WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

На правах рукописи

ВОИНКОВ Виктор Павлович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ СОИ

ОТ ДУРНИШНИКА НА ФРИКЦИОННОМ СЕПАРАТОРЕ

БАРАБАННОГО ТИПА

Специальность 05.20.01 Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Челябинск - 2007

Работа выполнена на кафедре «Механизация животноводства» Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Курганская государственная сельскохозяйственная академия имени Т.С. Мальцева».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Фоминых Александр Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Окунев Геннадий Андреевич

кандидат технических наук, доцент

Чумаков Владимир Геннадиевич

Ведущее предприятие: Курганский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства

Защита состоится «14» марта 2007 г., в 10-00 часов на заседа­нии диссертационного совета Д 220.069.01 при ФГОУ ВПО «Челябин­ский государственный агроинженерный университет» по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Челябин-ского государственного агроинженерного университета.

Автореферат разослан «9» февраля 2007 года и размещен на официальном сайте ФГОУ ВПО ЧГАУ http://www.csau.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Старцев А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время дефицит протеина в кор­мах достигает 20%. Это связано с ростом потребления силоса и гру­бых кор­мов на фоне почти полного отсутствия комбикормов и кормовых концентратов. Для решения возникшей проблемы требуется увеличение производства культур с высоким содержанием белка. Уникальной по со­держанию белка культурой является соя. Бобы сои содержат белка 35…40%, жира 17…20%, ком­плекс необходимых аминокислот, фосфа­титов, углеводов и витаминов: А, В1, В2, В12, С.

Многие культуры, в том числе и соя, имеют трудноотделимые засо­рители, совпадающие по физико-механическим и аэродинамическим свой­ствам с очищаемым материалом. У сои таким засорителем является дур­нишник.

К семенному материалу сои предъявляются высокие требо­вания по процентному содержанию дурнишника как злостного карантинного сор­няка, поэтому при очистке необходимо полное извлечение его со­плодий. Аналогичные требования предъявляются и при переработке, так как включения дурниш­ника снижают производительность измельчающих машин и качество гото­вых продуктов.

В настоящее время для послеуборочной обработки сои предприятия не имеют спе­циализированного высокопроизводительного оборудова­ния, очистка осуществляется на устаревших ма­шинах, не позволяющих полу­чать высокую степень извлечения соплодий дурнишника.

Изложенное обусловило выбор темы исследования.

Диссертационная работа соответствует разделу 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.», целевой отраслевой Програм­ме развития произ­водства и глубо­кой переработки сои в Российской Фе­дерации на пе­риод до 2010 года и плану НИР Курганской государственной сель­скохозяйственной акаде­мии имени Т.С. Маль­цева, номер государст­венной регистрации 01.2.00109598 от 1 апреля 2001 года.

Цель работы. Повышение эффективности очистки сои от дур­нишника на фрикционном сепараторе бара­банного типа.

Задачи исследования:

1. Определить рациональный способ очистки сои от дурнишника.

2. Разработать расчетную схему и математическую мо­дель движе­ния материала в технологическом зазоре между скатной доской и фрик­ционной поверхностью барабана.

3. Установить влияние конструктивно-кинематических парамет­ров сепаратора и физико-механических свойств фрикционной поверх­ности на производительность по очищенной фракции и степень извлечения дурниш­ника.

4. Обосновать технологическую схему процесса очистки сои фрик­ционным сепаратором.

5. Разработать рекомендации по использованию фрикционного се­паратора в технологической схеме линии очистки сои и определить эко­номический эффект его применения.

Объект исследования. Процесс очистки сои фрикционным се­па­ратором барабанного типа.

Предмет исследования. Закономерности влияния основных кон­структивно-кинематических параметров фрикционного сепаратора на процесс очистки зернобобового материала.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:

- разработана математическая модель процесса движения мате­риала в технологическом зазоре между скатной доской и фрик­ционной поверх­ностью барабана;

- установлены закономерности изменения удельной производи­тельности по очищенной фракции и степени извлечения дурнишника в зависимости от типа фрикционной поверхности, начальной на­грузки, вели­чины технологического зазора и угловой скорости вра­щения барабана;

- обоснованы рациональные параметры конструкции и кине­ма­тиче­ские параметры привода барабана фрикционного сепаратора.

Практическая ценность работы и реализация ее результа­тов. Разработана методика расчета, позволяющая на стадии проекти­рова­ния определять влияние конструктивно-кинематических парамет­ров конструкции на удельную производитель­ность фрикционного се­пара­тора. Создан ра­бочий орган для очистки сои от дурнишника, за­щи­щенный патен­том Россий­ской Федерации, обосно­ваны его основ­ные параметры. Фрик­ционный сепаратор внедрен в технологическую ли­нию цеха экс­труди­рования сои ООО «НПК БЕЛ­КОМ» города Кур­гана.

Апробация работы. Основные положения диссертационной ра­боты доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях в Курганской государственной сельскохозяйственной академии имени Т.С. Мальцева (2003…2006 гг.), в Челябинском государственном агро­инженерном университете (2003…2006 гг.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 на­учных работ, в том числе один патент РФ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографии и приложений. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 44 иллюстрации, 8 таб­лиц и 10 приложений. Список использованной литературы вклю­чает 160 на­именований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматривается актуальность темы, обосновыва­ются цель и задачи исследования, кратко излагаются основные поло­же­ния, выносимые на защиту, дается общая характеристика ра­боты.

В первой главе «Состояние вопроса очистки сои, цель и задачи исследования» дана оценка значимости сои как источника белка, про­анализированы область ее использования и проблемы очистки посту­пающего на переработку материала. Изучен состав смеси и физико-механические свойства разделяемых материалов. Проведен обзор существующих способов сепарации се­мян сои, машин для разделения семян по ше­рохова­то­сти и форме, существующих конструкций фрикци­онных се­па­раторов бара­банного (вальцевого) типа, а также анализ тео­рий сепарации семян по свойствам их поверхности.

Большой вклад в теорию движения частицы по шероховатым по­верхностям сельскохозяйственных машин внесли Василенко П.М., Го­рячкин В.П., Летошнев Г.Д., Резниченко М.Я., Сысоев Н.И., Терсков Г.Д. и др. Сепарации семян по комплексу физико-механиче­ских свойств посвящены работы Авдеева Н.Е., Ахламова Ю.Д., Бородая В.И., Вол­кова А.Г., Гладкова Н.Г., Голотоя А.А., Заики М.П., Коно­ненко О.М., Крылова А.А., Мазнева Г.Е., Седаша Л.Т. и других уче­ных.

Большинство научных исследований, посвященных сепара­ции семян по шероховатости и форме, направлено на повышение сте­пени извлечения засо­рителя и увеличение удельной производи­тельности рабочего органа. Эти параметры ограни­чиваются толщиной слоя сепарируемого материала (один элемен­тар­ный слой) и малой скоростью перемещения материала. Производи­тель­ность в итоге определя­ется площадью поверхности рабочих орга­нов. Су­ществующие принципы сепарации ограничивают по­вы­ше­ние эффективности работы фрикционных сепараторов. Выхо­дом из сложившейся ситуации является увеличение сред­ней скорости отно­сительного движения материала. Однако при уве­личе­нии скорости перемещения материала вероятность контакта се­мян с ворсом и его время снижа­ются.

С целью решения возникшей проблемы сформулирована следую­щая научная гипотеза: повышение эффективности очистки сои от дурнишника возможно посредством применения фрикционного сепаратора барабанного типа, снабженного скатной доской, образующей технологический зазор с деформируемой поверхностью барабана, меньше, чем размер бобов сои.

Во второй главе «Теоретические исследования процесса очи­стки сои от дурнишника фрикционным сепаратором барабанного типа» разработаны расчетная схема и математическая модель движе­ния материала в сепа­раторе (рисунок 1). При разработке приняты сле­дующие допущения: 1) боб сои пред­ставлен в виде шара с эквива­лентным диаметром; 2) шар враща­ется равномерно; 3) шар при входе в зазор останавливается (центр тяжести не перемещается); 4) воздей­ствие восстанавливающегося после деформации ворса не учи­тыва­ется; 5) сопротивление воздуха не учитывается.

Дифференциальное уравнение движения шара в зазоре между скатной доской и фрикционной поверхностью барабана имеет вид

, (1)

где m – масса боба сои (шара), кг;

– угол наклона скатной доски, град;

– сила сопротивления движению шара в зазоре, Н;

Fш – сила воздействия вышележащих шаров (усредненная), Н;

(2)

где Fтр.д – сила трения шара о скатную доску, Н;

Fтр.б – сила трения шара о фрикционную поверхность, Н;

(3)

где – коэффициент трения скольжения между шаром и доской,

Nд – сила давления шара на доску (реакция доски), Н;

Рисунок 1 – Расчетная схема движения шара в технологическом

зазоре между скатной доской и фрикционной поверхностью барабана

Nд = Уп + Gcos – Fтр.ш, (4)

Сила трения о вышележащие шары определяется из выражения

Fтр ш = Fш fш, (5)

где fш – коэффициент трения скольжения между шарами;

Fтр.б = fбУп, (6)

где – коэффициент сопротивления качению материала по фрик­ционной поверхно­сти барабана в зазоре;

Уп – нормальная реакция фрикционной поверхности, Н;

(7)

где – коэффициент сопротивления качению, учитывающий за­зор;

– коэффициент сопротивления качению, учитывающий час­тоту вращения барабана.

Для оценки коэффициента со­противления качению используем формулу Горячкина. Примени­тельно к теории качения шара по ворси­стой поверхности она имеет следующий вид:

, (8)

где D, d – соответственно диаметр шара и диаметр погруженного в материал сектора шара, м;

k – коэффициент объемного сжатия поверхности Н/м3;

Коэффициент сопротивления качению, учитывающий частоту вращения барабана, определяется из выражения:

(9)

где – угловая скорость вращения барабана в исследуемом рабочем диапа­зоне, с-1;

min – минимальная угловая скорость вращения барабана, с-1;

max – максимальная углоавая скорость вращения барабана, с-1;

k1, k2 – эмпирические коэффициенты.

Для определения удельной производительности qоч сепаратора на 1 м длины рабочего зазора по очищенной фракции получена формула

qоч= (3600mбVб kз /dб2 )- q д, кг/ч•м (10)

где mб – масса боба, кг;

Vб – скорость боба, м/с;

kз – эмпирический коэффициент заполнения щели, kз = 0,9;

dб – эквивалентный диаметр боба, м;

q – удельная нагрузка (производительность питателя), кг/ч•м;

д – весовая доля дурнишника в исходной смеси.

Потери основного материала зависят от угловой скорости по­верхности бара­бана, зазора и нагрузки (рисунок 2). Чем больше уг­ловая скорость вращения барабана и меньше зазор, тем больше потери сои, так как травмированные бобы и поло­винки, отскакивая от поверхно­сти увеличивающегося кипящего слоя, могут попасть в сек­тор возможного движения вместе с поверхностью барабана. Угловая скорость в диапазоне 3…6 с-1 и нагрузка 1500 кг/ч•м являются по теории наиболее рацио­нальными, так как данные показатели позво­ляют достигнуть максимальной степени из­влечения дурнишника при незначительных потерях основного мате­риала.

Рисунок 2 – Зависимость выхода очищенной фракции от угловой скорости вращения барабана при нагрузке 1500 кг/ч•м (для материала звукотеп­ло­изоляционная основа линолеума ГОСТ 18108-80)

Степень извлечения соплодий дурнишника из вороха сои опре­де­ляют следующие условия (рисунок 3). Соплодия дурнишника имеют возможность взаимодействовать с ворсом с момента падения на по­верх­ность слоя; при этом от величины силы сцепления их с ворсом зависит, выде­лятся они сразу или, утонув в слое по мере продвиже­ния в зазоре, зацепятся с силой, превышающей давле­ние вышележа­щих бобов. В процессе прохождения сквозь слой бобов некоторые соплодия мо­гут оторваться от ворса и вновь возвратиться в глубину слоя к за­зору, где про­изойдет очередное вынужденное за­цепление. Таким образом обеспечивается высокая степень извлечения засори­теля.

m1 – масса соплодия дурнишника, кг; m2 – масса боба сои, кг;

Рсц – сила сцепления дурнишника с фрикционной поверхностью, Н;

– угловая скорость вращения бара­бана, с-1;

n – количество бобов по высоте слоя, шт.

Рисунок 3 – Условия, определяющие степень извлечения соплодий дурнишника

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» приведены методики определения коэффициентов трения, парамет­ров деформации сжатия фрикционных материалов, силы, необходи­мой для отрыва дурнишника от фрикционной поверхности, а также методика про­веде­ния экспериментальных исследований, в которой описываются опыт­ная установка, приборы и оборудование.

Основными рабочими органами разработанного фрикционного сепаратора (рисунок 4) являются: цилиндрический барабан 4, покры­тый фрикционной поверхностью, и скатная доска 5.

– исходная смесь; – очищенные бобы сои;

Pages:     || 2 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»