Сортирование сыпучих тел при их послойном движении по ситам

В.В.Гортинский

Сортирование сыпучих тел при их послойном движении по ситам

Сортирование сыпучих материалов с помощью сит на фракции, отличающиеся крупностью частиц, широко применяется в сельском хозяйстве и на специальных предприятиях для хранения переработки зерна. Основным рабочим органом большинства сортирующих машин является плоское сито, по которому сортируемая смесь перемещается непрерывным потоком вследствие колебаний сита. Наиболее распространены машины с прямолинейным и круговым поступательным движением сит.

Работу сита оценивают производительностью-количеством исходной смеси, поступающей на сито в единицу времени, и относительным извлечением фракций, характеризующим качество сортирования.

Эффективность процесса сортирования в значительной степени зависит от движения сортируемой смеси по ситу, которое в свою очередь зависит от движения сита и условий связи с ним продукта.

Важной задачей в области создания новых высокоэффективных машин и повышения эффективности существующих является определение оптимальных кинематических режимов сита, его размеров и расположения в пространстве. Решение этих задач требует проведения широких исследований с целью выявления основных закономерностей процесса сортирования. Проведение таких исследований и обобщение  опыта эксплуатации сортирующих машин затруднены отсутствием общей теории движения сыпучих тел по колеблющимся поверхностям сит.

Многочисленные , в большинстве добросовестные, обстоятельные экспериментальные исследования в области процессов  сортирования приводят иногда их авторов к противоречивым выводам относительно влияния отдельных фактов на эффективность сортирования. Так, например, увеличение толщины слоя продукта на сите, по мнению одних авторов (И.И. Левинсон, В.М. Кадовский ), способствует интенсификации сортирования, а по мнению других авторов (Я.И. Лейкин, В.М. Цециновский ), оказывает противоположное действие.

Верхнее расположение знаков соответствует случаю, когда

‌|U _y–v _y|‌‌‌ ‌≤v _s

Нижнее расположение, – когда

‌|U _y–v _y|‌‌‌ ‌≥v _s

При проведении расчетов необходимо пределы интегрирования значений                               

и  q  определять из условия, что обе величины равны единице, т.е. исходить из допущения, что сила сопротивления пропорциональна квадрату проекции скорости. После нахождения предела интегрирования определяются действительные значения величин и  q   и окончательно уточняется их решение.

Это решение позволяет с достаточной точностью для практики оценить качественную и количественную стороны процесса. Из анализа полученных  зависимостей следует, что для обеспечения непрерывности процесса движения и исключения заторов, которые возможны при наличии фракций с различными скоростями витания, необходимо, чтобы скорость частицы и скорость потока не имели бы общей линии действия.

Противоречивы также суждения о влиянии ширины сотового канала, способа транспортирования продукта при круговом поступательном движении сита и т.д. Противоречивость результатов ряда экспериментальных исследований заставляет предполагать различие условий и методик проведение опытов. Разрешение этих противоречий также требует развитие теории процесса сортирования.

Необходимо отметить, что, описывая условия опытов. Исследователи недостаточно характеризуют физико-механические свойства сортируемого сыпучего продукта, определяющие его движение по ситу. Лишь в отдельных случаях приводятся значения коэффициента трения продукта по поверхности сита или так называемого коэффициента внутреннего трения. Однако определение этих коэффициентов производят в условиях, существенно отличающихся от условий движения продукта по ситу.

В большинстве теоретических исследований движения сыпучего материала по поверхности сита это тело рассматривают как отдельную материальную частицу, физико-механические свойства которой характеризуются коэффициентом трения по ситу.

Такое допущение положено в основу теоретических выводов Н.Е. Жуковским [8], В.И. Ильиченко [9], В.Я.Белецким [3] и другими – при круговом поступательном движении сита; Л.Б. Левинсоном  [13], Г.Д. Терсковым [17], В.Я. Белецким [3] , Л.Г.Лойцянским [16] – при прямолинейном движении сита.

В общем случае процесс сортирования с помощью сита можно рассматривать состоящим из двух процессов: процесса самосортирования, в результате которого частицы меньших размеров и большего веса достигают поверхности сита, и процесса просеивания, при котором эти частицы проходят через отверстия сита. Отождествление движения твердого тела с движением отдельной материальной частицы исключает возможность рассматривать процесс самосортирования, который во многих случаях оказывает существенное влияние на результаты просеивания.

При визуальных наблюдениях за движением сыпучего материала по колеблющимся ситам и при рассмотрении кадров, полученных при скоростной киносъемке этого процесса, установлено различие в движении слоев, находящихся на различном расстоянии от поверхности сита. Такое явление может быть лишь вследствие различия в динамических коэффициентах сопротивления относительному сдвигу слоев. Послойное движение наблюдается не только в сыпучих телах, частицы которых различно удалены от поверхности сита и отличаются по своим свойствам, но и в телах, составленных из частиц, весьма близких по своим физическим свойствам.