SELF-CLEANING A SIEVE AT VERTICAL VIBRATIONS SIEVE

Лапшин Н.П.

Кандидат технических наук, ФГОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья»

САМООЧИСТКА РЕШЕТ ПРИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ РЕШЕТНЫХ СТАНОВ

Аннотация

Изучены колебания системы решетный стан - решет. Установлено, что при условии «антирезонанса» колебания решетного стана прекращаются, а колеблется только решето. Этот режим позволяет снизить динамические нагрузки в зерноочистительной машине. Также режим «антирезонанса» способствует самоочистке решет от застрявших зерен.

Ключевые слова: решётный стан, решёта, самоочистка решет, колебания в продольно-вертикальной плоскости, амплитуда колебаний, «антирезонанс», «гашение» колебаний.

Lapshin N.P.

PhD in Engineering, Agriculture State University of Northern Zauralye

SELF-CLEANING A SIEVE AT VERTICAL VIBRATIONS SIEVE

Abstract

The article studies the fluctuations of sieve pan - a sieve. It was found that, subject to "anti-resonance" oscillations sieve terminated, and varies only sieve. This mode allows you to reduce the dynamic forces in the grain-cleaning machines. Also mode "antiresonance" promotes self-cleaning sieves of stuck grains.

Keywords: sieves, self-cleaning sieves, fluctuations in the longitudinal vertical plane, the amplitude of oscillation, "anti-resonance", "damping" vibrations.

Основу зерноочистительных агрегатов для послеуборочной обработки зерна составляют решетные машины с разделительными, зерновыми, подсевными и сортировальными решетами с прямоугольными или круглыми отверстиями. Решетные станы зерноочистительных машин совершают прямолинейные колебания или круговые колебания. К недостаткам решетных машин относят низкое качество очистки зерна, забиваемость решет, высокий уровень вибрации рам машин из-за неуравновешенных сил и моментов сил инерции.

Цель исследования. Изучение условий самоочистки решет колебаниями в вертикальной плоскости от застрявших зерен.

Методика исследования. Данное исследование произведено на модернизированной машине ОВС-25М. Решетный стан этой машины подвешен к раме с помощью четырех цилиндрических пружин растяжения, со следующими характеристиками: диаметр проволоки  - 4,5 мм, средний диаметр пружины – 24,2 мм, число витков – 34, длина пружины в свободном состоянии 160 м. Центр масс решетного стана расположен на одинаковом расстоянии от точек крепления пружин к решетному стану.

На решетном стане закреплен асинхронный электродвигатель 4РС80А8У3 с частотой вращения n=680 мин^-1. На оба конца вала электродвигателя установлены центробежные вибровозбудители. В решетный стан установлены решета с круглыми и прямоугольными отверстиями, решето с цилиндрическими перемычками.

Под действием центробежных сил вибровозбудителей решетный стан будет совершать колебания в продольно-вертикальной плоскости с амплитудой А₁, а решето как упругая система, будет совершать колебания в вертикальной плоскости с амплитудой А₂ (рис. 1). Для анализа такой системы примем следующие допущения: решетный стан и рама машины представляют собой абсолютно твердые тела, ось вращения дебаланса совпадает с центром масс решетного стана. Для упрощения анализа примем коэффициент жесткости рамы С₃=∞.

При колебаниях на решетный стан действуют центробежные силы вибровозбудителя Fcos ωt, упругие силы пружин-подвесок С₁y₁ и упругие силы, возникающие от деформации решета С₂(y₁-y₂). На решето действует упругая сила С₂(y₂-y₁). Движение такой системы описываются дифференциальными уравнениями [1]

	(1)
	(2)

где m₁ и m₂ – массы решетного стана и решета;

С₁ и С₂ – коэффициенты жесткости упругих связей решетного стана и решета.

F – центробежные силы возбудителей:

(3)

m_d – масса дебаланса;

ρ – расстояние от оси вращения дебаланса до его центра масс;

ω - угловая скорость вибровозбудителя (круговая частота колебаний решет-ного стана).

Из уравнений (1), (2) находятся частоты собственных колебаний системы решетный стан – решето

(4)

и амплитуды вынужденных колебаний решетного стана А₁ и решета А₂ [1]

	(5)
	(6)

На рис. 2 приведены зависимости амплитуд колебаний решетного стана А₁ и решета А₂ с прямоугольными отверстиями 2,0Х16 мм от частоты ω. Частоты собственных колебаний, полученные из выражения (4), р₁=11,71 рад/с и р₂=50,25 рад/с. При этих частотах наблюдаются первый и второй резонансы системы решетный стан – решета.

При С₂=m₂×ω² числитель в выражении (5) равен нулю, амплитуда колебаний решетного стана А₁ также равна нулю и его движение прекращается несмотря на то, что вибровозбудители продолжают работу. Это явление в технике называют «антирезонансом», а решето в решетном стане играет роль «гасителя» колебаний. Вместо колебаний массивного решетного стана колеблется только решето. Это позволяет снизить динамические нагрузки в машине.

Оценка забиваемости решет производилась следующим образом. Включался электродвигатель машины и на первое решето Б₂ с круглыми отверстиями Ø5 мм подавалась зерновая смесь с пятипроцентным содержанием необмолоченных зерен пшеницы, склонных к заклиниванию. Размер таких зерен на 5…10% больше размера отверстия решета. Затем подача зерна прекращалась, смесь сходила с решета и выключался электродвигатель. На решето накладывался шаблон с площадью отверстия В_о=(100Х100) мм. В этом шаблоне подсчитывалось количество заклинившихся в отверстиях решета зерен и находилась общая площадь заклинившихся зерен В₁. По отношению В₁/В_о находился коэффициент заклинивания К_б.

Рисунок 1 – Схема решетной зерноочистительной машины с тремя колеблющимся массами

Затем последовательно испытывались на забиваемость сортировальное решето Г с круглыми отверстиями Ø3 мм, подсевное решето В с прямоугольными отверстиями 2,0Х16 мм, сортировальное решето Г с цилиндрическими перемычками 2,2Х65 мм. Результаты исследования, которые проводились с угловой скоростью вращения дебалансов ω=71,17 рад/с, амплитудой колебания решетного стана А₁=(0,5…1,0) мм, амплитудой колебаний решет А₂=(4,2…4,5) мм, углом наклона решетного стана a=14^о. Обрабатываемая культура – пшеница.

Были проведены испытания на забиваемость решет на втором решетном стане зерноочистительной машины ОВС-25. Решетный стан крепился к раме машины на четырех стальных подвесках круглого сечения и получал движение от электродвигателя, ременной передачи и дебалансного устройства, установленного на вертикальной оси. Решетный стан совершал движение со следующими параметрами: радиус круговых колебаний R=6 мм, круговая частота колебаний ω=48,57 рад/с, угла наклона α=9^о.

Выводы. При колебаниях решетных станов в продольно-вертикальной плоскости возникают колебания решет в вертикальной плоскости, которые на определенном режиме способны «гасить» колебания решетных станов.

Явление гашения колебаний массивных решетных станов следует использовать дня снижения сил инерции и вибрации машин, а колебания решет следуют использовать для выполнения технологического процесса.

При колебаниях решет с круглыми отверстиями и решет с цилиндрическими перемычками в продольно-вертикальной плоскости наблюдается самоочистка от застрявших зерен. Использование решет с прямоугольными отверстиями при колебаниях в продольно-вертикальной плоскости не рекомендуется.

При круговых колебаниях решет в горизонтальной плоскости необходима принудительная очистка решет.

Рисунок 2 – Зависимость амплитуд колебаний решетного стана А₁ и решета А₂ от частоты возбуждения

1 – Зерновые решета Б₂ Ø5 мм; 2 – сортировальные решета Г Ø3 мм; 3 – подсевные решета В 2,0Х16 мм; 4 – сортировальные решета Г с цилиндрическими перемычками 2,2Х65 мм

Рисунок 3 – Коэффициенты забиваемости решет с различной формой отверстий, геометрией перемычек и направленности колебаний

Литература

1. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник в трех томах. Том 3./под ред. И.А. Бергера, Я.Г. Пановко. – М.: Машиностроение, 1988. – 669 с.
2. Лапшин И.П., Косилов Н.И. Расчет и конструирование зерноочистительных машин – Курган: ГИПП «Зауралье», 2002. – 168 с.
3. Лапшин И.П., Амосов Г.И., Лапшин Н.П. Исследование частот собственных колебании решетных полотен зерноочистительных машин / Экология – Здоровье – Безопасность жизнедеятельности: Материалы региональной научно-практической конференции, посвященной 60-летию образования Курганской области. – Курганский научный центр МАНЭБ, 2002. – С.197-200.

References

1. Prochnost', ustojchivost', kolebanija. Spravochnik v treh tomah. Tom 3./pod red. I.A. Bergera, Ja.G. Panovko. – M.: Mashinostroenie, 1988. – 669 s.
2. Lapshin I.P., Kosilov N.I. Raschet i konstruirovanie zernoochistitel'nyh mashin – Kurgan: GIPP «Zaural'e», 2002. – 168 s.
3. Lapshin I.P., Amosov G.I., Lapshin N.P. Issledovanie chastot sobstvennyh kolebanii reshetnyh poloten zernoochistitel'nyh mashin / Jekologija – Zdorov'e – Bezopasnost' zhiznedejatel'nosti: Materialy regional'noj nauchnoprakticheskoj konferencii, posvjashhennoj 60-letiju obrazovanija Kurganskoj oblasti. – Kurganskij nauchnyj centr MANJeB, 2002. – S.197-200.