WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 | 3 |

«ОЧИСТКА ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ ОТ ПРИМЕСЕЙ НА РИФЛЕНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ ...»

-- [ Страница 1 ] --

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»

На правах рукописи

КИРАКОСЯН Дмитрий Валерьевич

ОЧИСТКА ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ ОТ ПРИМЕСЕЙ

НА РИФЛЕНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ

Специальность:

05.18.12 - процессы и аппараты пищевых производств Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель – кандидат технических наук, доцент Васильев А.М.

Москва Оглавление ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ................. 1.1. Процессы и оборудование для очистки зерна от мелких и легких примесей

1.2. Обзор работ в области вибрационного сепарирования

1.2.1. Поведение сыпучих тел под действием вибрации

1.2.2. Самосортирование при вибрациях

ВЫВОДЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦ

НИЖНЕГО СЛОЯ МЕЖДУ СМЕЖНЫМИ ПЛАСТИНАМИ ОПОРНОЙ

ПОВЕРХНОСТИ

2.1. Модель вибрационного перемещения частиц нижнего слоя между смежными рифлями

2.2. Движение частиц нижнего слоя между смежными пластинами при горизонтальных колебаниях горизонтальной опорной поверхности.......... 2.2.2. Режим двустороннего скольжения частицы c мгновенными остановками в трех подынтервалах в каждом из направлений

2.2.3. Режим двустороннего скольжения частицы в двух подынтервалах с паузами

2.2.4. Режим двустороннего скольжения частицы в трех подынтервалах с паузами

2.3. Движение частиц нижнего слоя между смежными пластинами при наклонных колебаниях наклонной опорной поверхности.

2.3.1. Режим двустороннего скольжения частицы в двух подынтервалах с паузами

2.3.2. Режим двустороннего скольжения частицы с паузами в трех подынтервалах в положительном направлении оси х и в двух подынтервалах в отрицательном направлении оси x

2.3.3. Режим двустороннего скольжения частицы c мгновенными остановками

2.3.4. Режим двустороннего скольжения частицы с мгновенной остановкой в положительном направлении оси x и с паузой скольжения в отрицательном направлении оси x





2.3.5. Режим одностороннего скольжения частицы в положительном направлении оси x

2.4. Влияние кинематических и установочных параметров на среднюю скорость относительного движения частицы

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

3.1. Определение времени всплывания легких примесей

3.1.1. Экспериментальная установка для сообщения горизонтальных колебаний горизонтальной опорной поверхности

3.1.2 Методика экспериментов

3.1.3. Результаты экспериментов и их обсуждение

3.2. Определение скорости частиц нижнего слоя между смежными рифлями опорной поверхности

3.2.1. Экспериментальная установка для сообщения колебаний под углом к плоскости опорной поверхности

3.2.2. Методика экспериментов

3.2.3. Результаты экспериментов и их обсуждение

легких примесей в верхний слой зерновой смеси

3.3.1. Методика экспериментов

3.3.2. Результаты экспериментов и их обсуждение

3.4. Определение области рациональных параметров погружения мелких примесей в нижний слой зерновой смеси

3.4.1. Методика экспериментов

3.4.2. Результаты экспериментов и их обсуждение

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3

4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ...... 4.1. Рабочий орган вибросепаратора

4.2. Питающий лоток пневмосепаратора

вибросепаратора и питающего лотка пневмосепаратора

4.4. Технические задания на рабочий орган вибросепараторов и питающий лоток пневмосепараторов

4.5. Расчет экономической эффективности

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Зерноперерабатывающая промышленность входит в число наиболее социально значимых отраслей агропромышленного комплекса. Именно поэтому основным критерием продовольственной безопасности России является стабильное обеспечение среднедушевого потребления продуктов переработки зерна. Пятую часть повседневного рациона россиян составляют продуты хлебной группы.

В основе более полного удовлетворения граждан России в высококачественных продуктах питания лежит повышение качества очистки зерна, что обусловлено требованиями, предъявляемыми к качеству зернопродуктов [64].

В свете вступления России во Всемирную торговую организацию остро встает вопрос конкурентоспособности выпускаемой продукции на внутреннем рынке. Совершенствование существующих процессов очистки позволит получать более качественный и здоровый продукт, благодаря которому отечественный производитель будет претендовать на более высокое место на отечественном и зарубежном рынках сельскохозяйственного сырья.

Пшеница является основным сырьем для производства муки (90%). Одной из важнейших технологических операций в процессе переработки пшеницы является сепарирование, т.е. разделение исходной зерновой смеси на фракции, отличающиеся свойствами частиц. Процессы сепарирования применимы на всех этапах переработки, начиная от подготовки зерна пшеницы к хранению до получения готовой продукции. Эффективность процессов сепарирования влияет на сохранность качества зерна при хранении, на эффективность и производительность последующего технологического оборудования, а так же определяет выход и качество готовой продукции [51].





В настоящее время на мелькомбинатах страны для выполнения операции сепарирования применяется ряд машин [67, 78]. Среди них широкое распространение получили машины с колебательным движением ситовых рабочих органов.

В этих машинах вибрационное воздействие на зерновые продукты обеспечивает их непрерывное транспортирование по ситам, самосортирование и просеивание мелких компонентов. К ним относятся СПВ, ПАР, Р1-АСК, СВ-6 и др. Их основным недостатком является невысокая технологическая эффективность.

В связи с этим возникла необходимость в исследовании и совершенствования существующих способов разделения зерносмеси, осуществляемых при возвратно-поступательных колебаниях рабочих органов сепарирующих машин.

Степень разработанности проблемы.

В теории вибрационного перемещения различают два основных направления исследований: стохастическое и детерминистическое. Первое направление, развиваемое Е.А. Непомнящим [61, 62] рассматривает движение частиц в сыпучем теле, как медленный марковский процесс без последействия, обусловленный особенностями формы, размеров и плотности этой частицы и случайным характером механического воздействия на нее со стороны окружающих частиц. Во втором направлении не учитываются случайные факторы, а интересующие практиков константы могут быть определены с использованием известных свойств среды, рассматриваемых частиц и параметров колебаний.

Среди недостатков первого можно выделить трудности при установлении функциональной зависимости параметров дифференциального уравнения случайного процесса от параметров вибраций. К недостаткам второго подхода можно отнести пренебрежение влиянием случайных факторов.

В настоящей работе теоретические предпосылки процесса построены на детерминистической основе.

Данной проблемой занимался ряд ученых, среди которых: Ф. Дайер, И.И. Блехман, В.Я. Хайнман, В.В, Гортинский, А.М. Васильев, К.К. Адрианов, В.М. Бочковский, В.А Буцко, И.Ф. Гончаревич, Б.П. Лавров, А.Ф. Лондарский, П.Б. Слиеде, А.О. Спиваковский и др.

Крупность и плотность частиц являются наиболее существенными признаками разделения при самосортировании.

Работа Дайера [97] является одной из наиболее ранних и экспериментально обосновывающих это явление. Автор предположил наличие послойного движения внутри сыпучего тела под действием вибраций.

Повышение интенсивности расслаивания от вибраций в условиях транспортирования показано в работе И.Ф. Гоначаревича [41], где сделаны выводы по изменению интенсивности расслаивания в зависимости от толщины слоя.

Из работ А.М. Васильева, В.В. Гортинского [24, 46] известно, что на поверхностях с асимметрично расположенными рифлями, в отличие от однородно шероховатых поверхностей, скорость транспортирования сыпучего материала при возвратно-поступательных колебаниях выше.

В работе В.А. Буцко [22] был изучен процесс самосортирования на рифленой поверхности при ее поступательных колебаниях. Автор установил, что скорость погружения частицы в слое можно повысить увеличением макрошероховатости опорной поверхности.

Цель и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является улучшение качества семенного и продовольственного зерна за счет повышения эффективности процесса очистки от примесей путем разработки новой опорной поверхности.

В соответствии с целью в диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи:

- провести обзор современного состояния техники, применяемой на операциях очистки зерна от примесей;

- провести обзор работ предшественников, посвященных процессам вибрационного перемещения и самосортирования;

- разработать теоретические предпосылки вибрационного перемещения частиц нижнего слоя между смежными рифлями опорной поверхности рабочего органа;

- обосновать кинематические и установочные параметры процессов вибрационной очистки зерна от мелких и легких примесей;

- разработать методику экспериментального исследования процесса самосортирования;

- экспериментально подтвердить адекватность результатов теоретических предпосылок;

- разработать новую опорную рифленую поверхность для исследования процессов сепарирования;

- экспериментально определить области рациональных параметров процессов сепарирования.

Научная новизна:

Из анализа работ предшественников и современного состояния техники установлено, что повысить эффективность процессов самосортирования можно путем увеличения шероховатости опорной поверхности.

Предложена и научно обоснована динамическая модель безотрывного движения частиц нижнего слоя между смежными рифлями опорной поверхности.

Теоретически определены возможные режимы движения частицы нижнего слоя между смежными рифлями за период колебаний опорной поверхности:

- двустороннее скольжение частицы с мгновенными остановками без пауз;

- двустороннее скольжение частицы с паузами;

- двустороннее скольжение частицы с паузой и мгновенной остановкой;

- одностороннее скольжение частицы.

Для возможных режимов получено решение основной задачи теории вибрационного перемещения – определение средней скорости частиц нижнего слоя между смежными рифлями опорной поверхности.

Определен рациональный для осуществления процессов сепарирования режим движения частиц нижнего слоя – двустороннее скольжение с мгновенными остановками без пауз.

Экспериментально определены области рациональных значений установочных и кинематических параметров процессов сепарирования. Эффективный процесс погружения мелких примесей протекает при малых значениях частоты и больших значениях амплитуды колебаний, тогда как процесс всплывания легких примесей протекает при больших значениях частоты и малых значениях амплитуды колебаний.

Практическая ценность и реализация результатов исследования:

Разработана оригинальная конструкция рабочего органа для вибросепараторов производительностью 7 т/ч, позволяющего обеспечить повышение эффективности очистки зерна пшеницы от мелких примесей до 80%.

Разработана оригинальная конструкция питающего лотка пневмосепараторов, позволяющего при производительности 7 т/ч снизить нагрузку на пневмоканал на 47%.

Разработана методика инженерного расчета кинематических и установочных параметров процесса очистки зерна от мелких и легких примесей.

Разработаны технические задания на рабочий орган вибросепараторов и питающий лоток пневмосепараторов.

Расчетное увеличение прибыли при внедрении вибросепаратора с разработанным рабочим органом в технологическую линию по помолу муки составит 4, млн. руб. в год.

Получено решение о выдаче патента РФ на изобретение «Устройство для сепарирования зерна и других сыпучих материалов» по заявке №2012131699 от 25.07.2012.

Методология и методы исследования. Методологической и теоретической основой диссертационного исследования послужили труды зарубежных и отечественных ученых в области вибрационного перемещения сыпучих материалов.

При работе над диссертацией использовали методы математического моделирования, эксперимента, статистической обработки полученных результатов. Математическую обработку производили с использованием системы Mathematica 7.0.

Геометрическое моделирование рабочего органа производили с использованием системы КОМПАС 3D.

На защиту выносятся следующие положения:

Динамическая модель вибрационного перемещения частиц нижнего слоя зерновой смеси между смежными рифлями опорной поверхности.

Возможные режимы движения частиц нижнего слоя относительно опорной поверхности.

Решение основной задачи теории вибрационного перемещения - определение средней скорости частиц нижнего слоя между смежными рифлями опорной поверхности.

Рациональный режим движения частиц нижнего слоя – двустороннего скольжение с мгновенными остановками.

Оригинальная опорная поверхность для вибросепарирующих машин.

Достоверность. Основные положения диссертационной работы и выводы подтверждены данными экспериментальных исследований с применением современных методов измерения и фиксации результатов, а так же методов математической обработки результатов.

Апробация работы. Основные материалы диссертации были представлены на следующих конференциях: Общеуниверситетская научная конференция молодых ученых и специалистов (г. Москва, МГУПП, 2009); Международная научнопрактическая конференция SWorld «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития» (г. Одесса, Украина 2012);

X Международная научной конференция студентов и молодых ученых: «Живые системы и биологическая безопасность населения» (г. Москва, МГУПП, 2012).

Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 4 печатных работы, в том числе 2 статьи в журналах, реферируемых ВАК. Получено решение о выдаче патента РФ на изобретение «Устройство для сепарирования зерна и других сыпучих материалов» по заявке №2012131699 от 25.07.2012.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и предложений, списка литературы, приложений. Работа содержит 218 страниц, из них 167 страниц основного текста, 50 рисунков, 29 таблиц и приложений. Список литературы включает 98 наименований.

Первая глава посвящена обзору современного состояния техники для сепарирования зерна. Проведен анализ и выявлены основные проблемы в работе сепарирующего оборудования.

Изучены работы по исследованию вибрационного перемещения и сепарирования В.В. Гортинского, А.М. Васильева, И.И. Блехмана, К.К. Адрианова, В.М.

Бочковского, А.Ф. Лондарского, П.Б. Слиеде, В.Я. Хайнмана.

Проведен анализ моделей поведения сыпучей среды под действием вибрации и сделаны выводы относительно применимости их к данной работе.

Проведен обзор работ в области самосортирования зерновых и сыпучих материалов отечественных и зарубежных ученых, таких как Ф. Дайер, В.В. Гортинский, А.М. Васильев, В.А. Буцко.

Во второй главе разработаны теоретические предпосылки виброперемещения модельной частицы между смежными рифлями опорной поверхности. Дано решение задачи вибрационного перемещения и определены возможные режимы движения частицы нижнего слоя между смежными рифлями опорной поверхности.

Изучено влияние на величину средней скорости частицы нижнего слоя следующих установочных и кинематических параметров: частоты и амплитуды колебаний опорной поверхности, угла наклона опорной поверхности, угла наклона колебаний и угла установки рифлей по отношению к направлению колебаний.

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию скорости всплывания частиц легкой примеси в слое зерна и поиску области рациональных установочных и кинематических параметров для процессов очистки зерна пшеницы от мелких и легких примесей.

В данной главе с применением методов математической статистики произведена проверка адекватности модели движений частиц нижнего слоя между смежными рифлями опорной поверхности реальному процессу виброперемещения. Погрешность определяли с применением системы Mathematica 7.0, с помощью которой была определена величина абсолютного расхождения результатов теоретического и экспериментального исследований.

С использованием данной системы методом наименьших квадратов были получены аналитические уравнения экспериментальных зависимостей.

В четвертой главе приведено практическое применение результатов исследования и представлены следующие разработки: рабочие органы, позволяющие повысить эффективность процессов очистки зерна пшеницы от легких и мелких примесей; методика инженерного расчета кинематических и установочных параметров процесса очистки зерна от мелких и легких примесей; техническое задание на сепарирующее устройство; расчет экономической эффективности внедрения разработанного рабочего органа.

В приложении представлены программы расчета скоростей и перемещений частицы нижнего слоя между смежными рифлями, а так же результаты проверки адекватности динамической модели реальному процессу методом наименьших квадратов и разработанные технические задания.

В приложении в табличном виде представлены результаты экспериментальных исследований. Основные результаты приведены в выводах.

В конце работы приведен перечень литературы.

Экспериментальные исследования выполнены в лаборатории кафедры «Технологические машины и оборудование» ФГБОУ ВПО МГУПП.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Процессы и оборудование для очистки зерна от мелких и легких К мелким примесям относят частицы зерносмеси, которые просеиваются через отверстия пробивных (штампованных) сит зерновых сепараторов. Например, сита с прямоугольными ячейками 1,7х20 мм для зерна пшеницы.

К легким примесям относятся частицы со скоростью витания меньшей, чем очищаемые зерна. По большей части это органическая примесь (зерна сорных растений, частицы стеблей и колосков), меньшую часть составляют минеральные частицы, такие как пыль.

Очистку от легких примесей производят на стадии воздушного сепарирования восходящими воздушными потоками, когда легкие частицы увлекаются вверх и уносятся в воздухоочистительные устройства – циклоны или фильтры. Зерна же очищаемой культуры падают вниз под действием собственного веса.

Среди легких и тяжелых примесей определенная доля в виду их формы и размеров может быть отнесена к мелким примесям.

Очистку от мелких примесей на конечных стадиях проводят на вибрационных сепараторах. Процесс очистки зерна пшеницы от мелких примесей состоит из двух основных стадий – самосортирования, благодаря которому частицы мелкой примеси достигают дна опорной поверхности и стадии просеивания частиц мелкой примеси, сконцентрированных в нижнем слое зерносмеси.

Оценка эффективности процесса сепарировании производится по технологической и потребительной ценностям и полноте извлечения примеси, которая могла бы быть извлечена по данному признаку. Оценка технологической ценности позволяет оценить совершенство процесса или технологической машины, предназначенной для разделения частиц по определенным свойствам. Оценка по потребительной ценности отражает влияние процесса на качество и выход готового продукта. Примеси, выделяемые при сепарировании, подразделяются в таком случае на вредную, зерновую и сорную. Погрешности оценок происходят благодаря неполной корреляционной связи между свойствами частиц и потребительной ценностью компонентов. В связи с этим, оценку технологической эффективности проводят вместе с оценкой по потребительной и технологической ценностям. Однако, такая оценка очень трудоемка, т.к. зачастую требует ручного разбора образцов, поэтому при массовых экспериментах при обосновании новых процессов обычно учитывается только технологическая эффективность.

Процессы очистки зерна от мелких и легких примесей осуществляют раздельно либо компонуя рабочие органы (сита и воздушные каналы) в отдельные технологические узлы или применяя для этого различные технологические машины. Процедуры очистки зерна пшеницы от мелких и легких примесей осуществляют совместно или раздельно благодаря компоновке рабочих органов (сит и воздушных каналов) в отдельные технологические узлы или совмещению их в одном технологическом узле. Далее рассмотрим современные технологические машины, которые применяются для очистки зерна пшеницы.

На рис 1.1. показан ситовой вибросепаратор типа СПВ, выпускаемый фирмой «Совокрим».

Сепаратор СПВ предназначен для предварительной и окончательной очистки зерновых и крупяных культур на элеваторах, мельницах, крупяных и комбикормовых заводах. Обработка продукта осуществляется в ситовом корпусе с соответствующим набором сортировочных и подсевных сит. На рис 1.2 [78, с. 132] показана принципиальная конструктивная и технологическая схема сепаратора типа СПВ.

Рис. 1.2. Конструктивная и технологическая схемы сепаратора типа СПВ Сепаратор состоит из рамы 12 ситового корпуса, установленного на пружинах 8. Колебательное движение ситовому корпусу сообщают два мотoр-вибратора 5. Ситовой корпус имеет два яруса сит 3, 4, 6, 7 - сортировочные и подсевные.

Технологический процесс в сепараторе осуществляется следующим образом: продукт, подлежащий очистке, подается в приемно-распределительное устройство I, далее по системе наклонных скатов 2 зерно направляется на сортировочные сита 3, 4, где отделяются крупные примеси II, а зерно проходом поступает на подсевное сито. Очищенное зерно выводится сходом с подсевного сита 6, 7 и удаляется через лоток с фартуком 10 (III). Мелкие примеси проходом просевного сита сепаратора собираются на днище и выводятся через патрубок IV.

Размах колебаний ситового корпуса регулируется в пределах 3 – 6 мм за счет положения масс вибраторов. При числе колебаний в минуту 750 об/мин обеспечивается соответствующий режим перемещения продукта по ситу и выделение проходoвых фракций.

Технологические характеристики данного типа машин приведены в учебной литературе [78].

К данному типу так же относится ситовой сепаратор «Класифайер» фирмы «Бюлер».

К достоинствам вибросепараторов можно отнести использование в качестве приводов мотор-вибраторов, что обеспечивает простоту конструкции привода.

Недостатками вибросепараторов можно считать низкую эффективность выделения проходовой фракции, что в сложившихся условиях современного производства хлебопродуктов препятствует его использование как основного сепаратора. Недостатками применения мотор-вибраторов является маленькое значение амплитуды колебаний, что отрицательно сказывается на самосортировании зерновой смеси. Придание больших амплитуд возможно установкой кинематического привода.

Представлен целым рядом фирм, среди которых можно выделить модели Р1-АСК («Мельинвеcт»), СВ-6 («Станкинпрoм»), БСХМ-16 («Харoльский механический завод») и ПАР (Чехия). На рисунке 1.3 [78, c. 220] представлен виброcитовой сито-воздушный сепаратор ПАР. Данная технологическая машина объединяет два технологических стадии очистки: стадию вибросепарирования, осуществляемую на ситах и предназначенную для очистки от мелких примесей и стадию пневмосепарирования, в течение которой из зерна выделяются легкие примеси.

Ситовой корпус 28 имеет два ряда сит: сортировочное и подсевное, которые фиксируются в нем с помощью махoвичков 17. Мотор-вибраторы 7 установлены на поворотной плите. Приемный патрубок 6 соединяется с распределительной коробкой 2. На станине 1 на кронштейнах монтируются виброопоры 27. Крупные примеси выводятся через лоток 25, мелкие - через лоток в днище корпуса, а сход с подсевных сит I поступает в бункер 11 воздушного сепаратора. Вибролоток подает поток зерна в пневмосепарирующий канал 12, где удаляются легкие примеси, осаждаемые в камере 14. Примеси III из машины удаляются с помощью шнека и шлюзового затвора 16. Воздух из осадочной камеры вентилятором 13 подается вновь в канал 12 (цикл замыкается). Зерно II выводится из воздушного сепаратора с помощью бункерного устройства 9 с противоподсосным клапаном. Амплитуда вибролотка регулируется для соответствующей подачи потока зерна в канал. Скорость воздуха в канале регулируется наклонной подвижной стенкой 23 и дроссельной заслонкой 20. Для наблюдения процесса пневмосепарации имеются окна 21. Виброситовой сепаратор ПАР выпускается трех типоразмеров производительностью от 10 до 15 т/ч на мельничной очистке и 40-60 т/ч - на элеваторной.

Технологические характеристики данного типа машин приведены в учебной литературе [78].

Рис. 1.3. Виброситовой сито-воздушный сепаратор ПАР К достоинствам данного типа сепараторов можно отнести высокую эффективность отделения крупных примесей, а так же внимание, которое было уделено проблеме очистки сит, очистку производят при помощи резиновых шариков.

Общие недостатки сепараторов заключаются в относительно невысокой эффективности сепарирования примесей при средних величинах производительности, что ограничивает его применение как основного сепаратора. Так же можно отметить невысокую амплитуду колебаний рабочего органа сепараторов, а в следствие того, что эффективность самосортирования, в дальнейшем просеивания примесей увеличивается с ростом амплитуды колебаний. В дополнение, стоит обратить внимание на высокий удельный расход воздуха и большой доли очистки в удельном расходе энергии.

Пневмосепарирующее устройство УПС (рис. 1.4) с замкнутым циклом воздуха производства ЗАО «Совoкрим» предназначено для очистки зерна пшеницы, ржи и крупяных культур от аэроотделимых примесей при подготовке к помолу или шелушению, а также для разделения продуктов шелушения крупяных культур.

Конструкции пневмoсепарирующих устройств УПС-06, УПС-10, УПС- аналогичны и отличаются только длиной корпуса машины и, соответственно, шириной вибропитателя.

Пневмосепарирующее устройство (рис. 1.5) [78, c. 197] представляет собой сборносварную конструкцию и состоит из вибропитателя и воздушной части.

Воздушная часть пневмосепарирующего устройства представляет собой конструкцию, в которой внутренними стенками и перегородками образованы вертикальный пневмосепарирующий канал 7, осадочная камера 8 и рециркуляционный канал 9. В верхней части осадочной камеры по ее длине встроено рабочее колесо 10. В нижней части размещен шнек 11 для вывода относов.

Рис. 1.4. Пневмосепаратор УПС, выпускающийся на предприятии ЗАО «Совокрим».

Рис. 1.5. Пневмoсепарирующее устройство УПС:

1 - основание вибропитателя; 2 - вибролоток; 3 - стойки; 4 - эксцентриковый колебатель; 5 приводной электродвигатель; 6, 14 - клиноременные передачи; 7- пневмосепарирующий канал;

8 - осадочная камера; 9 - рециркуляционный канал; 10 - рабочее колесо диаметрального вентилятора; 11- шнек; 12 - дросселирующая заслонка; 13 - электродвигатель вентилятора;

Под пневмoсепарирующим каналом расположен выходной патрубок 16 для вывода очищенного зерна из устройства.

Технологический процесс пневмoсепарирующего устройства осуществляется следующим образом. Исходная смесь из ситового зерноoчисти-тельного сепаратора СПВ-Н через приемный патрубок вибрoпитателя поступает на вибролоток 2, который за счет направленных колебаний и рифленой поверхности днища расслаивает смесь и транспортирует ее к пневмoсепарирующему каналу. При расслоении смеси «легкие» аэроотделимые примеси располагаются в верхнем слое.

Попадая в пневмосепарирующий канал, зерновая смесь под действием восходящего воздушного потока разделяется на две фракции в зависимости от аэродинамических свойств разделяемых компонентов.

Полноценное зерно выводится из устройства через выходной патрубок 16.

Выделенные из зерна примеси захватываются воздухом и уносятся в осадочную камеру 8, где под действием гравитационных и центробежных сил осаждаются и выводятся из устройства шнеком 11.

Достоинства – простота конструкции, хорошая эргономика, а также достаточная удельная нагрузка, при требуемой эффективности выделения аэроотделимых примесей из зерносмеси.

Недостатками сепаратора являются низкая эффективность фракционного разделения и очистки зерна, отсутствие предварительной подготовки материала при подаче в воздушную камеру и шиберов для регулирования и установления границ разделения обрабатываемого материала на фракции зерна и отходы. В работе [92] рассматривалась проблема расслоения смеси перед подачей ее в пневмоканал установкой на гладкую поверхность вибролотка макрошероховатой поверхности в виде рифлей, повышающей эффект самосортирования и тем самым снижая концентрацию легких примесей в нижних слоях, что увеличивало эффективность работы сепаратора.

Из приведенного обзора процессов сепарирования зерновых смесей приходим к следующим выводам.

Современное технологическое оборудование, применяемое для очистки зерна пшеницы от примесей обладает следующими недостатками:

- недостаточно высокая в связи с возросшими требованиями к качеству продукции технологическая эффективность очистки от мелких примесей. Для повышения эффективности процесса необходимо создать благоприятные условия для их просеивания через ситовую поверхность;

- легкие примеси, извлекаемые воздушным потоком, равномерно распределены в слое зерносмеси, что снижает эффективность очистки. Для повышения эффективности процесса необходимо обеспечить предварительное расслоение зерносмеси перед подачей ее в вертикальный пневмоканал.

Решить данные проблемы позволит интенсификация процесса самосортирования.

Осуществление процессов, позволяющих получить высокую эффективность очистки зерна пшеницы от мелких и легких примесей требует изучения работ в области воздействия вибраций на сыпучие тела и эффекты самосортирования и послойного движения.

1.2. Обзор работ в области вибрационного сепарирования Вибрация – наиболее распространенный вид механического воздействия на сыпучий материал при его сепарировании на хлебоприемных и зерноперерабатывающих предприятиях.

Разделение сыпучих материалов посредством вибрации давно привлекает внимание отечественных и зарубежных ученых. Это подтверждается наличием большого количества работ в этой области.

В теории вибрационного перемещения различают два основных направления исследований: стохастическое и детерминистическое. В первом из них [61, 62], движение частицы в сыпучем слое представляется, как медленный марковский процесс без последействия, обусловленный особенностями формы, размеров и плотности этой частицы и случайным характером механического воздействия на нее со стороны окружающих частиц. Математическая модель такого процесса описывается уравнением Колмогорова-Фоккера-Планка [89], которое содержит два стохастических коэффициента.

Во втором направлении не учитываются случайные факторы, а интересующие практиков константы могут быть определены с использованием известных свойств среды, рассматриваемых частиц и параметров колебаний.

Среди недостатков первого можно выделить трудности при установлении функциональной зависимости параметров дифференциального уравнения случайного процесса от параметров вибраций. К недостаткам второго подхода можно отнести пренебрежение влиянием случайных факторов.

В работах Блехмана И.И. и Хайнмана В.Я. [13] дана оценка механизмов вибрационного перемещения: «детерминированного» и чисто диффузионного.

В настоящей работе теоретические предпосылки процесса построены на детерменистической основе, на основании ее и проводится дальнейший обзор.

1.2.1. Поведение сыпучих тел под действием вибрации Сыпучее тело попадает под действие вибраций благодаря колеблющимся поверхностям, в частности поверхности, с которой оно контактирует [33, 39].

Наиболее полно действие вибраций на сыпучее тело для случая горизонтальных колебаний было изучено в справочнике [33]. При воздействии вибрации в сыпучих телах происходят превращения, особенности которых обусловливаются интенсивностью вибрации. При увеличении интенсивности, в пределах амплитудных значений ускорений до g, сыпучее тело приобретает псевдотекучесть.

Сыпучее тело приобретает состояние псевдоoжижения. В данном состоянии повышается плотность сыпучего тела. Наибольшей плотности можно добиться при амплитудных ускорениях колебаний, близких к g.

Увеличение интенсивности колебаний приводит к тому, что частицы начинают терять контакт с рабочим органом и сыпучее тело переходит в кипящее состояние. Это состояние характеризуется разрыхлением сыпучего тела и усиленной циркуляцией составляющих его частиц. В стадии виброкипения можно выделить два характерных состояния — сегрегации частиц и интенсивного перемешивания. Второй режим вибрoкипения реализуется при более интенсивных режимах вибрации [33].

Так же в [4, 10, 11, 15, 16, 33, 34, 36, 37, 38, 41, 65, 93, 95, 96] описаны следующие модели, описывающие движение сыпучих сред: модель в виде материальной частицы, модель плоских слоев, модель сплошной среды и специальные модели сыпучей среды.

Модель в виде материальной частицы. Описана полным образом в труде [7]. Точечная масса (частица) является простейшей моделью реальных твердых и сыпучих тел, перемещаемых или обрабатываемых на вибрирующих поверхностях вибрационных машин и устройств. Формулы и графики для определения средней скорости движения частицы дают удовлетворительное качественное и количественное объяснение поведения реальных тел в вибрационных машинах. При проведении расчетов конкретных устройств следует принимать во внимание допущения, при которых получены формулы для определения средней скорости движения, точность и пределы применимости этих формул. В частности, формулы, полученные без учета сил сопротивления среды, могут дать существенную погрешность для достаточно малых одиночных частиц, а также при движении достаточно толстого по сравнению с толщиной частиц слоя сыпучегo материала [6, 49, 60].

На движение слоя сыпучего материала кроме сопротивления воздуха заметно влияет также форма рабочего органа машины (лотка).

Проведенные экспериментальные исследования [6, 23, 49] показали, что даже без учета сопротивления среды, формулы пригодны для вычисления скорости вибротранспортирования отдельных плоских тел достаточно крупных размеров, а также для слоя, состоящего в основном из достаточно крупных частиц, толщина которого не превышает двадцати-тридцатикратного среднего размера частиц. Эти заключения справедливы, если параметры колебаний лежат в пределах, характерных для большинства вибрационных транспортирующих устройств, здесь g – ускорение свободного падения, а Wmax – наибольшее по абсолютной величине ускорение колебаний вибрирующего органа.

Теоретические формулы, полученные для частицы, корректируют применительно к конкретным условиям с помощью коэффициентов, вводимых в виде множителей Эта формула рекомендуется для случаев перемещения сыпучего материала в лотках или трубах с прямолинейными гармоническими колебаниями при достаточно больших значениях параметра Wтаx,; kn,, k1, k2 — безразмерные поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно влияние частоты колебаний (при заданном Wтаx), толщины слоя материала и угла наклона лотка. Эти формулы рекомендуются следующими исследователями [54, 58, 59].

Эта модель позволяет определить движение центра масс сыпучего тела без влияния внутренних силовых факторов и не позволяет проанализировать движение внутри сыпучего слоя.

Модель в виде материальной частицы с приведенными параметрами [33]. Данная модель позволяет учитывать влияние вышележащего слоя на нижележащий, который непосредственно контактирует с опорной поверхностью. Вышележащий слой воздействует на нижележащий посредством статического давления, приравниваемого к весу этого слоя.

Такое представление соответствует модели, изображенной на рис. 1.6а [33, с. 88]. Масса m1 контактирует с вибрирующей поверхностью, а масса m0 связана с m1 посредством упругих элементов весьма малой жесткости с. При этом m0 + m1= =m, где m – масса всего слоя. Указанной модели соответствует расчетная схема, представленная на рис. 1.6б. Па тело массы m1 действует сила тяжести (m0 + m1)g = mg.

Описанная модель объясняет убывание средней скорости движения слоя Vсл по мере увеличения толщины слоя h. Это убывание объясняется уменьшением по интенсивность вибрации поверхности. Эта модель также увеличивает «фазы отрыва», с увеличением h.

В случае необходимости рассмотренная модель может быть уточнена введением демпфирирующего элемента между массами m0 и m1.

Рис. 1.6. Модель слоя, учитывающего силу тяжести его верхних частей.

Модель движения сыпучей среды по неоднородно вибрирующей поверхности [33]. Описывает колебания ряда материальных точек, находящихся в контакте с криволинейной поверхностью, совершающей периодические колебания вдоль плоскости наибольшего ската. Моделирование схоже с моделью частицы с приведенными параметрами. Для описания движения масс вследствие взаимодействия с поверхностью может быть применена теория вибрационного перемещения частицы с учетом взаимодействия смежных сил. Данная модель не рассматривает движение частиц внутри слоя [33].

Двухмассовая инерционная модель [33, 90, 91]. Описывает упруго-вязкие и пластические свойства сыпучих тел путем компоновки модели из двух точечных масс, которые связаны между собой упругими связями и при помощи демпферов под действием сил сухого и вязкого трения в зависимости от рассматриваемого режима движения. Данная модель позволяет описать режим скольжения.

Модель была применена в работе [76] для описания процесса в вибрационных конвейерах. Недостатком является сложность определения коэффициентов вязкости, упругости и сухого трения, меняющих свои значения в зависимости от состояния сыпучего тела.

Модель плоских слоев [33]. Описывает среду, разделенную на бесконечное число плоских горизонтальных слоев. Модель помогает ответить, в каких слоях происходит послойное движение, определить среднюю скорость безотрывного вибротранспортирования, давление между слоями. Ее широко применяют при расчете процессов сепарирования на плоских ситах [9, 14, 96], потому как она объясняет тот факт, что с увеличением интенсивности колебаний лотка проскальзывать начинают верхние слои. Чем интенсивнее колебания, тем больше толщина проскальзывающего слоя.

Модель сплошной среды. Рассмотрена в [38, 73, 75, 98]. Учитывает влияние боковых стенок в режиме безотрывного движения и фильтрацию воздуха в режиме с подбрасыванием через поры сыпучего тела, которая влияет на вертикальную скорость частиц по его толщине.

При нагружении учитываются следующие виды деформации – упругое и пластическое. Упругое деформирование происходит вследствие деформации отдельных зерен, а пластическое – от сдвига слоев. По высоте слоя выделены зоны деформаций, среди которых верхняя и нижняя упругие зоны. Автор в своих работах [74, 75] применил модель к движению сыпучего материала в лотке с соизмеримыми размерами поперечного сечения. Данная модель не применима для случая, когда ширина слоя сильно превышает его толщину.

Двухслойная модель с сухим трением [38, 43, 44] предложена для случая круговых горизонтальных поступательных колебаний горизонтального сита. Модель показывает, что при определенном значении ускорения слои в установившемся движении отстают от опорной поверхности на различные фазовые углы при условии, что коэффициент трения между слоями меньше, чем нижним слоем и ситом. Позднее распространена на случай безотрывного движения по наклонной шероховатой плоской ячеистой поверхности при наклонных прямолинейных колебаниях [52, 53]. Для приведенного коэффициента трения нижнего слоя по опорной поверхности получены выражения где – коэффициент трения соответственно верхнего слоя по нижнему и нижнего слоя по опорной поверхности; – приведенный коэффициент трения нижнего слоя в случае одинакового направления его скорости относительно опорной поверхности и верхнего слоя; – приведенный коэффициент трения нижнего слоя в случае противоположного направления его скорости относительно опорной поверхности и верхнего слоя;

– отношение масс верхнего слоя (m1) и нижнего (m2).

Показана возможность транспортирования сыпучего тела в противоположных направлениях при достаточной интенсивности вибраций.

В работах Васильева А.М. [24, 28, 29] модель была дополнена наличием на опорной поверхности асимметричных рифлей, благоприятствующих вибрационному перемещению в направлении крутой стороны за счет асимметрии сил сопротивления. В модели принималось произвольное соотношение масс слоев и были рассмотрены шесть возможных случаев сочетаний направлений скоростей верхнего слоя относительно нижнего и нижнего относительно поверхности.

Модель позволила установить возможность изменения скорости нижнего слоя посредством изменения асимметрии установленных рифлей, а так же, что изменение соотношения масс слоев оказывает влияние в большей степени изменение скорости верхнего слоя.

Модель в общем случае, рассматривающая произвольные углы наклона поверхности к горизонтали и плоскости колебаний позволяет сделать вывод о том, что угол оказывает более существенное влияние на скорости слоев, нежели угол. А также показывает их противоположное влияние на скорости слоев.

Для нашей работы представляет интерес повышение интенсивности послойного движения путем установки рифлей с целью увеличения трения нижнего слоя при движении его по опорной поверхности. Так же представляет интерес влияние рифлей на величину средней скорости транспортирования верхнего и нижнего слоев, рассмотренное как в частном (горизонтальные колебания), так и в общем (наклонные колебания) случае. Помимо того, модель позволяет оценить изменения средней скорости слоев в зависимости от соотношения масс этих слоев.

Самосортирование в сыпучем теле проявляется в сосредоточении частиц различных размеров и с различными физико-механическими свойствами в различных областях сыпучего тела.

Самосортирование осуществляется более полно в случае, если различие частиц каждого из разделяемых компонентов существенно по комплексу свойств.

Это условие является благоприятным для попадания частиц в одну и ту же область объема.

При очистке зерна от примесей, состав которых чрезвычайно разнообразен по различным свойствам (размер, плотность, шероховатость, форма и т.д.) для проявления самосортирования смесь подвергают фракционированию [3, 5, 12, 44, 50, 77, 80, 81, 82, 85, 86].

Изучением самосортирования при вибрациях занимались ряд отечественных и зарубежных ученых [22, 39, 45, 57, 63, 66, 70, 71, 87, 88, 94, 97].

Крупность и плотность частиц являются наиболее существенными признаками разделения при самосортировании. Работа Дайера [97] является одной из наиболее ранних и экспериментально обосновывающих это явление. Он предположил наличие послойного движения внутри сыпучего тела под действием вибраций. Он также установил, что частицы с наибольшей плотностью располагаются выше частиц с меньшей плотностью.

В дальнейшем эти выводы были подтверждены в исследованиях В.М. Бочковского [18, 19], А.Ф. Ульянова [79], К.К. Адрианова [2] и других авторов [17, 21, 34, 69, 83, 84, 88].

В работах [2, 18, 19, 72, 79] всплывание более крупных частиц объясняется «расклиниванием» их частицами меньших размеров. Более ранние работы в области самосортирования были связаны с горной промышленностью. Повышение интенсивности расслаивания от вибраций в условиях транспортирования показано в [48]. Там же сделаны выводы по изменению интенсивности расслаивания в зависимости от толщины слоя.

Известно [24, 27, 55], что на поверхностях с асимметрично установленными рифлями в отличие от однородно шероховатых поверхностей скорость транспортирования сыпучего материала при возвратно-поступательных колебаниях выше.

А.М. Васильевым [24] было установлено, что воздействие на зерносмесь вибрирующей поверхности интенсифицирует самосортирование, а асимметричность рифлей позволяет транспортировать верхний и нижний слои без смешивания. К тому же такая поверхность позволяет увеличить коэффициент сопротивления сдвигу нижнего слоя и сильно затормозить его по сравнению с верхним, что положительно сказалось на интенсивности послойного движения.

Это было использовано в работе В.А. Буцко [22], где был изучен процесс самосортирования на асимметрично-рифленой поверхности при ее поступательных колебаниях. Автор установил следующее: «максимальное значение скорости погружения более плотной частицы в слое зерносмеси достигается на границе существования режима движения сыпучего тела с двумя мгновенными остановками». Скорость погружения частицы можно повысить увеличением макрошероховатости опорной поверхности.

Так как самосортирование в сыпучем материале проявляется в вертикальном перемещении частиц, которые отличаются друг от друга по свойствам, представляют интерес работы [8, 12, 95], в которых приведено решение уравнений.

В работе Чернышева Д.Ю. [92] было исследовано влияние предварительного расслоения зерновой смеси перед поступлением ее в пневмосепарирующий канал направленными колебаниями специальной опорной макрошероховатой поверхности. Автор экспериментально подтвердил целесообразность установки макрошероховатой поверхности на вибролоток с целью повышения концентрации легких примесей в верхнем слое зерна. Наличие специальной поверхности также приводило к торможению нижнего слоя и снижало удельную нагрузку, приходящуюся на воздушный сепаратор.

ВЫВОДЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Чистовая очистка зерна пшеницы от легких и мелких примесей является обязательной операцией, результаты которой существенно сказываются на сохранности зерна, выходах и качестве готовой продукции, условиях эксплуатации последующего технологического оборудования и эффективности других процессов сепарирования.

2. Современное технологическое оборудование, применяемое для очистки зерна пшеницы от примесей обладает следующими недостатками:

- недостаточно высокая в связи с возросшими требованиями к качеству продукции технологическая эффективность очистки от мелких примесей. Для повышения эффективности процесса необходимо создать благоприятные условия для их просеивания через ситовую поверхность;

- легкие примеси, извлекаемые воздушным потоком, равномерно распределены в слое зерносмеси, что снижает эффективность очистки. Для повышения эффективности процесса необходимо обеспечить предварительное расслоение зерносмеси перед подачей ее в вертикальный пневмоканал.

Решить данные проблемы позволит интенсификация процесса самосортирования.

Повышение степени разделения компонентов при возвратнопоступательных колебаниях опорной поверхности может быть обеспечено увеличением шероховатости, что будет способствовать интенсивному самосортированию и послойному движении. Дальнейшие исследования должны быть направлены на достижение наиболее полного расслоения зерносмеси и вывод фракций зерна без смешивания при непрерывном транспортировании.

На основании обзора состояния техники и работ в области вибрационного сепарирования и в соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:

- провести обзор современного состояния техники, применяемой на операциях очистки зерна от примесей;

- провести обзор работ предшественников, посвященных процессам вибрационного перемещения и самосортирования;

- разработать теоретические предпосылки вибрационного перемещения частиц нижнего слоя между смежными рифлями опорной поверхности рабочего органа;

- обосновать кинематические и установочные параметры процессов вибрационной очистки зерна от мелких и легких примесей;

- разработать методику экспериментального исследования процесса самосортирования;

- экспериментально подтвердить адекватность результатов теоретических предпосылок;

- разработать новую опорную рифленую поверхность для исследования процессов сепарирования;

- экспериментально определить области рациональных параметров процессов сепарирования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦ НИЖНЕГО

СЛОЯ МЕЖДУ СМЕЖНЫМИ ПЛАСТИНАМИ ОПОРНОЙ

ПОВЕРХНОСТИ

2.1. Модель вибрационного перемещения частиц нижнего слоя между Пусть горизонтально расположенная шероховатая плоскость [26] совершает возвратно-поступательные гармонические колебания параллельно наибольшей из сторон. На плоскости под углом к направлению колебаний установлены рифли в виде прямоугольных пластин (рис. 2.1). Пластины установлены параллельно друг другу.

Рассмотрим элемент объёма нижнего слоя между смежными пластинами (рис. 2.2). Будем считать его материальной точкой массой m, которая связана силами сухого трения с днищем рабочего органа, с боковыми поверхностями пластин и вышележащим слоем. С плоскостью жестко связана система координат xyz, оси расположены так, что ось x направлена вдоль пластин, ось y - перпендикулярно пластинам, а ось z - перпендикулярно плоскости опорной поверхности.

Под нижним слоем подразумевается слой, лежащий между рифлями опорной поверхности. Под верхним – слой зерносмеси, лежащий над рифлями опорной поверхности.

Рис. 2.4. Система сил, действующих на частицу нижнего слоя В качестве основного допущения будем считать, что контакт частицы нижнего слоя с боковыми поверхностями пластин происходит без зазора и, следовательно, без ударов. При этом вследствие колебаний рабочего органа частица при движении между пластинами имеет попеременно силовой контакт то с одной пластиной, то с другой.

Движение частицы рассмотрим как сумму переносного вместе с опорной поверхностью и относительного движения вдоль пластин.

Опорная поверхность совершает гармонические поступательные колебания по закону где S n, Vn и an - соответственно перемещение, скорость и ускорение в переносном движении.

Р та тА 2 sin t - сила инерции в переносном движении;

N 1 - нормальная реакция опорной поверхности рабочего органа;

N 2 - нормальная реакция со стороны боковой поверхности пластины, с которой частица имеет силовой контакт;

F1 N1 f1 - сила сопротивления о днище рабочего органа, где f1 - приведенный коэффициент сопротивления сдвигу частицы по днищу рабочего органа;

F2 N 2 f 2 - сила сопротивления при силовом контакте с боковой поверхностью пластины, где f 2 - приведенный коэффициент сопротивления сдвигу частицы о боковую поверхность пластины;

F3 mgf c - сила сопротивления со стороны находящегося над рифлями ислоя, где f c - приведенный коэффициент сопротивления сдвигу вышележащего слоя относительно нижнего, движущегося вместе с рабочим органом.

Сила трения F3 направлена против относительной скорости Vнв нижнего слоя относительно вышележащего (рис 2.3). На рисунке изображена проекция принятой модели на плоскость рабочего органа, где xн в - переносная скорость движения нижнего слоя вдоль пластин, а Vнрв - равнодействующая скорость от Vнв и xн в. Направление скорости Vнв зависит от условий силового контакта и направления колебаний опорной поверхности. На данном рисунке сила трения F3 образует с направлением колебаний опорной поверхности угол причем sin sin. Поскольку нижний слой испытывает дополнительное тормозящее воздействие со стороны рифлей и опорной поверхности, то Vнв xнв, таким образом можно считать, что sin 0, а следовательно и 0.

В общем случае коэффициенты сопротивления частицы нижнего слоя по днищу и о боковую поверхность пластины могут быть различными, так как днище и пластины рабочего органа могут быть изготовлены из различных материалов и иметь различную шероховатость.

Вследствие гармоничности колебаний рабочего органа и симметрии в расположении рифлей существует симметрия сил сопротивления относительному движению и переносных сил инерции. В первом приближении зададимся тем, что движение верхнего слоя считаем гармоническим и пренебрегаем сдвигом фазы относительно переносных колебаний. При этом, учитываем, что амплитуда колебаний верхнего слоя в абсолютном движении существенно меньше, чем амплитуда колебаний рабочего органа. Таким образом, можно считать силу трения со стороны вышележащего слоя F3 mgf c signVn.

Движение нижнего слоя зерносмеси возможно во всех режимах, рассмотренных для модели материальной частицы в работах И.И. Блехманом и В.В. Гортинским [7, 44]. Следует заметить, что наиболее рациональным является режим двустороннего скольжения с двумя мгновенными остановками, так как он позволяет наиболее полно использовать время пребывания сепарируемого материала на поверхности рабочего органа, поскольку процессы самосортирования и просеивания частиц происходят преимущественно при относительном движении частиц зерносмеси.

2.2. Движение частиц нижнего слоя между смежными пластинами при горизонтальных колебаниях горизонтальной опорной поверхности.

Дифференциальные уравнения относительного движения материальной точки нижнего слоя массой m в проекциях на оси координат для случая силового контакта материальной точки с правой пластиной имеют вид:

Рассмотрим возможные сочетания направления силы инерции переносного движения (силовой контакт с правой или левой пластиной), знака функции signVn sign cos t (направления силы трения F3 ) и направления относительного движения частицы вдоль оси x (направления сил трения F1 и F2 ). Заметим, что при всех возможных сочетаниях направлений указанных сил уравнение (2.4) остается неизменным, а в уравнениях (2.2) и (2.3) на отдельных интервалах движения частицы меняются знаки перед проекциями сил F1, F2, F3 и N 2 на оси x и y [35].

Функция signVn sign cos t в интервале изменения фазового угла t от равна sign cos t 1. Тогда в интервале изменения фазового угла нуля до 0 и при силовом контакте с правой пластиной уравнения (2.2) и (2.3) примут вид Движение частицы нижнего слоя происходит без подбрасывания, т.к. имеют место горизонтальные колебания горизонтальной опорной поверхности. Следовательно z = const, а и из уравнения (2.4) получаем выражение нормальной реакции N Так как движение частицы в направлении, перпендикулярном пластине, невозможно, то y = const и. Следовательно, из уравнения (2.6) можно получить выражение силы нормального давления N Подставим выражения N 1 и N 2 соответственно из уравнений (2.7) и (2.8) в уравнение (2.5), с учетом f 2 tg, где - угол трения, после преобразований получим где n и an - безразмерный параметр сопротивления и параметр, имеющий размерность ускорения, соответствующие силовому контакту частицы с правой пластиной при ее относительном движении в положительном направлении оси x в случае, когда скорости верхнего и нижнего слоев сонаправлены.

При функция signVn sign cos t меняет знак на противоположный, то продолжает силовой контакт с правой пластиной. Следовательно, на интервале изменения фазового угла относительного движения частицы в проекциях на оси x и y имеют вид нормального давления N Подставим выражение N 2 в уравнение (2.13) и после преобразований получим где n и ап - безразмерный параметр сопротивления и параметр, имеющий размерность ускорения, соответствующие силовому контакту частицы с правой пластиной при ее относительном движении в положительном направлении оси x в случае, когда скорости верхнего и нижнего слоев направлены противоположно.

Уравнение (2.12) описывает движение частицы в положительном направлении оси x при её силовом контакте с правой пластиной в интервале изменения фаа уравнение (2.19) – в интервале. В диапазоне зового угла от 1п до изменения фазового угла от до 2 частица имеет силовой контакт с левой плачастица не остановится за счет воздействия на стиной. Если в интервале него силы трения со стороны вышележащего слоя, то она будет продолжать движение в положительном направлении при силовом контакте с левой пластиной.

Дифференциальные уравнения относительного движения частицы на интервале при скольжении в положительном направлении оси x при силовом контакте с левой пластиной имеют вид: в проекции на ось x аналогично уравнению (2.13), а в проекции на ось y Из уравнения (2.20) получим выражение нормальной реакции N Подставляя значения N 1 и N 2 соответственно из уравнений (2.7) и (2.21) в уравнение (2.13), после преобразований получим где и aл - безразмерный параметр сопротивления и параметр, имеющий размерность ускорения, соответствующие силовому контакту частицы с левой пластиной при ее относительном движении в положительном направлении оси x в случае, когда скорости верхнего и нижнего слоев направлены противоположно.

Уравнение (2.25) описывает движение частицы в положительном направлении оси x при её силовом контакте с левой пластиной в диапазоне изменения фазового угла от до 2л ( 2л - фазовый угол окончания движения частицы в положительном направлении оси x при силовом контакте с левой пластиной).

После остановки частица может начать движение в отрицательном направлении оси x при силовом контакте с левой пластиной.

Дифференциальные уравнения относительного движения частицы в проекциях на оси x и y имеют вид: в проекции на ось y аналогично уравнению (2.20), а на ось x В этом случае нормальная реакция N 2 определяется по уравнению (2.21).

Уравнение (2.26), после подстановки в него N 2, преобразований и принятых обозначений, приводится к виду где и ал - безразмерный параметр сопротивления и параметр, имеющий размерность ускорения, соответствующие силовому контакту частицы с левой пластиной при ее относительном движении в отрицательном направлении оси x в случае, когда скорости верхнего и нижнего слоев направлены противоположно.

Уравнение (2.29) описывает движение частицы в отрицательном направлении оси x при её силовом контакте с левой пластиной в интервале изменения фазового угла от начала скольжения в отрицательном направлении до В диапазоне изменения фазового угла от уравнения относительного движения частицы в отрицательном направлении оси x имеют вид Нормальная реакция N 2 может быть определена из уравнения Уравнение (2.30), после подстановки в него N 2, преобразований и принятых обозначений, приводится к виду где и ал - безразмерный параметр сопротивления и параметр, имеющий размерность ускорения, соответствующие силовому контакту частицы с левой пластиной при ее относительном движении в отрицательном направлении оси x в случае, когда скорости верхнего и нижнего слоев направлены сонаправлены.

При 2 частица будет иметь силовой контакт с правой пластиной и может продолжать скольжение в отрицательном направлении оси x.

Дифференциальные уравнения относительного движения частицы в проекциях на оси x и y имеют соответственно вид: уравнения (2.30) и уравнения (2.6).

Нормальная реакция N 2 может быть определена по уравнению (2.8). Уравнение (2.30) приводится к виду где п и ап - безразмерный параметр сопротивления и параметр, имеющий размерность ускорения, соответствующие силовому контакту частицы с правой пластиной при ее относительном движении в отрицательном направлении оси x в случае, когда скорости верхнего и нижнего слоев направлены сонаправлены.

Обобщенное уравнение относительного движения частицы вдоль оси x (вдоль пластин) при возможных сочетаниях направления силы инерции переносного движения, знака функции signVп sign cos t и направления относительного движения частицы может быть представлено в виде где 1п - фазовый угол начала скольжения частицы в положительном направлении оси x при силовом контакте с правой пластиной;

2л - фазовый угол окончания скольжения частицы в положительном направлении оси x при силовом контакте с левой пластиной;

1л - фазовый угол начала скольжения частицы в отрицательном направлении оси x при силовом контакте с левой пластиной;

2п - фазовый угол окончания скольжения частицы в отрицательном направлении оси x при силовом контакте с правой пластиной.

Из уравнений (2.41) видно, что абсолютные значения безразмерного параметра Z сопротивления попарно равны друг другу на различных интервалах скольжения частицы в положительном и отрицательном направлениях оси x при силовом контакте с правой и левой пластинами. То есть п, п и п. Из уравнений (2.40) и (2.41) видно, что при равенстве параметров Z окал зываются равными и параметры а. Следовательно, при колебаниях опорной поверхности с ускорением, достаточным для относительного движения частицы между пластинами, последняя будет иметь одинаковые по абсолютной величине перемещения в положительном и отрицательном направлениях оси x. То есть, в рассматриваемом случае направленного виброперемещения частицы не будет. Очевидно, что этот случай не представляет практического интереса с точки зрения осуществления процесса сепарирования, так как при этом не обеспечивается непрерывность процесса (отсутствует транспортирование продукта по рабочему органу). Отсутствие направленного виброперемещения частицы объяснимо симметрией движущих сил и сил сопротивления её относительному движению. Однако решение задачи представляет интерес с точки зрения дальнейшего развития теории вибрационного перемещения, а также, что не менее важно, позволяет оценить влияние угла ориентации пластин к направлению колебаний опорной поверхности на возможность и интенсивность движения частиц нижнего слоя между пластинами.

На графике (рис. 2.4) представлена зависимость безразмерных параметров Z от угла установки пластин для одного из сочетаний реальных кинематических и установочных параметров колеблющейся опорной поверхности: A = 40 мм;

n = 180 кол/мин; f1 = 0,4; f2 = 0,35; fc = 0,5. Значения параметра Z приведены в приложении А.

Значения приведенных коэффициентов сопротивления сдвигу f1, f2 и fc по методике В.В. Гортинского [42, 43, 45] были получены А.М. Васильевым [24].

Как видно из графика (рис. 2.4) и уравнений (2.41) Z Z. Это соотношеп п ние справедливо для всех значений угла ориентации пластин, а соотношение между параметрами Z и Z л зависит от угла установки пластин. В области малых значений угла ориентации пластин Z л Z. С увеличением угла разность между значениями безразмерных параметров Z л и Z уменьшается. Существует область значений угла ориентации пластин, при которой Z л Z.

Стоит заметить, что в рассматриваемом случае, при Z 1 не выполняются условия начала скольжения частицы в каждом из направлений, то есть в этом случае отсутствует движение частицы относительно опорной поверхности между смежными пластинами. Область допускаемых значение угла ориентации пластин для рассмотренного на рис. 2.4 случая ограничена пунктирной линией, которая соответствует условию Z 1.

Рис. 2.4. Зависимость параметра Z от угла установки пластин при A = 40 мм;

Из соотношений между значениями безразмерного параметра сопротивZ ления относительному движению частицы следует, что, согласно терминологии И.И. Блехмана и В.В. Гортинского [7, 44], частица движется либо в режиме двустороннего скольжения с двумя мгновенными остановками, либо в режиме двустороннего скольжения с двумя паузами. Отличием этих режимов от рассмотренных в работах указанных выше авторов является наличие в движении частицы в каждом из направлений оси x трех подынтервалов скольжения с различными значениями безразмерного параметра Z и параметра a. При движении частицы в режиме двустороннего скольжения с двумя мгновенными остановками частица имеет по три подынтервала скольжения в каждом из направлений оси x. При движении с паузами частица может иметь по два или по три подынтервала скольжения в каждом из направлений.

Движение частицы в положительном направлении оси x может начаться, если, то есть при условии Z 1. Условие Z 1 является условием существоп п вания относительного движения частицы между смежными пластинами.

Установившийся режим движения определяется методом последовательных приближений. Для чего, задаваясь начальными условиями, определяются фазовые углы начала и окончания движения частицы в каждом из направлений. После чего, путем корректировки начальных условий, происходит выход на установившийся режим или приближение к нему с достаточной степенью точности.

2.2.2. Режим двустороннего скольжения частицы c мгновенными остановками в трех подынтервалах в каждом из направлений Решим задачу для реально существующих установочных и кинематических параметров сепараторов. Принимаем амплитуду колебаний А = 40 мм; частоту колебаний = 18,8 с-1; угол установки рифлей = 40° и коэффициенты сопротивления сдвигу f1 = 0,4; f2 = 0,35; fc = 0,5 [24].

В таблице 2.1 отражены результаты расчета безразмерных параметров Z сопротивления На рис. 2.5 представлена графическая интерпретация решения уравнения (2.39) в установившемся режиме движения. На рисунке 2.5а проведена синусоида Рис. 2.5. Геометрическая интерпретация уравнений движения частицы относительно поверхности для = 40°:

соответствуют значениям безразмерных параметров сопротивления Z на различных подынтервалах скольжения. Отрезки, заключенные по оси y между синусоидой и ломаной линией представляют безразмерные ускорения частицы относительно опорной поверхности при ее движении в положительном направлении оси x. При движении частицы в отрицательном направлении по оси x безразмерные ускорения представляют отрезки, заключенные по оси y ные точки которой, соответствуют фазовым углам границ подынтервалов, а характерные отрезки имеют тангенс угла наклона к оси абсцисс, зависящий от величины Z на конкретном подынтервале скольжения. Отрезки по оси y между косинусоидой и ломаной линией представляют собой безразмерные значения скорости частицы относительно опорной поверхности при скольжении в положительном направлении оси x. Аналогично отрезки между косинусоидой и ломаной линией представляют собой безразмерные значения скорости частицы в отрицательном направлении.

Принимая, что частица нижнего слоя начинала свое движение из состояния покоя, точка пересечения (рис. 2.5а) прямой n и синусоиды соответствует фазовому углу 0п предельно возможного начала относительного движения частицы в положительном направлении, значение которого на косинусоиде – обозначено точкой, и корректируется по мере приближения к установившемуся режиму движения. Аналогично, точка пересечения прямой можного начала относительного движения частицы в отрицательном направлении, значение которого на косинусоиде обозначено точкой.

Предельные углы возможного начала движения в положительном и отрицательном направлениях определим из уравнений движения частицы на первом подынтервале в положительном направлении оси x и линия при этом имеет тангенс угла наклона к оси абсцисс равный n. Точка линии соответствует фазовому углу начала второго подынтервала относительного движения частицы в положительном направлении оси x и линия при фазовому углу начала третьего подынтервала относительного движения частицы в положительном направлении оси x и линия при этом имеет тангенс угла наклона равный. Точка пересечения линии с косинусоидой определяет фазовый угол 2л окончания скольжения частицы в положительном направлении. Поскольку 2л 0л точка пересечения линии с косинусоидой, обозначающая начало движения частицы в отрицательном направлении, совпадает с точкой. Линия при этом имеет тангенс угла наклона равный.

дынтервала относительного движения частицы в отрицательном направлении оси соответствует фазовому углу начала третьего подынтервала относительного движения частицы в отрицательном направлении оси x и линия при этом имеет тангенс угла наклона касательной равный п.

фазовый угол 2п окончания скольжения частицы отрицательном направлении.

–, обозначающая начало движения частицы в положительном направлеТаким образом 1п 2п 2.

нии, совпадает с точкой Заштрихованная область (рис. 2.5б), заключенная между косинусоидой при ее относительном движении в положительном направлении, тогда как область, ограниченная косинусоидой и ломаной линией –в отрицательном.

В результате решения поставленной задачи вибрационного перемещения методом последовательных приближений был определен режим движения частицы – двустороннее скольжение без пауз с тремя подынтервалами в каждом из направлений.

В этом режиме начало движения в каждом из направлений совпадает по времени и фазовому углу с окончанием движения в противоположном направлении, то есть В установившемся режиме движения движение частицы в положительном направлении начнется при фазовом угле 1п.

Зависимость относительной скорости частицы получим, проинтегрировав уравнение (2.39) в пределах от 1п до текущего значения фазового угла и от до текущего значения скорости Скорость частицы при где хк1 – значение скорости частицы в конце первого подынтервала скольжения в положительном направлении.

Эта скорость является конечной скоростью на первом подынтервале скольжения и начальной на втором. Для определения зависимости скорости частицы на втором подынтервале проинтегрируем уравнение (2.39) в пределах от до текущего значения фазового угла и от х хк1 хн 2 до текущего значения скорости где хн 2 – значение скорости частицы в начале второго подынтервала скольжения в положительном направлении.

В этом режиме скорость частицы на интервале изменения фазового угла (на втором подынтервале скольжения) не обращается в нуль. Отметим, что это условие требует проверки.

Определим скорость частицы в конце второго подынтервала, для этого подставим = в уравнение (2.47) где хк 2 – значение скорости частицы в конце второго подынтервала скольжения в положительном направлении.

Эта скорость является начальной скоростью частицы при её движении в третьем подынтервале скольжения.

Для определения зависимости скорости частицы в третьем подынтервале скольжения проинтегрируем уравнение (2.39) в пределах от до текущего значения фазового угла и от х хн3 хк 2 до текущего значения скорости где хн 3 – значение скорости частицы в начале второго подынтервала скольжения в положительном направлении.

подставив 2л Решая последнее уравнение, определим значение фазового угла 2л окончания скольжения частицы в положительном направлении оси x.

Выполнение условия будет свидетельствовать об отсутствии паузы после окончания движения частицы в положительном направлении.

Для определения перемещения на первом подынтервале скольжения частицы в положительном направлении S1 проинтегрируем уравнение (2.45) в пределах от 1п до Для определения перемещения частицы на втором подынтервале скольжения в положительном направлении S 2 проинтегрируем уравнение (2.47) в пределах от до Для определения перемещения частицы в третьем подынтервале скольжения в положительном на правлении S3 проинтегрируем уравнение (2.49) в пределах от до 2л После мгновенной остановки скольжение частицы в отрицательном направлении оси x начнется при фазовом угле 1л 2л.

В силу симметрии движущих сил и сил сопротивления относительному движению скольжение в отрицательном направлении оси x будет происходить в трех подынтервалах. Зависимость скорости частицы на первом подынтервале скольжения 1л будет иметь вид где хк1 – значение скорости частицы в конце первого подынтервала скольжения в отрицательном направлении.

Эта скорость является конечной скоростью на первом подынтервале скольжения частицы в отрицательном направлении оси x и начальной на втором подынтервале. Зависимость скорости частицы на втором подынтервале скольжения имеет вид где хн 2 – значение скорости частицы в начале второго подынтервала скольжения в отрицательном направлении.

В рассматриваемом режиме скорость частицы во втором подынтервале 2 ) не обращается в нуль. Для определения конечной скороскольжения ( сти на этом подынтервале скольжения подставим в уравнение (2.57) где х к 2 – значение скорости частицы в конце второго подынтервала скольжения в отрицательном направлении.

Эта скорость является начальной при движении частицы в третьем подынтервале скольжения.

Для определения зависимости скорости частицы в третьем подынтервале скольжения в отрицательном направлении оси x проинтегрируем уравнение (2.39) в пределах от 2 до текущего значения фазового угла и от х хн3 хк 2 до текущего значения скорости где xн 3 – значение скорости частицы в начале третьего подынтервала скольжения в отрицательном направлении.

Решая последнее уравнение методом последовательных приближений, определим значение фазового угла 2п.

В данном режиме будет выполняться условие Для определения перемещения на первом подынтервале скольжения в отрицательном направлении S1 проинтегрируем уравнение (2.55) в пределах от 1л до Для определения перемещения частицы во втором подынтервале скольжения в отрицательном направлении S 2 проинтегрируем уравнение (2.57) в пределах от до Для определения перемещения частицы в третьем подынтервале скольжения в отрицательном направлении S3 проинтегрируем уравнение (2.59) в пределах от 2 до 2п 1п 2п 2, находим новые значения фазовых углов 2л, 1л и 2п. Такие вычисления повторяем до тех пор, пока не будет выполняться условие (2.44).

При горизонтальных гармонических колебаниях горизонтальной опорной поверхности, в силу симметрии движущих сил и сил сопротивления относительному движению частицы, полное перемещение частицы S S1 S 2 S 3 в положительном направлении оси x равно абсолютной величине полного перемещения S S1 S 2 S 3 в отрицательном направлении оси x, то есть должно выполняться условие Убедиться в выполнении этого условия можно, подставив в уравнение (2.65) соответствующие выражения перемещений частицы на отдельных подынтервалах скольжения из уравнений (2.52), (2.53), (2.54), (2.62), (2.63) и (2.64).

2.2.3. Режим двустороннего скольжения частицы в двух подынтервалах с Следующую задачу решим для угла установки рифлей = 50°. Решение этой задачи представляет интерес для дальнейшего развития теории вибрационного перемещения, поскольку движение в отдельных подынтервалах возможно В таблице 2.2 отражены результаты расчета безразмерных параметров Z сопротивления На рис. 2.6 представлена графическая интерпретация решения уравнения (2.39) в установившемся режиме движения. Точка (рис. 2.6б) линии соответствует фазовому углу 2п окончания движения частицы в положительном направлении. Окончание движения в данном случае происходит до фазового угла, что свидетельствует о том, что при движении в положительном направлении частица будет иметь только два подынтервала движения. Поскольку 2п 0л (рис. 2.6а), то по окончании движения в положительном направлении возникнет пауза.

В силу симметрии сил сопротивления при движении в отрицательном направлении частица так же будет иметь два подынтервала скольжения.

Во втором подынтервале движение частицы было возможно при n 1 и В результате решения был определен режим движения частицы – двустороннее скольжение в двух подынтервалах с паузами [27] Как и в рассмотренном выше режиме, на первом подынтервале скольжения зависимость скорости описывается уравнением (2.45), конечная скорость на этом подынтервале определяется по уравнению (2.46), а зависимость скорости на втором подынтервале скольжения описывается уравнением (2.47).

Во втором подынтервале скольжения частица может остановиться. Фазовый угол 2п остановки частицы определим из последнего уравнения из условия, так как при прекращении скольжения скорость обращается в нуль Решая последнее уравнение относительно 2п методом последовательных приближений, определяем значение фазового угла остановки частицы.

Перемещение частицы на первом подынтервале скольжения определяется из уравнения (2.52).

Рис. 2.6. Геометрическая интерпретация уравнений движения частицы относительно поверхности для = 50°:

Для определения перемещения на втором подынтервале скольжения S проинтегрируем уравнение (2.47) в пределах от После паузы скольжение частицы в отрицательном направлении оси x начнется при фазовом угле, который определим из уравнения (2.43).

В силу симметрии движущих сил и сил сопротивления относительному движению частица будет иметь два подынтервала скольжения в отрицательном направлении оси x.

При скольжении частицы в отрицательном направлении оси x на первом подынтервале скольжения зависимость скорости определяется уравнением (2.55), конечная скорость из уравнения (2.56), а зависимость скорости на втором подынтервале скольжения уравнением (2.57).

Фазовый угол 2л остановки частицы найдем из уравнения (2.57) при условии Решая последнее уравнение относительно 2л методом последовательных приближений, находим значение фазового угла остановки части при скольжении в отрицательном направлении оси x.

В силу симметрии движущих и сил сопротивления значение фазового угла остановки частицы при скольжении её в отрицательном направлении оси x должно отличаться на от значения угла остановки при скольжении в положительном направлении, то есть Перемещение частицы на первом подынтервале скольжения в отрицательном направлении оси x определяется из уравнения (2.62).

Перемещение частицы на втором подынтервале скольжения в отрицательном направлении оси x В рассматриваемом случае – горизонтальные колебания горизонтальной опорной поверхности – имеет место симметрия сил сопротивления и движущих сил, следовательно, полное перемещение частицы в положительном направлении оси x - S S1 S 2 равно абсолютной величине полного перемещения частицы в отрицательном направлении оси x - S S1 S Убедиться в справедливости данного утверждения можно, подставив выражения перемещений S1, S 2, S1 и S 2 соответственно из уравнений (2.52), (2.67), (2.62) и (2.70) в уравнение (2.72), имея в виду соотношения между параметрами Z 2.2.4. Режим двустороннего скольжения частицы в трех подынтервалах с Как и в рассмотренном выше режиме, на первом подынтервале скольжения зависимость скорости описывается уравнением (2.45), конечная скорость на этом подынтервале определяется по уравнению (2.46), а зависимость скорости на втором подынтервале скольжения описывается уравнением (2.47). В этом режиме, опубликованном нами в [25], скорость частицы на интервале изменения фазового (на втором подынтервале скольжения) не обращается в нуль. Поугла следнее условие проверяется по уравнению (2.66). Конечная скорость на втором подынтервале скольжения описывается уравнением (2.48). Зависимость скорости на третьем подынтервале описывается уравнением (2.49), фазовый угол окончания скольжения частицы в положительном направлении оси х определим из уравнения (2.50). Если значение фазового угла 2л будет меньше значения угла 0л, определенного из уравнения (2.45), то есть, если то частица будет двигаться в режиме двустороннего скольжения с двумя паузами с тремя подынтервалами скольжения в каждом из направлений оси x.

Перемещение частицы на первом подынтервале скольжения определяется из уравнения (2.52), на втором подынтервале – из уравнения (2.53), на третьем подынтервале – из уравнения (2.54).

При скольжении частицы в отрицательном направлении оси х на первом подынтервале скольжения зависимость скорости определяется уравнением (2.55), конечная скорость из уравнения (2.56), зависимость скорости на втором подынтервале скольжения уравнением (2.57), конечная скорость из уравнения (2.58), а зависимость скорости на третьем подынтервале уравнением (2.59). Фазовый угол 2п окончания скольжения частицы в отрицательном направлении оси х определим из уравнения (2.60).

В силу симметрии движущих сил и сил сопротивления, должно выполняться условие Перемещение частицы на первом подынтервале скольжения в отрицательном направлении оси x определяется из уравнения (2.62), на втором подынтервале – из уравнения (2.63), на третьем подынтервале – из уравнения (2.64).

Для данного режима будет выполняться условие (2.65). Убедиться в выполнении этого условия можно, подставив в уравнение (2.65) соответствующие выражения перемещений частицы на отдельных подынтервалах скольжения из уравнений (2.52), (2.53), (2.54), (2.62), (2.63) и (2.70), учитывая при этом соотношения между параметрами Z и a.

На рис. 2.7. представлены зависимости скорости и перемещения частицы для рассмотренного режима. Как видно из нижнего графика полное перемещение частицы за период колебаний опорной поверхности равно нулю.

Заметим, что в рассмотренных режимах двустороннего движения частицы с двумя паузами, считая, что частица начинает движение из состояния покоя, получаем решение в установившемся движении.

Программа определения режима движения, скоростей и перемещений частицы приведена в приложении В.

Рис. 2.7. Геометрическая интерпретация уравнений движения частицы 2.3. Движение частиц нижнего слоя между смежными пластинами при наклонных колебаниях наклонной опорной поверхности.

Рассмотрим случай движения частицы нижнего слоя при наклонных колебаниях наклонной опорной поверхности.

Опорная поверхность (рис. 2) наклонена к горизонтали под углом и совершает гармонические колебания вдоль линии наибольшего ската. Направление колебаний составляет с плоскостью опорной поверхности угол. Пластины установлены так, что образуют с направлением колебаний угол.

Для удобства дальнейших рассуждений запишем выражения проекций сил, действующих на частицу, на оси координат. Проекции силы тяжести:

тg sin cos на ось x; mg sin sin на ось y; mg cos на ось z. Силы инерции:

. Сила нормального давления N 2 проецируется на ось y со знаком мисо знаком плюс при 2. Силы сопронус при 0 и 2 тивления F1 и F2 проектируются на ось x со знаком минус при скольжении частицы в положительном направлении оси x и со знаком плюс при скольжении в отрицательном направлении. В соответствии с принятой схемой частица имеет силовой контакт с правой пластиной при 0 и 2, с левой – при Рис. 2.8. Система сил, действующих на частицу нижнего слоя Дифференциальные уравнения относительного движения частицы в проекциях на оси координат для случая скольжения частицы в положительном направлении оси x при её силовом контакте с правой пластиной [30] Рассмотрим движение частицы без подбрасывания, так как при движении с подбрасыванием нарушается процесс самосортирования, что не представляет что позволяет из уравнения (2.77) найти силу нормального давления N Условие безотрывного движения в нашем случае совпадает с аналогичным условием, полученным в работах [3, 20] Так как движение частицы между пластинами в направлении оси y отсутствует, то есть и, то из уравнения (2.76) определим силу нормального давления N Подставляя значения N 1 и N 2 из уравнений (2.78) и (2.80) в уравнение (2.75), учитывая принятые обозначения, после преобразований приводим уравнение (2.75) к виду Дифференциальные уравнения относительного движения частицы в проекциях на оси координат x и y при её скольжении в положительном направлении оси Дифференциальное уравнение относительного движения частицы в проекции на ось z не меняет своего вида в течение всего периода колебаний опорной поверхности. Следовательно, выражение силы нормального давления N 1 остается неизменным за весь период колебаний опорной поверхности и определяется из уравнения (2.78).

Сила нормального давления N 2 может быть определена из уравнения (2.85) После преобразований уравнение (2.84) приводим к виду На интервале изменения фазового угла от до дифференциальное уравнение относительного движения частицы в положительном направлении оси x в проекции на ось x имеет вид уравнения (2.84), а в проекции на ось y вид Из уравнения (2.90) получаем выражение силы нормального давления N После соответствующих подстановок и преобразований приводим уравнение (2.84) к виду На интервале изменения фазового угла от до при скольжении частицы в отрицательном направлении оси x дифференциальное уравнение относительного движения в проекции на ось y имеет вид уравнения (2.90), а в проекции на ось x имеет вид Сила N 2 может быть определена из уравнения (2.91). После соответствующих подстановок и преобразований приводим уравнение (2.95) к виду Дифференциальные уравнения относительного движения частицы в проекциях на оси координат x и y для случая её скольжения в отрицательном направлении оси x при силовом контакте с левой пластиной, на интервале изменения фазового угла от до Из уравнения (2.100) получим выражение силы нормального давления N После соответствующих подстановок и преобразований приводим уравнение (2.99) к виду Для случая скольжения частицы в отрицательном направлении оси х при силовом контакте с правой пластиной, на интервале изменения фазового угла от 2 до, дифференциальные уравнения относительного движения в проекциях на оси координат x и y имеют соответственно вид уравнений (2.99) и (2.76). Сила N 2 определяется уравнением (2.80). После преобразование уравнение относительного движения частицы вдоль оси x получим Обобщая полученные уравнения, имеем На рис. 2.9 представлены зависимости безразмерных параметров Z сопротивления относительному движению частицы от угла установки пластин для одного из сочетаний реальных кинематических и установочных параметров процесса сепарирования: A = 40 мм; n = 180 кол/мин; = 7°; = 7°; f1 = 0,4; f2 = 0,35;

fc = 0,5. Значения параметра Z приведены в приложении Б. На верхнем графике представлены зависимости Z для случая, когда частица нижнего слоя движется в положительном направлении оси x. На нижнем – в отрицательном. Как видно из чения, то есть существуют значения угла при которых Z Z л и Z л Z, причем второе равенство выполняется при меньшем значении угла. Слева от точек пересечения графиков, то есть при меньших углах, Z Z л и Z л Z, а справа, то есть при больших углах Z Z л и Z л Z.

Рис. 2.9. Зависимость параметра Z от угла установки пластин Из проведенных исследований был сделан вывод о существовании всех возможных режимов движения частицы согласно терминологии, принятой в работах [7, 44]. А именно: режим 1 – двустороннее скольжение частицы с двумя паузами; режим 2 – двустороннее скольжение частицы с двумя мгновенными остановками; режим 3 – двустороннее скольжение частицы с одной паузой с одной мгновенной остановкой; режим 4 – скольжение частицы только в одном из направлений с одной паузой. Отличием настоящих режимов является наличие двух или трех подынтервалов скольжения в каждом из направлений, отличающихся различными значениями параметров Z и a. Кроме того, скольжение частицы на отдельных подынтервалах возможно при Z 1.

Заметим, что в рассматриваемом случае, при Z 1 одновременно не вып полняются условия начала скольжения в каждом из направлений, то есть в этом случае отсутствует движение частицы относительно опорной поверхности между смежными пластинами. Области допускаемых значений угла ориентации пластин для рассмотренных на рисунках случаев ограничены пунктирными линиями, которые соответствуют условиям Z 1 и Z л 1 соответственно. Предельное знап чение угла для верхней зависимости меньше, что свидетельствует о том, что существует область значений угла, в которой Z 1, а Z л 1. В этом случае двип жение частицы возможно лишь в положительном направлении оси x.

Наиболее рациональным является режим двустороннего скольжения с двумя мгновенными остановками, так как он позволяет наиболее полно использовать время пребывания сепарируемого материала на поверхности рабочего органа, поскольку процессы самосортирования и просеивания частиц происходят преимущественно при их относительном движении.

Проведенные теоретические исследования позволили определить, что сущеп ствование рационального режима возможно при Z 0,115.

Исследования проводили для следующих значений коэффициентов сопротивления сдвигу f1 = 0,4; f2 = 0,35; fc = 0,5 для следующего диапазона кинематических и установочных параметров работы опорной поверхности:

- число колебаний опорной поверхности в минуту n от 150 до 450 кол/мин;

- амплитуда колебаний опорной поверхности А от 9 до 36 мм;



Pages:   || 2 | 3 |
 
Похожие работы:

«КОРЖОВ ИГОРЬ ВАСИЛЬЕВИЧ РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ ТЕКСТУРАТОВ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ Специальности: 05.18.01-Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодовоовощной продукции и виноградарства 05.18.04-Технология мясных,...»

«ГУЖЕЛЬ ЮЛИЯ АЛЕКСАНДРОВНА РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ТОВАРОВЕДНАЯ ОЦЕНКА НАПИТКОВ БРОЖЕНИЯ, ПОЛУЧЕННЫХ С ДОБАВЛЕНИЕМ ЭКСТРАКТА ХВОИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ Специальность 05.18.15 – Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного...»

«ЗАВОРОХИНА НАТАЛИЯ ВАЛЕРЬЕВНА РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОЛОГИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКОВ С УЧЕТОМ СЕНСОРНЫХ ПРЕДПОЧТЕНИЙ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ 05.18.15 –...»

«ШЕЛЕПИНА НАТАЛЬЯ ВЛАДИМИРОВНА НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ ПЕРЕРАБОТКИ ЗЕРНА СОВРЕМЕННЫХ СОРТОВ И ФОРМ ГОРОХА Специальность 05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства Диссертация на соискание ученой степени...»

«ЧЕЧКО СВЕТЛАНА ГЕННАДЬЕВНА ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЛАВЛЕНЫХ СЫРНЫХ ПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ НИЗКОЖИРНОГО ТВОРОГА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИКОРАСТУЩЕГО СЫРЬЯ Специальность: 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств...»

«Гринюк Анна Валентиновна ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ КРОВИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖИДКОГО АЗОТА В КАЧЕСТВЕ АГЕНТА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ Специальность 05.18.04 – технология мясных, молочных и...»

«СУХОРУКОВ ДМИТРИЙ ВИКТОРОВИЧ РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО СМЕСИТЕЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ С ОРГАНИЗАЦИЕЙ НАПРАВЛЕННОГО ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНЫХ ПОТОКОВ 05.18.12 Процессы и аппараты пищевых производств Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель : кандидат технических наук, доцент Бородулин Дмитрий Михайлович...»

«МАКСЮТОВ РУСЛАН РИНАТОВИЧ РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ТОВАРОВЕДНАЯ ОЦЕНКА ЙОДОБОГАЩЁННЫХ КУМЫСНЫХ НАПИТКОВ С ИНУЛИНОМ 05.18.15 – Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания (технические наук и) Диссертация на соискание...»

«ОВСЯННИКОВА ЕВГЕНИЯ АЛЕКСАНДРОВНА РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОГО ПОДХОДА К ПЕРЕРАБОТКЕ ДИКОРАСТУЩИХ ЯГОД КЛЮКВЫ И БРУСНИКИ 05.18.15 – Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания Диссертация на соискание ученой...»

«РЕМИЗОВ СТАНИСЛАВ ВАДИМОВИЧ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ХАРАКТЕРИСТИКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ МОРКОВНОГО НЕКТАРА Специальность: 05.18.15 – Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания...»

«КОДАЦКИЙ Юрий Анатольевич ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ СЕМЯН СОИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАЗВУКА Специальность: 05.18.01 – технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук...»

«БОНДАКОВА МАРИНА ВАЛЕРЬЕВНА РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУРЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КОСМЕТИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКСТРАКТА ВИНОГРАДА Специальность 05.18.06 – Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов (технические наук и) Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук...»

«ПОПОВА НАТАЛИЯ ВИКТОРОВНА ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ВОССТАНОВЛЕННЫХ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ МОЛОКА И ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ИХ ПРОИЗВОДСТВА НА ОСНОВЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ Специальность 05.18.15 – Технология и товароведение пищевых продуктов...»

«КОСТИН АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ РАЗРАБОТКА, ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ ПРОБИОТИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ 05.18.15 – Техноогия и товароведение пищевых продуктов и функционаьного и специаизированного назначения и общественного питания...»

«КАЙМБАЕВА ЛЕЙЛА АМАНГЕЛЬДИНОВНА НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ И ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА МЯСА И ПРОДУКТОВ УБОЯ МАРАЛОВ Специальность: 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Научный консультант : доктор технических наук, профессор Узаков Я.М. Улан-Удэ - СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 1.1...»

«ВАСИЛЬЕВА ИРИНА ОЛЕГОВНА РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МЯСНОГО ПРОДУКТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОГО КОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО КОЛЛАГЕНА И МИНОРНОГО НУТРИЕНТА 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств 05.18.07 – Биотехнология пищевых продуктов и биологических...»

«АПЁНЫШЕВА ТАТЬЯНА НИКОЛАЕВНА РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЯГКИХ КИСЛОТНОСЫЧУЖНЫХ СЫРНЫХ ПРОДУКТОВ С РАСТИТЕЛЬНЫМ ЖИРОМ Специальность: 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических...»

«ИВАНОВ ИВАН ВАСИЛЬЕВИЧ ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЧИПСОВ ИЗ МЯСА ПТИЦЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВАКУУМНОЙ ИНФРАКРАСНОЙ СУШКИ Специальность: 05.18.04 – технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель : доктор технических наук, проф. Г.В....»

«ЛЕ ТХИ ДИЕУ ХУОНГ РАЗРАБОТКА И ТОВАРОВЕДНАЯ ОЦЕНКА ПРОДУКЦИИ НА МОЛОЧНОЙ ОСНОВЕ ДЛЯ ШКОЛЬНОГО ПИТАНИЯ ВО ВЬЕТНАМЕ Специальность 05.18.15 - Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания (технические наук и). ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой...»

«ИГОЛИНСКАЯ ОЛЬГА АНДРЕЕВНА УСТАНОВЛЕНИЕ ПОДЛИННОСТИ СТОЛОВЫХ ВИН ПОСРЕДСТВОМ ОБНАРУЖЕНИЯ В НИХ СОРБИНОВОЙ КИСЛОТЫ Специальность 05.18.15 – Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.