CC BY
59
3. Корн Г. Справочник по матиматике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн; Под общ. ред. И.Г. Арамановича. - М.: Наука, 1973. - 832 с.
4. Попов Е.П. Нелинейные задачи статики тонких стержней /Е.П. Попов/ Л.-М.: Гостехиздат, 1948. - 170 с.
5. Пономарёв С.Д.. Расчёт упругих элементов машин и приборов / С.Д. Пономарев, Л.Е Андреева / М.: Машиностроение, 1980. - 326 с.
6. Долганин Б.М. О жёсткости синтетических материалов, используемых в качестве ворса щёток подметально-уборочных машин / Б.М. Долганин // Механизация работ в коммунальном хозяйстве [Сборник статей]. М.: Отд. науч.-техн. информации, 1968. - Вып. 50. - С. 155-161.
7. Нарисава Иото. Прочность полимерных материалов /Под ред. Т. Экибори. Пер. с яп. Ю.М. Товмасяна. Под ред. Ал. Ал. Берлина. - М.: Химия, 1987. - 398 с.
8. Долганин Б.М Применение синтетического ворса в щётках подметально-уборочных машин // Механизация работ в коммунальном хозяйстве [Сборник статей]. Науч. ред. Пиковский Я.М. М.: Отд. науч.-техн. информации, 1968. - Вып. 59. - № 3. - С. 35-42.
9. Долганин Б.М. Метод расчёта щёток подметально-уборочных машин / Б.М. Долганин, Л.М. Гусев // Механизация работ в коммунальном хозяйстве [Сборник статей]. Науч. ред. Пиковский Я.М. М.: Отд. науч.-техн. информации, 1972. - Вып. 88. - С. 118-131.
Наводится анализ прогиба прутка ворса цилиндрической щетки при раскрытии корневой системы маточных растений.
Here is the analysis of pile's rods deflection of the cylindrical brush at revealing the grafter's root system.
УДК 628.511.633.85
ДИНАМІКА ЧАСТИНОК ПИЛУ ПРИ ПНЕВМОСЕПАРАЦІЇ РУШАНКИ РИЦИНИ
В.А. ДІДУР, доктор технічних наук, А.Б.ЧЕБАНОВ Таврійський державний агротехнологічний університет
В.В. ДІДУР, кандидат технічних наук Уманський національний університет садівництва
Розроблені математичні вирази для визначення динамічних характеристик частинок дисперсної фази запилених повітряних потоків при пневмосепарації рушанки рицини.
Підвищення продуктивності пневмосепаратора для сепарації рушанки рицини [1, 2] пов'язано з необхідністю поліпшення процесу очищення повітряного потоку від часток легких домішок та пилу.
Крупні частинки легких домішок, які відділили від основного компоненту (ядра рицини) з горизонтального каналу рухаються до пилоосаджувальної камери, де вони відділяються від повітряного потоку за рахунок інерційних і гравітаційних сил. Проблему представляють легкі частинки та пил розміром до 4мм. Необхідно також
зазначити, що пил рицини є небезпечний для людини, який містить: отруйний білок -рицин (у великих кількостях) та алкалоїд середньої токсичності - рицинін. При переробці рицини в повітрі робочої зони, окрім частинок пилу, присутній алерген, який є протеїново-полісахаридним комплексом та має прозоро-солом’яний колір [3]. До його складу входить білковий азот в межах 0,08-0,12 мг/см3 [4]. ГДК алергену в атмосферному повітрі населених місць не повинно перевищувати 0,001 мг/м3 [5]. Алерген, який знаходиться в рициновому пилу відноситься за ступенем впливу на організм людини до І класу (речовини особливо небезпечні) [6]. Це робить його дуже небезпечним, отруйним і шкідливим для організму людини Для ефективного очищення повітряного потоку в технологічній схемі пропонується використати пиловловлюючий пристрій [2], у вигляді вертикального каналу. Конструктивна особливість пиловловлюючого пристрою призводить до виникнення просторового руху запиленого потоку в каналі, і дослідження його динаміки є складним теоретичним завданням. Для здобуття закономірностей, що визначають вплив різних факторів на ефективність процесу, необхідно дослідити динаміку частинок домішок в направленому вертикальному потоці.
На динаміку дисперсних частинок в повітряних потоках впливають чотири основні сили: тяжіння, тиску, внутрішнього тертя (в’язкості) і інерції. Для моделювання динаміки руху дисперсної частинки у вертикальному повітряному потоці найчастіше використовують рівняння побудовані на підставі законів Ньютона [7-9]. Ці рівняння характеризують внутрішній механізм процесів, встановлюють взаємозв’язок між фізичними умовами процесу і змінами цих умов за часом. Однак рівняння не враховують особливостей процесу очищення повітряного потоку при сепарації рушанки рицини (склад пилу рушанки рицини має дуже високу токсичність) [2], тому повинні бути доповнені деякими умовами.
Метою роботи було визначити динамічні характеристики частинок дисперсної фази в направленому вертикальному потоці в залежності від технологічних та конструктивних параметрів пневмосепаратора і фізико-механічних властивостей частинок дисперсної фази.
Результати досліджень. Для вибору крайових умов перш за все необхідно встановити складові технологічного процесу очищення повітряного потоку в розробленому нами пневмосепараторі та їх взаємодію. Для цього побудовано алгоритмічну модель процесу сепарації за допомогою цього пневмосепаратора.
При роботі запропонованого пневмосепаратора [2] рушанка насіння рицини подається до горизонтального каналу, де під дією повітряного потоку згідно аеродинамічних властивостей компонентів та сили тяжіння поділяється на фракції. Запилений повітряний потік потрапляє в пилоосаджувальну камеру, де очищається від крупних домішок (з еквівалентним діаметром до 4 мм). Далі повітряний потік з частинками пилу попадає до пиловловлюючого пристрою. Його основним елементом є вертикальний канал, у якому за рахунок сил тяжіння та інерції відбувається очищення від частинок пилу. Вловлені частинки пилу направляються в нижню зону вертикального каналу у відповідний приймач. Кінцеве очищення повітряного потоку від дрібнодисперсного пилу (до 500 мкм) відбувається у інерційному пиловловлювачі та фільтрі.
Алгоритмічна схема роботи розробленого пневмосепаратора зображена на рис. 1. Аналіз розробленої схеми роботи свідчить, що значимими складовими, з точки зору забезпечення максимальної ефективності процесу очищення повітряного потоку, є пилоосаджувальна камера та пиловловлюючий пристрій.
Так як обґрунтування параметрів пилоосаджувальної камери проведено [10], то в подальшому слід особливу увагу приділити моделюванню процесу очищення повітряного потоку в пиловловлюючому пристрої.
Розглянемо завдання, що стосується визначення динаміки запиленого повітряного потоку. Він складається з середовища (повітряного потоку), яке діє вертикально, і дисперсної фази (частинки пилу і легких домішок). Частинки дисперсної фази комплексно характеризуються як геометричними ознаками (дисперсний склад, форма, макро- і мікрорельєф поверхні), так і фізико-механічними властивостями: масові (щільність однієї і сукупності частинок); аеродинамічні; електрофізичні; теплофізичні і ін. [11]. Тому для урахування форми частинок дисперсної фази вводиться коефіцієнт Сх/2.
Рис. 1. Алгоритмічна схема роботи нової конструкції пневмосепаратора з
пиловловлювачем
При обтіканні частки пилу повітряним потоком, на неї діє сила (рис.2), яку згідно [12] можна представити:
р р- СХ_£У2
' 2 , (1)
де р - питома вага повітря, кг/м3; Сх/2 - коефіцієнт, що враховує аеродинамічну форму поверхні дисперсної частинки; Г - площина, на яку діє потік; V2 - відносна до дисперсної частинки, швидкість повітряного потоку.
На частинку також діє сила тяжіння (див. рис. 2):
= т •%
(2)
де т - маса дисперсної частики, кг; g - прискорення вільного падіння, м/с2.
Таким чином, рівняння відносно вісі у:
та = - Р^, або т • а = т • % - к • Г • V
де а - вертикальне прискорення, к - коефіцієнт, к = рСх / 2,
V2 - відносна швидкість потоку, м/с,
V = V + V в ,
(3)
(4)
де Vn - швидкість направленого потоку, м/с;
V в - вертикальна швидкість дисперсної частки, відносно потоку, м/с.
Прискорення дисперсної частки, відносно потоку, якщо поділити на т, має вигляд:
(5)
Провівши перегрупування та з урахуванням, що а = dV / &, отримуємо такий вигляд (5): т г dV
Рис. 2. Схема сил, що діють на дисперсну частинку у вертикальному каналі.
Введемо позначення
кг'§т - (^+ V )2
7 7-1 V п в /
кГ
= dt
або
І
= V
dV
2
= dt.
кг •
Рішення інтеграла має вигляд:
2
—1п
2Ь
ь - (К + К)
к
—+с1
т
а помноживши обидві частини на 2 Ь отримаємо:
ь+V + К)
1п
або
ь - (К + К)
ь+V + К)
2к
= — г • ь^+С1
т
2к„, „
ь - V + V)
У направленому потоці Ы > |Vn + V в |. Знайдемо V в:
+Д(ь - у^) - (ь + V )
(7)
+Ь
+ 1
(8)
де Ь =
2 Г • ь • к
т
Знайдемо постійну інтегрування Сі підставивши в (7) початкові умови Ув = 0, і = 0:
вСі =
2ь - ь + V ь + К
ь - Vn ь - V.
ь + V
С = 1п-----------------------п
1 ь - К
(9)
Таким чином, вертикальна швидкість дисперсної частинки, відносно потоку дорівнює:
ь+Уп 2Г • У—г-к• t
------- +-------—-----
ь -Уп т
К =
(К—г - Уп )- (У—г + Уп )
ь+Уп\ 2Г-У—г-—• t
-----+-------—----
ь-Уп\ т
(10)
+1
77 = dS
Для V — —_ маємо:
dt
dS
ь+Уп
ь-Уп
2 Г • У—.- к • t
(V— - Уп)- (У—г + Уп)
ь+Уп\ + 2 Г • У—.- к • t ь-Уп\ т
+1
dt
Або переміщення дисперсної частинки дорівнює:
т
Є
є
Є
+
т
Є
Є
7є1 +р
е~1 ^ + 1
еСі+Р‘Ж
С,
(Ь -1". )| -7^- (Ь+)| ^
Ж
еСі+Р‘ +1
(Ь - V,) Р
1п
,Сі+Рг
+1
(Ь + V.)
Р
(с1 +Р - 1п еСі +Р +1
С1 +р
+1
^ 'С +Р - 1п
С1 +Рі
)+ С 2>
)+ С 2-
+1
(11)
Знайдемо постійну інтегрування С2 підставивши початкові умови в (11) 8=0, 1=0:
С
(V. - ь) Р
1п
еС1 +1
+
(Ь + ^)' (с1 - 1п еС1 +1)-
Р
(12)
Часткове рішення диференціального рівняння має вигляд:
+
(Ь - К)т
2^' Ь' к
(Ь + Уп )т 2 ¥'Ь'к
(7. - Ь)т
1п
2 ¥■ Ь' Ы
+1
Ґ Ь+V. 2 F■ Ь' к л
Ь + V 2Е' Ь'кї . 1п +
Іп + 1п е т +1
Ь - т
V )
2^'Ь'к
1п
Ь+Vn Ь-V.
+ 1
(Ь + У„)т
+
(13)
+
2 ¥'Ь'к
Ґ Ь+V. л
Ь + V 1п
1п г п - 1п е Ь-V. +1
Ь -
V п )
Таким чином, досліджуючи рівняння вертикальної швидкості руху (10) дисперсних частинок у вертикальному каналі пиловловлюючого пристрою та їх переміщення (13) можливо обґрунтувати деякі конструктивні параметри пневмосепаратору.
Аналіз відомих досліджень та проведення попередніх експериментів дозволили визначити діапазони варіювання вихідних параметрів процесу очищення повітряного потоку в вертикальному каналі. Так, швидкість повітряного потоку на вході в вертикальний канал змінюється в залежності від швидкості повітряного потоку в горизонтальному каналі та пилоосаджувальній камері (рис.1). Причому параметри останніх є технологічними і можуть змінюватися лише в певних діапазонах. Зменшення швидкості потоку в горизонтальному каналі перелягає на пилоосаджувальну камеру і на вертикальний канал, що сприяє поліпшенню ефективності очистки повітряного потоку. Але при цьому відбувається зменшення якості сепарації в горизонтальному каналі, що є недопустимим. Проведеними попередніми експериментами визначено, що за умови максимальної технологічної ефективності, оптимальний діапазон варіювання швидкості повітряного потоку на вході в вертикальний канал становить від 2 до 7 м/с.
Попередніми випробуваннями також визначено дисперсний склад частинок пилу, що потрапили до приймачів пилоосаджувальної камери, вертикального каналу та
+
Ь-V.
т
е
е
фільтру. Аналізом дисперсного складу частинок встановлено: до приймача
пилоосаджувальної камери потрапили частинки розміром 4-6мм - 42%, 6-7мм - 20%, 7-9мм - 8%; до приймача вертикального каналу - 0,5-2мм - 15%, 2-3мм - 8%, 3-4 мм -6%; до фільтру частинки розміром до 0,5мм - 1% від загальної маси.
Таким чином, при дослідженнях обрано діапазон варіювання розмірів частинок дисперсної фази 0,5...4 мм, та з урахуванням загальновідомих джерел [13] щільністю уОч=0,0009...0,0011 кг/см3.
Для теоретичних досліджень різних процесів застосовують спрощення форми частинок дисперсної фази - сфера. Це веде до зміни реальних результатів. Аналізом відомих досліджень [14, 15] встановлено, що при моделюванні процесів динаміки частинок зі складною формою використовуються поправочні коефіцієнти. Частинки пилу мають складну форму тому при визначенні розмірів використовували еквівалентний діаметр, а при моделюванні ввели відповідний коефіцієнт, що враховує аеродинамічну форму поверхні дисперсної частки Сх / 2 = 0,7. 0,8.
За результатами математичного моделювання побудовано закономірності зміни вертикальної швидкості частинок дисперсної фази у вертикальному каналі пневмосепаратору в залежності від розмірів частинок (рис. 3) та їх щільності (рис. 4). При цьому швидкість повітряного потоку на вході в канал варіювалася у заданому діапазоні.
Рис. 3. Залежності вертикальної швидкості частинки дисперсної фази від її розміру
V = V = V = V = V =
при: 1 - п 2 м/с; 2 - п 3 м/с; 3 - п 4 м/с; 4 - п 5 м/с; 5 - п 6 м/с;
6 - ^п 7 м/с (Сх / 2 = 0,75; Гч 0,001 кг/см3; Г = 1,26 кг/м3).
Позитивне значення вертикальної швидкості частинок свідчить про те, що частинка рухається вниз по вісі у (див. рис. 3), а негативне, навпаки, - рухається вгору. Рух
частинки вгору небажане явище, так як веде до збільшення кількості частинок що потрапили до фільтру.
Уп, м/с
Рис. 4. Залежності вертикальної швидкості частинки дисперсної фази від швидкості повітряного потоку на вході у вертикальний канал:
при: 1 - Г 0,0011 кг/см3 2 - Г 0,001 кг/см3; 3 - Г 0,0009 кг/см3 (Сх / 2 = 0,75;
а = 2 мм, Г = 1,26 кг/м3)
Як видно з рис. 3, збільшення швидкості повітряного потоку веде до виносу частинок з вертикального каналу. Причому при швидкостях потоку 6-7 м/с 100%
дисперсних частинок направляється у фільтр. Оптимальний діапазон швидкості повітряного потоку на вході, з точки зору позитивних значень вертикальної швидкості частинок, складає 2-5 м/с.
Аналізом залежностей (див. рис. 4) встановлено, що з підвищенням швидкості повітряного потоку на вході, в діапазоні що досліджується (від 2 до 7 м/с) вертикальна
швидкість частинок дисперсної фази зменшується в 1,1_____1,6 разів. Зниження швидкості
також відбувається при зменшені щільності частинок дисперсної фази (від 0,0009 до
0,0011 кг/см3) - їх вертикальна швидкість змінюється до 20%.
Висновки. Установлені закономірності (10, 13) дозволяють керувати процесом очищення повітряного потоку у вертикальних каналах пневмосепараторів. Крім цього, значення вертикальної швидкості дозволяють прогнозувати ефективність очищення повітряного потоку з урахуванням фізико-механічних властивостей частинок дисперсної фази та швидкості потоку на вході у вертикальний канал.
Збільшення швидкості повітряного потоку на вході, зменшення розмірів та щільності дисперсних частинок веде до підвищення їх кількості у фільтрі. Оптимальний діапазон швидкості повітряного потоку на вході, з точки зору позитивних значень вертикальної швидкості частинок, складає 2-5 м/с.
Список використаних джерел
1. Пиловловлювач аеродинамічної сепарації сипких матеріалів, в тому числі і рушанки рицини:
Д.п. 58227 Україна, МПК В01 D45/00/ В.А. Дідур, А.Б. Чебанов (Україна). - U201010090;
Заявл. 16.08.2010; Опубл. 11.04.2011 - Бюл. - №7. - 2 с.
2. Дідур В.А. Оптимізація параметрів пневмосепаратора для сепарації рушанки рицини / В.А. Дідур, А.Б. Чебанов // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету. - Мелітополь, 2010. - Вип.10. - Т.8. - С. 70-77.
3. Штокман Е.А. Вентиляция на предприятиях масложировой промышленности / Е.А. Штокман, В.А. Шилов, Е.И. Богуславський. - М.: Агропромиздат, 1986. - 226 с.
4. Измерение концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны: методические указания. -М: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1998. - 14 с.
5. ГН 2.1.6.695-98. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населённых мест. - М: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1998. - 6 с.
6. ГОСТ 12.1.007-76. Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация. - М.: Издательство стандартов, 1976. - 10 с.
7. Гольдштик М.А. Процессы переноса в зернистом слое / М.А.Гольдштик / Новосибирск: Ин-т теплофизики АН СССР СО, 1984. - 16З с.
8. Гортинский В.В., Демский А.Б., Борискин М.А. Процессы сепарирования на зерно перерабатывающих предприятиях / В.В. Гортинский, А.Б. Деимский, М.А. Борискин / М.: Колос, 1980. - З04 с.
9. Денисенко Л.И. Определение скорости движения минеральных зерен в стесненных условиях / Л.И. Денисенко // Техника и технология обогащения руд. - Днепропетровский горн. ин-т, 1975. - С. 112-117.
10. Харченко С.О. Обґрунтування параметрів процесу очищення повітряного потоку
пилоосаджувальною камерою вібровідцентрових зернових сепараторів: Автореф. дис. канд. техн. наук / ХНТУСГ. - Харків, 2007. - 20 с.
11. Панченко А.В. Вентиляторные установки зерноперерабатывающих предприятий /
A.В. Панченко / М.: Колос, 1974. - 400 с.
12. Єрмак В.П. Вдосконалення способу сепарування насіння соняшника у повітряних потоках:
Дис. ... канд. техн. наук / ЛНАУ. - Луганськ, 200З. - 170 с.
13. Гортинский В.В. Процессы сепарирования на зерно-перерабатывающих предприятиях /
B.В. Гортинский, А.Б. Деимский, М.А. Борискин / М.: Колос, 1980. - З04 с.
14. Васильева Г.А. Исследование аэродинамической характеристики зернистого материала: Автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.02.14 / Одесский технол. ин-т. пищевой пром. им. Ломоносова. - Одесса, 197З. - 20 с.,
15. Ужов В.Н. Очистка промышленных газов от пыли / В.Н. Ужов, А.Ю. Вальдберг,
В.И. Мягков - М.: Химия, 1981. - З92 с.
Разработаны математические выражения для определения динамических характеристик частиц дисперсной фазы запыленных воздушных потоков при пневмосепарировании рушанки клещевины.
The mathematical expressions to determine the dynamic characteristics of the dispersed phase dusty air flows at air separation seed of castor oil.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПОДРІБНЮЮЧИХ АПАРАТІВ СОЛОМИСТИХ ПРОДУКТІВ ДЛЯ ЗЕРНОЗБИРАЛЬНОГО КОМБАЙНА
В.І. ШАПОВАЛОВ, доктор технічних наук
Східноукраїнський національний університет ім. Володимира Даля
С.Ф. ВОЛЬВАК, кандидат технічних наук, Р.В. ВИХВАТНЮК Уманський національний університет садівництва
Проаналізовано основні види конструкцій шарнірних ножівподрібнюючих апаратів зернозбиральних комбайнів. Визначено оптимальні параметри подрібнюючого апарата з шарнірною підвіскою ножів.
У сільському господарстві застосовуються різні конструкції подрібнюючих апаратів зернозбиральних комбайнів.Ріжучі апарати з шарнірною підвіскою ножів досліджувалися в основному при різанні вільно стоячого стебла. Визначальним фактором для здійснення безпідпірного різання є критична швидкість різання Укр. При швидкості різання нижче критичної процес різання не здійснюється.
Вперше вивчення безпідпірного зрізу рослин провів академік В.П.Горячкін, що запропонував формулу для визначення критичної швидкості різання. Потім цими питаннями займалися академіки А.Ю. Ішлінський, І. Ф. Василенко, а також Б.М. Гутъяр,
B.І. Фомін, В.Я. Каллюс, Н.Е. Рєзнік та ін.
Теорією кормодробарки із шарнірними молотками займалися І.В. Макаров [1],
C.В.Мельников [2], В.І.Сироватка [3] та ін. Робіт з дослідження подрібнюючого апарата незернової частини урожаю (НЧУ) із шарнірними ножами до зернозбирального комбайна вкрай мало. Відома одна докладна робота Ю.М.Шидловського [4], який шляхом експериментально-теоретичних досліджень встановив, що для забезпечення необхідної якості подрібнення й розщеплення соломи й оптимальних енергетичних витрат швидкість різання повинна становити 48...50 м/с, центр ваги молотка доцільно розміщувати на відстані не менше 0,7 довжини ножа від осі його підвісу, а маса ножа повинна бути не менше 1,4 кг. У роботі [5]авторами була запропонована й обґрунтована конструкція шарнірного ножа, яка, як показав досвід, забезпечувала надійне протікання технологічного процесу при роботі в основному на подрібнюванні сухих злаків, що було істотним недоліком.
Метою дослідження було визначення основних факторів впливу на процес подрібнення соломистих продуктів в зернозбиральному комбайніта оптимальних параметрів подрібнюючого апарата із шарнірною підвіскою ножів.
Результати досліджень. Аналіз робіт і літературних даних показує, що на даному етапі поки неможливо з достатньою для практичних цілей точністю теоретично розрахувати конструктивні параметри шарнірного ножа, наприклад, його оптимальну масу. Це пояснюється тим, що при збиранні злаків постійно змінюються фізико-механічні властивості соломистої маси, її вологість, подача і т.д. Особливий вплив на
