САМООЧИСТКА РЕШЕТ ПРИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ РЕШЕТНЫХ СТАНОВ

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.