CC BY
58
БИОХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 631. 361.43
Э. Г. Нуруллин, Д. Т. Халиуллин, Э. Э. Нуруллин ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА С РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ КОНФУЗОРА ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКОЙ СЕМЕНОРУШКИ
Ключевые слова: пневмомеханическая семенорушка, конфузор, скорость отражения, коэффициент
восстановления семян подсолнечника.
Получены теоретические выражения, позволяющие рассчитать величину скорости отражения семян от рабочих поверхностей сетчатого конфузора в зависимости от конструктивно-технологических параметров вентилятора-метателя, сетчатого конфузора и физико-механических свойств перерабатываемых семян. Дана оценка результатам экспериментов по определению коэффициентов восстановления семян подсолнечника при различных значениях их влажности.
Keywords: pneumomechanical huller, confuser, speed of reflection, restoration's factor of sunflower's seeds.
The theoretical expressions, allowing to expect the size of reflection's speed of seed from the working surfaces of the reticulated confuser depending on the structurally-technological parameters of ventilator-thrower, reticulated contractor and physics- mechanical properties of the processed seed, are received. An estimation is given to the results of experiments on determination of coefficients of renewal of sunflower's seeds in various values of their humidity.
Введение
На современном этапе вентиляторы нашли широкое применение в различных отраслях экономики, в том числе в зерноперерабатывающей отрасли [1]. В пневмомеханических устройствах для отделения плодовых оболочек зерна крупяных культур и семян подсолнечника основным рабочим органом является вентилятор-метатель [2, 3]. В пневмомеханической семенорушке, предназначенной для освобождения семян подсолнечника от оболочки при получении подсолнечного масла, вентилятор-метатель принимает и подает зерно одновременно с воздухом в удлинитель нагнетательного патрубка. Внутри нагнетательного патрубка семена первоначально ударяются о рабочую поверхность сетчатого конфузора, и, отражаясь от его поверхности, перемещаются воздушным потоком в камеру обрушивания, где взаимодействуют с рабочим органом в виде полусферы [4].
Величина и направление скорости отражения семян от рабочей поверхности конфузора влияет на параметры их движения в рабочей зоне и скорость их взаимодействия с рабочей поверхностью полусферы, соответственно, на показатели технологической эффективности процесса: степень обрушивания и коэффициент цельности ядра. В связи с этим исследование скорости взаимодействия семян подсолнечника с рабочими поверхностями конфузора пневмомеханической семенорушки является важной задачей при обосновании его конструктивно-технологических параметров.
Теоретическая часть
Рассмотрим схему скоростей при ударе семян подсолнечника об нижнюю рабочую поверхность конфузора с углом наклона |3 (рис. 1). Примем следующие допущения: семена друг с другом не взаимодействуют и летят параллельно оси конфузора, скорость семян равна скорости их срыва с лопаточного колеса вентилятора-метателя, удар упругий.
Для определения скорости отражения семян от нижней рабочей поверхности, ранее было получено выражение следующего вида [5]:
иг
и^пр
51П
агсс^д
V кВ у
(1)
где Ыо - скорость семян после отражения от поверхности конфузора, м/с; и н — скорость семян в момент удара, м/с; кв — коэффициент восстановления семян; в — угол наклона нижней рабочей поверхности конфузора, град.
Рис. 1 - Схема скоростей взаимодействия семян с рабочей поверхностью конфузора
Скорость в момент удара Ын можно приравнять скорости срыва семян с криволинейной лопатки вентилятора-метателя, которая определяется формулой полученной в работе [2]:
и - ПГ (2)
-1
где П — частота вращения лопаточного колеса вентилятора-метателя, мин ; Г — внешний радиус лопаточного колеса, м.
Тогда, подставляя формулу (2) в выражение (1), имеем:
Ц -0,16 пгкА
(
51П
агсс^д
V кА У
(3)
Угол наклона нижней грани конфузора в равен углу наклона верхней грани, т. е. теоретическая зависимость (3) будет справедлива и для семян, ударяющихся о верхнюю грань конфузора. При квадратном сечении конфузора данную зависимость можно использовать для определения скорости отражения семян ударяющихся по всем четырем граням конфузора.
Однако на практике сечение нагнетательного патрубка, соответственно, его удлинитель с установленным внутри сетчатым конфузором не всегда имеют квадратное сечение. Поэтому
для определения скорости отражения семян от боковых (Ц й) граней с углом наклона вб формулу (3) запишем в следующем виде:
иТй =0,16 пгкд-
Э'ПРа
51П
агсс^д
с!дРй
А У
(4)
Таким образом в результате теоретических исследований получены математические зависимости устанавливающие связь между скоростью отражения семян от рабочих поверхностей сетчатого конфузора пневмомеханической семенорушки и конструктивно-технологическими параметрами вентилятора-метателя, сетчатого конфузора, а также коэффициентом восстановления семян.
Результаты и их обсуждение
В теоретической части получены математические зависимости (3,4), устанавливающие связь скорости отражения семян от рабочих поверхностей конфузора с конструктивно-технологическими параметрами вентилятора-метателя (частота вращения и внешний радиус лопаточного колеса), геометрическими параметрами сетчатого конфузора (углы наклона верхнего, нижнего и боковых рабочих поверхностей), физико-механическими свойствами семян (коэффициент восстановления).
От величины и направления скорости отражения зависят: во-первых, энергия конечного взаимодействия семян с рабочей поверхностью полусферы; во-вторых, конструктивные параметры полусферы (радиус, диаметр); в-третьих, расстояние между полусферой и выходным сечением конфузора, от которых будет зависеть степень обрушивания семян. Здесь возможны три варианта: первый - семена не обрушиваются, что будет снижать показатель степени обрушивания семян; второй - обрушиваются оболочка и ядра, что снижает показатель степени цельности ядра и увеличивает выход масличной пыли; третий - обрушивается оболочка, с максимальным сохранением цельности ядра. Очевидно, что с точки зрения повышения технологической эффективности наиболее приемлемым является третий вариант. Следовательно, зная направление и значение скорости отражения при известных значениях начальной скорости удара, задавшись углом раскрытия конфузора, зная коэффициенты восстановления семян, мы можем обосновать конструктивно-технологические параметры рабочей пары «конфузор-полусфера», при которых будет обеспечиваться наиболее высокие значения показателей технологической эффективности.
Коэффициенты восстановления к3 зависят главным образом от сорта и влажности семян и могут быть определены только экспериментально.
Значения коэффициентов восстановления семян подсолнечника для сортов с разным анатомическим строением, полученные экспериментально при различных влажностях представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Коэффициенты восстановления кЕ семян подсолнечника
Влажность семян подсолнечника, %
4,7 5,6 6,8 8,7 10,5
Коэффициент восстановления КЕ 0,24+0,04 0,48+0,08 0,34+0,06 0,17+0,03 0,13+0,03
Анализ полученных результатов показывает, что они имеют достаточно широкий разброс даже в пределах одной влажности. При низких влажностях семян (менее 5%)
коэффициенты восстановления очень малы и находятся в пределах 0,20...0,28, это объясняется тем, что сильно высушенные семена очень хрупкие, и они при столкновении с пластиной-отражателем разрушаются. При высоких влажностях семян (более 9%), снижение коэффициента восстановления объясняется тем, что при увеличении влажности, семена становятся пластичными, и они при столкновении с пластиной-отражателем сильно деформируются (плющатся). Кроме того семена подсолнечника имеют разное анатомическое строение и могут ударяться об рабочую поверхность по разному: вдоль оси, поперек оси ребром и поперек оси плашмя. Отслеживать такие условия очень затруднительно, поэтому полученные значения коэффициента восстановления имеют достаточно большой разброс. Однако они вполне могут быть использованы в теоретических исследованиях.
Выводы
В результате исследований процесса взаимодействия семян подсолнечника с рабочей поверхностью конфузора пневмомеханической семенорушки получены теоретические зависимости, позволяющие рассчитать величину скорости отражения семян от рабочих поверхностей сетчатого конфузора в зависимости от частоты вращения ротора (П) и внешнего радиуса (Г) лопаточного колеса вентилятора-метателя, углов наклона рабочих поверхностей конфузора (р, Рс), коэффициента восстановления семян подсолнечника (Кв).
Дана оценка результатам экспериментов по определению коэффициентов восстановления семян подсолнечника при различных значениях их влажности. Полученные результаты могут быть использованы при дальнейших теоретических исследованиях по обоснованию параметров и режимов работы семенорушек пневмомеханического типа, а также в теоретических исследованиях и вычислительных экспериментах, моделирующих процессы обрушивания семян подсолнечника.
Литература
1. Максимов, В. А. Компрессорное и холодильное машиностроение на современном этапе / В. А. Максимов, А. А. Мифтахов, И. Г. Хисамеев // Вестник Казан. технол. ун-та. —1998. — № 1. — С. 104113.
2. Нуруллин, Э. Г. Пневмомеханические шелушители зерна (теория, конструкция, расчет) / Э. Г. Нуруллин. — Казань: Казан. ун-т, 2011. — 308 с.
3. Пат 2312706 РФ, МПК В02В 3/00. Устройство для шелушения зерна крупяных культур / Э.Г. Нуруллин, Д.Т. Халиуллин, А.В. Дмитриев; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Казанская государственная сельскохозяйственная академия». — 2005129858/13; заявл. 26.09.2005; опубл. 20.12.2007.
4. Пат № 88990 РФ, МПК В02В 3/00. Устройство для снятия плодовой оболочки с зерна / Э.Г. Нуруллин, Д.Т. Халиуллин, А.В. Дмитриев; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Казанская государственная сельскохозяйственная академия». — 2009123888/22; заявл. 22.06.2009; опубл. 27.11.2009.
5. Халиуллин, Д.Т. Исследование движения зерна в конфузоре пневмомеханического обрушивателя семян подсолнечника / Д.Т. Халиуллин, Э.Г. Нуруллин // Вестник Казан. ГАУ. — 2010. — № 4(18). — С. 122-124.
6. Халиуллин, Д.Т. Определение коэффициента восстановления семян подсолнечника / Д.Т. Халиуллин, Э.Г. Нуруллин, И.В. Маланичев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2010. — № 12. — С. 23-25.
© Э. Г. Нуруллин — д-р техн. наук, проф. каф. КМУ КНИТУ, nureg@mail.ru; Д. Т. Халиуллин — ст. преп. каф. машин и оборудование в агробизнесе Казанского ГАУ; Э. Э. Нуруллин — студ. КНИТУ им. А. Н. Туполева.
