В зависимости от шероховатости рабочей поверхности и шероховатости зёрен различных культур изменяется угол наклона рабочей поверхности «звукового сканера», при котором начинает движение зерно, поступающее на послеуборочную обработку зерна, что влияет на амплитудную характеристику зерен.
Ключевые слова: шероховатость, звуковой сканер, угол естественного откоса, движение зерновки, наклонная поверхность.
Известно, что при движении по неподвижной наклонной поверхности твердого тела учитывается угол наклона поверхности, коэффициент трения между телом и поверхностью, угол трения движения и покоя.
Целью написания статьи стало определение оптимального угла наклона поверхности устройства звукового сканера (рис.1) при движении зерновок различных культур. Исходя из цели, были поставлены задачи: определение угла естественного откоса, определение угла наклона рабочей пластины, при котором начинается движение зерновки по шероховатой поверхности, определение значения амплитуды движения зерновки по поверхности.
Рис. 1. Фотография устройства «звуковой сканер»
Техническое устройство «звуковой сканер» предназначено для определения параметров зерна, поступающего на послеуборочную обработку. Звуковой сканер состоит из звукоизоляционного корпуса, который расположен на наклонной поверхности, угол наклона, которой регулируется ползуном. Через дозатор осуществляется подача исследуемого материала. Проходя по рабочей поверхности сканера (пластины), датчиками, расположенными в корпусе сканера улавливается звук, который передается на ПК, в котором происходит запись и обработка звуковых колебаний, создаваемых зерновками. Зерно попадает в приемник, из которого поступает на дальнейшую обработку. При помощи шарнира изменяется угол наклона корпуса звукового сканера, угол наклона определяется угломером. Угол наклона корпуса звукового сканера при прохождении зерновок различных культур разный.
Трение между двумя соприкасающимися телами происходит, прежде всего, вследствие шероховатости их поверхностей и наличия сцепления у прижатых друг к другу тел [1, с.197].
При движении зерновки по шероховатой поверхности звукового сканера необходимо учитывать угол наклона поверхности, при котором начинается движение зерна (т.е. угол трения скольжения больше угла трения покоя). Шероховатость поверхности — совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине. Измеряется в микрометрах (мкм). Rz - Высота неровностей профиля по 10 точкам, сумма средних арифметических абсолютных отклонений точек пяти наибольших минимумов и пяти наибольших максимумов профиля в пределах базовой длины [2, Приложение 2].
Шероховатость используемых пластин определена Росстандартом «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Тюменской области, ХМАО автономного округа Югра, ЯНАО. Тюменский отдел метрологии» сертификат о калибровке №28588 и составляет по Rz:
- Стальная пластина – 53,5 мкм;
- Алюминиевая пластина – 5,70 мкм;
- Медная пластина – 20,4 мкм;
- Деревянная пластина – 20,7 мкм.
Угол трения – наименьший угол, при котором зерновая масса начинает скользить по какой-либо поверхности. При скольжении зерна по зерну этот угол называют углом естественного откоса, или иначе – углом ската. Угол естественного откоса – это угол между диаметром основания и образующей косинуса насыпи, получающегося при свободном падении зерновой массы на горизонтальную плоскость (табл.1) по данным А.Е. Юкиша и Э.С. Хуверса [3, с.29-30].
Таблица 1
Угол естественного откоса зерновых масс
|
Культура |
Угол естественного откоса, град |
Культура |
Угол естественного откоса, град |
|
Пшеница |
23-38 |
Рис |
27-48 |
|
Кукуруза |
30-40 |
Овес |
31-54 |
|
Горох |
24-31 |
Ячмень |
28-45 |
Сыпучесть зерновой массы зависит от многих факторов. Основными из них являются: характеристика зерна (форма и размер зёрен, состояние их поверхности, характер примесей и их видовой состав), материал, форма и состояние поверхности, по которой самотеком перемещают зерновую массу. Рассматривая движение зерновки по шероховатой поверхности были приняты следующие допущения – зерновка представляет собой эллипсоид вращения, движение по наклонной поверхности происходит без отрыва от поверхности и перекатывания, частицы зерновой смеси перемещаются по шероховатой поверхности в один слой, поверхность имеет характеристику, оцениваемую по шкале Rz.
Сыпучесть зерновой массы значительно ухудшается при повышении влажности, засоренности, слеживаемости, самосогревании зерна. Снижение сыпучести – один из признаков неблагополучия с сохранностью зерновой массы. В таблице 2 и 3 приведено изменение угла естественного откоса при различной влажности зерновых и бобовых культур (по данным Л.А. Трисвятского) [3, с.28].
Таблица 2
Измерение угла естественного откоса зерновой массы в зависимости от культуры и влажности зерна
|
Культура |
Влажность зерна, % |
Угол естественного откоса, град. |
Культура |
Влажность зерна, % |
Угол естественного откоса, град. |
|
Пшеница |
15,3 22,1 |
30,0 35,0 |
Овёс |
14,6 20,7 |
32,0 41,0 |
|
Ячмень |
11,9 17,8 |
28,0 32,0 |
Горох |
13,0 35,0 |
27,0 31,5 |
Таблица 3
Углы и коэффициенты трения зерна пшеницы и бобовых культур
|
Культура |
Влажность зерна, % |
Угол трения, град/коэффициент трения по |
||
|
стальному листу |
строганой доске |
ленте конвейера |
||
|
Пшеница |
13,0-35,0 |
17-35/0,306-0,700 |
19-38/0,344-0,781 |
25-40/0,455-0,839 |
|
Горох |
15,0-35,0 |
4-22/0,070-0,404 |
5-23/0,087-0,425 |
6-27/0,105-0,510 |
|
Вика яровая |
11,0-35,0 |
6-27/0,105-0,510 |
6-29/0,105-0,554 |
10-36/0,176-0,726 |
|
Соя амурская |
13,4-35,0 |
6-26/0,105-0,488 |
8-27/0,140-0,510 |
6-33/0,105-0,650 |
|
Кормовые бобы |
13,0-35,0 |
5-23/0,087-0,425 |
6-26/0,105-0,488 |
8-31/0,140-0,600 |
Исследования по определению угла, при котором начиналось движение зерновок различных культур по поверхностям с различной шероховатостью, производились с такими культурами: пшеница, овёс, горох, овсюг. Пластины, по которым двигались культуры – стальная, алюминиевая, медная, деревянная. Опыты проводились в трёхкратной последовательности, по скорости движения зерновки по рабочей поверхности звукового сканера определялся оптимальный угол наклона поверхности для каждой культуры. При проведении опытов производились звукозаписи в программе «Grain Sound Scan» [4], так же были определены значения амплитуд колебания зерновок различных культур. Углы, при которых начинали движения зерна, приведены в таблице 4.
Таблица 4
Экспериментальные данные углов наклона поверхностей
|
№ п/п |
Культура |
Значение угла наклона, град/значение амплитуды колебания зерновки, дБ. Стальная пластина |
Значение угла наклона/ значение амплитуды колебания зерновки, дБ. Медная пластина |
Значение угла наклона/значение амплитуды колебания зерновки, дБ. Алюминиевая пластина |
Значение угла наклона/значение амплитуды колебания зерновки, дБ. Деревянная пластина |
|
1 |
Горох |
21/45,01 |
23,5/42,81 |
22/43,99 |
25/24,3 |
|
2 |
Овёс |
24,5/42,8 |
26/34,23 |
27,8/39,78 |
33/18,3 |
|
3 |
Пшеница вл.15,2% |
28/40,36 |
28,5/30,5 |
28,3/36,08 |
32/12,37 |
|
4 |
Пшеница вл.23% |
26/40,9 |
25,5/32,84 |
27/44,21 |
29/15,8 |
|
5 |
Пшеница вл.27% |
30/41,08 |
32/35,69 |
31,6/47,55 |
35/17,53 |
|
6 |
Овсюг |
35/24,31 |
35,8/21,5 |
38/22,29 |
45/18,72 |
Полученные данные позволили сформулировать вывод о том, что шероховатость различных поверхностей разная, и, вследствие этого угол естественного откоса и угол, при котором зерно различных культур начинает движение по рабочим поверхностям разные, что позволит устанавливать оптимальный угол наклона рабочей поверхности устройства «звуковой сканер», который используется в процессе определения параметров зерна, поступающего на послеуборочную обработку.
Литература:
1. Н.Н. Бухгольц «Основной курс теоретической механики» часть 1.
2. ГОСТ 2789-73 СТ СЭВ 638-77 Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики, обозначения, приложение 2.
3. Юкиш А.Е., Ильина О.А. Техника и технология хранения зерна [текст] – М.: ДеЛи, 2009. – 717 с. - ISBN: 978-5-94343-180-7.
4. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ RU№2014614300 от 22.04.2014 «Grain Sound Scan».
