Новые машины для высокоэффективной обработки поверхности зерна
Верещинский А.П., кандидат технических наук
«Хранение и переработка зерна»— №5 2002г
В статье "Эффективная переработка — главный фактор популяризации сориза" (журнал "Хранение и переработка", #1, 2002г) нами были изложены проблемы производства крупы из зерна сориза, пути их решения и полученные результаты. Вместе с тем, некоторые фрагменты представленной работы получили более глубокое продолжение и более широкое использование, т.к. затрагивают основополагающие процессы переработки ряда других культур. К таковым процессам относятся операции шелушения-шлифования зерна, осуществляемые, преимущественно, в машинах истирающего воздействия. Понимание совокупности действий по выработке крупы как целенаправленного перераспределения анатомических частей зерна, дает основание рассматривать обработку его поверхности как один из самых мощных инструментов воздействия на повышение эффективности производства в целом. Изложенное и является основным аргументом, подтверждающим актуальность излагаемого ниже материала.
На протяжении нескольких последних десятков лет, как в Украине, так и за рубежом основной и единственной распространенной конструкцией машин для шелушения — шлифования зерна являются машины типа А1-ЗШН. Хотя такие машины предназначены для обработки ячменя, пшеницы и гороха их применяют и при переработке других культур. Относительная простота и универсальность конструкции обусловила массовый ее выпуск различными предприятиями в своем усовершенствованном виде. Тем не менее, проведенные нами испытания подобных машин свидетельствуют, что данному типу характерны существенные недостатки присущие традиционной конструкции А1-ЗШН-3. Анализ конструктивных особенностей таких машин показал, что до сих пор задачи "совершенствования" сводились к созданию машин малой производительности, а конструктивные отличия определяются, в основном, техническими возможностями изготовления того или иного предприятия.
К основному недостатку машин рассматриваемого типа относится низкая эффективность шелушения — шлифования сопровождаемая высокими удельными энергозатратами. Обеспечение качества обработки достигается вынужденным многократным числом пропусков (от двух до шести), т.е. числом используемых машин, а энергозатраты при этом могут превышать более половины требуемых на все производство крупы. Кроме того, для обеспечения одновременной работы указанного числа машин требуются развитые транспортные, аспирационные и другие коммуникации, что связано со значительными капиталозатратами на их создание, эксплуатацию и обслуживание.
Одним из примеров вышесказанного служит то, что при заявленной в паспорте производительности 3 т/ч реальная производительность А1-ЗШН-3 на выработке перловой или соризовой крупы ( необходимость пяти — шести пропусков ) находится в пределах 250 - 300 кг/ч в пересчете на одну машину. Таким образом, энергозатраты только на шелушение — шлифование одной тонны зерна составляют около 80 кВт!
Вместе с тем, анализ работы машин типа А1-ЗШН, проведенный нами по ряду параметров показал, что основной причиной их недостатков может является не рациональная организация используемых режимов обработки. Вышеизложенное обусловило необходимость более глубокого изучения нами закономерностей процессов шелушения-шлифования, как перспективу для создания высокоэффективного оборудования нового уровня.
В указанных целях нами был проведен цикл экспериментов с использованием специально созданного голлендра со сменными рабочими органами и возможностью работы как в периодическом так и непрерывном режимах. В ходе исследований проводилось изучение закономерностей процессов шелушения-шлифования различных видов зерна при разных кинематических и силовых характеристиках систем: продукт — воздух — рабочие органы.
Следует отметить, что за критерии оценки качества обработки зерна были выбраны:
— коэффициент обработки k (%), определяемый как разница между массами исходного и обработанного продукта, отнесенная к массе исходного продукта;
— степень выравненности обработанного продукта, определяемая визуально.
Необходимость применения указанных критериев вызвана тем, что коэффициент шелушения, в традиционном его понимании, слишком субъективен в отношении обработки истиранием. Кроме того, деление зерен на обрушенные и не обрушенные не в полной мере отражает степень обработки, являющуюся значимой, в частности, для зерна ячменя, пшеницы, сориза.
Значительный объем проведенных исследований не позволяет их изложения, а тем более детального анализа в рамках настоящей статьи. В связи с этим, мы приводим только основные выводы, указывающие направленность нашей дальнейшей конструкторской работы.
1. К числу значимых параметров, влияющих на величину значения k, следует относить: время обработки, разницу окружных скоростей ротора и продукта (U), концентрацию продукта в рабочей камере (Q) , определяемую как отношение массы продукта в камере к ее объему, полезную площадь и зернистость абразивной поверхности ротора. Вид зависимости k от каждого из перечисленных параметров при фиксированных значениях остальных близкий к линейному.
2. В свою очередь, значение величины U зависит от целого ряда конструктивных параметров среди которых самым действенным является величина сопротивления (шероховатость) ситовой обечайки (цилиндра). Вместе с тем, даже при фиксированных конструктивных параметрах всегда существует зависимость U=f(Q). Вид указанной зависимости представлен на рисунке и характеризует влияние условий стесненности на процессы передачи и распределения энергии привода.
В ходе исследований выявлено, что конструкция машин типа А1-ЗШН позволяет их эксплуатацию только при концентрациях близких к насыпной массе продукта (отрезок В-Г на рисунке ), т.е. в режимах пониженных значений k и высокой энергоемкости. Кроме того, в таких конструкциях не предусмотрены меры управления процессами перемешивания, соответствующие выводам, изложенным в п.6 и 7. Указанное подтверждает предположенные ранее причины недостатков машин типа А1-ЗШН, вызванные несоответствием конструкции рациональному ведению соответствующих процессов.
На основе конструкции "КАСКАД", нами производится ряд машин разной производительности.
Всем машинам характерно отсутствие вибрации и других динамических нагрузок при работе, что исключает необходимость использования фундаментов, а также шума и пылевыделений в производственные помещения. Кроме того, рассматриваемые конструкции эргономичны и обладают простотой сборки — разборки в случае замены изнашиваемых рабочих органов.
По желанию заказчиков машины могут комплектоваться питателями, управляемыми величиной нагрузки главного двигателя. Такие решения надежны и удобны в схемах АСУ крупзаводов, что позволяет эксплуатировать рассматриваемые машины полностью в автоматическом режиме. При этом, имеющиеся механические регулировки выполняют роль подстроечных при наладке на требуемое качество шелушения — шлифования в процессе перехода на другой вид зерна.
Рассмотренный в настоящей статье вид машин относится к машинам истирающего воздействия, хотя такое воздействие всегда сопровождается ударом, сжатием и сдвигом. Выполненная нами работа показала, что путем конструктивных изменений рабочих органов возможно существенно влиять на величины тех или иных перечисленных нагрузок, обеспечивая наилучшие условия обработки соответствующего вида зерна. В настоящее время нами завершаются работы по созданию на базе конструкции "КАСКАД" высокоэффективных машин для шелушения проса, и обработки кукурузы в режимах дежерминатора.