НОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ СЕПАРАТОРА ДЛЯ ОЧИСТКИ ФУРАЖНОГО ЗЕРНА ОТ КРУПНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ
Федоренко С.С.
Научный руководитель: Федоренко И.Я., д.т.н., профессор
ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»,
г. Барнаул
Очистка зерна от примесей – важнейший приём в обработке зерна, существенно влияющий на стабильность хранения зерна, улучшающий качество партии зерна, передаваемых в переработку; повышающий эффективность работы и производительность технологического оборудования.
Комбикорма представляют собой сложную однородную смесь различных кормовых средств, предварительно очищенных, измельченных и подобранных по научно обоснованным рецептам с целью наиболее эффективного использования животными питательных веществ.
По своему качеству комбикорма должны отвечать требованиям ГОСТов. И для того, чтобы комбикорма соответствовали качеству, зерно надо очищать от примесей.
На сегодняшний день существует множество различных очистительных машин. Рассмотрим подробнее разработанный нами сепаратор для очистки фуражного зерна (рис. 1).
Рис. 1. Предлагаемое устройство для очистки фуражного зерна
Сепаратор состоит из рамы 1, на которой установлен корпус 2 с крышкой 3 с размещенным в нем рабочим органом с сепарирующей поверхностью 4, выполненной криволинейной с выпуклой центральной частью, центральная питательная труба 5 с воронкой 6 и патрубки для вывода фракций 7 и 8. Над сепарирующей поверхностью 4 на приводном валу 9 закреплены гонки 10, выполненные в виде сходящихся под углом, направленным в противоположную сторону от сепарирующей поверхности 4, пластин 11 и 12, при этом конфигурация пластин выполнена копирующей кривизну сепарирующей поверхности рабочего органа. Зазор между планками и решетом составляет не более 0,5 мм. Приводной вал 9 приводится в действие от привода 13.
Принцип работы сепаратора состоит в следующем. Исходный материал засыпается в воронку 6 с центральной питающей трубой 5, откуда в дальнейшем просыпается на сепарирующую поверхность 4 с рабочими органами (гонками) 10. Исходный материал попадает на неподвижную сепарирующую поверхность 4, которая жестко связана с рамой 1 сепаратора. Зерновой материал приводится в движение воздействием радиально расположенных гонков 10, которые в свою очередь жестко закреплены на валу 9 и приводятся в круговое движение при помощи электродвигателя 13. Благодаря конструктивной особенности сепарирующей поверхности 4 и гонков 10 исходный материал имеет постоянную скорость на всем пути своего движения. Зерновой материал, двигаясь по неподвижной сепарирующей поверхности 4, подхватывается гонками 10, набегая на их переднюю грань, совершает круговые движения, перемешивается и просеивается через сепарирующую поверхность 4. Очищенное зерно попадает в патрубок 7 вывода фракций. Примеси, двигаясь в радиальном направлении гонками 10, доходят до стенок корпуса и попадают в патрубок 8 вывода фракций. Задняя часть гонка 10 дополнительно просеивает зерновой материал и очищает сепарирующую поверхность 4. Создаваемое гонками 10 движение воздуха дополнительно очищает сепарирующую поверхность 4.
Для данного сепаратора нас интересует, какие силы воздействуют на крупную частицу. Для этого рассмотрим движение частицы по сепарирующей поверхности (рис. 2.).
Рис. 2. Расчетная схема движения частицы по решету
Нами были получены следующие уравнения движения по решету [3], [4]:
П усть профиль решета (уравнение образующей) описывается уравнением:
Будем рассматривать движение частицы относительно планки.
Переносное движение – равномерное вращение точки планки, с которой в данный момент совпадает частица.
Получаем векторное уравнение:
,
где Fц – центробежная сила, ;
Fс – кориолисова сила,  ;
Fп – сила трения частицы о планку;
Fр – сила трения частицы о решето;
G – сила веса;
Nп – нормальная реакция планки;
Nр – нормальная реакция решета;
Таким образом, силами, движущими частицу к периферии решета, является центробежная Fц и некоторая составляющая силы веса G, а тормозящими – силы трения Fп иFр.
Проецируя это уравнение на цилиндрические оси координат r, φ и z, получим систему дифференциальных уравнений:
 
Полная скорость движения частицы в горизонтальной плоскости:
,
где  - проекция полной скорости на ось φ;
 - проекция полной скорости на ось r.
Рассмотрим уравнение (1) и выразим из него силу Fп (т. к. , тогда  ). Получим:
 - сила трения о планку.
Теперь рассмотрим уравнение (3), подставив в него полученную силу трения о планку Fп (при этом  ) и упростив его, получим:
 .
Получили дифференциальное уравнение 2-го порядка, поскольку  :
 .
Общее решение полученного дифференциального уравнения 2-го порядка имеет вид [5]:
 , (4)
где переменную можно найти:
 ,
где r1 – minрадиус решета, м;
r2 – maxрадиус решета, м;
ω – угловая скорость планки, с-1;
g – ускорение свободного падения, м/с2.
Выражение (4) есть уравнение для построения образующей решета.
График этого решения на отрезке  показан на рис. 3. (он получен с помощью программы MSExcel), при ω = 5 с-1.
Рис. 3. График формы решета (ω=5с-1)
Таким образом, в дальнейшем предусматривается численное решение полной системы уравнений движения частицы по решету под действием гонков (планок) и получение явных зависимостей параметров движения от кинематических и геометрических параметров сепаратора и технологических свойств обрабатываемого сырья.
Список использованной литературы
Макарцев Н.Г. Кормление сельскохозяйственных животных: Учебник / Н.Г. Макарцев. - М. : Агропромиздат, 1990. – 248 с.
Патент на изобретение №2446022. / Федоренко И.Я., Федоренко А.С., Федоренко С.С. – 27.03.2012 г.
Федоренко И.Я. Проектирование технических устройств и систем: принципы, методы, процедуры: учебное пособие. – Барнаул : Изд-во АГАУ, 2003. – 282 с.
Лойцянский Л.Г. Курс теоретической механики: В 2-х томах. Т. II. Динамика. – 6-е изд., перераб. и доп. / Л.Г. Лойцянский, А.И. Лурье. – М. : Наука, 1983. – 640 с.
Прудников А. П. Интегралы и ряды. В 3 томах. Том 1. Элементарные функции / А. П. Прудников, Ю. А. Брычков, О. И. Маричев. — М. : Наука, 1981. — 800 с.
УДК 636: 631. 171
|
