Для сдачи тестов, рубежного контроля, а также закрепления материала используйте браузеры MS Internet Explorer, Mozilla Firefox, Chromium
    Главная страница электронного учебника
    Содержание дисциплины

    Механизация измельчения грубых кормов
    Содержание дисциплины

    Основы теории и расчет машин для очистки и мойки корне-клубнеплодов

    Учебная тема
    Основы теории и расчет машин для очистки и мойки корне-клубнеплодов

    ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТ МАШИН ДЛЯ ОЧИСТКИ И МОЙКИ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ

    План

      1. Классификация моечных машин, требования к ним. Технологические схемы работы.
      2. Расчет основных параметров центробежных моек.
      3. Расчет основных параметров шнековых моек.
      4. Контрольные вопросы.
      5. Дополнительная литература.

      1. Классификация моечных машин, требования к ним, технологические схемы работы

    Моечные машины предназначены для отделения от корнеклубнеплодов свободной и прилипшей земли, тяжелых (камни, железные детали т.п.) и легких (солома, ботва, пни и т.п.) включений.

    Степень загрязненности корнеклубнеплодов оценивается по каждому виду загрязнений в отдельности, так как способы их удаления различны и основаны на разности плотностей загрязнений, корнеплодов и воды. Тяжелые включения сразу тонут, свободная и прилипшая земля остается взвешенной в потоке воды и частично оседает на дно ванны, корнеклубнеплоды постоянно взвешены в потоке воды, легкие примеси плавают на поверхности. Для любого типа загрязнений степень загрязненности

    ,

    где – масса загрязнений в порции корнеклубнеплодов;

    Pk – масса абсолютно чистых корнеклубнеплодов в данной порции.

    Никакая машина не может на 100 % отделить землю, поэтому оценивают остаточную загрязненность:

    ,

    где – масса оставшихся после мойки загрязнений в порции корнеклубнеплодов.

    Отделение тяжелых включений, как правило, производится в потоке воды и основано на различной траектории оседания клубней и камней. В зоне оседания камней делают люк, а клубни проплывают над ним. Легкие примеси, всплывающие на поверхность воды, удаляют из моечной ванны механически или вымываются потоком воды, переливающейся через борт ванны.

    Процесс отделения почвы от корнеклубнеплодов можно разделить на отмокание, оттирание и ополаскивание.

    По принципу работы корнеклубнемойки могут быть периодического и непрерывного действия, по конструкции – центробежные (дисковые). Винтовые и барабанные. Наибольшее распространение получили центробежные и барабанные.

    К моечным машинам предъявляют следующие требования:

      1. Универсальность по отношению к различным видам корнеклубнеплодов.
      2. Высокое качество отделения примесей при минимальном расходе воды и максимальной производительности.
      3. Возможность механизации загрузки и выгрузки корнеклубнеплодов и отдельных загрязнений.
      4. Регулирование времени пребывания корнеклубнеплодов в мойке в зависимости от загрязненности.
      5. Хороший доступ к рабочим органам для их очистки, замены и регулировки.

    Технологические схемы корнеклубнемоек (дать по плакатам).

      1. Расчет основных параметров центробежных моек

    Центробежные мойки, применявшиеся в агрегате КН-3 и мойке-резке МРК, основаны на перемешивании и перетирании корнеклубнеплодов с одновременным обмыванием под душем. Движение корнеклубнеплодов сообщается диском, на котором они помещены а тормозящее действие они испытывают со стороны неподвижной стенки моечной камеры.

    Для того чтобы корнеклубнеплоды переместились по моечному диску к его периферии, необходимо соблюдение неравенства

    mw 2r> mgf

    т.е. центробежная сила должна быть больше силы трения корнеклубнеплодов по диску. Учитывая, что

    ,

    можно определить частоту вращения диска

    ,мин-1,

    где f – коэффициент трения корнеклубнеплодов по стали;

    r – радиус начала движения продукта, м;

    m – масса продуктов на диске, кг.

    Сила, с которой корнеклубнеплоды будут давить на стенку камеры,

    Эта сила будет равномерно распределенной по всей контактирующей поверхности камеры. Целесообразно для интенсивного перемешивания соблюдать равенство активной и тормозящей сил

    Для этого необходимо, чтобы кинематический фактор

    Подставляя значение угловой скорости, определим частоту вращения диска:

    мин-1 ,

    где r1 – средний радиус призмы вращения.

    Силу давления на выгрузную заслонку можно определить по выражению (1), где массу m необходимо определять по тому количеству корнеклубнеплодов, которое находится на ее поверхности.

    , кг,

    где b – ширина заслонки;

    ρ – насыпная масса клубней.

    Производительность центробежной мойки:

    кг/с,

    где β = 0,3…0,4 – коэффициент заполнения моечной камеры;

    t = 60…90 с – продолжительность пребывания корнеплодов в мойке;

    V – объем моечной камеры

    , м3 ,

    где H – высота камеры.

    Если задаться соотношением Н/Д = Км, можно определить диаметр моечной камеры

    .

    В центробежных мойках типа ЗПК-4, АЗК-3, F-405 моечная камера заполнена водой и диск, расположенный в ее нижней части, служит активатором воды. Корнеклубнеплоды с камнями попадают во вращающийся в камере поток воды. Для упрощения рассмотрим движение тела в горизонтальном прямолинейном потоке воды.

    На тело действуют силы тяжести

    Н,

    гидростатического давления

    Н,

    гидродинамического давления

    Н,

    сопротивления погружению

    Н

    и инерции

    , ,

    где ρт и ρ – плотность, соответственно, погружаемого тела и воды;

    • Vв – скорость потока воды;
    • F0 миделево сечение тела;
    • с – скорость лобового сопротивления.

    Спроектируем все силы на оси координат:

    ;

    .

    Перед нами дифференциальные нелинейные уравнения второго порядка. Их решения:

    где Vох и Vоy – проекции начальной скорости тела на оси координат,

    – скорость витания тела в жидкой среде с плотностью ρ.

    Во втором уравнении первое слагаемое под логарифмом существенно меньше второго, поэтому им можно пренебречь. Тогда

    Откуда продолжительность падения тела на глубину y = н

    Используя уравнения, можно определить горизонтальные смещения корнеклубнеплодов и камней и соответственно разместить люк для их улавливания. Разность горизонтальных смещений корнеклубнеплодов и камней регулируется глубиной потока.

    Скорость витания в воде картофеля 0,35…0,45 м/с, сахарной свеклы 0,15…0,25 м/с, камней 0,6…0,9 м/с.

      1. Расчет основных параметров шнековых моек

    Шнековые мойки отличаются тем, что в них одновременно с отмыванием корнеклубнеплодов происходит транспортирование. Шнековые мойки могут быть вертикальными, наклонными и горизонтальными. В сельскохозяйственном производстве получили распространение вертикальные и наклонные шнековые мойки, поскольку, как правило, транспортирование связано с подъемом материала для загрузки его в запарочный чан, в измельчитель и т.п.

    Производительность шнековых моек можно определить по формуле:

    ,

    где Д – диаметр шнека, м;

    • d – диаметр вала, м;
    • ρ – насыпная плотность, кг/м3;
    • kз – коэффициент заполнения шнека, kз = 0,3…0,4;
    • Vоср – средняя скорость материала вдоль оси шнека, по экспериментальным данным Куцына Л.М.

    ,

    где S – шаг шнека, м;

    • n – частота вращения шнека, мин-1 ;
    • m – опытный коэффициент при отношении S/Д = 0,5…0,6 и n = 200…300 мин-1 m = 1,5…1,8. Причем большим значениям S и n соответствуют меньшие значения коэффициента m.

    Продолжительность мойки зависит от вида и величины загрязнений и определяется экспериментально.

    Рассмотрим условия работы вертикального шнека.

    При вращении кромки шнека справа налево сила трения, действующая на частицу со стороны витка шнека будет направлена по касательной к витку против относительного движения частицы по витку – влево. Под действием центробежной силы I частица прижимается к кожуху шнека. Поскольку виток шнека стремится перемещать частицу по направлению своего вращения, сила трения о кожух Fк будет направлена против движения кромки шнека.

    Перемещение частицы вверх будет осуществляться в том случае (она не будет вращаться вместе с витком), если сила трения о кожух будет больше суммы сил, препятствующих ей:

    Fk > Fш + G sin α,

    где α – угол подъема винтовой линии; сила трения о кожух шнека:

    .

    сила трения частиц о виток шнека

    ,

    сила тяжести

    ,

    где - частота вращения шнека;

    f и f1 – коэффициент трения материала о виток шнека и кожух соответственно.

    Тогда

    > ,

    откуда

    > .

    Если это неравенство не будет соблюдаться, частица будет увлекаться витками шнека и транспортирования не произойдет. Как видно из неравенства, для уменьшения частоты вращения вертикального шнека необходимо, чтобы коэффициент трения материала о витки был минимальным, а о кожух – максимальным.

     

    При наклонном шнеке условия транспортирования выразятся аналогичным неравенством

    >,

    где φ – угол наклона шнека к вертикали.

    Необходимо отметить, что шнек работает как наклонный до тех пор, пока частицы удерживаются на витках, не скатываясь с них, и приобретают в связи с этим центробежное ускорение. Это обеспечивается при ψ - α < φ (виток наклонен слева направо).

    Контрольные вопросы.

    1. Назовите способы очистки корнеплодов от загрязнений и основные требования, предъявляемые к моечным машинам.

    2. Как согласовываются по величине противоположно направленные сила инерции и сила трения в барабанных и центробежных корнеклубнемойках для обеспечения качественной работы мойки?

    3. Как изменяется подача корнеклубнеплодов в шнековых мойках (наклонной и вертикальной) с изменением частоты вращения винта шнека?

    4. На преодоление каких сопротивлений в шнековых мойках расходуется мощность на привод шнека?

    Дополнительная литература

    Терпиловский К.Ф., Нагорский И.С., Рунцо А.А. К разработке технологий механизированного кормоприготовления. В кн. Вопросы технологии механизированного сельскохозяйственного производства, т. 2, -Мн.: Урожай, 1964.

    - Содержание дисциплины

    Механизация измельчения грубых кормов

    Закрепление материала
    Тестирование материала
    Содержание дисциплины

    Основы теории и расчет машин для измельчения корне-клубнеплодов