Введение к работе
Актуальность. Лневмосепарацнонньш процесс является одним ш важнейших в технологии послеуборочной обработки зерна. Принцип воздушной сепарации используется во многих сепарирующих машинах. Объясняется это сравнительной простотой и надежностью конструкций пневмосепарирующих устройств. Несмотря на широкое применение, гшевмосепарацнонные системы имеют низкую эффективность разделения (60-70%) при четкости сепарирования до 2%. При этом энергозатраты в 3-4 раза выше,*чем в решетных и триерных схемах.
В процессе тглзмосспарзцпи наиболее слеглепоп задачей яеллстсл сортирование зерновых материалов для получения семенного и продовольственного зерна. Особенностью этого процесса является близость скоростей витания компонентов зерновой смеси. В этом случае зерновой материал имеет компоненты, у которых скорости витания будут мало отличаться от средней скорости воздушного потока. Действующие на зерновки силы тяжести и аэродинамического сопротивления в среднем уравновенптаются, продолжительность пребывания в нневмоканале таких черновых частиц становится большой величиной, их хаотические движения создают помехи дпижению разделяемых частиц. При взаимодействии зерновок с воздушным потоком определяющим является непостоянство силы аэродинамического сопротивления вследствие изменчивости миделсва сечения.
Существующий метод воздействия равномерного воздушного потока на зерновой материал в рассматриваемом случае не позволяет сто эффекпшно разделить.
Разработка теории и моделирование новых принципов аэромеха-нпческого разделения зерновых материалов, интенсифицирующих процесс сепарации, созлание на эгой основе высокоэффективной пневмосепарационной техники является актуальной проблемой для агропромышленного комплекса страны.
Выполнение диссертационной работы связано с координационным планом научно-исследовательских и проектно-нонструкторских работ Минзага СССР в качестве одного из исполнителей темы 1.01.26 "Создать пневмовихревой сепаратор для очистки зерна'", а также с тематическим планом НИР и ОКР Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова ( АлтГТУ) при выполнении научно-исследовательских работ NN 79064168, 72055240, 81071345 и региональной программой "Алтай" (1993-1996 годы, N ГР 01960010600).
Цель и задачи исследования. Целью данной работы явилась разработка научных положений, направленных на повышение эффективности разделения зерновых материалов неравномерным воздушным потоком на компоненты с близкими скоростями витания.
Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи :
- разработать базовую математическую модель, позволяющую
проводить аналитическое и численное исследование плоского движе
ния зерновки эллипсоидной формы в неравномерном воздушном по
токе с учетом момента сил сопротивления вращению, как в общем
случае, так и на режиме витания;
определить условия резонансного воздействия воздушного потока с периодической эпюрой скоростей на вращательное движение зерновок и проверить его избирательность;
разработать метод определения параметров движения зерновки эллипсоидной формы после удара о конструктивные элементы пнев-моканала и исследовать влияние удара на процесс сепарации;
разработать способ получения и метод расчета неравномерного воздушного течения с периодической эпюрой скоростей для реализации резонанса и обеспечения ориентированного ввода зерна в канал;
создать пакет прикладных программ для проведения расчетов на ЭВМ с целью усовершенствования конструктивных элементов пневмо-сепарационных систем и повышения их технологической эффективности.
Объект исследования. В качестве объекта исследования рассматривался процесс аэромеханического разделения зерновых материалов в неравномерном воздушном потоке с учетом вращательного движения зерновки и ее ударного взаимодействия со стенками пневмоканала.
Методика исследований. В работе использованы аналитический, численный и экспериментальный методы исследования.
Аналитический метод позволил разработать математическую модель движения зерповки и на ее основе провести качественный (при некоторых допущениях) анализ процесса пневмосепарации, а также рассмотреть удар вращающихся зерновок эллипсоидной формы о стенки пневмоканала произвольной формы.
Численный метод позволил провести исследование влияния различных факторов на процесс сепарации с использованием ЭВМ.
В экспериментальных исследованиях были использованы методы физического моделирования на специально созданных лабораторных установках для проверки положений и выводов теории.
Научная новизна. Новые научные результаты работы заключают-
ся в следующем:
разработана теория плоского движения зерновок эллипсоидной формы в неравномерном воздушном потоке, позволяющая исследовать процесс аэромеханического разделения зерновых материалов с близкими скоростями витания;
теоретически получены и экспериментально проверены условия избирательного резонансного воздействия воздушного потока с периодической эпюром скоростей на вращательное движение зерновки;
- предложен метод определения параметров движения зерновки :ш-
липсоидной формы после ее удара о стенки канала в зависимости от
параметров движения вращающейся зерновки до удара, коэффии;*ен-іа восстановления нормальной скорости и коэффициента ударного трения;
- разработан метод расчета воздушных течений через решетки
профилей, установленных в пневмоканал для придания ориентации
зерновок на начальном участке движения и усиления вращения в по
следующем.
Практическая ценность и реализация результатов исследования.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований получили практическую реализацию в совершенствовании технологии. азромеханическої о разделения зерновых материалов. Разработанная модель вращательного движения зерновки эллипсоидной формы и созданный на ее базе пакет прикладных программ для расчетов на ЭВМ позволяют исследовать влияние условий ввода в канал зернового материала, условий отражения зерновок от степок канала. Показана возможность улучшить разделение зернового материала с близкими скоростями витания, если учитывать форму и ударные свойства материала отражающей поверхности. Разработаны рекомендации по установке в пневмоканал продольной и поперечной решеток с определенным шагом.
Результаты проведенного исследования использовались при разработке и усовершенствовании конструкции пневмосепаратора УІ-БПС, созданного с участием автора в отраслевой научно-исследовательской лаборатории Министерства хлебопродуктов РФ при АлтГТУ (научный руководитель д.т.н., профессор В.Л. Злочевский) совместно с ОПКБ НПО "Пива Алтая" по заданию Минзага СССР, который успешно эксплуатируется на хлебоприемных предприятиях.
Ряд положений разработанной теории внедрен в учебный процесс в АлтГТУ.
Апробация. Основные положения диссертационной работы доло-
жены и обсуждены на 8-й Всесоюзной конференции по аэроупругости турбомашин (Киев, 1981 г.), Всероссийской выставке "Вклад вузов России в выполнение продовольственной программы" (Саранск, 1982 г.), научных конференциях студентов, аспирантов и профессорски -преподавательского состава АлтГТУ (Барнаул, 1989, 1992, 1995 гг.) и Алтайского сельскохозяйственного института (Барнаул, 1987 г.)
Публикации. Все основные положения по теме диссертации опубликованы в 9-ти печатных работах.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих вьгоодов, списка литературы из 106 наименований и приложений. Основное содержание изложено на 132 страницах текста, включающего 42 рисунка и 6 таблиц.
