Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ВВОДА ЗЕРНОВОЙ СМЕСИ В ПНЕВМОСЕПАРИРУЮЩИЙ КАНАЛ

Саитов А.В. 1 Фарафонов В.Г. 1 Саитов В.Е. 1
1 ФГБОУ ВПО «Вятская государственная сельскохозяйственная академия»
Представлен энергетический анализ движения зерновки по устройству ввода (скатной доске), состоящего из наклонной плоскости, оканчивающейся горизонтальным участком. Проведен графический анализ зависимости длины скатной доски от угла ее наклона относительно горизонтали при скорости ввода зернового материала в пневмосепарирующий канал (ПСК) 0,5 м/с и зависимости длины скатной доски с углом ее наклона относительно горизонтали 350 от скорости ввода зернового материала в ПСК при разных коэффициентах трения зерновки о поверхность скатной доски. Проведенный анализ по обоснованию конструкционно-технологических параметров устройства ввода зерновой смеси в ПСК позволяет сократить затраты на проведение экспериментов при создании и проектировании новых зерноочистительных машин.
зерновой ворох
скорость витания частиц
коэффициент парусности частицы
устройство ввода зерновой смеси
пневмосепарирующий канал
пневматический сепаратор
1. Гортинский В.В., Демский А.Б., Борискин М.А. Процессы сепарирования на зерноперерабатывающих предприятиях. – М.: Колос, 1980. – 304 с.
2. Пат. 2172217 РФ, МПК7 В07В 4/02, А 01 F 12/44. Зерноочистительная машина / В.Е. Саитов (РФ). – № 2000110083/03; заявл. 19.04.00; опубл. 20.08.01, Бюл. № 23. – 5 с.
3. Пат. 2178347 РФ, МПК7 В07В 4/02, A 01 F 12/44. Зерноочистительная машина / В.Е. Саитов, Р.Г. Гатауллин (РФ). – № 200010082/03; заявл. 19.04.00; опубл. 20.01.02, Бюл. № 2. – 4 с.
4. Пат. 2198040 РФ, МПК7 В07В 4/00. Зерноочистительная машина / В.Е. Саитов, Р.Г. Гатауллин, И.Н. Нигматуллин (РФ). – № 2000131016/13; заявл. 13.12.00; опубл. 10.02.03, Бюл. № 4. – 4 с.
5. Пат. 123692 РФ, МПК9 В07В 4/00. Пневмосистема зерноочистительной машины / Саитов В.Е., Гатауллин Р.Г., Нигматуллин И.Н., Саитов А.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА. – № 20121124214/03; заявл. 09.06.2012; опубл. 10.01.2013, Бюл. № 1. – 3 с.
6. Пат. 2525557 Рос. Федерация: МПК9 В07В 4/00. Пневматический сепаратор сыпучих материалов / Саитов  В.Е., Фарафонов В.Г., Суворов А.Н., Саитов А.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА. – № 2013109664/03; заявл. 04.03.2013; опубл. 20.08.2014, Бюл. № 23. – 6 с.
7. Пат. 2528346 Рос. Федерация: МПК9 В07В 4/00. Зерноочистительная машина / Саитов В.Е., Гатауллин Р.Г., Саитов А.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА. – № 2013109666/03; заявл. 04.03.2013; опубл. 10.09.2014, Бюл. № 25. – 6 с.
8. Малис А.Я., Демидов А.Р. Машины для очистки зерна воздушным потоком. – М.: Машгиз, 1962. – 176 с.
9. Справочник инженера-механика сельскохозяйственного производства: учеб. пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2003. – Часть I. –  340 c.
10. Бурков А.И., Сычугов Н.П. Зерноочистительные машины. Конструкция, исследование, расчет и испытание. – Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2000. – 261 с.

Немаловажное значение на качество пневмосепарации оказывают конструкционные особенности устройств ввода зерновой смеси в пневмосепарирующий канал (ПСК). По способу ввода зерновой смеси в ПСК данные устройства подразделяются на пассивные и активные [1].

К активным устройствам для ввода зернового материала в ПСК можно отнести питающие валики, разбрасывающие диски. Недостатком этих устройств следует считать усложнение конструкции воздушной системы зерноочистительной машины, увеличение травмируемости зернового материала и увеличение энергопотребления.

К пассивным устройствам ввода можно отнести скатные доски с различным углом наклона и сетки, установленные наклонно и непосредственно в ПСК. Данные устройства имеют простую конструкцию и небольшие габаритные размеры, не требуют дополнительного привода. Однако применение сеток неэффективно и сдерживается в основном из-за того, что в процессе сепарации зерновой смеси они засоряются, что приводит в дальнейшем к снижению качества очитки зерна.

Наиболее широкое применение нашел способ ввода зерновой смеси в ПСК с помощью скатных досок (наклонной плоскости). Скатная доска проста по устройству, не требует механизма привода, имеет небольшие габариты. Данный способ ввода материала в канал значительно упрощает конструкцию пневмосепаратора. Поэтому в предлагаемых для производства зерноочистительных машинах применен способ ввода зерновой смеси в ПСК с помощью скатной доски [2, 3, 4, 5, 6, 7].

В то же время в научной и технической литературе недостаточно информации по выбору рациональных конструкционно-технологических параметров рассматриваемого устройства ввода зернового материала в ПСК.

Анализ движения зерновки по устройству ввода

Рассмотрим движение единичной частицы по наклонной поверхности устройства ввода зернового материала в ПСК. На частицу, которая поступает из приемно-загрузочного бункера на наклонную поверхность устройства ввода, действуют сила sait01.wmf тяжести, сила sait02.wmf трения зерновки о наклонную стенку и реакция силы sait03.wmf нормального давления зерновки на наклонную плоскость. Перед вводом в ПСК частица движется по горизонтальному участку, которое обусловливает в нем улучшение разрыхления зернового потока. На данном горизонтальном участке на частицу также действуют сила sait04.wmf тяжести, сила sait05.wmf трения зерновки о стенку и реакция силы sait06.wmf нормального давления зерновки на стенку (рис. 1).

Для движущей частицы по устройству ввода, имеющий наклонную плоскость и переходящий в конце на горизонтальный участок, закон сохранения энергии имеет вид

sait07.wmf, (1)

где Еп – потенциальная энергия частицы,  Дж;

А1 – работа, затрачиваемая на преодоление силы sait08.wmf трения при скатывании частицы по наклонной плоскости, Дж;

А2 – работа, затрачиваемая на преодоление силы sait09.wmf трения при движении частицы по горизонтальному участку, Дж;

Ек – кинетическая энергия частицы на выходе из горизонтального участка устройства ввода, Дж.

Тогда выражение (1) с учетом действующих сил на частицу, длины L наклонной плоскости, длины l горизонтального участка и высоты H наклонной плоскости относительно горизонтального участка представляется в виде:

sait10.wmf , (2)

где m – масса частицы, кг;

υ01 – скорость частицы на выходе из горизонтального участка устройства ввода и поступлении ее в ПСК, м/с.

Значения силы трения на наклонной плоскости и горизонтальном участке определяются из выражений

sait11.wmf, sait12.wmf, (3)

где f – коэффициент трения зерновки о поверхность стенки устройства ввода;

α – угол наклона наклонной плоскости относительно горизонтали, град;

g – ускорение свободного падения частицы, g = 9,81 м/с2.

Уравнение (2) после подстановки выражений (3), H = L∙sinα и G = mg, а также сокращения на m будет иметь вид

sait13.wmf. (4)

Проведя преобразования уравнения (4) длина L наклонной плоскости устройства ввода определяется по выражению:

sait14.wmf. (5)

saitov1.wmf

Рис. 1. Схема действующих сил на частицу, движущуюся по устройству ввода зерновой смеси в ПСК: 1 – наклонная плоскость; 2 – горизонтальный участок

Таким образом, конструкционная длина  L скатной доски устройства ввода, оканчивающаяся горизонтальным участком, зависит от величины скорости υ01 ввода зернового материала в ПСК, коэффициента  f трения его о поверхность скатной доски, угла α наклона ее относительно горизонтали и длины l горизонтального участка.

Установлено, что для эффективной очистки зернового материала вводить его в вертикальный канал целесообразно под углом а01 = 0…+100 и со скоростью υ01 = 0,3…0,5 м/с [8].

Известно, что для обеспечения передвижения зерновки по скатной доске (наклонной плоскости) ей необходимо придать положительный угол α, равный 25…350 и соответствующий углу φтр трения зерна о ее поверхность. При этом коэффициент f трения зерновки о поверхность стенки скатной доски, изготавливаемой из стали, составляет 0,3…0,5 [1, 8, 9].

В то же время по устройству ввода зерновки движутся в потоке. Коэффициент f внутреннего трения скольжения основных зерновых культур составляет: пшеницы – 0,47…0,73; ржи – 0,36…0,58; ячменя – 0,36…0,50 и овса – 0,26…0,43. Соответственно, диапазон минимальных значений коэффициентов f внутреннего трения скольжения пшеницы, ржи, ячменя и овса равен 0,26…0,47, а диапазон максимальных значений f данных культур – 0,43…0,73 [10].

Диапазон значений коэффициентов f внутреннего трения скольжения пшеницы, ржи, ячменя и овса сопоставим с коэффициентом f трения зерновки о поверхность стенки скатной доски. Соответственно, зерновой материал по скатной доске будет двигаться в едином потоке, а потому анализ технологической подачи зернового материала в ПСК по устройству ввода необходимо проводить по значениям коэффициента f трения зерновки о поверхность стенки скатной доски.

На рис. 2 представлены зависимости длины L скатной доски от угла α ее наклона относительно горизонтали при скорости ввода зернового материала в ПСК υ01 = 0,5 м/с и разных коэффициентах f трения зерновки о поверхность скатной доски.

saitov2.wmf

Рис. 2. Зависимости длины L скатной доски от угла α ее наклона относительно горизонтали при скорости ввода зернового материала в ПСК υ01 = 0,5 м/с и разных коэффициентах f трения зерновки о поверхность скатной доски

Из анализа рис. 2 следует, что все графические зависимости имеют стабильно-нисходящую форму. Из полученных зависимостей следует, что при увеличении угла  α наклона скатной доски ее длина L уменьшается. При этом с уменьшением значений коэффициента f трения зерновки о поверхность скатной доски показатели L снижаются. Длина L скатной доски при рассматриваемых значениях f варьирует в пределах 0,057…0,14 м при α = 350, 0,045…0,087 м при α = 400; 0,038…0,064 м при α = 450; 0,033…0,051 м при α = 500; 0,029…0,043 м при α = 550; 0,026…0,037 м при α = 600. Следует заметить, что при α > 600 рассматриваемые зависимости по показателю L стремятся к некоторому определенному минимальному значению, мало зависящему от коэффициента f. При угле наклона скатной доски относительно горизонтали α = 350 ее длина L имеет наибольшие значения. Из отмеченного следует, что существенное влияние на значения  L при изменении угла α оказывает коэффициент f трения зерновки о стенку, причем чем больше f, тем значение L выше.

На рис. 3 приведены зависимости длины L скатной доски с углом ее наклона относительно горизонтали α = 350 от скорости  υ01 ввода зернового материала в ПСК при разных коэффициентах f трения зерновки о поверхность скатной доски.

saitov3.wmf

Рис. 3. Зависимости длины L скатной доски с углом ее наклона относительно горизонтали α = 350 от скорости υ01 ввода зернового материала в ПСК при разных коэффициентах f трения зерновки о поверхность скатной доски

 

 

Полученные графические зависимости имеют восходящую форму. Из полученных моделей следует, что при выборе скорости  υ01 ввода зернового материала в ПСК с более высоким значением показатели длины L скатной доски также возрастают. При варьировании υ01 наибольшие показатели длины  L скатной доски фиксируются при максимальных значениях f = 0,5. Со снижением значений f показатели L имеют меньшие значения. Так, при рассматриваемых значениях f = 0,3…0,5 длина L скатной доски меняется соответственно в пределах 0,032…0,09 м при υ01 = 0,3 м/с, 0,037…0,099 м при υ01 = 0,35 м/с, 0,043…0,11 м при υ01 = 0,4 м/с, 0,049…0,12 м при υ01 = 0,45 м/с, 0,057…0,14 м при υ01 = 0,5 м/с.

Из отмеченного следует, что существенное влияние на значения L при изменении угла α и скорости υ01 оказывает коэффициент f трения зернового материала о стенку, причем чем больше f, тем значение L выше. Поэтому длина L скатной доски устройства ввода может приниматься исходя из обеспечения движения зернового материала по наклонной плоскости с учетом максимального значения коэффициента f трения зернового материала.

Таким образом, исходя из обеспечения движения зернового материала по наклонной плоскости с учетом коэффициента f трения зернового материала и скорости υ01 его ввода в ПСК длина L скатной доски может приниматься в зависимости от конструкционной компоновки разрабатываемой зерноочистительной машины. Для разрабатываемого пневмосепаратора сыпучих материалов [6] целесообразно наклон скатной доски установить под углом α = 350, при котором длина L наклонной плоскости составит 0,14 м. При проектировании устройства ввода зерновой смеси в ПСК для пневмосепаратора длину L наклонной плоскости целесообразно принять по конструкционным соображениям кратной значению 0,15 м.

Заключение

Таким образом, проведенный анализ по обоснованию конструкционно-технологических параметров устройства ввода зерновой смеси в ПСК позволяет сократить затраты на проведение экспериментов при создании и проектировании новых зерноочистительных машин. При заданных параметрах l = 0,02 м, α = 350, f = 0,5, υ01 = 0,5 м/с рациональную длину L наклонной плоскости устройства ввода для разрабатываемого пневматического сепаратора сыпучих материалов [6] целесообразно принять кратной значению 0,15 м.


Библиографическая ссылка

Саитов А.В., Фарафонов В.Г., Саитов В.Е. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ВВОДА ЗЕРНОВОЙ СМЕСИ В ПНЕВМОСЕПАРИРУЮЩИЙ КАНАЛ // Современные наукоемкие технологии. – 2015. – № 4. – С. 56-60;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=35015 (дата обращения: 20.01.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074