Скрыль И.И. Определение конструктивных параметров

ОПРЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ШНЕКОВОЙ
МОЙКИ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ ВИБРАЦИОННОГО ТИПА
Скрыль И.И.
Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск, Россия
The determination technique of the basic design data of vibrating type sink is
offered.
Продукция животноводства играет огромную роль в обеспечении
населения продуктами питания. Развитие отрасли животноводства невозможно
без укрепления кормовой базы, что возможно за счет увеличения доли
корнеклубнеплодов в рационах животных [1].
Анализ литературных источников и научных исследований показывает,
что корнеклубнеплоды являются весьма ценным кормом, поскольку богаты
витаминами. Добавление их в рационы, особенно в зимнее время, значительно
ускоряет рост и повышает продуктивность животных.
Корнеклубнеплоды рекомендуется скармливать сельскохозяйственным
животным в чистом виде. По зоогигиеническим требованиям загрязнённость
корнеклубнеплодов не должна превышать 2-3 %. В то же время, в зависимости
от природно-климатических условий и технологии уборки, она может
колебаться в пределах от 7 до 28 %. Как правило, корнеклубнеплоды
загрязнены тяжёлыми (камнями, металлическими элементами и т.п.) и лёгкими
(солома, растительные остатки) примесями, а также связанной почвой.
Наиболее проблемной операцией по очистке корнеклубнеплодов является
отделение связанной почвы. Для её осуществления применяют различные
конструкции моек. В процессе мойки активное трение воды о поверхность
продукта, перетирание корнеклубнеплодов и одновременное орошение и водой
позволяют получать требуемое качество очистки при сравнительно невысоких
затратах энергии и времени обработки. При этом могут использоваться
различные технические устройства и приспособления, интенсифицирующие
указанные процессы.
Серийно выпускаемые шнековые корнеклубнемойки ИКМ-5 и ИКС-5М
характеризуются рядом существенных недостатков, объясняемых
необоснованностью конструктивных параметров: неудовлетворительным
качеством отмыва при большой загрязненности продукта, сравнительно низкой
производительностью мойки, частым заклиниванием корнеплодов в рабочем
органе моечной машины.
Так, у серийно выпускаемой мойки ИКМ-5 диаметр кожуха шнека Дк =
430 мм, диаметр вала шнека d = 90 мм. При этом расстояние В (рис.1) от вала
шнека до кожуха определяется как
В=
Dê  d
2
и составляет 170 мм, тогда как диаметр кормовой свеклы, по данным Б.Н.
Синявского, равен 160-180 мм [2,3], а по данным В.И. Гаврюшина,
проводившего исследования в зоне Южного Урала, максимальный диаметр
корнеплода свеклы составил 220 мм [4].
Рисунок 1. Схема рабочего органа мойки корнеклубнеплодов
Предложенная нами мойка корнеклубнеплодов вибровинтового типа
(рис.2) включает моечную ванну 1, установленный в ванне вертикальный шнек
2, заключенный в кожух 3, вибратор 4, разгрузочное устройство 5, привод 6 и
гребенку 7 для подвода моющей жидкости. Все узлы машины установлены на
раме 8.
Машина работает следующим образом. Корнеклубнеплоды подаются в
заполненную моющей жидкостью ванну, где предварительно отмываются,
затем захватываются вращающимся и совершающим осевые колебания шнеком
и, транспортируясь вверх, подвергаются активному воздействию
вибрирующего в осевом направлении и вращающегося шнека, окончательно
отмываются водой, подаваемой через гребёнку.
Рисунок 2. Схема мойки корнеклубнеплодов вибровинтового типа:
где: 1 - ванна; 2 - шнек; 3 -кожух шнека; 4 - вибратор; 5 - кожух разгрузочного
устройства; 6 – привод; 7 - гребенка водораспределительная; 8 – рама.
Работу шнековой мойки можно рассматривать как состоящую из трех
последовательных процессов: забора продукта шнеком, перемещения его на
определенную высоту и разгрузки. В соответствии с этим в мойке можно
выделить три части: заборную, транспортирующую (моечную) и разгрузочную.
По нашему мнению, для эффективной работы машины необходимо,
чтобы
G ð  GÒ  G ç ,
где Gр, GT, Gз - производительность, соответственно, разгрузочной,
транспортирующей и заборной частей.
Анализ работы шнековых моечных машин показывает, что их
производительность ограничивается загрузочной частью, в то время как
транспортирующая и разгрузочная части, при условии осевой вибрации
рабочего органа, способны обеспечить производительность в несколько раз
более высокую, чем у ИКМ-5 и ИКС-5 М, при надлежащем качестве отмыва
продукта.
Характер движения массы в мойке, а следовательно, и эффективность
технологического процесса машины зависят от физико-механических свойств
обрабатываемого продукта.
Исходя из вышесказанного, рассмотрим последовательно все части
шнековой мойки.
1. Разгрузочная часть.
Наиболее эффективна круговая разгрузка, при которой диаметр
разгрузочной части шнека равен диаметру транспортирующей [5].
2. Транспортирующая (моечная) часть.
Исходя из максимального диаметра корнеплодов dк = 220 мм, расстояние
от вала шнека до кожуха (рис.1) определяется как
В= dк + dс = 220 + 15 = 235 мм,
где: dс - параметр, учитывающий возможную толщину слоя загрязнений
на корнеплодах.
Во избежание заклинивания корнеплодов в шнековом рабочем органе
мойки принимаем dс = 15 мм. Тогда диаметр кожуха шнека мойки
Dк=2В+d= 2 * 235 +80 = 550 мм.
Из условия прочности и устойчивости вала шнека принимаем d = 80 мм.
Наружный диаметр шнека
Dш= Dк- d=550 - 20 = 530 мм,
где: d= 20 мм - радиальный зазор между кожухом и шнеком (принимается
из конструктивных соображений).
Шаг винта определяем из условия непроскальзывания
корнеклубнеплодов вниз по ленте шнека при его вибрации, а также исходя из
геометрических размеров корнеклубнеплодов и минимальных затрат энергии
на перемещение продукта.
Условие непроскальзывания можно записать:
  arctg fм
где:  - угол подъема винтовой линии, град.; fм - коэффициент трения
скольжения корнеклубнеплодов по мокрой поверхности черной стали:
fм = (0,7-0,9)fo,
fo - коэффициент трения покоя корнеклубнеплодов по мокрой
поверхности черной стали.
Для картофеля fo =0,64-0,68, для сахарной свеклы fo =0,80-0,84. Таким
образом, исходя из условия непроскальзывания корнеклубнеплодов по ленте
шнека в момент их соприкосновения, шаг винта определится:
S Dø f ì =3,14*0,53*0,45=0,75 м
Результаты предварительных исследований показывают, что при
захватывании корнеклубнеплодов нижним витком шнека они всегда
распределяются на его ленте в один слой. Кроме того, поскольку с увеличением
шага винта повышаются затраты энергии на транспортирование [2], получим:
S=dк+Δ=220+30=250 мм,
где: Δ - зазор между витком шнека и корнеплодом мм.
Учитывая возможный слой загрязнений на корнеплодах и амплитуду
колебаний шнека (А = 5-10 мм), принимаем Δ = 30 мм.
С учетом этого принимаем S = 250 мм и рекомендуем для
транспортировки крупнокусковых продуктов, в частности корнеплодов,
принимать
S
= 0,50-0,53. В этом случае наиболее полно используется
Dê  d
межвитковое пространство шнека и минимальны для случая транспортировки
корнеплодов с максимальным диаметром (dк=220 мм) затраты энергии на
транспортировку продукта, что очевидно, поскольку затраты энергии прямо
пропорциональны шагу S шнека [2].
Винтовая поверхность шнека должна быть перфорированной, что
позволит снизить затраты воды на мойку, так как в этом случае она через
водораспределительные гребенки проходит сквозь отверстия в ленте шнека и
участвует в отмыве продукта, расположенного на нижележащих витках. Это
исключается в случае применения неперфорированного шнека, где вода с
витков стекает в зазор между шнеком и кожухом, не участвуя в отмыве
корнеклубнеплодов, находящихся на нижележащих витках.
На кожухе шнека, по всей его длине, следует установить по две
диаметрально противоположно друг другу водораспределительные гребенки,
смещенные относительно друг друга в вертикальной плоскости на величину
1
S . Такая схема предполагает подачу поступающей в мойку воды на каждый
2
виток шнека с двух сторон, то есть ее равномерное распределение по всей
длине шнека. Струи должны быть направлены перпендикулярно винтовой
поверхности по ее средней линии. Описанная схема установки
водораспределительных гребенок позволит исключить непроизводительные
потери воды в процессе мойки.
У серийно выпускаемых моек ИКС-5 М и ИКМ-5 весь объем воды,
подается |в зону полутора - двух витков, она сливается с этих витков в зазор
между шнеком и кожухом и практически не участвует в отмыве продукта на
нижележащих витках.
3. Загрузочная часть.
Очевидно, что при мойке и транспортировке крупнокусковых продуктов
вертикальным шнеком их забор возможен только снизу. Но у существующих
шнековых моечных машин, в частности у ИКС-5, загрузочная часть не
обеспечивает надлежащей загрузки и тем самым ограничивает их
производительность, в то время как транспортирующая и разгрузочная части
позволяют увеличить производительность мойки в несколько раз.
Известно несколько схем заборных устройств, увеличивающих
производительность загрузки [6,7]. Нами выбрано коническое заборное
устройство без зазора (рис.3).
Поскольку плотность корнеклубнеплодов близка к плотности воды,
ориентация их в воде произвольная и захват их шнеком носит вероятностный
характер. Чтобы увеличить эту вероятность, принимаем
Dз= 2λmax+d+δ=2*350+80+20+800 мм,
где: λmax =350 мм - максимально возможная длина корнеплода [3];
δ = 20 мм - радиальный зазор, назначаемый из условия свободного захвата
корнеплода шнеком заборного устройства.
Рисунок 3. Схема загрузочного устройства
Длину заборного устройства принимаем равной 1,5 S [6]. Такое заборное
устройство сможет захватывать корнеплоды при любой их ориентации в воде,
что позволит повысить его производительность по сравнению с ИКМ-5, где
захват обеспечивается в случае ориентации плода вертикально или по
направлению винтовой линии шнека. По предварительным экспериментам
производительность вибромойки в 1,5 раза выше, чем у ИКМ-5 [8].
Из анализа устройств моек корнеклубнеплодов можно сделать
следующие выводы.
1. Выпускаемые в настоящее время шнековые мойки корнеклубнеплодов
имеют ряд существенных конструктивных недостатков.
2. Предложена схема вибровинтовой шнековой мойки
корнеклубнеплодов.
3. Разгрузка шнековой мойки должна быть круговой.
4. Для мойки корнеклубнеплодов следует применять вертикальный
вибрирующий в осевом направлении перфорированный шнек с
конструктивными параметрами Dш= 530 мм; d = 80 мм; Dк= 550 мм; S = 250 мм.
5. Две водораспределительные гребенки необходимо устанавливать
диаметрально противоположно друг другу по всей длине кожуха, с
относительным смещением в вертикальной плоскости
1
S ; направление струй
2
моющей жидкости - перпендикулярно винтовой поверхности шнека.
6. Производительность мойки определяется заборной способностью
винта. Для забора продукта из моечной ванны следует применять коническое
заборное устройство с параметрами Dз=800 мм; d = 80 мм; λ=1,5 S; S = 250 мм.
Литература
1. Механизация и электрификация сельского хозяйства.
Межведомственный тематический сборник, вып. 28. – М. Ураджай. 1985 – с. 48
– 58.
2. Синявский В.Н. Машины и оборудование для обработки
корнеклубнеплодов. М.: Машиностроение, 1964.
3. Полохин П.В. Исследование процесса вибрационного отмыва
корнеклубнеплодов: Автореф. дис. канд. техн. наук. Челябинск, 1974, 27 с.
4. Гаврюшин В.И. Исследование работы свеклоуборочных агрегатов в
условиях Южного Урала: Автореф. дис. канд. техн. наук, Челябинск, 1974, 25с.
5. Гурьянов Ю.Г. Исследование процесса выгрузки зерна шнековыми
устройствами: Автореф. дис. канд. техн. наук. Саратов, 1972, 26 с.
6. Волков Ю.К. Исследование влияния заборной способности винта и
загрузочной части на производительность и энергоемкость шнека при
транспортировании сельскохозяйственных материалов: Автореф. дис. канд.
техн. наук. Саратов, 1972, 33 с.
7. Обертышев А.И. Исследование влияния загрузки и некоторых
параметров загрузочных устройств на работу винтовых транспортеров
сельскохозяйственного назначения: Автореф. дис. канд. техн. наук, Саратов,
1972, 25 с.
8. Михайленко П.И. Комплексная механизация процессов в
животноводстве Северного Кавказа: Алма-Ата, 1985.