Kazan, Kazan, Russian Federation
The article shows the theoretical study of percussive interaction of a grain, which is accelerated by the rotor peelers, with a deck. Theoretically, we defined fracture strength of grain structural elements in case of possible directions of grain and grain impact conditions on deck – under the condition of fixed deck, provided its rotation in the direction of rotor rotation, provided its rotation in the direction opposite the rotor rotation. The work and expended kinetic energy, required for such a failure, was found; the concept of grain recovery rate as the ratio of the kinetic energy before it hit the deck and after was given. Efficiency coefficient of the entire system was defined for different embodiments of grain pin on deck. It is proved that the most effective grain peeling will occur when the deck rotate in the opposite direction of the rotor rotation. In this case, the grain is moved, firstly, in air stream, generated by the rotor, as moving closer to the deck surface it moves in the air flow, generated by it, and changes its direction to reverse movement. That flow is easily controlled by changing the speed of the deck, which makes it possible to obtain a straight line (perpendicular to) hit the grain of it. The carried studies reveal more fully the grain interaction with the deck in the work area of rotor peelers.
peeler, deck, stroke, fracture strength, fracture energy, the speed of impact.
Качество переработки зерна в крупу в большей степени зависит от эффективности отделения наружных оболочек зерна от ядра, выполняемых шелушильными машинами. Для шелушильных машин пневмомеханического типа, разрабатываемых в Казанском ГАУ, важное значение для качественного шелушения имеет направление скорости удара зерна о поверхность деки и дальнейшее взаимодействие зерна с этой поверхностью [8, 9, 10, 11].
Целью данной работы является проведение теоретических исследований, более полно раскрывающих взаимодействие зерна с рабочими органами пневмомеханического шелушителя.
Анализ и обсуждение результатов. Известно, что кинетическая энергия зерна состоит из кинетической энергии поступательного движения и кинетической энергии вращательного движения зерна и выражается формулой [3]
где ϑз=ωrз – линейная скорость поступательного движения зерна, r3 – радиус зерна, ω - угловая скорость вращательного движения зерна.
Зерно во время отрыва от поверхности ротора вращается против направления вращения ротора, при этом часть зерна будет иметь скорость, равную линейной скорости ϑ, а противоположная часть будет иметь скорость – ϑ . Так как эта часть будет вращаться против направления потока воздуха, то зерно будет иметь равнозамедленное вращательное движения с угловым ускорением [3]: де η – коэффициент вязкости воздуха, ϑв – скорость воздушного потока, ρ – плотность зерна.
Расчеты показывают, что угловое ускорение зерна незначительно влияет на угловую скорость зерна и, следовательно, можно изменением угловой скорости зерна пренебречь.
Для качественного шелушения сила удара зерна F о деку пневмомеханического шелушителя должна быть меньше силы удара разрушения зерна ядрицы F яp и больше силы разрушения оболочки зерна F 0p . Требуемое значение силы удара можно регулировать скоростью движения зерна и углом удара (падения) зерна о деку пневмомеханического шелушителя. Этого можно добиться как регулированием угловой скорости вращение ротора, так и дополнительным вращением деки [3].
1. Zakiev S.E., Kvurt Yu.P., Khara Z., Vlasak P. Udar malenkogo tela o poverkhnost v zhidkoy srede. Sb. trudov XXVII mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii “Matematicheskie metody v tekhnike i tekhnologiyakh”». MMT-27. (An impact of small unit on the surface in a liquid medium. Collection of works of XXVII International scientific conference “Mathematical methods in engineering and technology”. MMT-27). Saratov, 2014. P. 8-11.
2. Ibyatov R.I. The calculation of the trajectory of grain movement in the workspace of rotor peeler with reversible deck. [K raschetu traektorii dvizheniya zerna v rabochem prostranstve pnevmomekhanicheskogo shelushitelya s reversivnoy decoy]. / R.Sh. Ibyatov, A.V. Dmitriev, R.I. Lotfullin // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - The Herald of Kazan State Agrarian University. Kazan, 2015. №1(35). P. 62-67.
3. Lotfullin R.Sh. Determination of grain impact force on the rotor deck of peeler. [K opredeleniyu sily udara zerna o deku pnevmomekhanicheskogo shelushitelya]. / R.Sh. Lotfullin, R.I. Ibyatov, A.V. Dmitriev // Tekhnika i oborudovanie dlya sela. - Machinery and equipment for the village. 2015. №10. P. 38-40.
4. Lotfullin R.Sh., Ibyatov R.I., Dmitriev A.V. Vliyanie koeffitsienta vosstanovleniya zerna na protsess shelusheniya pri ego udare o deku pnevmomekhanicheskogo shelushitelya. Matematicheskie metody v tekhnike i tekhnologiyakh - MMTT-29: sb. trudov XXIX Mezhdunar. nauch. konf. (Effect of grain recovery ratio to its peeling process when it hits the deck of rotor peeler. Mathematical methods in engineering and technology. - MMTT-29: collection of works XXIX International scientific conference: in 12 volumes). Vol. 5 / edited by A.A. Bolshakov. - Saratov: Saratov. gos. tekhn. un-t; Sankt-Peterburg: SPbGTI(TU), SPbPU, SPIIRAN; Samara: Samarsk. gos. tekhn. un-t, 2016. - P. 34-37.
5. Lotfullin R.Sh., Ibyatov R.I., Dmitriev A.V. O koeffitsiente vosstanovleniya zerna v rabochey zone pnevmomekhanicheskogo shelushitelya. Agrarnaya nauka XXI veka. Aktualnye issledovaniya i perspektivy. / Materialy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii Instituta mekhanizatsii i tekhnicheskogo servisa. (On the grain restoration coefficient in the work area of rotor peeler. Agricultural science of the XXI century. Recent research and perspectives. / Proceedings of International scientific and practical conference of Mechanization and technical service Institute). - Kazan: Izdatelstvo Kazanskogo GAU, 2016 - P. 116-119
6. Nurullin E.G., Malanichev I.V. Modelirovanie pnevmomekhanicheskogo shelusheniya zerna krupyanykh kultur. [Modeling of rotor peeling of cereal grain]. Kazan: Kazanskiy gosudarstvennyy universitet. 2009.
7. Targ S.M. Kratkiy kurs teoreticheskoy mekhaniki. [Shortcourse of theoretical mechanics]. M.: “Vysshaya shkola”. 1998, P. 153-154.
8. Fedorov D.G. Sheller of buckwheat grain with reversible deck. [Shelushitel zerna grechikhi s reversivnoy decoy]. / D.G. Fedorov, A.V. Dmitriev, F.Z. Kadyrova // Selskiy mekhanizator. - Rural mechanic. 2014. №11. P 18-19.
9. Ustroystvo dlya shelusheniya zerna s reversivnoy dekoy: pat. 140311 Ros. Federatsiya : MPK V 02 V 3/00. (The device for peeling grain with reversible deck: Pat. 140311 Russian Federation: IPC B 02 B 3/00 / Dmitriev A.V., Fedorov D.G., Ibyatov R.I., Lotfullin R.Sh.; the applicant and the patentee is Kazan State Agrarian University. Applied 07/02/2013; publ. 05/10/2014. Bull. №13.
10. Ustroystvo dlya shelusheniya zerna pnevmomekhanicheskogo tipa: pat. 2591725 Ros. Federatsiya : MPK V 02 V 3/00. (An installation of rotor type for grain peeling: Patent 2591725 Russian Federation: IPC V 02 V 3/00 / Dmitriev A.V., Fedorov D.G., Nurullin E.G., Ibyatov R.I., Lotfullin R.Sh.; the applicant and the patentee is Kazan State Agrarian University. Applied 03/11/2015; publ. 07/20/2016. Bull. №20.
11. Khaliullin D.T., Dmitriev A.V. Pnevmo mechanical device for grain hulling / Journal of Advanced Research in Technical Science. - North Charleston, USA: SRC MS, GreateSpace. - 2016. Issue 2. - p. 85-88.
