Совершенствование процесса сепарации корнеклубнеплодов (31.05.2010)

Автор: Зубков Виктор Егорович

Рис.4.6. График зависимости скорости воздушного потока V, при которой всплывают клубни и комки из БПС, от угла его наклона ?: V k1 и V k2 – соответственно скорости всплывания клубней и комков; - - - - границы разброса экспериментальных точек.

Как следует из полученных графиков, экспериментальные исследования подтвердили гипотезу, а также теоретические предпосылки возможности разделения тел в наклонном БПС.

Рис.4.7. График зависимости средней скорости скатывания клубней с поверхности БПС (U?) и рабочей скорости потока (V) от угла наклона слоя ((). 1-1 – скорость скатывания клубней. 2-2 – рабочая скорость воздушного потока.

Для подтверждения данных, полученных аналитическим путем, были проведены экспериментальные исследования по определению разделяющей способности стационарного БПС на установке, схема которой приведена на рис.4.8.

Границы разброса точек падения тел рис.4.9 на плоскость при выходе из БПС свидетельствуют о возможности полного разделения клубней, комков и камней, т.к. при вертикальной установке воздухораспределительной решетки БПС кривые точек падения клубней и примесей не перекрываются.

Рис. 4.8. Схема разделения компонентов в БПС: l1, l2, l3 – соответственно координаты падения камней, комков и клубней картофеля на плоскость.

В стационарном БПС с вертикально установленной воздухораспределительной решеткой, для осуществления непрерывного технологического процесса еще необходимо иметь подающее устройство, которое должно осуществлять рассредоточенную подачу компонентов, что может усложнить конструкцию сепаратора в целом. Поэтому нами были продолжены исследования наиболее приемлемой технологической схемы устройства барабанного типа с БПС на его внешней цилиндрической поверхности. Результаты определения показателей эффективности работы барабанного устройства приведены в разделе 5, которыми подтверждаются выполненные (раздел 2) аналитические исследования.

Рис.4.9. Границы разброса точек падения тел на плоскость при выходе их из БПС: при угле наклона поверхности слоя ?: а = 30?; б = 15?; в = 0?. 1-3 – клубни; 2-4 – комки; 5-6 – камни.

Одним из основных факторов качественного протекания процесса разделения является равномерное распределение воздушного потока по площади рабочей поверхности БПС, т.к. равномерный воздушный поток будет создавать равноценные по всей площади условия для разделения компонентов.

Были исследованы три варианта системы воздухораспределения: с односторонней и двусторонней подачами воздушного потока в барабан воздуховодом постоянного сечения, а также с диффузором-конфузором в области поворота воздуховода.

Лучшее распределение воздушного потока создают системы с двусторонней подачей воздуха и диффузором-конфузором в области поворота воздуховода.

В пятом разделе „Оценка эффективности работы экспериментальных сепарирующих устройств” приведены результаты экспериментальной проверки сепарирующих устройств с непрерывным технологическим процессом разделения, проведена оценка эффективности их работы, а также показаны варианты развития конструкции сепаратора.

Исследованиями установлено, что отделение клубней картофеля от почвенных комков и камней эффективнее осуществлять в режиме всплывания. Для этого разделяемые тела необходимо принудительно погрузить в слой с помощью специальных механических устройств – догружателей. Нами исследована эффективность работы сепаратора барабанного типа с БПС на внешней поверхности цилиндра и с двумя типами догружателей: клавишным и роторным. Применение сепаратора для сепарации картофельного вороха оценивалось показателем эффективности разделения ?, который означает долю высвобождающегося ручного труда.

Сравнительные исследования барабанного устройства (рис. 4.10; 4.11), показали, что эффективность разделения в нем вороха с применением роторного догружателя на 10-15% выше чем с применением клавишного.

Показатель эффективности разделения клубней, комков и камней в опытном образце сепаратора с увеличением засоренности поступающего вороха рис. 4.11, возрастает.

Рис. 4.10. Общий вид сепаратора с односторонней (1,2) и двусторонней (3,4) подачами воздушного потока в сепарирующий барабан.

Рис. 4.11. Показатель эффективности отделения примесей в зависимости от засоренности вороха: П – примеси; К – клубни; 1 – состав вороха: клубни и примеси (комки почвы) 50% х 50%; 2 - состав вороха: клубни (50%)

и примеси (комки 25 % + камни 25 %).

Расчет количества высвобождаемых рабочих и количество рабочих корректировщиков, устраняющих ошибки в работе сепаратора позволяет сделать заключение, что с увеличением засоренности вороха от 20 до 80% с помощью сепаратора можно высвободить примерно от 3 до 6 рабочих-переборщиков или в 2-3 раза снизить затраты ручного труда на операции отделения почвенных комков и камней от клубней картофеля.

Расчет экономической эффективности работы сепаратора по общеизвестной методике показал, что при существующем уровне механизации уборки картофеля годовая экономия прямых эксплуатационных затрат, благодаря применению сепаратора составит 9,954 у.е. на гектар.

Серьезной проблемой при уборке и послеуборочной обработке корнеклубнеплодов является технологическая операция отделения от основного продукта прочных почвенных комков и камней, которая как на отечественных, так и зарубежных машинах зачастую выполняется вручную, на что расходуется большое количество тяжелого непривлекательного ручного труда.

Анализ показал, что перспективным по простоте технологического процесса и универсальности по разделяемому материалу является способ сепарации в БПС, который и принят в качестве объекта исследования.

Нижний предел плотности почвенных комков составляет около 1300 кг/м 3, а плотности клубней около 1100 кг/м 3. Разрыв между ними (или технологический коридор) незначителен и составляет около 200 кг/м 3. Расширить технологический коридор можно за счет повышения влияния сопутствующих признаков разделения (в частности фрикционных свойств), усиливающих четкость разделения и снижения влияния сопутствующих признаков – ослабляющих четкость разделения (размеров тел).

Анализ свойств незагруженного разделяемыми телами блокированного псевдоожиженного слоя, а также процессов взаимодействия с ним тел, показал, что рациональной формой зерен слоя является диск, расположенный нормально к воздушному потоку. Из результатов исследований, технологических и конструктивных соображений диаметр диска принят в пределах d = 3 – 12 мм, при толщине 1 – 2 мм и расстоянии между дисками по длине гирлянды (1 – 2) d.

Предложены формулы для расчета геометрических параметров БПС на плоской, цилиндрической (вогнутой и выпуклой) воздухораспределительных решетках, которые могут использоваться при конструкторско-технологических расчетах различных типов рабочих органов, выполненных на основе БПС. Расчетами установлено, что при интервале средних размеров разделяемых компонентов от 30 до 110 мм общая длина гирлянд БПС должна быть не менее 160 мм.

В результате разработки аэродинамической модели, проведения экспериментальных исследований аэродинамического сопротивления БПС с различными геометрическими параметрами его твердой фазы (гирлянд) и обобщения полученных результатов были получены формулы для расчета статической плотности БПС, как сепарирующей среды, а также плотности материала для изготовления гирлянд. С понижением просвета между дисками в БПС от 0,7 до 0,215 и уменьшением шага дисков на гирлянде от 16 до 8 м показатель изменчивости сопротивления слоя увеличивается от 0,05-0,2 до 0,25-0,55, что говорит о стабилизации по глубине статической плотности слоя. Расчетное, предельно допустимое значение плотности материала для изготовления гирлянд равно 15,3?103 кг/м 3, что говорит о возможности использования для изготовления гирлянд любых материалов, имеющихся в природе.

10 %) объясняется наличием механического сопротивления гирлянд.

В результате аналитических и экспериментальных исследований геометрии и механики системы „БПС – тело” определены показатели оценки вместимости слоя: коэффициент геометрического использования площади БПС (сж, который в области рабочих значений просвета (0 = 0,3 – 0,4 равен 0,63 – 0,83 и допустимый коэффициент стеснения слоя Кст, который при тех же значениях (0 равен 0,82 – 0,98, т. е. БПС может быть загружен телами в среднем на 70 %, а средний (достаточно высокий) коэффициент стеснения слоя (около 0,9) не влияет на его сепарирующую способность.

Разработана методика комплексной оценки сепарирующей способности БПС: разделение компонентов различных размеров и плотностей оценивалось с помощью коэффициента равнопадаемости Е, величина которого достигала 5,5, что примерно в 3 раза выше, чем в свободном воздушном потоке, а это говорит о расширении интервала размеров тел, разделяющихся в БПС по плотности. Распределение тел по высоте БПС оценивалось величиной четкости разделения (расстоянием между одноименными точками разделяемых компонентов). Разрыв между нижней точкой „легкого” и верхней „тяжелого” компонентов образует так называемый технологический коридор, величина которого при изменении диаметров разделяемых тел от 90 до 30 мм изменяется от 10 до 100 мм, что свидетельствует о возможности полного разделения тел данного интервала размеров по плотности.

В результате аналитического и экспериментального моделирования процесса движения тела в вертикальном, наклонном БПС, а также выполненном на внешней поверхности барабана, определены параметры движения тел, которые дают основания считать возможным осуществление как разделения, так и раздельного вывода разделенных компонентов. Так с принятыми в исследованиях параметрами непрерывный процесс в наклонном БПС возможен при углах его наклона 25 – 26 %. Изучение процесса разделения компонентов на поверхности вращающегося барабана показало, что величина технологического коридора (место установки приемной части съемника) сужается с увеличением частоты вращения барабана и перемещается до угла наклона слоя 65 – 75 °. Увеличивать частоту вращения барабана более 3,66 с -1 при параметрах установки, принятых в исследованиях, не целесообразно.

Результаты испытаний опытного образца сепаратора с двухсторонней подачей воздуха в сепарирующий барабан и догружателем, упорядочивающим подачу смеси на разделение, показали, что с увеличением засоренности вороха с 20 до 80 % применение сепаратора позволяет высвободить от 3 до 6 рабочих-переборщиков, что, соответственно, в 2 – 3 раза снижает затраты тяжелого непривлекательного ручного труда.

Применение сепаратора при механизированной уборке картофеля с площадей, возделываемых в Украине, даст расчетную годовую экономию прямых издержек около 1,986 млн. у.е. Результаты исследований, методика расчета и перспективная технологическая схема сепаратора были переданы в ГСКБ “Рязсельмаш” (г. Рязань), ПКБ “Прогресс” (г. Николаев) и используются при разработке машин для уборки и послеуборочной обработки корнеклубнеплодов. Результаты исследований также используются в учебном процессе вузов: аспиранты и соискатели ЛНАУ и других вузов развивают данное научное направление.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в научных изданиях

Зиновьев Ю.И. Научное обоснование механизированных процессов вторичной сепарации картофеля [Текст] : монография / Ю.И.Зиновьев, В.Е. Зубков. – Луганск : Лугань, 1997. – 176 с.

Зубков В.Е. Научное обоснование механизированных процессов предпосадочной и послеуборочной обработки картофеля [Текст] : монография / В.Е. Зубков. – Луганск : Лугань, 1997. – 128 с.

Зубков В.Е. Совершенствование процесса сепарации корнеклубнеплодов [Текст] : монография / В.Е. Зубков. – Луганск : Элтон-2, 2005. – 335с.

Зубков В.Е. Аэродинамическая составляющая эффективной плотности блокированного псевдоожиженного слоя, как среды для сепарации корнеклубнеплодов от почвенных комков и камней [Текст] / В.Е. Зубков // Аграрная наука. – 2009. – № 9. – С. 29 – 30.

Зубков В.Е. Геометрическая структура и сила воздействия гирлянд в области погруженного в блокированный псевдоожиженный слой тела [Текст] / В.Е. Зубков // Сб. науч. тр. ЛСХИ (технические науки). – Луганск : ЛСХИ, 1998. – С. 102 – 109.

Зубков В.Е. Вопросы сепарации тел в стационарном блокированном псевдоожиженном слое [Текст] / В.Е. Зубков, В.П. Лавицкий // Зб. наук. пр. Луганського ДАУ. – Луганськ, 1999. – № 4. – С. 147 – 152.


загрузка...