автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.05, диссертация на тему:Создание высокоэффективных валковых сапараторов торфяных машин и оборудования

ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукопигм Кондратьев Александр Владимирович

УДК 622.331.002.5.001.2

СОЗДАНИЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ВАЛКОВЫХ СЕПАРАТОРОВ ТОРФЯНЫХ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ

05.15.05 Технология и комплексная механизация торфяного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тперь 1998

Работа выполнена в Тверском государственном техническом университете

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Л.Н. Самсонов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В.Г. Селеыюв доктор технических наук, с.u.c. В.К. Фомин доктор технических наук, профессор JI.B. Родионов

Ведущая организация:

АО Н1Д «Радченкоторф»

Защита состоится 2 3 октября 1998 года в часов на заседа-

нии специализированного совета Д 063.22.01 при Тверском государственном техническом университете по адресу: 170026, г. Тверь, наб. А. Никитина, 22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан » аиГ/^и 1998 года

Учёйый секретарь диссертационного Совета, канд. техн. наук, профессор

В.Д. Копенкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Успешное выполнение задач, стоящих перед торфяной отраслью на современном этапе, требует постоянного совершенствования оборудования и поиска путей создания новых высокоэффективных и надежных машин л механизмов, обеспечивающих качественное и производительное выполнение технологических процессов добычи и переработки торфяного сырья. Важное место во всем комплексе операций добычи'и "переработки торфа занимают процессы очистки торфяной залежи от древесных включении, осуществляемые активными корчевателями и машинами глубокого фрезерования.

Качественные показатели процесса выделения пней из торфа зависят, во многом, от надежности и эффективности работы валковые сепараторов корче-вателышх и фрезерных машин. Однако практика эксплуатации сепарирующих устройств валкового типа показала недостаточно надежную и недостаточно качественную их работу. Нерешенность вопросов предотвращения заклинивания древесных включений между рабочими элементами сепаратора и наматывания растительности на валы устройства, наряду с другими причинами, обуславливает низкую эксплуатационную. надежность активных корчевателей, производительность которых снижается в 2-3 раза. А из-за невысокой интенсивности процесса разделения вынос с сепарирующих устройств слаборазло-жившегсся торфа вместе с пнями доходит до 70 % на корчевателях и до 30 % на машинах глубокого фрезерования. ,

Практика использования вапковых сепараторов в сельскохозяйственной, мелиоративной, горноперерабатывающей и химической промышленностях также указывает на ряд их недостатков - заклинивание твердых включений, наматывание волокнистого материала, налипание йлажных частиц и, вследствие этого, низкое качество процесса сепарации.

Совершенствование процессов разделения на ватковых сепараторах и создание новых высокоэффективных сепарирующих устройств валкового типа с учетом специфики их использования в различных технологических процессах является актуальной проблемой, имеющей важное научное и практическое значение не только для торфяной промышленности, но и для других отраслей народного хозяйства, где они используются.

Работа выполнялась в соответствии с тематическими планами научно-исследовательских работ: «Проблемы механизации ii автоматизации горного производства»; «Разработать перспективную систему машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1996-2005 гг., часть И1 Мелиорация».

Цель работы. Разработка научных основ расчета конструктивных и кине матических параметров валковых сепараторов н создание новых высокоэф

фектиьных сепарирующих устройств валкового типа, обеспечивающих надежное и качественное разделение компонентов торфяной смеси.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Провести анализ современного уровня развития и совершенства валковых сепараторов, выявить причины их недостаточно высокой эксплуатационной надежности и интенсивности процесса сепарации, определить возможные пути решения исследуемой проблемы;

2. На основе теоретических и экспериментальных исследований обосновать параметры сепарирующих устройств из условии предотвращения заклинивания твердых включении (^пней или камней) и предупреждения процесса намотки волокнистой растительности, исходя из физико-механических свойств разделяемого материала;

3. С использованием обобщенной математической модели процесса сепарации наметить пути повышения интенсивности разделения торфа и твердых включений, разработать конструкции интенсифицирующих устройств и обосновать их параметры;

4. С помощью регрессионных моделей исследовать процессы сепарации компонентов торфяной смеси и установить рациональные условия эффективного их разделения;

^ 5..Выполнить комплексные научные исследования направленные на создание принципиально новой конструктивной схемы валкового сепаратора, обеспечивающего качественное отделение от твердых включений неразложивших-ся волокнистых растительных остатков;

6. Разработать методику расчета основных параметров валковых сепараторов с учетом технологических условий их работы.

7. Произвести промышленную апробацию выполненных разработок и оценить их технико-экономическую эффективность.

„ Объекты и методы исследований. В качестве обьектов исследований служили:

- торф верхового типа моховой и травяно-моховой групп степенью разложения от 0 до 25 с относительной влажностью 80-85 %, взятый с залежей трфоиредприггий «Емел/ьяновское» и кОршинское»;

- древесные включения, отобранные с торфяных залежей после прохода '¿1'резы машины глубокого фрезерования РАПП-ЗА (МП-20) и после активного корчевателя;

- гибкие корневые остатки и длинная травяная растительность торфяных месторождений;

- каменные включения и сплетенные растительные остатки;

- лабораторно-эксиериментальнос и опытно-промышленное оборудование, |щзрабо18ННое для проведения научных исследований.

В диссертационной работе использован комплексный метод исследований, включающий теоретическое и экспериментальное моделирование процессов сепарации. Применялись математическое и физическое моделирование, регрессионный и статистический анализ с применением ЭВМ, тензометрпрова-ние и скоростная кинофотосъемка.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:

- в разработке теоретических основ и методики рационального проектирования сепарирующих устройств валкового типа, обеспечивающих надежное и качественное выполнение процесса сепарации, основанной на сообщении большого экспериментального материала исследований работоспособности валковых сепараторов в торфяной, горноперерабатывающей и сельскохозяйственной промышлеяностях;

- в теоретическом и экспериментальном исследовании адекватных математических моделей процесса разделения компонентов торфяной смеси на валковых сепараторах с рациональными параметрами;

- в установлении путей интенсификации процесса разделения и на основе экспериментальных исследований получении теоретических уравнений регрессии, связывающих показатели качества и эффективности сепарации с технологическими, к тематическими и конструктивными характеристиками сепарирующих устройств;

- в теоретическом и практическом обосновании ряда приоритетных патентно-чистых технических решений вздковых сепараторов для различных условий их работы;

- в разработке алгоритмов расчета оптимальных параметров валковых сепараторов с учетом специфических особенностей процесса разделения п :р-дых включений (пней пли камней) и торфа.

Прщстнчсская ценность набаты. Разработанные теоретические основы проектирования высокоэффективных валковых сепараторов, а также методики рзечета их рациональных рабочих органов являются решением крупной научной проблемы не только в торфяной промышленности, но и в горноперергба-тывагощеи, сельскохозяйственной и других отраслях экономики, использующих технологии разделения (грохочения) различных материалов с твердыми включениями, что позволит повысить надежность; и качество вып^пнения процесса сепарации.

Разработанные алгоритмы и программное обеспечение ЭВМ, для расчета рациональных параметров валковых сепараторов могут быть использованы при совершенствовании известных конструкций устройств и модернизации новых схем различных типоразмеров сепараторов.

Основные научные и практические результаты диссертации используются: при подготовке диссертаций аспирантами;. при выполнении научно-исследовательских работ кафедрами «Торфяные машины и оборудование» и

«Строительные, дорожные машины и оборудование». Ряд результатов и методик включены в учебник «Торфяные машины и комплексы» и используются при изучении дисциплин торфяного пррфиля, при курсовом и дипломном проектировании;.

Полученные результаты исследований использованы при разработке валкового сепаратора стнлочного агрегата АСК-1, при корректировке конструк-lopcKoii документации на изготовление сепаратора для машины глубокого фрезерования МП-20. Методические основы выбора рациональных параметров сепарирующих устройств применяются Северным научно-исследовательским институтом гидротехники и мелиорации (СевНИИГиМ) при создании камнеуборочных машин для уборки мелкого камня. Практические рекомендации по совершенствованию сепараторов валкового типа ири-наш к внедрению в технологических линиях по производству на основе торфа удобрений типа «экогумус» производственно-коммерческой фирмой «Медиум».

Проведенные экономические расчеты показали высокую эффективность и целесообразность практического использования разработанных конструкций сепарирующих устройств в торфяной промышленности.

lia защиту выносится решение крупной народно-хозяйственной проблемы но созданию высокоэффективных конструкции валковых сепараторов 'торфяных машин и оборудования. Автор защищает следующие основные положения;

- научно-обоснованные положения о закономерностях процессов заклинивания, наматывания и разделения компонентов торфяной смеси, включающие теоретические основы расчета кинематических^ и конструктивно-технологических параметров сепарирующих устройств валкового типа;

- математические модели в виде эмпирических уравнений регрессии, позволяющие установить общие закономерности и рациональные условия процесса разделения на сепараторах;

- теоретические принципы и методики рационального проектирования валковых сепараторов, обеспечивающих повышение производительности и снижение удельной энергоемкости;

- конструктивно-технологические разработки, защищенные авторскими свидетельствами и патентами, а также инженерные методики расчета параметров высокоэффективных валковых сепараторов, подтвержденные результатами экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных и промышленных условиях.

Личное участие автора заключается в постановке и разработке основной идеи и темы диссертации, в формулировании и решении задач теоретического и экспериментального характера. Под руководством автора и при его непосредственном учпепш были разработаны и изготовлены лаборагорно-эксперименгальные и оиытно-нромышлеиные образцы валковых сепараторов,

ире.гюжены методики проведения экспериментов, созданы принципиально ноные конструкции сепарирующих устройств и разработаны методики инженерного расчета их основных параметров.

Апробация работы. Основные результаты исследований доклад»'вались и обсуждались на: научно-технических конференциях преподавателей, сотрудников и аспирантов 'ГГТУ (Калинин, 1986 г., Тверь, 1997 г.); научно-технической конференции молодых ученых и специалистов Всесоюзного научно-исследовательского института торфяной промышленности (Ленинград, 1956 и 1990 гг.); Всесоюзном научно-техническом семинаре «День молодого новатора торфяной промышленности» (Москва, ВДНХ, 1987 г.); 1-й и 2-й научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов ТвеПП (Тверь, 1988 и 1991' гг.): конференции молодых ученых и специалистов Тверского региона (Тверь, 1495 г.); XX научно-практической конференции «Ведение сельского хозяйства Тверской области в условиях природоохранного и ннзкозатратного земледелия» (Тверь, 1997 г.); симпозиуме «Неделя горняка-97» (Москва, 1997); семинаре участников круглого стола «Ученые Верхневолжья - селу» (Тверь, 1998 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 55 печатных работ. получено 29 авторских свидетельств и патентов. Список основных публикации по теме диссертации приведен ниже.

Структура и объем работы. Диссертация состоит чз введения, семи глав, общих выводов, списка литературы (232 наименования) и приложения. Общин объем диссертации 360 страниц, в том числе 270 страниц машинописного текста, 160 рисунков, 18 таблиц.

Автор выражает благодарность заведующим кафедр чТорфяныо машины и оборудование», «Строительные, дорожные машины и оборудование» Тверского государственного технического университета Самсонову Льву Николаевичу и Мясникозу Арнольду Борисовичу, определившим нап-рааление исследований, за всестороннюю помощь при выполнении дани эй работы, а также кандидату технических наук Кочканяну Сейрану Мнкаеловичу за содействие п проведении исследований и реализации их результатов.

s

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, а также представлена новизна полученных результатов Показан личный вклад, практическая значимость научных исследований. Приведены сведения об использовании результатов исследований.

Глава 1.'Состояние проблемы, ее содержание и основные положения '

Торфяная залежь, основу ко.орой составляет'малопрочная разложившаяся органическая масса влажностью 80-85 %, включает в себя до 3 % и более к общему объему древесные включения (пни, стволы деревьев), имеющие прочность в отличие от залежи на два порядка больше.- Наличие древесины в торфе делает практически все технологические процессы по его добыче и обработке . малоэффективными и непроизводительными в основном по причине преждевременное выхода из строя (поломки) технологического оборудования.

Исследочаниям пнпстости торфяных залежей, свойств древесных включении и их влияния на процессы добычи и переработки торфа посвящены известные работы С.Н. Тюремнова, И.Ф. Ларгина, Б.И. Пряничникоза, В Н. Смирнова, Л.М. Майкова, Л.Н. Самсонова, В.И. Ефимова, В.В. Покаместсва, ПЛ. Глаголева, В.Г1. Никитина, Е.А. Константинова, Л.К. Кочедыкова, А.П. Кузнецова, Ф.С. Пономарчука и других ученых..

Сельскохозяйственное освоение выработанных торфяных месторождений Северо-Западных и Центральных районов Нечерноземья России неизбежно столкнется с проблемой очистки остаточного слоя торфа, не только от древесных включений, но и от камней, поскольку подстилающий минеральный грунт запежей этих областей засорен валунной каменистостью ледникозого происхождения. О засоренности остаточного слоя торфа каменными включениями говорится в работах 10.Д. Поприйчука, P.A. Крушюва, Ю.Д. Кускова и Л.П. Кудимова. Использование таких гшошадей для земледелия без предварительной уборки каменных включений практически невозможно из-за частых поломок и выхода из строя сельхозтехники.

Поскольку операции но выделению пней из залежи и камней из почвы выполняются в основном на валковых ^епарзторич. то ссирцкиствоь-киг процесса разделена:; твердых включений и той ^ с нд -пнх уез ; гп^нсбрста-ег исключительно важное значение длл г,„-¿го д,.к;;д оелч-лнл '«о^блных мее коождекйЯ,

Эффективность процесса разделения компонентов торфяной смеси во-многом определяется способностью торфа просеиваться на валковом сепараторе. При этом такие физпко-механ/.ческие свойства торфа как фракционный состав, вид, тип, степень разложения, сопротивление различным деформациям, коэффициент трения скольжения и влажность оказывают решающее влияние на результативность процесса сепарации.

Изучению структурно-механических свойств торфа посзяшены. работы Л.С. Лмаряна, Л.Е. Афанасьева, Е.Т. Ба?.ииа, Н.И. Гамаюнова, С.С. Коршунова, В.И. Косова, М.Ф, Ларгина, И.И. Лиштвана, Л.М.Лшкова. В.Д. Миронова, Л.Н. Самсонова, В.Г. Селсннова и других ученых.

Было установлено, что из всего многообразия свойств торфяного сырья степень, разложения торфа оказывает наиболее'существенное влияние на эффективность просеивания торфяных частиц на налковых сепараторах торфяных машин. Так, например, при уменьшении степени разложения от 30 до 5 % примесь торфа, выгружаемого с сепаратора вместе с пнями увеличивается с 10 до 60 % на корчевателях и до 30 % на машине глубокого фрезерования. Эти обстоятельства указывают на необходимость интенсификации процессов разделения и создания новых более надежных и результативных конструкций валковых сепараторов.

Обзор результатов исследований различных сепарирующих устройств показал несомненное преимущество валкоаых сепараторов, производительность и эффективность'которых в 2-3 раза выше в сравнении с другими видами разделителей.

Обобщение материалов об использовании валковых сепараторов в различных отраслях экономики позволило выявить ряд общих недостатков, являющихся серьезным препятствием на пути их более широкого применения.

Анализ разработанной классификации валковых-сепараторов позволил определить основные направления развития конструктивного исполнения сепарирующих устройств в зависимости от сферы их применения.

Исходя из степени воздействия негативных явлений на работоспособность *

сепарирующего устройства .была установлена последовательность решения задач, направленных на повышение эффективности работы валковых сепараторов торфяных машин: 1 - предотвращение заклинивания; 2 предупреждение наматывания и налипания; 3 - интенсификация процесса сепарации.

В связи с этим проведение комплекса теоретических и экспериментхтьных исследований, направленных на изучение процессов сепарации и поиска максимальной эффективности этих процессов, является главной научной задачей данной диссертационной работы.

Глава 2. Аналитические исследования процесса заклинивания древесных и каменных включений и обоснование оптимальных параметров валковых сепараторов

Па основе анализа имеющейся информации и результатов исследования процессов заклинивания твердых включений на валковом сепараторе было установлено, что эти отрицательные явления условно можно разделить на две гр>.1пм (рис. 1). Заклинивание первого рода происходит между диском и салом (рис. !, а). Для его предотвращения необходимо, чтобы параметры сепаратора отвечали следующему условию:

Ь > аК, (1)

где Ъ - наименьшее расстояние от вершины диска до соседнего вала; а - расстояние м^-.кду дисками (рабочий «просвет» сепаратора); К - вероятностно-статистическн* коэффициент, учитывающий размерные характеристики пней ити камней (отношение, большего размера сечения к меньшему).

Ко второй группе относятся заклинивания твердых включений между перекрывающимися дисками соседних валов. 3jot процесс., в свою очередь, ,можно разбив на три подгруппы (рчс. 1,6), р), г).

К первой подгруппе принадлежат заклинивания между дисками соседних валов, происходящие из-за наличия зазора между вращающимися дисками (рис. 1,6). Попавшее в зазор твердое включение начинает сдавливаться дисками, заклинивая между ними. Для его исключения достаточно, чтобы при вращении валов сохранялось постоянное перекрытие между смежными дисками. При этом должны выполняться условия выбора межцентроиого расстояния А между валами:

- для трехгран'ных дисков

А SD(l + KJ/2; (2)

- для четырех-вооьмигранных диског

А < 1Ж, „ (1)

nie D - диаметр описанной окружности диска; К,, - Ц„, /D - геометрический го>ф<Ьиииент формы диска (Л„,- диаметр вписанной окружности диска).

Рис. 1. Виды заклинивания твердых включений:

а) - между диском и валом; б), в), г), д) - между дисками

К следующему виду можно отнести заклинивание твердого включения мс,-жду гранями перекрывающихся дисков, вследствие образования между ними острого угла (рис.1,в). Предотвращение такого заклинивания обеспечивается при значениях угла /? больших, чем удвоенный угол трения пня или камня по материалу диска, когда твердое включение выталкивается из раствора смежных дисков:

/? > 2ат, (4)

где ат - угол трения пня или камня по грани диска {¡3>56-60°).

Третья разновидность - это заклинивание, как правило, камней между соседними дисками одного вала (рис. 1, г). Такие явления вызываются камнями, которые незначительно больше междискового расстояния, если они в принудительном порядке вдавливаются между дисками, причем для этого могут быть различные причины. Такие заклинивания можно устранять путем выполнения кромок дисков в виде шпальта (рис. 1, д), тогда камень застревает между дисками только снаружи, т.е. в самом узком месте, не углубляясь в промежуток между ними. Поэтому застрявший камень без особых усилий извлекается оттуда днског/ соседнего вала, входящим в этот промежуток.

Исследования конструкций валковых сепараторов, применявшихся в торфяной промышленности и в других отраслях народного хозяйства показали,

что их параметры лишь иногда выбирались с учетом условий (2)-(4) предотвращения заклинивания между дисками, а требование (1), позволяющее избежать заклинивание твердого включения между диском и валом, совсем не учитывалось.

В связ с этим, на основании требований (1)-(4) были получены уравнения для расчета основных параметров сепаратора с шахматным расположением дисков:

для дисков трехгранной, трехклыковои и прямоугольной формы

а + 2аК , Кп(Б1'пл + К,,)~5тА. ' ^

РКП(5Ш?У+К()) ■ 2

- для дисков четырех-восьмиг«анной и зубчатой формы ё+2аК ^

2КпК<>-1 (6)

а - окпк();

■ для дисков эллипсообразной и круглой формы с эксцентриситетом с] + 2аК

А =

КД1 + К,,)-! ОКД1 + К,)

О)

2

где с! - диаметр вала; К„ = А/Окп - коэффициент перекрытия дискоц (К,, = 1 - 0,8); Л - угол между радиусами описанной и вписанной окружностями диск;, проведенными из центра вращения соответственно к вершине диска и к ею грани под прямым углом.

Выполненные экспериментальные исследования работоспособности валковых сепараторов, параметры которых отвечали условиям (1)-(4)> полностью подтвердили сделанные предположения о надежной работе устройства без заклинивания твердых включений. Вместе с тем, следует заметить, что а расчетах рациональных параметров сепаратора по уравнениям (5)-(7) К-й 2.1, но иногда в условиях эксплуатации могут попадаться такие твердые включения (например, камни лещевидной формы), у которых К = 3-4. Введение таких ¿качений К в расчетные зависимости является нецелесообразным из-'« получения ^лишком больших диаметров ф > 800 мм), что отрицательно скажется на метапло- и энергоемкости сепаратора.

Предложенная новая схема валкового сепаратора с эластичными втулкам¡1 (рис. 2)позволяет избежать зависимости параметров устройства от размерных характеристик твердых включений. Предотвращение т.чишп.анич ме т

диском и налом обеспечивается за счет деформации (сжатия) упругой втулки при вдавливании в нее твердого включения вращающимся диском.

Выражения для определения конструктивных параметров сепаратора буду| следующими:

где Ь/1 - минимальный зазор между диском и втулкой; /й - толщина резиновой втулки (/,, = 1.4(0-Д,„)/2).

Рис. 2. Схема сепаратора с эластичными втулками: 1 - вал; 2 - диск; 3 - резиновая вт>лка

По результатам аналитических исследований было установлено, что конфигурация дисков такого сепарирующего устройства с рациональными параметрами находится в зоне пятигранной - восьмигранной формы. В ходе экспериментальных исследований была подтверждена работоспособность валкового сепаратора с эластичными втулками и определена оптимаш пая величина зазора Ь/> ~ 5-7 мм.

Дл.ч рациональных параметров сепаратора с приближенными дисками (рис. 3) необходимо наряду с выполнением условий (2)-(4) соблюдение соотношения, позволяющею избежать заклинивания между диском и валом:

(8)

¿8 $1

А

¡1< аК[\

(9)

где И - расстояние от вписанной окружности диска до соседнего вала; АГ/ - коэффициент, учитывающий размерные характеристики твердых включений, для пней К: - 1.1Л70.7.

Ри;. 3. Схема валкового сепаратора с приближенными дсска?.:?:: 1 - вал; 2 - диск; 3 - ступица

Основные уравнения для расчета параметров сепаратора с приближ«;;;:*:, дисками имеют следующий вид:

2аКГ1 +с1

Кй =

4аКпК[" -2(2К„ -1)(с + с)1ер, +сх

Р =

2аК, +сЗ

К()(2Кп-1)

где с - толщина диска; с - зазор между приближенными дисками'; рг угол между образующей конусной ступицы и торцом диска (/?/ > 50°). л Было установлено, что расчетные численные значения коэффициента К„ находятся в интервале 0.75-0.97, что соответствует пятигранной-десятигранной форме дисков

Для устранения зависимости параметров сепаратора с приближенными дисками от раилерных характеристик дрерр.сины была газработана конструкция сепарирующего устройства овальными (круглыми) дисками (рис. 4). Отличительной особенностью нового сепаратора является то, что ступица имеет (подобную диску форму. Поэтому при синхронном вращении валов зазор между торцом диска и ступицей остается неизменным, предупреждая тем самым торцевое заклинивание древесины между диском и валом.

Основные зависимости, характеризующие параметры валкового сепарато ра с приближенными дисками, имеют следующий вид:

А = Ь0 • соб (3/2; К„ = СОБ р/2 ; О - П„ + 2с:

с = О (1 - К„)/4; К() = (О,- 2е )/(00 + 2е );

Ос,п = 2(А - Ь.) - Э; Ос 0. = Ос вп. + 2е ;

0в = 0е.в.+ 2е-.01.„.^<1) (11)

где 0„ - диаметр геометрической формы (круга) диска; е - эксцентриситет посадки диска на вату; Д. и Ц.,,,,, - диаметры соответственно описанной и вписанной окружностей ступицы.

Анализируя представленные зависимости, следует заметить, чтс) параметр И и его геометрический коэффициент К„ не зависят от междискового расс.оя-ния а в отличие от других выражений, описывающих параметры рассмотренных ранее конструкций сепараторов. Поэтому численные значения коэффициента К0 могут приниматься в достаточно широких пределах, включая и Кц - 0.5-0.7, что соответствует трехгранной и четырехгранной форме.

Рис. 4, Схема валкового сепаратора с приближенными круглыми дисками

Проверка работоспособности валкового сепаратора с приближенными круглыми дисками на экспериментальном стенде показала надежную его работу без заклинивания древесных включений.

Результаты экспериментальных исследований для рассматриваемых сепарирующих устройств были получены при следующих основных исходных параметрах: О = 240 - 320 мм; с! --- 50 - 70 мм; я = 20 - 140 мм; п = 1.6 -4 с'1: К„ - 0.5 - 0,924.

Глава 3. Теоретические и экспериментальные исследования процесса накручивания растительности на рабочие орпшы сепаратора и разработка технических средств предотвращения этого явления

Подробный анализ технических средств по предотвращению процесса намотки, применявшихся на валковых сепараторах в различных областях народного хозяйства, позволил выявить основные причины их низкой эффективности: отсутствие самоочистки чистиков, приводящее к забиванию их растительностью и к возникновению, вследствие этого, условий, способствующих процессу намотки; выполнение очистительных устройств без учета требований предотвращения заклинивания твердых включений, что, и конечном итоге, обуславливало низкую работоспособность сепаратора в целом.

В результате теоретического исследования взаимодействия граней перекрывающихся дисков было установлено, что если растительность, находящаяся в точке пересечения граней, движется вместе с первым диском (по ходу вращения) и скользит вдоль грани второго диска, то растительный остаток наматывается на вал сепаратора. Если же растительный остаток будет скользить вдоль грани первого диска и двигаться вместе со вторым диском, то он *будет сниматься с захватившего его диска. Тогда условие предотвращения накручивания растительности на валы сепаратора будет описываться системой неравенств:

А.[ = тс/2 - у - ni >0 í

X2 = ri2+-i¡í-77/2>0, (12)

где X¡ и ).2 - углы между направлением вектора относительной скорости гра-■ ей соответственно первого и.второго дисков и прямой, проведенной под углом Ц1 к нормали соответствующей грани; ц/ - угол трения растительных остатков о материал дисков; rj ( и г)2 - углы между направлением вектора относительной скорости и гранями первого и второго дисков.

В окончательно" виде с ^ четом конструктивных параметров сепарирующего устройства при синхронном вращении дисков уравнения предполагающие нсключ ние накручивания растительности, примут следующий вид:

, „ DcosG(cos р +1) - sin Р - D2 cos2"o р =p-y + arcsin--—iiii_._>o; (13)

. Deos 6(cosp +• I)-sinр,ыгЯ. - D2 eos2 0

K-) =uj-arcsin—-._____ILJJiL____>o

1 2A

где 0- угол захвата диска: гш - текущее знамение радиуса вращения точки Л/ (точка пересечения граней дисков) относительно первого диска; А - межцентровое расстояние.

Аналитические исследования с использованием уравнений (13) позволили определить зависимость углов и от изменения г-„ р и 0. Было установлено, что при увеличении установочного угла р угол повышается, поэтому вероятность намотки снижается. С увеличением текущего значения./',-на концах выступов дискон первого пала создаются наиболее неблагоприятные условия съема растительности дисками второго вата. При .этом угол Х| пртшмает минимальное свое значение. Возрастание угла захвата 0 подающего диска от 22,5й ло 60', что соответствует изменению формы диска от восьмигранника до трехгранник.'1, вызывает снижение у гла , повышая тем самым возможность намотк::. В то же время увеличение угла захната съемного диска вызывает рост упа }-: , чго способствует предотвращению намотки.

В игл су. следует отметить, что наибольшее влияние на процесс намотки оказывает угод р и если он равен или меньше удвоенного >гла трения о материал диска растительности, последняя не выталкивается из раствора дисков, а заю.'мл.'.стся ими с последующим накручиванием на ват:

Экспериментальные исследования показали, что поскольку обеспечение на сепараторе 'лыполисиия условия р > 90-100° практически почти невозможно, то 'шс-ленное значение зазора е - между приближенными дисками оказывает решадошее влияние на предотвращение процесса намотки. При этом было установлено. т:о для исключения накручивания растительности на сепараторе машины глубокого фрезерования зазор е не должен превышать 3 мм, а для секши! корчующего и съемных роторов не более 10 мм.

На сенараюре с шахматным расположением дисков с целью предотвращения намотки изучалась работоспособность цепного чистика. Результаты зке-перимешальных исследований показали, что цепные кольца массой 1.5 кг обеспечивали падежную работу устройства без намотки растительности. Было установлено, чю рациональная ширина звена цепи на 2-4 мм должна превышай. промежуток между дисками, а величина провисания цепного кольца, и серенная "1 оси вращения вала, может превышать радиус вписанной окру Л нос г и диск-« не более чем на 0.5-1 звено, так как при большем провисании диск може» к..чнагии. цепь, ко юрая. в свою очередь, может заклинить между торнами диско'! соседних палок.

Г).ава 4. Интенсификация процесса разделения компонентов торфяной смеси

Анализ имеющихся данных о известных конструкциях интенсифицирующих устройств, применявшихся на валковых сепараторах, позволил отметить их общие недостатки. Известные конструкции интенсифицировали процесс разделения не по всей длине сепаратора, а только в зоне их установки. При этсг.1 устройства препятствовали продвижению материала по наклонной поверхности сепаратора, что приводило к скатыванию пней или камней с сепарирующего устройства. Другим существенным недостатком всех рассмотренных интенсификагоров является прямая зависимость результативности их работы От засоренности исходной массы твердыми включениями. Чем больше их будет в поступающем на сепаратор торфе, тем чаще будет происходить подъем интенсифицирующих устройств над вращающимися дисками и следовательно больше неизмельченного торфа будет проходить вместе с пнями и выгружаться с сепаратора. По этим причинам известные интенсифицирующие устройства не. нашли практического применения на валковых сепараторах торфяных машин.

Для изыскания путей интенсификации процесса разделения была проанализирована теоретическая модель процесса просеивания сыпучего материала по длине сепаратора:

О = 0„ ехр(-рЬ) , (14)

где - количество торфа на расчетном участке, кг; Q0 - количество торфа в начале сепаратора, кг; Ь - длина сепаратора, м; // - коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от параметров и режимов работы сепаратора, 1/м:

М = ЛцВй/Ш,„ (15)

где А^ и - вероятности прохода торфяных частиц соответственно между дисками и между валами сепаратора; V - скорость транспортирования торфя-'ной смеси, м/с; /„ - время полета частицы после ее схода с диска до падения на сепарирующую поверхность, с.

Результаты анализа показали, что основным направлением интенсификации процесса сепарации является повышение коэффициента ц за счет уменьшения времени полета частиц /„. С этой целью было предложено над вращающимися дисками по всей длине сепаратора устанавливать подвижные экраны (фартуки), перемещающиеся по направлению транспортирования разделяемой массы. При этом фартуки по всей поверхности сепаратора ограничивали траркторимэ полета отбрасываемых дисками частиц, которые взлетев практически сразу ударялись о фартук и падали на вращающиеся диски.

Проведенные сравнительные расчеты показали заметное увеличение коэффициента пропорциональности с повышением угла наклона сепарирующей поверхности, причем численные значения р на сепараторе с подвижными

1.9

фартуками в два с лишним раза были больше, чем на сепараторе без них. Возрастание частоты вращения дисков вызывало увеличение коэффициента ц на сепараторе с интенсификаторами и уменьшение ц на сепараторе без них. Интенсивность просеивания торфа на сепараторе е фартуками была на 15-25 % выше по сравнению с сепарирующим устройством без средств интенсификации.

Поскольку наилучшие показатели результативности просеивания торфа достигались при угле наклона сепарирующей поверхности к горизонту 30°, то принимая во внимание устойчивое транспортирование торфяной массы на валковом сепараторе с подвижными фартуками, можно предположить, что доведение угла наклона рабочей поверхности до 40-60° позволит еще более интенсифицировать процесс разделения.

Для проверки предложенной гипотезы были выполнены расчеты коэффициента ц при следующих исходных данных:

= 0.862; Вк = 0.786; Г„ = 2.48 м/с ; а = 0- 60°; у, = 70°; и = 2 м/с; (о = 25 рад/с.

Результаты вычислений (рис. 5,а) свидетельствуют о значительном повышении коэффициента ц на сепараторе с фартуками (кривая-2) в 4 раза и более по сравнению со свободной рабочей поверхностью (кривая-1) при увеличении угла наклона а сепаратора.

Из рисунка 5,6 вицно, что интенсивность просеивания частиц на сепараторе с подвижными фартуками (кривая-2) более чем в 2 раза превышает просеи-ваемость устройства без фартуков (кривая-1) при угле наклона а = 30°. Установка сепарирующей поверхности под углом 60° еще более ускоряет процесс просеивания частиц, эффективность которого (кривая-3) возрастает дополнительно на 10-15 %.

м

У

г Л г

•

1 оная"

/5

50

а)

45 о£°

б)

Рис. 5. Зависимость коэффициента ц от угла наклона а (а) и нросеиваемостьторфа по длине сепаратора (б) '

По результатам сравнительных экспериментальных исследований валковых сепараторов было установлено, что в традиционном интервале углов наклона сепарирующей поверхности от 10° до 30° эффективность просеивания торфа при наличии подвижных фартуков возрастает на 15-25% по сравнению с сепаратором без фартуков.

Проведенные исследования зависимости эффективности сепарации Е от конструктивных, кинематических н технологических параметров процесса разделения показали: на устройстве с фартуками при увеличении частоты вращения дисков от 2.3 с"' до 3.8 с"' наблюдается устойчивое повышение эффективности Е, а на сепараторе без интснскфикаторов рост Е прекращается при п = 3.2 с"1; с повышением содержания трупной фракции (торфяные куски с размером, превышающим междисковое расстояние) в исходном торфе от 10 до 80 % эффективность Е понижается с 97 до 75 So; увеличение подачи торфяной млссы на сепаратор с 8 до 22 кг/с вызьшает снижение Е от 97 до 85 %; с уменьшением расстояния между фартуками I от 0,5 до 0,15 м эффективность сепарации возрастает с 72 до 92 %; увеличение скорости фартуков V,¡, от 0.27 до 0.5 м/с приводит к уменьшению Е на 10-15 %.

Для подачи торфяной смеси на сепаратор 22 кг.'с (что соответствует максимальному поступлению торфа на сепаратор машины МП-20) были получены оптимальные значения параметров, обеспечивающих качественные показатели процесса сепарации: а = 25°; п = 3.65 с"; / = 0.15м; V,¡;= 0.27 м/с.

С иелыо еще большей интенсификации процесса разделения при углах наклона сепарирующей поверхности а > 30" была разработана новая конструкция подвижных фартуков (рис. 6).

Рис. 6. Схема ваз к о-юго сепаратора с позой конструкцией подвижных фартуков: 1 - валы; 2 - диски; 3 - задний лист ншснсмфикатора; 4 - передний наклонный лист; 5 - тяговый элемент

d- чс'бо"

Сравнительные исследования процесса измельчения и просеивания торфяных кусков (/? = 15%) на валковом сепараторе с подвижными фартуками при углах наклона сепарирующей поверхности 25° и 50° показали, что в последнем варианте наблюдается прирост эффективности сепарации в размере 10-15% (рис. 7), где Л'„ - порядковый номер вала сепаратора. Полученные данные полностью подтверждают выводы теоретических исследований об увеличении интенсивности воздействия дисков на сепарирующую массу с возрастанием угла наклона сепаратора.

В ходе изучения транспортирующих способностей в&ткового сепаратора с подвижными фартуками (при а = 50-60°) применялись каменные материалы размером 200-300 мм. Испытания показали высокую степень эффективности новой конструкции фартуков, которые-обеспечивали транспортировку достаточно крупных камней без их скатывания. При этом следует отметить, что ударное воздействие дисков было настолько интенсивным, что наблюдались случаи дробления камней известняковой породы.

В интервале традиционных углов наклона сепаратора (а = 10-30°) были проведены экспериментальные исследования по определению приводной мощности сепаратора. Было установлено, что в основном энергия тратится на преодоление сил сопротивления, возникающих при вращени.. валов сепаратора, = 88-96%, а мощность процесса сепарации торфа составляла 7-12% I 4-7% соответственно для сепаратора с подвижными фартуками и без них.

Удельная энергоемкость ЛУс/,, на сепараторе с подвижными фартуками в реднем на 20% ниже, чем на сепараторе без фартуков (где ц„ • производи-гльность по просеянному торфу). Численные характеристики энергозатрат на епараторе с фартуками составили 0.086 кВт.ч/т, а на устройстве без интенсн-икатора 0.108 кВт.ч/т. Такое положение объясняется тем, что'интенспфика-ия процесса разделения повышает производительность сепаратора по просечному торфу па 25-30%.

0 5 <0 /5 Мб.

Рис. 7. Проееиваемость торфа по длине сепаратора: 1 - ос = 30°; 2 - ос = 50°

|0

Глава 5. Обоснование конструктивно-технологической схемь валкового сепаратора с трехпоточным движение* компонентов разделяемой смеси

Анализ фрикционных свойств твердых включений и неразложившихся во локнистых остатков по результатам исследований С.П. Баринова, М.П. Вола ровича, Л.И. Германаса, В.Ш. Лифлянского, М.Е. Мацепуро, В.Ф. Синицын показал, что угол трения скольжения растительных остатков и слаборазло жившегося торфа (/? < 5%) составляет 39-46° (шах 52°), а камней и пней 13-21 (шах 31°). Приведенные данные позволили сделать предположение о возмож ности отделения от твердых включений неразложившихся растительных ос татков путем не просеивания их между дисками, а вычесыванием из сепари руемой смеси с использованием фрикционных свойств растительности.

Для реализации принципа вычесывания растительности из исходной смеа был разработан валковый сепаратор с трехпоточным движением сепарируемо го материала. Новое сепарирующее устройство состоит из параллельных ва лов с дисками, расположенных в виде желоба (рис. 8) с увеличивающейся кру тизной боковой стороны от 20-30° внизу и до 60-65° вверху, причем валы на клонены к горизонту по ходу транспортирования тве. дых включений. Пред полагалось, что растительные остатки бу;>ут преодолевать крутизн}' желоба i сбрасываться дисками верхнего вала, а твердые включения будут двигатьс; вдоль валов желоба по ломанной линии и выгружаться с устройства.

Теоретические исследования движения частиць: по желобообразному се паратору преследовали цель проверки работоспособности устройства с позиции вычесывания растительности и обеспечения необходимой :корост» движения твердых включений вдоль желоба.

Рис. 8. Схема сепаратора с трехпоточным движением сепарируемого материала (вид спереди): 1 - валы; 2 - диски; 3 - боковая стенка; 4 - прижимные элементы.

Теоретическая модель движения компонентов сепарируемой смеси предполагала, что частица перемещается в трехмерном пространстве (S, п, г), где ось 5 направлена по стороне желоба, z - вдоль валов желоба, а п • нормаль к плоскости sz. Рассматриваемая система характеризуется плоским периодическим полем скоростей, описываемым в полярных координатах (р, (р) следующим образом:

Ys = cap cos (р; Vn = - юр sin <р; (16)

це И/2, т/2].

Считан, что многогранники дисков имеют четное число сторон и предста-чпп четную функцию радиуса-вектора в виде ряда Фурье, после выполнения необходимых преобразований получили осредненные значения переносных скоростей:

V„ =

¿di

(ро +3>mcos2mcot);

2 to

(17)

Iß

m s in 2 m cd t ,

/_ pra+l

> \ !)

ß„, = 2ma„

1-Ь (17) следует, что в системе существует в среднем направленное движение по координате 5 Ц колебательное в направлении нормали п. Продифференцировав (17), получим выражения для переносных ускорении:

V,, =

т -

]Tßm sir. 2m»t;

2аг

(18)

■]Tßmcos2moot .

Рассматривая цилиндрическую поверхность стороны желоба у = /(х) как выпуклую кривую на плоскости {Х,У) в направлении Б, после некоторого доказательства, в соответствии с которым можно считать кривую у = Дх) весьма пологой, г^е можно положить, что 1/рк « 0. В связи е этим все дальнейшие рассуждения можно проводить на развертке кривой /(х) и считать систему координат (5, п, г) декартовой. Тогда выражение для абсолютной скорости движения частицы будет:

dU ■=

U. + UJ

(19)

1/,, + иц 0г

де U, (s, /); U„(s, t)\ U:(s, () - компоненты относительного движения частицы в юдвижной системе координат, U" и U" - компоненты переносного движс-

!1!Я.

Подставив выражение кинетической энергии частицы с учетом (19) в уравнение Лагранжа2-го рода, получим уравнения движения частицы относительно вибрирующей поверхности в виде:

ти5 = -п^кГсо5<р+р5-тУ5 а)

тО,, = -1Гщкс05о + Рп -тУ„ б) (20)

. т0г = -тцкхтфч- Р2, в)

где и - силы трения, направленные против относительной скорости, характеризуемой вектором {и5;0;Ог}; Рп - сила нормального давления. Все три слагаемых Г,, /",„ /ч присутствуют только в том случае, сели С/„ = 0. Отсюда на основании уравнения (20.6) определяем и учитыывая, что

|1р, + 1ДИрп, в окончательном виде получим следующие ключевые уравнения, описывающие движение по осям 5 и 2\

у0

1!, = -^КГСОЗС|>-У8— 5 (Уп+5ксо5ф) ;

. (21)

иг = gKf's¡n<p— 5 (V,, + цксо*<р),

>52+и I

где к = 1/\1 + Г2, Р = 1«а; v - коэффициент трения скольжения частицы о материал диска.

Введя ряд условий для моментов, когда: 1 - происходит удар о неподвижную боковую стенку; 2 - отсутствие контакта частицы с вибрирующей поверхностью (/\у " = = 0); 3 - режим относительного покоя (¿У,. - (У, = 0) и последовательно интегрируя (21), используя метод припасовывания, можно определить основные характеристики движения частицы по желобообразному Сепаратору.

Проведенные вычисления на ПЭВМ показали, что траектория движения твердых включений по поверхности желоба представляет собой параболическую циклоиду, расположенную вдоль желоба (рис. 9), а траектория движения растительности представляет собой почти прямую линию по направлению вращения дисков, выходящую из поля сепарации. При этом исходные данные соответствовали следующим значениям: крутизна желоба 25° внизу и 65° вверху; п = 50-300 об/мин; продольный угол наклона желоба 5-30°; коэффициент трения частицы по дискам 0,4-1.

Рис. 9. Траектории движения частиц на желоэообразком сепараторе

Было установлено, что чем больше частота вращения дисков, тем выше поднимается частица по стороне желоба. С увеличением коэффициента трения координата 1Д, характеризующая амплитуду параболических кривых траектории движения частицы, возрастает и при fmp > 0,8 (для растительности) выходит за верхние пределы желоба. Увеличение скорости движения частицы по оон Z вдоль желоба (при fm/l = 0.42) практически напрямую связано с изменением продольного угла у наклона Валов сепаратора. Так, при уменьшении 7 от 5° до 30° происходит возрастание скорости Vz от 0.11-0.63 м/с до 1.552.1 м/с. Повышение частоты вращения дисков также приводит к увеличению продолыюп скорости частиц, но в меньшей мере по сравнению с изменением угла у.

Экспериментальные исследования полностью подтвердили результаты теоретических изысканий. Изменение угла наклона валов у от 0° до 20° вызывает повышение скорости транспортирования камней с 0,15 м/с до 0,8 м/с, а увеличение п от 7& об/мин до 120 об/минтк возрастанию скорости с 0,3 м/с до 0,5 м/с. С увеличением среднего размера камня dcp от 30 мм до 185 мм угол подъема каменных включении по стороне желоба уменьшается от 35° до 22°. По этой причине уменьшается амплитуда колебательного движения камней вдоль желоба ч, как следствие, происходит увеличение продольной скорости твердых включении. Уравнения, описывающие эти связи, имеют следующий вид:

V = 0.024 + 0.002dcp ;

ак = 36. 79 - 0.07*) ciip . (22)

С целью обеспечения надежного транспорт,'.ролтиня твердых включений при гори¡онгальном расположении валов желоба и наклонном вверх до lu" было предложено вдоль валив устанавливать подвижные фартуки. Проведен ¡¡ме чкеперимектальные исследования позволили обосновать жесткость фар ту*а. мм орал составила 50Н, обеспечивающего транснортироатипс всего ;it>a иязема камней (50-121' мм) с заданной скоростью 0 6 м/с

Глава 6. Методические основы выбора схемы и расчета параметров валковых сепараторов

Выбор конструктивной схемы валкового сепаратора зависит от условий эксплуатации сепарирующего устройства, которые определяются прежде всего характеристикой разделяемого материала.

Для условий, когда исходная смесь содержит большое количество нераз-ложияшейся растительности в технологической последовательности процесса сепарации необходимо применять желобообразное сепарирующее устройство.

При наличии в торфяной массе длинной волокнистой растительности предпочтение следует отдать схеме валкового сепаратора с приближенными дисками или с шахматным расположением дисков, между которыми установлен цепной чистик.

С целью интенсификации процесса разделения за счет измельчения (разрушения) торфяных или почвенных комков конструкция валкового сепаратора должна снабжаться подвижными фартуками, причем для получения максимальной результативности угол наклона рабочей поверхности к горизонту должен составлять 25-50°.

Рассмотренные в работе сепарирующие устройства по конструктивному признаку (способ размещения дисков на валу) можно классифицировать на два вида: сепараторы с шахматным (традиционным) расположением дисков, когда каждый диск вала установлен по центру промежутка между двумя дисками соседнего вала; сепараторы с приближенными дисками, когда каждый диск вала максимально приближен своей боковой поверхностью к боковой поверхности смежного диска соседнего вала. В свою очередь, устройства с шахматным расположением дисков подразделяются на сепараторы с жестким и эластичным валом (вал с эластичной втулкой). А устройства с приближенными дисками - на сепараторы с переменным промежутком между торцом диска и ступицей и постоянным.

При этом было установлено, что для небольшого междискового расстояния (а < 70 мм) целесообразней всего выбирать конструкцию валкового сепаратора с шахматным расположением дисков, а для а > 70 мм - с приближенными дисками.

Расчет конструктивных параметров валковых сепараторов основывается, главным образом, на сформулированных требованиях предотвращения заклинивания твердых включений, когда после выбора исходных данных (а, с1, с, К, Кт К„) "о соответствующим зависимостям определяются параметры Х>и А.

Проведенные расчеты рациональных параметров валковых сепараторов с шахматным расположением дисков по уравнениям (5), (6) показали, что для технологического процесса разделения торфа и пней область допустимой конфигурации дисков определяется в основном шестигранной и зубчатой

(восьмигранной) формой дисков. При отделении торфа от камней для и — 20 мм граничным условиям удовлетворяют все формы дисков, а с ростом а оптимальные величины диаметров дисков определяются шестигранными и зубчатыми дисками.

Установка на ватах между дисками цепных чистиков несколько сокращает область допустимой конфигурации дисков, которая в этом случае, при а - 20-40 ум определяется пятигранниками-восьмигранниками (рис. 10). При этом уравненп.: для определения основных параметров такого сепаратора примут следующий вид:

- для сепаратора с трехгранными дисками

2(а/С + 1ц)+<1

Кн (0.866 +К,,)-0.866

- для сепаратора с четырех-шестигранньши дисками

2(а/С + 1ц) + (1

О = ---,

2КпКй)-1

где 1„ - толщина цепного чистика (в расчетах ¡ц - 12 мм).

450

550

¿50

\50

■'■> 1 /з А " У\ ч / \ г? ..«о

/\5

|

(23)

.(24)

.... ■.

50

Г...г. -- V - <-гшдеаз»

?с<

60 й.кн

20

кй

ео а.мн

1'чс. 10. Расстиле параметры Рис. 11. Сепаг-тгор с эластичными

сенар.;ю■).!'.: цепными чисти- втулками с формой диска: 3- пятн-

.•'••"•<«, дл:; мпс$:с-в с числом гран ¡.а". 4 -- шгетиф^щая; 5 - зубч I

'Ы: '-'к 2-4; .'-5;4-о; 5-Й та;; (всо. ..игранная)

Для сепаратора с эластичными втулками (рис. 11) было установлено, что допустимые величины дисков пятигранной - зубчатой формы находятся заметно ниже верхней границы рациональных параметров D (пунктирная линия).

В то же время расчетные величины D для трехгранных и четырехгранных дисков значительно превышают рекомендуемые значения. В этом случае можно выбирать диски .трехгранной и четырехгранной формы с усеченными вершинами так, чтобы их К„ обеспечивал максимальное приближение параметрам к пунктирной линии. Расчет параметров такого сепаратора выполняли по выражениям (В).

Для определения параметров сепаратора с приближенными дисками (с переменным зазором между торцом диска и ступицей) наряду с исходными данными a, d, с, А"„ задаются величинами г и K¡. После этого рассчитывают допустимое численное значение геометрического коэффициента К0, а затем диаметр диска D по уравнениям (10). По результатам расчета была построена номограмма, показывающая, что перечень форм дисков такого сепаратора ограничен пятигранной, шестигранной и зубчатой конфигурацией.

Залившись параметрами а, (I. с. г, /(,„ Д !С„ ¿V но уравнениям (11), можно определить основные характеристики сепаратора с приближенными овальными (круглыми) дисками. Расчетные данные параметров сепаратора с круглыми дисками при Ь, = 5 мм и р = 60-9'/' ткнгашли, что, пе выходя за зону рациональных величии D, можно выбирать любую конфшурацшо диска (К„ = 0.50.924), что соответствует параметрам трехфанпоп - зубчатой (восьмигранной) форме.

Таким образом, на основании предложенной методики, можно выбрать схему валкового сепаратора и rio разработанным номограммам и уравнениям рассчитать его -рациональные конструктивные параметры (размеры, форму дисков, межцентровое расстояние и т.д.)

Кроме того, в данном*разделе -приводя sen принципы проектирования элементов сопряжения но;тижпых частей сенараюра с неподвижными и с заборными рабочим» органам)! торфяных машин. Б основу этой методики также заложены условия .предотвращения заклинания твердых включений.

Глаиа 7. Чехнико-жономическое (»("¡основание и реализации upoDivu-iniLi* исследований

Результаты тсореипсских и ошкримеш ильных. исследований были подтверждены при iipdiicjiviinit промышленных испытаний разработанных конструкций валковых сепараторов.

Балконыli сепаратор с приближенными зубчатыми дисками был изготовлен на ч;ншяе otif.rrtH.ix машин НПО «Рацчепкоторф», и установлен па стилоч-ном ¡нрпше ЛСК-1 дли получения к\скоиого торфа. Испытания машины с

валковым сепаратором проводились па Емельяновском торфопредприятии. Выполненные исследования в полевых условиях подтвердили высокую работоспособность сепарирующего устройства без заклинивания древесных включений.

Методика расчета рациональных параметров валковых сепараторов была принята к внедрению Северным научно-исследовательским институтом гидротехники и мелиорации (СевНИИГиМ), с использованием которой был изготовлен опытно-промцшленный образец камнеуборочной машины с валксзым сепаратором, выполненным по схеме приближенных дисков. Проведенные производственные испытания в 1991 году показали надежную и эффективную работу садкового сепаратора по сравнению с сепарирующими устройствами валкового типа, используемых па камнеуборочной технике ранее.

Технико-экономическая оценка применения подвижных интенсификаторов на машине глубокого фрезерования показала, что за счет повышения эффективности сепарации отпадает необходимость вторичной очистки древесных включений. Это, в свою очередь, позволит получить 110 тыс. рублей годового эффекта на одну машину.

Использование конструкции сепаратора с приближенными дисками на активном корчевателе позволит предотвратить накручивание растительности на рабочие элементы сепаратора, а зн;чит устранить и простои машины из-за этого явления.1 Экономический эффект от модернизации валкового сепаратора корчевателя составит 47 тыс. рублей на одну машину.

Таким образом, предполагаемая экономическая эффективность только с учетом рассмотренных усовершенствований валковых сепараторов машины глубокого фрезерования и активного корчевателя составит 157 тыс. рублей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ современного состояния вопросов обоснования, проектирования и эксплуатации валковых сепараторов в торфяной промышленности и в других областях народного хозяйства показал, что основными недостатками этих сепараторов являются заклинивание твердых включений между рабочими элементами, наматывание растительности на ваты и налипание сепарируемого материала на диски. Эти явления вызывают снижение надежности и эффективности существующих сепарирующих устроПс ;а палкового типа.

. 2. На основе проведенных исследовании вадьч /.их сенаратооов были установлены причины заклинит чтя тг 'рдых включений V сформулированы основные требования, выполнение которых поволит езести к мшшмхму это явление: '.тол мс-л-ду псрскрмеаюшимися дискет ••кг.м до^лен быть больше удвоенного ула трения иердого включения о материал диска; минимальный промежую:; .мея-ду торцом лиска и рядом сгошпм валом лолжчи быть больше междигл:: ¡.со р.^'ла^-н:! на ;зелнчпну г рет.пленил т.ни'.'о.ть.г-гго ■ ."мера

сечения пня или камня над наименьшим для включений. • эторые могут проходить а рабочие «просветы» сепаратора; режим вращения валов с дисками и их устаноька должны, выбираться так, чтобы при любом повороте валов обеспечивалось постоянное перекрытие смежных дисков.

3. Исходя из установленных требований предотвращения заклинивания твердых включении на валковом сепараторе с шахматным расположением дисков были разработаны математические зависимости для определения рациональных параметров и предложены новые конструкции сепарирующих устройств, более надежная работа которых была подтверждена экспериментально.

4. Теоретико-экспериментальные исследования процесса намотки растительных остатков на рабочие элементы валкового сепаратора показали, что предупреждение накручивания во многом зависит от угла р между гранями смежных дисков, с ростом которого создаются наиболее благоприятные условия стема растительности с захвативших ее дисков. Для полного предотвращения намотки зазор между перекрывающимися приближенными дисками в осевом' направлении вала должен быть соизмерим с толщиной волокнистого материала, а на сепараторах с расположением дисков . шахматном порядке или встык на валах между дисками следует устанавливать чистики, выполненные в виде цепных колец.

5. Аналитические исследования теоретической модели просеивания торфа по длине сепаратора позволили обосновать пуп; интенсификации процесса сепарации за счет ограничения траектории полета торфяных чазтиц подвижными экранами (фартуками). По результатам окспериментал; .¡ых исследований была отмечено возрастание эффективности просеивания торфа на 15-25% на валковом сепараторе с подвижным» фартуками. Получены теоретические мо.-ели регрессии, устанавливающие связь технологических, конструктивных и режимных факторов процесса разделения с его результативностью.

6. Теоретически установлено, что в случае обеспечения работоспособности •епарирующего устройства с подвижными фартуками при углах наклона рабочей поверхности к горизонту более 30° интенсивность процесса сепарации должна дополнительно возрасти на 10-15%. Экспериментальная проверка на сепараторе с усовершенствованной конструкцией подвижного фартука полностью подтвердила теоретические предположения. При этом обеспечивалось надежное транспортирование компонентой торфяной смеси при угле наклона сепаратора 50-60°.

7. С помощью теоретических и экспериментальных исследований разработана математическая модель, характеризующая энергоемкость валкового сепаратора в зависимости от его конструктивных и кинематических параметров и от технологических характеристик процесса. Сравнительные экспериментальные исследования показали, что применение поль.ксных фартуков ва валковом сепараторе позволяет снизить-уделы.ые э^ергозлтргль: KfoiKcea ра»дс~ ленг.н в среднем кг 15-20%.

8. Создан принципиально новый жедобообразный валковый сепаратор с трехпоточным движением компонентов разделяемой смеси, обеспечивающий отделение от твердых включений иераздожквшихся золокнпстых растительных остатков. Проведенные теоретические исследования движения частиц по желобу позволили обосновать параметры сепарирующего устройства, обеспечивающие эффективное транспортироь'знче твердых включений вдоль валов и движение растительных остатков по направлению вращения дисков по стороне желоба. В ходе экспериментирования были подтверждены результаты теоретических исследовании и получены зависимости, характеризующие связь скоростей транспортирования твердых включений и растительности от конструктивных и режимных параметров желобообразного сепарирующего устройства.

9. Установка подвижных фартуков ка желобообразном сепараторе позволила интенсифицировать процесс отделения от пней и камней неразложив-шнхея растительных остатков. При этом работоспособность устройства обеспечивалась как при горизонтальном расположении валов, так и при наклонном вверх по ходу транспортирования твердых включении в пределах !О0.. Получены уравнения, описывающие эффективность транспортирования камней в зависимости от их крупности и от изменения конструктивных параметров валов желоба и подвижных фартуков.

10. Исходя из сформулированных требований предотвращения заклинивания и намотки, разработана методика инженерного расчета рациональных параметров валковых сепараторов в зависимости от условий их эксплуатации и конструктивного исполнения. Для каждого вида сепаратора рассчитаны граничные значения диаметров дисков в зависимости от междискового расстояния.

11 Новизна предложенных технических решений защищена 26 авторскими свидетельствами и 3 патентами. Эффективность использования разработанных валковых сепараторов подтверждена результатами их промышленных испытаний в торфяной и сельскохозяйственной отраслях.

Таким образом, в диссертации поставлены и решены в теоретическом, экспериментальном и прикладном плане задачи предотвращения заклинивания твердых включений, предупреждения намотки растительности и интенсификации процесса разделения пней (камней) и торфа на валковых сепараторах торфяных машин. Эффективность исследований базируется на Использовании полученных математических моделей, подтверждена созданием и промышленной апробацией сепарирующих устройств валкового типа.

На основе совокупности выполненных исследовании в диссертации решена актуальная проблема по разработке и созданию высокоэффективных валковых сепараторов, имеющая важное народно-хозяйственное значение для торфяного производства и для других отраслей промышленности.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Кондратьев A.B. Испытание устройства для отделения камней от растительных остатков/УНадежность и эффективность использования мелиоративных машин: Сб. науч. Тр./БСХА. - Горки, 1984. - Вып. 125. - С. 8890.

2. Самсонов JT.H., Кондратьев A.B. К вопросу эффективного использования валковых сепараторов торфяных машин //Технология и комплексная -механизация торфяного производства. -Калинин: КГУ, 1986. - С. 11-14.

3. Кондратьев A.B. Оптимизация работы валковых сепараторов торфяных машин/'Встреча «День мо. >дого новатора торфяной промышленности»: Тез. докл., ВДНХ СССР, ¡9-23 мая 1987. - М.: ЦБНТИ Минтоппрома РСФСР.-С. 29-30.

4. Исследование сепарирующих устройств валковых сепараторов /J1.H. Самсонов, A.B. Кондратьев, С.М. Кочканян, А.К. Кочедыков //Торфян. пром-сть.- 1987,-№8.-С. 30-31.

5. Кондратьев A.B. Исследование влияния конструктивных и кинематических параметров валкового сепаратора на процесс заклинивания древесных включений. - М., 1987. - 7 с. - Деп. в ЦБНТИ Минтоппрома РСФСР 14.01.88, № 16-т.п.

6. Самсонов Л.Н., Кондратьев A.B. Результаты исследоьания процесса сепарации торфа на валковом сепаратор е// М а ш и и ы и технология торфяного производства. - Калинин: КГУ, 1988. - С. 11-14.

7. Кондратьев A.B. Повышение эффективности работы валковых сепараторов торфяных машин: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Калинин, 1988. -17 с.

8. Кондратьев A.B. Повышение эффективности работы валковых сепараторов торфяных машин: Дис.... канд. техн. наук. - Калинин, 1988. - 187 с.

9. Кондратьев A.B., Кочканян С.М. Влияние конструктивных и кинематических параметров валкового сепаратора на процесс наматывания волокнистых включении,'/Исследование свойств и технология добычи торфа. Сб. научн. трудов, вып. 65. Изд. ВНИИТП, 1990. - С. 45-48.

10. Кондратьев A.B., Кочканян С.М. Валковый сепаратор с активным интен-сификатором/ЛГез. докл. 2-ой научн.-техи. конф. молод, учен, и спец. ТвсПИ, Тверь, 1991. - С. 50-51.

11. Кондратьев A.B. Валковый сепаратор с трехпоточным движением сепарируемого маТериала//Тез. докл. конф. молод, учен, и спец. Тверского ре-гиона/ТГТУ. - Тверь, 1995. -- С. 100-101.

12. Самсонов Л.Н., Кондратьев A.B. К вопросу освоения выработанных торфяников //Технология и комплексная механизация торфяного производства. - Тверь: ТГТУ, 1996. - С. 43-45.

13. Кондратьев A.B. Оптимизация параметров валковых сепараторов для очистки почвы от мелких камнеГОТез. XV науч.-техн.конф. ТСГА, Тверь, 1997.-С. 122-123.

14. Результаты оптимизации параметров вал:;овых сепараторов торфяных машин/JI.Н. Самсонов, A.B. Кондратьев, 10.Н. Павлов, Д.Г. Масленников //Технология н комплексная механизация торфяного производства. -Тверь: ТГТУ, 1997. - С. 144-145.

15. Кондратьев А.В Интенсификация процесса разделения древесных включений и торфа//Технология и комплексная механизация торфяного производства. - Тверь: ТГТУ, 1997.-С. 103-106.

16. Кочкаш,и С.М., Конлратьев A.B./Павлов Ю.Н. Конструктивные особенности новой схемы валкозого сепаратора с приближенными дисками/Технология и комплексная механизация торфяного производи за. -Тверь: ТГТУ, 1997.-С. 108-1)0.

17. Кондратьев A.B. Рациональные схемы расположения валов с дисками на сепарирующих устройствах валкового типа//Технология и комплексная механизация торфяного производства. - Тверь: ТГТУ, 1°97. - С. 106-108.

18. Самсонов Л.Н., Кондратьев A.B. Возможности интенсификации процесса . разделения торфа и древесных включений на валковых сепараторах/Якорный информац.-аналнтчческиП бюллетень /МГГУ. - 1997. -Вып. 2."-С. 91-92.

19. Кондратьев A.B. совершенствование конструкции валковых сепараторов камнеуборочных машин// «Ученые Верхневолжья — селу»: Тез. выступл. участи, круглого стола 21.01.98 г. - Тверь: Департ. по социалыю-эконом. развит, села адмпнистр. Тверской области. - 1998.- С. 40-43.

20. Кондратьев A.B. Расчет параметров и результаты исследования валкового с-паратора с эластичными валами /1Сб. научи, трудов молодых ученых и специалистов ТГТУ. - Тверь, 1998. -

21. Кондратьев A.B. Исследование процессов транспортирования и разделения компонентов торфяной смеси на желобообразном сепарирующем устройстве// Сб. научн. трудов молодых ученых и специалистов ТГТУ. -Тверь. 1998,22. А п. 1053766 СССР, МКИ3 А 01 В 43/00. Сепарирующее устройство камнеуборочной машины/А.Б. Мясников, В.И. Цыганов, A.B. Кондратьев (СССР).-3 с.

23. A.c. 1142012 СССР, МКИ3 А 01 В 43/00. Ротационный сепаратор/А.П. Мясников, В.И. Цыгано", A.B. Кондратьев (СССР). - 3 с.

24. A.c. 1144636 СССР, МКИ3 А 01 В 43/00. Сепаратор камнеуборочной машины/А.Б. Мясников, В.И. Цыганов, A.B. Кондратьев (СССР).-2 с.

25. A.c. 1148576 СССР, МКИ3 А 01 В 43/00. Сепарирующее устройство кам неуборочпой машины/А.Б. Мясников, В.!!. Цьпанов. A.B. Кондратье (СССР). - 3 с.

26. A.c. 1192652 СССР, МКИ3 Л01 В 43/00. Камнеуборочная машина/А.Б. Мясников, В.И. Цыганов, A.B. Кондратьев (СССР). - 3 с.

27. A.c. 1233S24 СССР, МКИ3 А 01 В 43/00. Ротационный сепаратор/А.В. Кондратьев, А.Б. Мясников и O.A. Сафразбекян (СССР) - 2 с.

28. A.c. 1313364 СССР, МКИ3 А 01 В 43/00. Сортпрующе-сепарирующее устройство/А.В. Кондратьев, А.Б. Мясников (СССР). -3 с.

29. A.c. 1335137 СССР, МКИ3 А 01 В 43/00. Ротационный сепаратор/А. В.Кондратьев, А.Б. Мясников, JI.Н. Самсонов и др. (СССР).-3 с.

30. A.c. 13442S3 СССР, МКИ3 А 01 G 23/06. Ротационный сепаратор/А.В. Кондратьев, А.Б. Мясш кои, Л.Н. Самсонов и др. (СССР). - 2 с.

31. A.c. 1360606 СССР, МКИ3 Л 01 В 43/00.Poiанионный сепаратор/А.В. Кондратьев, А.Б. Мясников, J1.H. Самсонов, С.М. Кочканян (СССР). -2 с.

32. A.c. 14 ¡9560 СССР, МКИ3 А 01 G-23/06. Ротационный с ратор/А.В. Кондратьев, А-.Б. Мясников, Л.Н. Самсонов и др. (СССР). - 3 с.

33. A.c. 1428237 СССР, МКИ3 А 01 С 3/06. Ротационный сепаратор/А.В. Кондратьев, A.B. Мясников, Л.Н. Самсонов и др. (СССР). - 3 с.

34. A.c. 1586540 СССР, МКИ3 А 01 В 45/00. Почвообрабатывающее орудие/А. В. Кондратьев, А.Б. Мясников, Л.Н. Самсонов и др. (СССР)-4 с.

35. A.c. 1665897 СССР, МКИ3 AOiB 43/00, A01G23/06. Ротационный сепаратор/А.В. Кондратьев, А.Б. Мясников, Л.Н. Самсонов, С.М. Кочканян (СССР).- 3 с.

36. A.c. 1706464 СССР, МКИ3 А 01 G 23/06. Рабочий орган корчевателя/А.В. Кондратьев, А.Б. Мясников, Л.Н. Самсонов и др. (СССР) - ? с.

37. A.c. 1720579 СССР, МКИ3 А 01 G 23/06. Ротационный сепаратор/А.В. Кондратьев, А.Б. Мясников, С.М. Кочканян (СССР)-4 с.

38. A.c. 1727575 СССР, МКИ3 А 01 В 43/00. Ротационный сепаратор/А.В. Кондратьев, А.Б. Мясников, С.М. Кочканян (СССР), -3 с.

39. A.c. 1759256 СССР, МКИ3 А 01 В 43/00. Сортпрующе-сепарирующее уст-ронство/А.В. Кондратьев, А.Б. Мясннков, С.М. Кочканян, В.И. Цыганов (СССР) - 5 с.

40. A.c. 1817954 СССР, , МКИ3 А 01 В 43/00. Сортпрующе-сепарирующее устройство/А.В. Кондратьев, А.Б. Мясннков, С.М. Кочканян (СССР)-З с.

41. Пат. 2004095 РФ, МКИ3 А 01 G 23/06. Сепарирующе-транспортирующее устройство/А.В. Кондратьев, А.Б. Мясников, С.М. Кочканян н др. (РФ) -4 с.

42. Пат. 2038735 РФ, МКИ3 А01 D 33/08, А 0! В 43/00. Ротационный сепара-, тор/А.В. Кондратьев, А.Б. Мясникоа, Л.Н. Самсонов, С.М. Кочканян и др.

(РФ).-Зс.

43. С. 4432 РФ, МКИ} А 01 В 43/00. Ротационный сепаратор /A.B. Кондратьев, Й.В. Сулейманов, Ю.Н. Павлов (РФ). - 1 с.