CC BY
26
© А.Я. Тишков, Л.И. Гендлина, С.Я. Левенсон, Ю.И. Еременко, 2004
УДК 621.33
А.Я. Тишков, Л.И. Гендлина, С.Я. Левенсон, Ю.И. Еременко
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИОННОГО ВЫПУСКА СЛЕЖИВАЮЩИХСЯ МАТЕРИАЛОВ ИЗ АККУМУЛИРУЮЩИХ ЕМКОСТЕЙ
Семинар № 16
Грудно найти такую отрасль промышленности, где бы отсутствовало складирование сыпучей массы в различных емкостях. Однако последующий выпуск материала в средства доставки часто осложняется тем, что он слеживается, а в зоне выпускного отверстия образуются своды.
Проблема выпуска слежавшегося и зависшего материала не нова и существует столько же, сколько и сам выпуск, не потеряла она своей актуальности и в настоящее время. Один из способов решения этой задачи - использование вибротехники.
Традиционно конструктивная схема вибрационной машины включает в себя жесткий грузонесущий орган, совершающий возвратнопоступательное движение, амортизационную систему, тяжелое основание, что и определяет большую металло- и энергоемкость этих машин, значительную трудоемкость монтажнодемонтажных работ, малую эффективность при выпуске материалов, склонных к слеживанию.
Принципиально новые вибрационные машины, названные вибромашинами с упругим грузонесущим органом или вибролентами, созданы в ИГД СО РАН. В них отсутствует как амортизационная система, так и жесткий рабочий орган, отпадает необходимость и в мощных фундаментах. Основное отличие этих машин от существующих заключается в том, что перемещение материала осуществляется рабочим органом, в качестве которого используется упругий металлический лист, совершающий волновые колебания [1]. Машины с волновыми колебаниями имеют большие возможности для реализации различных режимов транспортирования, чем вибромашины, выполненные по традиционной схеме. Существенные особенности вибрационной машины с упругим грузонесущим органом, как колебательной системы, вызвали необходимость исследования динами-
ки этих машин при их взаимодействии с сыпучим материалом.
Методом физического моделирования были проведены эксперименты, связанные с выпуском сыпучего материала из бункера вибропитателем с упругим рабочим органом. В процессе исследований определялось влияние различных режимов возбуждения (симметричного гармонического и полигармонического, асимметричного ударного и безударного при генерировании направленных колебаний) на интенсивность выпуска. В качестве исследуемых материалов использовались песок, свинцовоцинковая руда и глина, изменялась их влажность. Установлено, что использование асимметричных ударных режимов увеличивает производительность выпуска сухих материалов, содержащих частицы средней крупности. При выпуске влажных и мелкодисперсных материалов ударные нагрузки играют отрицательную роль - сыпучая масса уплотняется и налипает на поверхность рабочего органа, в зоне выпуска образуется свод из зависшего материала, выпустить который удается только после предварительного разрушения свода. Аналогичная картина наблюдается и при гармонических колебаниях рабочего органа, частота которых превышает 20 Гц. Эксперимент показал, что наиболее благоприятный для выпуска подобных материалов частотный режим 8-12 Гц, уплотнения сыпучей массы в этом случае не наблюдается, но полностью избежать сводообразования не удается. Это значит, что для достижения поставленной цели недостаточно только изменения режимов колебаний рабочего органа.
Для создания благоприятных условий выпуска материалов, склонных к слеживанию, и расширения зоны течения сыпучей массы в ИГД СО РАН предложен ряд конструктивных решений, позволяющих без увеличения энерго-
затрат и с незначительным усложнением конструкции достичь поставленной цели [2, 3]. Один из вариантов - принципиально новая конструкция выпускного устройства (питателя) с использованием в качестве рабочего органа тонкого металлического листа, который в подвешенном состоянии закреплен по торцам. При приложении вынуждающей силы кроме упругих колебаний рабочего органа возникает также сдвиг его относительно перемещаемого материала. Появляющиеся при этом касательные напряжения разрушают контакт между грузонесущим органом и материалом, разрыхляя последний, в результате нарушаются условия равновесия, что приводит к обрушению зависшего материала. Выпуск с использованием новой идеи изучался экспериментально на стенде (рис. 1), представляющем собой бункер 1 емкостью 0,62 м3. Перемещение материала осуществлялось устройством, рабочий орган которого - тонкая металлическая полоса 2 размером 1,8 х 0,4 х
0,0005 м, жестко закрепленная по торцам. На разгрузочном участке рабочего органа снизу был установлен вибровозбудитель 3, вынуждающая сила которого регулировалась изменением статического момента. С помощью устройства 4 менялось натяжение полосы, величина которого влияет не только на угол наклона рабочего органа, но и на режим его колебаний, так как частоты и формы свободных колебаний существенно зависят от силы натяжения.
При исследовании использовался сухой и влажный песок, имеющий большую склонность к слеживанию и зависанию.
Эксперименты показали, что при использовании для выпуска вышеописанного устройства в сравнении с обычными вибролентами существенно изменяется картина истечения сыпучей массы. Причем, это касалось только влажного материала. Выпуск сухого песка осуществлялся без зависаний равномерным
потоком до полного освобождения бункера. При выпуске из бункера влажного песка сначала наблюдалось четкое трубообразование, однако он очень быстро зависал, образуя свод 1 (рис. 2), далее начиналось движение материала вдоль рабочего органа из-под зависшей сыпучей массы, одновременно с этим образовывалась полость 2. Увеличение размеров полости осуществлялось до момента потери устойчивости свода 1. Дальше происходило обрушение зависшего материала, и процесс продолжался, при этом фигура выпуска принимала форму параболоида, ветвь которого выполаживалась до полного освобождения бункера.
В процессе выпуска не было замечено уплотнения сыпучей массы и налипания ее на рабочий орган питателя. В зоне выпускного окна осуществлялось равномерное движение материала, скорость движения, а значит и производительность процесса, при прочих равных условиях зависела от величины вынуждающей силы (рис. 3).
На рис.4 показано изменение времени полного опорожнения бункера в зависимости от вынуждающей силы вибровозбудителя. Как следует из приведенной кривой, ее начальный участок характеризуется резким уменьшением времени освобождения бункера при незначительном увеличении силы. В дальнейшем это уменьшение с ростом силы приобретает плавный характер. Отсюда можно сделать вывод, что при правильном выборе величины вынуждающей силы реализуется возможность не только полностью выпустить слежавшийся материал из аккумулирующей емкости, но и сделать это с минимальными энергозатратами, хотя и с меньшей производительностью. Заметим, что увеличение вынуждающей силы вызывает рост амплитуды изгибных колебаний рабочего органа особенно на разгрузочном участке и дополнительное нагружение его подвесок. Эти факторы оказывают отрицательное влияние на надежность и долговечность конструкции и должны учитываться при проектных расчетах.
Рис. 1
Зависимость производительности выпуска от вынуждающей силы
вынуждающая сила, Н
Рис. 3
Необходимо отметить, что, как правило, аккумулирующие емкости с торцевым выпуском обслуживаются цикличным транспортом, и их сменная эксплуатационная производительность зависит от скорости погрузки перерабатываемого материала только на 10-30 %. В этом случае стремление достичь наибольшей производительности вибропитателя на операции выпуска не актуально: важнее обеспечить стабильный выпуск материала и полное использование объема накопительной емкости -факторов, определяющих ритмичность работы всей технологической цепи.
Таким образом, результаты выполненных исследований приводят к заключению:
1. Вибромашины с упругим рабочим органом при низкочастотных режимах колебаний могут эффективно выпускать липкие и склонные к слеживанию материалы из различных емкостей, значительно уменьшая при этом количество зависаний.
Зависимость времени выпуска от вынуждающей силы
X
3
г
я
О
>
с
2
т
к
г
ф
а
т
305 380 455 530 605 680 вынуждающая сила, Н
Рис. 4
2. Новая конструкция выпускного устройства позволяет с минимальными энергозатратами осуществлять полное опорожнение накопительной емкости от слежавшейся сыпучей массы без зависаний и налипаний материала на рабочий орган.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тишков А.Я., Гендлина Л.И., Левенсон С.Я., Еременко Ю.И. Новый принцип создания вибрационных машин для погрузочно-разгрузочных работ в строительных технологиях// Изв. Вузов. Строительство.- 1996.- № 8.
2. Тишков А.Я., Еременко Ю.И, Гендлина Л.И. О
вибрационном выпуске сыпучих материалов//ФТПРПИ.-1994.- № 2.
3. Тишков А.Я., Гендлина Л.И., Еременко Ю.И., Левенсон С.Я. Вибрационное воздействие на сыпучую среду при выпуске ее из емкости //ФТПРПИ.- 2000.- № 1.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------
Тишков Анатолий Яковлевич - доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией, Гендлина ЛюдмилаИвановна - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, Левенсон Самуил Яковлевич - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, Еременко Юрий Иванович — научный сотрудник,
Институт горного дела СО РАН, Новосибирск.
