Электромагнитные железоотделители для агропромышленного комплекса

Введение. В агропромышленном комплексе мероприятия по улучшению качества продукта по фактору металловключений разрабатываются с учетом анализа качества полученной продукции и возможности улучшения экономических условий ведения хозяйства, в частности внедрением в производство устройств электромагнитной сепарации сыпучих и жидких материалов.

Производство качественной продукции предопределяет обеспечение перерабатывающих отраслей АПК высокотехнологичными машинами и оборудованием[1].

Цель исследования. Повышение эффективности электромагнитной очистки сухих (сыпучих) и мокрых (жидких) сельскохозяйственных продуктов на основе разработки новых методов и средств.

Задачи исследования:

• 1.    Разработать, изготовить и внедрить в сельскохозяйственное производство электромагнитные желе-зоотделители серии УСС для сепарации сухих сыпучих продуктов.

• 2.    Разработать, изготовить и внедрить в сельскохозяйственное производство электромагнитные желе-зоотделители серии УМС для очистки жидких продуктов.

Методы исследования. В основе процесса электромагнитного сепарирования заключена способность металломагнитной примеси под воздействием электромагнитного поля, создаваемого электромагнитами, преодолеть сопротивление движущего потока и удержаться от смывания этим потоком на поверхности рабочего органа.

В железоотделителях, разработанных в Курганской государственной сельскохозяйственной академии, разделение немагнитной и магнитной фракций происходит в процессе свободного падения разрыхленной сепарируемой смеси (рис. 1) в вертикальной рабочей зоне.

Для предотвращения смывания металломагнитных частиц с рабочей поверхности сепаратора были разработаны устройства, повышающие величину магнитной индукции как непосредственно на рабочей поверхности сепаратора, так и в рабочей зоне. Эти устройства получили название концентраторов магнитного поля.

Рис. 1. Схема силового взаимодействия в сепараторах УСС

Принцип действия магнитного сепаратора УСС. В рабочем зазоре движется свободным падением сыпучая смесь. На нее действуют следующие силы (рис.1): вдоль оси оу - сила тяжести mg и аэродинамическая сила сопротивления движению воздушной среды - F_y. В горизонтальном положении действуют силы: магнитная сила F_u и сила сопротивления движению частицы в смеси F_c. Если за время 6 частица пройдет путь по вертикали у = Л, а по горизонтали за время fe- путь х = ^ , то частица в этом случае осядет на полюс сепаратора. Следовательно, основное условие выделения металломагнитной частицы из смеси [2, 3]

В сельскохозяйственных технологиях электромагнитной сепарации подвергаются автотракторные масла, смазочно-охлаждающие жидкости, которые в процессе работы загрязняются продуктами износа, обладающими ферромагнитными свойствами.

Принцип действия сепаратора УМС (рис. 2).

Рис. 2. Схема силового взаимодействия в сепараторе УМС: 1 - желоб; 2 - концентратор; 3 - металлическая частица

Жидкость течет тонким слоем h вдоль наклонного желоба 1 длиной £ и шириной а. В желобе создается магнитное поле, концентраторами которого являются пружины 2 и стенки желоба 1. Эффективность сепарации зависит от скорости течения жидкости и магнитного поля желоба. Критерий эффективности выражается в следующем виде:

i <12'

где fi - время притяжения частицы, с;

?2 - время нахождения частицы в желобе при движении ее вдоль оси "ох" на расстояние £, с [2,3].

Методика исследования распределения магнитной индукции в межполюсном пространстве.

Линии магнитной индукции или (магнитный поток) проходят через наконечники полюса и концентраторы магнитного поля. Исследования распределения магнитной индукции производились и рассчитывались для железоотделителей серии УСС и УМС.

Измерения магнитной индукции (В) в рабочей зоне проводятся миллитеслаамперметром типа Ф4354/1, который предназначен для измерения магнитной индукции постоянных магнитных полей. Этот прибор имеет миниатюрный германиевый датчик, который позволяет производить измерения магнитной индукции в межполюсных зазорах размером от 1 мм и выше.

Измерения магнитной индукции в рабочей зоне проводятся с различными полюсными наконечниками при различных значениях расстояния между ними, а также на различных глубинах от верхней грани полюсного наконечника. Измерения магнитной индукции по ширине рабочей зоны производятся с интервалом через 2 мм. Положение датчика прибора в межполюсном зазоре фиксируется при помощи специального штатива с микрометрическим приспособлением (рис. 3).

Рис. 3. Рамка для держателя датчика измерения магнитной индукции

В подвижном гнезде этого приспособления закрепляется держатель датчика. Подвижное гнездо перемещается в рамке 2 микрометрическим винтом 3. Величина перемещения гнезда с датчиком фиксируется по линейной миллиметровой шкале 4.

Измерения магнитной индукции производятся в положениях переключателя пределов измерения 300 и 600 мТл. Основная погрешность прибора при этих пределах измерения не превышает 2,5%.

Межполюсное пространство делится на блоки (УСС-4), а блоки на зоны, и снимаются показания магнитной индукции в определенных точках (рис. 4).

Точки в других зонах аналогичны

Рис. 4. Распределение точек измерения магнитной индукции в межполюсном зазоре

141                         128                       127                      135                       128

Рис. 5. Распределение магнитной индукции в первом блоке

Расчетные значения магнитной индукции мы получаем следующим образом.

Известно, что магнитная индукция в межполюсном пространстве электромагнитного сепаратора будет изменяться по экспоненциальному закону [3]

В = В -кВ 1-е

max где Bn™ - максимальное значение магнитной индукции, Тл;

Bmin - минимальное значение магнитной индукции, Тл;

X; - расстояние от точки измерения до полюса, м; d_n - конструктивная постоянная.

£ = £max-W-e *" Wmi„+A^

По данным расчетов для электромагнитного железоотделителя УСС -4 d_n = — = -----= 3.33 мм.

а 0.300

Определим расчетным путем значения магнитной индукции и сравним их с экспериментальными данными (табл. 3 и 4).

Аналогичным образом все исследования проводятся со всеми типами железоотделителей серии (УСС) и (УМС), с разными концентраторами электромагнитного поля.

Результаты исследований. В таблице 1 приведены технические характеристики электромагнитных железоотделителей серии УСС (установка сухой сепарации).

Техническая характеристика железоотделителей УСС

Таблица 1

Показатель	УСС-1	УСС-3	УСС-4	УСС-5М	УСС-6
Производительность, т/ч	2	10	20-30	2-5	3
Мощность магнитной системы, кВт	1,8	1,1	1,2	0,8	0,65
Магнитная индукция на концентраторах, мТл	240	150-200	100-150	180-250	150-200
Напряжение питания, В	380	220	380	220	220
Напряжение питания катушки намагничивания, В	280	198	260	198	198
Режим работы			Длительный
Габаритные размеры, мм:
длина	1250	620	1155	1154	1000
ширина	1008	900	740	1126	520
высота	840	615	615	1700	510
Масса, кг	940	620	900	688	280 ___

В таблице 2 приведены технические характеристики электромагнитных железоотделителей серии УМС (установка мокрой сепарации).

Таблица 2

Показатель	УМС-1	УМС-2	УМС-3	УМС-4
Производительность, л/ч	5000	1000	1000	50-100
Мощность магнитной системы, кВт	1,56	0,6	0,34	0,140
Напряжение питания, В	380	220	380	220
Напряжение питания катушек намагничивания, В	260	198	260	198
Магнитная индукция на концентраторах, мТл	200-300	200-300	200-300	200-300
Угол наклона магнитной системы, град	15-20	15-20	15-20	0-45
Габаритные размеры, мм:
длина	2536	1212	512	700
ширина	810	584	450	250
высота	1600	1400	800	650
Масса, кг	1707	342	150	40

Техническая характеристика железоотделителей серии УМС

Сравнивая экспериментальные и расчетные данные, можно проследить, как меняется магнитная индукция в межполюсном пространстве в зависимости от выбора концентратора магнитного поля. Данные приведены для электромагнитного железоотделителя УСС-1.

Результаты измерения магнитной индукции

Таблица 3

Значения магнитной индукции В, мТл		Значения х., мм
	0	2,5	5,0	7,5	10,0	12,5	15,0	17,5	20,0
	190	160	150	145	142	141	140	139,6	139,4

Расчетные значения магнитной индукции

Таблица 4

	е'™1	\Ве^‘	в-гтш+ж“'	В^ , мТл
0	1.00	50.6	190.00	190.00
.__2.5	0.472366	23.9017	163.30	160.00
5.0	0.223130	11.29038	150.69038	150.00
7.5	0.105399	5.333	144.7332	145.00
10.0	0.049787	2.5192	141.9192	142.00
___12.5	0.0235177	1.1900	140.5900	141.00
__15.0	0.011109	0.562	139.962	140.00
	0.0052475	0.026552	139.665	139.60

Рис. 6. Зависимость магнитной индукции в межполюсном пространстве: 1 - теоретическая (расчетная);

2 - экспериментальная

На рисунке 6 показана графическая зависимость: расчетная и экспериментальная. Как видно из графика, теоретическая кривая очень близко совпадает с экспериментальной.

Расчет остальных электромагнитных железоотделителей серии УСС и УМС производится аналогично.

Выводы. Результатом проведенных исследовательских работ является разработанный параметрический ряд электромагнитных железоотделителей для очистки сухих и жидких сельскохозяйственных продуктов в технологических процессах агропромышленного комплекса.

Электромагнитные железоотделители внедрены в ряде хозяйств Курганской и Тюменской областей.