РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ПЕРЕВАНТАЖУВАЛЬНОГО ПАТРУБКА ГВИНТОВОГО
КОНВЕЙЄРА
2.1. Дослідження процесу переведення сипкого матеріалу гвинтовим робочим
органом в горизонтальному перевантажувальному патрубку
Під час транспортування сипких вантажів на великі відстані важливу роль
відіграє забезпечення міцності та стійкості гнучкого гвинтового робочого
органу. Збільшення його довжини призводить до значного зростання навантажень на
робочу спіраль шнека, особливо у зоні розташування привідного механізму.
З метою зменшення цих зусиль, пропонується транспортні магістралі гвинтового
конвейєра розділити на дві частини з розташуванням по середині спеціального
привідного пристрою з перевантаженням сипкого матеріалу від подаючого робочого
органу на вивантажувальний. Також для зменшення енерговитрат, які виникають у
відомих конструкціях перевантажувальних патрубків, де в зоні переведення
матеріалу завантажувальна магістраль розташовується над вивантажувальною,
рекомендується переведення матеріалу здійснювати у горизонтальній площині.
Основною перевагою такого типу перевантажувального патрубка є зменшення
крутильного навантаження на кожен робочий орган у два рази, що дозволяє
пропорційно збільшити довжину транспортування.
Основною вимогою до конструкції перевантажувального патрубка є ефективне
переведення сипкого матеріалу із подаючого шнека на приймальний без заторів,
які ускладнюють процес транспортування, збільшують необхідну потужність привода
та спричиняють пошкодження транспортованого матеріалу.
Для дослідження даного технологічного процесу створено математичну модель
процесу переведення сипкого матеріалу у патрубку та на її основі дано
рекомендації з раціонального конструювання перевантажувального патрубка.
Математичну модель створено на основі моделі транспортування потоку матеріалу
[20], де для швидкохідних гвинтових транспортерів рекомендована математична
модель параметрів транспортування сипкого матеріалу, що має вигляд:
; (2.1)
,
де - кутова швидкість обертання транспортованого матеріалу;
- крок шнека;
- крок гвинтової лінії транспортування вантажу;
- кутова швидкість обертання шнека;
- коефіцієнт тертя транспортованого матеріалу по поверхні шнека з врахуванням
капілярних явищ;
- осьова швидкість транспортування матеріалу;
- діаметр шнека.
У системі (1) прийнято, що при значення , і навпаки при значення (тобто
розрізняються ліво- та правонавиті шнеки).
Вказана математична модель придатна для швидкохідних шнеків, у яких коефіціент
швидкохідності .
Розглянемо умови транспортування та пересипання для двох різних напрямів
навивання шнека - лівої та правої. Суттєва різниця між ними у процесі
пересипання полягає у напрямку кидання сипкого вантажу при його виході з
направляючого кожуха робочого органу у перевантажувальний патрубок. Для
однозначності вважатимемо, що вхід шнека у патрубок перпендикулярний до осі
шнека і кидання вантажу здійснюється на половині відкритого витка направо при
осьовій подачі від спостерігача, як зображено на рис. 2. Для правонавитого
шнека, при обертанні проти годинникової стрілки, кидання вантажу при вході у
патрубок здійснюється знизу шнека, у випадку лівонавитого шнека кидання вантажу
здійснюється зверху.
Рис. 2.1. Розрахункова схема для визначення характеру руху сипкого матеріалу
Очевидно, що суттєва різниця між цими випадками потребує дослідження та
проведення порівняльного аналізу і вибору оптимальних параметрів.
Для двох вказаних випадків запишемо формули для визначення точки кидання та
швидкості вильоту частинки вантажу.
Для правонавитої спіралі шнека:
(2.2)
Для лівонавитої спіралі шнека (вважаємо , хоча обертання здійснюється за
годинниковою стрілкою):
(2.3)
де - координати точки відриву частинки від шнека;
- складові швидкості частинки по відповідних осях;
- радіус шнека.
Частинка здійснює рух із вказаними початковими умовами до падіння на нижню
поверхню патрубка за час , який визначається із умов вільного падіння під дією
прискорення земного тяжіння:
. (2.4)
Координати точки падіння обчислюємо за формулами:
(2.5)
Залежність координат точок падіння транспортованого вантажу на поверхню
патрубка від зміни різних параметрів робочих органів досліджено за допомогою
програми, складеної на мові Delphi із графічним відображенням отриманих
результатів.
Результати аналізу наведені у вигляді графічних залежностей, які зображені на
рис. 2.2 – 2.8.
По осі ординат представлена шкала, яка є однаковою для координат точки відриву
матеріалу від поверхні шнека Xb; Yb, та кординат точки падіння матеріалу на
нижню поверхню патрубка Xp; Zp, а також часу перебування частинки матеріалу від
моменту відриву до взаємодії з нижньою поверхнею корпуса патрубка t.
На рисунку 2.2 – 2.5 по осі абсцис вказано кут j, який вимірюється від
вертикалі, що проходить через вісь обертання шнека до лінії, яка з’єднує точку
відриву матеріалу з поверхнею шнека і його центром.
Як видно із аналізу графічних залежностей (рис.2.2 - рис.2.5), у випадку
лівонавитого шнека частинки транспортованого матеріалу викидаються на відстань
більшу 40 – 60мм (параметр ), що забезпечує їх потрапляння на приймальний
(вивантажувальний) шнек без створення заторів. Додатне значення величини
показує, що повздовжній напрямок польоту частинки матеріалу відбувається у
напрямку транспортування матеріалу, тому доцільним є взаємне осьове зміщення
подаючого та приймального робочого органу на в