РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ МАШИН ДЛЯ ПОДГОТОВКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ И ТАРЫ К ОСНОВНЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОПЕРАЦИЯМ

При подготовке сырья растительного происхождения к основным технологическим операциям его калибруют, сортируют или сепарируют.

Просеивающие машины, применяемые в перерабатывающей промышленности, классифицируются по следующим видам:

1) по конструкции ситовой поверхности: плоские и барабанные

сита;

  • 2) по способу получения движения продуктов: с неподвижными ситами; с возвратно-поступательным, круговым поступательным и вибрационным движением сит; с горизонтальной и вертикальной осью вращения сита;
  • 3) по конфигурации ситовой поверхности: цилиндрические, конические, призматические и пирамидальные.

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ МАШИН ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СЫПУЧИХ ПРОДУКТОВ

Состав и порядок расчета оборудования для разделения сыпучих проду ктов определяются типом рабочего органа машины.

Для машин с возвратно-поступательным движением плоских сит необходимо рассчитать скорости, ускорения и силы инерции сит.

Основное условие просеивания проду кта через плоское сито - скольжение его по ситу. Рассмотрим условия относительного движения частицы на плоских ситах, получающих возвратно- поступательное движение от кривошипно-шатунного или эксцентрикового механизма.

Рпсунок 4.1. Движение частицы проду кт а по горизонтальному ситу

Предположим, что сито В-В (рисунок 4.1) совершает неравномерное движение с ускорением а, направленным вправо; при этом масса частицы А разовьет силу инерции Ри - та, направленную против ускорения, т. е. влево; эта сила инерции будет представлять собой кинетическую реакцию массы на сообщаемое ей ускорение.

Очевидно, при Ри > JC (G - сила тяжести,/- коэффициент трения) сцепление частицы с ситом нарушено, а при Ри < JG частица находится на сите в состоянии покоя и не будет перемещаться по нему.

Заменив в последнем неравенстве Р„ на равное по абсолютному значению та, получим та или a < fg. Предельное ускорение, при котором сила инерции становится равной силе трения, называют критическим ускорением aKp=fg.

Можно определить критическое ускорение сита, после увеличения которого начнется относительное перемещение частицы, а следовательно, и просеивание.

При шаровидной форме просеиваемых частиц вместо коэффициента трения скольжения в последнюю формул}' нужно подставить отношение коэффициента трения качения к радиусу частицы, т. с. приведенный коэффициент трения качения.

Поэтом}' для шаровидных частиц

где к- коэффициент трения качения, м;

г - радиус частицы, м.

Схема кривошипно- шагу иного механизма для передачи движения ситу

Рисунок 4.2. Схема кривошипно- шагу иного механизма для передачи движения ситу

На рисунок 4.2 показана схема кривошипно-шатунного механизма для приведения в движение сита 1, подвешенного на одинаковых по длине подвесках 2 При вращении вала вокруг оси О кривошип описывает окружность радиусом г, а сито, соединенное с шатуном 3, перемещается по дуге а~а].

В просеивающих машинах длина подвесок, а также длина шатуна во много раз (100... 150) превышает величин}' г, поэтому в дальнейших суждениях можно считать, что сито перемещается нс по дуге а-а, а по горизонтальной линии.

Определим зависимость перемещения сита от движения кривошипа. а также направление скорости, ускорения и силы инерции.

На рисунке показано перемещение сита из а-а в а-а при повороте кривошипа по дуге А-В.

Путь, пройденный ситом. S = аа]=А]Б).так как длина шатуна

L —G] В = йЬ.

Проведя из точки В прямую ВГ1,ОА, получим треугольники АВГ и ОВГ совместное решение которых позволяет определить путь, пройденный ситом:

Поскольку — < —, т0 значение второго члена равенства будет

незначительным и им можно пренебречь.

Таким образом.

Скорость сита:

где « - угловая скорость кривошипа, с".

Ускорение сита:

Скорость сита будет максимальной, а ускорение его равно нулю. когда кривошип будет находиться в точках 2 и 4.

Скорость сита равна нулю, когда конец кривошипа находится в точке I или 3, где cosco • t = I и ускорение имеет максимальное значение.

Силы инерции сита направлены в обратную сторону по отношению к направлению ускорения сита.

Для сообщения системе указанного колебательного движения потребную мощность N (кВт) можно, пренебрегая массой шату на, выразить приближенно следующей формулой:

где Ри - силы инерции сита. Н;

где m - масса сита с продуктом, кг;

a - угол наклона плоскости сита к горизонту.

В перерабатывающей промышленности наибольшее распространение получили машины с наклонными ситами, совершающими колебания вдоль горизонтальной прямой.

Движение частицы проду кта на наклонном сите с горизонтальными колебаниями

Рисунок 4.3. Движение частицы проду кта на наклонном сите с горизонтальными колебаниями

Из рисунок 4.3 видно, что при неравномерном движении сита ВВ с ускорением а, направленным вправо, масса частицы будет иметь силу инерции Ри, направленную против ускорения, т. е. влево. Кроме того, частица будет находиться под действием силы тяжести G и силы трения ее о сито F. Сила G-sina действует вниз по наклону сита, G-cosa - прижимает частицу к ситу.

Рассматривая уравнения действия сил на частицу и дифференциальные уравнения, характеризующие относительное движение частицы по плоскости сита, можно прийти к вывод}, что частота вращения кривошипа, при которой частица начнет перемещаться вверх, будет определяться по (Ьоомуле

где - угол трения частицы;

а - угол наклона сита к горизонту ;

г - радиус кривошипа, м.

Частота вращения кривошипа, при которой частица перемещается вниз

Условие, при котором частицы нс отделяются от сита, а просеиваются через него, будет следующим:

Сделав в последнем неравенстве преобразования, найдем предельную частоту вращения кривошипа, при котором частица нс отделится от сита:

Для просеивания необходимо, чтобы зерновая масса скользила по ситу вверх и вниз, не отрываясь от него.

Действительная частота вращения кривошипного вала должно быть ограничено следующими пределами:

п„> п > пс', так как пв' всегда > пн' , где пв' - частота вращения кривошипа, при котором частица начнет перемещаться вверх;

пн' - частота вращения кривошипа, при котором частица начнет перемещаться вниз.

Установлено, что оптимальное ускорение сита о)~г в значительной степени зависит от формы и длины отверстий сита. Для сит с круглыми отверстиями величину ускорения рекомендуется принимать в пределах 9... 12 м/с". а для сит с прямоугольными отверстиями

- 18... 22 м/с2.

Значения г принимают для зерновых и бобовых ку льту р равными 5 мм. для проса 3,5...4.5 мм, гречихи - 12,0....12,5 мм, хлопковых семян 15... 18 мм.

При возвратно-поступательном движении ситовых корпусов, осуществляемом посредством кривошипно-шатунного или эксцентрикового механизма, возникают переменные по величине и знаку силы инерции, действу ющие по линии движения корпусов.

В таких условиях уравновешивание машины представляет большие тру дности.

В качестве примера рассмотрим метод у равновешивания ситовых корпусов с кривошипно-шатунным механизмом посредством вращающихся балансиров. В машинах для разделения зерна часто применяют кривошипно-шатунный приводной механизм (рисунок 4.4).

Если дшна шату на L значительно больше радиуса кривошипа, то равнодействующая сила инерции поступательно движущегося корпуса, которую принимаем сосредоточенной в точке С, выражается формулой

Перенесем силу Лис параллельно самой себе в цапфу А кривошипа.

Раскладывая силу инерции Рт вращающегося груза по направлению движения корпуса и по нормали к нему, получим силу, действующую в горизонтальном направлении:

и силу', действующую в вертикальном направлении:

Схема уравновешивания ситовых корпусов посредством балансира

Рисунок 4.4. Схема уравновешивания ситовых корпусов посредством балансира:

R -радиус вращения центра тяжести груза; г- радиус кривошипа; Р»г - центробежная сила инерции вращающегося груза: Рт -сила инерции ситового корпуса; ВВ - ось. на которой расположен центр тяжести корпуса; Oi-ось вращения кривошипа и груза; Сг-сила тяжести груза; Ск-сила тяжести корпуса

Пренебрегая массами шатуна и кривошипа, можно подобрать силу тяжести груза Gr и радиус вращения R такой величины, чтобы горизонтальная составляющая Ра была равна силе инерции Ри„, т.е.

или

Однако, при таком уравновешивании неизбежно получение вертикальной составляющей Р& которая достигает наибольшей величины при вертикальном положении груза:

Чтобы избежать этого, нужно уравновешивать поступательно движущиеся массы нс полностью, а частично. Силы инерции колеблющихся масс в таких механизмах обычно уравновешивают грузами

на 50...60 %.

Разделение сыпучих продуктов может осуществляться нс только с помощью решет, но и за счет воздействия на них воздушных потоков. В таких машинах, называемых воздушными сепараторами, разделение частиц продукта происходит в зависимости от их аэродинамических свойств.

Схема действия воздушного потока на частицы

Рисунок* 4.5.Схема действия воздушного потока на частицы

Если в вертикальный воздушный восходящий поток попадает несколько частиц сепарируемого материала (рисунок 4.5), то на каждую из них будут действовать сила тяжести G и сопротивление среды R. При указанных условиях эти силы вертикальны и противоположно направлены. Каждая частица будет перемещаться в сторону равнодействующих этих сил. Когда R частица движется вниз. и. наоборот. частицы, у которых R>G, будут двигаться вверх; таким образом, произойдет их разделение, т. е. осуществится процесс сепарации.

Чтобы определить возможность разделения продукта в зависимости от аэродинамических свойств, необходимо знать величину сил. действующих на частицы в воздушном потоке. Величина G определяется весом частиц, а сопротивление среды может быть вычислено по такой формуле:

где р - плотность воздуха, кг/м3;

и - скорость движения частицы материала, м/с;

и— скорость воздушного потока, м/с;

(и- и) - относительная скорость воздушного потока, м/с;

Fu - площадь миделева сечения частицы в лг, т. с. площадь проекции частицы на плоскость, перпендикулярную вектору относительной скорости (и- и) воздушного потока;

к - коэффициент аэродинамического сопротивления.

Для вычисления сопротивления среды R необходимо знать величину коэффициента сопротивления к и площадь миделева сечения FM.

Величина коэффициента к зависит от формы тела, состояния его поверхности (степени ее шероховатости и морщинистости), положения тела по отношению к направлению воздушного потока и характера воздушного потока. Коэффициент к можно определить экспериментально. если известно миделево сечение частиц.

Скорость потока воздуха, при которой частица продукта удерживается в потоке во взвешенном состоянии, называется скоростью витания. Эта скорость может быть достаточно просто определена экспериментальным путем.

Если частица взвешена в воздушном потоке, то се скорость равна нулю, относительная скорость равна скорости воздушного потока. а сила тяжести G уравновешивается сопротивлением среды R и. следовательно.

где Ub - скорость витания.

Из данного выражения найдем:

В настоящее время воздушные сепараторы широко применяют на предприятиях, оснащенных внутрицеховым пневматическим транспортом, для отделения продукта от транспортирующего его воздуха.

Сопротивление пневматического сепаратора можно определить по такой формуле:

где Я - сопротивление сепаратора. Н/м2;

Q -объем воздуха, проходящего через сепаратор. м3/мин; к - коэффициент сопротивления сепаратора: к = 0,7...0,9 Н*мин/м2 м3.

Для разделения сыпучих пищевых продуктов на фракции, отличающиеся по длине частиц, на перерабатывающих предприятиях применяются триеры, которые в зависимости от конструкции делятся на цилиндрические и дисковые.

Когда цилиндр вращается, в ячеи попадают отдельные зерна, которые при повороте вместе с цилиндром на некоторый угол выпадают (рисунок 4.6. а). Короткие зерна укладываются в ячеи глубже, чем длинные зерна. Поэтому при вращении цилиндра первые выпадают из него позже, попадают в желоб и удаляются из машины шнеком.

Принцип действия триеров

Рисунок 4.6. Принцип действия триеров:

а - цилиндрического; б - дискового

Длинные зерна скользят по внутренней поверхности цилиндра вдоль его длины вследствие давления поступающего в машину зерна. Степень разделения зерновой смеси на фракции по длине зависит от уровня, на котором установлена верхняя грань 5 желоба 4.

В настоящее время цилиндры изготовляют из листовой стали. а ячеи диаметром более 3 мм штампуют в специальных прессах. Ячеи диаметром менее 3 мм выполняются путем фрезерования стальных или цинковых листов.

Материал, применяемый для штамповки, должен быть износоустойчивым и противостоять коррозии.

На рисунок 4.6, б показан принцип действия дискового триера. В дисковом триере ячеи выполнены на поверхности чугунных дисков. При вращении дисков в ячеи попадают короткие зерна, которые затем выпадают в желобки 6 и удаляются из машины.

На рисунке 4.7 показано состояние равновесия зерна, находящегося в ячее, когда цилиндр находится в неподвижном состоянии. Движение зерна А из ячеи может начаться, когда угол наклона стенки ячеи к горизонту будет больше угла трения зерна, т. е. когда угол у> д). где (/) - угол трения зерна, находящегося в состоянии покоя.

Угол /связан с углом поворота цилиндра а и. как внешний угол треугольника АВО,

cf0 MQKC'H'f

Рисунок 4.7. Расчетная схема триера .тля определения угла подъема зерен, находящихся в ячейках

тогда у= а- р или (ро<а- Д где дк - угол трения зерна, находящегося в состоянии покоя.

Угол Д представляющий собой угол наклона радиуса ОА к элементу' поверхности ячеи в точке А, может быть положительным или отрицательным в зависимости от того, расположена точка А выше или ниже центра вращения цилиндра. Абсолютная величина угла /Сбудет постоянной и зависит от формы и глубины погружения пуансона при образовании ячеи.

Когда цилиндр вращается, сказывается влияние центробежной силы инерции переносного движения; поэтому при всех прочих равных условиях зерно будет выпадать из ячеи, занимающей более высокое положение.

Расчетная схема триера для определении положения частицы, находящейся в ячейке триерною цилиндра

Рисунок 4.8. Расчетная схема триера для определении положения частицы, находящейся в ячейке триерною цилиндра

На рисунок 4.8 показано состояние равновесия зерна, находящегося в ячее вращающегося цилиндра триера, т. е. когда оно находится в состоянии относительного покоя при наивысшем положении.

Очевидно, это возможно при условии, если сумма проекций всех сил, приложенных к частице, а также сила инерции переносного движения будут взаимно уравновешены.

Начало подвижных координат поместим в точке А/ и направим ось А/Х перпендикулярно стенке ячеи, а ось А/у - по касательной к ней.

Равновесное положение частицы характеризуется суммой проекций сил на подвижные оси координат, равной нулю, т. е.

.п

Ри ? cos(--/?) - G •cos(a, -P) + N] =0;

Ри • cos P + У,/ - G ? sin(a, - P) = 0,

(4.24) где Ni - сила реакции поверхности, направленная по нормали к ней.

Из первого равенства определим Nь

Это значение Ni подставим во второе равенство:

Здесь (j> - угол трения частицы.

Так как

то

или

С незначительной погрешностью можно подставить

Здесь а - максимальный угол подъема частицы, находящейся на гладкой поверхности вращающегося цилиндра.

Тогда окончательно:

Определив а экспериментально, можно установить по формуле (4.31) значение а.

Экспериментальным путем определяют зоны скольжения длинных зерен по гладкой поверхности и зоны выпадения коротких зерен из ячей (углы к вертикальной оси цилиндра).

Полное разделение смеси возможно в том случае, если между обеими зонами будет свободный угол в пределах 15 градусов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >