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 тяжести, сила трения зерновки о наклонную стенку и реакция силы 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 тяжести, сила трения зерновки о стенку и реакция силы 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

, (1)

где Еп – потенциальная энергия частицы,  Дж;

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

А2 – работа, затрачиваемая на преодоление силы 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:

, (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

, , (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

. (4)

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

. (5)

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.

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.

 

 

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.