РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РЕШЕТНОГО СЕПАРИРОВАНИЯ ЗЕРНОВЫХ СМЕСЕЙ
При решетном сепарировании ЗС разделяется на две фракции: сходовую и
проходовую. К сходовой фракции относятся крупные частицы не прошедшие сквозь
отверстия, идущие сходом с решета и образующие несущий поток смеси. К
проходовой фракции относятся мелкие (проходовые) частицы, выделившиеся из слоя,
подошедшие к поверхности решета вследствие процесса сегрегации и просеявшиеся
сквозь его отверстия.
Сегрегация – это процесс погружения в нижние слои (к поверхности решета) частиц
меньших размеров и большей плотности и всплывание в верхние слои частиц больших
размеров и меньшей плотности [50]. При решетном сепарировании интенсивность
сегрегации оценивают скоростью погружения проходовых частиц из верхнего слоя к
поверхности решета [58].
Увеличение загрузки решета сопровождается возрастанием толщины слоя смеси, что
снижает интенсивность сегрегации: проходовые частицы из верхних слоев не
достигают поверхности решета и не просеиваются. Таким образом, дальнейшее
повышение эффективности процесса решетного сепарирования требует интенсификации
сегрегации.
Рассмотрим механизм процесса сегрегации. Исследованиями многих авторов [51, 61,
62, 165] установлено, что сыпучая зерновая среда под действием вибраций в
определенных условиях ведет себя подобно вязкой жидкости. Так, например,
одиночные частицы более тяжелые, чем окружающие их частицы, тонут в сыпучей
среде, а более легкие всплывают, причем скорость погружения (всплывания)
возрастает по мере увеличения разности плотностей рассматриваемой частицы и
окружающих частиц среды. Частица, размеры которой меньше размеров окружающих ее
частиц, может проваливаться через поры между частицами нижележащего слоя.
Интенсивность проникновения увеличивается с увеличением интенсивности изменения
размеров и формы этих пор [164].
Изменяя пористость ЗС можно повлиять на разделение частиц, отличающихся
размерами, а также изменить плотность слоя смеси и повлиять на разделение
частиц, отличающихся плотностью. Пористость является величиной обратной
объемной плотности, ее можно определить как единица минус объемная плотность
[167]. Объемная плотность – это переменная, характеризующая распределение
твердой фазы в объеме слоя сыпучей смеси. Она представляет собой отношение
объема всех зерен к объему слоя занимаемого этими зернами. Чем больше объемная
плотность, тем более плотно упакованы зерна в слое и пористость будет меньше.
Исследований изменения объемной плотности и пористости при решетном
сепарировании ЗС в литературе не обнаружено.
Наряду с пористостью на сегрегацию оказывает влияние скорость послойного
движения потока ЗС. При увеличении градиента скоростей по глубине слоя
увеличивается интенсивность изменения размеров пор между сходовыми частицами,
что способствует более быстрому проникновению проходовых частиц сквозь слой
смеси [164]. Таким образом, исследование характеристик потока ЗС, таких как
пористость и скорость послойного движения, необходимо для изучения сегрегации.
Для исследования внутрислоевых процессов при взаимодействии с рабочими органами
машин широко используются основы механики сплошных сред [169-172].
Интенсификация сегрегации достигается путем разрыхления ЗС, так как увеличение
толщины слоя приводит к уплотнению смеси вышележащими слоями, а особенно при
виброцентробежном сепарировании, когда уплотнение смеси происходит под
действием центробежной силы. Разрыхлить ЗС можно путем сообщения решету
колебаний близких к нормали его поверхности, увеличением частоты колебаний и
применением разрыхлителей. Однако, для обеспечения процесса разделения семян по
толщине необходимо сообщать решету продольные колебания в его плоскости. При
увеличении частоты колебаний решета наступает снижение просеваемости частиц
сквозь его отверстия, вследствие высокой относительной скорости их движения по
решету. Более рациональным является применение разработанных решет,
разрыхляющих ЗС без изменения их кинематического режима.
Таким образом, необходимо провести исследования по обоснованию параметров
процесса сепарирования ЗС разработанными решетами. Определение их рациональных
значений будет способствовать повышению эффективности решетного сепарирования.
2.1. Теоретические исследования процесса сепарирования разработанными плоскими
решетами
Процесс сепарирования ЗС на плоском вибрационном решете осуществляется
следующим образом. Плоское решето установлено в решетном стане, закрепленном на
подвесках и наклоненном к горизонту под углом и (рис. 2.1). Решетному стану
сообщают колебания в вертикальной плоскости с амплитудой rкол и круговой
частотой щкол. Направление колебаний определяется углом в.
Рис. 2.1. Расчетная схема плоскорешетного вибросепаратора
Зерновая двухкомпонентная смесь подается на приемный участок и под действием
силы тяжести и вибраций движется вниз вдоль решета. Обозначим свободную
поверхность слоя смеси через У1, а поверхность решета У2. Толщина слоя смеси h
при заданной скорости ее движения определяет величину удельной загрузки решета
, (2.1)
где h – толщина слоя смеси; – средняя скорость потока ЗС; с – плотность потока
ЗС; L – длина решета.
При движении ЗС по решету проходовые частицы в результате сегрегации выделяются
из слоя, достигают поверхности решета и просеиваются через его отверстия, а
сходовые идут сходом с решета.
а) б)
Рис. 2.2. Конструктивные схемы разработанных плоских решетных полотен:
а) – оребренное; б) – рифленое
Для повышения эффективности сепарирования за счет интенсификации сегрегации на
рабочей поверхности серийного решета, на поперечных перемычка