Лабораторна робота № 1 Тема: «Машини для сепарування продуктів обрушення круп’яних культур»

Мета роботи: 1. Ознайомлення з процесом круповідокремлення, видами, будовою та конструктивними особливостями машин які використовуються на сучасних крупозаводах;

2. Ознайомлення з класифікацію машин за функціонально-технологічним ознакам;

Загальні відомості

Сепарування в технологічних процесах крупозаводів, крім очистки круп’яних культур, широко застосовується для калібрування зерна за крупністю на декілька фракцій, виділення дрібних частинок з продуктів обрушення, відокремлення обрушених зерен від не обрушених (круповідокремлення) та ін.. В останній час на закордонних підприємствах, в основному при переробці рису було розпочато використання сепарування за кольором на основі фотоелектронних сепараторів.

При ситовому сепаруванні на круп’яних заводах використовують штамповані сита з круглими, прямокутними та трикутними отворами, а також металоткані сита. При сепаруванні в трієрах та круповідокремлювачах – коміркові поверхні. При використанні пневмосортувальних столів – металоткані сітки особливо щільного плетення, а при віброударному сепаруванні – спеціальні канали з плоским днищем та відбивними стінками. Для відокремлення лежких фракцій використовують повітряні сепаратори та аспірацій ні колонки. Калібрування зерна (розділення на фракції) має декілька цілей:

• Для близьких за розмірами зерен можна більш точно підібрати робочий зазор в обрушувальних машинах, що значно підвищить ефективність обрушення;

• Після обрушування забезпечується більш ефективне відокремлення суміші обрушених та не обрушених зерен;

• Каліброване зерно можна більш ретельно очистити від домішок та провести більш ефективну гідротермічну обробку.

Для калібрування зерна використовують крупо сортувалки та розсіви; перевага крупо сортувалок – велика точність калібрування, а недолік – мала продуктивність. Переваги розсіві базуються на їх високій продуктивності, можливості регулювати їх кінематичні параметри (ексцентриситет та частоту коливань), що значно підвищує ефективність сортування.

При переробці вівса в крупу для калібрування зерна використовують трієри. Трієри також застосовують при послідуючому відокремлення суміші обрушеного та не обрушеного насіння.

Під час обрушування зерна отримують суміш різноманітних фракцій. Основна – обрушене зерно або ядро.

Процес відокремлення обрушених та не обрушених зерен називають круповідокремленням. Застосовується при переробці тих культур, у зерна яких зовнішні плівки (оболонки), що видаляються при обрушенні, не зрослись з ядром: рису, вівса, гречки та проса. В цьому випадку в продуктах обрушення будуть присутні тільки повністю обрушені та повністю не обрушені зерна, що дозволяє теоретично та практично виконати їх відокремлення.

Відокремлення суміші обрушених та не обрушених зерен можна здійснити на основі різниці їх фізико-механічних властивостей. Перед усім не обрушені зерна та ядра можуть відрізнятися розмірами, довжиною та комплексом інших властивостей. Природно, що для розділення використовують ту ознаку, різниця в якій більш суттєва.

Наприклад, гречку можна відокремити за розмірами на просію вальних та крупо сортувальних машинах, розсівах та ін.. Овес, рис за довжиною – на трієрах. Рис, овес, просо, гречку за сукупністю фізико-механічних властивостей на круповідокремлюючих та падді-машинах.

Чим більша різниця в розмірах зерен та ядер, тим ефективніше їх можна відокремити. У більшості культур ця відмінність невелика, лише в гречки вона значно суттєва, причому в більшій мірі – в діаметрі описаної окружності. Ця відмінність, складає як правило, не менше 0,5 мм. В зерновій масі розміри окремих частинок коливаються від 3 до 5 мм. то є різниця в розмірах значно більше ніж 0,5 мм. Тому після обрушення лишаються дрібні не обрушені зерна, що мають розмір ядер крупних зерен. Відповідно в цьому випадку повне розділення зерен неможливе.

Щоб відокремлення стало можливим, необхідно знизити різницю в розмірах не обрушених зерен, розділивши зерно на фракції на ситах з круглими отворами. На практиці для розділення зерна на фракції використовують сита з отворами Ø 4,5 – 4,2 – 4,0 – 3,8 – 3,6 – 3,3 мм. Різниця в розмірах зерна в цьому випадку не перевищує 0,2 – 0,3 мм. Тому перед обрушенням необхідно ретельно провести фракціювання гречки за розмірами.

Крупо сортувальні машини розділяють суміш обрушених та не обрушених зерен на основі різниці фізико-механічних властивостей, що визначають можливість само сортування суміші в процесі руху по робочим поверхням, при якому в нижньому шарі переважно занурені обрушені зерна, а у верхній спливають – не обрушені. До таких машин можна віднести перед усім падді-машини, круповідокремлювачі з плоскими комірчастими поверхнями фірми «Сатаке» (Японія). Аналогічні машини марки А1-БКО були створені та випускалися вітчизняними машинобудівниками. В цих машинах робочий процес складається з двох стадій: само сортування (розшарування суміші) та відокремлення верхнього та нижнього слоїв на дві чи більше фракцій.

Ефективність процесу круповідокремлення визначають продуктивністю Q, або навантаженням на один канал, або на 1 м² сортувальної поверхні, виходом основного продукту, чистотою основного продукту та коефіцієнтом видалення ядра.

Продуктивність визначають по вихідному продукту, що подається за одиницю часу. При знятті балансу продуктивність контролюють за сумарною масою всих продуктів що отримуються.

Коефіцієнт видалення ядра (η) знаходять зі співвідношення виходу основного продукту (q_o, кг/год) до продуктивності машини (Q кг/год),

Встановлено, що оптимальне значення коефіцієнта видалення ядра складає 80 – 85 %.

Навантаження на один канал розраховують шляхом ділення продуктивності Q машини на число сортувальних каналів, а навантаження на 1 м² сортувальної поверхні – шляхом ділення на її площу F_c.

Для оцінки ефективності відокремлення продуктів обрушення існує ряд методик та встановлених залежностей, однак найбільш повно процес відокремлення характеризується в роботах Е. М. Мельникова.

, (1.1)

. (1.2)

де, К та Н – концентрація, відповідно обрушених та не обрушених зерен у вихідному продукті, %;

А та В – виходи фракцій, що містять переважно обрушені (А) та не обрушені зерна (В), (А + В = 100%).

В формулі (1.1) перший множник характеризує кількісну сторону процесу – співвідношення кількості відокремленої фракції до вмісту обрушених зерен у вихідній суміші. Другий – якісну сторону процесу. В чисельнику показано підвищення концентрації обрушених зерен в продукті А, а в знаменнику – максимально можливе підвищення такої концентрації.

Формула (1.2) відноситься до не обрушених зерен.

Баланс обрушених (не обрушених) зерен має вигляд:

.

Класифікація машин для сепарування круп’яних культур відображає їх функціональне призначення з прикладами культур, що обробляються, їх принцип роботи та конструктивні особливості, в основному, робочих органів.

Падді-машини. На різних стадіях технологічного процесу, таких, як розділення обрушених та не обрушених зерен рису, вівса, проса, виділення ячменю з вівса, виділення спориньї, дикої редьки, часнику, каменів, пророслих та недоброякісних зерен із зерен основної культури у вітчизняній та закордонній промисловості використовують машини з відбивними стінками – так звані падді-машини.

Робочий елемент сортувального столу падді-машини (див. рис. 1.1) – це зигзагоподібні канали. В машинах виробництва Німеччини, широко розповсюджених на вітчизняних підприємствах, кількість таких каналів коливається від 10 до 39. Робочий канал утворюється відбивними стінками, розташованих під кутом α = const до поздовжньої вісі каналу та плоским днищем, ломаним в зоні приймання продукту таким чином, що в нижній частині каналу днище має кут нахилу до горизонту β_н, а у верхній – β_в. В сучасних конструкціях β_в > β_в.

Вібрація – найбільш розповсюджений вид механічного впливу на сипучий матеріал при його сепаруванні на хлібоприймальних і зернопереробних підприємствах. За допомогою вібрацій виконується основна задача сепарування – переміщення часток фракцій, що розділяються, в різні області робочого простору. Крім цього, вібрації застосовують для подачі вихідної суміші до робочого простору, для транспортування проміжних продуктів від одного робочого органу до іншого і для виводу отриманих фракцій з місць їх концентрації до робочого простору.

При вібраціях опорної та бокових поверхонь, що обмежують сипуче тіло, силові імпульси від часток крайнього шару передаються вглиб, постійно зменшуючись внаслідок розсіювання енергії. В більшості випадків фізична характеристика часток дозволяє не враховувати силу їх взаємного тяжіння і розглядати зв’язки як не утримуючі. Таке припущення стає неприйнятним для дуже мілких часток, часток з поверхневою вологою, що несуть електричні заряди, або металомагнітних часток в магнітному полі.

Сила, яку можна передати частці від суміжних часток або від обмежуючих сипуче тіло твердих поверхонь, визначається умовами зв’язку і залежить від напрямку передачі цієї сили. Якщо умови зв’язку не дозволяють передати частці силу, необхідну для її прискорення, яким володіє обмежуюча поверхня, то відбувається відносний рух цієї частки. Для часток з різними фізико-механічними властивостями або, які розташовані в різних точках сипучого тіла, умови зв’язку різні, а тому різні і прискорення, при яких починається і відбувається їх відносний рух.

Рис. 1.1. Розділення зернових сумішей по пружності, коефіцієнту тертя та щільності (сортувальний стіл падді-машини)

Внаслідок руху часток відносно одна одної відбувається розпушування і збільшення обсягу сипучого тіла в напрямку вільної поверхні. Так виникають умови для самосортування, тобто спрямованих в середньому переміщення відмінних властивостями часток в різні ділянки обсягу, що зайнятий сипучим тілом.

Якщо спрямоване в середньому переміщення всіх часток сипучого тіла однакове відносно обмежуючих поверхонь, то кажуть, що сипуче тіло рухається потоком, і основною характеристикою цього руху, що називається подачею, вважають середню швидкість часток вздовж опорної поверхні. Таким чином, дія вібрації на сипуче тіло проявляється в розпушенні і самосортуванні цього тіла з одного боку і в подачі, що забезпечує неперервність процесу, з іншого боку.

Ефективність процесу сепарування на падді-машинах складає 95 – 97 %, також на цих машинах можна проводити очищення насіння дрібнонасінневої групи таких як просо та ін.

Види виконань падді-машин. Найбільш сучасні падді-машини випускаються фірмами Бюлер (Швейцарія), Шуле та ММВ (Германія). На протязі багатьох років великі підприємства нашої держави оснащувалися падді-машинами фірми ММВ, удосконалені моделі яких виробляються і на сьогоднішній день. В теперішній час Хорольський механічний завод спільно з об’єднанням „Агросимашбуд” освоїв виробництво падді-машин МСХ продуктивністю до 1700 кг/год, призначених для сортування продуктів обрушування зерен з гречаної, рисової, вівсяної круп, відокремлення дикої редьки, спориньї, недоброякісного зерна з технологічною ефективністю 92 – 96 %. Машина МСХ створена з врахуванням основних конструктивних рішень машин типу ТА/1. Падді-машини є найбільш ефективними в процесі сепарування продуктів обрушування як по виділенню обрушених зерен, що досягає 98 %, так і по чіткості сепарування колінчатий вал, тобто по вмісту чистого ядра в фракції не обрушених зерен. Хоча машинобудівники країн СНД тільки починають освоєння машин цього типу, в наукових організаціях Росії проведені серйозні дослідження по вивченню цього способу сепарування (МГПУ, Російський інститут зерна). В результаті розроблені теоретичних перед посилань, виявлені основні фактори та параметри, що впливають на ефективність процесу, що дозволило розробити рекомендації по удосконаленню окремих елементів їх конструкції. На рис 1.3. представлений загальний вид машин ТА/1 (фірма ММВ, Германія) та МСХ-М (Хорольський механічний завод, Україна).

Рис 1.2. Падді-машини (загальний вигляд): а)-ТА/1; б)-МСХ-М

Робочий елемент сортувального стола падді-машини (рис 1.1.) – це зигзагоподібні канали. В машинах виробництва фірми ММВ, широко розповсюджених на вітчизняних підприємствах, кількість таких каналів може змінюватися від 10 до 78.

Як бачимо на рисунку, конфігурація каналу в плані – це сукупність робочих елементів трапецеїдальної форми та ділянок паралелограмної форми, що послідовно чергуються.

Закордонними фірмами падді-машини виготовляються одинарного та подвоєного виконання. Найбільш перспективні одинарні падді-машини, в якості прикладу розглянемо машини фірми ММВ-ТА/1. Падді-машина складається з основних конструктивних груп:привода, колінчатого вала, нижньої частини станини, сортувального стола з приймально-розподільною коробкою та пристрою для регулювання кута нахилу столу.

Приймально-розподільний пристрій для подачі продуктів на всі яруси та канали розташований на середині сортувального стола по всій довжині машини. Розподільна коробка в поздовжньому напрямку поділена на два відділення, кожне з яких має клапани, що розподіляють поданий продукт по всій довжині. Через отвори в поздовжній перегородці продукт потрапляє в друге відділення коробки. Для досягнення рівномірного попереднього дозування ці отвори регулюють заслінкою.

Сортувальний стіл в відповідності з типорозмірами машин має один, два чи три яруси (поверхи), в яких канали розташовані поруч. В випадку коли машина має один чи два яруси, продукт потрапляє на верхній ярус. На нижній ярус при двох ярусному столі продукт направляється через трикутні площадки відбійників. В випадку триярусного стола продукт поступає з приймально-розподільної коробки в спеціальний пристрій, що розташований над верхнім ярусом та відокремлене поперечними стінками. В ньому передбачені отвори, через які продукт поступає безпосередньо на верхній ярус та через вертикальні канали (пустоти) – на середній та нижній яруси. В випускних пристроях збирається продукт з окремих каналів, який виводиться за межі машини з бокових сторін.

Сортувальний стіл повертається вздовж поздовжньої вісі. Таким чином, досягається регулювання виходу фракції, тобто зміна кута нахилу робочих каналів. Аспірація падді-машини виконується через повітропроводи. Подача продукту та аспіріція виконується через гнучкі металічні рукави.

Вибір необхідного числа коливань залежить від матеріалу, що сепарується та підбирається оператором.

Регулювання числа коливань може виконуватися на ходу машини за допомогою ручного маховика. Максимальне число коливань сортувального стола складає 110 ход/хв. В останніх моделях машин встановлені датчики та табло з цифровою індексацією числа ходів (коливань).

Падді-машини МСХ-М по технології, робочим органам, основним механізмам, пристроям регулювання аналогічні машинам ТА/1, але на відміну від машин ТА/1 машини МСХ-М не мають електронних датчиків числа ходів та кута нахилу сортувального стола. Також відмінність в цих машинах є в приводі, в машині МСХ-М привід сортувального стола виконується від електродвигуна через маховик з ексцентриком, амплітуда коливань сортувального столу змінюється шляхом зміни положення ексцентрика. В машині ТА/1 привід сортувального столу здійснюється від електродвигуна через клинопасову передачу.

Крупосортувальна машина А1-БКГ-1 – двоярусна, призначена для сортування зерна на фракції, розділення продуктів обрушення та контролю пшона та вівсяної крупи. Продукт який сортується розділяють на фракції: смітні домішки, крупа та подрібненні частинки з мучкою.

Станина має дві боковини 3, що скріплені чотирма перемичками 31 (рис. 1.3). До станини підвісками 18 кріпляться дерев’яні ситові корпуси: верхній 6 та нижній 4. В кожному ситовому корпусі розташовані три змінні ситові рами 14 з пробивними ситами та металічним піддоном 32. Верхній корпус облаштований патрубком 30 для відводу сходу (крупної домішки) та лотком 29 для подачі проходового продукта (крупа, мучка). Ситові корпуси через ексцентрик 33 та тяги 21 отримують зворотно-поступальний рух від головного валу 28, що приводиться в рух від електродвигуна 23 через клинопасову передачу 22.

Сита очищають щітковим механізмом, що складається з рами 13 з шістьма щітками 12 та кривошипно-шатунного механізму 11, що приводиться в рух від головного валу через клинопасову передачу 20 та двоступінчастий циліндричний редуктор 17. Щіткові рамимпересуваються на роликах 15 по направляючим 16, що кріпляться на боковинах станини.

Рис. 1.3. Крупосортувальна машина А1-БКГ-1

Зовні машина закрита кожухом, що складається з верхньої обшивки 26, двох боковин 24 та двох огорож 7 та 19. На кожній боковині кожуха зроблені по двоє дверцят 25, а на огорожах 7 та 19 – по одній дверці 5. У верхній частині рами встановлений живильник 8 з вантажним клапаном 10, двома приймальними патрубками 27 та аспірацій ними патрубками 9.

Крупа подається через приймальні патрубки по всій ширині та потрапляє на сито верхнього корпуса. В процесі руху крупа просіюється через отвори сита та потрапляє на піддон, а крупні смітні домішки йдуть сходом через випускний патрубок та виводяться з машини. Прохід через випускний лоток попадає на сито нижнього кузова. Тут крупа йде сходом і через патрубок виводиться на зовні. Подрібнена крупа та мучка проходять через отвори сита і далі по піддону направляється на вихідний патрубок.

При налаштуванні машини регулюють кут нахилу корпусів, підбирають необхідний розмір отворів сит, регулюють висоту щіток та подачу продукту. Кут нахилу ситових корпусів регулюють змінюючи довжину підвісок за допомогою гайок. Для зміни висоти щіток підіймають чи опускають направляючи. За степенем зношування щіток направляючи переміщують до верху.

Появу засміченого продукту усувають заміною пошкоджених сит та ліквідацією зазорів між ситовою рамою та корпусом. При недостатній очистці сит піджимають очисники. Аналогічні машини декілька меншої продуктивності випускає об’єднання «Марійогромаш» для крупозаводів невеликої потужності.