Очистка сельскохозяйственных материалов основаны на различии каких-либо признаков, определяющих материал. К таким признакам относят аэродинамические свойства компонентов зерновой смеси.

Аэродинамические свойства компонентов разделяемых смесей. Поведение частиц в воздушном потоке определяется аэродинамическими свойствами. Показателями, характеризующими аэродинамические свойства частиц, являются: критическая скорость (скорость витания) v_кр, коэффициент сопротивления воздуха k и коэффициент парусности k_п.

Для усвоения материала рассмотрим поведение частицы в вертикальном воздушном потоке (рис. 1).

Рис. 1. Схема аэродинамической трубы:

1 - вентилятор; 2 и 6 - сетки; 3 - коллектор; 4 - измерительная трубка; 5 - всасывающая труба.

На частицу будет влиять сила тяжести Р и сила R действия воздушного потока. Силу R найдем по формуле Ньютона:

R=kс_вS (v_в-u) ². (1)

где с_в - плотность воздуха; S - площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную направлению воздушного потока (миделево сечение тела); v_в - скорость воздушного потока; u - скорость движения тела.

При вертикальном воздушном потоке силы Р и R направлены в противоположные стороны.

В зависимости от соотношения этих сил возможно движение частицы вниз P > R, движение вверх R > P и ее расположение во взвешенном состоянии P = R при u = 0. Скорость V_кp воздушного потока, при которой тело находится во взвешенном состоянии, называют критической скоростью, или скоростью витания.

Исходя из условия P = R, имеем

(2)

Коэффициент сопротивления k зависит от формы тела, его поверхности, от состояния и рода среды, в которой находится частица, а также от скорости движения воздуха. С увеличением скорости воздушного потока k убывает.

Коэффициент парусности k_п выражают зависимостью:

k_п = 9,8kс_вS/Р. (3)

Решая совместно выражения (2) и (3), получаем

k_п = 9,8/v²_кр. (4)

Коэффициенты k и k_п находятся в сложной зависимости как от параметров, определяющих тело, так и от параметров воздушной среды, которые трудно найти. Поэтому пользуются косвенным методом подсчета коэффициентов k и k_п по критической скорости, которую отыскивают экспериментально. Критическая скорость может быть определена на парусных классификаторах или в аэродинамической трубе.

Схема аэродинамической трубы показана на рисунке 1.

Воздух вентилятором 1 всасывается в трубу 5. Для выравнивания воздушного потока служит коллектор 3 и сетка 2. Частицы, скорость витания которых требуется определить, располагают на сетке 6 диффузора трубы.

Скорость витания замеряют при таком положении частиц, когда они витают в рабочей части трубы.

Для наблюдения эту часть трубы делают прозрачной. Значение скорости находят по динамическому напору воздушного потока.

При этом исходят из того, что динамический напор равен кинетической энергии единицы объема воздуха, т.е.

h_д = mv²_в/2 = с_вv²_в/2, (5)

где т - масса 1 м³ воздуха, т = с_в; v_в - скорость воздушного потока.

Решая, имеем

(6)

Принимая при температуре 20⁰С и атмосферном давлении 10,3·10⁴ Па плотность воздуха, равной 1,2 кг/м³, получаем

v_в = 1,28 (7)

Динамический напор замеряют трубками (Пито, Прандтля или ЦАГИ) и микроманометром.

По критическим скоростям определяют коэффициенты k и k_п соответственно из выражений (1) и (3).

Примерные значения v_кр, k_п и k для некоторых культур указаны в таблице 1.

Таблица 1 Аэродинамические свойства различных культур

Разделение по аэродинамическим свойствам. Разделение по парусности происходит в воздушном потоке.

Для разделения применяют как нагнетательный воздушный поток (рис.2, а), так и всасывающий (рис.2, б).

воздушная очистка зерновая смесь

Рис.2, Схемы разделения частиц по парусности:

а - в нагнетательном воздушном потоке; б - во всасывающем воздушном потоке; 1 - вентилятор; 2 - бункер; 3 и 4 - лотки; 5 - сетка; 6 - камера.

При нагнетательном воздушном потоке воздух относит частицу в различные положения в зависимости от ее аэродинамических свойств и массы. Более тяжелые частицы и с малым сопротивлением воздушному потоку поступают в лоток 3, легкие и с большим сопротивлением - в лоток 4.

При очистке всасывающим воздушным потоком материал движется по наклонной сетке 5; воздух, засасываемый вентилятором 1, пронизывая материал, увлекает вверх легкие частицы, часть из которых оседает в расширяющейся камере 6, где напор воздушного потока снижается, а более легкие выносятся за пределы машины вместе с воздухом.

Всасывающий воздушный поток продолжительнее воздействует на частицы, чем нагнетательный, поэтому разделение зерновой массы происходит эффективнее.

Типы вентиляторов воздушных систем

а - радиального, б - диаметрального, в - осевого.

1 - рабочее колесо; 2 - кожух; 3 - патрубок; 4 - направляющий аппарат;

5 - обтекатель; А и С - зоны входа и выхода воздуха; В - зона воздуха внутри колеса.

Тела разделяют по аэродинамическим свойствам с помощью пневмосепараторов или аспирационных систем, встроенных в зерноочистительные машины. Пневмосепараторы применяют для предварительной очистки зерна, поступающего от комбайна. Воздушным потоком выделяют из зерна кусочки соломы, полову, пыль и семена некоторых сорных растений. Пневмосепараторы используют также для очистки плодов машинного сбора от примесей. Существует большое разнообразие схем и конструкций пневмосепараторов. По принципу действия их можно разделить на три типа: пневмогравитационные, пневмоимпульсные и пневмоцентробежные.

Задание для выполнения лабораторной работы

С какой целью и как выполняют установочную регулировку вариатора вентилятора очистки?

В чем различие регулировок скорости воздушного потока у комбайнов "Нива" и "Енисей"?

Какие типы вентиляторов применяют в машинах для уборки и послеуборочной обработки зерна?

Содержание работы

Теоретическая часть

Рис.4. Построение профиля спирального кожуха вентилятора

Таблица 2. Оценить характеристики расчетного варианта вентилятора.

Вопросы и задания выходного контроля