Разработка экспериментального образца ЦВС
Анализ результатов технологических испытаний модели ЦВС указывает на целесообразность развития исследований по созданию экспериментального образца центробежного вальцового станка (ЭЦВС). Перед разработкой последнего были поставлены следующие задачи:
— повышение надежности работы основных узлов;
— подтверждение достигнутых технико-экономических показателей на больших объемах переработки зернопродуктов;
— разработка новых, менее протяженных технологических схем сортового и обойного помолов зерна пшеницы в муку;
— получение исходных данных для разработки и проектирования опытно-экспериментального образца центробежного вальцового станка (ОЭЦВС).
Оценка надежности работы основных узлов модели проводилась по результатам ее наладки на холостом ходу, предварительным технологическим испытаниям модели ЦВС в схемах сортового помола зерна пшеницы и результатам принятых конструктивных решений при повышении надежности работы модели перед предварительными технологическими испытаниями. Последующее принятие технических решений для конструкторского оформления узлов выполнено автором данной работы на основе широко известных и широко апробированных конструкторских решений в различных областях машиностроения.
Обоснование основных технологических и конструктивных параметров ЭЦВС. Основными технологическими параметрами измельчителей в драном и размольных процессах являются производительность, общее и частное извлечения. Последние являются произвольными гранулометрического состава измельченного продукта. В вальцовом станке гранулометрический состав задается межвальцовым зазором, в ЦВС зависит от производительности. Следовательно, для сравнительной технологической оценки вальцовых станков типа А1-БЗН и ЦВС производительность последнего должна обеспечивать изменение режимов в драном, шлифовочном и размольном процессах в более широком диапазоне. Если такой подход принять за аксиому, то производительность модели с принудительной загрузкой вполне достаточна для производительности ЭЦВС. Тогда разработка последнего сводится к повышению пропускной способности загрузочного узла и подбору электродвигателя большей мощности.
Конструкторская проработка по повышению надежности узлов не внесла изменений в конструктивные параметры ЭЦВС, и для исполнения они были приняты аналогичными ранее, за исключением диаметра вертикального загрузочного патрубка. Принудительная загрузка измельчителя усложняет конструкцию и делает ее менее надежной. Поэтому было принято решение о расчете и обосновании диаметра патрубка, обеспечивающего необходимую загрузку под действием гравитационной силы. Для этого рассмотрим условия движения зерна в вертикальном загрузочном патрубке при максимальной загрузке измельчителя:
— зерно движется сверху вниз сплошным потоком и полным наполнением патрубка;
— влажность зерна соответствует технологической и находится в пределах 14,5...16,5 %;
— патрубок установлен вертикально и его высота не превышает 150*10в-3;
— патрубок вращается вокруг вертикальной плоскости с угловой скоростью 300...600 мин-1;
— в патрубок зерно засыпается через воронку со скоростью равной усредненной скорости его движения в патрубке;
— внутренняя поверхность патрубка ровная;
— разгрузка зерна в горизонтальные загрузочные патрубки происходит свободно без подпора;
— зерно прошло зерноочистку, однородно по составу и плотности. Согласно основному закону динамики и независимости действия сил движение зерна в патрубке можно записать в виде:
где mi — масса зерновок i-гo класса крупности, кг;
ai — вектор ускорения i-гo класса крупности, м*с-2;
Gi — вектор силы тяжести i-гo класса крупности, Н;
Fцi — вектор центробежной силы i-гo класса крупности, Н;
Фi — вектор общей силы от взаимодействия частиц i-гo класса, Н;
Пi — вектор общей силы от взаимодействия частиц i-гo класса со стенками патрубка, Н;
Fki — вектор общей силы Кориолиса, действующей на частицы i-го класса крупности, Н;
Fei — вектор общей силы сопротивления воздушного потока движению i-ro класса крупности, Н.
С целью последующего анализа и решения уравнения введем ряд ограничений:
— движение зерна в патрубке осуществляется с постоянной скоростью;
— проскальзывание зерна в горизонтальной плоскости патрубка и контактирующих зерен отсутствует;
— состояние поверхности зерновок одинаково;
— значение сил Fki и Fci незначительны ввиду невысокой скорости движения зерна в стесненных условиях с высокой концентрацией;
— значение Пi от действия гравитационной силы пренебрежимо мало в сравнении с действием центробежной.
С учетом введенных ограничений уравнение (4.39) для условия движения зерна вертикально вниз запишется:
где Rci — результирующая сила сопротивления зерна о стенки патрубка род действием центробежной силы, Н.
Представим члены уравнения (4.40) в явном виде:
где ωi — угловая скорость вращения загрузочного патрубка, с-1;
Ri — радиус вращения зерна массой Ini-BOKpyr вертикальной оси, м;
kт — коэффициент трения скольжения зерна по стали, k = 0,35;
Kcn — коэффициент, характеризующий совокупность постоянных параметров;
μg, μj, μz — усредненные, безразмерные концентрации зерна классов крупности g, j, z в загрузочном патрубке.
Преобразуем уравнение (4.41) разделив его на mig, подставив значение kт и приняв Kспμg μj μzg → 0:
где Fг — критерий Фруда;
vi — линейная скорость вращения mi-й массы в загрузочном патрубке, м/с.
Выражение (4.42) позволяет не только определить максимально возможное значение диаметра загрузочного патрубка при гравитационной загрузке измельчителя, но и моделировать этот параметр посредством критерия моделирования Фруда при создании размерного ряда ЦВС и натурного образца.
Для числа оборотов водила равного 300 мшг1 расчетное значение диаметра загрузочного патрубка равно 28,6*10в-3 м. С учетом минимального размера зерна пшеницы и размерного ряда диаметров в машиностроении принимаем для ЭЦВС диаметр равным dп = 30*10в-3 м. В модели этот диаметр был принят равным 20*10в-3 м. Следовательно, принятый диаметр обеспечит для I-)ЦВС большую производительность. Прогнозируемый рост производительности ЭЦВС и более длительные режимы его работы при технологических испытаниях, очевидно, нуждаются и и повышении мощности привода. Ее расчет выполним по максимальному значению удельных энергозатрат, полученных в главе 3 при анализе работы вальцовых станков типа А1-БЗН. Максимального значений равного 27,84 кВт ч/т, удельные энергозатраты достигают на 2 р. м. с. Тогда для производительности ЭЦВС рапной 0,15 т, необходимая мощность двигателя составит 4,18 кВт. Для установки на ЭЦВС принимаем электродвигатель серии МАП 421-418. Выбор этого двигателя обусловлен тем, что он оснащен ступенчатым вариатором скорости вращения и его мощность, в зависимости от режима работы, изменяется от 5,6 до 7,0 кВт.
Такая мощность способна обеспечить работу ЭЦВС на любых режимах, с учетом того, что энергоемкость процесса измельчения в ЭЦВС снижена. Техническая характеристика ЭЦВС приведена в табл. 4.10.
- Пример конкретного исполнения модели ЦВС, технологические испытания
- Разработка функционально-кинематической схемы модели ЦВС
- Теоретическое обоснование модели измельчителя ЦВС
- Разработка новых способов высокоизбирательного и энергосберегающего измельчения
- Моделирование основных способов измельчения пищевого сырья