Устройство для очистки семян карусельного типа

В данной статье изложено состояние , рассмотрены задачи научно-технического обеспечения семеноводства и разработки высокоэффективных рабочих органов и машин для получения семян. Анализ современных устройств и существующих технологических схем для очистки семян позволил выявить ряд значительных недостатков. Предложена новая схема, в которой используются плоские решета очистки, имеющие круглую форму, что позволяет перемещать очищаемый материал по замкнутому циклу с возможностью постоянной его сепарацией. Новое устройство, для очистки и сепарации семян льна и трав, позволит повысить эффективность очистки семян с меньшими потерями, снизить затраты энергии и материалоемкость. Рассмотрен процесс движения материала по решету под воздействием лопатки (скорость движения частицы по спирали и скорость движения частицы по лопатке), при которых произойдет сход частицы с рабочего решета за один оборот лопатки.

Отечественное льноводство на протяжении многих лет испытывает нехватку высококачественных посевных семян льна-долгунца, что негативно отражается на показателях всей отрасли. Это комплексная проблема, требующая не только агрономического, но и инженерно-технического решения. Основной задачей научно-технического обеспечения в этом направлении является изыскание, исследование и создание высокоэффективных рабочих органов и машин для получения семян льна.

В современных условиях требования к машинам и оборудованию для механизации трудоёмких процессов очистки семян льна значительно изменились. Новые машины должны быть более высокопроизводительными и менее энергоёмкими, они должны выполнять технологический процесс с более высоким качеством, себестоимость их изготовления и материалоёмкость должны быть ниже ранее выпускаемых производством технических средств.

В настоящее время для очистки семян льна используются как отечественные, так и зарубежные машины, такие как ОС - 4,5А, «Петкус Гигант» К - 531, СОМ – 300 и др. Применяемые в перечисленных машинах решетные станы имеют ограниченные по длине рабочие решета. Это связано с необходимостью при конструировании придерживаться определенных габаритов машин. При этом для качественной очистки семян и конструкционном ограничении рабочей площади решет, приходится проигрывать в производительности, так как сепарация материала происходит на ограниченной длине решет, проходя которую должно произойти полное разделение материала на фракции, а при большой подаче материала решетный стан не справляется с поступающим объемом материала.

В машинах для очистки семян, имеющих малую и среднюю производительность, применяют многоярусную схему расположения решёт («Кимбрия Дельта 143», «Дельта Комби 146»). Повышение производительности достигается использованием параллельно работающих решетных станов, устанавливаемых один над другим. Недостатками таких схем расположения является усложнение конструкции и увеличение габаритов и веса машин. Поэтому разработка новых устройств для очистки семян, позволяющих упростить конструкцию и повысить производительность является актуальной.

Решетный стан, на котором происходит разделение материала на фракции, является одним из основных рабочих органов машин по очистки семян. Традиционная форма решет, применяемых в решетных станах, прямоугольная. При такой форме решет решающим моментом в проектировании является площадь решета, при которой будет качественно производиться процесс очистки семян, то есть длина и ширина, которые рассчитывается по формулам в зависимости от производительности машины.

Ширина решета В = Q/qв, где Q – производительность устройства, кг/с; qв - удельная производительность, отнесенная к единице ширины решета, кг/с∙м.

Длина решета ℓ = Q/Bqf , где Q - производительность устройства, кг/с; В – ширина решета; qf - удельная производительность отнесенная к единице площади решета кг/с·м2.

На решетах прямоугольной формы сепарация материала происходит на ограниченной длине, проходя которую должно произойти полное разделение материала на фракции.

Анализируя формулы ширины и длины решет можно сделать вывод, что производительность машин напрямую связана с размерами решет и для уменьшения габаритов машин приходится уменьшать рабочую площадь решетных станов. При требуемой чистоте очистки это приводит к снижению производительности машины.

Рассматривая технологические схемы машин очистки семян, где используются плоские решета для снижения зависимости качества получения семян от площади рабочих решет необходимо разработать такую технологическую схему очистки, в которой очистка материала происходит по замкнутому циклу с постоянной его сепарацией. Такой формой, являются круглые плоские решета, на которых, при помощи криволинейных лопаток, закрепленных на вращающемся валу, происходит постоянное перемещение материала. При перемещении материала лопатками по плоскому решету происходит просыпание семян через отверстия решет, крупные примеси, превышающие размер отверстий решета, остаются на решете и лопатками смещаются к краю, где попадая на сходной лоток, удаляются.

В результате анализа существующих технологических схем предлагается новая схема, в которой используются плоские решета очистки, имеющие круглую форму, что позволяет перемещать очищаемый материал по замкнутому циклу с возможностью постоянной его сепарацией. Устройство очистки семян карусельного типа показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема устройства очистки семян карусельного типа

1 - бункер; 2 - регулируемая заслонка; 3 - корпус; 4 - верхнее решето; 5 - нижнее решето; 6 - лопатки; 7 - вал; 8 - щетки; 9 - подшипники; 10 - лоток схода крупных примесей; 11 - конус схода; 12 - лоток схода чистых семян; 13 - вентилятор; 14 - привод.

Технологический процесс, показанный на рисунке 1, заключается в следующем: исходный материал из бункера 1, через регулируемую заслонку 2 подачи, поступает в центральную часть корпуса 3, выполненного в виде цилиндра и установленного вертикально, на верхнее решето 4. Криволинейные лопатки 6, жестко закрепленные на вращающемся валу 7 с опорными подшипниками 9, перемещают исходный материал по верхнему решету 4, при этом, за счет того, что криволинейные лопатки 6 в поперечном сечении имеют форму дуги, выпуклостью направленной в сторону вращения вала 7, происходит смещение материала от центра верхнего решета 4 к его краю при одновременном просеивании материала через отверстия в верхнем решете 4 на конус схода 11, с которого материал поступает к центру нижнего решета 5. За счет кривизны лопаток 6 крупные примеси, которые не могут просеиваться через отверстия верхнего решета 4, в процессе кругового вращения криволинейных лопаток 6, смещаются к краю верхнего решета 4, откуда попадают на лоток 10 схода крупных примесей и отводятся в отходы. С конуса схода 11 верхнего решета 4 материал поступает к центру нижнего решета 5. На нижнем решете 5 с отверстиями меньшего диаметра, чем у верхнего решета 4, процесс очистки семян повторяется и за счет кривизны лопаток 6 чистые семена смещаются в процессе кругового вращения лопаток 6 к краю нижнего решета 5 и по лотку 12 схода чистых семян поступают для затаривания семян. Мелкие и колотые семена, а так же мелкие примеси просыпаются через отверстия нижнего решета 5 и отводятся в отходы. Вентилятор 13, установленный над лотком 12 схода чистых семян, удаляет пыль и оставшиеся мелкие примеси. Щетки 8, закрепленные на валу 7 и установленные снизу каждого из решет 4, 5, при круговом вращении очищают отверстия решет 4, 5. Привод устройства очистки семян производится двигателем 14 через систему шкивов.

Рассмотрим движение материала по решету под воздействием лопатки. На рисунке 2 лопатка представлена прямой АБ.

Рисунок 2. Траектория движения частицы

Прямая АБ равномерно вращается относительно точки O. По прямой АБ равномерно перемещается точка M, отдаляясь от точки O. В результате точка M, перемещаясь, описывает линию — спираль Архимеда.

,где - приращение радиуса r, при приращении угла φ на dφ.

При повороте прямой АБ из любого положения на некоторый угол Δφ точка M смещается на расстояние Δr. Смещение MM1 происходит за один оборот прямой АВ, и всегда равно одному и тому же числу. Это число называется шагом спирали Архимеда. Траектория движения частицы по решету имеет вид спирали Архимеда. При скорости вращения вала 4 об/мин частица М пройдет расстояние равное длине спирали Архимеда за 15 секунд. Зная длину пути L и время t за которое частиц М пройдет это расстояние найдем ее скорость. Формула длины дуги спирали Архимеда:

где ϕ – угол поворота в радианах, ϕ = 360° или 6,28 радиан;

 параметр спирали Архимеда, расстояние смещения точки М при повороте прямой АБ на один радиан;

а – расстояние между соседними точками пересечения спирали с осью абсцисс, так называемый шаг спирали, в нашем случае, а равна радиусу рабочего решета а=R=397мм.

Подставим k=a/2π и наши данные в уравнение и решим его:

Зная расстояние и время, за которое точка пройдет расстояние от центра до края рабочей плоскости можно определить скорость движения точки.

υ=S/t=1340,03/15=89мм/c=5,36 м/мин.

При движении по спирали частица M за это же время t так же должна пройти путь L1 равный длине рабочей лопатки рисунок 3. Найдем радиус изгиба лопатки. Так как длина спирали и радиус изгиба лопатки зависят от радиуса рабочего решета, то примем длину дуги спирали L за длину окружности, радиус которой примем за радиус изгиба лопатки.

Рисунок 3. Движение частицы по лопатке

Найдем радиус изгиба, лопатки r=1/2π=1340,03/6,28≈213 мм, построив окружность этим радиусом с центром лежащим на оси абсцисс получим точки пересечения М и М₁, найдем центральный угол φ хорды стягивающую дугу М-М₁ φ = 55°30'. По формуле найдем длину дуги L1,

где r - радиус дуги, φ - центральный угол,

тогда L1

Зная длину дуги, в нашем случае это длина лопатки, и время t за которое частица М пройдет это расстояние, найдем скорость частицы.

υ1=1/t=202,85/15=13,52мм/c=0,812 м/мин.

Полученные параметры движения точки М позволяют за один оборот лопатки пройти путь равный длине спирали и длине дуги лопатки, что позволит сместить точку М от центра решета к краю,

Выводы: Предложена новая схема устройства для очистки семян, в которой используются плоские решета очистки, имеющие круглую форму, что позволит перемещать очищаемый материал по замкнутому циклу с возможностью постоянной его сепарацией. Применение данного устройства позволит повысить эффективность очистки семян с меньшими потерями, со значительным снижением затрат энергии, металлоемкости, что приведет к снижению себестоимости семян льна.

Рассмотрен процесс движения материала по решету под воздействием лопатки и определены условия, при которых произойдет сход частицы с рабочего решета за один оборот лопатки - скорость движения частицы по спирали - υ = 5,36 м/мин и скорость движения частицы по лопатке - υ1 = 0,812 м/мин.

Медведев Юрий Аркадьевич, ст научный сотр.,

Галкин Алексей Васильевич, кандидат технических наук,

ФГБНУ ВНИИМЛ

УДК 631.362.3