Размещено на http://www.allbest.ru/

Обґрунтування параметрів процесу решітного сепарування зернових сумішей

Решітне сепарування зернових сумішей (ЗС) забезпечує очищення їх від домішок та сортування на фракції. Підготовка якісного насіннєвого і продовольчого матеріалу, зростання обсягів переробки зерна вимагають підвищення ефективності процесу решітного сепарування. Існуючі вібраційні та вібровідцентрові сепаратори не повністю задовольняють зростаючі вимоги виробництва. Сепарування з необхідною якістю забезпечується при недостатній продуктивності сепараторів. Подальше підвищення продуктивності процесу призводить до зниження його якості.

Аналізом досліджень решітного сепарування встановлено, що перспективним напрямком підвищення його ефективності є інтенсифікація внутрішньошарових процесів із застосуванням розпушувачів. Але у відомих роботах відсутні дослідження закономірностей розрихлення шару ЗС розпушувачами, не встановлено вплив пористості на процес сепарування. Таким чином, обґрунтування параметрів процесу решітного сепарування з врахуванням закономірностей пористості ЗС та розробкою нових конструкцій решіт, що його інтенсифікують, є актуальним завданням для розвитку зернопереробної галузі України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у відповідності: з Державною програмою “Виробництво технологічних комплексів машин і обладнання для агропромислового комплексу на період 1998-2005 р.р. Розділ 3 (п.3.8). Техніка для післязбиральної обробки зерна”; з регіональною програмою “Найважливіші проблеми АПК на період 1996-2005 р.р.”; з комплексною темою 1-4 науково-дослідних робіт ХНТУСГ “Розробка та впровадження елементів вібраційно-відцентрових сепараторів для підвищення ефективності їх використання”, на період 1995-2005 р.р.; з комплексною темою наукових досліджень у співробітництві з ВАТ “Завод ім. Фрунзе” “Розробка заходів, направлених на модернізацію та обгрунтування раціональних конструктивних параметрів решітних полотен сепараторів А1-БЦСМ-50(100)”, на період 1997-1999 р.р.; з науково-дослідними роботами “Підвищення ефективності процесу решітного сепарування зернових сумішей” (ДР №0103U007277, 2000-2003 р.р.), “Наукові основи інтенсифікації вібровід-центрового сепарування зернових сумішей” (ДР 0103U004777, 2002-2005 р.р.).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є підвищення питомої продуктивності і якості процесу решітного сепарування ЗС шляхом обґрунтування його параметрів і розробки нових конструкцій решіт.

Для досягнення поставленої мети визначені такі завдання дослідження:

- виконати теоретичні дослідження руху потоку ЗС на розроблених плоских вібраційних і циліндричних вібровідцентрових решетах;

- створити математичні моделі процесів сепарування ЗС розробленими плоскими вібраційними та циліндричними вібровідцентровими решетами;

- виконати комплексне обґрунтування конструктивних параметрів розпушувачів з урахуванням кінематичних режимів роботи решіт, їх питомих завантажень, фізико-механічних властивостей ЗС;

- виконати експериментальні дослідження закономірностей пористості, пошарового руху потоку суміші, внутрішньошарового руху часток, вібров'язкості і визначити ефективність решітного сепарування;

- розробити, виготовити і провести порівняльні з серійними виробничі випробування нових решіт, визначити техніко-економічну ефективність їх застосування;

- впровадити в серійне виробництво розроблені решета.

Об'єкт дослідження: процес сепарування ЗС, зв'язок його з конструктивними, кінематичними параметрами решіт і фізико-механічними властивостями сумішей.

Предмет дослідження: обґрунтування параметрів процесу решітного сепарування ЗС.

Методи дослідження: теоретичні дослідження виконані із застосуванням основних положень механіки суцільних і гетерогенних середовищ, а також теорії швидких рухів гранульованих сипких матеріалів. Розв'язання одержаних рівнянь виконані числовим методом Рунге-Кутта з використанням обчислювальної техніки. Експериментальні дослідження проведені на виготовлених лабораторних установках із застосуванням відеозйомки і тензометрування. Обробка результатів експериментальних досліджень виконана із використанням положень теорії імовірності та математичної статистики. Для визначення оптимального співвідношення значень параметрів процесу застосована методика планування багатофакторного експерименту. Виробничі випробування розроблених решіт виконані у відповідності з методикою випробувань зерноочисних машин.

Наукова новизна одержаних результатів:

- для визначення внутрішньошарової динаміки вперше за допомогою побудованих рівнянь руху потоку ЗС на розроблених плоских вібраційних і циліндричних вібровідцентрових решетах встановлені закономірності пористості і пошарового руху [3,4,5,6,9];

- для управління і розрахунку технологічних показників продуктивності і якості створені математичні моделі процесів сепарування ЗС на розроблених плоских вібраційних і циліндричних вібровідцентрових решетах. В моделях вперше враховані закономірності змінювання пористості ЗС, залежність динамічної вібров'язкості від об'ємної щільності сумішей, відмінність фізико-механічних властивостей часток проходової та сходової фракцій, конструктивні параметри розпушувачів [8,10];

- для оцінки впливу розроблених розпушувачів на продуктивність і якість процесів сепарування набуло подальшого розвитку теоретичне обґрунтування їх конструктивних параметрів на плоских вібраційних і циліндричних вібровідцентрових решетах з урахуванням кінематичних режимів роботи, питомих завантажень і фізико-механічних властивостей ЗС [2,11].

Практичне значення одержаних результатів.

Розроблені вертикальні циліндричні вібровідцентрові решета випробувані і впроваджені на Новопокровському комбінаті хлібопродуктів (Харківська обл., Чугуївський р-н, смт. Новопокровка). Застосування решіт на сепараторі А1-БЦСМ-100 збільшило продуктивність процесу решітного сепарування на 20…25 % і підвищило їх довговічність на 50…70 %. Річний економічний ефект склав 7192 грн.

Створені методики обґрунтування параметрів процесів сепарування ЗС розробленими плоскими вібраційними і вертикальними циліндричними вібровідцентровими решетами впроваджені на ВАТ “Завод ім. Фрунзе” (м.Харків) для застосування при проектуванні решітних полотен. На підставі результатів виробничих випробувань розроблених решіт, починаючи з 2000 р., завод впровадив їх у серійне виробництво. Річна програма випуску 8 тис. штук з економічним ефектом 128 тис. грн.

Розроблено експериментальний метод визначення вібров'язкості псевдозріджених ЗС.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи здобувачем отримані особисто. У наукових працях, виконаних у співавторстві, особистий внесок такий: [3,5,6,8] - розроблена математична модель потоку шару ЗС, складені граничні умови, виконано її розв'язання; [9,10] - виконано числове розв'язання математичної моделі та її аналіз, обґрунтовані параметри розпушувачів; [1,2] - участь у виконанні експериментальних досліджень та обробка результатів.

Здобувач приймав безпосередню участь у розробці нових конструкцій решіт [12,13] і впровадженні у виробництво результатів досліджень.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідались: на міжнародній науково-практичній конференції (МНПК) “Стан і перспективи розвитку механізації сільського господарства на рубежі сторіч” (м.Київ, НАУ, 1999 р.), на II МНПК “Проблемы конструирования, производства и эксплуатации сельскохозяйственной техники” (м.Кіровоград, КДТУ,1999 р.), на III МНПК “Сучасні проблеми землеробської механіки” (м.Миколаїв, МДАУ, 2002 р.), на IV, V МНПК “Вібрації в техніці та технологіях” (м.Вінниця, ВДАУ, 2002, 2004 р.р.), на МНПК “Актуальні проблеми інженерної механіки та їх взаємозв'язок з підготовкою фахівців високої кваліфікації” (м.Київ, НАУ,2002 р.), на X МНПК “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (Глеваха, ННЦ ІМЕСГ, 2002 р.), на VI МНПК “Вибрация-2003. Вибрационные машины и технологии” (КДТУ, Курськ, 2003 р.), на щорічних наукових конференціях і МНПК ХНТУСГ (м.Харків, 1999-2005 р.р.).

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковано в 11 наукових статтях фахових видань, у тому числі 3 - самостійно. Одержано 2 патенти України.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 193 найменувань і 4 додатків. Повний обсяг дисертації викладено на 265 сторінках комп'ютерного тексту (основна частина 199 сторінок), містить 122 рисунки, 23 таблиці і 4 додатки на 46 сторінках.

Обґрунтована актуальність теми, викладено зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами, сформульовані мета, завдання та представлені методи досліджень, наведено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі наведено аналіз відомих досліджень процесів сепарування ЗС плоскими вібраційними та вібровідцентровими решетами, виконано критичний огляд і порівняння конструкцій пристроїв для інтенсифікації процесу решітного сепарування, запропоновані нові плоскі та циліндричні решета.

Дослідження процесів сепарування проводили: плоскими вібраційними решетами - П.М. Василенко, І.Є. Кожуховський, В.В. Гортинський, П.М. Заїка, Г.Д. Терсков, А.І. Літвінов, А.В. Міняйло, Ю.А. Космовський, Я.І. Лейкін, В.С. Биков, Г.З. Файбушевич та ін.; відцентровими та вібровідцентровими - Н.М. Іванов, Г.Г. Странадко, Н.І. Стрікунов, А.Г. Шуляков, Б.Н. Мельников, Д.І. Мазоренко, Є.С. Гончаров, О.І. Завгородній, П.А. Миронов, Б.І. Котов, Л.М. Тіщенко та ін. Взаємодію суцільних середовищ з робочими органами сільськогосподарських машин досліджували П.М. Заїка, А.С. Кушнарьов, П.С. Берник, В.О. Дубровін, Р.М. Рогатинський та ін.

Підвищення продуктивності процесу супроводжується збільшенням питомого завантаження і товщини шару суміші, що знижує ефективність сепарування. Проходові частинки за час перебування на решеті не встигають виділитись із шару ЗС і досягнути поверхні решета, щоб просіятись через його отвори. Для підвищення ефективності решітного сепарування необхідно інтенсифікувати внутрішньошарові процеси (сегрегацію).

Аналізом досліджень процесів сепарування встановлено, що інтенсивність сегрегації зростає при збільшенні пористості та відносної швидкостіпошарового руху суміші - швидкості зсуву одного елементарного шару відносно другого. Для їх збільшення раціонально застосовувати розпушувачі ЗС, але в літературі відсутні теоретичні дослідження закономірностей пористості, вплив на неї і пошаровий рух сумішей розпушувачів. Запропоновані різними авторами розпушувачі мають недоліки: складну конструкцію; підвищену металомісткість; зменшують термін експлуатації решіт; перемішують ЗС.

Для підвищення питомої продуктивності та якості процесів решітного сепарування шляхом інтенсифікації сегрегації розроблені нові конструкції решіт, на робочій поверхні яких, на поперечних перемичках, закріплені ребра у вигляді навареного металевого дроту або виштампувані продовгуваті рифлі.

При вібраціях решіт запропоновані розпушувачі надають додаткові силові імпульси в ЗС, розпушують її, збільшують швидкість пошарового руху. Крім цього, при взаємодії із зорієнтованими в напрямку руху матеріалу продовгуватими рифлями, зернини, що також орієнтуються відповідно, провертаються навколо своєї довгої вісі, збільшуючи кількість спроб пройти через отвори різними своїми сторонами. Таким чином, необхідно вирішити наукове завдання по обґрунтуванню параметрів процесу сепарування ЗС розробленими решетами.

У другому розділі досліджено закономірності змінювання пористості і пошарового руху ЗС, побудовані математичні моделі процесів сепарування, обґрунтовані конструктивні параметри розпушувачів при сепаруванні розробленими плоскими вібраційними та циліндричними вібровідцентровими решетами.

В основу виразів, що описують рух потоку ЗС покладені рівняння нерозривності і руху сипких гранульованих середовищ. Для плоского вібраційного решета рівняння мають вигляд:

,

,

сепарування зерновий суміш

де -феноменологічний коефіцієнт; ; ; ; f-динамічний коефіцієнт внутрішнього тертя; f0-коефіцієнт внутрішнього тертя при відсутності вібрації; ; ; и-кут нахилу решета до горизонту; в-кут направлення коливань; щкол-циклічна частота коливань решета; rкол-радіус кривошипу віброзбуджувача (амплітуда коливань); y-поточне значення координати в декартовій системі; г1-густина часток несучого потоку; х-швидкість ЗС; -динамічний коефіцієнт в'язкості.

Пористість е ЗС враховується через об'ємну щільність н1, яка являє собою відношення об'єму всіх зерен до об'єму шару, що займають ці зерна, і пов'язана з пористістю залежністю н1=1-е. Чим більша е, тим менша н1 і навпаки.

Рівняння (1) і (2) доповнені граничними умовами:

на поверхні шару У1(y=0)

;

на поверхні серійного решета У2(y=h)

;

на поверхні оребреного решета У2(y=h)

;

на поверхні рифленого решета У2(y=h)

де -нормаль до поверхні решета; -коефіцієнт зовнішнього тертя ковзання зерна по решету; -тензор напружень; -емпіричний коефіцієнт; ; ; Cd -безрозмір-ний коефіцієнт опору ребер і рифлів руху потоку ЗС.

Рівняння руху потоку ЗС на циліндричному вібровідцентровому решеті мають вигляд:

,

де r-поточне значення координати в циліндричній системі; щ -кутова швидкість обертання решета.

Рівняння (7) і (8) доповнені граничними умовами:

на поверхні шару У1(y=0)

;

на поверхні серійного решета У2(r=R2) - аналогічно (4);

на поверхні оребреного циліндричного решета У2(r=R2)

;

на поверхні рифленого циліндричного решета У2(r=R2)

.

Числовим рішенням рівнянь отримані залежності об'ємної щільності, пористості, швидкості ЗС по глибині шару від кінематичних параметрів решіт, їх питомих завантажень, конструктивних параметрів розпушувачів.

Глибина шару ЗС визначається безрозмірною величиною y*=y/h - для плоского решета та r*=(r-R1)/(R2-R1) - для циліндричного. Вільній поверхні шару відповідають y*=0, r*=0, а поверхням решіт y*=1, r*=1.

Аналізом залежностей встановлено, що пористість е та швидкість х зменшуються з глибиною і характер цих залежностей нелінійний. Застосування розпушувачів ЗС збільшує та вирівнює по глибині шару пористість е. Середня швидкість потоку ЗС незначно зменшується, але градієнт швидкості по глибині шару grad х, який характеризує швидкість пошарового руху, збільшується (рис.4).

Для обґрунтування параметрів процесу сепарування розробленими решетами, визначення траєкторій і швидкостей переміщення частинок в шарі, побудовані математичні моделі процесу сепарування плоским вібраційним і циліндричним вібровідцентровим решетами. При розробці моделей використані загальні рівняння гетерогенних середовищ. Розв'язання рівнянь зведено до виразів, що визначають нормальну u і повздовжню w складові відносної швидкості руху проходової частки в шарі ЗС:

- при сепаруванні плоским решетом

- циліндричним вібровідцентровим

,

де -функція Хевісайда; ;

; t-час; x-поточне значення координати в декартовій системі; г2-густина проходових часток; K-емпіричний коефіцієнт опору руху частки; aчаст-еквівалентний радіус проходової частки; z-поточне значення координати в циліндричній системі.

За одержаними залежностями розрахунковим шляхом досліджено вплив кінематичних параметрів решіт, конструктивних параметрів розпушувачів, питомого завантаження, фізико-механічних властивостей ЗС на траєкторії проходових частинок в шарі суміші, величини нормальної u і повздовжньої w складових відносної швидкості частки в шарі, ефективність сегрегації. Ефективність сегрегації визначається відношенням u/u*, де u*- швидкість, за якою усі частки виділяться із шару на довжині решета L. Тобто, при швидкості u=u* ефективність буде з=1 (100%). При u<u* не всі частки встигають виділитись із шару - з<1. При u>u* всі частки виділяться із шару на меншій довжині решета - з>1.

Встановлено, що вплив конструктивно-кінематичних параметрів процесу на швидкість проходових часток в шарі проявляється через величини пористості е та градієнту швидкості grad х. При одночасному їх збільшенні швидкість проходової частки скрізь шар збільшується. Причому значення е обмежується переходом ЗС у стан віброкипіння, а grad х - значенням максимальної переносної швидкості несучого потоку. Визначені числові значення нормальної u і повздовжньої w складових швидкості проходової частки в шарі ЗС на розроблених плоскому вібраційному решеті u=2...4 мм/с, w=0,3...0,8 мм/с і циліндричному вібровідцентровому u=9...13 мм/с, w=2...4 мм/с.

Характер траєкторій часток залежить від їх крупності, щільності та пористості суміші. Проходові частки завжди рухаються до поверхні решета, а сходові - змінюють напрямок руху в залежності від густини. Частки з густиною г1=600...700 кг/м3 на плоскому решеті та г1=750..850 кг/м3 на циліндричному - зосереджуються всередині шару. З меншою густиною - спливають на вільну поверхню, а з більшою - занурюються до решета.

Найбільша ефективність сегрегації досягається: плоским вібраційним решетом при пористості е=0,64...0,67 і градієнті швидкості grad х=31,2...42,5с-1; циліндричним вібровідцентровим - при е=0,59...0,62, grad х=60,2…82,7 с-1. Виходячи з цього, для паспортних режимів роботи сепараторів визначені конструктивні параметри ребер і рифлів: на плоскому решеті - dреб=1,0..1,5 мм, lреб=21 мм, hриф=0,8...1,4 мм, lриф=21 мм, l*=14...18 мм; на циліндричному вібровідцентровому - dреб=1,2...1,7 мм, lреб=21 мм, hриф=1,0...1,5 мм, lриф=21 мм, l*=10...16 мм. Встановлено, що ефективність сегрегації зростає на 35...40 %.

У третьому розділі наведено програму та методику проведення експериментальних досліджень, характеристику об'єктів, описано експериментальні установки, прилади та обладнання.

Для дослідження динаміки внутрішньошарових процесів бокова стінка стану вібраційного сепаратора виготовлена з оргскла. В циліндричному решеті виконано ступінчастий прогин з прозорою радіальною стінкою. Вивчення закономірностей змінювання об'ємної щільності та пористості виконано за методикою Л.Р. Лехціера. Методика базується на математичній обробці фотографічного зображення зернин в розрихленій ЗС. Дослідження пошарового руху потоку ЗС і руху проходових часток всередині шару проведено за траєкторіями пофарбованих часток, одержаних за допомогою відеозйомки. За даними щодо положення часток через визначені проміжки часу встановлено закономірності руху ЗС.

Запропоновано метод визначення вібров'язкостей, які необхідні для знаходження швидкостей ЗС на розроблених решетах. Для цього виготовлено тензодатчик у вигляді круглої пластини з обох сторін обклеєної половинками зернин і закріпленої до консольної балочки, що встановлена на решітному стані. При роботі сепараторів датчик через бокову стінку стану занурювався у ЗС. За величиною виміряного внутрішньошарового зусилля визначалась вібровязкість.

У четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень та їх аналіз.

Дослідженням закономірностей руху потоку ЗС встановлено, що пористість ЗС при сепаруванні циліндричними решетами на 8...13% більша, ніж плоскими, змінюється в залежності від форми зерен і має найменші значення для сумішей з кулеподібних часток. При значеннях пористості більших, ніж е=0,70...0,72, ЗСпереходить у стан віброкипіння. Для виключення віброкипіння суміші на розроблених решетах питоме завантаження вібраційного сепаратора повинно бути q?20 кг/год?дм2; вібровідцентрового - q?40 кг/год?дм2. Градієнт швидкості зростає при збільшенні товщини шару і зменшенні розміру часток та наближенням їх форми до кулеподібної. Визначені граничні значення діаметру ребер та висоти рифлів із умови подолання їх частками нижнього елементарного шару: на плоскому решеті - dреб=hриф=1,5 мм; на циліндричному - dреб=hриф=2,0 мм. Мінімальні значення lреб, lриф дорівнюють відстані між двома сусідніми перемичками, на яких вони можуть бути розташовані: lреб=lриф=21 мм. Для запобігання затримки зерен між рифлями мінімальна відстань між ними повинна бути на плоскому решеті l*?14 мм, на циліндричному l*?10 мм. Довжина рифлів обмежується шириною перемички aриф=3…4 мм, ширина складає bриф=1,5…2 мм.

Дослідженням закономірностей вібров'язкості ЗС встановлено, що її значення зменшуються при збільшенні dреб, hриф і зменшенні - lреб, lриф, l*, досягають значення м=0,067 Па·с - для плоского решета та м=0,052 Па·с - для циліндричного і в подальшому не змінюються. Встановлено, що вібров'язкість збільшується по глибині шару, причому характер цієї залежності різний. При малих товщинах ЗС (h=4...6 мм) - має місце лінійна залежність вібров'язкості від глибини, при більших (h=10...16 мм) - нелінійна, і її значення збільшується з глибиною швидше. Одержані емпіричні формули визначення вібров'язкості суміші розробленими решетами.

Дослідженням руху проходових часток в шарі встановлено, що найбільша ефективність сегрегації з досягається при застосуванні ребер на підсівних решетах, проходовими частками яких є дрібні домішки та подрібнене зерно, а рифлів - на сортувальних решетах, проходовими частками яких є зерна основної культури менших розмірів. Розбіжність між експериментальними і теоретичними результатами складає 3...5 %. Підтверджено адекватність побудованих математичних моделей процесу решітного сепарування ЗС.

Застосуванням методики планування експерименту визначено оптимальне співвідношення між конструктивними параметрами ребер підсівного і рифлів сортувального решіт. За критерій оптимізації прийнято питому продуктивність процесу решітного сепарування при заданій повноті розділення. Значення кінематичних параметрів сепараторів прийняті паспортними і не змінювалися: для вібраційного - rкол=6 мм; щкол=52,33 рад/с; и=8?, в= ?8?; для вібровідцентрового - rкол=6 мм; щкол=94,2 рад/с; щ=11,3 рад/с. Аналізом результатів проведених досліджень встановлені слідуючі оптимальні значення розпушувачів при сепаруванні вібраційним сепаратором: dреб=1,0...1,2 мм, hриф=0,9..1,0 мм, lреб=lриф=21 мм, l*=15...17 мм; вібровідцентровим сепаратором: dреб=1,4...1,6 мм, hриф=1,2...1,4 мм, lреб=lриф=21 мм, l*=12...14 мм.

Встановлено, що питома продуктивність процесу сепарування ЗС розробленими решетами на 20...25% вища, ніж серійними і складає: при очищенні насіннєвого матеріалу озимої пшениці вібраційним сепаратором q=26...32 кг/год·дм2, вібровідцентровим - q=60...75 кг/год·дм2; продовольчого зерна, відповідно q=48...56 кг/год·дм2 і q=125...140 кг/год·дм2.

У п'ятому розділі наведено результати виробничих випробувань і техніко-економічна ефективність застосування розроблених решіт. Випробування проведені на Новопокровському комбінаті хлібопродуктів Чугуївського району Харківської області на вібраційному сепараторі ЗСМ-50 і вібровідцентровому А1-БЦСМ-100 при сепаруванні озимої пшениці, жита і ячменю. Встановлено, що питома продуктивність сепараторів з розробленими решетами збільшилась на 20..25% і складає: при очищенні насіннєвого матеріалу озимої пшениці відповідно q=26...32 кг/год·дм2 і q=60...75 кг/год·дм2 (повнота розділення ер=95%, чистота виходу д=99%); при очищенні продовольчого зернаq=48...56 кг/год·дм2 і q=125...140 кг/год·дм2 (ер=80 %, д=95 %). При цьому в сепараторі ЗСМ-50 питомі енергоємність і металомісткість відповідно знижені з 0,044 кВт?год/т до 0,037 кВт?год/т (на 16 %), з 33,2 кг/т·год до 27,0 кг/т·год (на 18,7 %), в А1-БЦСМ-100 - з 0,09 кВт?год/т до 0,075 кВт?год/т (на 16,7 %), з 42,0 кг/т·год до 33,6 кг/т·год (на 20 %). Механічні пошкодження зерен розпушувачами не перевищують 0,23 % вібраційним сепаратором і 0,37 % вібровідцентровим. Термін служби решіт збільшився на 50...70 %.

Річний економічний ефект від впровадження розроблених решіт на Новопокровському комбінаті хлібопродуктів склав для ЗСМ-50 - 1752 грн, А1-БЦСМ-100 - 7192 грн. Створені методики по обґрунтуванню параметрів процесів сепарування ЗС розробленими решетами впроваджені на ВАТ “Завод ім. Фрунзе” (м. Харків) і застосовані при проектуванні решіт. На підставі проведених виробничих випробувань, починаючи з 2000 р., завод впровадив у серійне виробництво розроблені решета. Річна програма випуску 8 тис. штук з економічним ефектом 128 тис. грн.

Висновки

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукового завдання, що виявляється в обґрунтуванні параметрів процесу сепарування ЗС розробленими плоскими вібраційними і циліндричними вібровідцентровими решетами, як внутрішньошарового процесу суцільних, гетерогенних і сипких середовищ з інтенсифікацією розпушувачами. Це дозволило впровадити в серійне виробництво на ВАТ “Завод ім. Фрунзе” (м. Харків) розроблені решета, підвищити продуктивність і якість процесу сепарування ЗС вібраційними та вібровідцентровими зерновими сепараторами.

1. Проведеним аналізом результатів відомих досліджень процесів решітного сепарування зернових сумішей (ЗС) встановлено, що їх технологічні показники існуючими вібраційними і вібровідцентровими сепараторами не повністю задовольняють зростаючі вимоги виробництва. Для підвищення питомої продуктивності та якості процесу сепарування необхідно інтенсифікувати сегрегацію шляхом збільшення пористості та швидкості пошарового руху ЗС за допомогою розпушувачів, які слід встановлювати на поперечних перемичках решіт і виконувати у вигляді ребер та рифлів. Для визначення конструктивних параметрів розпушувачів необхідно виконати теоретичні та експериментальні дослідження, які б дозволили керувати та розраховувати технологічні показники процесу решітного сепарування ЗС.

2. Для встановлення закономірностей пористості та швидкості пошарового руху ЗС по робочих поверхнях розроблених плоских вібраційних і циліндричних вібровідцентрових решіт побудовані рівняння руху потоку ЗС.Одержані залежності пористості та швидкості ЗС по глибині шару від кінематичних параметрів решіт, їх питомих завантажень, конструктивних параметрів розпушувачів. Встановлено, що пористість і швидкість ЗС зменшуються з глибиною нелінійно. Застосування ребер і рифлів збільшує пористість і градієнт швидкості ЗС по глибині шару.

3. Для розрахунку та управління якістю і продуктивністю побудовані математичні моделі процесів сепарування ЗС розробленими плоскими вібраційними та циліндричними вібровідцентровими решетами. Одержані залежності траєкторій і швидкостей часток в шарі, ефективності сегрегації від кінематичних параметрів решіт, їх питомих завантажень, конструктивних параметрів розпушувачів, фізико-механічних властивостей ЗС. Встановлено, що найбільша ефективність сегрегації на плоскому решеті досягається при пористості е=0,64...0,67 і градієнті швидкості grad х=31,2…42,5 с-1; на циліндричному - при е=0,59...0,62, grad х=60,2…82,7 с-1. Застосування розпушувачів збільшує ефективність сегрегації на 35...40 %.

4. Статистичною обробкою фотографічних зображень ЗС у стані розрихлення встановлено, що при сепаруванні циліндричними серійними та розробленими решетами пористість на 8...13 % менша, ніж відповідними плоскими. Пористість змінюється в залежності від форми зерен і має найменші значення для сумішей з кулеподібними частками. Визначені значення пористості е=0,70...0,72, що відповідають переходу ЗС у стан віброкипіння. Для виключення віброкипіння сумішей на розроблених решетах питоме завантаження вібраційного сепаратора повинно бути q?20 кг/год·дм2; вібровідцентрового - q?40 кг/год·дм2.

5. Для обчислення відносної швидкості пошарового руху на розроблених решетах запропонованим експериментальним методом визначені значення вібров'язкості ЗС. Одержані емпіричні формули визначення вібров'язкості суміші розробленими решетами. Встановлено, що вібров'язкість зменшується при збільшенні діаметра ребер, висоти рифлів та при зменшенні відстаней між ребрами, рифлями та їх рядами, досягає значень м=0,067 Па·с - для плоского та м=0,052 Па·с - для циліндричного решіт і в подальшому не змінюється. Вібров'язкість збільшується з глибиною: при малих товщинах шару ЗС (h=4...6 мм) - має місце лінійна залежність вібров'язкості від глибини, при більших (h=10...16 мм) - нелінійна і її значення збільшуються з глибиною швидше.

6. Відеозйомкою траєкторій помічених часток встановлено, що градієнт швидкості ЗС зростає при зменшенні товщини шару, розмірів часток і наближенням їх форми до кулеподібної. Найбільша ефективність сегрегації досягається при застосуванні ребер на підсівних решетах, а рифлів - на сортувальних. Розбіжність між експериментальними і теоретичними результатами складає 3...5 %. Підтверджено адекватність математичних моделей процесусепарування ЗС.

7. Комплексним аналізом результатів теоретичних і експериментальних досліджень, проведеного факторного експерименту рекомендовані оптимальні значення конструктивних параметрів ребер підсівного та рифлів сортувального решіт відповідно на вібраційному та вібровідцентровому сепараторах: діаметр ребер dреб=1,0...1,2 мм і dреб=1,4...1,6 мм, висота рифлів hриф=0,9...1,0 мм і hриф=1,2...1,4 мм; відстань між ребрами і рядами рифлів lреб=lриф=21 мм для обох сепараторів; відстань між рифлями l*=15...17 мм і l*=12...14 мм. Питомі продуктивності процесів сепарування насіннєвого матеріалу озимої пшениці розробленими плоскими решетами складають q=26...32 кг/год·дм2, циліндричними - q=60...75 кг/год·дм2; продовольчого зерна відповідно - q=48...56 кг/год·дм2 та q=125...140 кг/год·дм2.

8. Виробничими випробуваннями розроблених решіт встановлено, що питомі продуктивності процесу сепарування зросли на 20...25 %. В вібросепараторі ЗСМ-50 питомі енергоємність і металомісткість відповідно знижені з 0,044 кВт?год/т до 0,037 кВт?год/т (на 16 %), з 33,2 кг/т·год до 27,0 кг/т·год (на 18,7 %), а в вібровідцентровому А1-БЦСМ-100 - з 0,09 кВт?год/т до 0,075 кВт?год/т (на 16,7 %), з 42,0 кг/т·год до 33,6 кг/т·год (на 20 %). Механічні пошкодження зерен розпушувачами не перевищують 0,23 % вібраційним сепаратором і 0,37 % вібровідцентровим. Термін служби решіт збільшився на 50...70 %. Річний економічний ефект від впровадження розроблених решіт на Новопокровському комбінаті хлібопродуктів (Харківська обл.) склав для ЗСМ-50 - 1752 грн, А1-БЦСМ-100 - 7192 грн. Створені методики по обґрунтуванню параметрів процесів сепарування ЗС розробленими решетами впроваджені на ВАТ “Завод ім. Фрунзе” (м. Харків) і застосовані при проектуванні решіт. Починаючи з 2000 р., завод впровадив у серійне виробництво розроблені решета. Річна програма випуску складає 8 тис. штук з економічним ефектом 128 тис. грн.

Список праць

1. Тищенко Л.Н., Пивень М.В. Экспериментальное исследование работы модернизированного виброцентробежного решета // Механізація сільсько-господарського виробництва. - К.: НАУ, 1999. - Т5. - С. 231 - 233 (Здобувачем взято участь у проведенні експерименту і обробці експериментальних даних).

2. Тищенко Л.Н., Пивень М.В. Планирование экспериментов в исследовании процесса сепарирования виброцентробежными решетами // Новые решения в современных технологиях. Вестник ХГПУ. - Харьков: ХГПУ, 2000. - Вып.78. - С. 34 - 36 (Здобувачем обгрунтовано критерій оптимізації, експериментально визначені конструктивні параметри розпушувачів).

3. Тищенко Л.Н., Пивень М.В. К исследованию динамики зернового потока на наклонном решете // Підвищення надійності відновлюємих деталей машин. Вісник ХДТУСГ. - Харків: ХДТУСГ, 2001. - Вип.8. - Т.1. - С. 198 - 205 (Здобу-вачем розроблена математична модель потоку шару зерна).

4. Пивень М.В. Численное решение задачи о стационарном потоке сыпучей среды на наклонном решете // Сучасні напрямки технології та механізації процесів переробних та харчових виробництв. Вісник ХДТУСГ. - Харків: ХДТУСГ, 2002. - Вип.9. - С. 40 - 48.

5. Тищенко Л.Н., Пивень М.В. К исследованию движения зерновой смеси на решете под действием вибрации // Науковий вісник НАУ. - К.: НАУ, 2002. -Вип.49. - С. 329 - 336 (Здобувачем встановлена залежність тензора напружень від кінематичних параметрів).

6. Тищенко Л.Н., Пивень М.В. К исследованию динамики зернового потока на внутренней поверхности вертикального цилиндрического виброцентро-бежного решета // Вісник аграрної науки Причорномор'я. Сучасні проблеми землеробської механіки. - Миколаїв: МДАУ, 2002. - Вип.4(18). - Т.2. - С. 144 -154 (Здобувачем складені граничні умови рівнянь динаміки потоку зерна по поверхні решета з розпушувачами).

7. Пивень М.В. Экспериментальные исследования разрыхленности зернового слоя при сепарации зерновых материалов на вибрационном решете // Механізація сільськогосподарського виробництва. Вісник ХДТУСГ. - Харків: ХДТУСГ, 2002. - Вип.12. - С. 101 - 107.

8. Тищенко Л.Н., Пивень М.В. К исследованию разделения фракций зерновой смеси при сепарировании на вертикальном цилиндрическом виброцентробежном решете // Вибрации в технике и технологиях. - 2002. -№5(31). - С. 40 - 43 (Здобувачем виконано розв'язок рівнянь динаміки двофазного потоку).

9. Тищенко Л.Н., Пивень М.В. Анализ движения потока зерновой смеси по внутренней оребренной поверхности цилиндрического виброцентробежного решета // Вибрации в технике и технологиях. - 2003. - №6 (32). - С. 23 - 26 (Здобувачем виконано числовий розв'язок математичної моделі потоку шару зерна і проаналізовані результати дослідження).

10. Тищенко Л.Н., Пивень М.В. Исследование внутрислоевого движения частиц зерновой смеси при виброцентробежном сепарировании // Вибрационные машины и технологии. - Курск: КГТУ, 2003. - С. 150 - 156 (Здобувачем теоретично обґрунтовані конструктивні параметри розпушувачів).

11. Пивень М.В. Исследование процесса сегрегации зерновой смеси при виброцентробежном сепарировании // Вибрации в технике и технологиях. - 2004. - №4( 36). - С. 23 - 26.

12. Циліндричне решето: Д.п. 31700А Україна, МКИ В09В 1/26 /Л.М. Тіщенко, М.В. Півень, О.В. Мандрика, Ф.М. Резніченко, В.М. Пуха (Україна). - 98105572; Заявл. 23.10.98; Опубл. 15.12.2000, Бюл. №7-II. - 3 с.

13. Вібраційно-відцентровий сепаратор: Д.п. 31701А Україна, МКИ В09В 1/26 / Л.М. Тіщенко, О.В. Мандрика, М.В. Півень, В.М. Пуха, Ф.М. Резніченко (Україна). - 98105573; Заявл. 23.10.98; Опубл. 15.12.2000, Бюл. №7-II. - 4 с.

Размещено на Allbest.ru