Разделение зернового материала воздушным потоком имеет ряд преимуществ перед другими способами очистки. Это обусловливается простотой конструкции и высокой удельной производительностью пневмосепаратора, а также малой повреждаемостью зерна при очистке.
Выявлены закономерности влияния множества факторов на эффективность пневмосепарирования зернового материала. В общем виде математическая модель эффективности пневмосепарирования зернового вороха в пневмосепарирующем канале (ПСК) зерноочистительной машины представляется в виде функции с достаточно большим числом переменных факторов [16, 17, 18]:
(1)
где qуд – удельная зерновая нагрузка, кг/(с·м2); υср – средняя скорость воздушного потока в ПСК, м/с; F – площадь поперечного сечения ПСК, м2; HB, HH – высота верхней и нижней части ПСК, определяемые местом ввода материала до соответствующих поворотных участков, м; v – структура воздушного потока в ПСК (коэффициент вариации скорости воздушного потока), %; υвит – степень различия аэродинамических свойств компонентов зернового вороха (по скорости витания зерна и примесей), м/с; З – степень засоренности зерна примесями, %; W – влажность зернового вороха, %; Ки – конструкционное исполнение ПСК; ωB – условия ввода в канал зернового вороха (свободный ввод, вибропитатель, питающий валик и т.д.) и его начальная скорость, м/с; Z – схема компановки основных сборочных единиц воздушной системы (вентилятор, канал, осадочное устройство); ψ – характеристика генератора воздушного потока.
Все приведенные показатели в определенной степени взаимосвязаны между собой и оказывают влияние на процесс пневмосепарации, на выбор конструкционных параметров сепаратора. Существенное влияние из указанных факторов на эффективность пневмосепарации оказывают аэродинамические свойства компонентов зерновой смеси, конструкционное исполнение пневмосепарирующего канала Ки, удельная зерновая нагрузка qуд на ПСК и условия ввода ωB в него зерновой смеси, количественная υср и качественная v характеристики воздушного потока [1, 3, 4].
С учетом отмеченных факторов, оказывающих наибольшее влияние на улучшение технологического процесса зерноочистительной машины, разработаны технические решения по повышению эффективности работы ПСК, которые защищены охранными документами Роспатента на изобретения и полезные модели.
Предложения по повышению эффективности сепарации зернового материала
Разработано несколько устройств, в которых повышение эффективности сепарации зернового материала достигается за счет предварительного его расслоения перед вводом в ПСК и придания его компонентам определенной траектории движения.
Для повышения качества очистки зернового материала за счет рационального расслоения его перед вводом в ПСК в пневматическом сепараторе (рис. 1) скатная плоскость 3 по ширине канала 7 выполнена ступенчатой в виде чередующихся в шахматном порядке верхних 4 и нижних 5 лотков, приемные кромки которых примыкают одна к другой, а сходовые кромки выполнены горизонтально и примыкают к расположенной под поперечным окном для ввода сепарируемого материала профильной стенке 6 ПСК 7, выступы которой сопряжены с кромками верхних 4 лотков, а впадины – с кромками нижних 5 лотков [5].
При этом начальные скорости υ01 и υ02 ввода зернового материала в ПСК 7 по поверхностям верхних 6 и нижних 7 лотков составляют:
, (2)
, (3)
где S и lГ – путь движения зерна по наклонной плоскости и длина горизонтального участка, м; α1 и α2 – углы наклона поверхностей лотков к горизонту, град.; 
, 
– начальные скорости частицы на наклонной поверхности лотков 4 и 5 соответственно, м/с; hп – высота свободного падения зерна, м.
В виду того, что α2 > α1, то соответственно с02 > с01, тогда υ02 > υ01. Поэтому зерновой материал, кроме того, что распределен в шахматном порядке по ширине на отдельные струйки, поступает в двух рядах на разной высоте в ПСК 7 с различной скоростью, что обусловливает более равномерное распределение его по сечению данного канала.
Повышение качества очистки зернового материала за счет его равномерного распределения по сечению ПСК достигается также в пневмосепараторе с питателем в виде рифленого валика с ячейками на наружной цилиндрической поверхности, имеющем со стороны стенки, противоположной питателю, камеру, образованную криволинейной верхней стенкой и шарнирно закрепленной скатной плоскостью [6].
Улучшение качества очистки зернового материала за счет его более равномерного распределения не только по ширине, но и по глубине ПСК будет достигаться в пневмосепараторе с питателем, выполненным в виде набора различных по диаметру цилиндрических втулок с лопастями (рис. 2) [7].
Рис. 1. Схема пневматического сепаратора: 1 – бункер; 2 – питатель; 3 – скатная плоскость; 4, 5 – лотки; 6 – стенка профильная; 7 – пневмосепарирующий канал
Рис. 2. Схема пневмосепаратора зернового вороха: 1 – загрузочный бункер; 2 – питающий валик; 3 – пневмосепарирующий канал; 4 – втулки; 5 – лопасти; 6 – вал
а б
Рис. 3. Схема пневмосепаратора (а) и объемный вид питателя (б): 1 – пневмосепарирующий канал; 2 – поперечное окно; 3 – вал; 4 – питатель; 5 – центральная часть питателя; 6 – активатор; 7 – загрузочный бункер
Втулки питающего валика данного устройства могут быть выполнены также эллипсной формы. В этом случае достигается равномерное распределение материала не только по ширине и по глубине, но и по высоте ПСК [8].
Наряду с отмеченным, при сепарировании зерновой смеси с повышенной удельной подачей из-за высокой ее плотности затрудняется выделение соломистых примесей из нижних и средних слоев зернового потока, вследствие чего данные примеси выводятся с основным продуктом.
Предварительное выделение соломистых примесей из зернового материала при вводе его в ПСК достигается выполнением поверхности питателя в виде решета, а центральной его части – полой [9].
Увеличение рабочей поверхности данного питателя выполнением его в виде решета однополосного гиперболоида вращения (рис. 3) с параметрами поверхности а и b (действительные полуоси) и с (мнимая полуось)
(4)
повышает производительность пневмосепаратора, а установленные внутри его полой части 5 дополнительно на валу 3 активаторы 6 способствуют более равномерному распределению зернового материала по поверхности питателя, обусловливающему ввод материала в ПСК 1 равномерно расслоенном виде [10].
Повышение производительности и качества сепарации при обработке зернового вороха обеспечивается в пневмосепараторе, решетная поверхность питателя которого выполнена в виде усеченного параболоида вращения с гребенчато-пластинчатыми рассекателями-ворошителями, расположенными во внутренней его части [11].
Предварительное расслоение подаваемого зернового материала в ПСК обеспечивает также питающий валик, центральная часть которого выполнена полой и сообщается с пневмокамерой, обеспечивающей подвод к валику дополнительного воздушного потока для ожижения зернового материала перед вводом его в ПСК (рис. 4) [12].
Рис. 4. Схема пневматического сепаратора: 1 – питающий валик; 2 – загрузочный бункер; 3, 4 – пневмосепарирующий и воздухоподводящий каналы; 5 – регулятор; 6 – пневмокамера; 7, 9 – лопасти и полости; 8 – плоскость; 10 – центральная часть
Повышение эффективности очистки зернового материала, в особенности при высоких удельных нагрузках, достигается в пневмосепараторах [13, 14], в которых ПСК оснащен перепускным каналом, обеспечивающим разделение материала на два потока. Это уменьшает толщину зернового потока, способствует большему разрыхлению и снижению вероятности столкновения легких частиц и полновесного зерна.
В то же время наличие в зерноочистительных машинах [2, 15] у питающего приспособления скатной плоскости, оканчивающейся горизонтальным участком, улучшает расслаивание и взвешивание частиц зернового материала в ограниченном по размерам ПСК. Это условие пневмосепарации зернового материала повышает качество очистки зерна. При этом использование свободного ввода материала в ПСК значительно упрощает конструкцию пневмосепаратора.
Заключение
Таким образом, совершенствование технологического процесса зерноочистительных машин за счет повышения эффективности работы ПСК обусловливает при очистке зернового материала от различных сорных примесей повышение производительности машины и качества конечного продукта (зерна). Предложенные технические решения могут быть использованы проектно-конструкторскими организациями при создании новых, более совершенных машин для послеуборочной обработки зерна, а также студентами инженерных специальностей при выполнении оригинальных домашних заданий, индивидуальных курсовых и дипломных проектов.