Влияние частоты вращения барабана сепарирующего зернометателя на эффективность очистки зерна

Анализ современного состояния зерноочистительной техники, находящейся в СПК и фермерских хозяйствах, показал, что растет потребность в универсальной многофункциональной зерноочистительной техники, которая способна за одну операцию произвести охлаждение, сушку, очистку и фракционирование зернового материала. Разработаны различной конструкции зернометателей и зернопультов, которые имеют один недостаток – рабочие органы травмируют и повреждают семена [1–3]. Кроме зернометателей, существуют фракционеры – пневмосепарирующие машины и другие рабочие органы, которые не только сепарируют зерновой материал, но, а также охлаждают и сушат зерновой материал [4–11]. Для выполнения данных требований в ВСГУТУ ведется разработка сепарирующего зернометателя. Разрабатываемое устройство способно производить одновременно сушку зернового материала и его очистку от примесей за один проход [12–15].

Отличается разработанный сепарирующий зернометатель от существующих тем, что имеет 8 лопастей барабана, каждая из которых выполнена из двух соединенных между собой серповидной и приемной частей, первая из которых имеет на периферии закругленный конусообразный участок с радиусом кривизны r, переходящий на конусообразный обод барабана, а приемная часть имеет обрезиненную рабочую поверхность и закреплена на диске под углом ɑ к радиусу барабана.

Целью исследования является изучение влияния частоты вращения барабана сепарирующего зернометателя на эффективность очистки зерна.

Материалы и методы исследования

Для изучения влияния частоты вращения барабана сепарирующего зернометателя и обоснования его основных параметров на эффективность очистки зерна были проведены экспериментальные исследования. Использовали экспериментальную установку сепарирующего зернометателя с вращающимся барабаном, в котором сплошные лопасти выполнены из двух соединенных между собой серповидной и приемной частей. Причем приемная часть лопасти имеет обрезиненную рабочую поверхность для уменьшения повреждения и травмирования семян.

Общий вид экспериментальной установки представлен на рисунке 1. Проверили работоспособность сепарирующего зернометателя в подвале корпуса № 8. В качестве основного зернового материала было использовано: пшеницы - 50 кг, крупной примеси – 3 кг, мелкой примеси – 4 кг и легкой примеси – 3 кг.

Рисунок 1 – Общий вид экспериментальной установки

Экспериментальная установка сепарирующего зернометателя состоит из привода. Привод содержит электродвигатель, регулятор оборотов электродвигателя, червячный редуктор и 84

клиноременную передачу. Привод приводит в движение вал, который вращает барабан, содержащий сепарирующие устройства для очистки зернового материала. Барабан установлен в цилиндрический кожух выпускного патрубка.

Подается зерновой материал во вращающийся барабан из загрузочного бункера. Регулирует подачу зернового материала при помощи заслонки установленного в загрузочном бункере.

Разработанный сепарирующий зернометатель (рис. 2, 3) содержит лопастной барабан 1, состоящий из приемного 2 и несущего 3 кольцевых дисков. На периферии несущего кольцевого диска 3 установлен конусообразный обод 4, охватывающий концы закругленных конусообразных участков 7 и образующего зазор шириной Н с периферией приемного кольцевого диска 2. Приемная сторона 2 барабана 1 с зазором шириной Н расположена в цилиндрической части 5 выпускного патрубка 6.

Несущий кольцевой диск 3 закреплен на валу, который приводится в движение приводом 9 электродвигателя. Через выпускной патрубок 5 проходит питающий патрубок 10, соединенный с загрузочным бункером 11.

Рисунок 2 – Схема сепарирующего зернометателя: 1 – лопастной барабан; 2 – приемный кольцевой диск; 3 – несущий кольцевой диск; 4 – конусообразный обод; 5, 6 – выпускной патрубок;

7 – конусообразный участок кольцевого диска; 8 – цилиндрический кожух; 9 – привод с электродвигателем; 10 – питающий патрубок; 11 – загрузочный бункер

Рисунок 3 – Лопасть сепарирующего зернометателя: 1 – серповидная часть лопасти;

2 – приемная часть лопасти; 3 – обрезиненная рабочая поверхность

Каждый опыт проводился в следующей последовательности: устанавливали определенное значение изучаемых факторов (угол наклона выпускного патрубка к горизонту, частота вращения кольцевого диска зернометателя, удельную подачу зернового материала), на площади выброса зернового материала установили ограничители с шагом в 1 м: исходный зерновой материал после тщательного перемешивания загружали в загрузочный бункер 11 установки; на определенную величину открывали заслонку для подачи зернового материала и при- водили в действие двигатель зернометателя, по истечении работы на каждом участке производился сбор выброшенного материала, его дальнейшее взвешивание и определение в нем количества основного зерна, легкой, мелкой и крупной примесей; подсчитывали показатели эффективности выделения легких, мелких, крупных примесей. Доверительные границы случайной погрешности результата измерения находили по формуле:

£ = t_ctS(A),                                       (1)

где t_ct - коэффициент Стьюдента, который в зависимости от доверительной вероятности Р и числа результатов наблюдений n н находили по таблице справочного приложения, указанного в ГОСТ.

Нами была принята доверительная граница случайной погрешности опыта 5 % при доверительной вероятности 0,95. Количество повторностей опыта, при которых обеспечивалась указанная точность результата, определялось в следующей последовательности.

Проводили две повторности опыта и по их результатам х 1 и х 2 , измеряемой величины полноты выделения компонентов, рассчитывали величины A, S(A) и £. Если полученная величина £ оказывалась больше 5 %, то проводили третью повторность, вновь рассчитывали указанные величины и сравнивали £ c 5 %. За достаточное количество повторных опытов принимали то, при котором £ < 5 %.

Анализ показателей зерна, поступающего на послеуборочную обработку, показал, что содержание и нем мелких и крупных примесей составляет в среднем около 7 %, хотя в отдельных случаях достигает 10 % и выше.

Для опытов был приготовлен зерновой материал, мелкая примесь в котором составляла 4 %, крупная 3 % и легкая примесь 3 %. В качестве основного зерна использовали пшеницу, очищенную от крупных примесей решетами Ø 4,5 и Ø 3,6, а от мелких примесей – решетами Ø 3,0 и Ø 2,6. В качестве мелкой примеси использовали семена сорных растений, легкой примеси – плевел, ости, пленки. А в качестве крупной примеси колоски, горох и др. Влажность пшеницы, использованной в опытах, составляла 13 %.

Эффективность процесса разделения зернового материала сепарирующим зерномета-телем оценивали показателем В.Г. и Г.В. Ньютона. Определяли полноту просеивания зерна легкой, мелкой и крупной примеси по секциям в % к количеству компонента, содержащегося во всех секциях пробоотборника. А затем вычисляли разность полноты просеивания легкой примеси и основного зерна. Для каждой площади выброса в 1 м определяли Е л эффективность очистки зерна от легких примесей:

Е л = ɛ л - ɛ з ,                                             (2)

где ɛ л – полнота выделения легкой примеси; ɛ з – полнота выделения основного зерна.

Аналогично определяли эффективность очистки зерна от мелких примесей Е м и эффективность очистки зерна от крупных примесей Е к и разность полноты просеивания мелкой примеси и основного зерна.

Результаты исследования и их обсуждение

С целью обоснования частоты вращения барабана были проведены экспериментальные исследования по изучению влияния частоты вращения барабана на эффективность очистки зернового материала от легких, мелких и крупных примесей. Предварительно экспериментами было установлено, что более эффективно выделяются примеси при угле наклона выпускного патрубка 45 ° удельной подаче зернового материала 2,78 кг/с. При этих параметрах изучили влияние частоты вращения барабана сепарирующего зернометателя на эффективность очистки зерна.

Анализ экспериментальных исследований показал, что с увеличением частоты вращения барабана сепарирующего зернометателя компоненты зернового материала все дальше вылетают и все меньше перекрываются. Так, перераспределение компонентов зернового материала наиболее эффективно при частоте вращения барабана 360 об/мин и при этом более эффективно выделяются легкие, мелкие и крупные примеси.

а) 260 об/мин, угол наклона 45°, 86 %, от 4 м до 6 м.

• б)    330 об/мин, угол наклона 45°, 89 % , от 5 м до 8 м.

  

• в)    360 об/мин, угол наклона 45°, 92 %, от 5 м до 9 м.

Рисунок 4 – Распределение компонентов зернового материала (вылет частиц) в зависимости от частоты вращения барабана (а, б, в): ▬ – легкая примесь; ▬ – мелкая примесь; ▬ – основное зерно; ▬ – крупная примесь

Если выделить фракцию зернового материала от 5 до 9 м, то можно получить фракцию основного зерна (пшеницы) 92 % базисных кондиций. При этом фракции зернового материала от 2,5 до 5 м и фракцию от 9 до 10 м можно отправить на доработку на существующие воздушно-решетные машины. А фракцию с легкими и мелкими примесями, которая распределилась до 2,5 м, и фракцию крупных примесей от 10 до 13, 5 м отправить в отходы, так как в них содержание основного зерна (пшеницы) составляет меньше 1 %.

Заключение

Анализ экспериментальных исследований показал, что сепарирующий зернометатель выбрасывает компоненты зернового материала на определенные расстояния. Крупные и тяжелые частицы улетают на дальние расстояния, ближе распределяются частицы основного зерна, а еще ближе частицы мелкой и легкой примеси.

Частицы легкой примеси располагаются ближе всех частиц зернового материала. Если собрать частицы основного зерна на расстоянии от 4 до 8 м можно получить зерно базисных кондиций более 80 %. Остальные промежуточные фракции – зерно с мелкими примесями (3– 4 м), зерно с крупными примесями от 8 до 10 м – доработать на существующих зерноочистительных машинах. Фракцию с легкими и мелкими примесями (ближе 3 м) и фракцию крупных примесей (дальше 10 м) в отходы (потери основного зерна в отходы меньше 1 %).

Наибольшая эффективность очистки наблюдается при угле наклона выпускного патрубка к горизонту 45 ° , удельной подаче зернового материала 2,78 кг/с, и при частоте вращения барабана 360 об/мин, при котором можно получить 92 % зерна базисных кондиций.