Результаты исследований процесса сепарации льновороха инерционными качающимися решетами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья

на тему: Результаты исследований процесса сепарации льновороха инерционными качающимися решетами

Выполнил:

В.Е. Кругленя

В статье приведены результаты исследований инерционных качающихся решет, показана зависимость их производительности и степени выделения примесей от коэффициента жесткости пружин, частоты и амплитуды колебаний решетного стана, угла направленности колебаний, угла наклона решет и кинематического параметра решетного стана. Приведены уравнения регрессии, описывающие процесс сепарации льновороха инерционными качающимися решетами, а также двумерные сечения области оптимума. Компромисс между удельной производительностью решета и степенью выделения примесей находится в следующих пределах исследуемых факторов: коэффициент жесткости пружин - 1,2-1,6; амплитуда колебаний решетного стана - 10-12 мм; кинематический параметр решетного стана - 2,2-3,4.

The article presents results of research into inertial rocking sieves, shows the dependence of its productivity and admixtures separation degree on the coefficient of springs' stiffness, the frequency and amplitude of sieve vibration, the angle of vibration direction, the angle of sieves' slope and the kinematic parameter of sieves. We have presented equations of regression, which describe the process of separation of flax heap by inertial rocking sieves, as well as two-dimensional sections of the optimum area. Compromise between specific productivity of sieve and the degree of admixtures separation is within the following limits of the examined factors: the coefficient of springs' stiffness - 1.2-1.6; the amplitude of sieve vibration - 10-12 mm; kinematic parameter of sieves - 2.2-3.4.

Введение

Отраслевая научно-техническая программа «Научное обеспечение развития льняной отрасли на 2008-2012 гг.» предусматривает научное обеспечение эффективного производства льняной продукции, достижение урожайности волокна не менее 7-10 ц/га, доли длинного волокна в объеме льняного сырья 50% и более, повышение рентабельности продукции на 25-40%, увеличение выпуска конкурентно способной продукции из льна по параметрам качество-цена, поддержание стратегической безопасности государства [1].

В Белорусской государственной сельскохозяйственной академии разработан решетный стан с инерционными качающимися решетами, который состоит из корпуса и установленных с помощью цилиндрических или рессорных пружин решет [2, 3, 4]. При взаимодействии сил инерции решет и сил жесткости пружин решета получают дополнительные колебания в вертикальной плоскости. Следовательно, увеличивается угол направленности колебаний, приложенный к сепарирующей поверхности, а увеличение этого угла обеспечивает более интенсивное перераспределение компонентов вороха на поверхности решет. Кроме того, частицы движутся с отрывом от поверхности решета при меньших показателях кинематического режима решетного стана, что способствует более интенсивному их выделению на решетах с круглыми отверстиями.

Анализ источников.

При выборе и обосновании интервалов варьирования факторов, влияющих на процесс сепарации, область факторного пространства может задаваться работоспособностью конструкции, возможностью конструктивного исполнения и т.д. В этом случае границы фактора считаются определенными [5].

В большинстве случаев используются теоретические исследования с некоторыми ограничениями, налагаемыми работоспособностью сепаратора, стабильностью и желаемым результатом протекания процесса сепарации.

При определении границ интервалов изменения факторов необходимо также учитывать априорную информацию о влиянии факторов на значения параметров оптимизации.

Факторы, влияющие на производительность решет, можно разделить на три группы [5]: сепарация льноворох решет инерционный

- факторы, непосредственно влияющие на производительность и на процесс движения вороха по поверхности решета: угол наклона решет, угол направленности колебаний, кинематический параметр, амплитуда и частота колебаний, жесткость пружин (частота собственных колебаний пружины);

- факторы, заданные в конструкции: размер решет, размеры отверстий, форма отверстий, площадь рабочей поверхности решет;

- факторы, определяемые обрабатываемым материалом: содержание примесей, влажность компонентов вороха, коэффициент трения и др.

Методы исследования

Для изучения процесса сепарации семенного вороха льна на плоских инерционных колеблющихся решетах, на основании теоретических исследований и априорной информации, нами были выделены следующие факторы: коэффициент жесткости пружин (А_р), частота колебаний решетного стана (щ, с^-1), амплитуда колебаний решетного стана (А, мм), угол направленности колебаний (е, град), угол наклона решет (б, град), кинематический параметр решетного стана (K).

Жесткость пружин изменялась таким образом, чтобы обеспечить коэффициент жесткости пружин А_р в диапазоне от 0 до 2. Нижний предел коэффициента жесткости ограничен абсолютной жесткостью, что соответствует колебаниям решет без использования пружин, а верхний - прочностью пружин.

Значение нижней границы частоты колебаний решетного стана щ на основании анализа существующих конструкций устанавливалось равным 10 с^-1. Значение верхней границы частоты колебаний устанавливалось равным 60 с^-1 или ограничивалось достижением режима резонанса в ходе проведения эксперимента [8, 9].

Амплитуда колебаний решетного стана А является одним из факторов, определяющих кинематический режим работы решета. Значение нижней границы амплитуды колебаний решетного стана устанавливалось равным 0. Значение верхней границы устанавливалось на основании анализа существующих конструкций равным 15 мм или ограничивалось достижением режима резонанса в ходе проведения эксперимента [9].

Угол направленности колебаний ? оказывает значительное влияние на характер движения вороха по поверхности решета. На основании априорной информации пределы изменения угла направленности колебаний составили 0-45є [10, 11]. Угол наклона решет a на основании анализа существующих конструкций изменялся в диапазоне 0-15є [11].

Показатель кинематического режима K является обобщающим фактором, связывающим частоту колебаний решета и их амплитуду. Значение нижней границы интервала варьирования фактора принималось равной единице. Верхняя граница на основании априорной информации [10, 11] устанавливалась равной четырем и уточнялась в ходе эксперимента по значениям параметров оптимизации.

Для оценки количественных показателей работы решета использовалась его удельная производительность q_F (кг/с•м²), а качественных - степень выделения примесей (проходовой фракции) E.

Основная часть.

Процесс сепарации льновороха инерционными качающимися решетами изучался при влажности вороха от 10 до 25%. Исследовался ворох поступающий на нижний решетный стан и включающий 88-93% свободных семян, 5-12% семян сорных растений, 1-4% остатков стеблей и до 0,7% минеральных примесей.

Коэффициент жесткости пружин существенно влияет на удельную производительность решета и степень выделения примесей. Графики зависимости представлены на рис. 1а.

а)

б)

Рис. 1. Графики зависимости удельной производительности решета и степени выделения примесей от коэффициента жесткости пружин (а) и частоты колебаний решетного стана (б)

С увеличением коэффициента жесткости пружин с 0 (решета без пружин) до 2 удельная производительность возрастает в 4,55,3 раза, а степень выделения примесей сначала увеличивается на 14,2-21,9%, достигая максимума при коэффициенте жесткости пружин 0,4-0,6, а затем снижается на 39,544,4%. Таким образом, рациональный коэффициент жесткости пружин находится в пределах от 0,8 до 1,6.

При увеличении частоты колебаний от 10 до 60 с^-1 (рис. 1б) первоначально происходит увеличение удельной производительности решета на 29,4-36,1% с достижением максимума при частоте колебаний 40 с^-1. При дальнейшем увеличении частоты колебаний удельная производительность снижается на 6,8-11,4%. Степень выделения примесей также сначала увеличивается на 38,9-46,0%, достигая максимума при частоте колебаний 40-50 с^-1, а затем начинает незначительно (на 3,8-4,1%) уменьшаться. Следовательно, рациональный диапазон частоты колебаний - 30-60 с^-1.

При увеличении амплитуды колебаний от 3 до 15 мм (рис. 2а) происходит увеличение производительности в 3,9-5,4 раз, степень выделения примесей первоначально увеличивается в 1,7-2,1 раза и достигает максимума при амплитуде колебаний 8-11 мм. При дальнейшем увеличении амплитуды колебаний степень выделения примесей снижается на 8,4-15,0%. Рациональный диапазон амплитуды колебаний находится в пределах 8-15 мм.

а)

б)

Рис. 2. Графики зависимости удельной производительности решета и степени выделения примесей от амплитуды колебаний (а) и угла направленности колебаний (б)

При увеличении угла направленности колебаний от 0 до 45є (рис. 2б) производительность решет увеличивается на 50,066,7%, что связано с увеличением скорости движения материала по поверхности решета. Степень выделения примесей на решетах с круглыми отверстиями увеличивается на 50,869,7%. Это связано с тем, что на решетах с круглыми отверстиями наибольшая ориентирующая способность наблюдается при движении материала с отрывом от поверхности решета. Однако при увеличении угла направленности колебаний более 45є начинается снижение производительности из-за уменьшения дальности полета частиц вороха и степени выделения примесей из-за ухудшения внутрислоевого разделения материала. Рациональный диапазон угла направленности колебаний для решет с круглыми отверстиями находится в пределах 30-45є.

С увеличением угла наклона решета от 0 до 15є (рис. 3а) удельная производительность возрастает в 9,212,8 раза, что связано с увеличением скорости движения материала по решету, а степень выделения примесей снижается в 2,62,8 раза, что связано с уменьшением времени нахождения материала на поверхности решета. Рациональный диапазон угла наклона решет находится в пределах 9-12є.

Кинематический параметр решетного стана оказывает влияние на исследуемые параметры за счет изменения ускорения решета и соответственно частиц материала. Увеличение кинематического параметра решета от 1 до 4 (рис. 3б) приводит к увеличению производительности в 9,1-16,4 раза и снижению степени выделения примесей в 3,2-5,4 раза в результате увеличения скорости движения материала и уменьшения времени контакта частиц с поверхностью решета. Рациональный диапазон кинематического параметра решетного стана находится в пределах 2-3.

а)

б)

Рис. 3. Графики зависимости удельной производительности решета и степени выделения примесей от угла наклона решета (а) и кинематического параметра решетного стана (б)

В результате проведения исследований выявлено, что наиболее значимыми факторами, влияющими на работу инерционных качающихся решет, являются коэффициент жесткости пружин, амплитуда колебаний решетного стана и кинематический параметр решетного стана. Зависимость удельной производительности решет и степени выделения примесей определяется уравнениями регрессии:

(1)

(2)

где A_p - коэффициент жесткости пружин; A - амплитуда колебаний решетного стана, мм; K - кинематический параметр решетного стана.

Изучение поверхности отклика проводилось методом двумерных сечений (рис. 4, 5, 6).

а) б)

Рис. 4. Двумерное сечение поверхности отклика по удельной производительности решета (а) и степени выделения примесей (б) для факторов А_р и А

а) б)

Рис. 5. Двумерное сечение поверхности отклика по удельной производительности решета (а) и степени выделения примесей (б) для факторов А_р и K

а) б)

Рис. 6. Двумерное сечение поверхности отклика по удельной производительности решета (а) и степени выделения примесей (б) для факторов А и K

Анализируя полученные графические зависимости, можно отметить, что компромисс между удельной производительностью решета и степенью выделения примесей находится в следующих пределах исследуемых факторов: коэффициент жесткости пружин - 1,2-1,6; амплитуда колебаний решетного стана - 8-12 мм; кинематический параметр решетного стана - 2,2-3,4.

Заключение

1. В БГСХА разработан решетный стан с инерционными качающимися решетами. При взаимодействии сил инерции решет и сил жесткости пружин решета получают дополнительные колебания в вертикальной плоскости, что обеспечивает более интенсивное перераспределение компонентов вороха и выделение их на решетах с круглыми отверстиями.

2. Наиболее значимыми факторами, влияющими на работу инерционных качающихся решет, являются коэффициент жесткости пружин, амплитуда колебаний решетного стана и кинематический параметр решетного стана. Применение полученных уравнений регрессии позволяет определить зависимость удельной производительности решет и степени выделения примесей от указанных факторов.

3. Анализ полученных зависимостей и двумерные сечения позволяют считать, что компромисс между удельной производительностью решета и степенью выделения примесей находится в следующих пределах исследуемых факторов: коэффициент жесткости пружин - 1,2-1,6; амплитуда колебаний решетного стана - 8-12 мм; кинематический параметр решетного стана - 2,2-3,4.

Литература

1. Научное обеспечение развития льняной отрасли на 2008-2012 гг.: отраслевая научно-техническая программа, утверждена первым заместителем Министра сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь Н.Н. Котковец 08.05.2007 г.

2. Комбинированная молотилка-сепаратор льновороха / В.А. Шаршунов [и др.] // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2004. №11. С. 13-15.

3. Коцуба, В.И. Основы повышения эффективности работы плоских решет / В.И. Коцуба, А.С. Алексеенко // Аграрная наука - сельскому хозяйству: сборник статей V Междунар. науч.-практ. конф., Барнаул, 17-18 марта 2010 г. / АГАУ; редкол.: А.Н. Чеботарев [и др.]. Барнаул, 2010. С. 489-492.

4. Решетный стан: пат. 2437 Респ. Беларусь, МПК B07B 1/36 / В.А. Шаршунов, В.Е. Кругленя, А.Н. Кудрявцев, А.С. Алексеенко, В.И. Коцуба; заявитель В.А. Шаршунов [и др.]. №u20050401; заявл. 30.06.05; опубл. 30.03.05 // Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр інтэлектуал. уласнасці. 2006. №1. С. 201.

5. Решетный стан: пат. 6409 Респ. Беларусь, МПК B07B 1/00 / В.Е. Кругленя, В.И. Коцуба, А.С. Алексеенко, С.Н. Кудрявцев; заявитель УО БГСХА. №u20090874; заявл. 27.10.09; опубл. 30.05.10 // Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр інтэлектуал. уласнасці. 2010. №2.

6. Решетный стан: пат. 4395 Респ. Беларусь, МПК B07B 1/00 / В.Е. Кругленя, А.Н. Кудрявцев, В.И. Коцуба, А.С. Алексеенко, С.Н. Кудрявцев; заявитель УО БГСХА. №u20070668; заявл. 21.09.07; опубл. 30.03.08 // Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр інтэлектуал. уласнасці. 2008. №1.

7. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. Л.: Колос, 1980. 168 с.

8. Машины для послеуборочной обработки зерна: учеб. пособие / Б.С. Окнин [и др.]. М.: Агропромиздат, 1987. 238 с.

9. Кулагин, М.С. Механизация послеуборочной обработки и хранения зерна и семян / М.С. Кулагин, В.М. Соловьев, В.С. Желтов. М.: Колос, 1979. 256 с.

10. Таран, А.И. Значение направленности колебаний и выбор кинематического режима для работы плоских решет / А.И. Таран // Тарту, 1959. Вып. 13. С. 99-111. (Сб. науч. тр. / Эстонская СХА).

11. Сельскохозяйственные машины. Теория и технологический расчет / Б.Г. Турбин [и др.]. Л.: Машиностроение, 1967. 584 с.

Размещено на Allbest.ru