Влияние геометрии рифлей опорной поверхности рабочих органов на самосортирование зерновых смесей

и обратном направлениях. Следовательно, в этом случае отсутствует направленное в среднем перемещение относительно колеблющейся поверхности. Вибрационное перемещение проявляется в симметричном колебательном движении относительно поверхности. Такой вариант вибрационного воздействия на обрабатываемый материал не представляет практического интереса. Он может быть использован при экспериментальных исследованиях явлений, происходящих в сыпучей среде под действием вибраций. Следует заметить, что во многих, вариантах исполнения опорной поверхности имеет место одинаковая шероховатость поверхности при движении частиц сыпучего тела под действием вибраций в прямом и обратном направлениях. Это условие было использовано при проведении экспериментальных исследований процесса самосортирования. Эксперименты проведены на рабочих поверхностях ограниченных с четырех сторон стенками при горизонтальных гармонических колебаниях горизонтальных рабочих поверхностей. Вследствие отсутствия направленного в среднем движения частиц толщина зернового слоя оставалась постоянной по всей площади опорной поверхности. При исследовании влияния того или иного фактора на эффективность самосортирования эксперименты проводили с одной и той же зерновой смесью. Это позволило исключить влияние свойств зерновой смеси и оценить только действие исследуемого фактора на эффективность процесса самосортирования. Основным показателем интенсивности самосортирования [1] является скорость вертикального движения (всплывания или погружения) в слое зернового потока частиц, отличающихся от окружающих плотностью и размерами. При горизонтальных колебаниях рабочей поверхности сила, действующая на частицы зерновой смеси со стороны поверхности направлена вдоль неё. Эта сила может вызвать только движение частиц зерновой смеси вдоль поверхности и не оказывает влияния на вертикальное движение частиц смеси. Следовательно, в этом случае на эффективность самосортиро-вания оказывает влияние только конфигурация опорной поверхности рабочего органа [4]. Последнее утверждение справедливо ещё и потому, что эксперименты проведены на горизонтальной поверхности. В случае её наклона к горизонтали появляется вертикальная составляющая силы воздействия поверхности на частицы зерновой смеси, которая оказывает влияние на вертикальное движение частиц сыпучего тела.

Очевидно, что обоснования, утверждающие о повышении эффективности процесса самосорти-рования при выполнении рифлей переменной высоты и установки рифлей перпендикулярно направлению колебаний рабочей поверхности требуют экспериментального подтверждения [5-8]. Эксперименты посвящены определению времени всплывания легкой частицы в слое зерна пшеницы. В качестве модельной частицы была использована наиболее часто встречающаяся легкая примесь в зерне пшеницы – соломинка [9-10].

В экспериментальных исследованиях, подтверждающих целесообразность выполнения рифлей переменной высоты определяли время всплывания легкой частицы из нижних слоёв зерновой смеси. На рисунке 1 представлена схема рабочего органа и два различных положения модельной (меченой) частицы в слое зерновой смеси. В одном положении частица расположена на рифлях, в другом на некотором расстоянии от рифлей. На рисунке приняты следующие обозначения: h_Р – высота рифлей; h_СЛ – высота слоя зерносмеси над рифлями; h _Ч – расстояние, на котором модельная частица расположена над рифлями. Согласно принятым обозначениям толщина слоя h _В , через который происходит всплывание легкой частицы в верхний слой (перемещение частицы в вертикальном направлении), может быть определена по формуле h_B = h_СЛ - h ₄. Заметим, что при h q = 0 (легкая частица расположена на рифлях, на нижнем слое, заполняющем пространство между рифлями) h_B = h _СЛ, то есть величина вертикального перемещения частицы при всплывании равна высоте слоя зерносмеси над рифлями.

Рисунок 1. Схема рабочего органа и положения модельной частицы в слое зерновой смеси при исследовании процесса самосортирования с целью обоснования целесообразности выполнения рифлей переменной высоты

Figure1. The scheme of the working body and the position of the model particle in the layer of grain mixture in the study of the process of the sorting to substantiate the feasibility of the performance of corrugated variable heights

Эксперименты проведены на рабочей поверхности с рифлями, образующими зигзагообразные каналы (рисунок 2). На рисунке не показаны одна боковая и одна торцевая стенки. Угол установки пластин к направлению колебаний поверхности составил у = 45 0 . В экспериментах использовали две поверхности, отличающиеся высотой рифлей h_P : первая поверхность имела высоту рифлей, равную h_P = 5 мм ; вторая поверхность - h_P = 10 мм. Шаг рифлей составлял 10 мм.

В экспериментах варьировали толщину слоя зернового потока над рифлями и положение легкой частицы в слое относительно опорной поверхности, так чтобы можно было определять время всплывания легкой частицы через слой одной и той же толщины, но расположенный на различном расстоянии от рифлей опорной поверхности. Это позволяет исключить влияние толщины слоя на время (скорость) всплывания легкой частицы и оценить влияние на интенсивность самосортирования (время всплывания) только рифлей опорной поверхности.

Рисунок 2. Рабочая поверхность с рифлями, образующими зигзагообразные каналы

• Figure2.    Working surface with corrugated base forming zigzag channels

В экспериментах меченую легкую частицу помещали либо на рифли, либо на некотором расстоянии от рифлей под слой зерна, включали установку и по секундомеру определяли время её всплывания в верхний слой. Эксперименты проведены при некотором реальном сочетании амплитуды и частоты колебаний опорной поверхности. В первой серии экспериментов определяли время всплывания легкой частицы через слой hB = 30 мм при следующих условиях: толщина слоя над рифлями hСЛ = 30 мм ; толщина слоя над рифлями hСЛ = 40 мм. В первом случае легкую частицу укладывали на рифли (hЧ = 0) под слой зерна. Во втором случае -на расстоянии АЧ = 10 мм от рифлей под слой зерна. Таким образом, в обоих случаях определяли время всплывания легкой частицы через слой толщиной hВ = 30 мм. На поверхности с высотой рифлей hP = 5 мм в первом случае время всплывания составило 16,33 с, во втором случае – 23,03 с, то есть в первом случае (легкая частица лежит на рифлях) частица проходит слой толщиной hB = 30 мм в 1,41 раза быстрее, чем во втором случае (частица расположена на расстоянии hЧ = 10 мм от рифлей). На поверхности с высотой рифлей hP = 10 мм в первом случае время всплывания составило 13,97 с, во втором – 22,25 с, то есть в первом случае частица проходит слой толщиной hВ = 30 мм в 1,59 раза быстрее, чем во втором случае. Это является доказательством того, что, во-первых, с наибольшей интенсивностью процесс са-мосортирования происходит в слое зерносмеси, непосредственно контактирующем с рифлями, во-вторых, с увеличением высоты рифлей увеличивается их тормозящее воздействие на нижний слой зернового потока. Последнее обстоятельство свидетельствует о повышении интенсивности послойного движения зернового потока, а значит о повышении эффективности самосортирования зерновой смеси.

В следующей серии экспериментов было определено время всплывания легкой частицы через слой толщиной h _В = 20 мм на опорной поверхности с высотой рифлей h _P = 10 мм для трех различных начальных положений частицы в зерновом слое: частица находилась под слоем зерна на рифлях ( h ₄ = 0 ) ; частица находилась под слоем зерна на расстоянии h ч =10 мм от рифлей; частица находилась под слоем зерна на расстоянии h ч =20 мм от рифлей. Следует заметить, что толщина зернового потока над рифлями составляла: в первом случае – h сл =20 мм; во втором случае – h сл =30 мм; в третьем – h сл =40 мм. Время всплывания соответственно составило: в первом случае – 4,27 с; во втором случае – 6,68 с; в третьем случае – 9,64 с. Средняя скорость всплывания легкой частицы через слой толщиной 20 мм для различных начальных положений частицы составила: в первом случае – 0,00468 м/с; во втором случае – 0,00299 м/с; в третьем случае – 0,00207 м/с.

Анализ результатов экспериментов позволяет сделать вывод: интенсивность самосортиро-вания различна по толщине зернового потока, чем дальше слои отстоят от рифлей опорной поверхности, тем меньше в них интенсивность самосортирования. Следовательно, обеспечивать высокую интенсивность самосортирования в различных по толщине слоях зернового потока можно путем выполнения на рабочей поверхности рифлей переменной высоты. При этом, высокая интенсивность самосортирования обеспечивается в различных слоях зернового потока на различных участках по длине рабочей поверхности. Высота рифлей может либо увеличиваться в направлении движения зернового потока вдоль рабочей поверхности, либо уменьшаться. Это зависит от осуществляемого на рабочем органе процесса сепарирования.

Следующая серия экспериментов посвящена доказательству целесообразности выполнения рифлей в виде прямоугольных пластин, расположенных перпендикулярно направлению колебаний рабочей поверхности. Эксперименты проведены на двух различных поверхностях (рисунок 3). Будем считать первой поверхностью – поверхность с расположением рифлей

a)

перпендикулярно направлению колебаний рабочего органа (рисунок 3, б). Второй поверхностью – поверхность с расположением рифлей под углом у = 45 0 к направлению колебаний (рисунок 3, а). Исследовали влияние на время всплывания легкой частицы амплитуды и частоты колебаний опорной поверхности. Амплитуду колебаний меняли в пределах от 4 до 10 мм, частоту колебаний – в пределах от 310 до 510 мин^-1. Эксперименты проведены для двух значений толщины слоя зерновой смеси – 30 и 35 мм. Установлено, что при одинаковых сочетаниях амплитуды и частоты колебаний опорной поверхности и одинаковой толщине слоя зерносмеси время всплывания легкой частицы всегда меньше на первой поверхности, то есть на поверхности при расположении рифлей перпендикулярно направлению колебаний. При толщине слоя 30 мм время всплывания легкой частицы на первой поверхности в среднем в 1,5 раза меньше, чем на второй поверхности. При толщине слоя 35 мм легкая частица на первой поверхности всплывает в среднем в 1,65раз быстрее, чем на второй поверхности.

Рисунок 3. Схема рабочего органа для исследования процесса самосортирования: а) рифли расположены под углом у = 45 ° к направлению колебаний: б) рифли расположены перпендикулярно к направлению колебаний ( у = 90 ° )

• Figure3.    The scheme of the working body for the study of the process of sorting: a) corrugated bases are located at an angle у = 45 ° to the direction of oscillations: b) corrugated bases are perpendicular to the direction of oscillations ( у = 90 ° )

При увеличении слоя зерновой смеси время всплывания увеличивается на обеих поверхностях, но на первой поверхности в меньшей степени. Так, например, при амплитуде колебаний 4 ммс увеличением толщины слоя с 30до35 мм время всплывания на первой поверхности увеличивается в 1,4раз, а на второй поверхности в 1,6раз. Аналогичное влияние на время всплывания оказывают амплитуда и частота колебаний. С увеличением амплитуды или частоты в области исследованных значений время всплывания уменьшается. При этом, на первой поверхности время всплывания уменьшается в большей степени, чем на второй поверхности.

Экспериментально доказано, что повышение эффективности процесса самосортирования на рабочей поверхности может быть обеспечено путем установки рифлей перпендикулярно направлению колебаний.