CC BY
29
А. В. ЧЕРНЯКОВ В. Ф. ЕВТЯГИН А. В. ЗИЛЬБЕРНАГЕЛЬ
Омский государственный аграрный университет
УДК 631.362
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПЛОСКОГО РЕШЕТА_
СТАТЬЯ ПОСВЯЩЕНА ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССА СЕПАРАЦИИ ЗЕРНА НА РЕШЕТЕ С НАКЛОННЫМИ ПРОДОЛГОВАТЫМИ ОТВЕРСТИЯМИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАНИРУЕМОГО ЭКСПЕРИМЕНТА. ПОЛУЧЕНЫ ЗАВИСИМОСТИ КАЧЕСТВЕННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТЫ РЕШЕТА - ПОЛНОТЫ РАЗДЕЛЕНИЯ. ВЫЯВЛЕНЫ РАЦИОНАЛЬНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ И РЕЖИМНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАБОТЫ РЕШЕТА, ИНТЕНСИФИЦИРУЮЩИЕ ПРОЦЕСС СЕПАРАЦИИ.
В настоящее время в сельском хозяйстве существует множество нерешенных технических проблем. Одна из них - очистка зерна продовольственного и семенного назначения. Особенно острая нехватка зерноочистительных машин наблюдается в семеноводческой отрасли, где обеспеченность ими составляет около 12% от требуемого количества [1], что отражается на качестве зерна. В семя-очистительных машинах для разделения зерна по размерам широко применяются плоские решета. В общем случае производительность семяочистительной машины ограничивается производительностью решетного стана. Известно множество технических решений по интенсификации процесса сепарации зерна на плоских решетах. Одно из них - применение решета с наклонными продолговатыми отверстиями. По мнению авторов такие решета не получили широкого применения из-за отсутствия достаточных теоретических и экспериментальных исследований работы подобных решет.
В настоящей статье представлены результаты экспериментального исследования работы решета с наклонными продолговатыми отверстиями. Фрагмент такого решета изображен на рисунке 1.
Продолговатые зерновки на таком решете ориентируются своими длинами вдоль длинных сторон прямоугольных отверстий решета, что увеличивает вероятность просеивания частиц мелкой фракции в подрешетное пространство. Однако при работе решета с наклонными продолговатыми отверстиями происходит сбивание зерновок в сторону, совпадающую с направлением просечки продолговатых отверстий. Для устранения явления сбивания, или более равномерной загрузки решета по ширине, вводится поперечный угол наклона плоскости решета (ап).
В результате проведения отсеивающего эксперимента установлено, что на работу решета с наклонными продолговатыми отверстиями влияют следующие факторы: удельная нагрузка на решето (6); угол наклона длинных кромок прямоугольных отверстий решета к продольной его оси (а'); угол наклона плоскости решета в поперечном направлении к горизонтали (а „У, амплитуда (Я) и частота (л) колебаний решета. В результате проведения полнофакторного классического эксперимента обоснованы диапазоны варьирования вышеуказанных факторов.
Задача настоящего исследования: методом планируемого эксперимента определить рациональные конструктивные параметры решета и технологические режимы, позволяющие интенсифицировать процесс сепарации.
За критерий оптимизации принята величина полноты Разделения, которую находили по формуле [2]:
(1)
7^1/7
Р. а'
где Р- количество зерна, выделенного решетом за время опыта, кг;
''о - общее количество зерна поступившее на решето за время опыта, кг;
а ~ относительное содержание проходовой фракции в зерновом материале.
А
Л
к
гори&шпаль
Рис. 1. Фрагмент решета с наклонными продолговатыми отверстиями:
а' - угол наклона продолговатых отверстий решета к его продольной оси;
а„ - угол наклона плоскости решета в поперечном направлении к горизонтали.
Примечание: стрелкой указано направление колебания решета.
Число повторностей каждого опыта принято равным шести, исходя из принятой надежности опытов, равной 0,95 и ошибки опыта, равной 2а(а- величина средне-квадратического отклонения). При проведении эксперимента факторы варьировались на пяти уровнях (таблица 1).
Уровни варьирования факторов
Таблица 1
" —^___ Факторы Уровни " "—--------- в. кг/м2-с а', град. Ол. пид К ММ п,
Натуральное значение фактора, единицы его измерения
Кодированное значение фактора Кг 1г *э Х< Хз
Верхний уровень (+1) 2.01 20,0 2.50 9,00 550,0
Основной уровень (0) 1,47 15.0 2,00 8,25 450.0
Нижний уровень (-1) 0,95 10.0 1,50 7,50 450,0
Звездная точка (+1,547) 2,26 22,7 2,77 9,41 577,4
Звездная точка (-1,547) 0,67 7.2 1,23 7.09 422.7
Полученные значения отклика обрабатывались с помощью аппарата планирования многофакторного эксперимента [3].
Получено уравнение регрессии, адекватное на 5%-ном уровне значимости: (Я™^ 1,28 < Рт,6я = 1,83).
При проверке коэффициентов уравнения регрессии по критерию Стьюдента статистически не значимыми оказались следующие: Ь2, Ь3, Ь5, Ь12, Ь13, Ьи, Ьи, Ь35, Ь„.
Уравнение регрессии в кодированных величинах имеет вид:
у = 0,7869 - 0,0597ж, - 0,0197х4 + 0,0172х,х4 + + 0,0297х,х, + 0,0142х,х3 - 0,0109хгх, - (2) -0,0367х4х„ -0,0338x1 -0,008x1 -0,0191x1 0,055x1
Форма уравнения 2 позволяет сделать некоторые промежуточные выводы:
- из числа линейных коэффициентов наибольшее влияние на величину полноты разделения оказывают коэффициенты: х, их,. Знак «минус» перед их числовыми значениями свидетельствует об их отрицательном влиянии на полноту разделения;
- положительные знаки перед смешанными коэффициентами: Ьи, Ь15, Ь21 определяют их положительное влияние, а отрицательные перед Ь25 и Ь41 - отрицательно влияют на величину полноты разделения;
- отсутствие квадратичного коэффициента Ь„ указывает, что зависимость полноты разделения от удельной нагрузки на решето носит линейный характер;
- отрицательные знаки перед квадратичными коэффициентами Ь12, Ь33, Ьи, Ьы свидетельствуют о выпуклости поверхностей отклика, отображающих зависимости полноты разделения от этих величин.
При переходе к натуральным значениям факторов получено следующее уравнение регрессии:
е = 0,765164- 0,117479В + 0,009463а' + 0,000107а п + + 0,004861/1+0,000296л+0,002412в Я+0,000069Эп+ + 0,000946а'а„-0,000002а'п-0,000011Ип--0,000338а" - 0,003574а3п -О.ОООЗЗЖ' -0,0000003п'
При анализе уравнения регрессии, для упрощения нахождения рациональных режимов работы решета с наклонными продолговатыми отверстиями, было принято фиксировать величины удельной нагрузки на уровнях: 0,67; 1,47 и 2,28 кг/м2с. Поверхности отклика построены в зависимости от кинематических параметров работы решета /? и я и параметров пространственного расположения отверстий решета а' и ап (рис. 2-7).
По результатам эксперимента, представленным на рисунках 2 - 7, можно сделать следующие выводы:
1. Амплитуда и частота колебаний решета, угол наклона отверстий и поперечного наклона влияют на полноту разделения зерна на решете.
2. Наибольшее значение полноты разделения находится в области варьирования факторов планируемого эксперимента.
3. Величина полноты разделения в большей степени зависит от угла наклона отверстий решета, чем от угла поперечного наклона решета, а именно, от величины а' зависит разворот частиц в плоскости решета, что приводит к их ориентированию относительно отверстий. В этом процессе задействован слой зерновок, непосредственно контактирующих с решетом и его отверстиями, масса которого составляет около половины всей массы семян, находящихся на решете. Угол а„ компенсирует сбивание зерновок в сторону относительно продольной оси колебаний решета. В случае если величина ап подобрана нерационально (происходит сбивание зерна влево или вправо), сепарация зерна у правого и левого краев решета происходит в различных условиях. Если слой зерна на решете превышает две-три толщины зерновки, для более эффективного протекания процесса сепарации требуются повышенные величины ускорений, зависящие от амплитуды и частоты колебаний. Для тонких слоев зерна на решете, когда их величина составляет две-три толщины зерновки, сепарация более эффективна и при меньших величинах ускорений.
4. Рациональная величина амплитуды возрастает с увеличением удельной нагрузки на решето.
Рис. 2. Зависимость полноты разделения от углов наклона отверстий а' и поперечного наклона решета в = 0,67 кг/м2 с
Рис. 3. Зависимость полноты разделения от углов наклона отверстий а' и поперечного наклона решета в = 1,47 кг/м2с
Рис. 4. Зависимость полноты разделения от углов наклона отверстий а' и поперечного наклона решета в = 2,28 кг/м2 с
5. Зависимость полноты разделения от амплитуды К частоты п колебаний решета, в в 0,67 кг/м2-с
е
■0,8 0.7 0,6
- 0.5
п. мин-1 7 од «.25 К, мм
Рис. 6. Зависимость полноты разделения от амплитуды Я и частоты п колебаний решета. Б = 1,47 кг/м2с
Рис. 7. Зависимость полноты разделения от амплитуды Л и частоты л колебаний решета, в = 2,28 кг/м2с
К подобному выводу пришел Г. Н. Павлихин, сообщив, что «... оптимальное значение кинематического фактора У=Яй>* повышается с увеличением производительности...» [4]. Поскольку величины полноты разделения, удельной нагрузки на решето, амплитуды и частоты колебаний -взаимосвязаны, рациональные кинематические параметры работы решета находятся при значениях п = 500.. .525 мин"1, Я = 7,50... 8,25 мм.
По результатам экспериментальных исследований установлены рациональные режимы, при которых достигается наибольшая полнота разделения. Значения факторов соответствующих рациональным режимам представлены в таблице 2.
Таблица 2 Рациональные режимы работы решета
--□-• 2
--Ü--3
• ■ - Х- - - 4
-*-S
— -е - - серийный _режим
в, кг/м2 с
Рис. В. Зависимости полноты разделения от удельной нагрузки на решето
По рисунку 8 видно:
1. С увеличением нагрузки на решето качество его работы ухудшается.
2. Полнота разделения при работе решет с наклонными продолговатыми отверстиями на 5. ..40% (в зависимости от нагрузки) выше, чем на серийном.
3. Производительность решет с наклонными продолговатыми отверстиями на60...70% (для режима вторичной очистки) выше, чем производительность серийного решета. Наилучшим является режим, характеризуемый следующими параметрами: ап= 2 а' = 15 Я = 7,5 мм; п = = 525 мин"1.
По мнению авторов положительный эффект решета с наклонными продолговатыми отверстиями достигается за счет создания благоприятных условий, когда каждая зерновка, находящаяся на перемычке имеет возможность попасть на отверстие для дальнейшего ориентирования и прохода. Кроме этого, расположенные наклонно отверстия вызывают поперечные перемещения зерна. Эти перемещения увеличивают путь зерна по поверхности решета, проходимый им за один период колебания решета.
Данная статья представляет интерес для разработчиков и производителей зерноочистительной техники для села: ОАО «Омскхлебопродукт», ОКБ СибНИИСХ и других. Результаты исследований, полученные авторами, могут быть использованы и при модернизации существующих зерноочистительных машин вторичной очистки, работающих в сельском хозяйстве.
N9 режима а„, град а', град R, мм п, мин"1
1 1,75 15 8,25 500
2 2,00 15 8,25 500
3 2,00 15 7,09 500
4 2,00 15 7,50 525
S 2,00 15 7,88 525
Полученные рациональные режимы, указанные в таблице 2, необходимо сравнить с серийным режимом работы решета. Для этого на лабораторной установке проводился однофакторный эксперимент, в котором изменялась величина удельной нагрузки на решето на уровнях: 0,67,1,34 и 2,28 кг/^-с). Частота и амплитуда колебаний решета составляли соответственно Я = 7,5 мм; п = 450 мин"1. Эксперименты проводились на серийном решете с теми же размерами отверстий. Угол поперечного наклона решета и угол наклона отверстий были равными нулю. Результаты эксперимента обрабатывались статистическими методами. Построены зависимости е = Цв), приведенные на рисунке 8, где номерами указаны режимы работы решета с наклонными продолговатыми отверстиями в соответствии с номерами режимов в таблице 2. Результаты однофакторного эксперимента приведены на рисунке где он обозначен как «серийный режим».
Литература
1. Авдеев A.B. Современный технический уровень машин для послеуборочной обработки зерна // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. - 2002. - №6. - С. 20-22.
2. Евтягин В.Ф. Связь экспериментальных и теоретических показателей работы решета//Сб. науч. тр. / Ом. с.-х. ин-т. - Омск, 1992. - С. 45-48.
3. Евдокимов (O.A. Планирование и анализ экспериментов при решении задач трения и износа / Ю.А. Евдокимов, В.И. Колесников, А.И. Тетерин.-М„ 1980.-228 с.
4. Павлихин Г Н. Исследование режимов работы решет на очистке и сортировании семян овощных культур // Докл. /Моск. ин-т инженеров с.-х. np-ва.-М., 1971.-Т. 7, вып. 1. -С. 111-116.
ЧЕРНЯКОВ Алексей Витальевич, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Сельскохозяйственные машины и механизация животноводства». ЕВТЯГИН Василий Федорович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Сельскохозяйственные машины и механизация животноводства». ЗИЛЬБЕРНАГЕЛЬ Андрей Владимирович, аспирант кафедры «Сельскохозяйственные машины и механизация животноводства».
