CC BY
0С.С. Ямпилов, д-р техн. наук, проф., e-mail: yampilovss@mail.ru В.Б. Балданов, канд. техн. наук, доц. Ж.Б. Цыбенов, канд. техн. наук, доц.
Т.Э. Батоцыренов, аспирант, e-mail: batotsyrenovtimur@gmail.com Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ
УДК 631.362
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ
ЧАСТИЦ ЗЕРНОВОГО МАТЕРИАЛА НА СЕПАРАТОРЕ С КАСКАДОМ РЕШЕТ И УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ВЫДЕЛЕНИЯ КРУПНОЙ ПРИМЕСИ
Статья раскрывает теоретическое описание процесса сепарирования биокомпонентов зернового материала на сепараторе с каскадом решет и устройством для предварительного выделения крупной примеси. Проведенные ранее изыскания каскадного решетного устройства с отверстиями, которые пропускают различные частицы зернового материала в целях повышения результативности очистки зерна от примесей, позволяют выявить новые возможности усиления данного процесса с целью обеспечения требуемых показателей качества работы устройства при его уменьшении массы и габаритов.
Ключевые слова: математическая модель, сепаратор, очистка зерна, каскад решет.
S.S. Yampilov, Dr. Sc. Engineering, Professor V.B. Baldanov, Cand. Sc. Engineering, Associate Professor Zh. B. Tsybenov, Cand. Sc. Engineering, Associate Professor T.E. Batotsyrenov, P.G.
THEORETICAL DESCRIPTION OF THE PROCESS OF SEPARATING THE PARTICLES OF GRAIN MATERIAL ON A CASCADE-SIEVE SEPARATOR WITH A DEVICE FOR PRELIMINARY ISOLATION OF A COARSE IMPURITY
The article reveals a theoretical description of the process of separating the biocomponents of grain material on a cascade- sieve separator with a device for preliminary isolation of coarse impurities. Earlier studies of a cascade sieve device with holes that allow various particles of grain material to pass through in order to increase the efficiency of cleaning grain from impurities make it possible to identify new possibilities for enhancing this process in order to ensure the required performance indicators of the device while reducing its weight and dimensions.
Key words: mathematical model, separator, grain cleaning, cascade of sieves.
1. Теоретическое описание процесса сепарирования биокомпонентов зернового материала сепаратором с каскадом решет и устройством для предварительного выделения крупной примеси
В настоящее время разработаны различные конструкции каскадных решетных сепараторов, которые за одну технологическую операцию на начальном этапе очистки позволяют выделить основное зерно базисных кондиций [1, 2, 3, 4].
Для определения рациональных параметров машины с каскадом решет и устройством для предварительного выделения крупной примеси необходимо представить процесс сепарирования частиц зернового материала с помощью математической модели.
Рассмотрим процесс сепарирования частиц исходного смеси с примесями поступившего на обработку машины с каскадом решет и устройством для предварительного выделения крупной примеси.
Предположим, что исходная зерновая масса включает в себя три группы: первая группа - основное зерно, составляющее около 85 % от массы зерна, поступившего на обработку, а также мелкие и крупные примеси, которые составляют до 15 % от массы зерна, поступившего на обработку.
Согласно конструктивной схеме сепаратор с каскадом решет и устройством для предварительного выделения крупной примеси имеет:
- каскад основных решет (все решета в каскаде имеют один размер отверстий);
- секцию пробивных сит (все сита имеют размер отверстий меньше, чем у основных решет, которые позволяют пропускать частицы мелкой примеси), установленных друг под другом с горизонтальным смещением на величину /;
- секцию предварительного распределения частиц зернового материала, расположенного над каскадом основных решет. Секция предварительного распределения частиц зернового материала состоит из трех решет с отверстиями, пропускающими все частицы зернового материала. Перед вторым основным решетом имеется отверстие размером 11, позволяющее пройти материалу сразу на третье решето;
- секцию доработки зернового материала для выделения крупных и длинных примесей с размерами отверстий меньшими, чем у каскада основных сит, но большими, чем у секции пробивных сит;
- устройство для предварительного выделения крупной примеси, состоящее из приемного бункера и установленных друг под другом зигзагообразно гребенок, изготовленных из прутков стали определенной длины и сваренных параллельно, на одинаковом расстоянии, пропускающих все частицы зернового материала, кроме крупных частиц.
Отличается от всех известных каскадных решетных сепараторов тем, что:
- устройство для предварительного выделения крупной примеси, установленное над сепаратором с каскадом решет, имеет установленные друг под другом зигзагообразно гребенки с размерами щелей, которые позволяют пройти всем биокомпонентам зернового материала, кроме больших и крупных примесей, которые могут забить отверстия основных решет в каскаде. Кроме того, данные гребенки позволяют перераспределить частицы зернового материала в слои, т. е. мелкие примеси при подачи на каскад основных решет должны оказаться в нижних слоях зернового материала;
- секция предварительного распределения частиц зернового материала позволяет загрузить сразу все три решета, при этом уменьшить нагрузку каждого решета секции зерновым материалом, тем самым повысить интенсивность перераспределения частиц в сепараторе, увеличив эффективность работы каскада решет.
Частицы зернового материала при открытой заслонке поступают на сплошную скатную доску, а затем на гребенку. Предположим, что процесс прохода частиц зернового материала через сепарирующие поверхности осуществляется в одинаковых условиях, т. е. сепарирующие поверхности одинаковы (длина каждой сепарирующей поверхности одинакова и размеры зазоров между прутками сепарирующей поверхности одни и те же) и подача зернового материала одна и та же на обе гребенки.
Количество биокомпонентов основного зерна, просеивающегося на второй сепарирующей поверхности устройства, для предварительного выделения крупной примеси определяется формулой:
= - 1-е-^0*2), (1)
где Q° - исходное количество частиц основного зерна; - интенсивность просеивания частиц основного зерна, дм-1; х1 - длина первой сепарирующей поверхности, дм; х2 - длина второй сепарирующей поверхности, дм.
Количество биокомпонентов мелкой примеси, просеивающейся на второй сепарирующей поверхности устройства для предварительного выделения крупной примеси, определяется следующей формулой:
£М = (£П - - е-Мм*2), (2)
где - исходное количество частиц мелкой примеси; дп - интенсивность просеивания частиц мелкой примеси, дм-1; X! - длина первой сепарирующей поверхности, дм; х2 - длина второй сепарирующей поверхности, дм.
Количество биокомпонентов крупной примеси, просеивающейся на второй сепарирующей поверхности, определяется следующей формулой:
£к = (£к - Ске-^*1)(1 - е-^), (3)
где - исходное количество частиц крупной примеси; - интенсивность просеивания частиц крупной примеси, дм-1; X! - длина второй сепарирующей поверхности, дм.
стиц крупной примеси, дм-1; X! - длина первой сепарирующей поверхности, дм; х2 - длина
2. Теоретическое описание процесса сепарирования биокомпонентов зернового материала через секцию предварительного распределения
Количество основного зерна, прошедшего через отверстия гребенок поступает на первый ярус решета секции предварительного распределения. Размер отверстий решета секции предварительного распределения подобран так, что все биокомпоненты зернового материала проходят в отверстия решет. Причем все три решета секции предварительного распределения имеют одинаковые размеры отверстий. На втором ярусе решета секции предварительного распределения имеются отверстия длиной /2. Это позволяет сразу на первом этапе обработки зернового материала распределить его на все решета секции предварительного распределения, т. е. загрузить решета секции предварительного распределения. Количество биокомпонентов основного зерна, прошедшего через первое решето секции предварительного распределения, можно вычислить следующей формулой:
£(пр)(о) = -е-^(пР)г(пр)1, (4)
где г2 - количество биокомпонентов основного зерна, поступившего на первый ярус решета секции предварительного распределения через вторую гребенку; ^^ - интенсивность просеивания частиц основного зерна через решета секции предварительного распределения, дм-2; /(пр)х - длина первого решета секции предварительного распределения, дм.
Количество биокомпонентов основного зерна, которое просеялось через третье решето секции предварительного распределения, определяется формулой:
£(пр)(о) = [(е(пр)(о) - £(пр)(о)г2) + £(пр)(о)] - е-м(°Р)г(пр)з, (5)
где ¿(пр)3 - длина третьего решета секции предварительного распределения, дм.
Аналогично количество биокомпонентов частиц мелкой, короткой примеси, прошедшей через третье решето секции предварительного распределения, можно определить по формуле:
,(пр)(м) _ /"/",.(пр)(п) „(пр)(м)^2"\ I
(прХмХ
£(пР)(м) = ((£1(пР)(м) - £1(пр)(м)^) + £(пр)(м)) - е-^(пр)г(пр)3 . (6)
Количество биокомпонентов крупной примеси, прошедшей через третье решето секции предварительного распределения, можно определить по формуле:
£(пР)(к) = [(£(пР)(к) - £(пР)(к)^2) + £(пР)(к)] - е-М(кР)^пр)3 (7)
(к)
где М(Пр) - интенсивность просеивания частиц крупной примеси через решето секции предварительного распределения.
3. Процесс просеивания биокомпонентов зернового материала
на основных решетах с пробивными ситами
Количество частиц основного биокомпонента, поступившего на первый ярус каскада основных решет с пробивными ситами с малыми размерами отверстий, определили представле-ной ниже формулой:
£(пр)(о) = С(°). (8)
Количество поступивших биокомпонентов основного зерна на п-й ярус пробивных сит с малыми размерами отверстий определяется формулой:
г(у-1)(о) + Дг^ + )(о) + ... + Д^)00, (9)
где Дг(^г)(°) - количество биокомпонентов основного зерна, прошедшего через (п-1) ярус основных решет секции на длине I.
Количество биокомпонентов основного зерна, прошедшего через п-й ярус пробивных сит с малыми размерами отверстий, можно определить по формуле:
47""1)(°) = (4-11)(°) + Д^Т) - е-^«1™-1". (10)
Количество биокомпонентов основного зерна, прошедшего через п-й ярус основных решет секции, можно определить по формуле:
= [(£-11Х°' + - £Г1,М] - е-"?''''", (11)
где /уП - длина п-го яруса основных решет секции.
4. Процесс просеивания биокомпонентов зернового материала
в секции доработки зернового материала
В секции доработки зернового материала установлены друг под другом сита с продольным смещением и с размерами отверстий меньшими, чем у основных сит, но большими, чем у секции пробивных сит. А также ступенчато установлены листы из металла перед каждым ситом секции доработки зернового материала, для того чтобы образовать слой зернового материала на каждом сите секции доработки зернового материала. Длина каждого металлического листа, установленного ступенчато, одинакова и составляет ¿2.
Количество биокомпонентов основного зерна, прошедшего через п-е решето секции доработки зернового материала, определяется следующей формулой:
£^+1)(°) = (г1(у+1)(°) + г^+1)(°) + г(у+1)(°) + ... + г^Г) - е^т*^, (12)
где £(^+1)(°) - количество биокомпонентов основного зерна, прошедшего через (п - 1) решето секции доработки зернового материала, выраженной длиной решета Ь.
Аналогично определим количество биокомпонентов крупной примеси, просеиваемой в секции доработки зернового материала через п-е решето, формулой:
£^+1)(к) = (^+1)(к) + г^+1)(к) + г^+1)(к) + ... + г^1)00) - . (13)
Для проверки математической" модели (6, 11, 13) сепаратора с каскадом решет и устройством для предварительного выделения крупной примеси были проведены эксперименты при следующих условиях, принятых на основе предварительных исследований: расстояние между прутками сепарирующих гребенок, установленных в блоке предварительного распределения, составляет 6,5 мм, угол наклона гребенок к горизонту - 36°; ширина рабочей части сепарирующих гребенок - 300 мм, длина - 155 мм. Каскад основных решет с диаметром отверстий 6,5 мм, размер отверстий сит в секции доработки зернового материала составляет
5 мм, размер отверстий решет в секции предварительного распределения частиц зернового материала - 6,5 мм, в секции пробивных сит - 4,0 мм, количество ярусов решет - 10 шт. Частота колебаний решетного стана - 360 мин-1, угол наклона решет к горизонту —7°, амплитуда колебаний решет - 7,5 мм.
Сопоставление теоретических и экспериментальных зависимостей изменения полноты просеивания компонентов в сепараторе с каскадом решет и устройством для предварительного выделения крупной примеси (рис.) свидетельствуют об адекватности математической модели.
Рисунок - Полнота просеивания биокомпонентов зернового материала по длине нижнего яруса решет
Выводы
Разработана математическая модель процесса разделения частиц зернового материала на сепараторе с каскадом решет и устройством для предварительного выделения крупной примеси.
Анализ сопоставления теоретических кривых и экспериментальных данных показал, что разработанная математическая модель процесса разделения частиц зернового материала на сепараторе с каскадом решет и устройством для предварительного выделения крупной примеси адекватно описывает данный процесс.
Библиография
1. Дондокова Г.Ж. Обоснование основных параметров каскадного решетного сепаратора для очистки зерна со ступенчатым зазором: автореф. ... дис. канд. техн. наук: 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства / Г.Ж. Дондокова; ВСГТУ. - Улан-Удэ, 2007. - 23 с.
2. Дондоков Ю.Ж. Обоснование основных параметров секционного решетного сепаратора для очистки зерна с блоком загрузочных решет: автореф. ... дис. канд. техн. наук: 05.20.01. - Технологии и средства механизации сельского хозяйства / Ю.Ж. Дондоков; ВСГТУ. - Улан-Удэ, 2003. - 22 с.
3. Зюлин А.Н. Сепарация зерна решетами по интенсивности просеивания // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1979. - № 10. - С. 10-12.
4. Ямпилов С.С. Технологическое и техническое обеспечение ресурсо- и энергосберегающих процессов очистки и сортирования зерна и семян. -Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2003. - 262 с.
Bibliography
1. Dondokova G.Zh. Substantiation of the main parameters of a cascade sieve separator for cleaning grain with a stepped gap: author. diss. ... Cand. techn. Sciences: 05.20.01. - Technologies and means of agricultural mechanization / G.Zh. Dondokova; ESSUT. - Ulan-Ude, 2007. - 23 p.
2. Dondokov Yu.Zh. Substantiation of the main parameters of a sectional sieve separator for cleaning grain with a block of loading sieves: author. diss. ... Cand. techn. Sciences: 05.20.01. - Technologies and means of agricultural mechanization / Yu.Zh. Dondokov; ESSUT. - Ulan-Ude, 2003. - 22 p.
3. Zyulin A.N. Grain separation by sieves according to the sifting intensity // Mechanization and electrification of socialist agriculture. - 1979. - N 10. - P. 10-12.
4. Yampilov S.S. Technological and technical support for resource-energy-saving processes of cleaning and sorting of grain and seeds. - Ulan-Ude: Publishing house of ESSUT, 2003. - 262 p.
