CC BY
99
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.171
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРУСНОГО КЛАССИФИКАТОРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКОЙ СКОРОСТИ ЧАСТИЦ ЗЕРНОВОГО ВОРОХА
А.Н. Цепляев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор М.А. Перепелкин, кандидат технических наук В.А. Цепляев, кандидат технических наук, доцент В.В. Цыганов, инженер
Волгоградский государственный аграрный университет
В статье рассматривается устройство для определения показателя критической скорости частиц зернового вороха, необходимого при проектировании зерноочистительных машин. Описаны устройство и принцип работы парусного классификатора для определения критической скорости частиц зернового вороха.
Ключевые слова: зерновой ворох, критическая скорость, воздушный поток, витание, аэродинамические свойства.
Аэродинамические свойства семян зависят от их формы, абсолютной массы и относительной плотности. Состояние семян при продувании воздуха через их слой (при очистке, тепловой сушке, активном вентилировании, пневмотранспортировании и некоторых других технологических процессах) определяется скоростью воздушного потока [4, 3, 5]. Скорость воздушного потока, при которой семена находятся во взвешенном состоянии, называется критической.
Определяют показатель критической скорости с помощью парусного классификатора. Одним из таких устройств является парусный классификатор первого поколения, схема которого представлена на рисунке 1 [1].
Прибор работает следующим образом. Испытуемая частица помещается в вертикально расположенную аэродинамическую трубу в восходящий воздушный поток. Частица, вследствие действия нее силы давления воздушного потока и силы тяжести, начинает витать при условии R=G (где R - сила от действия воздушного потока, G - сила тяжести). Витание заключается не в зависании частицы в воздухе, а в колебании ее на определенном участке вверх-вниз, и в некоторых случаях движением ее по внутренней окружности аэродинамической трубы.
Рисунок 1 - Парусный классификатор с конической аэродинамической трубой
Скорость витания определяется по положению частицы относительно шкалы аэродинамической трубы. Воздушный поток, направленный снизу вверх, в канале будет иметь различную скорость, в виду различного сечения по высоте аэродинамической трубы. На шкале обозначена скорость воздушного потока (м/с), равная истинной критической скорости частицы. Т.к. испытуемая частица совершает небольшие колебания (вверх - вниз), то определение показателя критической скорости получается неточным (например, частица колеблется между 2 и 4 делением шкалы), это является главным недостатком приборов данного типа. Вторым существенным недостатком является определение критической скорости до целых чисел. При разработке и конструировании зерноочистительных машин, а также при очистке и сортировании семян необходимо более точное значение критической скорости - до десятых.
Аэродинамические свойства семян также изучают на пневмоклассификаторе К-293 (фирмы Петкус), представленном на рисунке 2 [2].
1 - вакуумный турбинный насос; 2 - воздушный канал; 3 - вибратор; 4 - бункер;
5 - расширитель; 6 - накопитель; 7 - мерные стеклянные цилиндры (роторы)
Классификатор К-293 работает следующим образом: вакуумный турбинный насос 1 создает воздушный поток в канале 2. В этот канал подается при помощи вибратора 3 зерновая смесь из бункера 4. Легкие частицы подхватываются воздушным потоком и увлекаются до расширителя 5, в котором скорость движения потока резко падает и частицы выпадают в накопитель 6. Далее воздушный поток направляется в канал, соединенный с двумя мерными стеклянными цилиндрами 7 (роторами). В этих цилиндрах витают специальные грузы, которые показывают расход воздуха (м3/ч). Через них проходит весь воздушный поток, скорость которого регулируется изменением выходного сечения этих цилиндров при помощи винтовых заслонок.
Главными недостатками данного прибора являются: относительная неточность определения показателя критической скорости частицы, а также существенная трудоемкость при измерении.
Учитывая существенные недостатки приборов, описанных выше, нами был разработан (приоритетная справка №2011116715/03(024853), а затем сконструирован парусный классификатор для определения критической скорости частиц зернового вороха, общий вид которого представлен на рисунке 3.
Рисунок 3 - Общий вид парусного классификатора
Основными преимуществами парусного классификатора перед всеми существующими на данный момент устройствами для определения критической скорости частиц, являются его точность и простота конструкции. Электрическая схема парусного классификатора приведена на рисунке 4.
Изменяя вращающий момент ротора вентилятора с помощью автотрансформатора в узком диапазоне, добиваются равенства R = G, т.е. взвешенного состояния частицы [3].
При конструировании прибора использовался однофазный центробежный вентилятор и лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) с регулировкой напряжения от 0
до 250 В, 2А.
~220Ь
Рисунок 4 - Электрическая схема парусного классификатора
Парусный классификатор работает следующим образом. Испытуемый материал помещается в полость аэродинамической трубы непосредственно в восходящий воздушный поток. В этот момент на частицу действуют две силы: сила давления воздушного потока R и сила тяжести С. Если R > С, частица движется вверх. При R < С,
частица движется вниз. Когда Я = С, частица находится во взвешенном состоянии, а скорость воздушного потока в данный момент будет являться критической скоростью
для испытуемой частицы. Изменяя напряжение, подводимое к статору двигателя, необходимо добиться условия Я = G, а затем по показаниям лабораторного автотрансформатора определить критическую скорость частицы.
Рисунок 5 - Г рафическая зависимость скорости воздушного потока от подводимого к статору напряжения
В процессе разработки прибора, нами была определена зависимость скорости воздушного потока в аэродинамической трубе от напряжения, подводимого к статору двигателя вентилятора. Скорость воздушного потока фиксировалась с помощью ручного крыльчатого анемометра АСО-3. По полученным данным была построена графическая зависимость скорости воздушного потока от подводимого к статору двигателя напряжения, представленная на рисунке 5. Данная закономерность справедлива при применении вентилятора с номинальным рабочим давлением 245 Ра и внутренним диаметром трубы 140 мм.
Из графика, представленного на рисунке 5, видно, что зависимость скорости воздушного потока от напряжения, подводимого к статору двигателя, линейная.
Для удобства определения показателя критической скорости частиц предназначена переводная таблица (в статье не представлена), по которой, зная напряжение, можно определить скорость витания. Применение данной таблицы позволяет исключить из испытаний анемометр, тем самым ускоряя процесс работы.
Точность данного прибора составляет 0,1 м/с, а диапазон измерений - от 0,4 до 4,9 м/с, что вполне достаточно для исследования частиц вороха сельскохозяйственных культур.
Библиографический список
1. Листопад, Г.Е. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины [Текст] / Г.Е. Листопад. - М. : Агропромиздат, 1986. - 688 с.
2. Прошкин, С.Н. Машины и оборудование в растениеводстве. Электронный учебнометодический комплекс, раздел «Лабораторная работа по определению критической скорости частиц зернового вороха» [Текст] / С.Н. Прошкин, С.К. Манасян, Н.В. Демский. - Красноярский государственный аграрный университет Ачинский филиал, 2011.
3. Цепляев, А.Н. Парусный классификатор для определения критической скорости частиц зернового вороха [Текст] / А.Н. Цепляев, М.А. Перепелкин, В.А. Цепляев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2011. -№3 (23). - С. 203-205.
4. Цепляев, A.H. Теоретическое определение скоростей семян подсолнечника и примесей при разделении вороха на роторно-воздушном сепараторе [Текст] / A.H. Цепляев, M.A. Перепел-кин // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2009. - №3 (15). - С. 123-129.
5. Щербаков, В.Г. Биохимия и товароведение масличного сырья [Текст] / В.Г. Щербаков,
В.Г. Лобанов. - Москва: «Колос», 2003. - 360 с.
E-mail: PMA83PMA83@mail.ru
