автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технологический процесс и параметры сепарирующего устройства растаривателя-измельчителя минеральных удобрений

БЕЛОРУССКАЯ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕШЛ

На правах :рупппяс1!

Ж/®ЙР САПАМ ШХА№2Д

УДК 631.333.93

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС И ПАРАМЕТРЫ СЕПАРИРУЮЩЕГО .УСТРОЙСТВА РЛСТАгаВАТШ-ЙЗМШэЧИТЕЛЯ №НЕРАШШл УДОБРЕНИЯ

Специальность 05.20.01 - шхттзпция свямкоховяГС-ственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация н» сонскекяэ ученой степени кямплп.итл технических наук

Горки 159)

\ *

) /" .; :Ч

Работа выполнена на кафедре "Сельскохозяйственные машины" Белорусского института механизации сельского хозяйства (БИМСХ)

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

- кандидат технических наук, доцент В.А.Чуешков

- доктор технических наук, профессор А.М.Дмитриев

- кандидат технических наук, доцент А.С.Добышев

- Управление новой техники, производства иашн и оборудования Госагропроыа БССР

Залита состоится

V/«.. ¿; О

ч_

¿991 Г. в

шн. на заседании специализированного сове-

та К 120.26.02 по присуждения ученой степени кандидата технических наук в Белорусской сельскохозяйственной академии (г. Горки, Могилевской области).

С-диссертацией можно ознакомиться п библиотеке Белорусской сельскохозяйственной академии.

Автореферат раг^слан " (р " 6/^2^ '39) гпда

Ученый секретарь специализированного ггрртп, к«(г;»дат тет«ич°<?гнх нвлгк. Епцент

Н.В.Чя^иц

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. В основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1985-1590 гг. и на период до 2000 г. предусмотрено поставить сельскому хозяйству 30...32 млн.т минеральных удобрений. Среди них в затаренном виде около 25%. В Ираке объем поставок удобрений составляет около 3 млн.т, объем затаренных удобрений состг^лкет более 30%. Это требует создания более производительной техники для растаривания их.

Применение большого объема минеральных удобрений требует создания высокомеханизированного складского хозяйства и разработки технологических линия на базе современных технических средств. Важным звеном в механизации складских работ является растаривание удобрений. В настоящее Ерега для выполнения этих работ в СССР выпускается растариватель-из-мельчитель удобрений АИР-20. В Ираке растаривание удобрений осуществляется вручную, что ведет к большим затрата!.!.

Одним из слабых мест машины АИР-20 является сепариру-гецее устройство, представляющее собой роликовый транспортер с прутковой решеткой. В гаком конструктивном исполнении оно плохо отделяет мелкие частицы меакотарн, что ведет к засорению удобрений и плохому качеству работ при их внесении.

Основным требованием к сепарируотим устройствам является обеспечение качественной работы и высокой производительности маииим. Отсутствие научно-обоснованных технических решений по сепарирушим рабочим органам и ласинам для расгаривания и измельчения мянеральных удобрений сдерживает разработку и проектирование надежных, высокопроизводительных сепарирущих устройств. Целью работы является изыскание сепарирующих устройств я обоснование их параметров для соверсеггогвопания гехнэлогическоро процесса отделения меткотарн от минеральных удобрений рясглраваголя-измельчителя.

Исследования выполнены э БИЖХ на осногклии научно-исследопятояьских ряба г института (3.12) "Исслецоевние и ГРяра^откп рабочих г-рраков и технических средств цяя хранения, гпп,г'!тоыч' и пнрс'нчя учобрг;ки1 при ингенсиьных

Т<,УН',Ч',П'Т< и""'"."?!»!''^!'-^ .сучьтур" ч плуГйтРГ«<1)1 С ПЧа -

ном ШР (номер темы государственной регистрации - 0I88003I743).

Цель работы - повышение эффективности и качества работы растаривателя-измельчителя при отделении мешкотары от минеральных удобрений с минимальными потерями на основе колеблющихся рабочих поверхностей.

О./ьект исследований - затаренные минеральные удобрения, сепарирующие устройства для отделения мешкотары от минеральных удобрений к растаривателю-иэмельчителю.

Общая методика исследований. Лабораторные исследования выполнялись по программе и методике, принятой для машинно-испытательных станций. Результаты исследований обработаны методами математической статистики с использованием метода планирования кногофакторных экспериментов.

Научная новизна. Обоснование новой рабочей поверхности для отделения мешкотары от минеральных удобрений. Предложены теоретические зависимости для определения потерь удобрений, находяяихся вместе с мешкотарой, кинематических и конструктивных параметров сепарирующего устройства для отделения меи котары от минеральных удобрений.

Новизна конструкции сепарирующего устройства подтверж дена положительным решением на изобретение.

Практическая ценность работы. Разработано сепарирующее устройство для отделения мешкотары от минеральных удобрений после их растаривания. Полученные результаты исследований сепарирующих устройств могут быть использованы при совершенствовании существующих и новых машин для растаривания и измельчения минеральных удобрений для применения в СССР и Ираке.

Реализация результатов работы. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР Белорусского института механизации сельского хозяйства по теме "Совершенствование технологического процесса и обоснование параметров сепариру-отего устройства растаривателя-измельчителя минеральных удобрений" (номер гос.регистрации - 0I88003I743).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работ-

ников и аспирантов БИЧЗХ (гЛЬшся, 1988-1990 гг.).

Структура и объем. Работа изложена на /60 страницах Машинописного текста, из них/СО страниц основного материала. Содержит /9 таблиц и *У2 рисунков. Состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы (82 наименований) и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и цель работа, определены задачи исследований и сформулированы основные положения, выносимые на зениту.

В первой главе "Состояние вопроса и задачи исследований" дан обзор и анализ конструкций рабочих органов, машин и способов для сепарации различных материалов в той числе для минеральных удобрений. Дано обоснование типа рабочих органов для отделения мешкотары от удобрения.

Сбзор и анализ экспериментально-теоретических исследований плоских решет позволил сделать еывод о том, что в большинстве случаев наиболее эффективным устройством является колеблющаяся рабочая поверхность решета с оптимальными параметрами его работы. Сепарирующие устройства в машинах для растариеакия и измельчения шнералышх удобрений хорошо отделяют крупные частицы мепкотарц от удобрений. Мелкие частицы с удобрениями поступают на транспортирувдие устройства растаривагеля и выгружаются в смеситель или машин» для iнесения удобрений. Это приводит к забиванию рабочих; органов этих машин, нарупзнию технологического процесса, снижении равномерности распределения удобрений по полю и способствует засорения полей. Все ото вшивает дополнительные затраты, связанные с устранением возникающих неисправностей машин и очисткой полей.

Большой вклад в исследование сепарирующих устройств и развитие теории процесса сепарации на колеблющейся плоскости внесла И.Е.Кожуховский, М.Н.Легопиев, Б.А.Берг, П. 1.1.Васи ленко, Г.ДЛ'ереков, М.В.Сабликов, В.М.Цециновский, М.Я.Рез-ниченко, Н.И.Ц'абанов и Р.З.Юшсео. Пронеленшгй itH.ntn peúci показал, что прокагеряма достаточно херс-иг? изучен на плоских pitara*. Мало изученным ясяя.*тся всирсс i!f: i--i риг ипн при | н ri Hu^í рчпет, ПОГр«

.шляются, по ш.шему мнению, наиболее эффективными. Практически нет данных по исследованию отделения мешкотары от минеральных удобрени.1 с помошью колеблющихся решет.

Наиболее лриомлемдаи рабочими органами для полного отделения мешкотары от удобрений могут быть решетчатые рабочие порспхности с продольным колебательным движением, подвешенными на вертикальных подвесках.

Отсутствие экспериментально-теоретических исследований и литературных дакннх по расчету параметров сепарирующих устройств машин для растаривания и измельчения минеральных удобрений приводит к тому, что многие технические решения при разработке и создании машин принимаются без объективного инженерного расчета.

В связи с изложенным целью диссертационной работы явилось совершенствование технологического процесса сепарации н обоснование параметров рабочих органов для отделения мешкотары от минеральных удобрений.

Для достижения поставленной цели были сформулированы слэдудлие задачи:

1. Изучить основные физико-механические свойства затаренных минеральных удобрений.

2. Выявить закономерности процесса сепарации смеси минеральных удобрений и мешкотары рабочими органами решетчатого типа.

3. Установить влияние основных факторов на качественна Показатели работы сепарирушгос устройств.

4. Обосновать параметры сепарирующего устройства, обеспечивавшие надежность выполнения технологического процесса.

5. Определить экономич скую эффективность растаривания и измельчения минеральных удобрений с применением сепарирующих устройств решетчатого типа.

Во второй главе "Теоретические исследования сепарирующих устройств" изложены результаты теоретических исследований процесса отделения мескотары от минеральных удобрений предлагаемой рабочей поверхностью. Изучен процесс относительного движения смеси минеральных удобрений с мешкотарой по решету при его продольном прямолинейном колебании. По известным теоретическим зависимостям для решетчатой поверхности установлена область типичных режимов -врерх - втп с рсяультирушим движением вппрх и отрмром

?

rcvr-'ï.pn.w* от т.'^оочзг: поЕзрг.ногг;.

Ort!«кг.-поь v.a. 'r?cp:;ü n.-por.rvcl-тг,, ¡cor-:". ;; : вероятность : , t:c|.->3 ело;! CÍ:.;C:Í Ü ргбег/::;

ртмтчг.гул поьегхп:, "vi , г;:^':. ь еиг'рлг";

yso6fr«r.:U "о-гот 6т. сггйснс ypi»t«'c;nisri:

- * ..........(ri

гез У - потер:; уцсбр'лпа, схог,;д::9 с pes-Jfc с

::o:r.po¡'i; сг - еод^ргянпз ■", и катле рег.зг.ч; -•

JuRWHt сепзрзц.гл; Ь - ятага ргг.зтз. KooH'tfiÄ?nr сепзртюн Л' опрзде.гпзгея здрск&мек:

где £,,£& - гзрэя?иоети про::х-ц?:;:!л и*е?кц удобрений ve-гоз слой о::::сп i: г/зг.йто; ¿Л>? - ерзглпп скорость пере:'. няя сггзс.ч по р^гегу; í - в-зкя ."-г^цу яоу»н послезовчгйяь-н;-К! гстрлхлвапнг.;-*: на гепзто.

В результате теорзтичеокгос иссг'едогк'.зй получено ургь-iioime отделения кт.;::сгпгы от ¡г'пральних уяс'ргяяг! па г'.бо-«:ей п»Б?ргнсс1*л:

J

f , / 0,0Ь7 уют» J

//= Д97елр(- ^„^"iScSITïïii j

Г, f/flY <7,0^

s, H _______Y

l. ~ re X~ 0,U'Ù~! ^Í£!᣿2ÁÚI±y

где и — длина решета; С, - коэффициент перемещения слоя удобрений по решету:

^-/!'„-р.'-

/«/ ¡в ~ относительные перемещения слоя по решету вниз и ввер<; - секундная подача смеси на решето; с<У - угловая скорость кривошипного вала; етС - угол наклона решета к горизонту; Г0 - площадь проходных отверстий.

Полученное уравнение (3) позволяет определять потери минеральных удобрений в зависимости от кинематических и конструктивных параметров решета, а также физико-механических свойств смеси. Учитывая, что по агротехническим требованиям должно соблюдаться условие = Пт / %

( Пт - потери минеральных удобрений, выраженные в процентах) установлены граничные значения основных факторов, влияющих на качество отделения:

= 15...22 рад/с; Ь = 1,6...1,8 м; с? = 8...12 кг/с; = 2...9°;

0,57 х Ю"4 ... 3,92 х Ю-4 м2.

В третьей главе "Программа и методика экспериментальных исследований" изложены программа, методика и задачи экспериментальных исследований, приведена методика агротехнической оценки материала разделения, определения некоторых физико-механических свойств затаренных минеральных удобрений, дано описание установки для отделения мешкотары от минеральных удобрений, методика планирования и обработки результатов эксперимента.

На установке (рис. I) была предусмотрена возможность изменять следующие технологические, кинематические и конструктивные параметры: подачу смеси на колеблющееся решето, угловую скорость приводного вала кривошипа с<э- ; направление колебаний Б> ; угол наклона решета оС ; длину решета Ь и размеры проходных отверстий рабочей поверхности.

Для сокращения числа опытов применялась методика проведения |1ланв многофакгорных экспериментов. Повторность опытов выбиралась на основе 5™-го уровня значимости и предельной сшибки, выраженной в долях среднеквадратичного отклонения. Критериям оптимизации служили потери минеральных удобрений в сх^пы с рэяета, а контрольным параметром - чистота прохог.ор уярбренир. в кччястт» ^коплуптацяомчих факторов

1-бункер; 2-дозирушее устройство; З-прнвод; 4-реикто; 5-направлявший лоток; 6-напрагляацяй лоток; ?-с:юсость; 8-ви-грузной транспортер; 9-зксцентриковнй привод

выбраны угловая скорость кривошипа приводного вала рената, угол наклона к горизонту и секундная подача смеси минеральных удобрений с мешкотарой на реизто. Полученные оксперимен-талыше данные обрабатывали методами математической статистики с использованием микрокалькулятора IV ~ 5000) с целью получения регрессионно? и математической моделей процесса отделения мешкотары от удобрений. Адекватность модели определяли по критерию Фиыера.

В четве.ртой главе "Результаты экспериментальных исследований" приведены условия проведения опыта, изложены результаты экспериментальных исследований, паи сравнительный анализ теоретических и экспериментальных исследований.

Основными затаренными минеральными удобрениям!!, приме-няенычл в Ираке, является гочагл'ня, ам.мпчная селится, нитрофоска. Большинство их поставляется ил СССР.

В таблице тзил?я<*ш ос!пг»»л ^ирийо- мотйий'ичиеив

С'ГТ-Ч у.ч^рпниП .

£пэико-игхичкчгсккз сисГ.сг: а гиксра? ышс удобр^яь!'.

Нзи1.гио-! Ríuí;-! Гранулсглр^чссгси вш:о }ность| cncT>5?,t

удооро-нпй

fi'í~] ! нее (кг,i

V.H

f Плог ¡¡.'ОСТЬ r-~lVbv h? Угол с с-■гесг от ко CÍ1L Коз!" Ч J- нин Kcr,j-['■пуг реп. трз-

0,4 43 0,71

609 0,66

- 40' 0,59

690 0,52

- 34 0,65

9 ВО 0,61

Аг/миачная 17, i 2,3

селитра 1,4 4,3 73,0 0,5 Почйынз 01,2

2,8 5,8 ' 14,0 fh грсф с ска 7,8 28,6

3,2 1,8 59,0 2,8 Процесс отделения мгзкогари рг ишерюыпзс удобрений на рсссте при некоторых постояиких пзраулрак яыратлкся ура&яз-нном:

гда и; - потери г.:1нераль;:ьх удобрений сходязие вместо с-мсе -Kornpoíi,'¿; - угловая скорость кривосяпного вакг. рабо-

чей поверхности,рсд/с; - угол наклона рабочий поверх-

ностп к горизонту,град; :х:г Q - подача сксси удобрен;;'»; с 1::ЕК0тар0Й ча рабочую поверхность, кг/с.

В результате реализации полного трохфакторного эксперимента получены уравнения регрессии процесса отделения «шс-рзльных уцоброний от кзакотпры:

для удобрений в бумажной мзекотпре: lJ/ = 1,78 - Q,I83c^ - 0,052oL + 0,032 £ + 0,003^ + + 0,005а?-2 + 0,009^ (5)

длп удобрений в полиэтиленовой i-еЕкотпрз: XJ2 = 7,22 - 0,464иг- 0,195^ - 0,559« - 0,002"^ + + 0,014а?2- 0,019^ ■■ 0,031 (61

Уравнения (5) и (6) изучались мзтодом построения пссэрх-ности отклика потерь минеральных удобххший с букааюй и пели-отилеьовой мешкотарой (р:;с, 2). Но psícy>íKa следует, что потери минеральных удобрений с увеличением секундной подачи смеси удобрзш1й реп ко гозрастад/г. Е-се три поверхности для двух гащев '■-:«Е:котары ктевт окстрсиум, соответствуггаий иккикэхьичч потерям удобрений. Аналогичной характер сагиснмостей m-^nr плл удобрений в нолиогияеювэй кевкотаро.

:ù

■'M

00

>V

¡2 :ï :a /з vo 22 шс Г-а, 2 ■Icrîr-.nscïb ncrcpi :!:а:зрзльи«гс удой-

гэппд от углсгез oitcpccîa а уг;:з

ру::згй J; герщгпгу пр —гг'—

......улс;; у ■••:

Закономерности изменения потерь удобрений от угловой скорости кривошипа приводного вала решета приведены на рис. За Кривые графиков и (.кот параболический характер, причем все.они с ярко выраженный экстремумом соответствуодим манивальным потерям удобрений при различных значениях секундной подачи "смеси. При = ДО кг/с оптимальные значения угловой скорости, соответствующие потерям 1% .лежа»' в пределах 14...20,5 с"*. Для значения =12 кг/с погер.; удобрений выходят за рамки агротехнических требований.

Аналогичный характер имевт зависимости изменения потерь минеральных удобрений от угла наклона рабочей поверхности к горизонту (рис.Зб). При =10 кг/с оптимальные значения угла наклона решета, соответствующие 1 % и 0,5% потерь удобрений, лежат в пределах 2.,.8° - для бумажной мешкотары и 4...6° - для полиэтиленовой. При секундной подаче С? =12 кг/с потери удобрений не отвечают агротехническим требованиям.

Анализ поверхностей отклика производился методом построения двухмерных сечений (рис.4 ). Из рисунка видно, что минимальные значения потерь минеральных удобрений в рассматриваемом сечении при аС = 3° для трех значений подачи равны 0,75; 0,922; 1,1%. Угловая скорость кривошипа при атом будет соответственно равна 18; 17,5; 15,75 рад/с, следовательно, для обеспечения необходимой производительности установки Ц = 9...П кг/с при отделении мешкотары ■от уддбрсний оптимальные значения угловой скорости вала кривошипа должны находиться в пределах (лУ ~ 14...18 рад/с Таким образом, обобщая проведенный анализ результатов исследований, можно рекомендовать следующие оптимальные значения параметров работы установки для отделения мешкотары от минеральных удобрений: угловая скорость кривошипа приводного вала рабочей поверхности О?' = 13...20 рад/с; угол наклона решета к горизонту ^ = 2...8°, при подаче сызси минеральных удобрений и мешкотары на решето ^ = 10..ЛТ кг/с.

В заключительной части четвертой главы приведены данные результатов экономического расчета эффективности отделения мешкотары от минеральных удобрений с помоцью решетчатого устройства. Расчет экономической ¡эффективности про-

Риг. з. Зависимость потерь минер- лыспс удобрений от а/угловой скорости вала кривошипа ; б/ угла наклсйа ретета к горизонту при разных значениях подачи.

----- - для удобрений с полиэтиленовой мепкотарой ;

____ — - для удобрений с бумажной мешкотарой ;

...... - теоретическая кривая длч удобрений с бумажной /I/ ,

с полиэтиленовой /2! - при оптимальном урогт

и

<Г

//

1 / ' \ ' \ 1 "

1 1 \ !л - я ?' / у;

\\ ---"* &и / /

\ йО у

— ___—

,">ис. 4. Двушрное сеча низ поверхности отклика, характеризуй потери !л:норальн.ах удобрений с буцзгной кзшкотарай в зависимости от угла наклона розюта к углогоГ; скоросп сача кривопип«! при разьнх значениях подачи счолн: й/ о п кг/с 5 б/ С" , 10 кг/с ; с/ Ц = 1?. кг,

вводился согласно ГОСТ 23728., .23729 В8 "Техника сельско-созяйственная. Методы экономической оценки".

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Сепарируюшее устройство, применяемое в машинах для растаривания и измельчения минеральных удобрений, характеризуется низкой надежностью и работоспособностью, высокой металлоемкостью.

Установлено, что сепарирующее устройство расгаривателя-измельчителя АИР 20 не обеспечивает полного отделения мешкотары. Остатки их в удобрениях составляют 5...8$. Это приводит к забиванию рабочих органов смежных машин, что вызывает дополнительные затраты на устранение неисправностей их.

2. Эффективным рабочим органом для сепарации минеральных удобрений в растаривателях-измельчителях является колеблющаяся рабочая поверхность ввиде решета, обеспечивавшая при соответствуотих параметрах высокуп производительность сепарации удобрени . и отвечающая требованиям сельскохозяйственного производства по качеству и надежности работ.

3. Предложены уравнения и расчетные формулы для определения параметров и показателя кинематического режима рабочей поверхности, обеспечивавших эффективное отделение мешкотары от минеральных удобрений.

4. Получена аналитическая зависимость, устанавливавшая связь между потерями минеральных удобрений и основными кон-сруктивными и кинематическими параметрами рабочих органов, физико механическими свойствами удобрений.

Расхождение экспериментальных и расчетных данных не превышает 12%^

5. Оптимальными параметрами и режимами работы сепарч-рушего устройства следует считать: угловая скорость кривошипа приводного вала 14...20 угол наклона ретаегз п горизонту 2...8°, угол направления юлебаний б...9°, подпив удобрений на реието 9,..11 кг/с, длина решета 1,75...1,В5 м, ширина решета 0,05 м, размер отверстий решета 0,000275 (диаметр ячеек

За критерий оптимизации приняты потери уинерчлып« удобрений, схоляиие с ретета вместе с мептгсотлрой.

6. Получены уравнения регрессии, предегавлаадии собой аналитические модели, описывавдие процесс отделения мешкотары от минеральных удобрений на сепарирушеы устройстве ввиде решета.

7. Полноте отделения минеральных удобрений от цеисо-тары составляет 99£ с содержанием мелких частиц мешкотары на более 0,5$.

Результаты экспериментальных исследований подтвердили достоверность теоретических.

8. Годовой экономический ойект от применения сепари-рущих устройств в виде ресета в машинах для растариьания

и измельчения минеральных удобрений составляет 1745 рублей.

- 9. Результаты исследований могут служить основанием для использования при проектировании, разработке машин и оборудования для подготовки минеральных удобрений к внесению.

Основные положения диссертации опубликованы в слепуо-иих работех:

I. Решето // 'Положительное решение ШИШПЭ по заявке на изобретение № 4773231 (соавтор Чуеаков В.А., Батчаее A.B.).