На правах рукописи

ВОИНКОВ Виктор Павлович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ СОИ

ОТ ДУРНИШНИКА НА ФРИКЦИОННОМ СЕПАРАТОРЕ

БАРАБАННОГО ТИПА

Специальность 05.20.01 Ц 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 л14 марта 2007 г., в 10-00 часов на заседаннии диссертационного совета Д 220.069.01 при ФГОУ ВПО Челябиннский 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 л9 февраля 2007 года и размещен на официальном сайте ФГОУ ВПО ЧГАУ

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Старцев А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время дефицит протеина в корнмах достигает 20%. Это связано с ростом потребления силоса и грунбых корнмов на фоне почти полного отсутствия комбикормов и кормовых концентратов. Для решения возникшей проблемы требуется увеличение производства культур с высоким содержанием белка. Уникальной по сондержанию белка культурой является соя. Бобы сои содержат белка 35Е40%, жира 17Е20%, комнплекс необходимых аминокислот, фосфантитов, углеводов и витаминов: А, В1, В2, В12, С.

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

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

В настоящее время для послеуборочной обработки сои предприятия не имеют спенциализированного высокопроизводительного оборудованния, очистка осуществляется на устаревших маншинах, не позволяющих полунчать высокую степень извлечения соплодий дурнишника.

Изложенное обусловило выбор темы исследования.

Диссертационная работа соответствует разделу федеральнной пронграммы по научному обеспечению АПК Российской Федеранции: шифр 01.02 Разработать перспективную систему технонлогий и маншин для пронизводства продукции растениеводства и животноводнства на период до 2015 г., целевой отраслевой Програмнме развития произнводства и глубонкой переработки сои в Российской Фендерации на пенриод до 2010 года и плану НИР Курганской государственной сельнскохозяйственной акаденмии имени Т.С. Мальнцева, номер государстнвенной регистрации 01.2.00109598 от 1 апреля 2001 года.

Цель работы. Повышение эффективности очистки сои от дурннишника на фрикционном сепараторе баранбанного типа.

Задачи исследования:

1. Определить рациональный способ очистки сои от дурнишника.

2. Разработать расчетную схему и математическую мондель движенния материала в технологическом зазоре между скатной доской и фрикнционной поверхностью барабана.

3. Установить влияние конструктивно-кинематических параметнров сепаратора и физико-механических свойств фрикционной поверхнности на производительность по очищенной фракции и степень извлечения дурнишнника.

4. Обосновать технологическую схему процесса очистки сои фрикнционным сепаратором.

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

Объект исследования. Процесс очистки сои фрикционным сенпанратором барабанного типа.

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

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:

- разработана математическая модель процесса движения матенриала в технологическом зазоре между скатной доской и фрикнционной поверхнностью барабана;

- установлены закономерности изменения удельной производинтельности по очищенной фракции и степени извлечения дурнишника в зависимости от типа фрикционной поверхности, начальной нангрузки, велинчины технологического зазора и угловой скорости вранщения барабана;

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

Практическая ценность работы и реализация ее результантов. Разработана методика расчета, позволяющая на стадии проектинрованния определять влияние конструктивно-кинематических параметнров конструкции на удельную производительнность фрикционного сенпарантора. Создан ранбочий орган для очистки сои от дурнишника, занщинщенный патеннтом Российнской Федерации, обоснонваны его основнные параметры. Фрикнционный сепаратор внедрен в технологическую линнию цеха экснтрудинрования сои ООО НПК БЕЛнКОМ города Курнгана.

Апробация работы. Основные положения диссертационной ранботы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях в Курганской государственной сельскохозяйственной академии имени Т.С. Мальцева (2003Е2006 гг.), в Челябинском государственном агронинженерном университете (2003Е2006 гг.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 нанучных 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 табнлиц и 10 приложений. Список использованной литературы вклюнчает 160 нанименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматривается актуальность темы, обосновыванются цель и задачи исследования, кратко излагаются основные полонженния, выносимые на защиту, дается общая характеристика ранботы.

В первой главе Состояние вопроса очистки сои, цель и задачи исследования дана оценка значимости сои как источника белка, пронанализированы область ее использования и проблемы очистки постунпающего на переработку материала. Изучен состав смеси и физико-механические свойства разделяемых материалов. Проведен обзор существующих способов сепарации сенмян сои, машин для разделения семян по шенроховантонсти и форме, существующих конструкций фрикцинонных сенпанраторов баранбанного (вальцевого) типа, а также анализ теонрий сепарации семян по свойствам их поверхности.

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

Большинство научных исследований, посвященных сепаранции семян по шероховатости и форме, направлено на повышение стенпени извлечения засонрителя и увеличение удельной производинтельности рабочего органа. Эти параметры огранинчиваются толщиной слоя сепарируемого материала (один элеменнтарнный слой) и малой скоростью перемещения материала. Производинтельнность в итоге определянется площадью поверхности рабочих органнов. Сунществующие принципы сепарации ограничивают понвыншенние эффективности работы фрикционных сепараторов. Выхондом из сложившейся ситуации является увеличение среднней скорости отнонсительного движения материала. Однако при увенличеннии скорости перемещения материала вероятность контакта сенмян с ворсом и его время снижанются.

С целью решения возникшей проблемы сформулирована следуюнщая 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 очинстки сои от дурнишника фрикционным сепаратором барабанного типа разработаны расчетная схема и математическая модель движенния материала в сепанраторе (рисунок 1). При разработке приняты слендующие допущения: 1) боб сои преднставлен в виде шара с эквиванлентным диаметром; 2) шар вращанется равномерно; 3) шар при входе в зазор останавливается (центр тяжести не перемещается); 4) воздейнствие восстанавливающегося после деформации ворса не учинтыванется; 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 фрикнционной поверхнонсти барабана в зазоре;

Уп - нормальная реакция фрикционной поверхности, Н;

(7)

где - коэффициент сопротивления качению, учитывающий занзор;

- коэффициент сопротивления качению, учитывающий часнтоту вращения барабана.

Для оценки коэффициента сонпротивления качению используем формулу Горячкина. Применинтельно к теории качения шара по ворсинстой 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 диапанзоне, 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/чХм (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/чХм;

д - весовая доля дурнишника в исходной смеси.

Потери основного материала зависят от угловой скорости понверхности баранбана, зазора и нагрузки (рисунок 2). Чем больше угнловая скорость вращения барабана и меньше зазор, тем больше потери сои, так как травмированные бобы и полонвинки, отскакивая от поверхнонсти увеличивающегося кипящего слоя, могут попасть в секнтор возможного движения вместе с поверхностью барабана. Угловая скорость в диапазоне 3Е6 с-1 и нагрузка 1500 кг/чХм являются по теории наиболее рационнальными, так как данные показатели позвонляют достигнуть максимальной степени изнвлечения дурнишника при незначительных потерях основного матенриала.

Рисунок 2 - Зависимость выхода очищенной фракции от угловой скорости вращения барабана при нагрузке 1500 кг/чХм (для материала звукотепнлонизоляционная основа линолеума ГОСТ 18108-80)

Степень извлечения соплодий дурнишника из вороха сои опренденляют следующие условия (рисунок 3). Соплодия дурнишника имеют возможность взаимодействовать с ворсом с момента падения на понверхнность слоя; при этом от величины силы сцепления их с ворсом зависит, выденлятся они сразу или, утонув в слое по мере продвиженния в зазоре, зацепятся с силой, превышающей давленние вышележанщих бобов. В процессе прохождения сквозь слой бобов некоторые соплодия монгут оторваться от ворса и вновь возвратиться в глубину слоя к занзору, где пронизойдет очередное вынужденное занцепление. Таким образом обеспечивается высокая степень извлечения засоринтеля.

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

Рсц - сила сцепления дурнишника с фрикционной поверхностью, Н;

- угловая скорость вращения баранбана, 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, параметнров деформации сжатия фрикционных материалов, силы, необходинмой для отрыва дурнишника от фрикционной поверхности, а также методика пронведенния экспериментальных исследований, в которой описываются опытнная установка, приборы и оборудование.

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

- исходная смесь; - очищенные бобы сои;