CC BY
4
Научная статья УДК 62-881:51-74
Совершенствование конструкции привода машин центробежно-вибрационного сепарирования
Андрей Владимирович Линенко, Булат Радикович Халилов, Тимур Ильдусович Камалов,
Дамир Рифгатович Сыртланов, Ришат Радикович Халилов
Башкирский государственный аграрный университет
Аннотация. В статье рассмотрены конструкции вибрационного привода виброцентробежных зерновых сепараторов, возможности повышения их эффективности. Представленные кинематические схемы вибрационных приводов построены на базе линейного асинхронного электропривода. Данные решения дают широкие возможности регулирования параметров колебаний рабочего органа, повышения энергетической эффективности и характеристик надёжности, открывают дальнейшие перспективы повышения эффективности сепарирования.
Ключевые слова: очистка, зерно, рабочий орган, линейный двигатель, индуктор, вторичный элемент.
Для цитирования: Совершенствование конструкции привода машин центробежно-вибрационного сепарирования / А.В. Линенко, Б.Р. Халилов, Т.И. Камалов [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6 (92). С. 168 - 172.
Original article
Improving of the design of the drive of centrifugal-vibration separation machines
Andrey V. Linenko, Bulat R. Khalilov, Timur I. Kamalov,
Damir R. Syrtlanov, Rishat R. Khalilov
Bashkir State Agrarian University
Abstract. The article discusses the design of the vibration drive of vibrating grain separators, the possibility of increasing their efficiency. The presented kinematic schemes of vibration drives are based on a linear asynchronous electric drive. These solutions provide ample opportunities for regulating the oscillation parameters of the working body, increasing energy efficiency and reliability characteristics, and open up further prospects for improving the efficiency of separation.
Keywords: cleaning; grain; working element; linear motor; inductor; secondary element.
For citation: Improving of the design of the drive of centrifugal-vibration separation machines / A.V. Linenko, B.R. Khalilov, T.I. Kamalov et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 92(6): 168 - 172. (In Russ.).
Концепция аграрной отрасли России направлена на увеличение валового сбора зерновых культур. Данная концепция является важным фактором, определяющим формирование зерновых фондов, обеспечивающих питанием население страны и животноводческий сектор [1].
Обеспечение сохранности собранного зерна, а также его дальнейшая обработка и доведение до товарного состояния в значительной степени зависят от применения определённых средств механизации [2, 3]. Большие трудности с обработкой зерна определяются его высокой начальной влажностью и засорённостью, что обусловливает необходимость применения значительного количества зерноочистительного оборудования, такого как зерновые сепараторы [4 - 6]. Наиболее производительными зерноочистительными машинами являются виброцентробежные зерновые сепараторы (ВЦС), в которых под действием инерционных сил вращательного и колебательного движения происходит интенсивное сепарирование зерновой смеси.
Материал и методы. Существующие конструкции привода колебательного движения рабочего органа ВЦС имеют ряд недостатков,
основными из которых являются низкая надёжность вследствие передачи больших динамических усилий на элементы привода, отсутствие возможности регулирования параметров колебаний рабочего органа без остановки технологического процесса, что приводит к простоям оборудования и увеличению удельных затрат на обработку зерна [7, 8].
Решение указанных недостатков возможно путём разработки и внедрения новых эффективных технических решений, что обуславливает необходимость проведения соответствующих научно-исследовательских работ.
В процессе рассмотрения данного вопроса был разработан вибрационный привод на базе плоского линейного асинхронного электродвигателя (ЛАД), состоящий из нескольких индукторов и вторичного элемента (кольца), подпружиненного относительно основания с помощью роликов и упругих элементов [7, 8].
При подаче питания на индукторы ЛАД совершается поступательное движение вторичного элемента в вертикальной плоскости, при этом деформируются упругие элементы, расположенные под вторичным элементом.
При отключении индукторов ЛАД от сети за счёт энергии, накопленной в упругих элементах, вторичный элемент возвращается в исходное состояние. Также одновременно с поступательным движением вторичному элементу через шлицевое соединение сообщается вращательное движение от двигателя вращения. Таким образом, обеспечивается вращательно-колебательное движение рабочего органа ВЦС. Такое техническое решение значительно упрощает кинематическую схему колебательного привода, снижает нагрузку на основные узлы и облегчает условия их работы
[9, 10].
Результаты исследования. Дальнейшее повышение технико-экономических показателей ВЦС с ЛАД связано с применением новых технических решений. Например, путём размещения в сквозных симметричных отверстиях кольца подпружиненных дугообразных пластин с возможностью их перемещения в вертикальной плоскости возможно обеспечить колебания рабочего органа без разрыва магнитной цепи индукторов ЛАД с вторичным элементом (кольцом) и исключить явление переходных процессов в приводе.
Устройство работает следующим образом (рис. 1). При подаче напряжения на электродвигатель 12 рабочий орган 14 и вторичный элемент (кольцо) 3 будут совершать вращательное движение вокруг своей оси, передаваемое через шкивы 9, 10 и ременную передачу 11. При подаче напряжения на индукторы 2 рабочий орган 14 и кольцо 3 будут совершать колебательное движение, осуществляемое за счёт бегущего магнитного поля индукторов 2, при этом индукторы ЛАД постоянно подключены к сети.
На уровне индукторов 2 в кольце 3 имеются сквозные симметричные отверстия с подвижными дугообразными пластинами 6, поэтому одновременно с вращательным движением кольцо 3 будет совершать колебательное движение следующим образом: в момент вращения, когда часть кольца 3 без отверстий находится напротив индукторов ЛАД 2, возникает электромагнитная сила, под действием которой кольцо 3 приходит в поступательное движение, например, вниз. При движении кольца 3 упругие элементы 5 сжимаются (рис. 2 А).
По мере вращения кольца 3 наступает момент, при котором симметричные отверстия с подвижными подпружиненными дугообразными пластинами 6 в кольце располагаются симметрично относительно индукторов 2 ЛАД (рис. 3). При этом электромагнитное поле перестаёт оказывать действие на кольцо 3 и начинает влиять на подвижные дугообразные пластины 6. Пластины 6 под действием электромагнитной силы приходят в поступательное движение вниз, при этом сжимаются упругие элементы 7, установленные под
Рис. 1 - Кинематическая схема ВЦС с индукторами ЛАД:
1 - корпус; 2 - индукторы; 3 - кольцо; 4 - ролики; 5, 7 - упругие элементы; 6 - дугообразные подвижные пластины; 8 - основание; 9 - шкив; 10 - ведомый шкив; 11 - клиновые ремни; 12 -электродвигателя вращения; 13 - шлицевое соединение; 14 - рабочий орган
А
Б
Рис. 2 - Положения вторичного элемента (кольца) во время работы ВЦС:
2 - индукторы; 3 - кольцо; 4 - ролики; 5, 7 -упругие элементы; 6 - дугообразные подвижные пластины; 8 - основание
пластинами на кольце, в то время как кольцо 3 под действием потенциальной энергии, накопленной в упругих элементах 5, возвращается в исходное состояние (рис. 2 Б), продолжая при этом совершать вращательное движение. Затем часть кольца без отверстий снова располагается напротив индукторов 2, подвижные пластины за счёт потенциальной энергии, накопленной в упругих элементах 7, возвращаются в исходное состояние, и далее описанный процесс повторяется. При этом рабочий орган 16 совершает колебательно-вращательное движение. Подвижные пластины имеют ширину, обеспечивающую их слияние с горизонтальной плоскостью кольца, что исключает явление переходных процессов в приводе и обеспечивает колебание рабочего органа без разрыва магнитной цепи индукторов ЛАД, повышая его энергетические характеристики (рис. 4).
Следующим техническим решением, которое позволит исключить явление переходных процессов в колебательном приводе, является применение дугообразных пластин, связанных между собой направляющими (рис. 5).
Процесс работы данного технического решения аналогичен работе установки, представленной на рисунке 1. Отличие технического решения от вышепредставленного заключается в том, что симметричные пластины 1 связаны между собой подпружиненными относительно осевого вала 3 направляющими 5. Во время работы установки по мере вращения кольца 2 наступает момент, при котором симметричные отверстия с подвижными подпружиненными дугообразными пластинами 1 в кольце располагаются симметрично относительно индукторов 6 ЛАД. При этом электромагнитное поле перестаёт оказывать действие на кольцо 2 и начинает влиять на под-
Рис. 5 - Общий вид колебательного привода:
1 - подвижные дугообразные пластины; 2 -кольцо; 3 - осевой вал; 4 - упругий элемент; 5 - направляющие
Рис. 3 - Разрез по рисунку 1:
2 - индукторы; 3 - кольцо; 6 - дугообразные подвижные пластины
Рис. 4 - Общий вид колебательного привода:
2 - индукторы; 3 - кольцо; 6 - дугообразные подвижные пластины; 7 - упругие элементы
Рис. 6 - Положения вторичного элемента (кольца) во время работы ВЦС:
1 - подвижные дугообразные пластины; 2 -кольцо; 3 - осевой вал; 4, 8 - упругие элементы; 5 - направляющие; 6 - индукторы ЛАД; 7 -ролики
вижные дугообразные пластины 1. Связанные между собой через направляющие 5 пластины 1 под действием электромагнитной силы приходят в поступательное движение вниз, при этом сжимается упругий элемент 4, установленный под направляющими 5 на осевом валу 3, в то время как кольцо 2 под действием потенциальной энергии, накопленной в упругих элементах 8, возвращается в исходное состояние (рис. 6), продолжая при этом совершать вращательное движение. Затем часть кольца 2 без отверстий снова располагается напротив индукторов 6, подвижные пластины 1 за счёт потенциальной энергии, накопленной в упругом элементе 4, расположенном под направляющими 5, возвращаются в исходное состояние, и далее описанный процесс повторяется. При этом рабочий орган 2 совершает колебательно-вращательное движение.
Ширина подвижных пластин обеспечивает их слияние с кольцом в горизонтальной плоскости, что в свою очередь обеспечивает исключение переходных процессов в колебательном приводе.
Дальнейшее повышение технико-экономических показателей ВЦС с ЛАД связано с применением в вибрационном приводе подпружиненного шарнирно-сочленённого механизма, состоящего из нескольких шарнирных соединений и одного упругого элемента (рис. 7).
При подаче напряжения на электродвигатель 5 рабочий орган 2 и кольцо 12 будут совершать вращательное движение вокруг своей оси, передаваемое через шкивы 6, 8, ременную передачу 7 и шлицевое соединение 9.
При подаче напряжения на индукторы 10 рабочий орган 2 и кольцо 12 также будут совершать колебательное движение, осуществляемое за счёт бегущего магнитного поля индукторов 10 и наличия в кольце 12 симметричных сквозных отверстий 13, при этом индукторы ЛАД постоянно подключены к сети. Колебательное движение осуществляется следующим образом: в момент вращения, когда часть кольца 12 без отверстий находится напротив индукторов ЛАД 10, возникает электромагнитная сила, под действием которой кольцо 12 приходит в поступательное движение, например, вниз (рис. 8 А). При движении кольца 12 упругий элемент 3 шарнирно-сочленённого механизма 4 сжимается. По мере вращения кольца 12 наступает момент, при котором симметричные отверстия 13 в кольце располагаются симметрично относительно индукторов 10 ЛАД (рис. 8 Б). При этом электромагнитное поле перестаёт оказывать действие на кольцо 12, и за счёт энергии, накопленной в упругом элементе 3 шарнирно-сочленённого механизма (рис. 9), кольцо возвращается в исходное состояние, продолжая при этом совершать вращательное движение. Далее по мере вращения кольца описанный процесс повторяется.
Рис. 7 - Кинематическая схема ВЦС с индукторами ЛАД:
1 - корпус; 2 - рабочий орган; 3 - упругий элемент; 4 - шарнирно-сочленённый механизм; 5 - электродвигатель; 6, 8 - шкивы; 7 -ремённая передача; 9 - шлицевое соединение; 10 - индукторы; 11 - основание; 12 - кольцо; 13 - симметричные отверстия
А
Б
Рис. 8 - Положения вторичного элемента (кольца) во время работы ВЦС:
10 - индукторы; 11 - основание; 12 - кольцо; 13 - симметричные отверстия
Рис. 9 - Общий вид подпружиненного шарнирно-сочленённого механизма:
3 - упругий элемент; 4 - шарнирно-сочленённый механизм
Предлагаемое техническое решение позволяет за счёт упрощения кинематической схемы привода получить колебательные движения рабочего органа с повышенными характеристиками надёжности.
Выводы. Рассмотрены пути совершенствования конструкции ВЦС на базе ЛАД за счёт применения в вибрационном приводе новых технических решений. В результате исследования предложены оригинальные конструкции привода ВЦС, которые позволяют получить колебательные движения рабочего органа с улучшенными характеристиками надёжности и энергопотребления и открывают дальнейшие перспективы повышения эффективности сепарирования.
Литература
1. Федоренко В.Ф., Ревякин Е.Л. Зерноочистка - состояние и перспективы. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2006. 204 с.
2. Бутковский В.А. Технологии зерноперерабатываю-щих производств. М.: Интерграф сервис, 1999. 472 с.
3. Повышение производительности дробилки зерна за счёт улучшения сепарации / А.А. Петров, В.А. Шахов, Д.В. Наумов [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 3 (89). С. 159 - 162.
4. Борискин М.А., Гортинский В.В., Демский А.Б. Сепарирующие машины зерноперерабатывающих предприятий. М.: Машиностроение, 1979. 109 с.
5. Галицкий РР, Рудой М.З. Оборудование элеваторов, складов и зерноперерабатывающих предприятий. М.: Колос, 1973.
6. Маслов Г.Г., Юдина Е.М., Ушаков Д.А. Перспективная система механизации возделывания зерновых колосовых культур// Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 5 (79). С. 145 - 148.
7. Линенко А.В., Халилов Б.Р. Прогрессивные пути совершенствования виброцентробежных сепараторов // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2018. № 3 (47). С. 68 - 73.
8. Линенко А.В. Направления совершенствования вибрационных приводов виброцентробежных сепараторов / А.В. Линенко, Б.Р Халилов, Т.И. Камалов [и др.] // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2021. № 1 (57). С. 98 - 104.
9. Пат. 2624702, Российская Федерация, Вибрационная центрифуга / Линенко А.В., Линенко Ю.А., Туктаров М.Ф., Халилов Б.Р.; заявит. и патентооблад. Башкирский ГАУ; 28.07.2020. 6 с.: ил.
10. Experimental vibro-centrifugal grain separator with linear asynchronous electric drive / A.V. Linenko, R.S. Aipov, R.B. Yarullin et al. Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018; 13(S8): 6551- 6557.
Андрей Владимирович Линенко, доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет». Россия, 450001, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34, linenko-bsau@yandex.ru
Булат Радикович Халилов, кандидат технических наук. ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет». Россия, 450001, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34, 79373565758@mail.ru;
Тимур Ильдусович Камалов, кандидат технических наук. доцент. ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет». Россия, 450001, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34, 9876205783@mail.ru;
Дамир Рифгатович Сыртланов, аспирант. ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет». Россия, 450001, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34, damir_syrtlanov@mail.ru
Ришат Радикович, Халилов, аспирант. ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет». Россия, 450001, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34, rishat.halilov@mail.ru
Andrey V. Linenko, Doctor of Technical Sciences, Professor. Bashkir State Agrarian University. 34, 50-let October St., Ufa, Republic of Bashkortostan, 450001, Russia linenko-bsau@yandex.ru
Bulat R. Khalilov, Candidate of Technical Sciences. Bashkir State Agrarian University. 34, 50-let October St., Ufa, Republic of Bashkortostan, 450001, Russia 79373565758@mail.ru
Timur I. Kamalov, Candidate of Technical Sciences. Associate Professor. Bashkir State Agrarian University. 34, 50-let October St., Ufa, Republic of Bashkortostan, 450001, Russia, 9876205783@mail.ru
Damir R. Syrtlanov, postgraduate. Bashkir State Agrarian University. 34, 50-let October St., Ufa, Republic of Bashkortostan, 450001, Russia, damir_syrtlanov@mail.ru
Rishat R. Khalilov, postgraduate. Bashkir State Agrarian University. 34, 50-let October St., Ufa, Republic of
Bashkortostan, 450001, Russia, rishat.halilov@mail.ru
-♦-
