СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦЫ ЗЕРНОВОГО МАТЕРИАЛА В ПНЕВМОСЕПАРИРУЮЩЕМ КАНАЛЕ
METHOD FOR DETERMINING THE TRAJECTORY OF MOVEMENT OF A PARTICLE OF GRAIN MATERIAL IN AN ASPIRATING CHANNEL

Изобретение относится к устройствам для очистки зерна и семян различных сельскохозяйственных культур с помощью воздушного потока и может быть использовано проектно-конструкторскими организациями при определении оптимальных конструктивно-технологических параметров пневмосепарирующего канала и других элементов пневмосистемы, соединенных с ним.
Известен способ определения траектории движения частицы зернового материала в пневмосепарирующем канале, включающий расчет и построение траектории движения частицы в зоне сепарации (Гортинский В.В., Демский А.Б., Борискин М.А. Процессы сепарирования на зерноперерабатывающих предприятиях. М.: Колос, 1980. С. 161-181).
Недостатком данного способа является то, что воздушный поток принимается равномерным по всему объему пневмосепарирующего канала и направленным параллельно его стенкам. Это является значительным упрощением процесса сепарации и приводит к большой погрешности определения траектории движения частиц в пневмосепарирующем канале и, как следствие, неправильному выбору его оптимальных параметров.
Известен способ определения траектории движения частицы зернового материала в пневмосепарирующем канале, включающий моделирование распределения векторов скоростей воздушного потока в продольно-вертикальной плоскости (Бутовченко А.В., Дорошенко А.А., Савченко А.А., Шубин А.И. Использование программного комплекса "FLOWVISION" для определения характеристик воздушного потока в пневмоканале // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: Материалы 7-ой Международной научно-практической конференции в рамках 17-ой Международной агропромышленной выставки "Интерагромаш-2014", 25-27 февр. Ростов н/д, 2014. - С. 52-54), расчет и построение
траектории движения частицы с учетом неравномерности распределения векторов скоростей (Бутовченко А.В., Дорошенко А.А. Моделирование процесса движения компонентов зернового материала в неравномерном воздушном потоке с использованием программного пакета MAPPLE // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: Материалы 7-ой Международной научно-практической конференции в рамках 17-ой Международной агропромышленной выставки "Интерагромаш-2014", 25-27 февр. Ростов н/д, 2014. - С. 60-63) - прототип.
Недостатки второго способа заключаются в том, что моделирование распределения векторов скоростей воздушного потока производится приближенным аналитическим методом без учета влияния зернового материала на структуру воздушного потока. Отмеченный недостаток обусловливает существенное отклонение расчетной траектории движения частицы зернового материала от фактической.
Задачей изобретения является повышение точности определения траектории движения частиц зернового материала в пневмосепарирующем канале и его конструктивно- технологических параметров.
Поставленная задача решена с помощью предлагаемого способа определения траектории движения частицы зернового материала в пневмосепарирующем канале, включающего моделирование распределения векторов скоростей потока в продольно-вертикальной плоскости, расчет и построение траектории движения частицы зернового материала с учетом неравномерности распределения векторов скоростей, причем моделирование распределения векторов скоростей воздушного потока выполняется экспериментально-аналитическим методом, содержащим измерение фактической величины и направления векторов скоростей воздушного потока при номинальной зерновой нагрузке в центрах N равновеликих прямоугольников, расположенных в продольно-вертикальной плоскости.
Предложенный способ включает три этапа. На первом этапе экспериментально определяются направление и величина векторов скоростей
воздушного потока в центрах N равновеликих прямоугольников, расположенных в продольно-вертикальной плоскости пневмосепарирующего канала при номинальной подаче зернового материала. При этом средняя скорость воздушного потока устанавливается по допустимому выносу полноценных зерновок с легкими примесями. Канал разбивается на N прямоугольников, в центрах которых измеряется величина и направление вектора скорости воздушного потока. Количество N прямоугольников по вертикали и горизонтали для описания поля скоростей криволинейной функцией должно быть не менее четырех. Для более точного описания поля скоростей количество точек N должно быть максимально возможным по условиям эксперимента. Величина и направление вектора скорости могут быть определены с помощью, например, цилиндрического зонда и микроманометра или других приборов. На фигуре изображена схема разбиения зоны сепарации пневмосепарирующего канала в продольно-вертикальной плоскости на 20 прямоугольников - на пять рядов по вертикали (оси у) и четыре по горизонтали (оси х).
y
x
На втором этапе на основе экспериментально определенных значений векторов скоростей в продольно-вертикальной плоскости канала в центрах N прямоугольников выводятся системы уравнений (таблица), описывающие вертикальные V и горизонтальные V составляющие этих скоростей в соответствующих сечениях по осям х и у соответственно.
На третьем этапе составляется система дифференциальных уравнений (например, второго порядка) движения частицы в пневмосепарирующем канале относительно системы координат хоу:
-1
где  - коэффициент парусности частицы, м;
и  - проекции абсолютной скорости частицы на оси координат, м/с;
x
y
V и V - горизонтальная и вертикальная составляющие скорости воздушного потока, м/с;
g - ускорение свободного падения, м/с.
0
0
0
x
y
Данная система дифференциальных уравнений решается одним из известных численных методов, например, методом Рунге-Кутта (Численные методы / Данилина Н.И., Дубровская Н.С., Кваша О.П. и др. - М.: Высшая школа, 1976. - 380 с.). Для ее решения дополнительно вводятся начальные условия: t=0; x=0; у=0;  где  и β - абсолютная скорость и угол ввода частицы в пневмосепарирующий канал. Значения скоростей V и V воздушного потока определяются с помощью уравнений, приведенных в таблице. После решения системы дифференциальных уравнений строится траектория движения частицы зернового материала.
Некоторые частицы при своем движении достигают стенки канала и ударяются о нее. При условии отсутствия трения между частицей и поверхностью стенки канала касательная составляющая скорости после удара остается неизменной, а нормальная составляющая скорости изменяет свое направление на противоположное и определяется соотношением Ньютона:
где  и  - нормальная составляющая скорости частицы до и после удара;
- коэффициент восстановления нормального импульса после удара (определяется экспериментально и может принимать значения от 0 до 1).
Траектория движения частицы зернового материала после соударения со стенкой канала вычисляется и строится с учетом нового значения величины и направления ее скорости.
В результате применения предложенного способа повышается точность определения траектории движения частиц зернового материала в пневмосепарирующем канале и его конструктивно-технологических параметров (глубина, высота, форма канала, максимально допустимая скорость воздушного потока), что в конечном итоге позволит повысить эффективность очистки семян. Кроме того, уточненное значение скорости и направления движения частиц на выходе из пневмосепарирущего канала будет способствовать более точному определению конструктивных параметров элементов пневмосистемы, присоединенных к нему (отвод, осадочная, разделительная, камеры, пылеуловитель и др.).