РАЗДЕЛ 2
ДИНАМИКА РАЗРАБОТАННЫХ ПОЛОТЕН ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РЕШЕТ ВИБРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ СЕПАРАТОРОВ
Для разработки научных основ интенсификации процессов виброцентробежного сепарирования ЗС необходимо провести теоретические исследования с применением динамических, поверхностных и объемных интенсификаторов на основе математических моделей динамики, кинетики, термодинамики и гидродинамики.
Решета являются одним из основных рабочих органов, посредством которых осуществляют сепарирование различных сыпучих смесей. Математические модели, принятые в исследованиях по динамике зерноочистительных машин, перемещению ЗС по поверхности решет, выбору рациональных параметров конструкции, как правило, не учитывают деформируемость решета, рассматривая его как твердое тело. Однако динамические нагрузки на цилиндрическое полотно решета, создаваемые очистителями в виброцентробежных сепараторах [36-40, 161, 162, 174, 176, 182], инерционные нагрузки при кинематическом возбуждении колебаний плоских решет [40,94] вызывают переменные прогибы полотен, служащие источником дополнительного возмущения просеиваемой зерновой массы и являющиеся динамическим интенсификатором процесса ее сепарирования. Вышесказанное - новое научное положение, сформулированное впервые. Для определения этого возмущения как функции времени и пространственных координат решена задача о динамическом деформировании полотна решета.
2.1. Разработка динамической модели механической системы: разработанное решето - очиститель
Конструкция модернизированных полотен решет виброцентробежных сепараторов представляет собой густо перфорированную тонкую оболочку круглого поперечного сечения, составленную из двух половин (рис.2.1) и вращающуюся вокруг вертикальной оси. Продольная плоскость разъема является диаметральной. Ориентированные вдоль образующих края полуцилиндров загнуты и, после соединения с помощью упругой прослойки, образуют на внутренней поверхности оболочки два продольных ребра жесткости (типа "сэндвич"). Упругая прослойка моделирует свойства реальных конструктивных элементов, скрепляющих половины полотна между собой.
Рис.2.1.. Модель модернизированного решетного полотна и ее фрагмент
Края полотен закрепляются на массивных кольцах ротора сепаратора специальными лентами, поэтому концевые сечения оболочки считаем жестко защемленными.
В моделях решет отверстия могут иметь любую форму и располагаться с произвольным шагом по окружности цилиндра и вдоль его образующей. В серийных конструктивных исполнениях (типах) решет отверстия в оболочке располагаются регулярно и имеют круглую (тип 1), прямоугольную (тип 2) или треугольную (тип 3) форму. Решета различных типоразмеров отличаются величиной отверстий и шагом их расположения. На внутренней поверхности модернизированного решета типа 2 между рядами отверстий в окружном направлении располагаются кольцевые ребра-ободы жесткости круглого поперечного сечения.
Застрявшие в отверстиях полотна частицы удаляются при работе сепаратора специальными очистителями (два - на каждую секцию ротора), которые прижимаются к полотну решета пружинами. На рис. 2.1 изображена модель решетного полотна, у которого, по предложению автора [244], не выштампованы отверстия в "экваториальной" зоне. Это связано с тем, что, вследствие конструктивных особенностей очистителя, два ряда отверстий, имевшихся в ранее выпускавшихся решетах, оставались не очищенными в ПС ЗС и фактически не работали.
Очистители - роторы на рычажной подвеске, несущие на стальных валах наборы упругих элементов (рис.2.2). Оси валов параллельны продольной оси решета. Очистители приводятся во вращение с угловой скоростью за счет фрикционной связи с полотном решета, вращающегося с угловой скоростью . В зависимости от варианта конструкции в качестве упругих элементов применяются резиновые диски, пластмассовые щетки, резиновые кольца [36-39,161,162,222-229,231] и их комбинации. Пружина с жесткостью и перемещениями , прижимающая очиститель к решету, в реальной конструкции (см. рис.2.2) обеспечивает угловые перемещения кронштейна относительно оси шарнира, поддерживая контакт упругих элементов и решета. В динамической модели эта пружина заменяется приведенной подвеской с жесткостью , допускающей лишь радиальные перемещения очистителя (рис.2.3).
Введенный в модель демпфер учитывает рассеивание энергии в системе (сухое трение в гасителе колебаний, внутреннее и конструкционное трение в элементах конструкции). Масса рабочих органов очистителей заменяется приведенной массой .
Наличие продольных ребер жесткости влияет на взаимодействие оболочки и очистителей при их относительном перемещении в окружном направлении. Динамическое деформирование оболочки носит колебательный характер.
Рис.2.2. Модель механической системы решето - очистительРис.2.3. Динамическая модель системы
При исследовании прочностных, жесткостных и динамических характеристик данной модели будем учитывать следующие силовые факторы:
- центробежные силы, вызываемые вращением решета вокруг своей оси;
- силы инерции, обусловленные линейными ускорениями вследствие перемещений решета вдоль своей оси (возвратно-поступательного движения барабана);
- силовое воздействие очистителей, обегающих решето в относительном движении по некоторой траектории, зависящей от соотношения угловой скорости его вращения и линейной скорости осевого перемещения;
- действие зерновой массы на оболочку при ее поступательном и вращательном движении.
В первом приближении воздействие очистителей будем моделировать подвижной нагрузкой, распределенной вдоль образующих цилиндра и перемещающейся в окружном направлении.
2.2. Применение метода конечных элементов для исследования динамики
разработанных полотен решет
Для решения задачи о динамике системы модернизированное решето - очиститель с учетом конструктивных особенностей объекта наиболее рациональным выглядит применение метода