Исследование параметров движения зерна в горизонтально вращающемся решете

УДК 664.726

Исследование параметров движения зерна в горизонтально вращающемся решете

 А.С. Попенко, Д.О. Макаревич, А.Ю. Шишов

Научные руководители: В.А. Крум, В.А.Патрин

Горизонтально вращающиеся цилиндры или барабаны широко используются в различных отраслях промышленности, как рабочие органы технологических процессов.

В горно-обогатительной – шаровые мельницы, окомкователи, вращающиеся печи. В химической - смесители, в сельском хозяйстве и переробатывающей промышленности-цилиндрические решета, барабанные сушилки и.т.д.

Теорией движения сыпучей среды в горизонтально вращающихся цилиндрах начали заниматься около 150 лет назад. Движение руды в шаровых мельницах впервые теоретически описано Девисом, Л.Б.Левенсоном, Нероновым Н.П, С.Е.Андреевым, В.И.Коротич, Олевским.Дижение материальной точки в цилиндрическом решете подробно изучено М.Н.Летошневым. Однако, полученные закономерности для движения одиночного зерна нельзя  перенести на всю сыпучую среду, вращающегося в цилиндре. Сыпучая среда в цилиндре движется по другим законам.

Задача данной научной работы заключается в определении параметров движения семян различных культур в цилиндре в зависимости от числа оборотов цилиндра.

Была изготовлена лабораторная установка, состоящая  из горизонтально-вращающегося цилиндра диаметром 0,7м, шириной 0,25м.

Цилиндр вращается на 4 роликах, два из них являются ведущими. На поверхности цилиндра расположены 2 кольца с углублениями, в которые уложен ремень с трапециевидным сечением, клиновой частью ремень входит в углубление на ролики, что обеспечивает хорошее зацепление и снижает шум при работе. Торцы цилиндра закрыты с одной стороны стеклом, которое обеспечивает хорошую видимость при съемке процесса, не истирается зерном и не накапливает пыль, а с другой оргстеклом, где имеются отверстия для загрузки зерна и семян сорняков.

Поверхность между кольцами может меняться на решетчатую, сплошную с разными размерами отверстий, разными коэффициентами трения. Внутри вращающегося решета устанавливались на оси, проходящей через отверстие в оргстекле неподвижные лопатки, для изучения движения зерна при оборотах больше критических.

Главной особенностью данной установки является привод цилиндра, позволяющий регулировать обороты цилиндра в процессе его вращения как вперед с увеличением, так и назад с уменьшением. Интервал изменения оборотов составлял от 1-100 об/мин с шагом менее 1об/мин. Для этого использовался преобразователь частоты тока.

Для регистрирования процессов движения зернового материала во вращающемся цилиндре использовался цифровой фотоаппарат и видеокамера, позволяющие проводить как показательную съемку, так и съемку в движении с последующей дешифровкой на компьютере.

В качестве исследуемого материала использовали семена зерновых культур пшеницы, гороха, ячменя, овса. В качестве меченых зерен принимаем семена гороха и фасоли.

Программой предусматривалось изучение движения зерновой среды в зависимости:

а) от её внутреннего коэффициента трения;

б) от внешнего коэффициента трения между зерновым телом поверхностью цилиндра. Для этого использовалось листовое железо, электрокартон и пробивное решето;

в) от величины загрузки зерна в цилиндре степень заполнения цилиндра изменялась от 10 до 26%;

г) от оборотов цилиндра степень заполнения определяли из выражения:

ε = F_c/S = (1.9√R*h³)/π*R²                        (1)

где Fc – площадь сегмента в цилиндре;

S – площадь цилиндра в сечении.

Существует более удобное для вычислений выражение для определения степени заполнения, через центральный угол λ охватывающий сегмент

ε = (λ/360)-(sinλ/2π)                          (2)

Для оценки режима вращения общепринято использовать безразмерный параметр, называемый коэффициентом центробежности, или Фруда или кинематическим режимом, который показывает отношение центробежного ускорения (ω²*R) к ускорению силы тяжести (g)

К_ц = Ф = (ω²*R)/g              (3)

где ω – угловая скорость вращения.

В опытах коэффициент центробежности изменялся в пределах  0,1-3.

Затраты мощности на привод цилиндра в зависимости от величины нагрузки и числа оборотов цилиндра определялись измерением при помощи универсального электроизмерительного прибора _______________ в каждой фазе и затем по средней величине тока по выражению

N = 3*a*V*cosφ (ват)          (4)

Определялась мощность.

Результаты опытов.

(1)

где: f₀ - коэффициент сопротивления сдвигу верхнего слоя;

j = h/H – безразмерная координата слоя;

j = G_h/G_m - при одинаковой плотности зерна;

G_h и G_m – давление соответственно вышележащей части и всего сыпучего тела;

h и H – толщина сыпучего тела над рассматриваемым слоем и всего сыпучего тела;

 - параметр учитывающий приращение коэффициента трения с увеличением высоты слоя.

Значение коэффициентов f₀ и ε зависят от трудно учитываемых факторов: крупности частиц, состояния их поверхности, качества исходного зерна, влажности и т. д. В литературных источниках [1, 2] имеются значения этих коэффициентов только для продуктов переработки пшеницы.