Забиваемость вибрационных решет

14.07.2015

При эксплуатации зерноочистительных машин отверстия решет забиваются. Если в тихоходных качающихся решетных станах, работа которых сопровождается преимущественно безотрывными режимами движения слоя семян по решету, это происходит в основном в результате западания семян сходовой фракции в отверстия, то в высокочастотных вибрационных машинах, движение слоя семян по решетам которых соответствует режимам с отрывом от рабочего органа, это происходит при встречном движении решета и семян со значительной относительной скоростью (размеры заклинившихся семян при этом несколько больше размеров отверстий) или при периодическом ударе вышележащего слоя семян по запавшему в отверстие зерну. Если в решетах тихоходных машин семена в отверстиях удерживаются преимущественно силой тяжести, то в отверстиях вибрационных решет не только силой тяжести, но и силой сцепления. Для тихоходных качающихся решетных станов явление забиваемости издавна известно и для его устранения применяются специальные очистительные устройства.
Для вибрационных решет это явление изучено недостаточно. Более того, самоочищаемость вибрационных решет — понятие условное, ввиду того, что, как будет показано дальше, режимы самоочистки не всегда соответствуют оптимальным режимам сепарации. Вопросы очистки вибрационных решет рассматривались Г.Е. Листопадом, Г.З. Файбушевичем, автором данной книги совместно с А.И. Петрусовым и B.B. Бабенко. Явление западания семян круглой формы в отверстия и самоочистка решет без учета силы сцепления изучались А.Я. Соколовым.
В основу теоретической модели процесса забиваемости вибрационных решет положены следующие допущения:
1) траектория движения слоя семян прямолинейная;
2) в каждом круглом отверстии решета застревает только одно семя; в каждом прямоугольном — не более четырех семян;
3) скорость выпадания (застревания) семян пропорциональна содержанию P их в зерновой смеси, а также числу свободных, еще не забитых отверстий.
Под способными застревать семенами подразумеваются такие, которые по своим размерам и форме могут заклиниваться в отверстии решета при данных кинематических режимах: частоте, амплитуде, форме траектории. Тогда содержание P можно определить как интеграл от плотности распределения размера семян, по которому происходит разделение. Пределами интегрирования необходимо взять наименьший и наибольший размеры семян, способных к застреванию. Решение этой задачи приведено в одной из работ автора и В.В. Бабенко. Здесь остановимся только на основных результатах. Забиваемость решета на длине L определим по формуле

Забиваемость вибрационных решет

Из выражения (8.1) следует, что если к — величина постоянная, то забиваемость не зависит от длины решета. Для проверки закономерности (8.1) были проведены опыты по влиянию продолжительности работы машины на забиваемость решет. Экспериментальные исследования проводили на вибрационной машине с вертикальной осью вращения дебалансов вибратора (см. 1.3, б). Решетный стан машины оборудовали решетами с круглыми отверстиями: верхним — диаметром 9 мм, нижним — 8 мм и с прямоугольными отверстиями: верхним — 5,25х40 мм, нижним — 5х35 мм. Рабочая площадь решет составляла 0,75 м2. Исследовали процесс просеваемости семян кукурузы влажностью 14% следующего гранулометрического состава: сходы с решет диаметром отверстий 8 и 9 мм соответственно 45,9 и 29,3%, проход через решето диаметром отверстий 8 мм — 24,8%. Для решет с прямоугольными отверстиями брали семена, которые шли сходом с решета диаметром отверстий 8 мм. Гранулометрический состав их был следующий: сход с решет 5,25х40 и 5х35 мм соответственно 33 и 15,9%, проход через решето 5х35 мм — 51,1%. Из зерновых смесей были отобраны семена ширина которых больше 10 и меньше 7 мм. Средняя нагрузка составляла 960 кг/(м*ч).
Регистрировали параметры: частоту колебаний, вертикальные и горизонтальные составляющие амплитуд колебаний периферийных точек решет, скорость движения слоя семян, начальную нагрузку, сходы с решет и проход через нижнее решето. Вычисляли полную зональную забиваемость решет и качество сортирования.
При этом забиваемость решет с круглыми отверстиями определяли по формуле (8.1), а с прямоугольными — как отношение фиктивного числа забитых семенами отверстий к их общему числу. Фиктивное число забитых отверстий подсчитывали как отношение количества застрявших семян к четырем, так как в прямоугольном отверстии решета застревало не более четырех семян.
Качество сортирования определяли как частное от деления прохода через решето к количеству содержащейся в смеси про-ходовой фракции. Кинематические параметры изменяли только путем изменения частоты колебаний в диапазоне 160—280 рад/с с промежутком 20 рад/с. Полная амплитуда колебаний изменялась в пределах R = 1,414-1,43 мм.
На рис. 8.1 приведены графики функций б (t) для решет с прямоугольными (рис. 8.1, а) и круглыми (рис. 8.1, б) отверстиями. Графики подобны. Существенное отличие графиков на рис. 8.1, б от графиков на рис. 8.1, а в том, что высоким частотам колебаний решет с круглыми отверстиями соответствует более низкая забиваемость, а низким частотам более высокая забиваемость.
На рис. 8.1 построены также графики функций б (ω) для решет с прямоугольными (рис. 8.1, в) и круглыми (рис. 8.1, г) отверстиями. Из графиков видно, что с повышением кинематических параметров забиваемость решет уменьшается. Рекомендуемыми параметрами самоочистки решет будут: для решета диаметром отверстий 9 мм — ω = 220 рад/с (ωR = 0,325 м/с; ω2R = 75 м/с2; ω2aверт = 49 м/с2); для решета с размерами отверстий 5,25*40 мм — ω = 240 рад/с (ωR = 0,4 м/с; ω2R = 95,8 м/с2; ω2аверт = 58 м/с2).
Рекомендуемые режимы самоочистки согласуются с опытными данными Г.Е. Листопада и Г.З. Файбушевича. Приведенные здесь данные несколько завышены вследствие того, что они подсчитаны для периферийной точки решета, где согласно его кинематике вертикальная составляющая амплитуды колебаний наибольшая.
Забиваемость вибрационных решет

На рис. 8.1, в, г приведены также графики функций качества сепарирования от частоты колебаний. Из этих графиков видно, что рекомендуемые режимы самоочистки решет не совпадают с оптимальными режимами сепарации, которые лежат в диапазоне 190—210 рад/с. При этом решетам с круглыми отверстиями соответствует меньшая частота колебаний, а с прямоугольными — большая. Следовательно, для повышения качества сортирования семян на машину необходимо устанавливать очистители решет.
Опыты проводили с одним и тем же количеством зернового материала (800 кг), т. е. сход с решета и проход через решето смешивали и снова засыпали в питающий бункер. Забиваемость решета росла, а смесь постепенно обеднялась семенами, способными к застреванию в условиях опыта- Результаты обработки экспериментальных данных показали, что для данных условий количество материала было недостаточным и это в некоторой степени исказило количественные результаты опытов. Поэтому была разработана методика определения степени забиваемости вибрационных решет с учетом циркуляции (повторяемости) обрабатываемого материала. В методике отражено существование таких условий, при которых обеднение смеси семенами, способными застревать, до определенного содержания не оказывает влияния на скорость выпадения семян. Следовательно, несмотря на уход из смеси застревающих семян, скорость их выпадения до некоторого момента остается постоянной, затем скорость выпадения изменяется, и закон этого изменения подчиняется гипотезе о пропорциональности содержанию. В работе приведена формула для определения забиваемости решета в любой момент времени с учетом циркуляции обрабатываемого материала. Как видно из рис. 8.2, результаты теоретических исследований согласуются с опытными данными.
Забиваемость вибрационных решет