РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ
КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ
ДВОХБАРАБАННОГО ҐРУНТОВОГО СЕПАРАТОРА
2.1. Передумови створення ґрунтового сепаратора
прутково-барабанного типу
Ефективність робочого процесу сепарації визначається його сепаруючою здатністю,
яка характеризується коефіцієнтом сепарації h. Складність процесів, що
відбуваються на робочій поверхні сепаруючого робочого органу, не дозволяє з
достатньою точністю їх описати математично. Найбільш близьким математичним
виразом просівання ґрунту на прутковому елеваторі є формула [52]
де Le – довжина елеватора;
а – коефіцієнт, що характеризує швидкість просівання ґрунту в залежності від
його фізичного стану;
b – коефіцієнт, що залежить від завантаження і місця розташування робочого
органу в технологічній схемі.
Відсутність універсальної формули для розрахунку сепаруючого робочого органу і
технологічних параметрів його роботи пояснюється також їх різноманітністю і
нестабільністю фізико-механічних властивостей оброблювального ґрунтового
середовища. Описуючи процес сепарації, необхідно враховувати дві складові:
“звичайну” – сепарацію робочим органом і “активізовану” – спричинену
допоміжними пристосуваннями.
Запропоновано складний рух технологічної маси. Проходить “кипіння”
технологічної маси, що спричиняє переміщення мілких частинок до робочої
поверхні сепаратора.
Для визначення сил взаємодії між прутками і компонентами технологічної маси
використання коефіцієнтів, визначених рядом авторів [52,54,58], не дає бажаного
результату. Це пояснюється тим, що дослідження поведінки компонентів
проводились на площині. В нашому випадку потрібно оперувати коефіцієнтами
тертя, тертя–ковзання, тертя–кочення, які б визначалися на прутках циліндричних
барабанів під час їх обертання. Таким чином можливо прослідкувати за процесом в
залежності від розмірів, ваги, і стану технологічної маси.
На підставі вищевикладеного та 1 розділу запропоновано технологічну схему
комбінованого ґрунтообробного агрегату, що дозволяє виконувати сепарацію часток
ґрунту в поверхневому його шарі (рис.1.14) [56].
У процесі роботи прутки першого барабана здійснюють підйом ґрунту. При цьому
частина ґрунтових агрегатів, розміри яких не перевищують відстані між прутками
в ряді, просипаються на дно борозни, а більш великі піднімаються нагору і
передаються на другий барабан, частково при цьому подрібнюючись. Більш великі
фракції, при сході з другого барабана, розташовуються у верхньому шарі. З метою
інтенсифікації завантаження сепаратора може бути встановлений леміш. Оброблена
поверхня ущільнюється котком. Захисний кожух перешкоджає розпиленню ґрунту та
активній втраті ґрунтової вологи.
В якості робочої гіпотези приймаємо такі припущення:
* на ділянці первинної сепарації (перший барабан) просіялось 10% технологічної
маси. Маса, що просіялась, мала розміри менші ніж відстань між прутками. На
другий барабан приходить технологічна маса яка може змінюватися в значних межах
в залежності від типу ґрунту, обробітку ґрунту, грунтово-кліматичних, погодних
умов і т.і. [59,60,61, 62,63];
* руйнування грудок відбувається, в основному (не більш ніж 10 %), за рахунок
зміни швидкості, перепаду висот, хвиле видного руху і часткового удару, близько
10% грудок руйнується у міжпрутковому просторі як результат защемлення грудки
між двома прутками та витисненню їх звідти прутками другого барабану
[64,65,66];
* задача полягає в тому, щоб за допомогою запропонованого технічного рішення
виконати розподіл ґрунтового середовища на заданий пошаровий агрегатний склад
при умові найменшого пошкодження водомістких агрегатів. Під час роботи повинно
виконуватись самоочищування “живого” перерізу сепаруючої робочої поверхні
[67,68,69].
2.2. Взаємодія першого пруткового барабана з ґрунтом
При роботі машини, прутки першого барабана здійснюють підйом і часткову
сепарацію посівного шару, при цьому геометричні параметри прутків і
кінематичні параметри барабана будуть у значній мірі визначати якість
технологічного процесу. При взаємодії прутків із шаром ґрунту і підйому його
необхідно дотримуватися наступних умов [59,70]:
* поверхня ґрунту не повинна затиратися потиличною частиною прутків;
* геометрична форма прутків повинна забезпечувати пересування по них ґрунту з
мінімальною можливістю заклинювання його між рядами прутків;
* кінематичні параметри барабана повинні забезпечити утримання шару ґрунту в
зоні прутків протягом періоду підйому.
Необхідно розглянути умови, при яких було б рівномірне повне завантаження
частинками ґрунту міжпруткового простору барабана без ущільнення (забезпечення
продуктивності сепаратора) та щоб частинки змогли пройти якомога більший шлях
при завантаженні (умови сепарації).
Процес взаємодії прутків сепаратора із частками ґрунту включає три етапи: І –
занурення прутків у ґрунт і взаємодія із шаром ґрунту, при цьому присутня сила
підпору ґрунту; ІІ – транспортування часток ґрунту і зміна напрямку переміщення
ґрунту (перехідний процес); ІІІ – перевантаження ґрунту на другий прутковий
барабан [59,71].
Розглянемо етап І для умови, що перший барабан виконує функцію завантаження,
подрібнення і часткової сепарації (до 20 %) ґрунту, який подається на
двохбарабанний сепаратор. При цьому рух матеріальної частки по елементу
пруткових ґрат є складним, тобто частка здійснює поступальний рух в напрямку
переміщення сепаратора зі швидкістю Vм і обертальний рух навколо осі барабана
з кутовою швидкістю w (рис.2.1) [72,73,74,75]. Введемо наступні позначення:
v – швидкість руху агрегату, км/год.;
h – глибина обробітку, м;
D – нерівномірність глибини обробітку, %;
R – радіус ротора, м;
w – кутова швидкість, с-1;
S
- Київ+380960830922