CC BY
8УДК 666. 9: 6911: 691.316
АНАЛИЗ ИЗНОСА ДЕТАЛЕЙ И ПОКАЗАТЕЛЯ КАЧЕСТВА ЗАПОРНОГО КЛАПАНА
ПНЕВМОТРАНСПОРТНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Морозов А. Д., Чередниченко И. А., Дембовский В.И.
ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского»,
Академия строительства и архитектуры (структурное подразделение),
Адрес: г. Симферополь, ул. Киевская, 181.
Аннотация. Приводятся аналитический анализ износа деталей запорного клапана пневмотраспортирующих установок для транспортирования сыпучих строительных грузов.
Ключевые слова: воздух, эффективность, износ, скорость входа, частица, шнеконапорный механизм.
Введение
Пылегазовые среды широко применяются в рабочих зонах многочисленных аппаратов и установок, в сельском хозяйстве, энергетике, промышленности строительных материалов, цветной и чёрной металлургии и в других отраслях народного хозяйства, что приводит к необходимости исследования характеристик контакта при соударении частиц с элементами проточных частей машин, а также проанализировать износ деталей, в том числе и шнеконапорного механизма, а также пневмотранспортных установок (ПУ), запорного клапана на входе в смесительную камеру.
Анализ публикаций
Кинематические параметры удара абразивных частиц исследовались в работах [1 - 3]. В них отображено экспериментальное изучение абразивного действия частиц, причём сведения об эрозионном воздействии накапливались с учётом изменения угла атаки (угла открытия клапана), скорости и силы соударения, крупности частиц, их материала, состава абразивности и других параметров. Однако экспериментальные исследования движения твёрдых абразивных частиц груза траспортируемого высокоскоростным потоком и их соударения с наклонной преградой, применительно к клапанам пневмотранспортных установок (ПУ) для работы с пылевидными структурными грузами не проводились.
Поэтому целью статьи является опубликование результатов исследований не проводившихся в АСиА ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского» по работе ПУ с пылевидными строительными грузами.
В результате проведённых нами исследований, изложенных в работе [3], установлены причины и характер износа деталей шнеконапорного механизма (ШМ). Анализ износа деталей клапана, закрывающего вход в смесительную камеру до сих пор не был опубликован.
Рассмотрим соударение твёрдых сферических частиц с упругопластической тарелкой
клапана. Будем считать, что все определяющие уравнения статики упругопластичности
справедливы и для удара [1 - 3]. Такое положение начинает все более широко использоваться в динамических расчётах.
Центр системы координат ХОУ совместим с центром масс частицы в момент касания клапана. Считаем задачу плоской, совместив ХОУ с плоскостью, в которой находятся вектора У0 и п (рис. 1).
При таких допущениях приходим к следующим общим дифференциальным уравнениям движения частиц материала: проекции на координатные оси:
мкФ^ = Р ,
йа
шУ%
IV,
ОУу
у йа йа
=Т,
-м,
I = 5 шЯ2
(1)
(2)
(3)
(4)
При В - внедрении частиц, характерном при столкновении потока груза с преградой, т. е. с тарелкой запорного клапана при давлении Р.
Ркр - нагрузка начала упругопластической фазы деформирования:
Р.
кр
В
Б ;
(5)
9
д
- нормированное внедрение
кр
(степень внедрения); Р
8= ■
- степень нагружения;
кр
Н - предельная твёрдость; Б = 2Я - диаметр частицы; М = ТЯ - момент силы трения;
Уу
Рис. 1. Принципиальная схема соударения твёрдой сферической частицы транспортируемого груза с открытым клапаном под углом К
1 - цилиндр; 2 - броневая гильза; 3 - шнек; 4 - тарелка клапана; 5 - уплотнительное кольцо; 6 - ось рычага клапана; 7 - опорное кольцо клапана; 8 - смесительная камера; 9 - транспортный трубопровод.
Согласно характеру эпюры движения материала в шнеконапорном механизме (ШМ) [ 1 ] , скорость изнашивания клапана и нижней части опорного кольца клапана можно выразить следующей зависимостью:
и = (6)
где: т = 0,5 - 3, п = 1 для большинства пар трения, к - коэффициент износа, характеризующий условия изнашивания, абразивность груза и прочностные характеристики уплотнительного и опорного колец клапана [ 3 ].
и = к1 • Ухп • К1 - для тарелки клапана;(7)
и = К2 • Р™р • • К2 - для опорного кольца; (8)
Для абразивного износа зависимость скорости изнашивания от давления носит линейный характер, поэтому далее можно определить давление [ 3 ].
Заключение
В целом область работоспособности ПУ определяется технологическими значениями износа деталей ПУ допуском на эти значения. Путь для данного случая выполняется условие:
рг + (9)
\иТ - Д>и у '
где: ит - значения износа, определённое технологическими требованиями для данного ПУ;
Д - допуск на величину вектора вибрации
(ВВ).
Тогда область работоспособности будет соответствовать области состояний выходного параметра. В общем случае область состояний должна находиться внутри области работоспособности. Наибольшее значение величины и определяется классом ПУ, назначение и обосновывается экономическими расчётами, учитывающими стоимость изготовления деталей ПУ.
Применяя методы оптимизации, устанавливают значения и опт и и ] опт для данного класса ПУ. Оценку работоспособности ПУ через Т >и при допущении стационарности вибрационного процесса необходимо рассчитывать с учётом тренда Дт , вызванного температурными деформациями шнекового узла. Для термосимметричного двигателя и <р = 0 (установившийся расчётный режим работы ПУ), этот тренд можно представить как:
Дт=пуТ^БаЦ/пШ^ (10)
где: п - частота вращения шнека; Т - время работы ПУ;
- вектор силовой нагрузки (ВВ); Шп и - натяг в передней и задней подшипниковых опорах двигателя;
у, ¡л, а,р,у - весовые коэффициенты, определяемые для данной ПУ экспериментальным способом.
Определённые таким образом области работоспособности в различных системах измерения позволяют оценить качество как отдельных узлов ПУ после сборки ( х}, у}, -шнековый узел), так и всю ПУ в целом ( х2, у2г 12 ). Показатели качества определяются сравнением области работоспособности (область допустимых значений износа деталей ПУ) с областью состояний (область, в которой с заданной вероятностью находятся значения износа).
Экспериментальные исследования по определению доминирующих факторов, влияющих на его значения, были проведены на серийных пневмовинтовых подъёмниках ТА -15, ТА -19 и ТА -21, а также пневмонасосах ТА -14 А. В качестве входных воздействий были взяты реальные предельные состояния, возникающие в шнековом узле, его приводе и деталях клапана.
Установлено, что предельное состояние ПУ зависит главным образом от выбора геометрии шнека, конструкции КПУ и качества их изготовления, скорости вращения шнека, абразивности транспортируемого груза и износостойкости деталей. Однако пока ещё не установлены показатели и количественные критерии КПУ, позволяющие на стадии проектирования определить более эффективное конструктивное решение. В качестве обобщённого критерия качества КПУ, увязывающего его параметры вибростойкости с жёсткостью, прочностью, точностью и износостойкостью может быть принят обобщённый показатель качества:
К
= /Кк
¿=1
Таким образом, математическую модель оптимизации КПУ при рассмотрении ш различных конструкций, каждая из которых характеризуется п показателями, можно представить в виде матрицы ситуаций размера шп.
Считая единичные показатели в равной мере важными, принимаем условие, что все аг =1.
В этом случае комплексный показатель качества для каждой конструкции КПУ принимает следующий вид:
+К +К
К - Кс +Кн +КЖ +Ко +Кр
(12)
где: К1 - единичный показатель качества; а^ - коэффициент весомости / -го единичного показателя качества;
п - число единичного показателя
качества;
К1э - эталонное значение показателя (предельно допустимое).
где: Кс - коэффициент, определяющий силовые характеристики крепёжно-приводного устройства;
Кн - коэффициент прочности, определяющий напряжение в слабом звене КПУ;
Кж - коэффициент, характеризующий жёсткость закрепления деталей в КПУ, т.е. жёсткость системы «двигатель-моторная втулка-шнек»;
Ко - коэффициент осевой точности
КПУ;
Кр - коэффициент радиальной точности КПУ, определяющий радиальное биение зажатого вращающего шнека;
Ки -коэффициент износостойкости, учитывающий износ посадочных конусов моторной втулки и шнека;
Кв - коэффициент вибростойкости
КПУ шнека.
Список литературы
1. Морозов А.Д., Рутенко В.С., Чередниченко И.А. Строительная техника с примерами и задачами: учеб. Пособие. Симферополь: НАПКС, 2013г. 290с.
2. Баладинский В.Л., Морозов А.Д., Чередниченко И. А. Транспорт и пути сообщения: учеб. пособие изд. 2-е доп.: Симферополь; Изд-во РИО НАПКС, 2005. 318с.
3. Морозов А. Д., Чередниченко И. А. Повышение эффективности и экологической безопасности разгрузочно- транспортного пневмооборудования для строительной индустрии: науч. Издание. Симферополь: НАПКС, 2012. 287с.
Morozov A.D., Cherednichenko I.A., Dembovskiy V.I.
ANALYSIS OF WEAR PARTS AND QUALITY SCORE VALVE PNEUMATIC SHUT-OFF
SYSTEM
Summary. Provides analytical analysis of wear parts shut-off valve pneumatic conveying installations for transportation of loose construction materials.
Keywords. air, efficiency, wear, speed log, particle, rotary mechanism
