CC BY
3
Vestnik of OmskSAU, 2022, no. 3(47) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
Научная статья УДК 631.173.4
DOI 10.48136/2222-0364_2022_3_97
Сепарирование зерна, движущегося по плоскому решету, совершающему поперечные колебания
У.К. Сабиев1н, А.Н. Яцунов2, И.В. Скусанов1
1 Омский государственный аграрный университет имени П.А.Столыпина, Омск, России 2Тарский филиал Омского государственного аграрного университета имени П.А. Столыпина, Тара, Россия
Аннотация. Представлен краткий обзор и анализ зерноочистительной техники для интенсификации процесса сепарации зернового материала. Для плоского решета зерноочистительной машины, совершающего поперечные колебания, предложена модель для сепарирования зерна. Приведено дифференциальное уравнение, определяющее изменение сепарируемого материала в объеме dV во времени с учетом принятых допущений. Рассмотрены потоки сепарируемого зернового материала через поверхности, ограничивающие выбранный объем. Предложено представлять потоки сепарируемого материала в виде суммы адвективного и диффузионного потоков сепарируемой массы через заданные поверхности площадок, обозначенных через hI и hn. Получены формулы для описания как адвективного, так и диффузионного потоков сепарируемой зерновой массы. Приведены зависимости изменения адвективного и диффузионного потоков через площадки I и II объема dV. Рекомендуется отсепарированную массу, зависящую от многих факторов, исследовать вероятностными методами.
Ключевые слова: плоское решето, поперечные колебания, сепарирование, модель, дифференциальное уравнение, потоки, вероятностный метод
Original article
Separation of grain moving along a flat sieve that performs transversal oscillations
U.K. Sabiev1H, A.N. Yatsunov2, I.V. Skusanov1
1Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk, Russia
2Tara Branch of the Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Tara, Russia
Abstract. A brief review and analysis of grain cleaning equipment for intensifying the process of separating grain material is presented. For a flat sieve of a grain cleaning machine that performs transversal oscillations, a model for grain separation is proposed. A differential equation is given that determines the change in the separated material in the volume dV in time, taking into account the accepted assumptions. The flows of the separated grain material through the surfaces limiting the selected volume are considered. It is proposed to consider the flows of separated material as the sum of the advective and diffusion flows of the separated mass through the given surfaces of the sites designated by hI and hII. Formulas have been obtained to describe both advective and diffusion flows of the separated grain mass. The dependences of changes in the advective and diffusion flows through the areas I and II of the volume dV are given. It is recommended to study the separated mass, which depends on many factors, by probabilistic methods.
Keywords: flat sieve, transversal oscillation, separation, model, differential equation, flows, probabilistic method
© Сабиев У.К., Яцунов А.Н., Скусанов И.В., 2022
Vestnik of Omsk SAU, 2022, no. 3(47) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
Введение
Одна из причин низкой урожайности зерновых культур - плохое качество семян. Причиной этому высокий уровень их травмирования при уборке и послеуборочной обработке.
«Основной задачей послеуборочной обработки является получение зерна требуемых кондиций в зависимости от назначений, которые регламентируются государственными стандартами» [1]. Решение поставленной задачи достигается очисткой, сортированием и сушкой. Общеизвестно, «что работа основных выпускаемых отечественных зерноочистительных машин основана на возвратно-поступательном движении решетных станов. Повышение их производительности традиционными способами себя исчерпало. Отметим, что «прогрессивным направлением признано использование вибрационных технологий и машин, позволяющих достичь существенных результатов по повышению качественных показателей» [2; 3]. Достаточно подробно и детально способы и пути решения изложены в ряде работ [5; 6]. Для «интенсификации процесса сепарации зерна плоскорешетной зерноочистительной машины предусмотрено использование решет с продолговатыми отверстиями, расположенными под оптимальным углом к направлению его движения. Результаты производственной проверки показали увеличение производительности на 23% за счет увеличения вероятности прохода частицы в отверстие в 1,7 раза при угле расположения кромки отверстия 20°» [5].
Известны и другие пути, влияющие на интенсивность процесса сепарации, например, усложнение закона колебаний плоских решет по различной траектории. В частности, «решетный стан зерноочистительной машины подвержен круговым движениям, благодаря чему вероятность попадания частицы в ячейку решета увеличивается, а качество разделения улучшается. По результатам экспериментальных исследований показана эффективность разработанного решетного стана: степень очистки зернового вороха увеличилась на 16%, при этом наблюдается снижение затрат на электроэнергию в среднем на 7-13%» [6; 7].
Заслуживает внимания исследование решета зерноочистительной машины, совершающего поперечные колебания [8]. В качестве критерия оптимизации работы плоского решета зерноочистительной машины, в том числе совершающего поперечные колебания, принято выбирать полноту разделения [9; 10].
Объекты и результаты исследований
Для сепарирования зерна, движущегося по плоскому решету, совершающему поперечные колебания, предлагается рассмотреть модель, представленную на рисунке.
Для описания движения сепарируемого зерна по плоскому решету нами приняты следующие допущения:
1. В начальном участке, определяемом координатой х = 0, на решето поступает сепарируемый материал в количестве G, кг/ч.
2. Сепарируемый материал, размеры частиц которого меньше, чем размеры отверстий в решете, равномерно распределен по объему слоя.
3. Сепарируемый материал равномерно распределен по поверхности плоского решета.
4. Доля частиц с размерами меньше размеров отверстий решета составляет величину /.
Выделим в сепарируемом зерновом материале некоторый объем dV, ограниченный площадками, обозначенными цифрами I и II, нормальными к поверхности плоского решета. Высоты этих площадок обозначены через И1 и И11.
Vestnik of Omsk SAU, 2022, no. 3(47)
PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
Модель технологического процесса сепарирования зерна
Потоки сепарируемого зернового материала через поверхности, ограничивающие данный объем, обозначим ц1, ц2, Ц3, 44, 45, 4б- Потоки ц4, ц5 и через ограничивающие поверхности решета и верхнюю поверхность выделенного объема принимаем равными 0.
Ql и - потоки сепарируемого материала через площадки I и II соответственно, ц3 - поток отсепарированного материала. С учетом принятых обозначений можно записать дифференциальное уравнение, определяющее изменение сепарируемого материала в объеме ёУ, во времени
dG
- = 4i + 42 + Чз.
(1)
Потоки и ц2 можно представить в виде суммы адвективного и диффузионного потоков сепарируемой массы через заданные поверхности.
Адвективный поток (кг/ч) через площадку I представим как зависимость
Ч\а = ирВк1, (2)
где и - скорость движения сепарируемой массы в направлении оси х, м/с; р - плотность сепарируемой массы, кг/м3; В - ширина плоского решета, м. Выразим зависимостью диффузионную составляющую потока через площадку I
Ч\д — Dx • dp/dx,
(3)
где Бх - коэффициент диффузии в направлении оси х, м /с.
Аналогично можно представить адвективный и диффузионный потоки сепарируемой массы через площадку II
q2a — UpBh",
Ч2а — Dx • Bh».
(4)
(5)
Таким образом, изменение адвективного потока через площадки I и II объема ёУ будет равно:
Ча — Ria - Ч2а — UpBdh.
Vestnik of OmskSAU, 2022, no. 3(47) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
Вычислим изменение диффузионного потока через эти площадки с учетом формул (3) и(5)
Чд = Ч1д -Ч2д = Ох-йр /йх^Вйк. (7)
Величина отсепарированного материала д3, проходящего через отверстия решета, зависит от многих факторов:
- пористости решета в;
- доли частиц сепарируемого материала ц, имеющих размеры меньшие, чем размеры отверстий плоского решета;
- ориентации частиц, имеющих размеры Ьх, Ьу, Ьг относительно отверстий плоского решета;
- количества частиц, находящихся в слое, непосредственно примыкающем к поверхности решета и т.д.
Дальнейшую теоретическую разработку процесса сепарирования материала можно исследовать вероятностными методами.
Выводы
Предложена модель технологического процесса сепарирования зерна на плоском решете, совершающем поперечные колебания.
Рассмотрены потоки сепарируемого зернового материала через поверхности плоского решета зерноочистительной машины, совершающего поперечные колебания, и составлено дифференциальное уравнение, определяющее изменение сепарируемого материала в объеме йУ во времени.
Список источников
1. Скусанов И.В. Пути интенсификации процесса сепарации зерна // Роль научно-исследовательской работы обучающихся в развитии АПК : сб. материалов Междунар. науч.-практ. конф. обучающихся, посвящ. 90-летию со дня рождения Е.П. Огрызкова. Омск : Изд-во ФГБОУ ВО Омский ГАУ, 2019. С. 274-277.
2. Федоренко И.Я. Вибрационные процессы и устройствав АПК : монография. Барнаул : Алтайский ГАУ, 2016. 289 с.
3. Гудушаури Э.Г., Пановко Г.Я. Теория вибрационных технологических процессов при некулоновом трении. М. : Наука, 1988.
4. Сабиев У.К., Головин А.Ю., Шакаро-ва С.Е., Ахметов С.Г. Пути совершенствования решет зерноочистительных машин // Инновационные технологии в АПК как фактор развития науки в современных условиях : сб. Всерос. (национальной) науч.-практ. конф. 2019. С. 358-360.
5. Зильбернагель А.В. Интенсификация процесса сепарации зерна на плоских решетах с продолговатыми отверстиями, расположенными под углом : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск, 2005. 16 с.
6. Головин А.Ю. Обоснование конструктивно-режимных параметров плоского подсевного решета, совершающего круговые движения : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Барнаул, 2018. 21 с.
References
1. Skusanov I.V. Ways to intensify the process of grain separation. The role of research work of students in the development of the agro-industrial complex: a collection of materials of the International scientific and practical conference of students dedicated to the 90th anniversary of the birth of E.P. Ogryz-kova. Electron. Dan. Omsk : Publishing House of FGBOU VO Omsk State Agrarian University, 2019. P. 274-277.
2. Fedorenko I.Ya. Vibration processes and devices in the agro-industrial complex. Barnaul : RIO Altai State Agrarian University, 2016. 289 p.
3. Gudushauri E.G., Panovko G.Ya. Theory of vibrational technological processes with non-Coulon friction. M. : Nauka, 1988.
4. Sabiev U.K., Golovin A.Yu., Shakarova S.E., Akhmetov S.G. Ways to improve the sieves of grain cleaning machines // Innovative technologies in the agro-industrial complex as a factor in the development of science in modern conditions: a collection of the All-Russian (national) scientific and practical conference. 2019, pp. 358-360.
5. Zilbernagel' A.V. Intensification of the process of separating grain on flat sieves with oblong holes located at an angle : Abstract of the thesis. ... Cand. of Tech. Sciences. Novosibirsk, 2005. 16 p.
6. Golovin A.Yu. Substantiation of constructive-regime parameters of a flat seeding sieve making
Vestnik of OmskSAU, 2022, no. 3(47) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
7. Головин А.Ю., Сабиев У.К., Союнов А.С. Траектория движения зерновки по решету, совершающему круговые движения // Вестник Омского ГАУ. 2017. № 4. С. 204-210.
8. Sabiev U.K., Demchuk E.V., Golovin A.Yu., Skysanov I.V. Experimental registrations of plain sieve operation, making transverse fluctuations. IOP-science, the home of scientific content from IOP Publishing and our partners, 2018.
9. Евтягин В.Ф. Изыскание оптимального режима бигармонических колебаний решета : сб. науч. тр., Ом. с.-х. ин-т. Омск, 1992. С. 48-53.
10. Евтягин В.Ф. Связь экспериментальных и теоретических показателей работы решета : сб. науч. тр. Ом. с.-х. ин-т. Омск, 1992. С. 45-48.
circular motions : Abstract of the thesis. ... Cand. of Tech. Sciences. Barnaul, 2018. 21 p.
7. Golovin A.Yu., Sabiev U.K., Soyunov A.S. The trajectory of grain movement along the sieve, making circular motions. Bulletin of the Omsk State Agrarian University. 2017. № 4. P. 204-210.
8. Sabiev U.K., Demchuk E.V., Golovin A.Yu., Skysanov I.V. Experimental registrations of plain sieve operation, making transverse fluctuations. Collection: IOPscience, the home of scientific content from IOP Publishing and our partners, 2018.
9. Evtyagin V.F. Finding the optimal mode of biharmonic oscillations of the sieve: Sat. scientific tr. / Ohm. s.-x. in-t. Omsk, 1992. P. 48-53.
10. Evtyagin V.F. Communication of experimental and theoretical indicators of the sieve operation: Sat. scientific tr. / Ohm. s.-x. in-t. Omsk, 1992, P. 45-48.
Для цитирования: Сабиев У.К., Яцу-нов А.Н., Скусанов И.В. Сепарирование зерна, движущегося по плоскому решету, совершающему поперечные колебания // Вестник Омского ГАУ. 2022. № 3 (47). С. 97-101. Б01 10.48136/2222-0364_2022_3_97.
Информация об авторах
Сабиев Уахит Калижанович, д-р техн. наук, проф., uksabiev@omgau.orgн;
Яцунов Александр Николаевич, канд. техн. наук, доц., an.yatsunov@omgau.org;
Скусанов Игорь Викторович, инженер, ig.ckycanov350604@omgau.org.
Статья поступила в редакцию 08.09.2022.
For citation: Sabiev U.K., Yatsunov A.N., Sku-sanov I.V. Separation of grain moving along a flat sieve that performs transversal oscillations. Vestnik of Omsk SAU. 2022;3(47):97-101. DOI 10.48136/22220364 2022 3 97.
Information about the authors
Sabiev Uakhit K., Doc. of Techn. Sci., Prof., uk.sabiev@omgau.orgH;
Yatsunov Alexander N., Cand. of Techn. Sci., Ass. Prof., an.yatsunov@omgau.org;
Skusanov Igor V., engineer, ig.ckycanov 350604@omgau.org.
The article was submitted 08.09.2022.
