсивность перераспределения частиц в слое. Для расчета просеваемости была выбрана амплитуда колебаний А = 1,25 мм.
В результате расчетов получены зависимости удельной просеваемости проходовых частиц (рис. 5) и времени затраченного на этот процесс от частоты колебаний решетной поверхности (рис. 6). Выводы. Анализ Анализируя результаты теоретических исследований процесса сепарации на решетном стане с уменьшающимся динамическим воздействием на сепарируемый материал по мере его (материала) движения, можно сделать вывод о том, что рациональными являются следующие кинематические и технологические параметры:
- частота колебаний решетного стана, ю. 80-90 с-1
- амплитуда колебаний, А.............. 1,25 мм
- угол наклона решета, б....................170
- диаметр продольной перемычки, d.........1,2мм
Литература
1. Ермольев Ю.И. Интенсификация технологических операций в воздушно-решетных зерноочистительных машинах. - Ростов-на-Дону: Изд. центр ДГТУ, 1998. - 496 с.
2. Лапшин И.П., Косилов Н.И. Расчет и проектирование зерноочистительных машин. - Курган.: ГИПП«Зауралье», 2002 -168с.
3. А.С. 1747195 СССР. Решето. / А.А. Лопан, И.В. Шевцов, Ю.Н. Мекшун.1992.
4. А.С. 1706723 СССР. Сито. / А.А. Лопан, А.С. Архипов, И.В. Шевцов, Ю.Н. Мекшун. 1991.
5. Патент Р.Ф. 2161541. Решето. / П.Н. Лапшин, А.С. Архипов, А.А. Лопан, И.П. Лапшин, И.В. Шевцов. 1995.
6. А.с. 1680366 СССР. Решетный стан. /А.А. Лопан, А.В. Фоминых, И.В. Шевцов, Ю.Н. Мекшун. 1991, № 36.
7. Фоминых А.В., Фомина С.В., Мекшун Ю.Н. Решетный стан, совершающий колебания в своей плоскости с переменной амплитудой по длине решета // Сборник научных трудов КрасГАУ - 2005. -№5. - С. 201-205.
