Современное состояние, анализ технологического процесса и направления дальнейшего совершенствования триеров (курсовой проект)

Оглавление
Введение 4
1 Сравнительный анализ существующих триеров 5
2 Анализ технологического процесса, осуществляемого триером 7
2.1 Форма ячеек триера 7
2.2 Движение зерна внутри ячеистого цилиндра 10
2.2.1 Определение границ зоны выпадения семян из ячеек 10
2.2.2 Движение частиц после отрыва от ячеистой поверхности 14
2.2.3 Зависимость формы траекторий от показателя кинематического режима работы триера 16
2.2.4 Движение частиц в слое семян, находящихся вне ячеек 18
2.3 Обоснование основных размеров триера 24
2.4 Способы повышения производительности триера 27
2.2 Пример расчета параметров цилиндрического триера на ЭВМ 32
3 Направление совершенствования триеров 35
Заключение 46
Литература Ошибка! Закладка не определена.


 Сравнительный анализ существующих триеров

Если компоненты смеси различаются по длине семян, их разделяют с помощью триеров. В сельскохозяйственном производстве широкое распространение получил цилиндрический триер с внутренней рабочей ячеистой поверхностью (рисунок 1,а). Диаметр ячеек подбирают так, чтобы семена с меньшей длиной (короткие) могли войти в них полностью, а длинные не входили бы.

а — цилиндрический триер; б — дисковый триер; в — ленточный триер (триер-горка); г — лопастные триеры; д — триер со сквозными отверстиями. 1 — короткие примеси; 2 — длинные примеси
Рисунок 1 - Схема технологического процесса триеров

Внутри цилиндра расположен желоб, высота рабочей кромки которого регулируется. При вращении цилиндра короткие семена, находящиеся в ячейках, будут подняты на большую высоту и выпадут в желоб, длинные примеси, которые в ячейки не входят, будут осыпаться меньшей высоты и в желоб не попадут. Поскольку ячейки триера осуществляют поштучный отбор семян, то производительность цилиндрического триера остается низкой. Скоростной режим триера ограничен, так как при большей частоте вращения семена, находящиеся в ячейках, могут не выпасть в желоба, а будут удерживаться в них центробежными силами.
Известны и другие типы триеров, такие, как дисковый, (рисунок 1,б), ленточный (рисунок 1,в), лопастной (рисунок 1, г), со сквозными отверстиями в цилиндре (рисунок 1, д). Рабочим органом дискового триера является плоский кольцеобразный диск, по всей поверхности которого с обеих сторон расположены карманообразные ячейки специальной формы. Ряд таких дисков насаживается на общий горизонтальный вал. При вращении дисков, погруженных в зерновую смесь, ячейки вычерпывают из смеси короткие примеси и перебрасывают их в приемные лотки, расположенные между дисками. Зерновой материал постепенно передвигается из одного междискового пространства в другое с помощью лопастей, закрепленных на том же общем валу. Дисковые триеры более эффективно используют рабочий объем машины, так как количество ячеек в единице объема у них больше, чем у цилиндрических. Недостатком этих устройств является большая зависимость показателей работы. От вибраций машины, поэтому дисковые триеры обычно устанавливают на фундаменте. Применяют дисковые триеры в основном на предприятиях мукомольного производства.
Ленточный тип триера (рисунок 1, в) может обеспечить одинаково оптимальные условия заполнения всех ячеек, контактирующих с зерном, и значительное удаление зоны выпадения коротких примесей от зоны заполнения ячеек. Но стабильность геометрических параметров ячеек эластичной ленты трудно сохранить, так как она подвержена деформациям, связанным с натяжением полотна, влиянием температуры, изменением нагрузки и т. п.
Лопастные триеры более полно используют рабочий объем машины, но значительно сложнее в изготовлении и обслуживании, чем цилиндрические (рисунок 1,г).
Триеры со сквозными отверстиями могут работать при большей частоте вращения цилиндра, так как центробежные силы у них способствуют, а не препятствуют (как у обычных цилиндрических) выпадению семян из ячеек.

2 Анализ технологического процесса, осуществляемого триером

2.1 Форма ячеек триера

Цилиндрический триер изобретен в 1847 г. французским механиком Вашоном. Первые цилиндры его конструкции представляли собой барабаны со сквозными круглыми отверстиями, плотно облегаемые гладкими жестяными кожухами. Таким образом, рабочими элементами были у них простые ячейки цилиндрической формы.
Но цилиндрические ячейки малой глубины не могут удерживать зерно при подъеме до второго квадранта окружности барабана (т. е. до момента выпадения), так как продолговатое зерно не может сохранять контакт с двумя стенками ячеек. При большой глубине ячеек наблюдается заклинивание зерен.
По этим причинам триерные ячейки цилиндрической формы не нашли широкого применения.
В дальнейшем большинство фирм, специализирующихся на производстве зерноочистительных машин, выпускало триеры с ячейками, полученными методом торцевого фрезерования (высверливания). В нашей стране триеры с такими ячейками выпускались до1951г.
Каждая фрезерованная ячейка является частью тела вращения высверливаемого обычно в цинковом листе торцевой фрезой. Форма ячейки зависит от геометрических параметров фрезы и наклона ее к листу, а в главном сечении напоминает вид ковша (рисунок 2.1, а).
Несколько меньшее распространение получили цилиндрические фрезерованные ячейки с дном овального сечения (рисунок. 2.1,б).
В отечественных триерах угол α был принят равным 20°, а β 19°. Наклон рабочего прямолинейного участка mn в главном сечений к поверхности листа при этих значениях углов α и β составляет 89°.
Сверление ячеек (особенно крупных) под углом β к нормали встречает большие затруднения вследствие сбегания сверла (фрезы). Другим недостатком этих цилиндров является то, что их изготовления нужен дорогостоящий толстолистовой материал (обычно цинк).

а— конические; б —цилиндрические
Рисунок 2.1 - Фрезерованные ячейки

По мере износа ячейки быстро теряют первоначальную форму и свое главное достоинство — остро очерченные кромки.
По этим причинам в настоящее время фрезерование ячеек заменено более технологичным процессом — штамповкой.
Триерные цилиндры штампуют из мягкой тонколистовой стали с тщательной отделкой поверхности. Размещение ячеек в рядах и расстояния между ними определяются возможностями размещения матриц и пуансонов в штампах, а также недопустимостью возникновения прорывов. Наибольшее количество круглых ячеек на единице поверхности получается в том случае, когда центры любых смежных ячеек располагают по вершинам равностороннего треугольника я при этом вокруг каждой из них образуется правильный шестиугольник (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Взаимное расположение штампованных ячеек

При таком размещении на каждом квадратном метре поверхности помещается ν ячеек [1]:
ν=((2∙〖10〗^6 ))/(√3∙t^2 ), (2.1)
где t-шаг расположения ячеек, который зависит от их размеров.[1]
t = 0,6+1,2d.     (2.2)
В отличие от фрезерованных штампованные ячейки могут не являться частью тела вращения, поэтому им может быть придана форма, способствующая в большей мере правильному размещению и выпадению зерен. В частности, в штампованных ячейках рабочий участок в главном сечении представляет собой по всей глубине ячейки линию, близкую к прямой (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 - Стандартные штампованные ячейки различных форм и размеров

Ряд стандартных ячеек, рассчитанный на возможность обработки основных сельскохозяйственных культур, охватывает 22 размера диаметром от 1,6 до 12,5 мм. Благодаря преимуществам формы триеры со штампованными ячейками, как показал 6пыт, по качеству работы и производительности не уступают таким же триерам с фрезерованными ячейками, кромки которых изнашиваются.
Несимметричность ячеек требует определенной постановки рабочей поверхности цилиндра по отношению к месту подачи зерна, особенно в направлении вращения цилиндра (рисунок. 2.4).
При замене обечаек (ячеистых цилиндров) необходимо обращать внимание на то, чтобы нижняя часть ячеек (если смотреть на внутреннюю поверхность со стороны загрузки) была способна удерживать семена. При установке обечайки наоборот триерный цилиндр становится неработоспособным.

Правильно   Неправильно
Рисунок 2.4 - Возможные варианты установки обечайки при замене рабочей поверхности триерных цилиндров

2.2 Движение зерна внутри ячеистого цилиндра

Поскольку подача зерна в триер происходит непрерывно, то на его внутренней поверхности образуется слой, перемещающийся в осевом направлении даже при отсутствии продольного наклона цилиндру.
Короткие частицы (семена) попадают в ячейки и выносятся из-под слоя, а длинные зерна, которые не могут поместиться в ячейках, постоянно осыпаются с поверхности цилиндра вниз.
Поскольку осыпающиеся частицы вновь увлекаются вращающимся цилиндром вверх за счет сил трения, то в левом квадранте образуется слой, движение зерен в котором имеет вид круговорота вокруг сравнительно стабильного, лишь постепенно обновляемого ядра. Одновременно с этим элементы слоя перемещаются в осевом направлении со скоростью Vх по сложным винтообразным траекториям.
Возможность разделения коротких и длинных частиц появится лишь тогда, когда зона выпадения семян из ячеек во втором квадранте окажется выше, чем угол подъема длинных примесей за счет сил трения в осыпающемся слое.


2.4 Способы повышения производительности триера

Повышение производительности триера является актуальной задачей, так как именно этот рабочий орган ограничивает производительность зерноочистительных машин и технологических линий. Обработка производственного зерна (без триеров) осуществляется приблизительно в полтора раза быстрее, чем семенного материала. При этом суммарная площадь поверхности триерных цилиндров обычно в 2... 2,5 раза больше, чем решет.
Таким образом, триеры образуют наиболее громоздкую и наименее производительную часть зерноочистительных машин.
Повышение пропускной способности триера может быть достигнуто несколькими способами. Прежде всего, используют общедоступные методы, направленные на увеличение вероятности заполнения ячеек семенами.
Так, при очистке семян от длинных примесей из зерновой массы необходимо поштучно отобрать все семена основной культуры.
Если осевая скорость обрабатываемого материала при этом велика, то ячейки не успевают вычерпывать зерно и появляются потери основной культуры в сходе с длинными примесями. Для устранения этого недостатка на выходе триерного цилиндра устанавливают диафрагму, увеличивающую толщину зернового слоя, что способствует уменьшению скорости перемещения материала в осевом направлении (рисунок 2.13).

Рисунок 2.13 - Установка диафрагмы на выходном конце триерного цилиндра

Если в этом цилиндре обрабатывают семена овса (т. е. триер очищает семена основной культуры от коротких примесей), то диафрагму снимают.
Чтобы семена попадали в ячейки, их длина должна быть меньше диаметра ячейки (рисунок 2.14).

Рисунок 2.14 - Схема заполнения ячеек семенами, длина которых случайна

Поскольку вероятность попадания в ячейку семян меньших размеров оказывается выше, чем остальных, то самые мелкие частицы вычерпываются в первую очередь. В конце цилиндра, в основном остаются такие семена, у которых lс2=d я.
Чтобы повысить вероятность заполнения ячеек в конце цилиндра, можно увеличить диаметр ячеек, сделать d2я >d1я. Это можно осуществить как изменением размеров пуансона и матриц при штамповке, так и составлением комбинированных триеров, когда в одном цилиндре установлены поверхности с разным диаметром отверстий (например, в машине «Петкус-Гигант» установлен триер с ячейками 5,6/7,1).
Для увеличения вероятности западания семян в ячейки триерному цилиндру иногда сообщают колебательное движение в осевом направлении (фирма «Flagmer-Zudze», ФРГ). В триерном блоке К-553 фирмы «Petkus» (ФРГ) вибрации подвержены лотки и связанные с ними направляющие листы (рисунок 2.16).


Рисунок 2.15 - Схема подвески триерного цилиндра, которому придают колебания в осевом направлении

Рисунок 2.16 - Вибролоток триера с направляющими листами

С помощью направляющих листов вибрации желоба передаются семенам.
Наблюдения за работой триерных цилиндров показали, что в осыпи существует сравнительно медленно обновляемое ядро (рисунок 2.4), короткие примеси, оказавшиеся в ядре, могут не соприкоснуться с поверхностью цилиндра и не попасть в ячейки.
Направляющие листы, а также возможные скребки, плужки, шнеки, закрепляемые в нижней части лотков или на боковине желоба, разрушают ядро осыпи и позволяют регулировать скорость осевого перемещения вороха.
Другой, более радикальный, но и технически труднее осуществимый метод повышения производительности триера состоит в увеличении частоты вращения цилиндра.
Ранее уже было отмечено, что показатель кинематического режима к = ω2r/g для работоспособного триера должен быть меньше единицы, т. е. к<1, причем гарантированный прием семян, выпавших из ячеек, возможен при к 0,5.
Таким образом, диапазон режимов работы от к=1 до к=0,5 представляет собой возможный, хотя и трудноосуществимый рабочий интервал. При показателях к, близких к единице, семена выпадают из ячеек в верхней точке цилиндра, но остаются на поверхности барабана. Чтобы снять эти семена с внутренней поверхности и подать в лоток, необходимо применять специальные щетки, скребки и т. д.
Для уменьшения угла затаскивания длинных примесей на большую высоту (рисунок 2.12) необходимо снизить коэффициент трения семян о внутреннюю поверхность цилиндра. Для этой цели скоростные триерные цилиндры необходимо изготовлять методом штамповки (будут отсутствовать острые кромки) из стальных листов с высокой чистотой поверхности.
За счет этих методов удается показатель кинематическое режима увеличить до к = 0,8...0,85. Разумеется, при эксплуатации машин необходимо тщательно оберегать внутреннюю поверхность триерных цилиндров от коррозии.
В принципе возможны технические решения, при которых коэффициент режима триера к может оказаться и больше единицы. Прежде всего, это цилиндры со сквозными ячейками (рисунок 2.17).
Центробежные силы в этом случае используются для разгрузки ячеек и не ограничивают частоты вращения цилиндра. Сложность разработки такого триера состоит в изыскании способа отражения семян, которые в ячейку вошли частично или оказались поднятыми за счет сил трения. В известных конструкциях постановка жесткого отражателя приводит к заклиниванию частиц и дроблению семян.
Оригинальной является конструкция так называемого колотоидного триера (рисунок 2.18).

Рисунок 2.17 - Схема работы триера со сквозными ячейками


Рисунок 2.18 - Схема работы триера с эластичной поверхностью

Этот триер состоит из эластичной ленты 1, по краям которой прикреплены клиновые ремни, надетые на ведущие валики 2 направляющих роликов 3 и приемного лотка. 4.
Для подачи зерновой смеси из бункера на ячеистую эластичную поверхность служит отверстие 5. Зерновая смесь поступает в нижнюю часть триера, где лента имеет вогнутую поверхность для лучшего заполнения ячеек короткими частицами. По мере движения ленты кривизна ее меняется за счет направляющих роликов таким образом, чтобы способствовать скатыванию длинных зерен, а в зоне выпадения семян из ячеек радиус кривизны может стать бесконечным. В результате этого центробежные силы, удерживающие семена в ячейках, намного ослабевают, за счет чего появляется возможность значительного повышения скорости ленты. Показатель кинематического режима у колотоидного триера увеличен до к=3,05.
Увеличение частоты вращения триера возможно за счет использования дополнительных сил, способствующих разгрузке ячеек, например, сил электростатического притяжения, центробежных и т. д. (рисунок 2.19).

Рисунок 2.19 - Схема работы триеров с использованием дополнительных внешних сил для разгрузки ячеек

В триере, представленном на рисунке 2.19а, разгрузка ячеек происходит в электростатическом поле высокого напряжения.
Устройство, изображенное на рисунке 2.19б, по принципу действия представляет собой центробежный сепаратор. Батарея цилиндрических триеров установлена на вращающемся основании.
Центробежная сила, появляющаяся от вращения основания, с радиусом R и частотой ω будет перемещать короткие примеси из ячеек триерных цилиндров в желоба.
Частоты вращения ω2 и ω1 тем не менее в этой схеме ограничены, так как при некотором значении центробежных сил семена перестанут скользить по цилиндрам сверху вниз.
Схема с конусной батареей триеров в этом отношении имеет преимущество, так как центробежные силы используются не только для разгрузки ячеек, но и для перемещения зернового материала по ячеистой поверхности с определенной скоростью.




Заключение

1. Триеры осуществляют штучный отбор семян, поэтому производительность цилиндрического триера низкая. Скоростной режим ограничен, так как при большой частоте вращения семена, находящиеся в ячейках, могут не выпасть в желоба, а будут удерживаться в них центробежными силами. Существую не только цилиндрические триеры, но и дисковые, ленточные, лопастные и со сквозными отверстиями в цилиндрах. Они в какой-то мере уменьшают эти проблемы, но вопрос все еще остается открытым.
2. В анализе технологического процесса, осуществляемым триером, показаны формулы и пример расчета триерных блоков. По этим формулам и в этой последовательности рассчитывают производительность, размеры и технические данные триеров. Выбирают наиболее подходящие варианты. И исходя из этих данных проектируют триерный блок.
3. Триеры образуют наиболее громоздкую и наименее производительную часть зерноочистительных машин. Повышение пропускной способности достигается несколькими способами. Уменьшение скорости движения материала достигается установкой диафрагмы. Для увеличения вероятности западания семян в ячейки триерному цилиндру сообщают колебательное движение в осевом направлении. Увеличивают частоту вращения. Для уменьшения угла затаскивания длинных примесей на большую высоту снижают коэффициент трения семян о внутреннюю поверхность цилиндра. Изготовляют колотоидные триеры. Для увеличения частоты вращения триера используют дополнительные силы, способствующие разгрузке ячеек, например, силы электростатического напряжения, центробежные, и т.д.
4. В наше время триерные блоки не получили широкого распространения в хозяйствах из-за дороговизны триеров и необходимости тщательного ухода за ними. Распространены они в основном на больших перерабатывающих комплексах, так как хорошо очищают от длинных и коротких примесей, и замены им пока нет. Появление полимерных материалов дает возможность получать более дешевые рабочие поверхности триеров и меньше портящиеся по сравнению со стандартными, что дает возможность работать триерам еще более эффективно и надежно.
5. Применение полимерных композиционных материалов обеспечивает повышение технологичности изготовления и, как следствие, высокую точность геометрической формы и размеров сортирующих ячеек. Одновременно это исключает необходимость использования при изготовлении цилиндров по сравнению с традиционной цельнометаллической конструкцией дорогостоящих специальных прессов с числовым программным управлением (ЧПУ) зарубежного производства, отсутствующих на большинстве российских предприятий сельхозмашиностроения. Комплексные производственные испытания полимерных сортирующих цилиндров в составе триера подтверждают эффективность применения полимерных композиционных материалов и в цилиндровом триере.