относительное движение частицы по кольцевой колеблющейся

ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЧАСТИЦЫ ПО КОЛЬЦЕВОЙ
КОЛЕБЛЮЩЕЙСЯ ПОВЕРХНОСТИ
Оспанов А.Б., Омаров А., Баймуратов Д.
Алматинский гуманитарно-технический университет, Казахстан
Аннотация: В статье представлены результаты исследования движения модельной частицы
равновеликой зерну основной культуры в процессе ее колебательного перемещения по ширине
кольцевого канала.
Ключевые слова: модельная частица, негармонические вращательные колебания, опорная
поверхность.
Abstract: In the article the results of research of motion of particle are presented on a horizontal
circular surface accomplishing rotatory inharmonious vibrations about vertical axis.
Keywords: model particle, non-harmonic rotational oscillations, the bearing surface.
Введение и постановка задачи
При разработке новых вибрационных способов сепарирования зерна и
продуктов его переработки исследование относительного движения зернового
материала на колеблющихся поверхностях играет важную роль [1]. Поведением
частицы на колеблющейся поверхности обосновывается форма и конфигурация
рабочей поверхности и кинематические параметры движения сепарирующего
органа.
Материалы и методы
Нами было изучено относительное движение модельной частицы по
горизонтальной
кольцевой
опорной
поверхности,
которая
совершала
вращательные поступательные колебания.
С целью изучения движения модельной частицы, определения ее траектории и
средней
горизонтальной
скорости
были
изготовлены
дополнительные
приспособления, закрепляемые на имеющемся опытно - экспериментальном
образце, схема показана на фигуре 1. На горизонтальную поверхность 1,
совершающую вращательные колебания в горизонтальной плоскости вокруг
вертикальной оси, помещали модельную частицу 2. Над ней на неподвижной
стационарной раме 3, закрепляли цифровую видеокамеру 4. Конструкция рамы
позволяла менять расстояние от видеокамеры до горизонтальной поверхности и
тем самым снимать участок возможного движения модельной частицы.
Видеосъемку движения модельной частицы проводили до момента ее касания
концентричного кольцевого порога 5.
Для определения характера радиального перемещения единичной модельной
частицы на горизонтальной колеблющейся поверхности и расчета её средней
скорости, как в относительном, так и в абсолютном движении, применяли
цифровую видеокамеру «Canon».
В качестве модельной частицы была принята идентичная по форме, плотности
и размерам зерну основной культуры частица, изготовленная из графита.
Определенные
ранее
в
технологических
исследованиях
кинематические
параметры установки, составляли: n = 110 мин-1; φ0 = 120 [2].
Для определения масштаба изображения, на горизонтальной колеблющейся
поверхности
рабочего
органа
была
установлена
масштабная
сетка
представляющая собой концентричные круги диаметром от 360 до 1110 мм с
интервалом 15 мм и радиальные линии с угловым шагом 20, исходящие из общего
центра кругов. Покадровую разбивку полученной видеосъемки в формате avi, на
отдельные изображения в формате jpg выполнили с помощью компьютерной
программы AVIedit. Временной промежуток между полученными кадрами при
этом составил 0,08 с. Для получения траектории единичной модельной частицы в
относительном движении, сначала по изображению первого кадра определяли её
положение относительно тех или иных концентрических кругов и радиальных
линий масштабной сетки, затем находили уже известные координаты положения
модельной частицы на чертеже в масштабе 1:1 используя для этого программу
AutoCad (фигура 2).
Аналогично для определения следующего положения модельной частицы
использовали изображение второго кадра и т.д. В результате получили
последовательное положение центра модельной частицы за некоторое количество
вращательных колебаний рабочего органа.
Плавная кривая, соединяющая полученные точки, была принята за траекторию
центра масс модельной частицы.
Поскольку исследование движения модельной частицы осуществлялось при
негармонических
вращательных
колебаниях
горизонтальной
опорной
поверхности, то модельная частица вследствие асимметрии колебаний совершала
неодинаковое амплитудное перемещение вдоль кольцевого канала.
4
2
1
3
5
Фиг. 1. Схема экспериментальной установки для изучения
движения модельной частицы
Фиг. 2. Траектория движения модельной частицы
Результаты и обсуждение
Из анализа полученной траектории движения модельной частицы можно
сделать следующие выводы (фигура 2):
-
в
результате
негармонических
колебаний
горизонтальной
опорной
поверхности траектория движения модельной частицы имеет асимметричный
характер;
- наблюдается смещение траектории движения модельной частицы в сторону
большего ускорения, которое увеличивается по мере удаления от центра
колебаний;
-
в
результате
смещения
траектории
движения
модельной
частицы
увеличивается путь ее прохождения, что в реальном процессе очистки зерна
увеличивает время его обработки и повышает степень просеиваемости мелких
примесей.
На фигуре 3 изображен график изменения линейной скорости модельной
частицы от радиуса кольцевого канала.
Из графика видно:
- линейная скорость модельной частицы на горизонтальной поверхности
кольцевого канала возрастает по мере удаления от оси колебаний;
- зависимость линейной скорости модельной частицы от величины радиуса
кольцевого канала носит линейный характер;
- максимальное значение линейной скорости модельной частицы наблюдается
при радиусе кольцевого канала более чем 0,51м и составляет более 0,8 м/с.
На фигуре 4 изображен график зависимости изменения радиальной скорости
модельной частицы от величины радиуса кольцевого канала.
Из анализа приведенного графика видно, что:
- до величины радиуса 0,33м зависимость изменения радиальной скорости
модельной частицы от величины радиуса кольцевого канала имеет линейный
возрастающий характер, т.е. величина радиального перемещения модельной
частицы линейно увеличивается по мере увеличения радиуса кольцевого канала;
- при значениях радиуса кольцевого канала больше чем 0,33м зависимость
изменения радиальной скорости модельной частицы от величины радиуса
кольцевого канала носит резко возрастающий характер, это означает, что по мере
удаления от оси колебаний модельная частица проходит все большее расстояние
в радиальном направлении.
На фигуре 5 приведена зависимость изменения величины амплитуды
движения модельной частицы от величины радиуса кольцевого канала.
Анализируя данный график, отметим следующее:
- приведенная зависимость изменения величины амплитуды движения
модельной частицы от величины радиуса кольцевого канала носит линейный
возрастающий характер;
- величина амплитуды движения модельной частицы возрастает по мере
удаления от оси колебания, что объясняется увеличением скорости, и ускорения
по мере увеличения радиуса кольцевого канала.
На фигуре 6 представлен график зависимости величины смешения траектории
модельной частицы за один полный период колебания от величины радиуса
кольцевого канала.
Из анализа представленного графика следует, что:
- зависимость величины смещения модельной частицы от величины радиуса
кольцевого канала имеет возрастающий линейный характер, т.е. значение
смещения увеличивается по мере увеличения радиуса кольцевого канала или
удаления от оси колебаний;
- максимальная величина смещения модельной частицы составляет 700 и
наблюдается при радиусе кольцевого канала равного 0,51м, это связано с
увеличением скорости и ускорения на больших радиусах.
0,055
0,9
0,05
0,8
Радиальная скорость, м/с
Линейная скорость, м/с
0,045
0,7
0,6
0,5
0,4
0,04
0,035
0,03
0,025
0,02
0,015
0,3
0,01
0,2
0,21
0,27
0,33
0,39
0,45
0,51
0,57
Радиус, м
Фиг. 3. Изменение линейной скорости
модельной частицы по ширине канала
0,005
0,21
0,27
0,33
0,39
0,45
0,51
0,57
Радиус, м
Фиг. 4. Изменение радиальной скорости
модельной частицы по ширине канала
70
18
65
60
16
55
50
Смещение, град
Амплитуда, град
14
12
10
8
45
40
35
30
25
20
15
10
6
5
4
0,21
0,27
0,33
0,39
0,45
0,51
0
0,21
0,57
0,27
0,33
0,39
0,45
0,51
0,57
Радиус, м
Радиус, м
Фиг. 5. Зависимость амплитуды
модельной частицы от радиуса канала
Фиг. 6. Изменение углового смещения
модельной частицы по ширине канала
Выводы
Таким образом, установлены кинематические параметры модельной частицы,
равновеликой
зерну основной
культуры
в процессе
ее
колебательного
перемещения по ширине кольцевого канала. При негармонических вращательных
колебаниях
опорной
поверхности
частица
перемещается
в
радиальном
направлении за счет влияния центробежной силы ускорения и совершает угловое
смещение в сторону наибольшего значения тангенциальной силы инерции.
Считаем, что угловое смещение равное 75 - 800 дает возможность увеличения
продолжительности обработки и, следовательно, увеличения вероятности
просеивания по сравнению с гармоническим колебательным движением опорной
ситовой поверхности.
Литература
[1] Гортинский В.В., Демский А.Б., Борискин М.А. Процессы сепарирования
на зерноперерабатывающих предприятиях. –М.: Колос, 1980, 284с.
[2] Оспанов А.Б., Кенжеходжаев М.Д., Баймуратов Д.Ш., Омаров А.К.
Регрессионные модели технологического процесса очистки зерна от мелких
примесей // Пути повышения конкурентоспособности и безопасности продукции
пищевой и легкой промышленности: Материалы международной научнопрактической конференции. – Алматы, 2005. – С.273-274.