Обоснование основных параметров картофелеочистительных машин

Основными параметрами, влияющими на качество очистки, производительность и мощность картофелеочистительной машины периодического действия, являются диаметр и высота рабочей камеры, угол подъема волны, угол конусности и частота вращения рабочего органа.

Примерное устройство рабочей камеры дисковой и конусной картофелеочистительной машины периодического действия, а также ее основные геометрические размеры показаны на рис. 6.14.

Рис. 6.14. Рабочие камеры картофелеочистительных машин периодического действия:

а, б — конусной; в — дисковой и дисковой с закругленными краями Для обеспечения циркуляции клубней на рабочем органе и возможности перемещения их от центральной части диска к его краям (или на конусную часть) минимальный диаметр рабочей камеры должен составлять не менее четырех диаметров клубней (D_min > 45, где 5 — средний диаметр клубня, м). При D 0,5D.

В конусных картофелеочистительных машинах (см. рис. 6.14, а, б) общую высоту рабочей камеры (включая высоту чаши h_K и обечайки /г₀) можно принять равной диаметру камеры, т. е. Н_об = Н + h_K + h_Q = = D. При этом считается, что на конической части абразивного диска должен размещаться один клубень, поэтому fr_K > 8 cos 0 (где 0 — половина угла при вершине конуса, град), а высота конической обечайки принимается не менее радиуса клубня h_Q > 0,58. Для дисковых машин угол подъема волны составляет ф_д = 2—25°, для конусных — ф_к ⁼ = 17—19°. При угле подъема волны более 25° резко усиливается удар клубня в стенку и увеличивается его подъем, что приводит к нежелательным деформациям клубня.

Прежде чем перейти к рассмотрению теоретического описания процесса очистки, следует сделать следующее пояснение. При изложении расчетного материала употребляются термины, характеризующие лишь процессы трения продукта об абразивную поверхность («сила трения», «коэффициент трения» и т. д.). Как видно из описания работы машин, в месте соприкосновения клубня с абразивом имеет место не только трение клубня, но и его разрушение — отделение частичек продукта от его основной массы. Поэтому термины, связанные с трением, при механическом способе очистки следует понимать условно.

Минимальная частота вращения рабочего органа определяется, исходя из условия, что клубень, попавший в центральную часть абразивного диска (рис. 6.15), должен быть отброшен центробежной силой на его периферию. Это условие выполняется в том случае, если центробежная сила С, действующая на клубень, находящийся на минимальном расстоянии r_min от центра вращения рабочего органа, будет больше силы трения Т между клубнями и поверхностью трения (без учета перекатывания клубня), т. е. С > Т. При этом обеспечивается проскальзывание клубня по рабочему органу, его перекатывание и продвижение к стенке при минимальном ударе. При малых значениях частоты вращения может отсутствовать проскальзывание (сдирание кожицы), а при очень больших частотах будут наблюдаться проскальзывание клубня без перекатывания и сильный удар в стенку, что приведет к деформации (механическому повреждению) клубня.

Рис. 6.15. Схема действия сил на клубень.

Движение клубня по дисковому или днищу конусного рабочего органа сопровождается проскальзыванием, т. е. клубень вращается вместе с диском, но с меньшей скоростью. Проскальзывание выражается коэффициентом проскальзывания К_ск, с учетом которого скорость продукта относительно диска со* и абсолютная скорость продукта (по отношению к неподвижной стенке) ш_к будут, соответственно, равны:

где со_р и со_к — угловая скорость рабочего органа и продукта, рад/с.

Принимая во внимание полученные формулы, условие отбрасывания клубня от центра к периферии можно записать в следующем виде:

где т — масса клубня, кг; r_min — минимальное расстояние от центра вращения рабочего органа до центра тяжести клубня, м, обычно принимается r_min = 0,58;/— условный коэффициент трения между продуктом и абразивной поверхностью, / = 0,8—1,3.

Коэффициент проскальзывания изменяется в широких пределах: K_CKmin =0,2 для продукта, расположенного в центральной части рабочего органа; К_СКтах =0,9 для продукта, расположенного около стенки камеры. Для рассматриваемых условий принимается K_CKmin.

Зная, что сор = 7m_min / 30 (где n_min — минимальная частота вращения рабочего органа, об/мин), из уравнения (6.4) имеем:

Для интенсификации процесса очистки действительное число оборотов с учетом некоторого запаса величины центробежной силы увеличивается по сравнению с расчетным: для дисковых картофелеочистительных машин — на 20—25%, для конусных — на 50—60%.

Угол при вершине конического рабочего органа можно найти при рассмотрении упрощенной модели положения клубня (рис. 6.16), при условии, что клубень должен быть выброшен на стенку рабочей камеры по образующей конуса.

Рис. 6.76. Схема сил, действующих на клубень, находящийся на конической части абразивной чаши.

При движении клубня по конической части абразивной чаши на него действуют центробежная сила С = ты^(1-К_ск)²г (где г — расстояние от оси вращения до центра тяжести клубня, м) и сила тяжести клубня G = mg. Кроме того, в месте контакта клубня с рабочей поверхностью возникает сила трения Т.

Центробежная сила и сила тяжести раскладываются на две составляющие. При этом сумма нормальных составляющих C_N и G_N уравновешивается равной по величине и противоположно направленной силой реакции N со стороны наклонной поверхности. Вторые составляющие, соответственно, равны.

Для обеспечения перекатывания клубня с рабочего органа на стенку камеры необходимо, чтобы соблюдалось условие С₀ >G_Q. Подставляя соответствующие значения из уравнения (6.6) и решая полученное неравенство относительно угла при вершине конического рабочего органа, получим.

При выборе рекомендуемого значения угла конусности рабочего органа 0 = 30°, из уравнения (6.7) определяется минимальное число оборотов n_min рабочего органа, необходимое для попадания клубня на стенку рабочей камеры:

Принятое условие о движении клубня вверх по образующей конуса не реализуется в реальных условиях, поскольку клубень выбрасывается под некоторым углом по ходу вращения абразивной чаши. Поэтому имеет место сложение относительной скорости движение клубня и переносной скорости клубня вместе с чашей, что заставляет клубень вращаться по спирали вверх.

Представленную модель (см. рис. 6.15) можно рассмотреть с позиции обеспечения проскальзывания клубня с рабочего органа на стенку камеры. Это позволяет установить условие, при котором обеспечивается проскальзывание tg 0 > /. Анализ данного условия показывает, что в современных конических картофелеочистительных машинах их кинематические и геометрические параметры не позволяют обеспечить проскальзывание.