CC BY
20ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
УДК: 658.562 doi: https://doi.org/10.36107/spfp.2019.l58
Движение нижнего слоя зерновой смеси на вибрирующей рифленой поверхности
Мачихин Сергей Александрович
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств» Адрес: 125080, город Москва, Волоколамское шоссе, д. 11
E-mail: smachexpert@rambler.ru
Рындин Александр Алексеевич
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств» Адрес: 125080, город Москва, Волоколамское шоссе, д. 11 E-mail: aleksandr-ryndin@rambler.ru
Васильев Александр Михайлович
ФГБОУ «ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева» Адрес: 127550, город Москва, улица Тимирязевская, д. 49
E-mail: fondprod@rambler.ru
Стрелюхина Алла Николаевна
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств» Адрес: 125080, город Москва, Волоколамское шоссе, д. 11
E-mail: alstrel@rambler.ru
В статье рассмотрено послойное движение зернового потока по рабочему органу, представляющему собой наклонную поверхность с рифлями, расположенными вдоль линии ската. Рабочий орган совершает поступательные гармонические колебания по прямой, перпендикулярной рифлям. Поток условно разделен на два слоя: один (нижний) по толщине равен высоте рифлей, второй (верхний), расположен над рифлями. Рассмотрено движение нижнего потока, то есть движение зерна между рифлями.
Представлена схема сил, действующих на материальную частицу, система дифференциальных уравнений ее движения. В результате получены аналитические зависимости перемещения частицы в произвольный момент периода колебаний опорной поверхности. Теоретически обоснована и доказана возможность транспортирования частиц нижнего слоя между рифлями под действием составляющей силы тяжести вдоль линии наибольшего ската самотормозящей рабочей поверхности. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили адекватность полученных аналитических зависимостей.
Ключевые слова: сепарирующие машины, самосортирование, опорная поверхность, рифли, частота колебаний, амплитуды колебаний
В опубликованной ранее статье (Мачихин, 2018, с. 55-61) было рассмотрено послойное движение зернового потока в сепараторах. Был описан рабочий орган вибрационного сепаратора, в виде наклонной поверхности с установленными на ней рифлями в виде металлических пластин переменной высоты, который совершает поступательные гармонические колебания по прямой, перпендикулярной линии наибольшего ската поверхности. В предложенной авторами модели зерновой поток разделен по толщине на
два слоя: нижний, находящийся между рифлями, толщина которого равна высоте рифлей, и верхний, расположенный над рифлями и имеющий возможность перемещаться по любой оси. Силовое воздействие верхнего слоя на нижний осуществляется через гравитационную нагрузку и силы трения. Движение частиц верхнего слоя было рассмотрено в статье (Мачихин, 2018, с. 5561), движение частиц нижнего слоя - в данной статье, являющейся естественным продолжением предыдущей.
Материалы и методы исследования Движение нижнего слоя
При исследовании движения частиц нижнего слоя рассматриваем элемент объёма сыпучего тела между смежными рифлями, считая его элементарной точкой. Она связана с вышележащим слоем, с опорной поверхностью и попеременно с боковой поверхностью то одной, то другой рифли, силами сухого трения. Отличие настоящей задачи вибрационного перемещения заключается в том, что наклонная рабочая поверхность совершает гармонические колебания в направлении, перпендикулярном расположению рифлей и линии наибольшего ската поверхности в отличие от, например (Кирокосян, 2014), а рифли в виде прямоугольных пластин расположены на поверхности параллельно линии наибольшего ската, то есть перпендикулярно направлению колебаний.
На Рисунке 1 изображена схема принятой модели материальной частицы массой mH и показаны действующие на неё силы:
• PH = mHA ю2 sinrot - сила инерции в переносном движении;
• mHg - сила тяжести частицы;
• mHg - сила тяжести частицы верхнего слоя, расположенной над частицей нижнего слоя;
• N - нормальная реакция опорной поверхности рабочего органа;
• N2- нормальная реакция со стороны боковой поверхности рифли (пластины), с которой частица имеет силовой контакт;
• F = N1f1- сила трения о днище рабочего органа, где f - коэффициент трения частицы по днищу рабочего органа;
• F2 = N2f2 - сила трения о боковую поверхность рифли, с которой частица имеет силовой контакт, где f2 - коэффициент трения частицы о боковую поверхность рифли;
• FTP = mBgfC cosa - сила трения со стороны вышележащего слоя.
Сила трения FTP направлена против относительной скорости VH-B нижнего слоя относительно верхнего и, как установлено ранее (Мачихин, 2018, с. 55-61) образует с осью y угол V.
Движение верхнего слоя зерносмеси вдоль оси y возможно, согласно терминологии И.И. Блехмана и В.В. Гортинского (Блехман, 1964; Гортинский, 1980), в двух режимах: режим 1 -
двустороннее скольжение с двумя паузами; режим 2 - двустороннее скольжение без пауз (с двумя мгновенными остановками). Рациональным является режим 2, поскольку процессы самосортирования и просеивания частиц происходят при их относительном движении. Поэтому исследование движения частиц нижнего слоя между смежными рифлями (пластинами) рассмотрим для случая движения верхнего слоя в режиме 2.
Рисунок 1. Схема сил, действующих на частицу нижнего слоя в относительном движении.
Вследствие гармоничности колебаний, совершаемых рабочей поверхностью и симметрией шероховатости на ней возникает симметрия сил сопротивления перемещению и переносной силы инерции. Будем считать, что перемещение верхнего слоя зерновой смеси вдоль оси у является гармоническим, а так же не будем учитывать сдвиг фазы относительно переносных колебаний в верхнем слое.
Угол V считаем положительным, если он измерен между положительным направлением оси у и направлением вектора силы трения FTP. На Рисунке 1 представлена схема сил, действующих на частицу для случая её силового контакта с левой рифлей и при скольжении верхнего слоя в положительном направлении оси у. В этом случае сила трения образует с осью у острый угол (V < 90°).
В соответствии с принятым допущением частица нижнего слоя на интервале изменения фазового угла 0 < 8 < п имеет силовой контакт с левой
рифлей (пластиной), а верхний слой скользит в положительном направлении оси у. На интервале п < 5 < 2п частица имеет силовой контакт с правой рифлей и верхний слой скользит в отрицательном направлении оси у.
Результаты исследования и их обсуждение
Дифференциальные уравнения относительного движения частицы нижнего слоя зерновой смеси в проекциях на оси и при силовом соприкосновении с левой рифлей на участке фазового угла 0 < 5 < п имеют вид
mHx = -F¡- F2 + (mH+mB) g sina + mB gfc cosa sin v ; (1) mHy = mH Ara2 sinrat -N2 +mBgfc cosa cos v ; (2)
mH¿ = N]~ (mH+mB) g cosa; (3)
Движение частицы относительно рабочей поверхности происходит без подбрасывания, то есть Z = COllSt и Z = 0.
Движение вдоль оси y отсутствует из-за упора в рифлю (пластину). Следовательно, y = const и у = 0. Из уравнений (2) и (3) получаем выражения для N1 и N2.
Для упрощения дальнейших рассуждений введем обозначения: f = tgp1 , где р1 - угол трения о плоскость рабочей поверхности; f = tgp2, где р2 -угол трения о боковую поверхность рифли;
m
H
x - A(o2tgp2
g
{ A<0 tgP2
Обозначим:
sin (v-p~) , , sin (p. -a)
Hfc cosa-i-í-^-(1 + м)-—--
cos p2 cos Pj
-sin 6
a — ÁG)2tgp2;
Aa2tgp2 Получим:
cos p2
COS /0,
;
(5)
(6)
(7)
При силовом контакте частицы с правой рифлей и скольжении верхнего слоя в отрицательном направлении оси y уравнение относительного перемещения частицы нижнего слоя в проекции на ось y имеет вид:
mHy = mHAa>2 sin5 + TV2 -mBgfc cosa cosv ; (8)
Отметим, что в этом случае уравнения относительного перемещения частицы нижнего слоя в проекциях на оси x и z имеют соответственно вид уравнений (1) и (3). Это является следствием того, что частица нижнего слоя может совершать движение только в положительном направлении оси а:. Следовательно, силы трения F¡ и F2 не меняют направление. Проекция силы трения FTn на ось а имеет знак плюс независимо от направления скольжения верхнего слоя вдоль оси y.
Получим: Z+n
~х = a(z" + sinc>)> (9)
Параметры Z+Л и Z+n равны друг другу - Z+Л = Z+n = Z.
Обобщая уравнения относительного перемещения материальной частицы нижнего слоя между соседними рифлями, имеем
отношение массы частицы верхнего
слоя к массе частицы нижнего. Если считать, что зерновая смесь по толщине зернового потока
кв
имеет одинаковую плотность, то ^ — — , где hB -
К
высота (толщина) верхнего слоя; ^ - высота нижнего слоя.
После преобразований получим:
х = a (Z - sin S) при 0 < 5 < п ; х = a (Z + sin S) при п < 5 < 2п ;
(10) (11)
Из уравнения (5) следует, что параметр а является величиной положительной (а>0) . Так как движение частицы нижнего слоя относительно рабочей поверхности возможно только в положительном направлении оси л:, то условия существования относительного движения частицы могут быть выражены следующими неравенствами
(4)
Z - sin S > 0 при 0 < 5 < п ;
и
Z + sin 5 > 0 при п < 5 < 2п ;
(12) (13)
Если Z < 0 , то имеет место относительный покой частицы, то есть частица не движется между смежными рифлями.
Движение частицы возможно, если Z > 0. Очевидно, что неравенства (12) и (13) выполняются в течение всего периода колебаний рабочей поверхности, если Z > 1. В этом случае частица будет совершать движение относительно поверхности, то есть в режиме скольжения без пауз, который не представляет практического интереса, так как в этом режиме скорость транспортирования частиц сыпучего тела по опорной поверхности рабочего органа возрастает от периода к периоду колебаний. Увеличение средней скорости потока уменьшает время сепарирования и снижает его эффективность. Поэтому практический интерес представляет режим относительного скольжения частицы с паузами. Установлено, что частица нижнего слоя совершает движение с паузами при Z < 0,64.
Определим диапазон значений параметра Z, при которых существует режим скольжения частицы с паузами. Считаем, что начальная скорость хн частицы равна нулю. Далее возможны два типа движения: 1 - мгновенно начинающееся скольжение частицы в положительном направлении оси X; 2 - относительный покой (пауза - длительная остановка). Поэтому весь интервал времени (фазового угла), в течение которого рассматриваем относительное движение частицы, можно разбить на следующие два подынтервала: подынтервал, в любой момент времени которого частица, имеющая начальную скорость равную нулю, мгновенно начинает скольжение в положительном направлении оси X; подынтервал, в любой момент времени которого частица, имеющая скорость равную нулю, продолжает оставаться в состоянии относительного покоя. Первый из перечисленных выше подынтервалов обозначим I+, второй подынтервал - I0. Следует заметить, что частица, имеющая скорость равную нулю на подынтервале I0, продолжает оставаться в состоянии относительного покоя до мгновения перехода к подынтервалу I+.
Разбиение временной оси (оси фазового угла д = mí) на подынтервалы представлено на Рисунке 2, на котором построен график функции ya = sin д, а также проведены прямые ya = Z и ya = -Z. Абсциссы точек пересечения прямых с синусоидой определяют границы указанных выше подынтервалов.
1 / Í 1 Í
siró
/ у 2л / \
\ / \
•а 1 ! 1? * 1 1 1 fj ■i v
Рисунок 2. Разбиение временной оси (оси фазового угла д = тТ) на подынтервалы.
На подынтервале 1+ частица движется относительно поверхности ускоренно, а на подынтервале 10 -замедленно.
Как отмечено выше, если частица совершает движение относительно рабочей поверхности в режиме с паузами, то скорость частицы может обращаться в ноль только на подынтервале 10, границей которого является значение фазового угла 5, равное 5 = arcsinZ, правой границей -5 = п - arcsinZ, где arcsinZ главное значение
функции, лежащее в пределах
п п
Т+1
. Для
удобства дальнейших рассуждений используем предложенный в работе (Блехман, 2012) приём, согласно которому уравнения (10) и (11) целесообразно привести к безразмерному выражению. Для этого разделим обе части уравнений на величину параметра а. Введём понятие безразмерного времени 5 = Штрихами обозначим дифференцирование по безразмерному времени. Тогда: х" - безразмерное ускорение частицы в проекции на ось х; х' - безразмерная скорость частицы в проекции на ось х. Уравнения (10) и (11) в безразмерном выражении соответственно имеют вид
x" = Z - sin д при 0 < 5 < п ; и
x
" = Z + sin д при п < 5 < 2п ;
(14)
(15)
Ведем следующие обозначения: 51-1 - момент времени в безразмерном выражении (фазовый угол) начала относительного движения частицы в первом полупериоде колебаний рабочей поверхности, равный 51-1 = п - arcsinZ; 52-! -момент времени, соответствующий прекращению относительного скольжения частицы в первом полупериоде, лежит на интервале п + < 5 < 2п - 51-2 - момент времени,
соответствующий началу движения после паузы
во втором полупериоде колебаний поверхности, равный 51-2 = 2п - агсБш2; 52-2 - момент времени в безразмерном выражении окончания скольжения во втором полупериоде.
Для определения соотношения скорости на первом подинтервале движения проинтегрируем выражение (14) в коридоре значений от 5 = п -агсБш2 - 51-1 до текущего значения 5 < п и от Х = 0 до текущего значения Х > 0.
При подстановке в полученную зависимость 5 = п, получаем скорость в конце первого подинтервала движения. Эта скорость является начальной на втором подинтервале движения.
Для определения зависимости скорости на следующем интервале относительного движения частицы проинтегрируем выражение (15) в пределах от 5 = п до текущего значения безразмерного времени 5 < 2п и от Х = Х'К1 = Х'Н1, где Х'К1 = Х'Н1 = Z (п-5м) - 1 - соб5м до текущего значения скорости Х > 0. После преобразований получим:
хк2 - г (2л- 81_1) -1 + сад 51_2;
(19)
х' (3) = Z3 - соб5 - 2 - Z51.1 - соб5м ;
51-2 = 2п - агсБт^
х' (3) = Z (3 - 31-2 ) - (соб 3 - cos 31-2);
Эта скорость является конечной скоростью
на рассматриваемом интервале и начальной
скоростью на следующем интервале относительного движения частицы.
Проинтегрируем уравнение (14) в рамках от 5 = 2п до безразмерного времени 5 < 3п - агсБт2 и от х' = х'К2 = х'Н2 до значения скорости х' > 0, для установления зависимости скорости частицы на участке от 5 = 2п до фазового угла, при котором прекращается ее скольжение, после преобразований получим:
с'(8) = 28 + со^8 - 2 - 281-г + со8 81-2;
(20)
(16)
В рассматриваемом случае (скольжение частицы с паузами) скорость частицы обращается в ноль на подынтервале 10, границами которого являются следующие значения безразмерного времени: левая граница - 5 = п + arcsinZ; правая граница -5 = 2п - агсБш2.
Рассмотрим относительное движение частицы во втором полупериоде колебаний поверхности.
После паузы частица во втором полупериоде колебаний поверхности начинает относительное скольжение при
(17)
Для расчета скорости на интервале 2п - arcsinZ < 5 < 2п проинтегрируем уравнение (15) в рамках от 51-2 до текущего значения безразмерного времени 5 < 2п и от х' = 0 до текущего значения безразмерной скорости х' > 0.
Скорость частицы обращается в ноль на подынтервале 10, границами которого являются следующие значения безразмерного времени: левая граница - 3 = 2п + arcsinZ; правая граница - 3 = 3п - arcsinZ.
Фазовые углы 31-1 и 31-2 начала относительного движения частицы, соответственно в первом и во втором полупериодах колебаний рабочей поверхности, отличаются друг от друга на величину п. Следовательно, фазовый угол 31-2 может быть выражен через угол 31-1 в виде
3]_2 = 31-1 + п ; (21)
На Рисунке 3 представлены зависимости 31-1(2),
31-2(2), 32-1(2) и 32_2(Т) фазовых углов начала и окончания относительного движения частицы в первом и втором полупериодах колебаний рабочей поверхности. Для построения зависимостей были выполнены расчеты значений углов для различных значений параметра 2, отвечающих условию относительного движения частицы.
Результаты расчетов значений фазовых углов 32-1 и
32-2 окончания относительного движения частицы в первом и втором полупериодах колебаний рабочей поверхности показывает, что фазовые углы отличаются друг от друга на величину п. Фазовый угол 32-2 может быть выражен через угол 32-1 в следующем виде:
(18)
32-2 = 32-1 + п;
(22)
В конце рассматриваемого интервала времен (31-2 < 5 < 2п) и частица имеет скорость, значение которой получим, подставив 5 = 2п в уравнение (18). После преобразований получим:
Продолжительность интервала относительного движения частицы в первом полупериоде колебаний рабочей поверхности равна
А51 =дг-1 ;
(23)
6 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 3,0 2,0 1.0
дм
6^2
б21
0,10,2 0,3 ОА 0,5 0,6 0,7 /
4л -81 2
- + sin 81-2 - (28-2 -С(М 8-2) (2л - 8-2) ' (29)
полное перемещение в безразмерном выражении за период колебаний поверхности равно
Х+ х!+ + х2+ 2х1+ 2х2+ ,
Легко доказать, что Х1+ = х2+.
(30)
Рисунок 3. Зависимости фазовых углов начала и окончания относительного движения частицы в первом и втором полупериодах колебаний рабочей поверхности.
Продолжительность интервала относительного движения частицы во втором полупериоде колебаний рабочей поверхности равна:
Используя последние зависимости, можно получить уравнения для определения скоростей и ускорений.
Величина безразмерной средней скорости частицы в установившемся движении при её скольжении относительно поверхности в режиме одностороннего скольжения с двумя паузами определяется по формуле:
х
СР
1+ п
Х
2+ п
(31)
А8И =82-2 "^1-2 ;
(24)
Подставим значения фазовых углов и д2_2 в уравнение (24). После преобразований получим:
А5и =^2-1 ;
(25)
Из уравнений (23) и (25) видно, что продолжительности интервалов относительного движения частицы в первом и втором полупериодах колебаний рабочей поверхности равны.
Нахождение границ интервалов, в которых существует относительное движение частиц, позволяет, после определенных математических преобразований, получить взаимосвязанные зависимости для перемещения частицы:
полное перемещение в первом полупериоде колебаний поверхности равно
х1+ = х1+1 + г ■ Л— sin 32-1 -(2 + ZS1_1 + )) -л), (26)
где
= г
2
$ - 4л
= Х1+2 + 2 -+ ^ $2-2 - ( 2 + - С0Э $1_2 ) (52-2 - 2Л )
На Рисунке 4 представлена зависимость Х1+ (Г) перемещения частицы в безразмерном выражении за половину периода колебаний рабочей поверхности от безразмерного параметра Г.
Переход от величины безразмерной средней скорости частицы х'СР к величине размерной средней скорости УСР осуществляют путем умножения безразмерной величины средней
а
скорости на коэффициент, равный — = AШgр2.
со
Л2 -82
--1-1 - sin81-1 + cos81-1) {л -81_1); (27)
полное перемещение во втором полупериоде колебаний поверхности равно
, (28)
где
0,2 0,3 ОА 0,5 0,6 0,7
Рисунок 4. Зависимость безразмерного перемещения частицы от параметра Г за половину периода колебаний рабочей поверхности.
В ФГБОУ ВО "МГУПП" было проведено экспериментальное исследование движения зернового слоя на рифленой поверхности при вибрационном воздействии, направленном перпендикулярно рифлям. При этом замеряли производительность нижнего слоя потока, по которой, зная геометрию рабочего органа, вычислили среднюю скорость слоя. Сопоставление результатов, вычисленных по аналитической зависимости и эмпирических показало достаточно высокую сходимость.
Заключение
Теоретически обоснована и доказана возможность транспортирования частиц нижнего слоя между рифлями под действием двух взаимно перпендикулярных сил: составляющей силы тяжести вдоль линии наибольшего ската самосортирующей в покое рабочей поверхности и силы инерции. Это подтверждает целесообразность дальнейших исследований направленных на совершенствование вибрационных сепараторов с учетом полученных данных о перемещении сыпучих материалов.
Литература
Андреева Е.В. Анализ движения зернового материала на вибрационно качающейся решетной поверхности сепаратора // Инженерно-техническое обеспечение АПК. 2007. № 3. С. 700-703. Блехман И.И., Гортинский В.В., Птушкина Г.Е. Движение частицы в колеблющейся среде при наличии сопротивления типа сухого трения (к теории вибрационного разделения сыпучих смесей) // Известия АН СССР. ОТН. Механика и машиностроение. 1963. № 4. С. 31-41. Блехман И.И. О поведении твердых тел в вибрирующей сыпучей среде // Обогащение руд. 2012. № 4. С. 21-24. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное
перемещение. М.: Наука, 1964. 410 с. Гортинский В.В., Демский А.Б., Борискин М.А. Процессы сепарирования на зерноперерабатывающих предприятиях. М.: Колос, 1980. 304 с. Ермольев Ю.И., Бутовченко А.В., Дорошенко А.А. Модельное прогнозирование показателей функционирования воздушнорешетной
зерноочистительной машины от роста
эффективности операции пневмосепарации // Вестник Донского государственного технического университета. 2014. Т. 14. № 1(76). С.122-134.
Киракосян Д.В. Очистка зерна пшеницы от примесей на рифленых поверхностях: дис. ... канд. техн. наук. М.: МГУПП, 2014. 213 с.
Корнев А.С. Повышение эффективности сепарации зерна на плоских решетах зерноочистительных машин: дис. ... канд. техн. наук. Воронеж: Воронеж. гос. аграр. ун-т им. императора Петра I, 2015. 156 с.
Косилов Н.И., Маликов А.С., Романов В.В. Повышение эффективности предварительной очистки за счет расслоения потока зернового вороха // Повышение производительности и качества работы зерноуборочных и зерноочистительных машин / отв. ред. В.В. Бледных. Челябинск: ЧИМЭСХ, 1986. С. 5-13.
Мачихин С.А., Рындин А.А., Васильев А.М., Стрелюхина А.Н. Движение верхнего слоя зерновой смеси на вибрирующей рифленой поверхности // Вестник ВГУИТ. 2018. № 4. С. 5561.
Мельник Б.Б., Лебедев В.Б., Винников Г.А. Технология приемки, хранения и переработки зерна. М.: Агропром-издат, 1990. 367 с.
Окунев Г.А., Чумаков В.Г., Жанахов А.С. Технологическая линия послеуборочной обработки зерна с делением на потоки // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2011. № 9. С. 18-22.
ОспановА.Б.,ОвчинниковД.Н.Вибросепарирование зерновых смесей самосортированием // Аграрная наука: проблемы и перспективы: материалы регион. науч-практ. конф. Курган: ГИПП «Зауралье», 2002. С. 431-434.
Оспанов А.Б. Вибрационное разделение смеси шелушенного и нешелушеного риса самосортированием в кольцевом канале: дис. . канд. техн. наук. М.: МИПП, 1991. 149 с.
Самигуллин А.С., Мударисов С.Г. Модернизация зернотоков - основа будущего урожая // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию ФГОУ ВПО Башкирский ГАУ. Часть II. Уфа: ФГОУ ВПО Башкирский ГАУ, 2010. С. 72-77.
Федоренко А.С. Параметры сепаратора для очистки фуражного зерна от крупных примесей: дис. . канд. техн. наук. Барнаул: Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова, 2014. 242 с.
Федоренко И.Я. Вибрационные процессы и устройства в АПК: монография. Барнаул: РИО Алтайского ГАУ, 2016. 290 с.
Фракционное сепарирование зерна на мукомольных заводах / сост. В.Г. Дулаев, В.В.
Гортинский, А.Э. Альтерман. М.: ЦНИИТЭИ Минзага СССР, 1978. 60 с.
Godlewski S. et al. Supramolecular ordering of PTCDA molecules: The key role of dispersion forces in an unusual transition from physisorbed into chemisorbed state // ACS nano. 2012. Vol. 6. No. 10. P. 8536-8545.
Mikulionok I.O. Pretreatment of recycled polymer raw material // Russian journal of applied chemistry. 2011. Vol. 84. No. 6. P. 1105-1113.
Hopkins J.C. et al. Disentangling the effects of shape and dielectric response in van der Waals interactions between anisotropic bodies // The journal of physical chemistry. 2015. Vol. 119. No. 33. P. 19083-19094.
Tawfick S. et al. Engineering of micro-and
nanostructured surfaces with anisotropic geometriesand properties // Advanced materials. 2012. Vol. 24. No. 13. P. 1628-1674.
Eserbat-Plantey A. et al. Strain superlattices and macroscale suspension of graphene induced by corrugated substrates // Nano letters. 2014. Vol. 14. No. 9. P. 5044-5051.
Khan M.A., Nadeem M.A., Idriss H. Ferroelectric polarization effect on surface chemistry and photo-catalytic activity: A review // Surface science reports. 2016. Vol. 71. No. 1. P. 1-31.
Ruths M., Israelachvili J.N. Surface forces and nanorheology of molecularly thin films // Springer handbook of nanotechnology. Berlin, Heidelberg: Springer, 2010. P. 857-922.
doi: https://doi.org/10.36107/spfp.2019.158
The Movement of the Lower Layer of the Grain Mixture on a Vibrating Corrugated Surface
Sergey A. Machikhin
Moscow State University of Food Production 11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080, Russian Federation
E-mail: smachexpert@rambler.ru
Aleksandr A. Ryndin
Moscow State University of Food Production 11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080, Russian Federation
E-mail: aleksandr-ryndin@rambler.ru
Aleksandr M. Vasiliev
Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy 49, Timiryazevskaya, Moscow, 127550, Russian Federation
E-mail: fondprod@rambler.ru
Alla N. Strelyukhina
Moscow State University of Food Production 11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080, Russian Federation
E-mail: alstrel@rambler.ru
The article describes the layered movement of the grain flow through the working body, which is an inclined surface with grooves located along the ramp line. The working body performs translational harmonic oscillations in a straight line, perpendicular to the flutes. The stream is conventionally divided into two layers: one (lower) in thickness is equal to the height of the flute, the second (upper), is located above the grooves. The movement of the lower flow, that is, the movement of grain between grooves, is considered.
A diagram of the forces acting on a material particle, the system of differential equations of its motion is presented. As a result, the analytical dependences of the particle displacement at an arbitrary moment of the oscillation period of the supporting surface were obtained. The possibility of transporting particles of the lower layer between grooves under the action of a component of gravity along the line of the largest slope of the self-braking working surface is theoretically substantiated and proved. The experimental studies carried out confirmed the adequacy of the obtained analytical dependencies.
Keywords: separators, auto-separation, base surface, riffles, vibration frequency, vibration amplitude
References
Andreeva E.V. Analiz dvizheniya zernovogo materiala na vibratsionno kachayushcheisya reshetnoi poverkhnosti separatora [Analysis of the grain material on the vibration and oscillating sieve surface of the separator]. Inzhenerno-tekhnicheskoe obespechenie APK [Engineering-technical support of agroindustrial complex], 2007, no. 3, pp. 700-703.
Blekhman I.I., Gortinskii V.V., Ptushkina G.E. Dvizhenie chastitsy v koleblyushcheisya srede pri nalichii soprotivleniya tipa sukhogo treniya (k teorii vibratsionnogo razdeleniya sypuchikh smesei) [Motion of a particle in an oscillating medium in the presence of resistance-type dry friction (the theory
of vibrational separation of granular mixtures)]. Izvestiya AN SSSR. OTN. Mekhanika i mashinostroenie [Proceedings of the USSR Academy of Sciences. Rel. Mechanics and mechanical engineering], 1963, no. 4, pp. 31-41.
Blekhman I.I. O povedenii tverdykh tel v vibriruyushchei sypuchei srede [On the behavior of solids in a vibrating granular medium]. Obogashchenie rud [Enrichment of ores], 2012, no. 4, pp. 21-24.
Blekhman I.I., Dzhanelidze G.Yu. Vibratsionnoe peremeshchenie [Vibratory displacement]. Moscow: Nauka, 1964. 410 p.
Gortinsky V.V., Demsky A.B., Boriskin M.A. Protsessy separirovaniya na zernopererabatyvayushchikh predpriyatiyakh [Separation processes at grain
processing plants]. Moscow: Kolos, 1980. 304 p.
Ermolyev Yu.I., Butovchenko A.V., Doroshenko A.A. Modelnoe prognozirovanie pokazatelei funktsionirovaniya vozdushnoreshetnoi
zernoochistitelnoi mashiny ot rosta effektivnosti operatsii pnevmoseparatsii [Model prediction of the performance of the air-sieve grain cleaning machine from the increase in the effectiveness of the operation of pneumoseparation]. Vestnik Donskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Don state technical university], 2014, vol. 14, no. 1(76), pp. 122-134.
Kirakosyan D.V. Ochistka zerna pshenitsy ot primesei na riflenykh poverkhnostyakh. Diss. kand. tekhn. nauk [Purification of wheat grain from impurities on corrugated surfaces. Cand. (Techn.) Sci. diss.]. Moscow: MGUPP, 2014. 213 p.
Kornev A.S. Povyshenie effektivnosti separatsii zerna na ploskikh reshetakh zernoochistitelnykh mashin. Diss. kand. tekhn. nauk [Improving the efficiency of grain separation on flat sieves of grain cleaning machines. Cand. (Techn.) Sci. diss.]. Voronezh: VGAU im. imperatora Petra I, 2015. 156 p.
Kosilov N.I., Malikov A.S., Romanov V.V. Povyshenie effektivnosti predvaritelnoi ochistki za schet rassloeniya potoka zernovogo vorokha [Improving the efficiency of pre-cleaning by delaminating the flow of grain heap]. In V.V. Blednykh (ed.) Povyshenie proizvoditelnosti i kachestva raboty zernouborochnykh i zernoochistitelnykh mashin [Improving the performance and quality of grain harvesting and grain cleaning machines]. Chelyabinsk: ChlMESKh, 1986, pp. 5-13.
Machikhin S.A., Ryndin A.A., Vasiliev A.M., Strelyukhina A.N. Dvizhenie verkhnego sloya zernovoi smesi na vibriruyushchei riflenoi poverkhnosti [The movement of the upper layer of the grain mixture on vibrating corrugated surface]. Vestnik VGUIT [Bulletin of VGUIT], 2018, no. 4, pp. 55-61.
Melnik B.B., Lebedev V.B., Vinnikov G.A. Tekhnologiya priemki, khraneniya i pererabotki zerna [Technology of acceptance, storage and processing of grain]. Moscow: Agroprom-izdat, 1990. 367 p.
Okunev G.A., Chumakov V.G., Zhanakhov A.S. Tekhnologicheskaya liniya posleuborochnoi obrabotki zerna s deleniem na potoki [Technological line of postharvest processing of grain with the division into streams]. Traktory i selskokhozyaistvennye mashiny [Tractors and agricultural machines], 2011, no. 9, pp. 18-22.
Ospanov A.B., Ovchinnikov D.N. Vibroseparirovanie zernovykh smesei samosortirovaniem [Vibro-separation of grain mixtures by self-sorting]. Agrarnaya nauka: problemy i perspektivy: materialy region. nauch-prakt. konf [Agricultural science: problems and prospects: materials of the reg. sci. and pract. conf.]. Kurgan: GIPP «Zauralye», 2002, pp. 431434.
Ospanov A.B. Vibratsionnoe razdelenie smesi shelushennogo i neshelushenogo risa samosortirovaniem v koltsevom kanale. Diss. kand. tekhn. nauk [Vibrational separation of the mixture of hulled and unshelled rice by self-sorting in the annular channel. Cand. (Techn.) Sci. diss.]. Moscow: MIPP, 1991. 149 p.
Samigullin A.S., Mudarisov S.G. Modernizatsiya zernotokov - osnova budushchego urozhaya [Modernization of grain flows - the basis of the future harvest]. Materialy mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoikonferentsii,posvyashchennoi80-letiyu FGOU VPO Bashkirskii GAU. Chast II [Proceedings of the international scientific and practical conference dedicated to the 80th anniversary of the FGOU VPO Bashkir GAU. Part II]. Ufa: BGAU, 2010, pp. 72-77.
Fedorenko A.S. Parametry separatora dlya ochistki furazhnogo zerna ot krupnykh primesei. Diss. kand. tekhn. nauk [Parameters of the separator for cleaning of fodder grain from large impurities. Cand. (Techn.) Sci. diss.]. Barnaul: Alt. gos. tekhn. un-t im. I.I. Polzunova, 2014. 242 p.
Fedorenko I.Ya. Vibratsionnye protsessy i ustroistva v APK: monografiya [Vibration processes and devices in agriculture: monograph]. Barnaul: RIO Altaiskogo GAU, 2016. 290 p.
Dulaev V.G., Gortinsky V.V., Alterman A.E. (eds.). Fraktsionnoe separirovanie zerna na mukomolnykh zavodakh [Fractional separation of grain in flour mills]. Moscow: TsNIITEI Minzaga SSSR, 1978. 60 p.
Godlewski S. et al. Supramolecular ordering of PTCDA molecules: The key role of dispersion forces in an unusual transition from physisorbed into chemisorbed state. ACS nano, 2012, vol. 6, no. 10, pp. 8536-8545.
Mikulionok I.O. Pretreatment of recycled polymer raw material. Russian journal of applied chemistry, 2011, vol. 84, no. 6, pp. 1105-1113.
Hopkins J.C. et al. Disentangling the effects of shape and dielectric response in van der Waals interactions between anisotropic bodies. The journal of physical chemistry, 2015, vol. 119, no. 33, pp. 19083-19094.
Tawfick S. et al. Engineering of micro-and nanostructured surfaces with anisotropic geometriesand properties. Advanced materials, 2012, vol. 24, no. 13, pp. 16281674.
Eserbat-Plantey A. et al. Strain superlattices and macroscale suspension of graphene induced by corrugated substrates. Nano letters, 2014, vol. 14, no. 9, pp.5044-5051.
Khan M.A., Nadeem M.A., Idriss H. Ferroelectric polarization effect on surface chemistry and photo-catalytic activity: A review. Surface science reports, 2016, vol. 71, no. 1, pp. 1-31.
Ruths M., Israelachvili J.N. Surface forces and nanorheology of molecularly thin films. In Springer handbook of nanotechnology. Berlin, Heidelberg: Springer, 2010, pp. 857-922.
