Динамико-технологическое обоснование и расчет универсального рабочего органа миникомплекса для переработки зерна тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

ГЧ

йг

>МИЙГ|СТЕРСТВО ОБШЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

О

, ^ КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ с\у

На правах рукописи

Секерин Владимир Дмитриевич

УДК 664.71.05 (031)

ДИНАМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТ УНИВЕРСАЛЬНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА МИН И КОМПЛЕКС А ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЗЕРНА

Специальность 01.02.06 •Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

К>рск 1997

Работа выполнена на кафедре "Теоретическая механика и ТММ" Курского государственного технического'университета

Научный руководитель: Заслуженный изобретатель России,

доктор технических наук, профессор Котельников В. Я.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Нагаев Р. Ф.; кандидат технических наук, ., доцент Сверчков В.П.

Ведущая организация - Государственная зональная

• Центрально-Черноземная МИС

Защита диссертации состоится «-- » 1997 г. в часов н;

заседании диссертационного Совета Д 0б4.50.01 при Курском госу дарственном техническом университете по адресу: 305040, г. Курск ул. 50 лет Октября. 94, ауд. Г-203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, про сим направлять ученому секретарю диссертационного совета. Автореферат разослан «££» ОКГРйЩ 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор ^—Яцун

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Практика производства и переработки 1ериа в нашей стране до недавнего времени была ориентирована на создание крупных перерабатывающих предприятий, что привело к отсутствию и алых мощностей в ряде регионов России. При '¿том, как правило, не учи-гываются транспортные издержки на перевозку сырья и продуктов переработки, стоимость строительства складского хозяйства, энергозатраты и др. Внедрение технологий и миникомплексов сдерживается отсутствием достаточного количества научных разработок в этом направлении. Современное научное суждение о принципах и технологических процессах переработки вороха, фракционирования зерна и создания рабочих органов для его переработки основано на трудах В. П. Горячкина, М. Н. Лётошне-ва, В. А. Желиговского, П. М. Василенко, Г. Е. Листопада, А. П. Тарасен-ко, П. М. Заики, Л. И. Мачихлной, А. Я. Соколова, Е. М. Мельникова, В. В. Гортинского, Б. В. Жиганкова, О: С. Воронцова, В. Ф. Журавлева, П. Н. Платонова и других ученых. Вместе с тем создание более эффективных рабочих органов малой производительности и оборудования для кооперативных и фермерских хозяйств требует постановки поисковых научных исследований в этом направлении. Этому вопросу и посвящена настоящая научная разработка, что доказывает ей актуальность и научно-производственную значимость. Работа является составной частью НИР и ОКР АО "Элснагормельмаш", Курского государственного технического университета, ГСКТБ АО.

Ис.ль и зчдачи исследования. Целью настоящей работы является повышение эффективности и качества переработки сельскохозяйственной продукции и условиях фермерскою, крестьянского и кооперативного хо-зяйсша. Реальное выполнение технологии шелушения и размола зерна во многом зависит от конструкции универсальных рабочих органов минн-комнлскса, основанной на глубоком изучении выполняемого ими технологическою процесса. Поэтому решение проблемы динамики шелушения н размола зсрна.трсбует решения следующих задач:

1. Систематизация научно-производственных предпосылок шелушения и размола зерна.

2. Разработка элементов теории динамики шелушения н размола

зерна.

3. Разработка основ теории проектирования универсального рабочего органа и синтез рациональной схемы переработки зерна на миником-плсксе.

4. Разработка методики графо-аналнтнческого расчета технологии и рабочего органа для ей осуществления.

5. Экспериментальная проверка технологии, рабочих органов и оценка качественных показателей их системы.

6. Внедрение технологии и рабочих органов в производство.

Методика исследования. В работе использован графо-аналитический метод обоснования технологии с использованием математического аппарата случайных функций марковского процесса и детерминированные методы общих теорем динамики применительно к работе плоского диска. В экспериментальной части диссертации изготовлены, изучены и предложены новые рабочие органы, дана оценка качества их работы.

Нал-чная новизна исследований. В диссертации разработана математическая модель рушащей системы, по-новому раскрывающая закономерности статистической динамики подачи и переработки зерна, и определены качественные показатели технологии. Полученные экспериментальные данные подтверждают адекватность теории и опыта и позволяют описывать процесс шелушения уравнениями Эрланга 18*19 порядка, что соответствует 94-95 процентам качества работы системы нз трех рушащих органов.

На защиту выносятся:

1) стохастическая модель динамики и оценки качества работы ми-никомплекса в зависимости от загрузки и числа рабочих органов системы;

2) теоретическое и экспериментальное обоснование размерных и режимных параметров рабочего органа;

3) методика графо-аналитического-расчета II конструктивная схема универсального рабочего органа для шелушения и размола зерна;

4) синтез схемы мшшкомплскса для переработки зерна.

Обоснованность и достоверность Ьп1\-ченных выводов, нт-чных и

практических результатов исследования:

1. Согласованность теоретических и экспериментальных результатов работы подтверждается аналитическими исследованиями рабочего процесса , его математическими моделями, лабораторными экспе* рнментами, производственной проверкой и государственными испытаниями макетных установок и серийных образцов на МНС.

2. Выводы и рекомендации базируются на законах теоретической и прикладной механики, статистической динамики, теории вероят-■ ности, теории подобия и размерностей и др.

3. Для проверки отдельных теоретических положений динамики рабочего процесса разработаны частные методики и приборы, подтверждающие достоверность полученных результатов.

Практическая значимость работы. Итоги исследований позволяют предложить производству более эффективную технологию шелушения гречихи и дробления зерновых культур на комбикорм, а заводам и конструкторским организациям - новые рабочие органы и методы их расчета н проектирования.

Реанпаиия результатов исследований. Освоено производство и промышленный выпуск минизаводов и рабочих органов. Методика расчета и проектирования передана ГСКБ АО "Элеваторцельмаш" (г. Курск),

выпускающего это оборудование. Минсельхозпрод включил миником-плексы производительностью 150-300 кг/час в программу технического обеспечения сельского хозяйства.

Апробация. Основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-практических конференциях Курского государственного технического университета в 1943-19% гг., на симпозиуме международной академии экологии и безопасности жизнедеятельности в 1995 г., на научно-техническом совете администраций Курской области в 19951996гг., Минсельхозпроде в 1994 г.

Публикации. Материалы,-составляющие основу диссертации, опубликованы в 6 изобретениях и статьях.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, библиографии и приложений. Общий об£ем диссертации составляет 157 страниц, из них 104 страницы машинописного текста, 28 рисунков, 22 таблицы, 10 приложений. Список литературы включает 71 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Глапа I.

Научно-производственные предпосылки создания универсального рабочего органа для п/юизводства крупы и комбикормов.

II главе дается анх-нп состояния проблемы и определены перспективы р.шштнч н создания мнннкомплексон для производства крупы н комбикорма п условиях фермерского, кресп.япекого п кооперативного хозяйств. Система! нзиропапы некоторые физико-механические свойства гречихи и ;>р\1и\ культ \р, поступающих на переработку. Дана классификация рабочих орктпов по принципу действии. Эго по люлпло синтезировать основные требования, удовлетворяющие технологии переработки зерна. На этой основе сформулированы цель и задачи исследования.

Глава II.

Теоретические основы динамики шелушения зерна и её качественные показатели.

Методика построения математической модели динамики рабочего процесса включает два этапа. На первом этапе определяются параметры входящею потока, который но многом зависит от соотношения основных ра1мерон зерна, его фшнко-мечанпческнч свойств и размещения на рабочей поверхности подающего устройства. На втором - рассматриваются, процессы шелушения и рапюла частиц. Динамическая характеристика модели определяется типом рабочею органа, режимом его работы, зако-

Рис. 1. Схема формировали* ординарного потока Эрлаига

динамической модели шелушения зерна на диске:

А) - вид сверху; б) - поперечно-вертикальное сечснне диска.

$

номерное-!ямм кинематики и динамики движения частицы по рабочей поверхности лиска. Процесс подачи и распределения зерна в систему носит случайный характер и может быть представлен математическим аппаратом случайных функций и их вероятностно-статистическими моделями. При построении модели входящего потока зерна в систему будем рассматривать его как случайный процесс, принимающий целочисленные 'значения. С учетом сложности детерминированных методов исследования и большого числа совокупно действующих факторов, сопровождающих технологический процесс, при построении модели входящего потока накладываем ограничения:

а) поток черна, поступающий в систему, является установившимся, а его статистические характеристики не изменяются. Этим достигается ус-лоние стационарности системы. Вероятность появления зерна Рк на интервале I + Д1 не зависит от его расположения на диске, а зависит от интенсивности потока и длины интервала, для которого

Рк0,1 + ДО=Рк (1)

стационарность потока означает его неизменность во времени и пространстве;

б) ординарность потока для зерна размером:

<1,-УА-В-С (2)

где Л. В, С - соответственно длима, толщина и ширина зерна. Для достижения ординарности выбираем дугу а,К, , равную среднему ратмеру зерна (.)1р. Тогда вероятность появления двух и более зерен на дуге равна нулю. При этом ординарный поток ориентирован по радиусу диска (рис.1):

Р.(Л ,)-»0;Р:(Д|)-»0(Л0 (3)

в) о 1 су к'1 ннс последействия, при котором зерна вдоль радиуса распределяются случайным образом, и их появление на заданном интервале не зависит ог тою, сколько зерен находится перед ним. Ординарность, стационарность и отсутствие последействия позволяют рассматривать дискретный поток как простейший и применить для его описания хорошо рафибоганнып статистический метод исследования. Геометрическая вероятность использования площади Б круга рушащего органа равна:

или

К. + К,

где п, - число зерен на окружности радиуса Я) подачи; ги - число зерен на ралиусе в ординарном потоке; Б, - плошадь, занимаемая зернами, П=П|П2. Взяв производную по переменному радиусу = х и Я, = I, находим, что с увеличением радиуса диска К; вероятность загрузки лиска \ меньшается:

ёР 2

А=--(6)

¿х (Х+1Г

При построении математической модели выходящего потока интенсивность /. рассматривается как поток отказов интенсивностью ц и поток /.-ц переработанного продукта. Загрузка системы характеризуется отношением:

<х = - (7)

М

и является важным показателем технологического процесса. Вероятность распределения интервалов между зернами на полосе ординарного потока определяется по показательному закону:

Рк=/.еХ| (8)

При этом плотность вероятности распределения зерен определяется по уравнению:

Рк (9)

к!

Математическое ожидание, дисперсия и среднее квадратическое отклонение равны:

1-Ч

тк = £то = (к+ 1)т0 1

тк=— (Ю)

г, к+1

к + 1

X2

Принятый вероятностно-статистический подход к описанию потока зерна позволяет построить модель всей системы и определить качество сё работы. Полагая, что площадь расходного сечения равна 2тгК ,Ь , находим, что с увеличением радиуса подачи возрастает производительность рушащего органа. При этом справедливо соотношение:

\ Б, 2яИхЬ Я, м1.

а = —= —=-!- = —!- (П)

ц Б, 2*1*,Ь И, Тогда кратному приращению радиуса соответствует кратное увеличение расходного сечения и производ!гтельностн рабочего органа и системы в целом. Переработка потока с наличием брака удовлетворяет уравнению Эрланга с отказами: . .

«к (<0.1 = (12)

¿¿М

о к! к!V Я| /

Эго уравнение лает аналитическое решение стационарного режима качества шелушения зерна для 1, 2, 3 ... п рабочих органов. Раскладывая в ряд знаменатель, получим:

«к

р.--;-гА-гт ■ <13)

V 2! 3! к»;

Для рушашего органа и технологии в целом важно знать вероятность отказа или брак при заданном количестве рабочих органов:

Р.,. -.-^г 04)

V — .к!'"

Для определения технологического брака запишем общее уравнение через параметры системы:

Р.П.- ' ■■ (15)

о ШЧЛ,

Раскладывая » ряд знаменатель, получим для п=1, 2, 3 н к=1, 2 ... вероятность отказа: .

7--гч Об)

\ 2! 3! п0

При номинальной загрузке системы для одного, двух и трех рабочих органон вероятность отказа соответственно составляет 0,5; 0,25; 0,062. В таблице 1 приведены значения вероятности Рои брака от числа рабочих органов и их зафуэкн.

Таблица 1

Загрузка системы, X. а = — М ,. Число рабочих органов, п

2 3 4 5 6 7

1 0.5 0,25 0,062 0,015 0.003 - .

2 0.66 0,4 0,21 0,095 0,036 0,012 0.00'

3 0,75 0,53 0,35 0,21 0.111 0,052 0,022

4 0,8 0,615 0,45 0,32 0,2 0,11 0,062

5 0,83 0,67 0,53 0,4 0.28 0,19 0,12

Поскольку вероятность брака Рот, и вероятность качества Рк шелушения зерна связаны зависимостью:

Рот, (I7)

можно определить вероятность Рк качества шелушения, используя это равенство и таблицу 1.

При номинальной загрузке (и = )) и числе рабочих opjaiioe л=3 качество шелушения составляет 93,8 процента. Эксперименгалыфя.проверка показала, что миникомплекс с тремя рабочими органами обеспечивает 94 ±0,5 процента выхода крупы, что достаточно полно согласуется с оценкой качества, полученной на математической модели. В диссертации построены номограммы качества и брака в работе системы, необходимые для расчета технологии.

Глава III.

Дина.мико-технологическое обоснование параметров рабочего органа для шелушения и размола зерна

Динамика частицы по поверхности диска является исходной предпосылкой для детерминированной оценки и выбора рациональных размерных и режимных параметров устройства. Зерно под действием двух дисков участвует в относительном "движении по поверхности диска и переносно:; шесте с диском. Траектория абсолютного движения зерна может быть рассмотрена относительно неподвижного диска, через геометрическую ось которого осуществляется подача зерна. Перемещение зерна и его скорость обусловлены совокупным воздействием центробежной силы инерции F" (рис. 2), силы трения Ftp и кориолисонон силы инерции F". Модули составляющих сил равны:

FJ =mu!R, FTp =mgf. F" = 2m«>llcpuotll (18)

В принятых обозначениях R - радиус диска в точке контакта с зерном. m - масса частицы, ¿о = ы^ - угловая скорость диска. С- ко>ффиинемт

трения частицы по поверхности, и01Н - относительная скорость движения зерна по диску. Иектор силы нисринн направлен противоположно нормальному ускорению, сила трения - по касательной к траектории в сторо-

71

и>, протноиоложную скорости, корнолисова сила составляет угол — к

траектории, совпадающим с направлением скорости иотн относительною движения частицы, т. е. в сторону, противоположную кориолисову ускорению. При опенке закономерностей движения частицы по поверхности неподвижного диска нами проводились опыты, подтверждающие изогона. 1ыюсть ^ - = со/ц^ угла между радиусом диска и касательной к траектории, что согласуется с теоретическими предпосылками академика П. М. Василенко о логарифмическом характере кривой, удовлетворяющей дифференциальному уравнению вида:

(19)

ах х

Его решение дает равенство:

1п-^х3 + у2 = £аг^ + 1пС (20)

В полярных координатах оно имеет вид:

^ = |&ч>; Я = Vх'+ = ~ Ф + 1пС;И = Се^; Я = Я.е";ф = ^ (21)

Согласно общим теоремам динамики можно определить сумму работ сил, дебетующих на зерно между дисками, и его относительную скорость: У А: = А,.,. + Л„ + Л..„_ А

I кор ц гр.пер тр.огн

где Л„„р - рабом корнолнеопой силы инерции, Ац - работа центробежной силы инерции, А,ро11|- работ силы трения и относительном движении, пер " раСюга силы |ренпя и переносном движении. Условие изменения кинетической энергии:

У А =А +А +А +А = П2)

^ < »'Ч> « 1Т <нр ^ „„ ^ ^ V /

Э.тсмсшарная работ корио.тпеопон силы инерции и переносном движении определяется из соотношения:

с!Л кор =-2пш3ЯаЯ

Откуда:

к,

Лм,Р = - \ 2пн:)МЫК = -т(и;11ср - и?пср) (23)

к,

1'аиогу псшробсжппи силы инерции ил направление радиуса для единичном массы определим нз условия:

Г.'-ти'г,

Рис.2. Схема динамических* параметров

лиска универсального раОочего органа.

О

Рис.3. Схема защемления зерна между ди (вид сОоку).

A.-KdR-"/^-.^"0^

_ R. ¿ 8 2»

Работа силы трения на направление траектории относительного движения:

= (24)

,* cosa cosa

Интегрирование дает значение работы в переносном движении: А„ - "jmgf— tga'dR - «ga^Rj - R')

Заменяя значение суммы работ, можно определить скорость зерна на выходе из зазора между дисками: _

^..-Д^ШШ (25)

i cosa

Относительная скорость на выходе направлена в сторону, противоположную переносному движению. Относительная скорость возрастает при увеличении переносной скорости и уменьшается при увеличении коэффициента трения.

С конструктивной и технологической точек зрения важно знать длину траектории при полном освобождении от тодовых оболочек. Эти соотношения во многом зависят от шероховатости рабочей поверхности, давления на зерно, зазора и с высокой степенью достоверности могут быть определены теоретически и экспериментально. Установлено, что условием отделения лузга от ядрнц является полный оборот зерна вокруг своей геометрической оси с учетом проскальзывания по диску. Тогда длина линии La шелушения при высоте 11 стороны зерна будет равна:

LB «ЗН(1+ 5) (26)

При этом коэффициент 5 скольжения требует некоторого увеличения длины траектории . С другой стороны, длина логарифмической спирали из уравнения Лагранжа равна:

La=*jl¡R2+R'1<lV р.

С учетом произвольных постоянных интегрирования Ct = Re k и C0 = Roc k получим длину траектории:

В

, .........(27)

* V к

Решая совместно уравнения-длины траектории, определяем минимальный радиус шелушения и размола: • -

R = i + (28)

Рациональный диаметр трубки шпателя выбирается in условия максимальной удельной производительности при транспортировке наиболее легких фракций зерна но известным уравнениям В. М. Лтомяна, Л. II. Семенова и др. С учетом этих данных в работе построена номограмма рациональных диаметров трубок для ратличиых культур. Управление скоростью зерна и производи 1слм1осгыо нагнетателя осуществляется изменением параметров логарифмической спирали. Если известен радиус трубки питателя г0 , то его можно выбирать в качестве начального радиуса спирали нагнетателя. Тогда уравнение спирали будет иметь вид:

R.»r,e--' (29)

Взяв отношение

R

—1 = с*"*" , f.

получаем целочисленные значения 1, 2,..., п, отношения радиусов:

Inn, = In-— = ln(l, 2.....nj

r0

Отношение радиусов находится в пределах:

IS¿4 (30)

го«

Для опориото ума спирали Ф ~ ~ " принятых соотношениях имеем a' 48,5 .Тогда утл между касательными к траектории равен 2и' - 'Л , что обеспечивает перемещение зерна вдоль траектории второй спиралью с MiiiiiiMa-ii.iii.iMii усилиями от сил трения.

Соотношения размерных и режимных параметров нагнетателя связаны уравнением:

R-Гц 2о

-£ = — = const, (31)

о, и

из которою можно получить искомые величины. В принятых параметрах скорость радиального перемещения зерна равна:

u,=utc|ga' (32)

Рациональные соотношения -радиальной и окружной скорости частицы имеет место, когда a -45", то есть когда переносная скорость диска равна поступательной скорости в относительном движении. Исходя из принятых соотношении, ралиальпач скорость подачи составляет:

и. = иг cica" •е"" (33)

Установлено, что объемная производительность по спирали нагнетателя пропорциональна квадрату его начального радиуса:

2 —VI) СО СЯ

,, СП "с

(34)

где Ьсп - длина спирали, ЬС11 - ширина спирали, Ьо, - высота спирали. Получены и исследованы уравнения производительности нагнетателя всеми спиралями и затраты мощности на размол:

... с1М-<о „

с)М--кВт

102п

«1М = р • арг0 = р • 2эт0(1г еле г0 - начальный радиус размола; р - удельное давление на диск, равное р=5 кг/дм2; (1г - элеме!гг кольца круга; сШ - площадь кольиа; N - мощность на размол и шелушение зерна; М - момент сил сопротивления на диске.

м-Уаг-27ф(К>~г°3) (35)

Подставляя в исходное уравнение значение момента сил трения, определяется мощность на размол зерна. Полученные результаты являются основанием для расчета и проектирования универсального рабочего органа с принудительной подачей продукта.

Глава IV.

Методика экспериментальных исследований.

Экспериментальные исследования выполнялись в ' лабораториях Курского Государственного технического университета. АО "Элсватормельмаш", испытания миннкомплскса проводились на Бийскон N111С, а внедрение на предприятиях "Курскхлсбопродукт", в кооперативах и фермерских хозяйствах. Лабораторные опыты проводились на специальной установке, включающей привод с регулируемым числом оборотов от 150 до 800 об/мин. Подопытными культурами были гречиха "Богатырь", ячмень "Путане", пшеница яровая "Харьковская-46" и другие. При опытах на экспериментальной установке при определении траектории движения зерна исполыовхзся метод крашеных зерен. Для определения угла между касательной к траектории и радиусом диска изготовлен прибор, включающий транспортир и визир, по которому определялся > гол с точностью до одного градуса. Для оценки влияния радиуса подачи на \гол и траекторию движения зерна в диске экспериментального рабочего органа было выполнено 4 отверстия с интервалом по радиусу между смежными отверстиями 15 мм. Характер образования длины траектории определялся по отпечатку на неподвижном диске. Угол трения зерна по рабочей поверхности диЛа определялся на специальном приборе. Качественные показатели технологии и" оаланс качества определялись по методи-

кам государственных испытаний, ГОСТам и другим нормативным документам.

Экспсрнментхтьные рабочие органы изготовлены в заводских условиях, нагнетатель включал диск и четыре спирали с углом 2а' = 97 .

Итоговые данные обрабатывались методом вариационной статистики. Структура и схемы опытов были направлены на решение трех задач. Первая серия опытов предусматривала рекогносцировочную проверку возможности синтеза технологии шелушения и размола одним рабочим органом. Эти опыты раскрывают возможности создания универсального рабочею органа. Вторая серия опытов предусматривала проверку динамических и технологических параметров рабочего органа. Эти данные необходимы для проверки теоретических положений, полученных во второй и третьей главах. Третья серия опытов предусматривала комплексную проверку и оценку технологической схемы всего минизавода.

Глава V.

Итоги экспериментальных исследований и опыт внедрения технологии и рабочих органов в производства

Наиболее важным показателем в оценке технологии является качество шелушения зерна. Экспериментальные данные говорят о том, что качество шелушения гречихи па миникомплсксе из трех рушащих органов удовлетворяет требованиям технического задания. Выход крупы в среднем по опытам составлял 51,9 процента, продела - 10,1 процента, мучка составляла около 9 процентов. При общем выходе крупы 62 процента содержание ядрии соответствует второму сорту, которое составляет 98,498.6 процента. Однако в полученных нами результатах испытаний содержание коло|он> терна несколько превышает допустимые нормы но ГОСТ 5550-77. Это объясняется тем, что в типовой схеме трсчемвода устанавливают 6 рушащих поставов и зерно разделяют на 6 фракций с интервалом размеров 0,2-0,3 мм. Н разработанной нами схеме мнннкомплскса установлено три постава, что и предполагает некоторое увеличение продела. Сравнительные испытания показали, что качество шелушения па миникомплсксе составляло 94,6 процента, а в типовой тсхнолошн с шссгыо поставами - 98 пропето». Содержание примесей и нешелушеного зерна в ядрице составляло около процента. Выход лузги технологическими правилами не нормируется и в наших опытах составлял 21,6 процента.

Загрузка электродвигателей мнннкомплскса на шелушении гречихи при установленной мощности 1,1 кВт соответствовала 0,64 - 0,84. Удельный расход энергии составлял 0,27 кВт ч/кг продукта.

Для оценки динамической надежности основных узлов миником-плокс был установлен на Горшечепском хлебоприемном пункте Курской области, где он отработал под нафузкоп 800 часов. Каких-либо отказов и.1и поломок рушащих органов и др\гн\ упои отмечено не было. Мини-

комплекс удовлетворяет требованиям экологической безопасности. Экспериментальная проверка теоретических положений предусматривала определение угла а между касательной к траектории частицы и радиусом диска. Этот угол не зависит от угловой скорости лиска и составлял 86 г 2 градуса. Скорость вращения изменялась от 220 до 700 об мин. Относительная ошибка опытов состалтяла 2,3 процента, коэффициент вариации -1,3 процента. Длина траектории размола составляла 31 мм. Влияние радиуса подачи и скорости вращения диска на размол, угол а' и длин)' траектории размола зерна не установлено. Доверительный интервал математического ожидания длины траектории размола изменялся в опытах от 19 до 43 мм с учетом ± За.

Экспериментальный образец четырехлопастного нагнетателя с горизонтальной установкой на валу и технологическим зазором 0,5-1 мм ис-пытывался при размоле зерна. Для контроля был изготовлен рабочий орган без нагнетателя. Испытания показали, что производительность рабочего органа без нагнетателя при зазоре 0,5 мм составляла 27 кг/ч, а с установкой нагнетателя - 377 кг/ч. Эгим достигнута универсальность рабочею органа, оборудованного нагнетателями.

Полученные научно-практические результаты по созданию универсального рабочего органа переданы в ГСКТБ АО "Элеватормельмаш" для разработки технической документации мйннкомплекса. За период с 1992 по 1996 год было изготовлено и реализовано 130 заводов. Эффективность устройства подтверждается результатами внедрения в производство. Полученные данные адекватны выводам академика П. М. Василенко о закономерности движения частицы по траектории логарифмической спирали в силу изогтжальности углов между радиусом и касательной к этой траектории. В итоге синтезирована более простая и надежная технологическая схема завода с тремя рушащими органами, позволяющая эффективно перерабатывать зерно в условиях фермерского и кооперативного хозяйства.

Глава VI.

Методика графоаналитического расчета технологии и универсального рабочего органа для шелушения и размола зерна.

Расчет технологии является заключительным этапом синтеза схемы переработки зерна. Определяющими исходными моментами для расчета технологии являются физико-механические свойства зерна, его размеры, коэффициенты трения, форма, объемный вес и другие. Расчет технологии позволяет исключить проведение многочисленных экспериментов, снизить затраты труда и средств на создание новых процессов. Проект технологии в сочетании с правилами ведения и организации технологического процесса является основанием для инженерного расчета и конструирования рабочих органов М1П{Икомплскса. Кроме этого, расчет технологии позволяет выявить потенциальные возможности рабочих органов и контро-

лировать качество выполняемого ими процесса на стадии проектирования и в производственных условиях. Методика предусматривает расчет плошали иолами черна, числа п зерен на радиусе подачи, геометрической вероятности Рз использования плошали лиска, качества Рк шелушения зерна и (1 -Рк) технологическою брака в работе.

Ниже приводится методика расчета основных параметров рабочего органа (таблица 2). Цель методики сводится к созданию технологически и динамически обоснованной конструкции универсального рабочего органа.

Таблица 2.

Расчетный параметр Расчетная формула Значение элементов формулы

Прицеленный радиус зерна (по Л.Н. Семенову) Г„р=^»С В, С - размеры зерна. 0,3 0,8 0,5 5 X, 51,0 Я - удельный расход зерна, см'/с. а - угол между касательной к траектории н радиусом диска. Ф - опорный угол спирхзи. о - коэффициент скольжения зерна. Н - высота зерна. к.-Л «ри { - коэффициент трения зерна по диску. g - ускорение свободною падения. Ъ - число спиралей, у - объемный вес зерна. Ьс„- высота спирали. Ь„„ - ширина спирали.

11;юшадь сечения трубки шпателя г- 4 М П И.77- Х- X, (г,, Р)

Минимальный диаметр трубки питателя <1п=38-40 мм

Минимальный радиус нашетателя зерна и ! "

Длина спирали нагнетателя С* "О к

Уравнение траекю-рии еннрали па1 нс-такля К. =гис*""

Радиус жернова шелушения и размола зерна VI + к

Угол между смежными спиралями верхнею и нижнего диска в точке пересечения спиралей . • л 2а » — 2

Зазор между дисками при шелушении Ь=0,86Н

Минимальная скорость вращения пала-диска п ■ = Щ тт Я \г0

Радиальная скорость движения зерна в нагнетателе при

V = V = га/?

П-КПД устшювки Р-давление на диске

Часовая производительность рабочего органа (кг/час)

С, = 7.2И„ •уюлясЛп(Я?-г0)-Ь„ • -г0)-

1 + гО * ' ]

Затраты мощно- | д, и ^, д, _ , сти на технологи-: У = — - °

чески й процесс (кВт) _I

102г) 3-30 102-п

п - число оборотов диска в минуту.

Рис 4. Контурная схема нагнетателя зерна. I. Подвижный диск. 2 Неподвижный диск. 3. Питатель.

В диссертационной работе даны основные схемы и исходные параметры в полном объеме для расчета^! проектирования универсального рабочего органа '

В таблице 3 принелены значения длины полярного радиуса для построения траектории спирали для подачи зерна (к рис.4).

Таблица 3.

<í>¡ 0" 15° 30м 45° 60" 75" 15"

9, ctgu 0 0.23 0,46 0,69 0,92 1.15 1,386

с<." «i" 1 1.24 1,58 1,98 2,50 3,15 4,00

R - г,с""*и 20 25 32 40 50 63 80

оышп: ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ для ПРОИЗВОДСТВА

1. Создан универсальный рабочий орган и конструктивная схема мини-комплекса, позволяющие рекомендовать производству более эффективную технологию шелушения крупяных культур и приготовления комбикорма, а конструкторским организациям и заводам технологическою машиностроения предложена методика графо-аналитического расчета и конструктивная схема устройства для осуществления этой технологии.

2. Разработана вероятностно-статистическая модель динамики потока и определены стохастические параметры на входе и выходе системы, раскрывающие, что процесс шелушения зерна адекватен марковскому процессу и описан уравнениями Орлаига 18-19 порядка. Это соответствует 94-95 процентам качества работ системы из трех рушлшич органов.

3. Основной характерна икой технологического процесса шелушения и дробления зерна является динамика частицы и закон се движения по рабочей поверхности неподвижною диска. Экспериментально подтверждено, что траектории движения черна и продуктом его переработки определяется логарифмической спиралью с углом между касательной и полярным рипусом 86 градусов.

4. Оборудование рабочею органа иатистатслсм зерна позволяет уменьшить диаметр диска и снизить затраи.1 энергии на размол и шелушение зерна. При лом установлено, что потребляемая мощность пропорциональна кубу радиуса лиска.

5. Установлена функциональная динамическая связь движения частицы на лиске с рациональными углами между касательными к траекториям и cnnp.LiHM нанимателя, при которой поступательная скорость продукта в относительном движении равна переносной скорости диска.

Основные результаты исследований нашли отражение в работах:

1. Секерин В.Д-. Рябов В.Н. Устройство для пневматического транспортирования сыпучих материалов. Л.с. № 1399235. Бюлл. № 2". 1988 г.

2. Секерин В.Д., Рябов В.Н. Ленточный конвейер. A.c. № 1549862.

Бюлл. №10,1990 г.

3. Секерин В.Д., Рябов В.Н. Винтовой конвейер. A.c. № 1768477. Бюлл.

№38,1990 г.

4. Секерин В.Д., Рябов В.Н. Валок для шелушения зерна. A.c. №

1515473. ДСП. Бюлл.№ 12,1989г. •

5. Секерин В.Д., Котельников В.Я., Рябов В.Н. Методика расчета ра-

бочего органа миннкомплекса для переработки зерна по безотходной технологии. Труды Курского государственного технического университета и Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности. Курск, 1995 Г.

6. Секерин В.Д., Котельников В.Я., Рябов В.Н. Устройство для очистки

и сортировки зерновых примссей. Решение на патент по заявке № 94030612/03,1996.

Подписано к nc4ami_V.Cj.97 г. Формат 60x84 1/16. Нечетких листов l.i . Тирах 100 зет. Intal •

К> рскнП государственные технический университет. 305040 Курск. > .т. 50 лет Omöp*. 94