ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНІЙ

УНІВЕРСИТЕТ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА

БРЕДИХІН ВАДИМ ВІКТОРОВИЧ

УДК 631.362.3

ОБГРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ

ВІБРОПНЕВМОВІДЦЕНТРОВОГО РОЗДІЛЕННЯ

НАСІННЄВИХ СУМІШЕЙ ЗА ГУСТИНОЮ

НАСІННЯ

05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського
виробництва

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2003

Дисертація є рукопис

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті сільського господарства Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент
Тіщенко Леонід Миколайович,

Харківський державний технічний

університет сільського господарства, перший

проректор з навчальної роботи

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, старший науковий

співробітник Котов Борис Іванович,

ННЦ ІМЕСГ, завідувач лабораторії

“Післязбиральна обробка зерна”, м. Київ

- кандидат технічних наук, доцент

Малюта Сергій Іванович,

Таврійська державна агротехнічна академія,

кафедра “Безпека життедіяльності”,

м. Мелітополь

Провідна установа: - Національний аграрний університет,

Міністерства аграрної політики України,

м. Київ

Захист відбудеться “_13____” __листопада______ 2003 року о __10_

годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.832.01 в Харківському державному технічному університеті сільського господарства за адресою: 61002, м. Харків – 2, вул. Артема, 44.

З дисертацією можно ознайомитись у бібліотеці Харківського державного технічного університету сільського господарства за адресою: 61002, м. Харків – 2, вул. Артема, 44.

Автореферат розісланий “__8___” ___жовтня__________ 2003 р.

Вчений секретар Черенков О.Д.

спеціалізованої вченої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Дисертаційна робота присвячена дослідженням шляхів удосконалення процесів сепарації сумішей насіннєвих матеріалів сільськогосподарських культур із застосуванням центрифугування, вібрацій і повітряного потоку.

Аналіз існуючих способів і технічних засобів обробки насіння свідчить, що техніка, яка використовується зараз, за своїми характеристиками не задовольняє сучасні вимоги виробництва через підвищену енерго- і металоємкість, складності настроювання і експлуатації (пневматичні столи ПСС-2,5; СПС-5 зняті з виробництва). Повітряно-решітно-трієрні машини вітчизняного і закордонного виробництва, що експлуатуються в господарствах не вирішують задач розділення насіння за густиною. Запропоновані нові технічні рішення не вийшли за рамки дослідних зразків. Машини закордонного виробництва недоступні вітчизняному виробнику через високу вартість.

Таким чином, робота спрямована на створення вітчизняними виробниками конкурентноздатної насінняочистної техніки на основі ефективних робочих органів для підготовки насіння за густиною, є актуальною і перспективною.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота є складовою частиною Державної програми “Виробництво технологічних комплексів машин і обладнання для агропромислового комплексу. 1998-2005 роки. Розділ 3 (п.3.8.). Техніка для післязбиральної обробки зерна”, регіональної програми “Найважливіші проблеми АПК на 1996-2005 роки”, розділом комплексної теми 1-4 науково-дослідних робіт ХДТУСГ “Розробка та впровадження елементів вібраційно-відцентрових сепараторів для підвищення ефективності їх використання”, 1995-2005 роки і науково- дослідних робіт: “Обгрунтування параметрів процесу вібропневмовідцентрового розділення насіннєвих сумішей за густиною насіння”
(ДР № 0103U004776, 2000-2003р.), “Наукові основи вібровідцентрової сепарації насіннєвих сумішей” (ДР № 0103U004777, 2002-2005р.).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення питомої продуктивності та якості процесу розділення насіннєвих сумішей за густиною насіння, зниження питомої метало- та енергоємкості обладнання, що виконує процес.

Для досягнення поставленої мети визначені такі задачі дослідження:

- виявити і обґрунтувати перспективні напрямки технологічного і технічного удосконалення розділення насіннєвих сумішей вібропневмовідцентровим способом;

-

-

-

-

-

Об'єкт дослідження. Процес розділення насіннєвих сумішей.

Предмет дослідження. Обгрунтування параметрів процесу вібропневмовідцентрового розділення насіннєвих сумішей за густиною насіння.

Методи дослідження. Основою дослідження є розрахунково-експериментальні методи з використанням імітаційного моделювання, положень теоретичної механіки, теорії імовірності, математичної статистики з застосуванням пакетів програм “Mathcad, “Matlab,”Excel”. При проведенні експериментів застосована методика планування факторних експериментів.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше за допомогою розробленої механіко-математичної моделі процесу розшарування зернового матеріалу і прикладних програм для ЕОМ описана кінематика руху “важкої” частинки всередині шару сипкого матеріалу, що знаходиться на робочій поверхні вібропневмоцентрифуги.

Виконано комплексну оцінку впливу кінематичних, конструктивних параметрів робочого органу на рух частинки в шарі насіннєвої суміші і руху шару по робочій поверхні в широкому діапазоні зміни параметрів з урахуванням факторів, які раніше не враховувалися: ступеня шорсткості поверхні, анізотропного тертя, відхилення вектора повітряного потоку від нормалі поверхні ротора. Запропоновано критерій оцінки ефективності процесу розділення, величиною часу розшарування, отримані залежності для визначення його величини і дана кількісна оцінка цієї величини.

Отримано регресійні моделі основних показників якості розділення від параметрів кінематичного режима, стану шару і оцінено іх вплив на якісні показники процесу розділення: чистоту основної фракції, вихід та густину .

Практичне значення одержаних результатів. Запропоновано та обґрунтовано спосіб підвищення технологічної ефективності процесу розділення насіннєвих сумішей у вібропневмоцентрифугах і на його основі удосконалена конструктивно-технологічна схема робочого органу. Розроблено методику інженерних розрахунків основних параметрів процесу і робочих органів.

На основі проведених досліджень створена і перевірена у виробничих умовах (у господарстві “Мрія” Васильківського району Київської області) конструкція удосконаленого сепаратора з економічним ефектом 2201,44 грн на одну машину, питома продуктивність якого у два рази перевищує питому продуктивність існуючого пневмосортувального столу. Запропоновані технічні заходи щодо переустаткування існуючих вібровідцентрових сепараторів типу БЦС для розділення насіннєвих сумішей за густиною насіння, для чого ВАТ “Завод ім. Фрунзе” (м. Харків) впровадив нову робочу поверхню у серійне виробництво з річним економічним ефектом 81600 грн.

ВАТ “Вібросепаратор” (м. Житомир) виготовив дослідний зразок сепаратора та вводить в комплект сепараторів БЦС нову робочу поверхню, застосування якої дає економічний ефект
6800 грн на одну машину на рік.

Особистий внесок здобувача. В опублікованих роботах особистий внесок складає 80%. Розробка механіко-математичної моделі, теоретичні і експериментальні дослідження проведені автором самостійно. Виробнича перевірка роботи сепаратора, дослідна апробація експериментального зразка проведена разом зі співробітниками ННЦ “ІМЕСГ”, працівниками заводу “Вібросепаратор” і господарств. Дольова участь здобувача (обробка експериментальних даних, їх узагальнення і видачі рекомендацій проведені автором самостійно) складає 75%. Участь здобувача у розробці конструкції сепаратора оцінено в 55%.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи обговорені і схвалені на міжнародних науково-технічних конференціях: “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві”, 2000-2001 р.р., Глеваха (ННЦ “ІМЕСГ”); у 2001р. м. Мелітополь (ТДАТА); у 2001 р. м. Кіровоград (КДТУ); у 2001-2003 р.р. м. Харків (ХДТУСГ).

Публікації. Основний зміст і результати дисертаційної роботи опубліковано в трьох статтях спеціалізованих видань, рекомендованих ВАК України (2 статті опубліковані без співавторів).

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації викладено на 248 сторінках машинописного тексту (основна частина 150 сторінок), містить 98 рисунків,
6 таблиць і 13 додатків на 39 стор. Список цитованих джерел включає 168 назв, у т.ч.13 іноземних.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, визначено мету і задачі досліджень, наведено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі виконано аналіз і проведена класифікація способів, машинних технологій та різних типів обладнання для розділення насіннєвих сумішей за питомою вагою, а також огляд результатів наукових досліджень в галузі вібраційно-відцентрового і вібропневмовідцентрового розділення зернових сумішей та методів підвищення ефективності центрифугування.

Основні положення теорії і експериментальні дані сепарації насіннєвих сумішей вібровідцентровими машинами подано в узагальнюючих наукових працях вчених: Авдєєва Н.Є., Блєхмана І.І., Бочкарьова А.І., Гончарова Є.С., Заїки П.М., Мазоренка Д.І., Завгороднього О.І., Журавльова А.Н., Рассадіна А.І., Полуектова Н.І., Ульріха М.М., Ульянова А.Ф..

Питанням дослідження розділення сумішей насіннєвих матеріалів віброцентрифугами присвячені праці Бочкарьова А.І., Гончарова Є.С., Прилуцького А.М., Малюти С.І., Печерського Є.І., Мазоренка Д.І., Тіщенка Л.М., Журавльова А.Н., Полуектова Н.І..

З аналізу проведених досліджень та досвіду виробничої експлуатації вібровідцентрових сепаруючих машин встановлено, що існуючі методи і технічні засоби не забезпечують сучасним вимогам до підвищення продуктивності і зниження метало- та енергоємкості обладнання реалізуючого процес, подальший розвиток технічних засобів може розвиватися шляхом інтенсифікації розрихлення шару суміші. Але інтенсифікація рихлення шару, що досягається шляхом збільшення частоти і амплітуди коливань робочої поверхні ротора, неминуче призводить до збільшення швидкості переміщення матеріалу (при збільшенні частоти на 20% швидкість переміщення зростає на 70%), в результаті чого насіннєва суміш досягає зони вивантаження не встигаючи розшаруватись (розділитися), що призводить до зниження ефективності центрифугування.

Для виключення виникаючих технологічних протиріч доцільно інтенсифікувати процес рихлення насіннєвого шару шляхом використання раціональних кінематичних і аеродинамічних режимів, які забезпечують раціональний ступінь розрихленн. При цьому необхідно забезпечити штучне гальмування переміщення шару до зони вивантаження підвищенням коефіцієнта тертя ковзання насіння по поверхні в разі його переміщенні вниз, зменшувати тертя при його русі вгору. Для реалізації цього способу запропоновано використати рифлену поверхню з “косими” асиметричними рифлями. За рахунок ефекту “розклинювання” сипкого шару частинки можуть здійснювати коливальні рухи в радіальному напрямку.

У другому розділі проведені теоретичні дослідження по обґрунтуванню режимних і конструктивних параметрів вібропневмовідцентрового способу розділення насіннєвих сумішей.

З метою уніфікації прийнято циліндричну робочу поверхню. На внутрішній частині робочої поверхні вібропневмовідцентрового сепаратора (рис.1) розміщені асиметричні рифлі (рис.2).

На частинку діють такі сили: сила тяжіння G, виштовхуюча сила Pа (Архімедова), Кориолісова сила Qк, сила повітряного потоку PВ, сила опору вібропневморозрідженого шару Rс, відцентрова сила Fц, сила інерції переносного руху (вібраційного) J (Рис.3).

Складено систему диференціальних рівнянь, яка описує рух частинки у вібропневморозрідженому шарі, що рухається по поверхні вібровідцентрового ротора

(1)

де m0 – маса середовища в об’ємі частинки; щ – кутова видкість;
щ1– частота коливань; А – амплітуда повздовжніх коливань; g – прискорення сили тяжіння; ? – кут вектора сили повітряного потоку.

Після обчислення складових системи (1) (виявлено практичну відсутність переміщення частинки в напрямку вісі Оy), її чисельного аналізу в середовищі “Mathcad” і внесення відповідних уточнень фізико-механічної структури досліджуваних процесів отримано кінцеву систему рівнянь, яка характеризує рух частинки у вібропневморозрідженому шарі з урахуванням процесів, що забезпечують реалізацію початкових умов параметрів руху частинки на вході в шар

, (2)

де h – висота рифля; VВ – швидкість повітряного потоку; jв – вібраційне прискорення;
ч – густина частинки; сз – густина шару зерна; св – густина повітряного потоку; сл – товщина шару;
Rех - число Рейнольдса; – кінематичний коефіцієнт в’язкості; а0, а1, а2 – константи, які залежать від форми частинки; – пористість шару; r0 – радіус ротора; dз –діаметр зернівки; щ2 – кутова швидкість диску розкидувача; Kу – коефіцієнт ущільнення; f – коефіцієнт тертя ковзання частинки по поверхні; f1 – коефіцієнт тертя всередині шару; V0 – початкова швидкість переміщення;
Vx0, Vz0 – складові початкової швидкісті переміщення по вісям x та z, відповідно; x0 – відстань від вісі диску до поверхні шару; А1,В1 – функції властивостей матеріалу; К1,К2 – функції кінематичного режиму; Vч – обьєм частинки; dx, dz – діаметр, еквівалентний міделевому розрізу; k – стала величина; ц – коефіцієнт, що враховує взаємодію частинок в шарі.

Розв’язок системи рівнянь (2) дозволив визначити основні параметричні показники процесу розшарування. На рис. 4 наведено результати розв’язку у вигляді графічних залежностей зміни параметрів руху частинки в шарі: зміни складових швидкості Vx(t), Vz(t), переміщень x(t), z(t), швидкості руху .

Для визначення часу розшарування (час за який частинка переміщується на всю глибину шару, тобто дістається поверхні) проведені факторні експерименти на ПЕОМ. Результати досліджень ілюструють поверхні відгуку (рис.5).

Теоретичні дослідження закономірностей переміщення шару зернового матеріалу вздовж робочої поверхні проведено з використанням універсальної математичної моделі (1): при заміні сили опору тертя Rc (де N- нормальна реакція поверхні) за умов x = r0, y = 0, m0 -mnp = 0 рівняння (2) описують рух матеріальної точки по ротаційній поверхні обертання. Вказані рівняння мають вигляд:

(3)

де КВ = РВ /mg – коефіцієнт впливу повітряного потоку.

Для регулярного безвідривного режиму руху частинки з миттєвими зупинками рівняння (3) мають стандартний розв’язок . Результати дослідження руху частинки по поверхні з анізотропним тертям подано на рис.6.

Аналіз проведених теоретичних досліджень дозволяє відмітити що, найбільш впливовими факторами інтенсифікації процесу розшарування є ступінь рифленості поверхні і швидкість повітряного потоку. Тому враховуючи те, що при підвищенні ступеню рихлення (тобто збільшення пористості ) зменшується гідравлічний опір шару, подальше підвищення ефективності розділення насіннєвих сумішей слід шукати в раціональному співвідношенні ступені рифленості і швидкості повітряного потоку.

У третьому розділі наведено програму і методику експериментальних досліджень, дано обґрунтування та опис об’єкту досліджень і пристроїв (експериментальних установок) для реалізації програми, проведення групи дослідів для встановлення впливу кінематичних та режимних параметрів процесу на характеристики устаткування і показники якості розділення насіннєвих матеріалів за густиною.

При цьому були створені модельні зразки робочих поверхонь і моделі частинок для дослідження швидкості занурювання і коефіцієнтів вібров’язкості. Моделі частинок являли собою окремі зерна пшениці, всередині яких розміщені свинцеві “важики” для штучного збільшення густини зернівок . Швидкість занурювання частинок визначалась за виміряною довжиною шляху пройденого частинкою в вібропневморозрідженому шарі за фіксований період часу.

Коефіцієнт вібров’язкості (коефіцієнт опору в лінійній залежності , де
V – швидкість переміщення) визначався із рівняння переміщення тіла в середовищі з опором:

, (4)

де величини шляху Si, часу ti визначаються експериментально;
V0, а – задаються.

При дослідженнях аеродинамічного опору системи “робоча поверхня – шар насіння” вплив дії відцентрової сили моделювався додатковим навантаженням шару насіння повітряно-проникливою сіткою з вантажем.

Швидкість переміщення шару насіннєвої суміші по робочій поверхні лабораторного зразка вібропневмоцентрифуги розраховувалась за часом перебування зерна в центрифузі, визначеним експериментально при фіксованій довжині робочої частини ротора.

Дослідження якості розділення проводилось на насіннєвій суміші пшениці і ячменю у співвідношенні 9:1, методом планування багатофакторних експериментів.

Як суттєві фактори прийняті такі: q – питоме навантаження робочої поверхні, кг/м2с;
щ1 – частота коливань ротора, c-1; VВ – швидкість повітряного потоку на вході в шар, м/с; h – висота рифля, мм; Кf – коефіцієнт анізотропії тертя (відношення коефіцієнта тертя при русі частинки вверх до коефіцієнта тертя при русі частинки вниз). При проведенні досліджень реалізовано план експерименту На5. Усі дослідження проводились при коефіцієнті відцентровості Кц = 4,35.

У четвертому розділі наведені результати експериментальних досліджень. Вони проведені на лабораторних стендах та дослідних зразках устаткування. Вивчалися фізико-механічні властивості компонентів зернонасіннєвих сумішей (розмірні характеристики, густина, аеродинамічні характеристики шару зернових матеріалів і зразків робочих поверхонь, кути природного відкосу, кути статичного і динамічного тертя по гладких, перфорованих і рифлених (з чашечним і прямокутним рифлем) металевих поверхнях, закономірності заглиблення частинки у відбропневморозріджений шар зернового матеріалу, характеристики самого шару, переміщення по робочій поверхні.

Динаміка занурювання “важкої” частинки в вібропневморозріджений насіннєвий шар наведена на рис.7.

Залежність коефіцієнта вібров’язкості від режимних параметрів і густини апроксимована рівнянням

, (5)

яке дійсне при ; VВ= 0...1,4 м/с; с = 1300…7800 кг/м3.

Величини, що входять у вираз (5) становлять: ; ; ; .

При перехресному направленні вібрацій і повітрянного потоку пористість вібропневмозрідженого шару в залежності від режимних параметрів визначається рівнянням

=A1аVbjв, (6)

де;;.

Залежність швидкості переміщення матеріалу по робочій поверхні вібропневмоцентрифуги з циліндричним ротором апроксимовано рівнянням

(7)

яке дійсне при

Величини коефіцієнтів, що входять до рівняння: ; ; ; .

Результати досліджень впливу режимних і конструктивних параметрів на якісні показники розділення сумішей насіннєвих матеріалів отримані на основі методів багатофакторних експериментів для п’яти факторів (На5) і представлені на рис.8.

Отримані рівняння регресії, що характеризують залежності чистоти, виходу, густини і ваги 1000 шт. зерен для важкої і легкої фракцій суміші від суттєвих факторів процесу вібропневмоцентрифугування.

Залежність чистоти основної (важкої) фракції від режимних і конструктивних параметрів:

Чв = 68,966 + 4,504?q + 0,394щ1 + 6,484Vв – 1,938h -

- 0,769q2 – 0,0021щ12 – 0,0388щ1?Vв+0,0266щ1h – (8)

-2,8716?Vв?Кf – 1,091?Vв2 + 1,255h?Kf + 2,634?Кf2.

Залежність виходу важкої фракції від режимних і конструктивних параметрів:

Вв = 22,716 + 1,316щ1 – 17,134h – 61,736·Kf –

-1,304·q2 – 0,0069щ12 – 0,0612·щ1Vв + 0,0761щ1h + (9)

+ 19,897·hKf + 40,335Kf2.

Залежність середньої густини важкої фракції від режимних і конструктивних параметрів:

Рв = 1,263 + 0,0375q + 0,0723h – 0,0051q2 +

+ 0,0002qщ1 – 0,0126·q·Vв – 0,0063qh – (10)

- 0,00001·щ12 + 0,0009щ1Vв + 0,0002щ1+

+ 0,001щ1Kf + 0,0211Vвh – 0,0299VвK f 0,077hKf.

Залежність ваги 1000 зерен важкої фракції від режимних і конструктивних параметрів:

Ав = 35,819 + 8,449Vв – 0,1703q2 + 0,255qh +

+2,144qKf – 0,00032щ12 + 0,0353щ1Vв + (11)

+0,03868щ1Kf – 5,594Vв2 +1,419h2 – 4,693hKf –

+5,728Kf2 .

Для визначення значень факторів, які забезпечують оптимальний хід процесу вібропневмовідцентрового розділення було проведено параметричну оптимізацію. В результаті аналізу встановлено, що максимальне значення чистоти важкої фракції Чв = 97,32% може бути досягнено при реалізації оптимальних значень суттєвих факторів процесу і параметрів установки: питоме навантаження робочої поверхні – 2,6 кг/м2·с; частота коливань ротора – 87 с-1; швидкість повітряного потоку на вході в шар – 1,5 м/с; коефіцієнт анізотропії тертя – 0,37; висота рифлів – 0,55 мм.

Реалізація вказаних значень суттєвих факторів забезпечує такі показники технологічного процесу: вихід важкої фракції – 55,062%; густина частинок важкої фракції – 1,386 г/см3; гострота розділення – 0,143 г/см3; маса 1000 зерен важкої фракції – 39,306 г; маса 1000 зерен легкої фракції – 25,382 г.

Підвищення окремих показників якості процесу розділення за густиною, наприклад чистоти важкої фракції, може бути отримано за рахунок погіршення таких показників як продуктивність і вихід важкої фракції.

У п’ятому розділі наведені результати виробничої апробації дослідного зразка вібропневмоцентрифуги і впровадження результатів дослідження.

На основі аналізу проведених досліджень розроблено і виготовлено дослідний зразок сепаратора для розділення сумішей насіннєвих матеріалів продуктивністю 5 т/год.

В результаті виробничих випробувань встановлено, що при застосуванні запропонованих режимів роботи і при реалізації конструктивного виконання поверхонь питома продуктивність сепаратора підвищується на 15...20% при одночасному зниженню питомої металоємкості на 41%, та питомої енергоємкості на 45%, та підвищенні якосних показників процесу: при продуктивності
5,8 т/год чистота важкої фракції становить 96,5–96,7%, вихід 48–51%, середня густина 1,39–1,41 г/см3, маса 1000 зерен 41,05–42 г, гострота розділення 0,09 г/см3 . При підвищенні подачі суміші до 8,2 т/год вихід важкої фракції зменшується до 43–40%, а гострота розділення до 0,08 г/см3.

Отримана продуктивність за питомими показниками в два рази перевищує показники пневмосортувальних столів.

Наведена методика вибору і розрахунків основних конструктивних елементів вібропневмоцентрифуги, яка розроблена на основі комплексного аналізу проведених теоретичних і експериментальних досліджень.

Річний економічний ефект від використання запропонованої вібропневмоцентрифуги в господарстві “Мрія” Васильківського району Київської області склав 2201, 44грн на одну машину на рік.

ВАТ “Завод ім. Фрунзе” (м. Харків), за результатами дисертаційних досліджень, впровадив у серійне виробництво нову робочу поверхню для розширення функціональних можливостей вібровідцентрових сепараторів, з річним економічним ефектом 81600 грн.

ВАТ “Вібросепаратор” (м.Житомир) за результатами досліджень розробив і серійно виготовляє сепаратори СВС–15 та А1–БЦС, які переобладнуються під нові робочі органи і реалізують запропоновані режими, що дозволяє розділяти насіннєві суміші як за розмірами, так і за густиною насіння. Річний економічний ефект від впровадження складає 6800 грн на одну машину на рік.

ВИСНОВКИ

1. Аналізом результатів проведених досліджень, способів і конструкцій установок для вібропневмовідцентрового розділення насіннєвих сумішей встановлено, що існуючі методи і технічні засоби не забезпечують зростаючі вимоги до підвищення питомої продуктивності та якості процесу розділення, зниження питомої метало- та енергоємкості обладнання. Найбільш раціональним способом підвищення ефективності процесу вібропневмовідцентрового розділення сумішей за густиною насіння є інтенсифікація рихлення шару шляхом модернізації робочої поверхні.

2. Інтенсифікація рихлення тільки за рахунок підвищення прискорення коливань робочої поверхні призводить до збільшення швидкості переміщення суміші в зону вивантаження і час переміщення шару не співпадає з часом розшарування, що знижує ефективність розділення насіння за густиною (при збільшенні частоти на 20% швидкість переміщення зростає на 70 %).

3. Виходячи з умов раціонального рихлення з розшаруванням суміші (що забезпечується елементною базою і режимами існуючих вібровідцентрових сепараторів), запропоновано використовувати модернізовану робочу поверхню з анізотропним тертям (при переміщенні вгору і вниз), для якої раціональне співвідношення відповідних коефіцієнтів тертя лежить у межах 0,4...0,65, при розміщенні на поверхні асиметричних рифлів з висотою відвісної кромки 0,4...0,9 мм.

4.Розроблена механіко-математична модель процесу вібропневмовідцентрового розділення насіннєвих сумішів за густиною насіння дозволяє враховувати взаємозв’язок властивостей вібропневморозрідженого шару і окремої частинки з кінематичними та конструктивними параметрами робочих органів, а також раніше не враховані суттєві фактори: штучну шорсткість робочої поверхні, анізотропію тертя відносно напрямку руху, залежність пористості шару від параметрів процесу, відхилення вектора повітряного потоку від нормалі, радіальний коливальний рух частинок.

5. Отримані аналітичні залежності часу розшарування і швидкості переміщення шару суміші від основних режимних і конструктивних параметрів процесу і робочих органів. Аналіз отриманої математичної моделі дозволив встановити визначальний вплив сукупності наступних факторів: висоти рифлів, швидкості повітряного потоку і ступеня рифленості. Виходячи з умов рівності часу розшарування і переміщення шару визначені значення цих факторів: h = 0,6...0,7мм;
VВ = 1,0...1,4м/с; Kf = 0,35...0,5 відповідно.

6. Експериментально встановлено, що найкращу якість розділення з одночасним очищенням насіння основної культури (видалення важковідокремлюваних насіннєвих домішок за густиною): чистота основної фракції 97,32%, гострота розділення 0,143 г/см3 при масі 1000 зерен 39,92 г, забезпечує робоча поверхня з висотою рифлів 0,5...0,6мм і коефіцієнтом анізотропії тертя 0,35...0,37.

7. Найвища ефективність розділення насіннєвих сумішей з використанням запропонованого робочого органу може бути досягнута при реалізації технологічних режимів з параметрами: питоме навантаження 2,5...3,0кг/м2с, частота осьових коливань ротора 80...90с-1, швидкість повітряного потоку на вході в шар 1,2...1,4м/с, коефіцієнт відцентровості 4,35.

8. За результатами виробничих випробувань дослідного зразка вібропневмовідцентрового сепаратора встановлено, що оптимальні показники якості процесу розділення (чистота 97,32% при виході важкої фракції 42%) забезпечуються при зниженні питомої металоємкості на 79,90 кг/тч (41%), питомої енергоємкості процесу на 1,05 квт/т (45%). При цьому питома продуктивність в два рази перевищує питому продуктивність пневмосортувального столу.

9. Економічний ефект від впровадження вібропневмовідцентрового сепаратора в господарстві “Мрія” Васильківського району Київської області склав 2201,44грн на рік. Результати досліджень використані ВАТ “Завод ім. Фрунзе” (м. Харків), який для розширення функціональних можливостей вібропневмовідцентрових сепараторів впровадив у серійне виробництво запропоновану нову робочу поверхню з річним економічним ефектом для народного господарства 81600грн. За результатами дисертаційних досліджень ВАТ “Вібросепаратор” (м. Житомир) серійно виготовляє сепаратори СВС–15 та А1–БЦС, які переобладнуються під нові робочі органи, з річним економічним ефектом 6800 грн на одну машину.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1.Тіщенко Л.М., Бредихін В.В. Тенденции совершенствования вибропневматических центрифуг для разделения зерновых смесей // Конструювання та експлуатація сільськогосподарських машин. Вип. 31.- Кіровоград: - 2001. – С.92-96.

2.Бредихін В.В. Механіко-математична модель руху зернових сумішей у вібропневмоцентрифугах // Механізація та електрифікація сільського господарства. Вип. 85. – Глеваха: - 2001. – С. 116-119.

3.Бредихин В.В. Изыскание способов повышения эффективности вибропневмоцентробежного разделения зерновых смесей // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. Вип. 1. Т.1. – Мелітополь: - 2001. – С. 45-49.

АНОТАЦІЯ

Бредихін В.В. Обгрунтування параметрів процесу вібропневмовідцентрового розділення насіннєвих сумішей за густиною насіння. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Харківський державний технічний університет сільського господарства. Харків. 2003.

В дисертаційній роботі викладено результати теоретичного та експериментального дослідження вібропневмовідцентрового сепаратора для розділення насіннєвих сумішей за густиною насіння.

За допомогою розробленої механіко-математичної моделі руху шару суміші по вертикальній циліндричній рифленій робочій поверхні досліджено динаміку шару суміші та окремої “важкої” частинки, яка занурюється в шар, і їх зв’язок з конструктивними та режимними параметрами процесу сепарування.

За результатами досліджень розроблено та виготовлено експериментальний зразок сепаратора, виробнича перевірка якого підтвердила перспективність вибраного напрямку досліджень. В серійне виробництво впроваджено циліндричну рифлену поверхню.

Ключові слова: насіннєва суміш, вібропневмовідцентровий сепаратор, сепарування, ротор, рифль, робоча поверхня.

АННОТАЦИЯ

Бредихин В.В. Обоснование параметров процесса вибропневмоцентробежного разделения семенных смесей по плотности семян. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Харьковский государственный технический университет сельского хозяйства. Харьков. 2003.

Анализ существующих способов, технических средств и конструкций сепараторов показал, что существующие образцы машин для разделения семенных смесей не обеспечивают необходимое качество и производительность процесса. Для качественного разделения семенных смесей целесообразно одновременное использование центрифугирования, вибрации и воздушного потока с интенсифицированием рыхления слоя смеси, путем модернизации рабочей поверхности.

Объектом исследований является процесс разделения семенных смесей по плотности семян в вибропневмоцентробежном сепараторе. В качестве сепарирующего устройства использована вертикальная цилиндрическая рифленая рабочая поверхность.

С помощью разработанной механико-математической модели процесса сепарации исследована динамика погружения “тяжелой” частицы в смеси и движения смеси по рифленой рабочей поверхности, оценено влияние конструктивных и режимных параметров процесса. В механико-математической модели учитываются ранее не учитываемые существенные факторы: искусственная шероховатость поверхности, анизотропия трения относительного направления движения, зависимость пористости слоя от параметров процесса, отклонение вектора воздушного потока от нормали, радиальное колебательное движение частиц.

Анализ теоретических и экспериментальных исследований показал, что целесообразно использование новой рифленой рабочей поверхности, выполненной в виде ступенчатых рифлей, расположенных в шахматном порядке с отверстием в зеве (для подачи воздушного потока) и направленных отвесной кромкой навстречу движению семенной смеси. Высота отвесной кромки рифля 0,5…0,6мм и рациональное соотношение коэффициентов трения (при перемещении вверх и вниз соответственно) лежит в пределах 0,4…0,65. Использование новой рабочей поверхности обеспечивается элементной базой и режимами существующих виброцентробежных сепараторов.

Экспериментально установлено определяющее влияние на процесс следующих факторов: частоты колебаний рабочей поверхности, степени ее шероховатости и скорости воздушного потока. Проведенной параметрической оптимизацией процесса было определено их рациональное сочетание, при котором достигается наилучшая степень разделения соответственно:
1 = 80…90с-1, Кf = 0,35...0,37, Vв = 1,2...1,4м/с, при коеффициенте центробежности 4,35.

Приведены регрессионные зависимости, которые характеризуют зависимости качественных показателей процесса, таких как: чистота, выход, плотность и масса 1000 зерен от конструктивных и режимных параметров процесса.

По результатам диссертационных исследований ОАО ”Завод им. Фрунзе” (г. Харьков) внедрена в серийное производство новая рабочая поверхность. Для производственной проверки вибропневмоцентробежного сепаратора новая рабочая поверхность была установлена на серийно выпускаемых сепараторах СВС-15 и А1-БЦС, тем самым, расширив их функциональные возможности и позволив им разделять семенную смесь не только по размерам, но и по плотности семян.

Испытания экспериментального образца вибропневмоцентробежного сепаратора в широком диапазоне нагрузок (от 4 до 12 т/час) подтвердили его высокую работоспособность и эффективность в достижении качественных показателей процесса. Чистота тяжелой фракции составила 97, 32% при выходе 42%, что подтверждено актами производственной проверки и внедрения. Удельная производительность при этом превышает удельную производительность плоскодековых машин (пневмосортировальных столов) в 2 раза. Удельная металло- и энергоемкость оборудования, реализующего процесс, снизилась соответственно на 41% и 45%.

Годовой экономический эффект от внедрения нового вибропневмоцентробежного сепаратора для разделения семенной смеси по плотности семян в хозяйстве “Мрія” Васильковского раиона Киевской области составил 2201,44грн. Внедрение в серийное производство новой рабочей поверхности, на ВАТ “Завод им. Фрунзе” (г. Харьков), позволило получить годовой экономический эффект для народного хозяйства 81600грн. Использование диссертационных исследований на ВАТ ”Вибросепаратор” позволило получить экономический эффект 6800грн на одну машину в год.

Ключевые слова: семенная смесь, вибропневмоцентробежный сепаратор, сепарирование, ротор, рифль, рабочая поверхность.

ABSTRACT

Bredikhin V.V. The parameters grounds of the vibropneumatic centrifugal seed mixture separation according to the seed density. – The Manuscript.

Dissertation for the kandidate of technical sciences degree. Speciality 05.05.11 – machines and farm production mechanization.

The results of theoretical and experimental research of the vibropneumatic centrifugal separator for seed mixture separation according to the seed density are presented in the dissertation work.

The dynamics of the mixture as well as of a heave particle sinking into it and their connection witn the construction and condition parameters of the separation process have been investigated by means of the developed mechanical and mathematical model of the seed mixture movement along a vertical cylindrical corrugated surface.

Based on the investigation results, an experimental sample has been developed and produced, whose production approbation confirmed the efficiency of the chosen research direction. The cylindrical working surface has been introduced into serial production.

Keywords: seed mixture, vibropneumatic centrifugal separator, separation, rotor, reefl, working surface.