Вибрационные машины широко применяются в различных отраслях техники для интенсификации физических и химических процессов, для транспортирования и дозирования сыпучих материалов, их смешивания, уплотнения, а также разделения сыпучих материалов на разнокачественные фракции.
Вибрационные сепарирующие машины используются для обогащение полезных ископаемых, для вибрационной обработки деталей, для изготовления литейных форм и выбивки опок, для разделение различного рода порошков, подготовки сырья в технологических процессах производства строительных изделий и пищевых производств, сепарирования зерна на элеваторах, подготовке семян в агропромышленном комплексе. Характеристики машин для вибрационного разделения сыпучих смесей [1] приведены в табл.
Наиболее сложными по технологическим требованиям являются разделительные процессы в пищевых производствах и при очистке семян сельскохозяйственных культур. Это определяется большим разнообразием физико-механических свойств исходных компонентов, а также высокими требованиями к конечному продукту. Высокие технологические требования к качеству сепарирования обусловили наибольшее разнообразие, сложность конструкции и приводов сепарирующих машин. При этом их принципиальные
Таблица
Характеристика машин для разделения сыпучих смесей
| Признаки разделения частиц |
Способ разделения |
Рабочие органы |
Форма колебаний |
Отраслевое название машины |
|
| Основные |
сопутствующие |
||||
| Размеры |
Плотность, форма |
Ситовой |
Сита (решета) |
Прямолинейные, круговые и эллиптические в горизонтальной или вертикальной плоскости |
Грохоты (горнорудная промышленность), ситовые сепараторы (сельское хозяйство), рассевы (зерноперерабатывающая промышленность) |
| Форма |
Коэффициент внешнего трения, плотность |
Вибрационное транспортирование |
Ячеистые или шероховатые поверхности |
Прямолинейные наклонные к горизонтальной плоскости |
Вибросепараторы |
| Плот-ность |
Форма, размеры |
Самосортирование |
Шероховатые поверхности (плоские или конические) со сливными патрубками |
Круговые в горизонтальной плоскости, круговые сферические |
Камнеотборники Григоровича, фракционирующие типа БОК (зерноперерабатывающая промышленность) |
|
Плот-ность |
Коэффициент внешнего трения, форма |
Вибропневматический без просеивания |
Шероховатая плоская поверхность |
Прямолинейные наклонные к горизонтальной плоскости |
Вибропневматические сепараторы (зерноперерабатывающая промышленность) |
| Плот-ность и размеры |
Форма |
Вибропневматический с просеиванием |
Сита и воздушные каналы |
То же |
Ситовейки (сельское хозяйство, зерноперерабатывающая промышленность). Воздушные грохоты (горнорудная промышленность). Пневмостолы (сельское хозяйство) |
| Упругость |
Плотность, коэффициент трения |
Ударно-виб-ра- ционный |
Наклонные, гладкие опорные поверхности с вертикальными боковыми стенками |
Горизонтальные, прямолинейные и возвратновращательные |
Сортировочные столы падди-машины (зерноперерабатывающая промышленность) |
конструктивные и кинематические схемы включают в себя и сепарирующие машины смежных отраслей техники, использующие вибрационное разделение сыпучих смесей.
В зерноперерабатывающих производствах большинство разделительных процессов основывается на применении вибрационных машин. В данных машинах осуществляются следующие технологические процессы: очистка сырья от примесей, фракционирование, сортирование. Вибрационные сепараторы бывают непрерывного и периодического действия. Наибольшее применение нашли сепараторы непрерывного действия. Особенности технологических и конструктивных схем этих машин в зависимости от признаков и способов разделения частиц, рабочих органов и траекторий их движения приведены в работе [2].
В зависимости от назначения данные машины отличаются друг от друга по типу привода, по числу и расположению колеблющихся ситовых корпусов, по характеру их движения. С учетом классификации вибромашин, предложенной И. И. Быховским [3], основные группы зерноочистительных машин по назначению можно охарактеризовать следующим образом (рис. 1).
Рис. 1. Классификация вибрационных сепарирующих машин с плоскими ситами
Большую группу машин составляют машины для очистки зерна от примесей (сепараторы типа ЗСМ, ЗПС, ЗВС-20, Р8-УЗК-50, А1-БИС, А1-БЛС, А1-БСФ, “Классифайер”). Данные машины используются на элеваторах и хлебоприемных пунктах, в подготовительных отделениях мукомольных предприятий, в технологических линиях комбикормовых заводов. Основная технологическая функция сепараторов – очистка зерна от примесей по аэродинамическим признакам (пыли, частиц оболочек, легких сорных примесей) и размерным признакам (крупные и мелкие частицы). Аналогичные кинематические схемы имеют вибрационные сепарирующие машины в горнорудной промышленности, сепараторы для фракционирования порошков.
Для выделения органических и минеральных примесей, которые отличаются от зерна по весу, но имеют тот же размер и аэродинамические характеристики, применяют камнеотделительные машины типа Р3-БКТ и концентраторы типа А1-БЗК.
Сортирование промежуточных продуктов размола зерна по размерам производят в рассевах. Сортирование круподунстовых продуктов по качеству для получения однородных по содержанию эндосперма фракций производят в ситовеечных машинах (критерий разделения – различная объемная масса).
Для обработки сходовой фракции после вымольной машины А1-БВГ в качестве вспомогательной машины используется виброцентрофугал Р3-БЦА, который обеспечивает сепарирование трудносыпучей влажной смеси, содержащей муку.
По типу преобразования подводимой энергии в энергию механических колебаний привода зерноочистительных машин делятся на две группы (рис. 2). Простейшими из них являются кинематически жесткие приводы. Достоинство кинематически жесткого привода в том, что он обеспечивает заданную амплитуду колебаний рабочего органа при изменении частоты колебаний, колеблющейся массы и технологической нагрузки.
Рис. 2. Классификация приводов рабочих органов сепарирующих машин
Недостатком такого привода является действие больших инерционных сил на звенья устройства.
При возвратно-поступательном движении двух ситовых корпусов применяют эксцентриковый колебатель.
К следующей группе приводных устройств относятся инерционные колебатели. Амплитуда колебаний зерноочистительных машин с инерционными колебателями зависит от соотношения частот вынужденных и собственных колебаний, массы рабочих органов и обрабатываемого продукта.
По числу колеблющихся твердых тел (корпусов) вибрационные зерноочистительные машины делятся на одномассные и двухмассные. В двухмассных зерноочистительных машинах последовательное просеивание расслоенной зерновой смеси через сито позволяет не только выделять мелкие легкие примеси, но и разделять очищенное зерно по различным признакам.
Форма колебаний рабочего органа определяется динамическими характеристиками системы (приводным устройством, массой рабочего органа, жесткостью упругих связей). Форма колебаний рабочего органа выбирается в зависимости от назначения зерноочистительной машины. Во многих машинах рабочие органы совершают возвратно-поступательное движение, в них используют упругие связи в виде пластинчатых деревянных (многослойная фанера) или стальных пружин и резинометаллических опор. В последние годы получили распространение зерноочистительные машины с круговыми эллиптическими движениями в вертикальной плоскости. В них применяют упругие связи в виде стальных пружин, изогнутых в виде полукольца и резинометаллические опоры. Имеется группа машин, рабочие органы которых совершают круговое поступательное движение в горизонтальной плоскости.
Характер движения рабочего органа может быть гармоническим или псевдогармоническим в зависимости от конструкции и материала упругих связей и типа привода. В большинстве зерноочистительных машин используют связи с линейными упругими характеристиками, характер движения рабочего органа в таких машинах гармонический.
Использование резинометаллических опор привело к применению на зерноочистительных машинах упругих связей с нелинейной характеристикой, которые определяют псевдогармонический характер движения рабочего органа.
Ряд приведенных на рис.1 характеристик вибрационных зерноочистительных машин совпадает. Машины работают в высокочастотном диапазоне с принудительной кинематикой рабочего органа. Большинство машин работает в зарезонансном режиме, т.е. частота вынужденных колебаний значительно превышает частоту собственных колебаний, что обеспечивает устойчивое движение системы.
Приведенная классификация вибрационных зерноочистительных машин позволяет объединять различные машины в соответствующие группы по тем или иным признакам и совершенствовать общую методику их расчета.
Стабильность протекания технологического процесса вибрационных зерноочистительных машин во многом зависит от устойчивости виброхарактеристик (виброускорение, виброперемещение), которые обеспечиваются динамическим режимом подвижных частей машин, а также жесткостью конструкции, которая закладывается на стадии проектирования.
Анализ научно-технической литературы по данной проблеме [3, 4] показывает, что основными тенденциями развития вибрационных зерноочистительных машин являются:
-совершенствование приводных устройств;
-оптимизация динамического режима ситовых корпусов при различных видах движения;
-более эффективное использование основных и сопутствующих признаков разделения;
-автоматизация загрузки машины и регулирования оптимальных режимов работы отдельных рабочих органов;
-повышение стабильности динамических характеристик машин на основных и переходных режимах работы;
-снижение вибрации несущих конструкций и оптимизация жесткости элементов рамной конструкции.
Библиографический список
- Вольперт Э. Г. Динамика амортизаторов с нелинейными упругими элементами. М. : Машиностроение, 1972. 136 с.
- Вибрация в технике: справочник. В 6 т. / под ред. В. Н. Челомей. М.: Машиностроение, 1978. 352 с..
- Быховский И. И. Основы теории вибрационной техники. М.: Машиностроение, 1969. 362 с.
- Пивень В.В., Уманская О.Л. Определение динамических параметров несущих конструкций вибрационных машин, установленных на упругом основании // Вестник машиностроения. 2007. № 5. С. 14 – 16.