CC BY
23
УДК 663.532:621.928.1 Проф. В.Е. Зубков, д-р техн. наук -
Луганский НУ им. Тараса Шевченко
СЕПАРАЦИЯ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ В БЛОКИРОВАННОМ ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ
Предложена методика аналитического обоснования основных параметров сепарирующей системы. Определены основные параметры и разработана схема технологического процесса сепарации мелкозернистых сельскохозяйственных материалов в новой сепарирующей системе - блокированном псевдоожиженном слое.
Ключевые слова: сепарация, мелкозернистые сельскохозяйственные материалы, блокированный псевдоожиженный слой.
Постановка проблемы. В производстве зерна одно из ключевых мест занимает послеуборочная обработка, поэтому применение высокоэффективных зерноочистительных машин в сельскохозяйственном производстве имеет важное народнохозяйственное значение [1].
Анализ последних исследований и публикаций. Одной из сложных и ответственных задач послеуборочной обработки является очистка и сортирование зерна. На протяжении десятков лет учеными многих стран предлагаются различные способы сортирования зерна. Эффективный способ отбора биологически ценной фракции семян, заключающийся в сортировании их в жидкостях с различной плотностью, был известен давно. Однако широкого применения в практике подготовки семян он не получил, так, каждый раз после сепарации семена приходилось высушивать, что сопрягалось с огромными потерями средств и времени.
Зерновая смесь, полученная после уборки урожая, состоит из семян различных культурных и сорных растений, содержит примеси минерального и органического происхождения. Выделение семян основной культуры в чистом виде является одной из важнейших и трудоемких технологических операций в процессах приема, хранения и переработки зерна. При подготовке посевного материала степень очистки зерна значительно влияет на урожайность и стабильность качества зерна при хранении [2].
Задача подготовки качественного посевного материала предполагает необходимость применения современных технологий послеуборочной обработки семян, базирующихся, в первую очередь, на машине, разделяющей семенной материал в псевдоожиженном слое, в частности на пневматических сортировальных столах.
Выделение нерешенных ранее частей общей проблемы. Для эффективной работы пневматического сортировального стола необходима тщательная регулировка его параметров в соответствии с меняющимися в ходе технологического процесса механико-технологическими свойствами зернового вороха, что приводит к усложнению конструкции установки и к повышению трудоемкости ее обслуживания.
Целью работы является обоснование параметров эффективной сепарирующей системы, простой по конструкции, не трудоемкой в обслуживании и имеющей существенные технологические преимущества перед известными.
Науковий вкник 11.1ТУ Укра'1'ни. - 2013. - Вип. 23.2
Изложение основного материала. Этим требованиям, на наш взгляд, отвечает новая сепарирующая система: блокированный псевдоожиженный слой (БПС), который отличается от обычного псевдоожиженного слоя тем, что зерна твердой фазы БПС соединены с помощью гибких нитей в гирлянды, закрепленные одними концами на воздухораспределительной решетке. Под действием воздушного потока гирлянды выпрямляются, и в занятом ими пространстве создается избыточное статическое давление, нарастающее в направлении от незакрепленных концов гирлянд к воздухораспределительной решетке. Изменяя геометрические параметры твердой фазы и аэродинамические параметры воздушного потока можно получить БПС с эффективной плотностью промежуточной между плотностями разделяемых компонентов. Эффективная плотность слоя - это отношение выталкивающей силы, действующей на частицу в БПС, к величине её объёма и ускорению свободного падения, имеющая размерность плотности [3].
Ранее нами исследованы вопросы сепарации компонентов (корнеклубнеплодов, комков почвы, камней), отличающихся по плотности и фрикционным свойствам в БПС в интервале их средних размеров от 30 до 110 мм [4, 5]. Представляет практический интерес исследовать возможность сепарации в БПС компонентов, имеющих средние размеры менее 30 мм.
В частности, целесообразно исследовать сепарирующую способность БПС в отношении компонентов с интервалом размеров от 1 до 10 мм, т. к. к этому размерному интервалу принадлежит большая часть семян зерновых и зернобобовых культур. В этом случае правомерно допущение о том, что поступающие в БПС тела (частицы) практически не возмущают геометрическую структуру БПС, и их взаимодействие с ним можно считать как взаимодействие со сплошной средой.
Поэтому процесс сепарации можно организовать в стационарном БПС. Как следует из схемы (рис.), поступающие на сепарацию частицы, имеющие высокую плотность, будут погружаться в слой, и, проходя просветы решётки, выводиться из сепарирующего устройства. А частицы низкой плотности, поступая в верхнюю часть слоя, будут мгновенно всплывать, и, захва-тываясь потоком воздуха, выводиться в соответствующий приемник.
На частицу, находящуюся в состоянии равновесия в БПС, распространяется условие [6]:
Рт = Рэ = Рст + Рдин , (1)
где: рт - плотность частицы; рэ - эффективная плотность БПС; рст - статическая составляющая эффективной плотности БПС; рдин - динамическая составляющая эффективной плотности БПС.
Статическая составляющая эффективной плотности БПС будет равна:
Ap
Рст = —. (2)
Ah
Динамическая составляющая эффективной плотности будет равна:
0 9• С • V
^т у стр /-ОЛ Рдин =---, (3)
а
где: С9 - коэффициент сопротивления частицы воздушному потоку в стесненных условиях; Устр - скорость струй воздушного потока в БПС; << - диаметр частицы.
в блокированном псевдоожиженном слое: 1) транспортер, подающий смесь на разделение; 2) примеси; 3) основная фракция; 4) гибкая гирлянда блокированного псевдоожиженного слоя; 5) ванна с блокированным псевдоожиженным слоем; 6) лоток для схода основной фракции; 7) пространственная решетка; 8) устройство для выгрузки примесей; 9) наклонная решетка; 10) нагнетательное
окно вентилятора.
Из опытных данных [6] для слоя, имеющего характеристику: V = 3,84,7; радиус решетки (вогнутой) К = 400 мм; шаг дисков на гирлянде - 1 = 8 мм; величина удельного просвета в сечении БПС нормальном воздушному потоку - ф0 = 0,5
^ = 600 - 800кг / м3. (4)
АН
Скорость струй определится из выражения:
V
^стр = , (5)
<р0
где V - средняя скорость воздушного потока, приведенная к решётке.
Для предварительных расчетов коэффициента сопротивления диска в стеснённых условиях БПС нами использована формула (6)
Ср = 12,збу0,2а°,31 -0,5(—-1)1,2, (6)
Р0
где: V - кинематическая вязкость воздуха; г - диаметр диска; - шаг диска на гирлянде. По расчетам, в интервале изменения диаметров дисков от
Науковий вкник НЛТУ Укра1'ни. - 2013. - Вип. 23.2
0,01 до 0,001 м среднее значение коэффициента сопротивления диска примерно равно Ст = 0,075.
Из [7] известно, что лобовое сопротивление сферы можно принять равным 2/3 сопротивления диска такого же диаметра. Таким образом, с определенным допущением, значение коэффициента сопротивления для сферы, находящейся в стеснённых условиях БПС, можно принять равным
Ст = 0,67 • 0,075 = 0,05. (7)
В исследованных пределах изменения параметров скорость струй в сечении БПС, нормальном направлению воздушного потока, изменяется в интервале
Vmv = 11 - 27м / с . (8)
Расчетное значение диаметров частиц, поступающих на сепарацию, принимается равным d=0,01-0,001 м.
В данных пределах изменение скоростей струй воздушного потока и диаметров частиц динамическая компонента эффективной плотности БПС будет варьировать в интервале
Рдин = 49,5 - 1215кг / м3. (9)
Таким образом, расчётное значение эффективной плотности БПС будет изменяться в пределах
Рэ = Рст + Рдин = 649,5 - 2015кг / м3. (10)
В этот интервал эффективных плотностей входит плотность семян большей части зерновых и зернобобовых культур. Следовательно, путем настройки БПС на необходимое значение эффективной плотности можно осуществлять как процесс сепарации самих мелкозернистых материалов, различающихся в плотности, так и отделять от основного продукта посторонние примеси.
Выводы. Аналитическим и экспериментальным способом установлена возможность сепарации в новой сепарирующей системе - блокированном псевдоожиженном слое мелкозернистых сельскохозяйственных материалов, различающихся в плотности.
Перспективой дальнейшего развития данных исследований является обоснование технологических схем и параметров технологических процессов сепарации мелкозернистых материалов как сельскохозяйственного, так и промышленного назначения.
Литература
1. Сухов А.В. Сортирование зерна в коническом пневмосепараторе : автореф. дисс. на соискание учен. степени канд. техн. наук 05.20.01 / А.В. Сухов. - Новосибирск, 2012.
2. Тавтилов И.Ш. Совершенствование процесса работы пневмосепаратора за счет рациональной подачи зерновой смеси в воздушный поток : автореф. дисс. на соискание учен. степени канд. техн. наук 05.20.01 / И.Ш. Тавтилов. - Челябинск, 2008.
3. Зубков В.Е. Моделирование процесса пневмомеханической сепарации корнеклубнеплодов / В.Е. Зубков // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2009. - № 9. - С. 55-57.
4. Зубков В.Е. Обоснование геометрических параметров блокированного псевдоожи-женного слоя как сепарирующей среды / В.Е. Зубков // Технология машиностроения. - 2009. - № 8. - С. 37-39.
5. Зубков В.Е. Сепарация корнеклубнеплодов и примесей в наклонном блокированном псевдоожиженном слое / В.Е. Зубков // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - № 11. - С. 7-9.
6. Зубков В.Е. Совершенствование процесса сепарации корнеклубнеплодов : дисс. ... д-ра техн. наук: спец. 05.20.01 - "Механизация сельскохозяйственного производства" / В.Е. Зубков. - Воронеж, 2010. - 433 с.
7. Жуковский Н.Е. Полн. собр. соч. / Н.Е. Жуковский. - М.-Л. : Оборониздат, 1937. - Т. 5: Вихри. Теория крыла. Авиация. - 490 с.
Зубков В.€. Сепарант др1бнозернистих Сльськогосподарських ма-тер1ал1в у блокованому псевдозрщженому шар1
Запропоновано методику анал^ичного обгрунтування основних параметрiв се-парувально! системи. Визначено основш параметри i розроблено схему технолопч-ного процесу сепараци дрiбнозернистих сшьськогосподарських матерiалiв у новш сепарувальнш системi - блокованому псевдозрщженому шарг
Ключовi слова: сепаращя, дрiбнозернистi сiльськогосподарськi матерiали, бло-кований псевдозрщжений шар.
Zubkov V.Ye. Fine-grained agricultural materials separation in the blocked pseudo-liquefied layer
Technique of the analytical substantiation of the separating system basic characteristic is proposed. The main parameters and scheme of the fine-grained agricultural materials separation process in the new separating system, the blocked pseudo-liquefied layer, have been defined and developed.
Keywords: separation, fine-grained agricultural materials, blocked pseudo-liquefied
layer.
УДК332.37:334.012.23 Доц. Л.М. Тбтова, канд. екон. наук;
ст. викл. О.О. Костишин -Львгвський нащональний аграрнийуниверситет
КОМПРОМ1СНЕ РОЗВ'ЯЗАННЯ ЗАДАЧ1 РОЗМ1ЩЕННЯ ПРОСТОРОВОГО ОБ'еКТА
Розглянуто проблеми прийняття управлшських i проектних ршень стосовно розмщення просторового об'екта. Визначено фактори впливу на прийняття проектного ршення щодо розмщення л^нього табору. Оргашзовано експертне ощн-ювання вщповщних фактс^в i варiантiв. Запропоновано методику ощнки альтерна-тивних варiантiв розмiщення л^нього табору щодо джерел кормiв на територи сiльськоi ради i вибору кращого з них.
Ключовг слова: оптимiзацiя, експертна оцiнка, фактори, варiант, просторовий об'ект, лiтнiй табiр.
Постановка проблеми. Розмщення проектного просторового об'екта на певнш територii (сшьська рада, адмшютративний район, область та ш.) зазвичай е процесом, що обумовлюеться рiзновекторними критерiями. Комплекс факторiв впливу в землевпорядному проектуваннi значною мiрою обу-мовлений самим об'ектом i проектними вимогами щодо його розмщення. У конкретних ситуащях щ вимоги iнодi суперечать одна однш. Строге вико-нання однiеi з вимог розмщення просторового об'екта може супроводжува-тися додатковими ускладненнями щодо iншоi вимоги. Для оптимiзацii ршен-ня необхiдно шукати компромiсний варiант. Для цього доцiльно використо-вувати методи нечиких множин.
