Разработка экспериментального образца ЦВС

31.10.2014

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:

Разработка экспериментального образца ЦВС

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:
Разработка экспериментального образца ЦВС

где Rci — результирующая сила сопротивления зерна о стенки патрубка род действием центробежной силы, Н.
Представим члены уравнения (4.40) в явном виде:
Разработка экспериментального образца ЦВС

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:
Разработка экспериментального образца ЦВС

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.
Разработка экспериментального образца ЦВС

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: