Разработка бункера-дозатора для опушенных посевных семян хлопчатника

ДОЗИРОВАНИЕ  ОПУШЕННЫХ  СЕМЯНХЛОПЧАТНИКА, БУНКЕР

Для обеспечения требований стандартов [1]

опушенные посевные семена хлопчатника в специализированных     цехах     подвергаются многократной    очистке    и    сортированию, протравливанию, расфасовке и упаковке (рис. 1) [2].

Процессы     очистки,     сортирования     и протравливания      требуют      определенной равномерности подачи семян с необходимой производительностью. Кроме того, в цехах подготовки посевных семян хлопчатника процесс протравливания семян в целях обеспечения санитарных норм осуществляется, как правило, раздельно от процессов очистки и сортирования, и не всегда синхронно, то есть весьма желательным является промежуточное, пусть даже не длительное, хранение семян перед их протравкой.

Таким образом, в цехах подготовки опушенных посевных семян хлопчатника целесообразно наличие бункера для непрерывного приёма очищенных и отсортированных семян с последующей их равномерной и дозированной подачей на протравливание, обеспечивая при этом возможность независимой работы двух отсеков в течение нескольких часов.

Некоторые сложности для разработки такого бункера создают физико-механические свойства опушенных семян хлопчатника – такие семена являются плохосыпучими, склонными к залёживанию и сводообразованию.

После изучения многих способов и устройств для приёма и дозированной подачи плохосыпучих материалов выбор был остановлен на схеме, основанной на применении винтовых транспортеров (шнеков).

Материал перемещается в кожухе транспортера по принципу волочения под действием осевой силы винта. Груз удерживается от вращения вместе с винтом силами тяжести и трения между кожухом и грузом. Однако траектории движения частиц груза в винтовом транспортере различны и зависят от частоты вращения винта. Принято различать тихоходные и быстроходные шнеки. Для тихоходных шнеков характерно ro<® kp , т. е. действительная угловая скорость (ω) меньше критической (ω kp ).

Траектория движения частицы в шнеке «А» (рис. 2 а) определяется соотношением mω²R, т. е. частица «А» совершает колебательное движение на переменном радиусе с одновременным осевым перемещением.

В быстроходных винтовых транспортерах (рис. 2 б), соответственно, при ω>ω kp и mω²R>mg материал под действием центробежных сил располагается по траектории, описывающей винтовую спираль с шагом «Sм», – меньше шага винта «S».

Работа винтового транспортера состоит из трех неразрывно связанных и согласованных между собой основных процессов: загрузки, транспортирования и разгрузки. Поэтому при проектировании винтового транспортера необходимо обеспечить рациональное соотношение производительностей загрузочного Qз, транспортирующего Qтр и разгрузочного Qр устройства.

При Qз>Qтр>Qр повышается расход энергии, истирание и повреждение материала, забой транспортера; в случае Qзπ≤Qтр≤Qр – выполняется основное требование и обеспечивается работоспособность транспортера. В этом случае производительность шнека Q=Qз.

1 ‒ устройство приемки семян; 2 ‒ механический очиститель семян; 3 ‒ пневматический сортировщик; 4 ‒ вентилятор;

5 ‒ циклон; 6 ‒ очиститель-сортировщик опушенных семян; 7 ‒ бункер-дозатор опушенных семян; 8 ‒ протравливатель;

9 ‒ устройство очистки загрязненного воздуха; 10 ‒ весовыбойный аппарат; 11 ‒ мешкозашивочная машина;

12 ‒ ленточный конвейер; 13 ‒ элеваторы; 14 ‒ линтеры; 15 ‒ винтовые конвейеры

Рисунок 2 ‒ Схема к расчету винтового транспортера

Рисунок 1 ‒ Схема последовательности установки оборудования в цехе подготовки опушенных посевных семян хлопчатника

На производительность шнека существенно влияет порядок работы транспортера и конструкция его элементов.

С учетом представленных выше требований, разработан бункер-дозатор, схема которой представлена на рисунке 3 [3]. Этот бункер имеет следующие основные узлы: бункер 1, в котором размещены два комбинированных колково-винтовых вала 2 и 3, первый из которых имеет левое направление винта, а второй – правое. При вращении валов в направлениях, указанных на рисунке 3, семена, находящиеся в бункере, двигаются в сторону выходного патрубка 6.

В качестве дозирующего устройства в бункере-дозаторе выбран пильный цилиндр с пильными дискам. (рис. 4), насаженными на вал с равными промежутками на нем. Между пилами сверху с не большим зазором входят пальцы гребенки, выполненные из листовой стали.

Пальцы гребенки служат для выполнения двух операций: ограничение паза ячейки снизу для сокращения объема заполнения ячеек с семенами и тем самим регулирование нормы сброса семян из шахты короба в желоб выводного шнека, а также обеспечение благоприятных условий для сброса семян без скапливания в щели между дисками и подвижной стенкой. Дозированный вывод семян из бункера осуществляется путем регулирования частоты вращения пильного цилиндра, регулирования зазоров «S1» и «S2». При этом более «тонкая» и окончательная регулировка дозирования семян осуществляется с помощью регулирования зазора «S2».

1 ‒ бункер для семян, 2 ‒ левый комбинированный вал, 3 ‒ правый комбинированный вал, 4 ‒ перо винта, 5 ‒ колки, 6 ‒ выходной патрубок, 7 ‒ пильный цилиндр, 8 ‒ пилы, 9 ‒ гребенка, 10 ‒ регулируемая пластина,11 ‒ механизм регулирования утопания колосников в междупильный зазор, 12 ‒ регулятор зазора Sз,

13 ‒ привод комбинированных цилиндров, привод пильного цилиндра

Рисунок 3 ‒ Схема бункера-дозатора

N

1 ‒ пила, 2 ‒ гребенка, 3 ‒ винт регулировочный Рисунок 4 ‒ Схема узла дозирования семян

С целью надежного сводоразрушения в бункере-дозаторе загрузочная камера принята с погружением винта в транспортируемый материал (семена), а для надежного захвата семян при высокой степени заполнения межвиткового пространства принято решение о размещении двух шнеков в днище бункера-дозатора (рис. 3, сечение «А-А»).

Транспортирующая часть шнека состоит из винта и желоба. Процесс транспортирования заключается в непрерывном воздействии винтовой поверхности на перемещаемый материал.

Основные параметры шнека: диаметр по периметру пера винта D и шаг винта S, диаметр вала винта – d, соотношение Кр = S/D = 0,6÷1,25 [4], частота вращения вала винта – n и угловая скорость ɷ . Эксплуатационные показатели: дифференциальный коэффициент производительности Кп и коэффициент трения f (с увеличением f производительность снижается). Выбор больших и меньших значений Кр – ведет к снижению производительности. С учетом предварительных расчетов нами приняты: D = 200 мм, шаг витков S = 120 мм, отношение Кр = P/D = 120/200=0,6.

При движении материальной частицы в шнеке на нее действуют: сила тяжести mg; сила трения о винт f 1 mg , увлекающая ее во вращение; давление смежных частиц Кf 1 mg (К – коэффициент пропорциональности); центробежная сила mω²R , прижимающая ее к кожуху; сила трения о кожух f 2 mω²R , тормозящая вращение частиц вместе с винтом и силы внутреннего трения частиц.

Суммарное воздействие этих сил приводит к проскальзыванию частицы по винтовой поверхности ( ω m <ω ) и осевому смещению ее, т. е транспортированию.

Критические угловые скорости (рис.2) для точек «А» и «Б» определяют из уравнения равновесия сил в проекции на оси х – х.

mgsinα + mgf 1 cosα + f 1 f 2 mω²Rsinα - f 2 mω²Rcosα = 0, (1)

mgsinα ос - f 1 mgcosα ос - f 3 mω²Rос = 0, (2)

где f 1 , f 2 , f 3 – соответственно, коэффициенты трения материала о винт, кожух и материал;

R ос , d ос и α ос ‒ соответственно, радиус, диаметр и угол осыпания, при которых транспортирование невозможно.

После преобразования получаем соответственно для наружной «А» и внутренней «Б» точек значения критических угловых скоростей:

2g*tg(a+ф1)

' .,—— , (3)

_ 1 2g*sin(g ос -ф-A

^K Б ^ d ос */ з *С05ф 1 .

Рабочая частота вращения винта быстроходных шнеков обычно в несколько раз больше критической:

30шь п >  п _к = —^—.

Ее выбирают по таблице. Для тихоходных шнеков:

,     к п ^ пк = ^

где Кт=65‒50 – для легкого материала (семена, сечка и т. п.)

Принимая Кт=60, определим максимальное число оборотов комбинированного вала:

п = -^к^-_62_- 1342 —

^П ком   Ж 402    ^134,2 мин "

В первом приближении максимальная угловая скорость комбинированных валов будет равна 14,05 рад/сек.

Осевая скорость материала ‒ V p , т. е. скорость транспортирования, зависит от окружной скорости

(9) без

V=n*D*n/60=Vpt / tg а и теоретической осевой скорости

S«n = 60 , при которой частица «А» перемещается вращения. Для комбинированных валов

V = — = ^0,121134,2 = 0,27 - . ^pt     60         60           , C

На рисунке 5 приведена схема для определения осевой скорости частицы, движущейся в рассматриваемом транспортере, согласно которой теоретическая абсолютная скорость частицы

AN = Vst cosa,(11)

та же скорость с учетом трения частицы о винт

AH =^^,

С05ф1

Vs = (AH) * cos(a +

После подстановки необходимых значений и преобразования получим:

Vs = Kv * Vst = Kv* —,(14)

где K_v= 1 — V^, Vm и п окружная скорость и частота вращения материала.

Kv = 9^0,6 [5], где большее значение принимают для быстроходных шнеков, а меньшее – для тихоходных.    Максимальная    скорость    для комбинированного вала будет равна

Vsk = K_vx — = 0,6 х ^0,12x134,2 = 0,162 ^м.

^V     60       ,          60           ,      с

Теоретическая производительность шнека в общем виде определяется по формуле [4]:

Qt = 3600 x yx Fc x Vs ,         (15)

где Fc – площадь поперечного сечения потока;

Vs – осевая скорость материала;

у - плотность материала, для хлопковых семян у = 0,3 ÷ 0,35 т/м³.

На процесс транспортирования шнеком влияют: частота вращения, угол наклона шнека, устройство и способы загрузки и разгрузки.

Определив скорость Vs и подставив ее и другие коэффициенты в формулу (15), получим:

Q = 60 × Кп × Rg × γ × V × n       (17)

где Кп=К3×Кр×Kv×Kµ ‒ дифференциальный коэффициент производительности.

Пренебрегая за малостью для начальных расчетов влиянием диаметра вала и учитывая, что S = ^D, получим:

Рисунок 5 ‒ Схема к определению осевой скорости частицы

Н

Q

47xKnxipxnxy"

Таким образом из уравнения (18) можем получить формулу расчета величину необходимой частоты вращения вала винта:

п =

Q

D³x47xKnx^xy .

Пользуясь формулой (19), можем определить, например, для случая, когда максимальное значение производительности бункера-дозатора 6 т/ч, учитывая, а в его днище находится два шнека и расчетная производительность для одного шнека Qp = 6/2 = 3,0 т/ч, что потребное количество оборотов комбинированного вала бункера-дозатора будет равна:

пп

QP_____

D3x47xKnx^xy

0,23x47x2x0,6x0.35

=18,9 об/мин.

Действительный объем материала на длине одного шага:

Vd=AхS = K_vх V,             (16)

где V = 0,25 × (D² – d²b) ×S,

K_v= 0,2 - 0,7 - коэффициент использования межвиткового объёма.

Другие геометрические параметры бункера-дозатора определены расчетным путем с учетом необходимой вместимости – около 3 тонн опушенных семян хлопчатника. Такие бункеры-дозаторы выпущены серийно в количестве 54 комплектов. Им присвоена марка БДОС (бункер-дозатор опушенных семян) и они работают в 29 цехах подготовки опушенных посевных семян хлопчатника Узбекистана. При необходимости в каждом случае можно устанавливать по несколько экземпляров. В цехах подготовки посевных семян в Узбекистане, как правило, устанавливается по 2 бункера-дозатора.

Результаты данной работы могут быть использованы при разработке бункеров-дозаторов для других плохосыпучих материалов.