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谷糙分离机性能的的工程研究
作者：T.Z. Fouda
1.摘要
在理论上和实验上以分离机筛角，稻水分含量和进料比的变化的函数对谷糙分离机的性能进行了研究。 根据分离机生产率、破损率、分离机效率和能量要求等方面评估分离机性能。 理论分析表明，为了防止材料在筛面上移动，建议最佳筛速为0.5米/秒（200 rpm）。实验结果表明，在以下条件下，隔板性能处于最佳区域：
bull; 筛角度为15度。
bull; 水稻含水量为14％。
bull; 进料比为0.80。
2.绪论
农业政策依赖于通过机械化农业战略性作物所带来的成功技术。稻米是最重要的经济作物之一，因为它参与了在饲料和工业方面的当地消费所取得的国际收入。因此，在水稻生产的不同阶段通过最新技术提高产量是一个需要解决的重要问题。碾米就是水稻生产的其中一个阶段。在现代碾米厂进行的主要操作是清洗，脱壳，谷糙分离，美白和分级。由于稻谷和糙米的比重和表面特征的不同，在振荡型分离机上分离谷糙。分离机将脱壳操作的产品分为三部分：糙米，稻谷和两者的混合物。将糙米送入到美白机中，将稻谷送回去脱壳并将混合物返回分离机。
El-Raie在1987年研究了平筛的技术参数，例如筛子的尺寸，筛分单元的曲轴速度，筛板上孔的理想分布。这些信息对于设计和开发适用于埃及的特定机器非常重要。 Ahmed在1988年提到分离筛的斜率是分离效果的控制因素。由于筛子也是确定风选机的最大可能进料速率的控制因素，因此该效率显着提高。随着筛分斜率的增加，只要其他因素保持不变，最大可能的进料速率就会大大降低。他还发现，根据每分钟使用的振荡次数，分离效率的最大值是完全不同的。Ahmed等人在1993年开发了一种风选机。该机器设计用于改变影响分离效果的参数，例如筛分振荡，振幅，筛角和进料速率，以通过当地制造的固定式脱粒机来脱粒小麦作物。
他们补充说，在500转/分钟的筛振动，筛角为2度时，分离效率达到97％。 进料速度为30kg / h.cm。 谷粒/秸秆比例为1：3。
Amin在2003年研究了影响清洗和分离效率的一些工程参数，例如运动类型（振动或旋转速度），单元形状（矩形，正方形和圆形），矩形单元的位置（与速度方向平行或垂直），每种机器类型所要考虑的筛分倾斜角和筛分时间（振动和旋转机器）。他发现通过增加筛分时间，摆动和旋转速度可以提高效率。 Awady等人在2003年开发并测试了一台分离和清洗机，用来筛选水稻作物以提高效率和减少损失。清洗机由框架，谷物料斗，摆动式双筛组件，离心式鼓风机和电动机组成。筛组件的偏心和支撑连杆使其振动，使颗粒在平面筛上移动。在操作过程中，谷物被装载到料斗上并通过底部开口进入振荡筛并可以由滑动门调节。上部筛网分离出比颗粒大的杂质，下部筛网将较小的颗粒与灰尘分开。 El-Sahrigi等人在2004年设计并构建了一种分离和清洗装置，通过根据种子类型，物理性质和相关杂质进行简单调整，能够处理各种类型的药用和芳香种子及其相关的外来物质。 他们还根据以下主要因素测试了清洁单元的性能：筛单元的频率，进料速率，空气速度和筛单元的斜率。 最大种子清洁度和分离效果分别为99.01％和89.75％，频率为10.50HZ，进料速度为300kg / h，坡度为13deg，并且风速为3.2m / s。
该研究将涵盖影响谷糙分离机性能的一些工程和操作参数的理论和实验分析，以最大化分离机效率和最小化能量需求。
3.材料和方法
主要实验在东部省Zagazig Milling公司进行，研究了一些工程和操作参数对水稻和稻米分离器性能的影响。
3.1-主要使用的水稻
主要使用水稻是Giza 172（短粒）。
稻谷和糙米的物理和机械特性列于表（1）。
表（1）：稻谷和糙米的物理和机械性质
|
稻米 |
长度 |
宽度 |
厚度mm |
1000粒的质量 g |
静安息角，度数（theta;） |
摩擦角度，度数（theta;） |
摩擦系数 |
|
稻谷 |
7.70 |
3.22 |
2.45 |
24.90 |
40-45 |
48 |
1.11 |
|
糙米 |
5.57 |
2.92 |
2.25 |
21.40 |
33-38 |
40 |
0.84 |
3.2-主要使用的分离机
最新的SATAKE谷糙分离机Ps 120E使用了以下规格：
-输出能力 ：长粒5.2-5.6吨/小时
：短粒6.0-7.2吨/小时
-所需功率 ：0.75千瓦
SATAKE新谷糙分离机如图1所示。
3.3-主要使用的仪器
-静安息角角度计用于测量基部和颗粒斜率之间的角度。
-数字仪器用于测量金属板表面晶粒的摩擦角，精度为0.01度。
-电子数字天平用于测量颗粒样品的质量，精确度为0.1mg。
-数字功率计用于测量操作分离机所需的功率。
1-窗板 2-配电盘盒 3-分隔板 4-切换阀
5-倾斜开关 6-出口 7-糙米 8-混合物 9-稻谷
图1：谷糙分离机
3.4-分离机调整
振动筛用于去除糙米中的稻谷。分离筛的搅拌导致稻谷和糙米在其表面上移位。稻谷和糙米应该在搅拌中分离是最佳的。稻谷和糙米应均匀地分布在筛子表面上并朝筛子的输送端移动。通过多个系统联动搅拌筛，驱动连杆的直线运动的运动学特性和曲柄连杆机构对于小的r / L值（曲轴长度/连杆长度）由下式给出（klenin等人在1985年提出）：
其中： - 瞬时位移，cm
- 表示运动速度，cm / s
- 运动加速度，cm /
- 角速度，rad / s
- 曲轴长度，cm
3.4.1 将稻谷和糙米放在筛子上的主要的力：
1- ：由于水稻和大米的重量向下的力量。
2- ：惯性力作用在与重力相反的方向上。力的大小计算如下：
其中： - 稻谷和糙米的质量
3- ：稻谷和糙米之间的摩擦力以及与运动方向相反的作用在筛子表面的摩擦力。
4- ：在垂直于稻米的工作表面的方向上作用的反作用力。
筛子设置为水平或倾斜于水平面，倾斜角度选自条件：
其中：水平角度
：混合物与筛面之间的摩擦角。
根据上面给出的条件，当材料静止时，材料不会在筛上滑动。 当以特定频率和振幅搅拌筛子时，相对于筛子表面将运动输入到材料中。
材料的可能运动类型仅是在筛上朝向输送端滑动，并且在相反方向上或者在材料和筛表面之间失去所有接触。
3.5-在输送端从A到B的筛表面上的材料运动
当作用在材料上所有力的合力大于摩擦力（如图2）时，在输出端的运动如下式所示：
其中：：摩擦力
：摩擦角
：摩擦系数
：法向力
为确定力R的大小可以计算所有的力在垂直于筛子的方向上的投影大小之和。
然后种子在出口处的运动可以用以下不等式表示：
或者：
或者：
3.5.1 材料在筛网表面上从B到A上下滑动
图3显示了在下列情况下材料从B到A的移动：
其中：
那么在这种情况下材料的运动可以用以下不等式表示：
3.5.2 材料在筛面上的运动
在这种情况下，材料的运动可以用以下不等式表示：
但在这种情况下， there4;
图2：材料在输送端从A到B的筛表面上的运动
图3：材料在筛网表面上从B到A的上下滑动
从这些方程式可以看出，材料的质量移动了一小部分筛子以阻挡出口（Ngt; N1）并向相反方向移动（Ngt; N2）。
在以下条件下筛分和分离更为成功：
其中N：最佳筛分速度
在上述条件下并使用前面的公式，分离器调整如下：
- 确定具有水平的筛网角度小于材料和筛网表面之间的摩擦角：
there4;度。
- 最佳筛分速度计算如下：
，对应于0.5m / s的线性筛速
3.6-实验步骤
实验研究了以下参数对谷糙分离机性能的影响：
- 四个与水平不同的筛角（10度，12度，15度和20度）
- 四种不同的水稻含水量（10％，12％，14％和16％）。
- 五种不同的进料比（0.50,0.60,0.70,0.80和0.90）。
进料速率比计算如下：
其中：：实际进料速率
：最大进料速率（7200 kg / h）
3.6.1 测量
分离机生产率：
分离机的生产率计算如下：
其中：：糙米样品的质量，Mg。
：分离操作所消耗的时间，h。
破损率：
破损率计算如下：
其中：C：糙米样品中破损的质量，g。
T：总样品的质量，g。
分离效率：
使用以下等式测量稻谷分离器效率
( Modi在1972年提出)
其中：-从分离机的糙米出口收集的糙米部分的重量；
-从分离机的稻谷出口收集的糙米部分的重量；
-从分离机的糙米出口和稻谷出口收集的糙米部分的总和的重量。
能源需求：
能源需求用以下等式计算：
使用数字功率计测量所需功率。
4.结果和讨论
获得的结果将在以下项目下讨论
4.1-影响分离机生产率的因素
分离机的生产率受筛角，稻谷水分含量和进料比的显着影响。
关于筛角对分离机生产率的影响，图4中的结果表明，对于各种进料比0.5，0.6，0.7，0.8和0.9的测量，筛角从10度增加到15度，使分离机生产率提高16.02，16.29，37.01，38.34和29.78％，水稻水分含量为14％。 筛角从15度进一步增加到20度，在相同的先前条件下，分离机的生产率降低了3.84，7.07，24.53，24.47和17.20％。 通过将筛角从10度增加到15度会提高生产率是由于糙米从出口均匀的滑动出来。通过将筛角从15°增加到20°C会降低生产率是由于糙米向稻谷入口的快速滑动。
关于稻谷水分含量对分离机生产率的影响，图5中获得的数据表明，在各种进料比0.5，0.6，0.7，0.8和0.9下测量的水分含量从10％增加到16％，分离机生产率降低了11.76， 13.53，13.41，4.53和3.15％，恒定筛角为15度。 这是由于高含水量材料的重量很大，导致糙米落入稻谷和混合物的出口。
至于进料比对分离机生产率的影响，结果如图所示。 图4和图5显示，在恒定的水稻含水量为14％和恒定的筛角为15度时，增加的进料比从0.5增加到0.9使分离机生产率提高了68.54％。 这可以通过以下事实来解释：当进料比增加时，材料均匀地覆盖筛子的表面，这使得材料朝向其出口平滑移动。
进料比
分离机生产率，kg / h
筛角，度
图4：不同进料比下筛角对分离机生产率的影响（恒定含水量14％）
分离机生产率，kg / h
进料比
水分含量，％
图5：不同进料比（筛角，15度）下稻谷水分含量对分离机生产率的影响
4.2-影响分离机破损率的因素
代表性的破损率值与筛角和水稻含水量的关系通过图1和2中的各种进料比给出。 关于筛角对分离机破损率的影响，结果如图6所示。 图6显示，在不同的进料比例0.5，0.6，0.7，0.8和0.9下测量的筛角从10度增加到15度，在恒定稻谷水分含量为14％时，分离机破损率降低了37.5，47.12，36.45，28.12和31.21％。 在相同的先前条件下，筛分角度从15到20度的分离机破损率每一度增加为18.36，25.80，22.78，13.20和7.69％。 筛角度的任何增加或减少会导致大于或小于15度。 由于材料在筛子表面上的不均匀移动，倾向于增加破损率。
考虑到水稻含水量对分离机破损率的影响，图7中获得的数据表明，在各种分离机进料比率为0.5，0.6，0.7，0.8和0.9时测得，在恒定筛角为15度时，分离机破损率降低了21.66，26.76，15.55，11.60和20.00％。糙米水分含量的降低倾向于增加破损率，因为干燥的谷粒对彼此的冲击更敏感。
关于进料比对分离机破损率的影响，结果见图。 图6和图7显示，在恒定的水稻含水量为14％和恒定的筛角为15
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