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)
Рис. 1. Схема действующих сил на частицу, движущуюся по устройству ввода зерновой смеси в ПСК: 1 – наклонная плоскость; 2 – горизонтальный участок
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.
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
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.
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: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=35015 (дата обращения: 10.12.2024).