Интенсификация процесса очистки зерна на цилиндрическом подсевном решете

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Интенсификация процесса очистки зерна на цилиндрическом подсевном решете

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

На правах рукописи

Хижников Алексей Александрович

Барнаул 2011



Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, Федоренко Иван Ярославович.

Официальные оппоненты: член-корреспондент Россельхозакадемии, доктор сельскохозяйственных наук Домрачев Виктор Андрианович (ГНУ СибНИИСХ Россельхозакадемии);

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Орлов Алексей Андреевич (ООО "Новосибирсксельмаш").

Ведущее предприятие: ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет».

Защита диссертации состоится «2» июня 2011 года в 900 часов на заседании диссертационного совета в ДМ 006.059.01 при Государственном научном учреждении Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии в зале заседаний Ученого совета ФГОУ ВПО "Алтайский государственный аграрный университет" по адресу: 656049, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98, главный корпус.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах), заверенный гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета: 630501, Новосибирская область, Новосибирский район, р.п. Краснообск, 1, а/я 460, ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СибИМЭ Рос-сельхозакадемии, с авторефератом на сайте

Автореферат разослан «___» апреля 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук В.С. Нестяк.



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основой зерноочистительных агрегатов и комплексов являются машины решетного типа, в которых процесс разделения осуществляется в поле действия сил тяжести. Это обстоятельство сдерживает повышение удельной производительности сепараторов и снижает качество очистки зерна.

Подобные недостатки устранены в центробежных сепараторах, у которых выделение частиц через решетную поверхность происходит под действием инерционных сил, намного превосходящих силы тяжести.

Однако существующие технологические и технические недостатки не позволяют найти широкое применение данным машинам.

Следовательно, разработка технических средств, интенсифицирующих процесс очистки зерна от мелких примесей, является актуальной научно-хозяйственной задачей.

Исследования выполнены в соответствии с темой федеральной программы по научному обеспечению АПК Российской Федерации: шифр 01.02 - «Разработать перспективную систему технологий и машин для производства продукции растениеводства и животноводства на период до 2015 г.»; государственной целевой научно-технической программой - «Техническое перевооружение сельского хозяйства Алтайского края на 2006-2010 годы» от 07.03.2006 г. №11-3С; планом НИР Алтайского государственного аграрного университета - "Разработка энерго-ресурсосберегающих технологий и технических средств для возделывания зерновых культур и послеуборочной обработки зерна".

Цель исследования - интенсификация процесса сепарации зерна на цилиндрическом подсевном решете, имеющем продолговатые отверстия, расположенные под углом к образующей, и внутренний барабан с комбинированными пластинами центробежно-решетного сепаратора.

Объект исследования - процесс сепарации зерновой смеси на подсевном решете в центробежно-решетном сепараторе.

Предмет исследования - закономерности процесса сепарации на подсевном решете с внутренним барабаном центробежно-решетного сепаратора.

Научная гипотеза заключается в том, что интенсифицировать процесс сепарации на подсевном решете с внутренним барабаном центробежно-решетного сепаратора возможно за счет увеличения давления на зерновой материал, ориентации частиц вдоль оси продолговатых отверстий, расположенных под углом, и оптимизации конструктивных параметров.

Методы исследования. Поставленные научные задачи решались на основе теоретических методов исследования, основных законов механики и дифференциального исчисления. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и хозяйственных условиях с применением методов математического моделирования, планирования эксперимента и регрессионного анализа.

Научная новизна исследования:

1. Разработана детерминированная математическая модель процесса движения зерновой смеси между комбинированными пластинами барабана и в активном слое центробежно-решетного сепаратора.

2. Получена вероятностная математическая модель сепарации на подсевном цилиндрическом решете с продолговатыми отверстиями, расположенными под углом к образующей решета и комбинированными пластинами внутреннего барабана центробежно-решетного сепаратора.

3. Установлены закономерности влияния комбинированных пластин внутреннего барабана и цилиндрического решета с продолговатыми отверстиями, наклоненными под углом к образующей, на количественные и качественные показатели процесса разделения зерновой смеси.

Новизна технических решений подтверждена патентом Российской Федерации № 2385775.

Практическая значимость работы: Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили определить рациональные конструктивные и кинематические параметры работы центробежно-решетного сепаратора.

Полученные зависимости могут быть использованы проектно-конструкторскими организациями для создания центробежно-решетных сепараторов с подсевным решетным блоком.

Положения, выносимые на защиту:

Математические модели процесса движения зернового материала на цилиндрическом подсевном решете с внутренним барабаном и процесса сепарации на нем с учетом работы комбинированных пластин и продолговатых отверстий решета, расположенных под углом к образующей.

Экспериментальные закономерности процесса сепарации на подсевном решете, подтверждающие теоретические исследования.

Оптимальные конструктивно-кинематические параметры подсевного решета.

Реализация результатов исследования. Разработанный экспериментальный образец центробежно-решетного сепаратора с подсевным решетом прошел производственную проверку в ООО «Лео» Калманского района Алтайского края.

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены и одобрены: на научно-практических конференциях Алтайского государственного аграрного университета (2006-2010), на V и VI международных научно-практических конференциях - "Аграрная наука сельскому хозяйству" (Барнаул 2010, 2011 г.), на научном семинаре ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии (Новосибирск 2011).

Публикации результатов исследований. По основным положениям диссертационной работы опубликовано шесть научных работ, в том числе патент на изобретение и две статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы, состоящего из 132 наименований (в том числе 17 на иностранном языке) и приложений. Работа изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц и 47 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, ее научная и практическая новизна, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Современное состояние вопроса сепарации зернового материала и задачи исследования" выполнен анализ средств механизации послеуборочной обработки зерна и работ, посвященных процессу сепарирования зерна.

Существует большое количество сепараторов с различными рабочими органами для очистки зерна. Для качественного анализа конструкций нами были разработаны классификации по видам решет и отверстий, применяемых в зерноочистительных машинах.

Трудами основоположников в этой области: Горячкина В.П., Гортинского В.В., Гончарова Е.С., Кожуховского И.Е., Кубышева В.А., Летошнева М.Н. и других исследователей были заложены основы плоско-решетного и центробежного сепарирования, которое является наиболее перспективным.

Вопросам центробежно-решетной очистки зерна посвящены работы: Авдеева Н.Е., Иванова Н.М., Леканова С.В., Стрикунова Н.И., Тарасова Б.Т., Торопова В.Р., Яковлева В.Т. и других ученых, в которых показано на практическую возможность и целесообразность использования сепараторов с вертикальной осью вращения.

Проведенный обзор зерноочистительных устройств установил, что применение ротационного сепаратора с внутренним пластинчатым барабаном и подсевным решетом позволит увеличить производительность и эффективность выделения мелких примесей, а так же исключить из технологического процесса работы вибрацию и существенно повысить надежность машины и упростить ее конструкцию.

В соответствии с поставленной выше целью сформулированы следующие задачи исследования:

1. Установить закономерности основных факторов сепарирования, при очистке зерна на цилиндрическом подсевном решете.

2. Разработать механико-математическую модель процесса движения зернового материала по подсевному решету с пластинчатым барабаном и процесс сепарации на нем с учетом работы комбинированных пластин.

3. Обосновать основные конструктивно-кинематические параметры подсевного решета с продолговатыми отверстиями, расположенными под углом к образующей и внутреннего пластинчатого барабана центробежно-решетного сепаратора и изучить влияние технологических параметров на его работу.

4. Провести хозяйственную проверку сепаратора с подсевным решетом и дать его технико-экономическую оценку.

Во второй главе "Теоретическое исследование процесса сепарации зерновой смеси на цилиндрическом подсевном решете с вертикальной осью вращения" рассмотрен послойный процесс движения зерновой смеси внутри подсевного блока центробежно-решетного сепаратора.

Предварительные опыты показали целесообразность применения комбинированных пластин, состоящих из двух граней: одной, наклоненной под углом 450 к образующей цилиндра, и второй, имеющей радиальное направление. Благодаря дополнительной грани исключается нерабочая зона (находящаяся за наклонной пластиной), откуда мелкие фракции не могут пройти на подсевное решето.

Механико-математическая модель процесса движения зерновой смеси в подсевном блоке рассматривает двухслойное движение: в первом слое - это движение между пластинами барабана, втором - движение зернового материала в активном слое (слой между концами пластин барабана и решетом).

Для построения данной модели нами были приняты следующие допущения:

· рассматриваем только установившийся процесс движения зернового материала;

· коэффициенты трения постоянны и не зависят от окружной скорости решета и барабана;

· смесь принято считать однородной;

· сыпучий материал движется в сепараторе под действием центробежной силы, силы тяжести и силы инерции;

· ускорение частиц, находящихся в кольцевом активном слое и заключенных между пластинами барабана, приняты постоянными и равными ускорению каждого из слоев;

· пластины можно считать параллельными друг другу в радиальном направлении.

Модель движения зерновой смеси по решету показана на рисунке 1. В данной модели входными параметрами являются:

f1 - коэффициент трения зерна о металлическую пластину внутреннего барабана; f0 - коэффициент трения зерна о зерно; fр - коэффициент трения зерна о решето.

сепаратор зерновой смесь барабан

Рисунок 1 - Функциональная модель движения зерновой смеси по подсевному решету



Регулируемые параметры:

S - шаг расстановки пластин на барабане; ?Р и ?Б - угловая скорость вращения решета и барабана; ? - угол наклона пластин барабана; ? - угол наклона продолговатых отверстий решета в сторону, противоположную направлению вращения; Q - подача зерновой смеси.

Выходными параметрами являются:

? - коэффициент трансформации силового давления; aZA, aZБ - ускорение движения зерновой смеси в осевом направлении в активном слое и между пластинами барабана соответственно; ? - угол между вектором силы трения активного слоя о решето и горизонтом; ?П (постели)- угол наклона силы трения слоя зерна, заключенного между пластинами об активный слой относительно горизонта.

Силы, действующие на сыпучее тело между комбинированными пластинами барабана (рис. 2):



Рисунок 2 - Схема сил для слоя, заключенного между пластинами барабана -центробежная сила инерции; -центробежная сила инерции в выделенном элементе при действии на него активного слоя; - сила инерции, действующая на сыпучие тело между пластинами барабана в осевом направлении: - масса зернового слоя; - осевое ускорение; , - нормальная реакция радиальной и наклонной пластин;, - силы трения зерновой массы о грани пластины(- коэффициент трения зерна о пластину);- нормальная реакция зерновой массы активного слоя;- сила трения элемента зерновой смеси, заключенного между пластинами барабана о зерновую массу активного слоя (- коэффициент трения зерна о зерно);- сила тяжести зернового слоя, заключенного между пластинами барабана: mБ - масса зерновой смеси между пластинами барабана;g - ускорение свободного падения.- сила тяжести зернового слоя, заключенного между пластинами барабана с учетом действия сил от активного слоя:m2 - масса зерновой смеси между пластинами барабана во втором выделенном элементе. - нормальная реакция решета; - сила тяжести выделенного элемента в активном слое.



Нормальная реакция пластины будет равна:

, (1)

Где - толщина зернового слоя между пластинами барабана;

- коэффициент подвижности.

Величина центробежной силы:

, (2)

Где - масса зерновой смеси между пластинами барабана;

- площадь поперечного сечения элемента между пластинами барабана;

- высота выделенного элемента;

- угловая скорость пластинчатого барабана;

- средний радиус пластинчатого барабана;

- объемная масса зерновой смеси.

Для определения реакций в слое зерна, заключенного между пластинами барабана, составим уравнения равновесия сил:

; (3)

; (4)

. (5)

После преобразования уравнений 3, 4 и их совместного решения с уравнением 5 получим выражение:

(6)

Поделив его на и, решая относительно ?, получим:

, (7)

где В - введенная переменная

; (8)

? - показатель, обратный кинематическому режиму работы пластинчатого барабана, равный:

; (9)

? - отношение нормальной и центробежной сил:

; (10)

R - переменная, введенная для сокращения математической записи:

(11)



Рассмотрим, какие значения может принимать ?, для этого приравняем подкоренное выражение (7) к нулю и найдем ускорение при прочих известных параметрах:

. (12)

Решая систему уравнений, с учетом действия сил от активного слоя, получим ускорение зерновой смеси между пластинами барабана:

(13)

где ? - коэффициент заполнения смесью объема между пластинами барабана:

. (14)

После нахождения ? из выражения (7) при известном ускорении определим угол ?П из уравнения (5), подставив все известные величины и поделив его на :

, (15)

где ?П - угол в горизонтальной плоскости между силой трения зернового материала активного слоя о слой зерна, заключенного между пластинами барабана.

Силы, действующие на выделенный элемент в активном слое подсевного блока (рис. 3):

- сила трения зерновой смеси о решето (-коэффициент трения зерна о решето);

- нормальная реакция решета;

- центробежная сила инерции от выделенного элемента; - сила инерции, действующая на сыпучее тело выделенного элемента в осевом направлении (- масса зернового слоя, - осевое ускорение активного слоя);

- сила тяжести выделенного элемента в активном слое,

где - масса зерновой смеси выделенного элемента активного слоя.

Рассмотрим равновесие сыпучего тела в активном слое:

; (16)

; (17)

. (18)

Рисунок 3 - Силы, действующие в активном слое

После преобразований найдем угол между силой трения и горизонтом, он будет равен:

, (19)

где:. (20)

Выразим N0 через и, преобразовав уравнение (18), получим осевое ускорение зернового материала в активном слое:

, (21)

где VБ - объем зерна, находящийся между пластинами барабана;

VА - объем зерна, занимающий активный слой.

Проследим изменение коэффициента трансформации силового давления ?, угла наклона силы трения зерновой смеси активного слоя о зерно между пластинами барабана относительно горизонта ?П, а также угла между силой трения зерна активного слоя о решето в зависимости от шага расстановки пластин на цилиндрическом барабане (рис. 4). С увеличением количества пластин на барабане происходит резкий рост ? и, как следствие, возрастает эффективность очистки зерна.

Интенсивность процесса сепарации на решете будет зависеть от скорости прохода мелкой фракции сквозь слои зерна к решету - сегрегация.



Рисунок 4 - Изменение коэффициента трансформации силового давления ?, угла ?П и угла ? в зависимости от шага расстановки пластин на барабане. Величина угловой скорости решета и коэффициенты трения - постоянны.

Таким образом, полноту выделения через решето можем представить однослойной моделью и выразить формулой:

, (22)

где ? - среднее время продвижения проходовой частицы по толщине общего кольцевого зернового слоя, т.е. среднее время пребывания проходовой частицы в общем зерновом слое от момента вступления этого общего слоя на начало решета до момента подхода проходовой частицы к сепарирующей поверхности;

- полнота выделения мелких примесей, определяемая экспериментально;

? - средний путь, пройденный частицей от момента поступления в подсевной блок до прохода через решето.

Зная значения ? и используя выражение (22), проследим за изменением полноты выделения проходовых частиц в зависимости от среднего времени пребывания зерновой смеси в подсевном блоке и различном количестве пластин на решете (рис. 5).

Рисунок 5 - Изменение полноты выделения проходовых частиц в зависимости от среднего времени пребывания зерновой смеси на решете с различным шагом расстановки пластин на барабане: 1 - 110 мм, 2 - 66 мм, 3 - 55 мм, 4 - 44 мм, 5 - 33 мм. Комбинированные пластины с ?=450; ?=50; Q=26,38 т/ч?м2; W=14 %; 2,2?16 мм; ?р=15,42 с-1 R=0,145 м.

Существенное влияние на процесс движения оказывает коэффициент трансформации силового давления зернового материала ?, который в большей мере зависит от угла наклона комбинированных пластин ? и шага расстановки пластин. Дополнительно на полноту выделения мелких примесей оказывает влияние время пребывания проходовых частиц на сепарирующей поверхности решета ?, и оно должно составлять не менее 1,5 секунды для предварительной очистки и более 2,5 с для первичной.

В третьей главе "Программа и методика экспериментальных исследований" приведена программа, которая включала в себя: 1) изучение влияния комбинированных пластин на процесс сепарации; 2) исследование влияния шага расстановки пластин на барабане на процесс сепарации; 3) опыты по влиянию диаметра отверстий решет на эффективность сепарирования; 4) опыты по изучению влияния рабочих размеров продолговатых отверстий решет на качество сепарирования; 5) исследование влияния угла наклона продолговатых отверстий, относительно оси вращения решета на эффективность выделения мелких примесей; 6) определение рациональных значений угловой скорости вращения барабана и решета; 7) определение просеваемости по высоте цилиндрического решета; 8) опыты по определению влияния засоренности исходного материала на удельную производительность и полноту выделения мелких примесей; 9) производственные испытания центробежно-решетного сепаратора с подсевным решетом, имеющим продолговатые отверстия, наклоненные под углом и внутренним барабаном с комбинированными пластинами и его технико-экономическая оценка.

Представлены приборы и оборудование, использующиеся при проведении опытов, а так же характеристика зернового материала.

Экспериментальная установка состояла из следующих элементов (рис. 6).

Сепаратор работал следующим образом: подготовленная зерновая смесь из бункера 1 через шиберную заслонку поступала в загрузочную горловину 2, далее питатель, вращаясь вместе с конической обечайкой, придавал смеси начальное ускорение и направлял её на пластинчатый барабан и решето. Решето и барабан вращались в одну сторону, но с разными угловыми скоростями, причем скорость решета больше , благодаря приводу. В кольцевом слое материала hа между цилиндрическим подсевным решетом 6 и пластинчатым барабаном 5 происходило относительное скольжение элементарных концентрических слоев. Эти слои образовывали общий активный слой, в котором под действием центробежных сил и сил тяжести происходило разделение зерновой смеси. Комбинированные пластины 7, состояли из наклонной грани 10 (угол наклона 450) и радиальной 9, способствовали активному расслоению смеси. Мелкая фракция проходила сквозь решето 6, а очищенное зерно шло сходом в приемный короб. Подсевное решето 6 для повышения эффективности работы было выполнено из пробивного полотна с продолговатыми отверстиями, расположенными под углом ?=50, с наклоном в противоположную сторону вращения.

Теоретические исследования, а также однофакторные эксперименты позволили выделить факторы, оказывающие наибольшее влияние на процесс сепарации. К ним относятся:

? = f (С0, Q, S, ?р), П = f (С0, Q, S, ?р)

где С0 - исходная засоренность зерновой смеси, %;

Q - подача зерновой смеси, т/(ч?м2);

S - шаг расстановки пластин барабана, мм;

?р - угловая скорость вращения решета, с-1;



Рисунок 6 - Принципиальная схема лабораторной установки: 1 - бункер для зерновой смеси, 2 - загрузочная горловина, 3 - питатель, 4 - коническая обечайка, 5 - внутренний барабан, 6 - подсевное решето, 7 - комбинированные пластины, 8 - пробоотборник, 9 - радиальная грань пластины, 10 - наклонная грань под углом 450, 11 - цилиндрическая щетка.

Оптимизация процессов сепарации относится к числу компромиссных задач, и в качестве параметров оптимизации (откликов) приняты два критерия. Эффективность сепарации:

, (23)

Где Р1 - масса проходовой фракции;

- содержание мелких примесей в проходовой фракции;

Р0 - масса исходного материала;

- содержание мелких примесей в исходном материале.

Потери зерна в отходы:

, (24)

Где - содержание крупной фракции в проходе;

- содержание крупной фракции в исходном материале.

Опыты проводились в трехкратной повторности, по их результатам составлялись уравнения регрессии. Значимость полученных коэффициентов и адекватность модели проверялись по критериям Стьюдента и Фишера с помощью программы "Statistica" на ПК.

В четвертой главе: "Результаты экспериментальных исследований и их анализ" согласно методике были проведены однофакторные эксперименты.

Опыты по изучению влияния шага расстановки пластин на внутреннем барабане на эффективность выделения мелких примесей показывают, что эффективность очистки зерна возрастает при увеличении числа комбинированных пластин на барабане. Так с уменьшением шага расстановки пластин со 110 мм до 44 мм эффективность возрастает, но при этом увеличиваются и потери зерна в отходы. При дальнейшем уменьшении шага эффективность падает, так как на барабане диаметром 270 мм с двадцатью пластинами происходит заклинивание зернового материала между пластинами, и процесс сепарации ухудшается.

Применение комбинированных пластин позволило убрать зону застоя, образующуюся за пластиной, имевшей место, когда пластины были расположены под углом, откуда мелкие примеси не могли подойти к сепарирующей поверхности решета. Также при уменьшении шага расстановки пластин на барабане происходит рост коэффициента трансформации силового давления, что тесно связано с эффективностью выделения мелких примесей в центробежно-решетном сепараторе.

Из графика (рис. 7) видно, что рациональным шагом расстановки пластин следует считать S= 44 мм, он соответствует 15 комбинированным пластинам на барабане лабораторной установки.

Рисунок 7 - Влияние шага расстановки пластин барабана на эффективность выделения мелких примесей Комбинированные пластины с ?=450; ?р=15,42 с-1; o 3,6 мм; Q=26,38 т/(м2?ч); С0=4 %.

Нами была выдвинута гипотеза, что при работе центробежно-решетного сепаратора зерновой материал (под действием центробежных сил и сил тяжести) движется по цилиндрическому решету под некоторым углом, отклоненным от вертикали. Для подтверждения этого положения были изготовлены цилиндрические решета с углами наклона продолговатых отверстий относительно образующей цилиндра: 00; 50; 100; 150.



Рисунок 8 - Эффективность выделения мелких примесей и потери зерна в отходы в зависимости от угла наклона отверстий решета от вертикали

Комбинированные пластины с ?=450; ?р=15,42 с-1; Q=26,38 т/(м2?ч); С0=4 %; 2,2?16 мм; S=44 мм.

По графику (рис. 8) видно, что наибольшая эффективность очистки ?=82%, была получена на решете с углом наклона отверстий 50…70 при потерях зерна в отходы П=0,18%. Наклон продолговатых отверстий выбран в сторону, противоположную вращению решета. Опыт подтвердил теоретические исследования, в которых угол ? - угол между силой трения зерновой смеси о решето и горизонтом изменялся от 83 до 880 в диапазоне изменения коэффициента трансформации силового давления 1,04…1,28, что соответствует углу трения 2…70 от вертикальной оси.

Кинематический режим является одним из наиболее значимых факторов, оказывающих влияние на работу центробежно-решетного сепаратора.

Характер изменения эффективности очистки и потерь зерна в отходы от угловой скорости представлен на рисунке 9.



Рисунок 9 - Влияние угловой скорости решета на эффективность выделения мелких примесей и потери зерна в отходы Комбинированные пластины с ?=450; ?=50; Q=26,38 т/ч?м2; С0=4 %; 2,2?16 мм; S=44 мм.

Из анализа результатов следует, что при увеличении угловой скорости до 15,7 с-1 рабочий процесс протекает устойчиво, эффективность очистки зерна возрастает. Однако увеличение угловой скорости свыше 16,2 с-1 приводит к “заклиниванию” зерновой смеси, т.е. прекращению ее движения относительно сепарирующей поверхности. Увеличение угловой скорости приводит к увеличению потерь зерна в отходы, которые достигают значения 0,3% при 16,1 с-1.

Повышение засоренности зернового материала мелкими примесями с 2 до 6% приводит к снижению эффективности очистки с 95 до 73%. Снижение составляло 22%, т.е. на каждый процент увеличения засоренности происходит снижение эффективности на 4,4%.

Многофакторные эксперименты проводились согласно описанной методике, по композиционному симметричному трёхуровневому плану.

Уравнение регрессии в кодированном виде для критерия оптимальности после проверки и удаления незначимых коэффициентов имеет вид:



(24)

Уравнение регрессии в кодированном виде для критерия оптимальности :

(26)

Проанализировав данные уравнения, можно сделать вывод, что наиболее значимым фактором является X2 (?Р)- угловая скорость вращения решета, что показывают коэффициенты при каждом из членов уравнения. Менее других влияет подача зерновой смеси X3 (Q), X1 (С)- засоренность и X4 (S)- шаг расстановки пластин на барабане оказывают равное влияние на процесс очистки зерна.

Рассмотрим график (рис 10) эффективности очистки в зависимости от шага расстановки пластин X4 (S) и угловой скорости X2 (?р) при фиксированном значении подачи на верхнем и засоренности на верхнем уровне X3=1, X1=1.



Рисунок 10 - Поверхность отклика для критерия оптимизации ? - эффективности выделения мелких примесей от X2 (?Р) и X4 (S)

После подстановки фиксированных параметров в первоначальное выражение оно примет следующий вид:

(27)

График четко отражает совместное влияние двух значимых параметров - угловой скорости и шага расстановки пластин, когда сепаратор работает с повышенной засоренностью 6% и удельной подачей около 30 т/ч?м2.

Решая задачу оптимизации на максимум в программе Excel, получили оптимальные значения факторов по эффективности очистки зерна (таблица 1).

Таблица 1. Оптимальные значение факторов по критерию - эффективность очистки зерна

Обозначение	X2 (?Р), с-1	X3 (Q), т/ч	X4 (S), мм
Значение в кодированном виде	0,87	-1,0	0,19
Значение в натуральном виде	16,06	10,31	38

При максимальной засоренности С0=6% были получены значения для угловой скорости вращения решета, подачи зерновой смеси и шага расстановки пластин. При подстановке данных значений максимальная эффективность равна 88,7%, при этом потери зерна в отходы составили 0,24%.

Уравнения эффективности и потерь запишутся в виде:

; (28)

. (29)

При зафиксированных параметрах подачи на нижнем и засоренности на верхнем уровне X3=-1, X1=1. График эффективности очистки в зависимости от шага расстановки пластин X4 (S) и угловой скорости X2 (?р), примет следующий вид (рис. 11), потерь зерна (рис. 12):

Рассматривая совместно графики по требуемым потерям можно найти регулируемые параметры (шаг и угловую скорость) и по ним определить эффективность очистки.

В уборочный период 2009 года в ОАО “Лео” Калманского района была проведена проверка работоспособности экспериментального образца сепаратора. Он включал в себя воздушный кольцевой пневмоканал с осадочной камерой, делительное решето, подсевное решето с пластинчатым барабаном. Решето использовалось с прямоугольными отверстиями 2,2?16, наклоненными под углом 50, а барабан состоял из цилиндра с расположенными по образующей комбинированными пластинами.



Рисунок 11 - Поверхность отклика по критерию оптимальности ? - эффективности выделения мелких примесей от X2 (?Р) и X4 (S)

Рисунок 12 - Поверхность отклика по критерию оптимальности П - потерь зерна в отходы от X2 (?Р) и X4 (S)

Рисунок 13 - Воздушный центробежно-решетный сепаратор на испытаниях



Результаты производственных испытаний воздушного центробежно-решетного сепаратора в ООО «Лео» Калманского района следующие. При очистке пшеницы Алтайская 325 с влажностью 14,5% и содержанием мелких примесей 5,29% полнота выделения составила: 73% - легкие примеси, 79,8% мелкие примеси и общая эффективность очистки - 76,4%. При площади подсевного решета 1,2 м2 производительность составила 32,6 т/ч, а мощность электродвигателей на привод подсевного блока и вентилятора была 1,5 и 7 кВт соответственно. Масса установки 1270 кг.

Центробежно-решетный сепаратор имеет малую металло и энергоемкость в сравнении с машинами, сходными по производительности. Вертикальное расположение подсевного решета и пластинчатого барабана делает данную машину более компактной при высокой производительности.

В пятой главе: "Технико-экономическая оценка центробежно-решетного сепаратора" было проведено сравнение технико-экономических показателей машин предварительной очистки: воздушного центробежно-решетного сепаратора ВЦР- 50 (макетный образец) и машины предварительной очистки МПР - 50С, выпускаемой серийно на предприятии ОАО ГСКБ "Зерноочистка" г. Воронеж.

Ожидаемый годовой экономический эффект от применения центробежно-решетного сепаратора составляет 148 тыс. рублей.



ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Выявлено, что перспективным способом очистки зерна от мелких примесей является применение ротационных цилиндрических решет с вертикальной осью вращения, имеющих производительность в 2,5…3 раза больше, чем плоских подсевных решет. Устойчивость рабочего процесса сепарирования на подсевном решете обеспечивается внутренним пластинчатым барабаном.

2. Установленные закономерности показывают, что эффективность очистки на подсевном решете повышается с уменьшением шага расстановки пластин на барабане от 60 до 38 мм и изменением угла наклона продольной оси отверстия к образующей цилиндра до 100.

3. Разработана механико-математическая модель процесса движения зерновой смеси на подсевном решете с внутренним барабаном, имеющим комбинированные пластины, которая позволила обосновать режимы работы и выявить взаимосвязь основных факторов, влияющих на процесс сепарации. Показатель кинематического режима решета К находится в диапазоне 2,9…3,8.

4. Обоснованы оптимальные параметры сепаратора: шаг расстановки пластин S=44 мм, углы наклона граней комбинированной пластины ?=450 и ?'=00, угол отклонения отверстий на решете ?=50 от вертикали в сторону, обратную вращению. Экспериментальными исследованиями подтверждены теоретические выводы об эффективности применения комбинированных пластин и расположении продолговатых отверстий на решете под углом.

5. Определено, что при увеличении засоренности зерна от 2 до 6% полнота выделения мелких примесей снижается с 95% до 73,4%, при этом потери зерна в отходы не превышают установленные требования.

6. Проведенные производственные испытания макетного образца сепаратора показали, что при производительности 32,6 т/ч полнота выделения мелких примесей из зернового вороха, при допустимом уровне потерь, составляет 79,8%. Центробежно-решетный сепаратор с блоком подсевного решета и при сочетании с воздушным потоком может использоваться в поточных линиях для очистки продовольственного зерна, как машина предварительной очистки. Установлено, что в сравнении с серийно выпускаемой машиной предварительной очистки аналогичного типа годовой экономический эффект составит 148 тыс. рублей на одну машину.



Основные положения диссертации опубликованы в работах

1. Стрикунов, Н.И. Испытания воздушного центробежно-решетного ворохоочистителя с подсевным решетом в хозяйственных условиях [Текст] / Н.И. Стрикунов, Б.Т. Тарасов, А.А. Хижников и др. // Аграрная наука - сельскому хозяйству: сб. тр. междунар. науч.- практ. конф.: в 3 кн. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2006.- Кн. 2. - С. 290-293.

2. Стрикунов, Н.И. Пути совершенствования подсевного решета центробежно-решетного сепаратора [Текст] / Н.И. Стрикунов, Б.Т. Тарасов, А.А. Хижников и др. //Аграрная наука - сельскому хозяйству: сб.тр междунар. науч. - практ. конф.: в 3 кн. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2006.- Кн. 2. С. 293-296.

3. Федоренко, И.Я. К вопросу классификации центробежных сепараторов для очистки зерна [Текст] / И.Я. Федоренко, С.В. Леканов, А.А. Хижников // Аграрная наука -- сельскому хозяйству: сборник статей V Междунар. науч.- практ. конф. (Барнаул, 17-18 марта 2010 г.). Барнаул: Изд-во АГАУ, 2010. Кн. 2.- С. 535-538.

4. Хижников, А.А. Новая поточная линия для очистки зерна и семян Текст А.А. Хижников А.А. Н.И. Стрикунов, // Вестник АГАУ. - 2009. - Вып. №5(55). - С.65-68.

5. Хижников, А.А. Повышение эффективности очистки зерна на подсевном решете центробежно-решетного сепаратора [Текст] /А.А. Хижников, Н.И. Стрикунов // Вестник АГАУ. - 2010. - Вып. №4(66). - С.72-76.

6. Центробежно-решетный сепаратор [Текст] пат. № 2385775 Российской федерации С1 МПК, В 07 В 1/22, В 07 В 9/00. / Б.Т.Тарасов, Н.И. Стрикунов, А.А.Хижников, С.В. Леканов 2009106625/03; заявл. 25.02.2009; опубл. 10.04.2010, Бюл. №10.

Размещено на Allbest.ru

...