РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПНЕВМО-СЕПАРАЦИИ НА СМОРОДИНОУБОРОЧНОМ
КОМБАЙНЕ
На улавливающие устройства комбайнов для уборки черной смородины в результате
взаимодействия активатора с ветвями кустарника поступает ворох, который состоит
из следующих фракций: грозди, ягоды, сухие веточки, молодые побеги, листья,
сорняки, семена сорных растений, вредители.
Первые две фракции относим к деловой части, остальные – к примесям.
Система сепарации вороха в комбайне для уборки черной смородины должна выделить
первые две фракции.
Для разделения вороха на фракции используют различия размеров, массы, формы,
состояния поверхности, аэродинамические и другие физико-механи-ческие свойства
фракций. Но из-за большого количества фракций (в нашем случае - восьми), и
отличия одной фракции от другой по разным параметрам, возникает множество
комбинаций, то есть может потребоваться многоступенчатая сепарация, что для
такого продукта как черная смородина отрицательно скажется на товарном виде
ягод.
Анализ схем систем сепараций, сделанный в первом разделе, показывает, что в
ягодоуборочных комбайнах, как правило, более двух ступеней сепарации не
применяют, первая из которых – пневмо, вторая – пневмо или механическая, и
ворох разделяется только на две части – деловую (ягоды, грозди) и примеси.
Пневмосепарация происходит в результате различия аэродинамических свойств – в
основном, за счет разности скоростей витания фракций вороха.
Однако, знание значений скоростей витания фракций вороха, не всегда приводит к
качественному выполнению процесса пневмосепарации.
Процесс сепарации может быть затруднен из-за смачивания листьев соком
поврежденных ягод. Связанный соком ворох трудно разделить, но этого можно
избежать, если производить предварительную сепарацию вороха сразу за отделением
ягод. Воздушный поток удалит часть листьев в междурядья и, одновре-менно, часть
ягод, которая падает при стряхивании в промежуток между транс-портерами, этим
же воздушным потоком будет вынесена на транспортер. Таким образом, увеличится
количество продукции (снижение потерь) и уменьшится количество примесей
(листья) в ворохе перед основной сепарацией.
Следующей причиной для снижения качества процесса, в последнее время, стало
повышение урожайности и, как следствие, рост слоя вороха на
транспортере-улавливателе, что привело к увеличению потерь ягод при сепарации.
Возникла необходимость в подготовке вороха к процессу пневмосепарации,
например, сосредоточить примеси (листья) на поверхности вороха с помощью
воздействия на него внешних сил, например вибрации. Для этого необходимо знать
значение некоторых размерно-массовых и физико-механических свойств фракций
вороха. В литературных источниках имеются сведения о разработке устройств,
помогающих осуществлению процесса сепарации [14, 15, 44, 86, 88, 89, 90, 91,
92]. Таким образом, для качественного выполнения процесса, технология выделения
примесей будет иметь три стадии: предварительную сепарацию, подготовку к
основной сепарации и основную сепарацию (рис.2.1).
Не последнюю роль в процессе пневмосепарации играет и сама камера, где
происходит разделение вороха на фракции. Вопрос определения геометрических
параметров камеры пневмосепарации в литературе освещен слабо.
Поэтому, программа исследования раздела состоит из следующих пунктов:
определение скорости витания фракций вороха черной смородины;
определение коэффициентов трения фракций вороха (ягоды и грозди о поверхность
ленты транспортера и листа смородины, лист о поверхность ленты транспортера);
исследование предварительной пневмосепарации ягодного вороха для удаления части
крупных примесей и снижение потерь ягод при улавливании;
исследование предварительного расслоения вороха для улучшения процесса
пневмосепарации;
определение траекторий движения фракций вороха в процессе пневмосепарации для
получения геометрических параметров камеры сепарации.
Рис. 2.1. Увеличение количества продукции за счет улучшения качества процесса
пневмосепарации (трехстадийная технология сепарации)
2.1. Теоретическое определение скорости витания фракций вороха
В аэродинамике принято выражать зависимость аэродинамической силы сопротивления
обтеканию тела R от следующих факторов [93]:
(2.1)
где R – аэродинамическая (лобового сопротивления) сила, Н (кгЧм/с2);
СR – безразмерный коэффициент аэродинамической силы, отражающий влияние явно
неучтенных факторов (коэффициент лобового сопротивления);
SМ – площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную направлению
воздушного потока (миделево сечение), м2;
В – плотность воздуха, равная 1,2 кг/м3 при температуре 200С, атмосферном
давлении 103 кПа, относительной влажности 50%;
UВП – скорость воздушного потока, м/с;
– скоростной напор, кг/(мЧс2).
В зависимости от направления воздушного потока возникает сила лобового
сопротивления, направленная навстречу потоку, и подъемная сила –
перпендикулярно к потоку. В вертикальном потоке, если приравнять силу лобового
сопротивления R частицы к ее весу mg, можно получить условие витания:
. (2.2)
Сопоставив выражения (2.1) и (2.2) получим:
, (2.3)
откуда скорость витания равна:
(2.4)
Однако, определенная по (2.4) скорость витания фракций вороха имеет
существенное отличие от скорости витания определенной практическим путем:
, (2.5)
где и - граничные значения скоростей витания фракций вороха, м/с.
Это обуславливается тем, что скорость витания непостоянна, фра
- Київ+380960830922