автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование процесса магнитной очистки семян люцерны за счет многократного использования магнитного порошка

Л л 1>.

1.3 , 2 8

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ К. Д. ГЛИНКИ

На правах рукописи

КУЗЬМЕНКО Сергей Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА МАГНИТНОЙ ОЧИСТКИ СЕМЯН ЛЮЦЕРНЫ ЗА СЧЕТ МНОГОКРАТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАГНИТНОГО ПОРОШКА

Специальность 05.20.01 — Д1еханлзация сельскохозяйственного

производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВОРОНЕЖ 1992

Работа выполнена на кафедре «Сельскохозяйственные машины» Воронежского государственного аграрного университета имени К. Д. Глинки.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор А. П. Тарасенко.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор И. Т. Кретов; кандидат технических наук, доцент Н. С. Дорофеев.

Ведущая организация — Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы им. В. В. Докучаева.

Защита диссертации состоится «/3 » 199^ г.

в часов на заседании специализироваДного совета К 120.54.02 по присуждению ученой степени 'Кандидата технических наук при Воронежском государственном аграрном университете им. К. Д. Глинки по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1, ВГАУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. ^

Автореферат разослан «_7 » 1992 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять ученому секретарю специализированного совета.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат технических наук, // /У__

доцент ¿Л-х^-^ ' ду г. Мацнев

ОБ.ДЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшей задачей новых т.ех 'ологий переработки зерна на стационаре является не только увеличение производства семян, но и экономное расходование материалов, ликвидация их непроизводительных потерь.

Существенным недостатком магнитной сепарации, широко применяемой для очистки семян, является нерациональное использование магнитного порошка, приводящее к его большому расходу и значительному объему токсичных отходов, негативно влияющих на природу и человека. Поэтому вопрос совершенствования процесса магнитной очистки семян имеет большое значение.

Работа входит в один из разделов темы > 19 плана НИР Воронежского госагроуниверситета "Разработать и подобрать технические средства для внедрения безотходной технологии производст-"ва семян и обосновать их режим работы".

Цель работы - совершенствование процесса магнитной очистки семян люцерны за счет многократно использования магннтного порошка.

Объект исследования - технологический процесс магнитной ° очистки семян трав и технические средства для его реализации.

Предмет исследований - выявление закономерностей выделения магнитного порошка из отходов ^ его дальнейшего использования для очистки семян. ...

.Научная новизна. Обоснована возможность снижения расхода магнитного порошка за счет его многократного использования.Предложены математические зависшости, описывающие процесс использования выделенного порошка и техническое решение для выделени.-' порошка из .отход^д. Обоснованы оптимальные параметры установки 'для многократного использования магнитного порошка, '

о

Практическая ценность. Разработана технология магнитной очистки семян люцерны, позволяющая в 2-3 раза снизить расход магнитного порошка, уменьшить число контактов с ним оператора, сократить объем вредных выбросов в окружающую среду.

Реализация результатов исследований. Результаты научных исследований внедрены на пункте стационарного обмолота учхоза "Березовское" Воронежской области.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научных конференциях профе^сореко-преподааа-

• вельского состава Воронежского госагроунизерситете (19Ьб-1991гг.)

Публикации. До материалам диссертационной работы опубликовано 4 работы и получено положительное решение государственной научно-технической экспертизы изобрете^'Ч»

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, библиографии и приложений. Общий объем работы составляет 167 страниц, из них 106 страниц . основного машинописного текста,35 страниц рисунков, 6 таблиц, 26 страниц приложений. Список использованной литературы включает

122 наименования, в том числе 9 - на иностранных языках.

*

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ . я "

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы Основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе рассматривается физико-механические свойства магнитных порошков, применяемых для магнитной очистки семян. Показано нерациональное использование магнитного порошка по существующей технологии, приводящее к его.3большому расходу, а такж отрицательное влияние отходов сепарации на природу и человека. . '..■', Исследования М.Н .Летошнева,Н.Г.Гладкова, Г.С.Николаева, В.В.Фокина, Ю.Д.Ахламова,В.Г.Деркача,Р.В.Шапиро и других уче-;.

ньгх показали, что магнитный порошок может быть выделен иэ отходов сепарации и вновь использован. Для ввделения мелкодисперсного порошка, склонного к забиванию сепарирупцей говерхности,наиболее целесообразно использовать цилиндрический сепаратор шне-кового типа.

Вопросу сепарации сыпучих материалов в различных отраслях промышленности посвящены работы В.П.Горячкина, Г.Д.Терского, С.А.Васильева, Н.Е.Авдеева, В.М.Цециновского, В.Н.Карамзина, С.С.Бакала и других ученых. Значительное место отведено влиянию параметров сепарирующих устройств на их эффективность. Однако шнековые сепарирующие устройства изучены недостаточно. Кроме того, отсутствуют сведения о технологии использования выделенного магнитного порошка.

В соответствии с вышеизлчженным поставлены следующие задачи исследований: ,

1. Получить математические зависимости, описывающие процесс магнитной очистки семян люцерны с многократным использованием магнитного порошка. 0

2. Предложить техническое решение для реализаций технологического процесса очистки семян с многократным использованием магнитного порошка и выделения магнитного порошка из отходов сепарации.

3. Обосновать оптимальные параметры установки для много - • ,

кратного использования магнитного порошка и эффективное^.ее

' . - . -

использования.

Второй раздел диссертации посвящен теоретическому обоснованию возможности многократного1 использования магнитного порошка, определению оптимальных параметров устройства для выделения порошка из отходов.© , , ■ : "

В процессе работы сепарирующего устройства шнекового типа . материал одновременно перемещается вдоль оси и сепарируется. Величину осевой скорости частиц можно определить , зная угол наклона лопасти шнека, угловую скорость вала и коэффициент трения материала о сепарирующую поверхность

: . БптоСтЫ+У (I)

60ШГ

где V? - шаг шнека, м; П - частота вращения, 1/мин; угол наклона лопасти, град; - угол трения, град.

С помощью формулы (I)" может быть получена зависимость для определения производительности устройства шнекового типа

где /(^-дифференциальный коэффициент производительности;

^-плотность материала, кг/м3; О - диаметр шнека, м. Эффективность сепарирования материала можно описать уравнением ,

л;' е'^т, о>

где у1/ - коэффициент сепарации, 1/м; ¿, - длина сепарйрувдей поверхности, м.

Коэффициент сепарации можно представить так

;; . (4)

Где - вероятность сепарирования материала на дчинё Гм в единицу времени; - время воздействия шнека на материал.

Врекл воздействия Т зависит от величины осевой скорости частиц материала (I).

Стаща формула, характеризующая зависимость эффективности

сепарирования материала устройством шнекового типа от его параметров будет .тРММ^к.

Е=(1~е ■ П )>№. -(5).

Расчетная величина длины сепарирующей поверхности

Ц /225//, Кп^ О2 '

При сепарации отходов магнитной очистки в выделенный магнитный порошок попадают мелкодисперсные органические включения', содержащиеся в ворохе семян. Поэтому при использовании выделенного порошка следует учитывать изменение его состава. Если поддерживать постоянным объем смеси магнитного порошка и включений, то содержание порошка при его. многократном использовании будет

. & = V? ■*■ 'Л Иг + Д ^ , (7)

где объем порошка, подаваемого в ворох семян, м3; А^з -

объем порошка, выделенной из отходов, м3; объем порошка ,

досыпаемого в выделенный для компенсации потерь, м3.

Изменение объема порошка можно представить следующим образом

V, +

где - производительность подачи смеси порошка в ворох, м3/ч; 6 у - производительность сепарирующего устройства,мэ/ч; \/ - объем смеси порошка и включений, м3; р - степень выделения магнитного порошка. *

Дифференциальное уравнение изменения объема порошка 0

Где,

2Г= /-р..

Решение уравнения (9) можно.записать следующим образов!

V, = м + (/-Д))/е~ V- ^ • (ю)

где . /} - —щ .

Расчеты по формуле (10) показывают, что содержание порошка в смеси постепенно уменьшается и стремится к ^определенной величине, зависящей от параметров магнитной машины и сепарирующего устройства (рис. I). При этом объем засорителей возрастает. . ... ... Такое снижение со-

Изменение содержания порошка в смеси при его многократном использовании:.

%

нЧо3

, ,5

м о.з а и

Рис Л.

держания порошка в смеси приводит к 'ухудшению качества , очистки семян. Для' поддержания необходимой чистоты смеси многократное использование магнитного порошка осуществляв ется по схеме, поданной на рис. 2

Смесь магнитного порошка поступает в ворох с производительностью и

Л'лХ'' V---лчистотой П7 . После,

.очистки семян на магнитном барабане..отходы поступают в сепарирую-, щее устройство.- Выделенная смесь порошка возвращается в бункер :магнитной машины с производительностью и чистотой /77у .При

к

этом в выделенный порошок-осуществляется досыпка чистого с производительностью Об .

охемп искшлсьчнпя м ггчгтиого пггочк'-:

i-бункер магнитного прпотткч сегиЯноЯ мчтаинн; ^-устройстяо 1 для сме^игания nurow. ti рорсуг, З-ччгнитный барабан; 4-сетгипуюш"ч устройство; б-бун^ер-лозтгор; Сй -лризро-" яительность досчша» истого noncnm я рыделенный ,м3/ч; О- -произропительность подачи смеси р ворох,м3/ч; Gy -пгизвоцительность сепарирующего устройства, м3/ч; т -чистота смеси, полагаемой р ворох;/Я,-чистота смеси, рыпелен •0/1 из отходов -частота порошка. г

Рис.Ü о

При аналитическом расчете необходимой производительности досыпки Ов следует учитывать не только изменение содержания порошка в смеси, но и изменение содержания засорителей.

о . ,

Содержание порошка в смеси •'- :•

Содержание засорителей в смеси . ~ .. ■-•..--■■

я . ■ .

Предположим, что существует такая критическая чистота смеси;-

ю

порошка и засорителей, использование которой для очистки семян, не приводит к снижению их качества ниже Требований ГОСТ,

V/

т=" цЩ ' {13)

Исходя из этого»можно получить систему дифференциальных уравнений, описывающих изменение состава смеси порошка и засорителей при многократном использовании порошка

(14)

Решение системы позволяет определить производительность до -сыпки чистого порошка в выхоленный

m i-m

(15)

G$ - &gmr+{Gy-lrg +

Изменение объема смеси будет равно

, Л V- ^GgPir)^ - fy . (16)

Для непрерывной работы установки в начальный период в бункере должен находиться определенный объем порошка Vg . Учитывая, что в формуле (II) tf^ ¡/¿^ начальный объем порошка будет равен • ^ ,

(17)

• Как ввдно из рис. 3, производительность досыпки чистого порошка в вьщеленный в наибольшей степени зависит от критической

чистоты смеси, производительности подачи смеси в ворох семян.

Для стабилизации уров-

Зависимасть производительности досыпки порошка от параметров работы установки:

i // 2

гт

v 0.9 0.8 i6 2.0 к

кратность увеличения параметров ■ I-критическая чистота; 2-произво-дительность дозирования смеси; 3-производительность сепаратора. аРис.З.

ня засоренности смеси

в пределах 5-20& величина производительности досыпки чистого порошка должна соответствовать СО, 8-9,4). КГ3 м3/ч.

В третьем разде -ле изложена программа . экспериментальных исследований, методика их проведения и обработки полученных ре -зультатов, описана конструкция экспери- . ментальной установки (рис. 4).

Установка создана На базе серийной магнитной машины K-59Q. На месте контейнеров для сбора отходов установлено сепарирующее устройство шнековр• го типа 2. Досыпка чистого магнитного порошка осуществляется, с ' помощью бункера-дозатора 4, также установленного в корпусе магнит ной машины. Смешивание выделенного и чистого порошка происходит в бункере 5. Установка сепарирующего устройства и бункера-дозатора в корпусе магнитной машины упрощает задачу транспортиров- ' ки порошка. Удаление пыли осуществляется с помощью аспирацион-; ' ного устройства, которым снабжена машина ;"

\

•Схема экспериментальное установки:

I-магнитный барабан; 2-селарирующее устройство; 3-смеситель;.4-бункер-дозатор; 5-б,ункер для пооогака; 6-буккер для вороха семян.

: ■ Рис.4.

Программа экспериментальных исследований предусматривала решение следующих вопросов: , -

-исследовать влияние конструктивных и технологических параметров сепарирующего устройства на процесс выделения магнитного порошка. Установить оптимальные значения указанных параметров;

- определить влияние чистоты магнитного порошка на степень очистки семян;

•! с ' 4

- выявить влияние соотношения вцделенного и досыпаемого магнитного порошка на качество очистки семян; ' -

- исследовать эффективность применения установки для многократного использования магнитного порошка в производственных условиях. ■ - . 1

<

Исследования проводили методом планирования многофакторного

эксперимента. Полученные данные обрабатывали с использованием

вычислительной техники и методов математической статистики.

о

Качественные характеристики процесса сепарации определяли по известным методикам, экономическую эффективность - по ГОСТ 29728-ЬсЗ.

В четвертом разделе изложены результаты экспериментальных исследований, дан их анализ.

На основании теоретических исследований и анализа литературных источников выбраны параметры сеп!арирующего устройства щне-кового типа. ■

Исследования показали, что на качество очистки семян люцерны оказывает влияние засоренность смеси магнитного порошка. Большое значение имеет'.и степень его вьщеления из отходов.

Влияние параметров сепарирующего устройства на эти показатели представлено в виде уравнений регрессии для двух конструкций сепаратора.

Для сепаратора с очистителем решета в виде капроновых щеток: = 0,649 +'?))0092Х1 + 0,02ШХ2 - О.ООШХ^ - 0,014Х2Х3+ + 0,0122Х| - 0,0093X2 -0,0205Хз ; , (18)

= 0,186 - 0,0553Х1' + 0,0197Х2 + 0,0137Х1Х2 -0,007Х1Х3+ +0,0107х| - 0,0155х| + 0,0052Х§. (19)

Для сепаратора с очистителем решета в веде резиновых накладок:

у3 « 0,629+0,0689Х1 - 0,123Х£ + 0,0047Х1Х2 - 0,0057Х2Хз+ +0,004Х| + 0,0035Х| + 0,0йЗХ§ ; (Щ

¿4 и 0,1748+0,0П9Х1 + 0,0165Х2+0,0П2ХГХ2 +0,0045Х1^3 - ■ • --0,0103Х| + 0,0125Х§ - 0,0042Хз, / • ' - ; : '

* о

*"Дв у^ , у 3 - степень выделения магнитного порошка;

у& % (/у - степень засоренности порошка; - размер . ячейки решета; - частота вращения вала шнека; Х^ — длина решета.

О

Установлено, что определить оптимальное значение каждого факто-

V-

ра оценкой влияния его только на один критерий невозможно, из-за противоречивости влияния различных факторов. Поэтому была проведена оптимизация уравнений методом деформируемого многогранника с помощью ЭВМ. Условие оптимизации - получение максимальной степени выделения магнитного порошка при' его минимальной засоренности. Результаты расчетов показаны в таблице.

Таблица

Оптимальные значений параметров сепарирующего устройства

!Размер !Дяина (Частота !Степень !Засорен-

Тип устройства {ячейки {решета, 1 вращенияIввделения!ность по-

!решета, ! и !вала, {порошка !рошка

_ _1 мм__| I мчи I.'__!_-

: С резиновыми накладками ' 0,483 0,793 22,8 0,638 0Д85

С капроновыми '

щетками 0,54 : 0,648 * 25,52 : 0,686 0,116

Как видно из таблицы, йаилучшие результаты получены на уст'* - - у «'.'.'■

ройстве, оборудованном шнеком с капроновыми щетками. .?

'■'-.".' В процессе исследований было установлено влияние чистоты смеси магнитного порошка на степень очистки сеит?. Анализ результатов, представленных на графике (рис. 5), показал, что для получе-" ния семян с чистотой на уровне требований ГОР! (96-98£), нео$ходи-,';. мо поддерживать чистому смеси порошка 85-90^. : : . Расчет производительности досыпки чистого порошка для поддержания заданной критической чистоты, проводили по теоретической \ ^зависимости

. Результаты исследований показал и, что предложенный; спосбб ис- ' ^

. К влиянию.чистоты смеси на . степ^н! 'очистки семян:

т

%

%

10

о

N. г

X

о го

68 бо юо Vм*»

1-чистотт семян £ ; 2-чистота смеси поготкч т .расчетные данные; 3-чистотз смеси'/??,экспериментальные данные.

Рис.5.

пользования магнитного порошка позволяет поддерживать крити -ческую чистоту смеси на заданном уровне (рис. 6). .

Было установлено, что качество очистки семян на уровне требований ГОСТ может быть получено при уровне критической чистоты смеси /7) « 9056. Снижение его до /77 приводит к падению качества очистки семян (рис. 7).

В процессе работы установки было отмече-

но плавное падение качества очищенных семян, чта ограничивает использование одной порют магнитного порошка. Кроме того, объем смеси в бункере магнитной машины йудет возрастать й заполнит его через некоторое время. Дпй получения макс и-мального времени использования магнитного порошка экспериментальные Данные были аппроксимированы степенной зависимостью вида , ; -

- 0,00/06 £ '

6:

98в

X?

Зависимость изменения .чистоты смеси порошка от времени работы установки:

%

90

во

2

I-критическая чистота Р1 =90$; 2-критическая чис-' юта П)>Р55б..

Рис.6.-

Зависимость изменения чистоты семян от временя работы установки:

а

9$ 98

1-/7)=90$; 2-т=Р5% Рис.7,

- { о

) 1 2

о г у 6 3 н> п ¿6 г.?

При изменении производительности магнитной машины по вороху

семян величина начального объема и производительности досыпки ,

чистого порошка могут быть определены с помощью графиков (рис.8).

о ..

В пятом разделе

Зависимость производительности досыпки и начального объема ' порошка от производительности магнитной машины:

щ

М*1й

*

3 2

■ 1

■

А

1 ,г

-

& ÍT

о т д гоз зоо ш

1-нпчаяьный объем, мЛ;

з /

2-прокзволительность досыпки,м /ч Рис.-8.

показана реализация результатов исследований и их экономическая эффективность.

Результаты исследований внедрены на пункте стационарного обмолота семенников трав учхоза "Березов-ское" Воронежской области. Применение установки позволило б 2-3 раза уменьшить расход,-магнитного порошка.

Расчеты показали, что годовой экономический эффект на одну ' машину составил <76,9 руб. Кроме того/снижен объем вредных вы-, бросов в окружающую среду, а также уменьшена вероятность кон -.такта /оператора с токсичным порошком.

■о '

•■ ••'/ ОБЩИЕ ВЫВОДЫ v

• I. Анализ математических зависимостей процесса многократно-"го использования магнитного,порошка показывает, что си будет ус^

Пешно протекать при условии некоторой предельно допустимой засоренности смеси чистого и выделенного из отходов порошка. Как

? ■

показали . последующие исследования, эта засоренность не должна превышать 10£. ■

2. Установлено, что для выделения магнитного порошка из отХодов рационально.использовать сепарирующее устройство шнекового

* ' ' ' . ' ... Типа, установленное в корпусе магнитной машины на месте бункеров

для сбора отходов.

3. Наибольшую эффективность показало предлагаемое устройство с приспособлением для очистки решета в виде капроновых щеток, установленных по периферии шнека, имеющее длину решета 0,65 м, размер ячейки 0,54 мм,частоту вращения вала 25,5 мин-''".

4. Для получения необходимого качества очистки семян люцерны производительность досыпки чистого йорошка в выделенный и начального объема порошка в бункере.машины можно определить по предложенной методике. Так, например, при изменении производительности семяочистительной машины от 100 до 500 кг/ч по вороху семян начальный объем возрастает с 2,5-10 до 5,5*10- м , а производительность досыпки - с 0,8 до 5,4 м3/ч.

5. В процессе работы установки бункер с ророшком будет наполняться, а качество очисфки семян будет убывать, Поэтому через

19-20 часов магнитный порошок должен быть заменен. Затем возобнов-

' -. ' ' '

ляется работа в. режиме даогокрадччого использования. Время использования порошка моарт быть увеличено за счет повышения уровня критической чистоты. о а

' С '

6. Использование предложенного способа очистки семян люцерны

•3 -

позволяет уменьшить расход магнитного порошка в 2-3 раза, при поддержании необходимого качества очистки семян люцерны. При этом уменьшается "объем вредных выбросов ,в окружающую среду, снижается вероятность контакта человека с токсичным магнитным порошком.

19 . #

7. Годовой экономический эф^кт при производительности семя-очистительной машины 500 кг/ч и сезонной загрузке ;"00 часов соста-

г.

вит 276,9 руб. на одну маиину.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: (!.•••

1. Кузьменко C.B. Обоснование параметров магнитной семяочисти-тельной машины в режиме многократного использования магнитного порошка // Сб.наух|.тр. / ВГАУ: - 1991. - С.95-9«.

2. Тарасенко А.П., Кузьменко C.B.,-Шатохин И.В. Устройство

для выделения магнитного порошка из отходов магнитной семяочисти-тельной машины //Механизация и электрификация сельского хозяйства. -..1991; - № 2. - С. 55.

3. Кузьменко C.B. Повышение эффективности магнитной очистки семян многолетних трав // Производственный потенциал агропромышленного комплекса и пути улучшения егЗ использования: Тез. докл./ ВГАУ. - Воронеж, 1991. - 174 с.

4. Кузьменко C.B., Шацкий В.П.о К вопросу многократного использования магнитного порошка // Безотходная технологи^ производства семян люцерны. Сб.науч.тр./ ВСХИ. - Воронеж» I&39. - С.139-1^.

5. Положительное решение государственной научно-технической экспертизы изобретений от 30.01.91 по заявке № 4807583/03 (017443) Способ очистки семян. А.П.Тарасенко, С.В.Кузьменко* И.В.Шатохин.

>u ervsy. ja*, «г«< Ы«.'