К расчету выгрузки зерна из шахты зерносушильной установки

В шахтных сушилках выпускной аппарат является основным регулирующим органом, позволяющим изменять экспозицию сушки путем варьирования его пропускной способности. С точки зрения эффективности управления, конструкция выпускного аппарата должна обеспечивать плавное изменение пропускной способности в диапазоне 0,3 - 3 Gm номинальной производительности сушилки, а также возможность дистанционного управления рабочими органами, регулирующими выпуск зерна. Кроме того, расходная характеристика аппарата должна быть линейной, а его коэффициент усиления - не выше допустимого значения [1].

Условия и методы исследования

Существующая конструкция выпускного аппарата сушилки СЗШ-16А имеет некоторые особенности (рис. 1).

Рисунок 1 – Схема выпускного аппарата сушилки СЗШ-16А: 1 – шахта сушилки; 2 – выпускной лоток; 3 - каретка; 4 – полка; 5 - эксцентрик; 6 – подвижная рама

Аппарат расположен в нижней части шахты сушилки 1, включает неподвижные лотки 2, выходная часть которых образована пластинами, служащими насадками к отверстию лотка, и колеблющуюся в горизонтальной плоскости каретку 3 с закрепленными на ней полками 4. Каретка связана через кривошипно-шатунный механизм с электроприводом. Между лотками и кареткой свободно установлена на четырех эксцентриках 5 рама 6 с жестко закрепленными на ней параллельными пластинами, в промежутки между которыми входят выходные части лотков. Параллельные эксцентрики жестко связаны с валом, а эксцентрики, лежащие в одной плоскости, связаны между собой посредством параллелограммного механизма. Один из валов соединен с исполнительным механизмом. При повороте эксцентрика подвижная рама меняет свое положение относительно лотка и соответственно изменяется расстояние h между рамой и полкой. При полностью задвинутой раме в выпускной лоток данное расстояние имеет максимальное значение.

Разгрузочные устройства шахтной зерносушилки С-20 выпускаемых акционерным обществом «Агромаштехника» (г. Киров), имеет некоторые конструктивные особенности (рис. 2).

Рисунок 2 – Схема разгрузочного устройства к шахтной зерносушилке С-20:

1 – полка-заслонка: 2 – шарнир; 3 – подвижная планка; 4 – выгрузной лоток; 5 – шахта; 6 – короб

На неподвижной полке-заслонке 1, которая установлена посредством шарнира 2, сво- бодно перемещается подвижная планка 3. Для обрушения зерна из шахты зерносушилки при аварийном выпуске вследствие возгорания полка-заслонка поворачивается относительно шарнира и занимает вертикальное положение.

При движении планки зерновой материал, находящийся между полкой и выгрузным лотком 4, выталкивается подвижной планкой.

Для определения расходных характеристик использовали аналитический метод исследования посредством составления их расчетных схем.

Результаты исследования и полученные математические выражения

Расчетная схема выпускного аппарата шахтной сушильной установки с колеблющейся кареткой представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Расчетная схема выпускного аппарата шахтной зерносушилки с колеблющейся кареткой

Для расчета пропускной способности колеблющейся каретки необходимо задаться кинематическими параметрами каретки А - амплитудой и ω - частотой колебания, конструктивными размерами выпускного отверстия лотка (Z - ширина, L – длина и их n - количество), а также физико-механическими свойствами сыпучего материала (γ - объемная масса, λ об – угол обрушения зерновой массы, f 1 , f 2 – коэффициенты внешнего и внутреннего трения зерновой массы). Конструктивные особенности выгрузного лотка, характеризующие высоту столба зерна над выпускным отверстием лотка и влияющие на истечение зерна в выгрузном лотке, обусловлены ɳ дин – коэффициентом динамичности. При изучении зерновых потоков в шахте зерносушилки серии СЗШ [3] выявлено, что коэффициент динамичности зернового потока составляет ɳ дин = 1,15.

При определении пропускной способности выгрузного аппарата с колеблющейся кареткой принимали за основу физической модели затаскивание зерна подвижной кареткой на расстоянии равном А амплитуде колебания каретки. Поверхность затаскиваемого зерна представлена на рисунке 2. Считая, что объем сдвигаемой массы зерна при движении полки прямо пропорционален величине силы трения F тр зерна о поверхность полки и обратно пропорционален величине усилия сдвига F с , получили следующую формулу расходной характеристики колеблющейся каретки (1):

Q ba = A• wh-n-L-y [

'      2 Atga об

. (z+A-e)tga _об -2h

—

hf ^ ^z+A-в ) hf^Z+A-В )+4Hf 2 ВП дин

],

где Q ВA – пропускная способность аппарата, кг·с^-1; А, ω – амплитуда и частота колебания каретки, м, с^-1; h – расстояние между пластинами и лотками, м; z, L, n – ширина, длина и количество полок, м; а об - угол обрушения зерновой массы, град.; в - ширина выпускных отверстий лотков, м; H - высота столба зерна над выпускным отверстием лотка, м; п дин -коэффициент динамичности; у - объемная масса, кг/м³; / 1 , / 2 - коэффициенты внешнего и внутреннего трения зерновой массы соответственно.

Из формулы (1) следует, что пропускную способность данного аппарата наиболее целесообразно изменять с помощью параметра h. В конструкции аппарата заложена возможность дистанционного изменения этого параметра.

Следует отметить, что с изменением расстояния h между пластинами и лотками изменяется условие истечения зерна, а это, в свою очередь, приводит к варьированию коэффициента динамичности ɳ дин и к увеличению погрешности определения пропускной способности аппарата.

При увеличении расстояния h между пластиной и лотком необходимо соблюдение следующего условия, ограничивающего ширину полки Z:

Z ≥ 2h∙t g∙ α об + в + А. (2)

В этом случае увеличение расстояния ограничено шириной полки и их количеством в зависимости от конструкции выгрузного лотка шахты сушильной установки.

Поэтому наиболее целесообразно в конструкции выгрузного аппарата предусмотреть изменение производительности выгрузного аппарата амплитудой А и частотой ω колебания каретки при неизменном расстоянии между полкой и выпускным лотком.

Рассмотрим расчетную схему выпускного аппарата планчатого типа, которая дана на рисунке 4.

Рисунок 4 – Расчетная схема выпускного аппарата планчатого типа

Объем выталкиваемого планкой зерна V 1 определяем по формуле

V1 = 2^S1.L = 2L. а (А —), м3,                     (3)

где S 1 - поперечная площадь выталкиваемого планкой зерна, м 2 ; L - длина выгрузного лотка, м; а - высота планки, м; А - ход планки от среднего положения, м; а об - угол естественного откоса зернового материала или угол обрушения, град.

Объем затаскиваемого планкой зерна V 2 определяем исходя из условия схода зерна с полки заслонки по следующей формуле:

V2 = 2-S2-L = L-[(h-а) • А' - —~~], м3,               (4)

где S₂ - поперечная площадь затаскиваемого планкой зерна, м 2 ; L - длина выгрузного лотка, м; h – расстояние между полкой и выгрузным лотком, м; а – высота планки, м; А – ход планки от среднего положения, м; Z - ширина полки, м; б - ширина выгрузного лотка, м.

С учетом объемов выталкиваемого и затаскиваемого зерна и его физико-механических свойств расходная характеристика выгрузного аппарата планчатого типа имеет следующий вид:

QВА = (V1 + V2) • to • у • п = toy • п • L • [2а • А +      (h - а) • А - (h-а)(z-б)] •

L             tga об                         2h     J

[1-

(h-а )f 1 (z-б )     1

(h —а)f1(z-б)+4Hf2'бДин\ ’ где QВА - пропускная способность аппарата, кг/с; to - частота колебания планки, с-1; у - объемная масса, кг/м3; n – количество выгрузных лотков, шт.; H – высота столба зерна над выпускным отверстием лотка, м; f1, f2 – коэффициент внешнего и внутреннего трения, ϐдин – коэффициент динамичности.

В данной формуле учтены условия истечения зерна в выгрузном лотке, которое обусловлено высотой столба сыпучего материала в лотке, коэффициентами внешнего, внутреннего трения и динамичности.

Выводы

Из теоретических исследований следует, что необходимо уточнение размеров планки в зависимости от расстояния между выпускным лотком и полкой заслонки, а также амплитуды и частоты колебания планки. Для планчатого выпускного устройства определен коэффициент динамичности, который равен 1,35, ввиду того, что планка, двигаясь в зерновом слое, разрыхляет ее.

Полученные результаты позволяют определить конструктивные размеры и кинематические параметры выпускных устройств планчатого типа.