Кіровоградський державний технічний університет

ЛУЗАН ПЕТРО ГРИГОРОВИЧ

УДК 631.362.3:633.1

Обгрунтування параметрів та режимів роботи ІНЕРЦІЙНО-ГРАВІТАЦІЙНОГО РЕШІТЧАСТОГО СЕПАРАТОРА ЗЕРНА

Спеціальність 05.05.11 – Машини і засоби механізації

сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кіровоград – 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі сільськогосподарського машинобудування Кіровоградського державного технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Шмат Сергій Іванович, Кіровоградський державний технічний університет, доцент кафедри сільськогосподарського машинобудування.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Котов Борис Іванович, Інститут механізації та електрифікації сільського господарства Української академії аграрних наук, смт. Глеваха, Київської обл., завідувач лабораторії післязбиральної обробки зерна;

кандидат технічних наук, доцент Бакум Микола Васильович, Харківський державний технічний університет сільського господарства, завідуючий кафедрою сільськогосподарських машин.

Провідна установа: Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, м. Київ, кафедра сільськогосподарського машинобудування.

Захист відбудеться 23 листопада 2001 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 23.073.01 у Кіровоградському державному технічному університеті за адресою:

25006, м. Кіровоград, просп. Університетський, 8.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Кіровоградського державного технічного університету за адресою:

25006, м. Кіровоград, просп. Університетський, 8.

Автореферат розісланий 20 жовтня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради ________________В.М.Каліч

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Збільшення виробництва зерна в Україні - одна із важливих задач сільськогосподарського виробництва. Успішне вирішення такої задачі потребує нарощування виробничих потужностей для післязбирального обробітку зерна, який є одним із трудомістких процесів в його виробництві.

Інтенсивне надходження свіжозібраного зернового вороху на підприємства післязбирального обробітку викликає необхідність його швидкого очищення від смітних домішок, які утруднюють наступні операції сушіння, тимчасового зберігання і очищення. Зерноочисні машини для попереднього очищення повинні мати таку продуктивність, яка б перевищувала продуктивність наступних машин і обладнання потокової лінії в 2…3 рази, виділяти максимальну кількість смітних домішок, забезпечувати мінімальні втрати зерна при низьких показниках енерго- і матеріалоспоживання.

Машини, які використовуються в даний час, не забезпечують вирішення даної проблеми. Тому вдосконалення процесу сепарації в напрямку підвищення питомої продуктивності та зменшення енерговитрат при післязбиральному очищенні зерна є актуальною і важливою задачею, вирішення якої дозволить підвищити ефективність зерноочисних і сортувальних машин.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема роботи пов’язана з тематичним планом НДДКР Кіровоградського державного технічного університету на 1995 – 2000 роки, а також з “Державною програмою виробництва технологічних комплексів машин і устаткування для сільського господарства, харчової і переробної промисловості на 1998-2005 рр.” (п.3.1.12), затвердженої на засіданні Кабінету Міністрів України 09.02.1998 року, протокол №5, для розвитку машинобудівного комплексу сільськогосподарських машин в Україні.

Мета роботи і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення питомої продуктивності і зменшення енерго- і матеріаловитрат при післязбиральному очищенні зерна шляхом удосконалення обладнання та технології сепарації.

Для досягнення поставленої мети визначені наступні задачі дослідження:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Об'єкт дослідження – решето інерційно-гравітаційного сепаратора з поздовжніми щілинами, що розширюються в напрямку руху оброблюваного матеріалу.

Предмет дослідження – сепарація зерна на решетах під дією інерційно-гравітаційних силових полів.

Методи дослідження. При виконанні теоретичних досліджень використовувались механіко-математичні методи моделювання технологічного процесу сепарації на базі вищої математики, теоретичної механіки та теорії ймовірності. Експериментальні дослідження проводились в лабораторних і виробничих умовах з використанням математичного планування багатофакторних експериментів. Теоретичні розрахунки і статистична обробка експериментальних даних проводилась з використанням ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів.

Вперше обгрунтовані принципи побудови математичних моделей процесу руху та процесу сепарації на решетах, поздовжні щілини яких розширюються в напрямку руху оброблюваного матеріалу в полі дії інерійно-гравітаційних силових полів.

Вперше виконана оцінка впливу кінематичних параметрів руху зернової суміші та конструктивних параметрів решета на умови проходу часток через клиноподібні щілини.

Виконана параметрична оптимізація конструктивних та кінематичних параметрів сепаратора та оцінка впливу величини збільшення щілини решета на ефективність сепарації.

Удосконалено методику визначення ефективності сепарації на решетах, поздовжні щілини яких розширюються в напрямку руху оброблюваного матеріалу.

Новизна запропонованих технічних рішень підтверджена двома патентами України на винаходи.

Практичне значення отриманих результатів. Експериментально обгрунтовані раціональні конструктивно-кінематичні параметри інерційно-гравітаційного решітчастого сепаратора. Розроблена методика розрахунку раціональних параметрів та визначена економічна ефективність його застосування. Теорія сепарації і методика експериментальних досліджень може бути використана для створення і випробовування аналогічних сепараторів як в сільському господарстві так і в інших галузях. Результати теоретичних і експериментальних досліджень прийняті ВАТ “Акустика” м. Кіровоград, на основі чого був виготовлений дослідний зразок, який у 1999 році пройшов успішні випробовування на ВАТ “Цибулівське хлібоприймальне підприємство”.

Особистий внесок здобувача. Використовуючи ідею моделі “ідеального сепаратора”, запропоновану проф. М.Є. Авдєєвим за участю к.т.н. доц. Васильковського М.І., була розроблена нова конструкція решітчастого сепаратора, яка найбільш повно відповідає цій ідеї (доля автора 80%).

Автором обгрунтовані принципи побудови математичних моделей процесу сепарації на решетах, поздовжні щілини яких розширюються в напрямку руху оброблюваного матеріалу. Виконана оптимізація конструктивних параметрів решета і кінематичного режиму руху зернової суміші для забезпечення максимальних умов виділення часток та оцінка впливу величини клиноподібних щілин решета на ефективність сепарації. Удосконалено методику визначення ефективності сепарації стосовно решіт запропонованого типу.

На основі теоретичних і експериментальних досліджень обгрунтовані раціональні конструктивні і кінематичні параметри сепаратора.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати роботи були заслухані й обговорені на щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу Кіровоградського державного технічного університету (1992-2001р.р.), на 1-й та 2-й Міжнародних науково-практичних конференціях “Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки”, КДТУ (м. Кіровоград, 1997 і 1999 рр.), на 1-й Міжнародній науковій конференції Національного аграрного університету “Сучасні проблеми землеробської механіки”, (м. Київ, 2000 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 10 статей, в тому числі 4 одноосібно, а також отримано 2 патенти України на винаходи

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Робота викладена на 185 сторінках машинописного тексту, містить 59 рисунків, 6 таблиць в тексті і 2 в додатку. Перелік посилань включає 122 назви, з них 8 на іноземній мові.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, розглянуто стан питання, сформульовані мета й задачі досліджень та основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі “Сучасний стан техніки та теоретичних досліджень сепарації зерна на решітчастих сепараторах” приведений короткий огляд решітчастих сепараторів для очищення і сортування зерна та аналіз результатів досліджень. Питанню розробки теорії сепарації і створенню різноманітних конструкцій робочих органів зерноочисних машин присвячені роботи відомих вчених В.П. Горячкіна, М.Н. Лєтошнєва, П.М.Василенка, П.М. Заїки, М.Г. Гладкова, Є.С. Гончарова, М.Є. Авдєєва, І.Є. Кожуховського, Ю.А. Манчинського, Б.І. Котова, М.В. Бакума, Л.М. Тищенко, М.М Петренко, М.І. Васильковського та ін. Аналіз результатів досліджень та конструкцій сепараторів зерна, розглянутих у наведених роботах, дозволив зробити висновок про те, що підвищення ефективності сепарації, зменшення енерго- і матеріаловитрат та підвищення питомої продуктивності можливе за рахунок використання інерційно-гравітаційних силових полів. При цьому оптимальною в сучасних решетах є клиноподібна форма щілин, яка обумовлює їх незабивання частками з розмірами близькими до розмірів щілин решета при підвищенні інтенсивності процесів сепарації.

Порівняльний аналіз існуючих решітчастих сепараторів виявив, що перспективними є сепаратори (рис.1 а), створені на основі решіт, виготовлених із прутків круглого поперечного профілю (рис.1 б), розташованих один біля

а) б)

Рис.1. Інерційно-гравітаційний сепаратор:

а) – технологічна схема; б) схема до обгрунтування решіт

одного, які створюють поздовжні щілини нескінченої довжини, і розширюються в напрямку руху оброблюваного матеріалу.

За матеріалами першого розділу сформульовані задачі досліджень.

У другому розділі “Теоретичні дослідження процесу сепарації в інерційно-гравітаційному сепараторі” проведені теоретичні дослідження процесу руху матеріальної частки по поверхні решета та процесу сепарації. Виконаний аналіз запропонованих моделей.

Запропонована технологічна схема інерційно-гравітаційного решітчастого сепаратора передбачає очищення зерна від крупних і дрібних домішок, яке виконується на двох решетах (колосовому і підсівному), встановлених послідовно (рис.  а). Процес руху зерна на верхньому і нижньому решетах подібний, різниця лише в геометричних параметрах, які обумовлені вимогами до розділення зерна. Тому для обгрунтування їх параметрів був розглянутий тільки процес руху зерна на одному решеті. На проходження процесу руху впливають такі фактори (рис.2): параметри завантажувального пристрою: довжина Sл, ширина Bл; кут нахилу ; параметри решета: радіус K; довжина ; кут розхилу прутків у поперечному перерізі ; початкова b0 і кінцева bk ширина щілини решета; діаметр прутків dпр.

Рис.2. Схема до визначення параметрів сепаратора

Проведений аналіз руху зерна в завантажувальному пристрої дозволив встановити, що при русі сипких матеріалів під дією сили тяжіння при довжині лотка завантажувального пристрою Sл=1 м можна отримати швидкість руху зерна V в межах 4 м/с, яка буде достатньою для проведення процесу сепарації.

Розглянемо випадок руху частки по поверхні решета, яке представляє собою дугу кола, утворену прутками опуклого профілю (рис.3, рис. 4), де – кут, який визначає положення частки на решеті; – кут, який визначає положення частки на поверхні решета; de – еквівалентний діаметр частки.

Рис. 3. Схема сил, які діють на частку на поверхні решета

Рис. 4. Схема дії сил у поперечному перерізі

Проекція сил, які діють на частку, на вісь :

, (1)

де m - маса частки; S - шлях, пройдений часткою по дузі кола; G - сила тяжіння (G=mg); – проекція сил тертя на вісь :

, (2)

N1, N2 – складові сил нормальної реакції поверхні решета на першому і другому пруткові, створені силою тяжіння і відцентровою силою:

. (3)

Після відповідних перетворень з урахуванням того, що отримуємо рівняння руху частки:

. (4)

Ширину щілини в будь-якому перерізі по довжині решета b(s) визначали на відрізку 0<<900 (рис.5 а) за формулою:

,

де – приріст величини щілини по довжині решета.

Після перетворень отримана формула для визначення ширини щілини:

. (5)

Кут розхилу прутків у поперечному перерізі визначали із співвідношення (рис.5 б): , де – значення кута розхилу прутків в будь-якому поперечному перерізі; – значення кута розхилу прутків в поперечному перерізі в кінцевій частині.

а) б)

Рис. 5. а) Схема проекції щілини решітки;

б) Схема до визначення кута розхилу прутків

Отримана формула для визначення кута розхилу прутків:

, (6)

де .

Кут , який визначає положення частки на поверхні решета (рис.4):

, (7)

де r – радіус прутків решета; re – еквівалентний радіус частки.

Позначимо ; , тоді (7) запишемо у вигляді:

. (8)

Остаточно рівняння (4) матиме вигляд:

. (9)

Для розв’язку диференціального рівняння (9) використовували традиційний метод пониження порядку рівняння, яке не має явної залежності від аргументу. При цьому знехтували константою c, яка значно менша в порівнянні з a (). Після інтегрування отримане рівняння:

(10)

Виділення частки може статися тільки в тому місці щілини, яке визначається значенням Sпр, де її ширина b(s) буде дорівнювати прохідному розміру частки de. Умова проходу виконується у випадку:

. (11)

Аналіз рівняння (10), виконаний відносно показника кінематичного режиму , показує, що зміною початкової швидкості руху V0 і радіусом решета R можна досягти кінематичних режимів руху частки, які сприяють проходженню процесу сепарації (рис.6).

Рис.6. Залежність зміни показника кінематичного режиму K при різних значеннях початкової швидкості подачі зерна V0 і радіуса решета R

Процес сепарації на решетах залежить від ряду випадкових факторів, тому модель процесу сепарації була побудована з використанням теорії ймовірності. Для складання математичної моделі процесу сепарації на основі теорії ймовірності розглядали рух часток по ділянці решета із двох прутків, параметрами якого є R, b0, bk, , T – відповідно радіус решета; початкова і кінцева ширина клиноподібних щілин; кут, який визначає розхил прутків; крок розташування прутків (рис. а).

Виділення через решето частки із i-того елементарного шару (i=1, 2, 3…n – номер шару від поверхні решета; – загальне число елементарних шарів часток діаметром de на поверхні решета) розглядали як складний випадок, який включає три залежних прості:

- перший – центр маси частки виявиться над площиною клиноподібної щілини; , де  – розрахункова ширина клиноподібної щілини для i-того елементарного шару, яка є функцією її довжини S (рис.7 б), тобто:

;

– крок між прутками, .

- другий – може пройти через клиноподібну щілину: ;

- третій – клиноподібна щілина вільна від непросіяних крізь нього часток з нижніх елементарних шарів:.

а) б)

Рис.7.

а) Схема до обгрунтування математичної моделі процесу сепарації;

б) Схема до визначення ширини клиноподібної щілини

Виділення часток із i-того елементарного шару в клиноподібну щілину завершується через деякий час ti після того, як складуться умови виділення:

.

Для багатокомпонентної суміші був введений коефіцієнт приведення, який враховує розмірну характеристику оброблюваного матеріалу і представляє собою відношення величини середнього робочого розміру щілин решета bср до величини середнього відхилення lср від цієї величини відповідних розмірів часток зерна:, де – середньостатистичний розмір часток зерна за ознакою розділення.

Отримане рівняння для визначення ймовірності просіювання:

. (12)

Ступінь розділення оброблюваного матеріалу визначали за відомою формулою:

, (13)

де – коефіцієнт сепарації:

. (14)

Для практичного використання було визначено коефіцієнт сепарації для різних значень показника кінематичного режиму в залежності від питомого навантаження (рис.8).

Рис. . Зміна коефіцієнта сепарації від питомого навантаження при різних значеннях показника кінематичного режиму:1 – K=2; 2 – K=6; 3 – K=10

В третьому розділі приведена програма і методика експериментальних досліджень процесу сепарації на інерційно-гравітаційному решітчастому сепараторі. Програмою експериментальних досліджень передбачалося визначення фізико-механічних властивостей зерна: коефіцієнтів тертя, фракційного складу, вологості; перевірка математичних моделей на адекватність; вивчення закономірностей просіювання зерна через щілини решета в залежності від основних параметрів і режимів роботи: величини та умов подачі зерна, конструктивних параметрів сепаратора; визначення порівняльних характеристик сепаратора з існуючими зразками; випробовування сепаратора у виробничих умовах.

Для проведення досліджень було виготовлено експериментальну установку, схема і загальний вигляд якої представлені на рис.9.

Швидкість подачі зернового матеріалу на решето регулювали зміною висоти подачі зерна на решето. Для визначення характеру руху зерна при його подачі на решето та виході із нього була застосована стендова апаратура на основі автономного двохкоординатного скануючого оптико-електронного датчика типу ПДС-03 та сучасної комп’ютерної техніки, при цьому використовували частки циліндричної форми діаметром 3 мм і довжиною 5 мм. Коефіцієнт тертя ковзання по металевій поверхні f=0,36.

При дослідженні процесу сепарації використовували зерно насіння пшениці "Скіф’янка", попередньо оброблене вертикальним повітряним потоком в аспіраційному каналі для видалення легких домішок. Розмірну характеристику зерна і підсіву отримали шляхом обробки середніх проб на ручному плоскорешітчастому класифікаторі за загальноприйнятою методикою. Чистоту і вміст домішок визначали за ГОСТ 12037-81 “Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения чистоты и отхода семян”. Визначення вологості зерна здійснювалось методом прямого висушування згідно ГОСТ 12041-82 “Семена сельскохозяйственных культур. Метод определения влажности”.

Рис.9. Схема і загальний вигляд експериментальної установки: 1 – рама, 2 – бункер, 3 – направляючий лоток, 4 – решето, 5 – пробовідбірники, 6, 7, 8 - вісі, 9, 10, 11 – заслінки, 12, 13 – вісі кріплення решіт, 14 – заслінка пробовідбірника, 15 – заслінка, 16 – регулювальна заслінка, 17 – гвинтовий механізм регулювання положення заслінки

В четвертому розділі “Результати експериментальних досліджень процесу сепарації в інерційно-гравітаційному сепараторі” для перевірки адекватності детермінованої математичної моделі були проведені експериментальні дослідження на лабораторній установці, де вивчалась залежність нелінійної функції та інтенсивність просіювання по довжині решета (рис.10-11).

Аналіз отриманих залежностей показує, що швидкість руху частки, яка отримана із математичної моделі і експериментально, відрізняється не більше ніж на 5%.

Експериментальну перевірку на адекватність математичної моделі процесу сепарації, побудованої на основі елементів теорії ймовірності, виконували на основі методів багатофакторних експериментів для шести факторів (Ha6).

Вибір конкретних параметрів варіювання факторів, їх кількість, а також рівні зміни факторного простору обгрунтовувались за результатами розрахунків і попередніх експериментальних досліджень. Кут розхилу прутків у поперечному перерізі змінювали в межах, які забезпечують приріст величини щілини в кінцевій частині, що не перевищує величини класового проміжку. Інтервали варіювання і основні рівні факторів приведені в табл.1.

Рис.10. Співставлення теоретичних і експериментальних значень швид-кості руху часток

Рис.11. Зміна інтенсивності просію-вання по довжині решета: V0=4 м/с, b0=1,8 мм, bk=2,0 мм

Таблиця 1

Інтервали варіювання і рівні факторів

Умови планування | Фактори

Х1 | Х2 | Х3 | Х4 | Х5 | Х6

, град | dпр, мм | K | Ф, % | W, % | qB, кг/м·с

Основний рівень | 3 | 6 | 10 | 16 | 7

Інтервал варіювання | 1,5 | 4 | 5 | 2 | 5

Верхній рівень | + | 4,5 | 10 | 15 | 18 | 12

Нижній рівень– | 1,5 | 2 | 5 | 14 | 2

В схемі досліджуваного технологічного процесу були прийняті такі позначення: X1 – кут розхилу прутків (); X2 – діаметр прутків (dпр); X3 – показник кінематичного режиму руху зерна (); X4 – параметр, який характеризує відносний вміст домішок у вихідному матеріалі (Ф); X5 – вологість зерна (W); X6 – питоме навантаження на решето (qB), Y – показник питомої інтенсивності просіювання зерна (ПВ).

Ефективність роботи сепаратора оцінювали приведеним показником питомої інтенсивності просіювання ПВ (рис.12), який одночасно враховує повноту розділення і питоме навантаження на решето. Отримані рівняння регресії для дрібних домішок:

, (15)

для крупних домішок:

. (16)

Аналіз отриманих математичних моделей виконували за допомогою функції MAXIMIZE пакету Mathcad. Порівняння теоретичних залежностей з експериментальними при тих же умовах (рис.13) показали, що розходження між теоретичними і експериментальними даними не перевищують 6,2%, що свідчить про адекватність отриманих залежностей.

Рис.12. Зміна питомої інтенсивності просіювання П в залежності від показника кінематичного режиму К

Рис. 13. Співставлення теоретичних і експериментальних значень повноти виділення дрібних домішок від питомого навантаження qB:

R=300 мм, V0=4 м/с, dпр=3,0 мм; f=0,35, b0=1,8 мм, bk=2,0 мм

В п’ятому розділі приведена методика вибору і розрахунку основних конструктивних елементів і параметрів сепаратора, яка розроблена на основі комплексного аналізу проведених теоретичних і експериментальних досліджень.

На основі запропонованої методики був розроблений і виготовлений експериментальний сепаратор з решетами для відокремлення крупних домішок, випробовування якого проводились у ВАТ “Цибулівське хлібоприймальне підприємство”.

Порівняльні випробовування з сепаратором даного класу СЗГ-25, а також з плоским коливним решетом зерноочисної машини ОВС-25 показали, що запропонована технологічна схема інерційно-гравітаційного сепаратора дозволила підвищити питому продуктивність порівняно з машинами аналогічного призначення на 18-20%. Досягнута при цьому питома продуктивність перевищує в 1,3-1,5 рази питому продуктивність плоских решіт при рівнозначній повноті розділення.

Рис. 14. Результати порівняльних випробувань решітчастих сепараторів при виділенні з пшениці дрібних домішок: 1 – плоске коливне решето ОВС-25; 2 – нерухоме плоске решето М.Є.Авдєєва; 3 – віброцентрифуга Є.С.Гончарова; 4 – зерноочисник СЗГ-25; 5 – експериментальне решето

Спостереження за станом решета під час роботи сепаратора показали, що процес забивання клиноподібних щілин не перевищує 3% від загальної площі решета, що практично не впливає на технологічні показники процесу сепарації.

Проведений розрахунок економічної ефективності результатів роботи в порівнянні з серійним сепаратором СЗГ-25, виконаний за загальноприйнятою методикою розрахунку нової техніки показує, що очікуваний річний економічний ефект від використання запропонованого інерційно-гравітаційного сепаратора на одну машину з урахуванням капітальних вкладень складає 1021,7 грн. за цінами станом на 1 серпня 2000 року.

ВИСНОВКИ

1. Встановлено, що гравітаційні сепаратори традиційної схеми очищення з перфорованими решетами, які мають постійний розмір щілин, практично досягли межі вдосконалення. Перспективи подальшої інтенсифікації процесу сепарації зерна пов’язані з пошуком нових принципів обробки на основі використання додаткових силових полів.

2. Значного підвищення ефективності решітчастої сепарації зерна при його післязбиральному очищенні і сортуванні, зменшення енерго- і матеріаловитрат можна досягти за рахунок використання інерційно- гравітаційних силових полів на решетах з поздовжніми щілинами, які розширюються в напрямку руху оброблюваного матеріалу.

3. Розроблені математичні моделі процесу руху та сепарації, які пов’язують основні конструктивні параметри, фізико-механічні властивості оброблюваного матеріалу і умови подачі його на решітчасту поверхню, дозволили встановити, що при підвищенні інтенсивності процесу сепарації оптимальною в інерційно-гравітаційних решетах є клиноподібна форма щілин, яка обумовлює незабивання їх частками з розмірами, близькими до розмірів щілин.

4. Проведені теоретичні дослідження процесу сепарації зерна дозволили вивести аналітичні залежності руху частки по поверхні решета, умови проходу зерна через клиноподібні щілини решета, оптимізувати параметри сепаратора. Встановлено, що розхил прутків решета в кінцевій частині до 1,5 мм суттєво не впливає на якісні показники роботи інерційного сепаратора.

5. Встановлено, що самоочищення решіт сепаратора, коли величина розхилу прутків не перевищує класового проміжку, забезпечується при роботі з мінімальним значенням показника кінематичного режиму K>1.

6. Максимальне значення питомої інтенсивності сепарації П досягається при показникові кінематичного режиму K=4…6 (радіус решета R=0,2…0,4 м) для підсівного і K=3...5 (радіус решета R=0,3…0,5 м) для колосового решіт. В інших випадках при забезпеченні швидкості руху зерна під дією гравітаційних сил вона зменшується, а підвищення K за рахунок збільшення радіусу решітки R приводить до заклинення часток зерна в решеті.

7. Підвищення питомого навантаження для колосового решета при забезпеченні агровимог до попереднього очищення зерна можливе за рахунок збільшення величини розхилу прутків більше класового проміжку. При збільшенні величини розхилу з 0,5 мм до 1,5 мм питоме навантаження можна збільшити з 7 т/м·год до 18 т/м·год при зниженні ефективності сепарації від 77% до 57%, що допускається агротехнічними вимогами до попереднього очищення зерна.

8. Результати порівняльних випробовувань запропонованого інерційного сепаратора та оцінка досліджуваного процесу підтвердили високу ефективність нового сепаратора. Питома продуктивність при рівнозначній повноті розділення оброблюваного матеріалу в 1,3-1,5 рази перевищує відповідні показники сепарації серійними машинами аналогічного призначення. При використанні запропонованого інерційно-гравітаційного сепаратора за рахунок підвищення продуктивності, зниження енерго- і матеріалоємності річний економічний ефект на одну машину з урахуванням капітальних вкладень складає 1021,7 грн. за цінами станом на 1 серпня 2000 року.

ДРУКОВАНІ ПРАЦІ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Лузан П.Г., Васильковский А.М., Мачок Ю.В. Интенсификация процесса сепарирования зерновых материалов под действием инерционных силовых полей // Проблеми конструювання та експлуатації сільськогосподарської техніки.- Кіровоград: КІСМ, 1997.- С. 72-74.

2. Лузан П.Г., Васильковський О.М. Нові конструкції решіткових сепараторів зернових сумішей // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин.- Кіровоград: КДТУ, 1999.- Вип.27.- С.123-127.

3. Лузан П.Г. Методика визначення основних параметрів інерційно-гравітаційного сепаратора / Збірник наукових праць національного аграрного університету, Том V, “Сучасні проблеми механізації сільського господарства”.- К.: Видавництво НАУ, 1999.- С.41-44.

4. Лузан П.Г. Вірогіднісна математична модель процесу сепарації на інерційно-гравітаційному сепараторі // Конструювання, виробництво та експлуатація cільськогосподарських машин.- Кіровоград: КДТУ, 2000.- Вип. 29.- С. 80-83.

5. Лузан П.Г. Результати експериментальних досліджень інерційно-гравітаційного сепаратора зернових сумішей / Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету, “Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація”.- Кіровоград: КДТУ, 2000.- Вип. 6.- С. 61-65.

6. Лузан П.Г. Методика вибору і розрахунку основних конструктивних елементів і параметрів інерційно–гравітаційного сепаратора зернових сумішей / Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету, “Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація”.- Кіровоград: КДТУ, 2001.- Вип. 9.- С. 11-16.

7. Васильковский М.И., Лузан П.Г. Проблемы совершенствования процессов очистки и сортирования зерна на решетах // Повышение технического уровня сельскохозяйственных машин.- К.: УМК ВО, 1991.- С.31-36.

8. Васильковский М.И., Лузан П.Г. Совершенствование решетных сепараторов для зерна // Республиканская НТК "Проблемы конструирования и технологии производства сельскохозяйственных машин".- Кировоград: КИСХМ.-1991.- С.18-19.

9. Васильковский М.И., Лузан П.Г., Васильковский А.М. Повышение эффективности сепарации сыпучих материалов на решетах // Тезисы региональной научно-практической конференции "Проблемы разработки производства и эксплуатации подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин".- Кировоград: КИСМ.-1994.- С. 28-29.

10. Васильковський М.І., Лузан П.Г., Васильковський О.М. Аналіз процесу відцентрової сепарації зерна на решетах // Розробка і технологія виробництва сільськогосподарських машин.- К.: ІСДО, 1994.- С.18-20.

11. Пат. 24700 А Україна, МКИ В 07 В 13/04. Решітковий сепаратор / М.І.Васильковський, О.М.Васильковський, П.Г.Лузан, І.М.Осипов (Україна).- №97063049; Заявл. 24.06.97; Опубл. 04.08.98.- 3 с.

12. Деклараційний патент №29822 А Україна, МКИ В 07 В 13/04. Решітний сепаратор / М.І. Васильковський, О.М. Васильковський, П.Г. Лузан, І.М. Осипов (Україна).- №97073883; Заявл. 22.07.97; Опубл. 15.11.2000.- 3 с.

АНОТАЦІЯ

Лузан П.Г. Обгрунтування параметрів та режимів роботи інерційно–гравіта-ційного решітчастого сепаратора зерна.– Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Кіровоградський державний технічний університет, Кіровоград, 2001.

Дисертація присвячена питанням сепарації зернових сумішей в полі дії інерційно-гравітаційних силових полів. Містить теоретичні дослідження процесу сепарації на решетах з щілинами, розмір яких збільшується в напрямку руху оброблюваного матеріалу. Визначений та обґрунтований перспективний напрямок вдосконалення технології сепарації зерна та запропонована конструкція сепаратора для її виконання. Обгрунтовані принципи побудови математичних моделей процесу руху та процесу сепарації на запропонованих решетах.

Проведена оптимізація конструктивних параметрів решета і кінематичних режимів руху зернової суміші, які забезпечують сприятливі умови для виділення прохідних часток.

Викладена методика та порядок проведення досліджень. Описані їх результати. Приведена методика визначення ефективності сепарації на решетах запропонованого типу. Розроблена методика розрахунку параметрів і режимів роботи та визначена економічна ефективність використання запропонованого сепаратора.

Ключові слова: сепарація, зернова суміш, інерційно-гравітаційний сепаратор, решето, кінематичний режим, ефективність сепарації.

SUMMARY

Luzan P.G. Substantiation of parameters and operation modes of inertio-gravitational lattice grain separator.– Manuscript.

Thesis for a candidate’s degree in technical sciences in specialty 05.05.11 – Machines and means for mechanization in agricultural manufacture. Kirovograd State Technical University, Kirovograd, 2001.

The dissertation is devoted to the problem of separation of grain mixes in inertio-gravitational power fields. It contains theoretical researche of the process of grain separation on lattices with cracks, which size increase in the direction of movement of processed material. It is determined the perspective direction of improvement of the technology of grain is determined separation and the design separator for its performance is offered. The principles of mathematical models construction of the process of movement and grain separation on offered lattices are proved.

The optimization of lattice design data and kinematic mode of movement of a grain mix is done which provide maximum favorable conditions for allocation of passing particles.

The technique and order of researche realization is stated. Their results are described. The technique separation efficiency on lattices of the offered type is given. The technique of parameters calculation and operation modes of is developed and the economic efficiency of use separator is determined.

Key words: separation, grain mix, inertio-gravitational separator, lattice, kinematic mode, efficiency of separation.

АННОТАЦИЯ

Лузан П.Г. Обоснование параметров и режимов работы инерционно–гравитационного решетного сепаратора зерна.– Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства.– Кировоградский государственный технический университет, Кировоград, 2001.

Диссертация посвящена вопросам сепарации зерновых смесей в поле действия инерционно-гравитационных силовых полей. Содержит теоретические исследования процесса сепарации на решетах со щелями, размер которых увеличивается в направлении движения обрабатываемого материала. Работа состоит из вступления, пяти разделов и общих выводов.

В первом разделе проведен литературный анализ, определены цели и задачи исследования. Обосновано перспективное направление усовершенствования технологии сепарации зерна и предложена технологическая схема сепаратора для его выполнения.

Второй раздел содержит теоретические исследования процесса сепарации в инерционно-гравитационном сепараторе. Разработаны математические модели процесса движения и процесса сепарации, которые связывают конструктивные параметры сепаратора, физико-механические свойства обрабатываемого материала и условия подачи на решетную поверхность с характеристиками процесса, анализ которых позволил определить основные рабочие характеристики сепаратора как функции конструктивных и режимных параметров. Определены условия выделения проходных частиц через решето, и коэффициент сепарации по длине решета.

В третьем разделе представлена методическая часть работы, разработана программа и методика исследований, описана экспериментальная установка, разработанная для проведения исследований. Приведена методика определения эффективности сепарации на решетах предложенной конструкции.

В четвертом разделе приведены результаты экспериментальных исследований, которые подтвердили выводы полученные на основе анализа математических моделей. Экспериментально оценены технологические возможности инерционно-гравитационного сепаратора. Приведены результаты сравнительных испытаний.

В пятом разделе на основании комплексного анализа проведенных теоретических и экспериментальных исследований процесса инерционно-гравитационной сепарации разработана методика выбора и расчета конструктивных элементов и параметров сепаратора. Предложена его конструктивно-технологическая схема. Выполнен расчет экономической эффективности от внедрения результатов работы.

Ключевые слова: сепарация, зерновая смесь, инерционно-гравитацион-ный сепаратор, решето, кинематический режим, эффективность сепарации.