CC BY
22
УДК 621.867.133
© Р.Р. Радимов, 2012
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ НАСЫПНОГО ГРУЗА В СКРЕБКОВОМ ТРУБЧАТОМ КОНВЕЙЕРЕ
Описан экспериментальный стенд, использованный для проверки некоторых теоретических положений, а также для определения форм тел волочения и различных сил сопротивления движению, возникающих при волочении на различных участках трассы и пр. Приведены экспериментально полученные зависимости и дана их оценка.
Ключевые слова: трубчатый скребковый конвейер, мелкозернистая глина, зернистые горные породы.
Задачи экспериментальных исследований по перемещению сыпучего груза в трубчатом скребковом конвейере на лабораторной установке конвейера, исходя из результатов теоретических исследований, приведенных в работах [1] и [2], состояли в следующем:
• определить форму тела волочения и форму составляющих его зон различного напряженного состояния сыпучего груза в рабочей части трубы конвейера; измерить сопротивление перемещению тела волочения в зависимости от угла наклона трубы конвейера;
• определить форму тела волочения и его составляющих в загрузочной воронке трубчатого скребкового конвейера; измерить сопротивление перемещению тела волочения в загрузочной воронке;
• изучить особенности движения сыпучего груза в зазорах между скребками и трубой конвейера на вертикальном участке; измерить сопротивления в зазорах при вертикальном перемещении рабочего органа конвейера.
В соответствии с поставленными задачами, разработан и изготовлен лабораторный стенд из прозрачного материала с регулируемым расстоянием между скребками, длиной загрузочной воронки с определенным углом наклона трубы (путем наклона основания стенда).
Стенд состоит из прозрачной трубы 1 (рис 1, а), прозрачной загрузочной воронки 2 и рабочего органа 3. Задняя стенка загрузочной воронки 4 выполнена подвижной, с целью регулирования длины загрузочной воронки. Поэтому в нерабочей части загрузочной воронкой труба 1 разрезана вдоль своей оси несколько выше центра сечения трубы и верхняя часть трубы 5 выполнена подвижной (надвижная часть трубы). При определенном положении задней стенки воронки надвижная часть трубы фиксируется относительно её неподвижной части хомутом 6. Хомуты 6 фиксируют установку в целом относительно основания в стенда 11 — винты хомутов ввинчены в деревянное основание стенда. Задняя стенка воронки зажимается между ее боковыми стенками с помощью струбцины.
Для увеличения высоты слоя груза в воронке сверху на неё устанавливается короб.
- -----№ —+ —1
- —И 1—т —1 J
А-А
а
б
в
Рис. 1. Общий вид лабораторного стенда (а), узла сопряжения подвижной стенки и надвижной трубы с разгрузочной воронкой (б) и рабочего органа (в):
1 — труба; 2 — загрузочная воронка; 3 — рабочий орган; 4 — подвижная задняя стенка загрузочной воронки; 5 — надвижная труба; 6 — хомуты; 7 — ось тягового органа; 8 — капроновый диск; 9 — стальная чашка; 10 — резиновая упорная шайба; 11 — основание стенда
На рис 1, б показано сопряжение подвижной стенки загрузочной воронки с надвижной частью трубы и нижней частью воронки (трубы) изнутри воронки.
На рис. 1, в показан рабочий орган лабораторной установки, состоящей из оси (алюминиевая трубка) 7 и скребков. Скребок состоит из капронового диска, стальной чашки 9 (жесть толщиной 0,08 мм), придающей капроновому диску жесткость при давлении на него груза, и упорной резиновой шайбы 10, одетой с натягом на ось и фиксирующей положения скребка на оси.
Техническая характеристика стенда приведена в табл. 1.
В качестве транспортируемого материала использовалась сухая мелкозернистая глина определенного гранулометрического состава, соответствующая по своим свойствам достаточно большой группе зернистых горных пород. Характеристика транспортируемого груза дана в табл. 2.
Сопротивление движению тела волочения в трубе и загрузочной воронке установки измерялось пружинным динамометром МАТЭ-1 с ценой деления 0,1 Н, предельным усилием 20 Н. Степень заполнения трубы грузом определялась по фактическому весу груза и весу его при полном заполнении трубы на лабораторных электронных весах типа ЕН400. Для измерения сопротивления в зазорах между скребками и трубой при вертикальном положении трубы использовались специальные скребки в виде металлических дисков толщиной 5 мм и диаметром 52 мм (зазор составлял по радиусу 4 мм).
Форма тела волочения в трубе и загрузочной воронке лабораторного стенда определялась визуально и очерчивалась маркером на прозрачных стенках этих устройств. Границы составляющих тела волочения (призм волочения), в которых напряженное состояния груза различно, определялись по наблюдаемой через прозрачные стенки различной ориентации частиц груза в этих зонах. Для более точного определения зон различной ориентации частиц груза оси рабочего органа сообщалась вибрация в продольном направлении. Границы призм волочения также очерчивались на стенках трубы и загрузочной воронки маркером.
Характеристики физико-механических свойств транспортируемого материала оценивалась общепринятыми методами. Все измерения повторились пятикратно, что гарантирует ошибку не более ± 10 % при уровне значимости 0,10.
Таблица 1
Технические характеристики лабораторного стенда
№ Параметры Ед. изм. Значения параметров
1 Общая длина мм 710
2 Длина загрузочной воронки мм 180
3 Угол наклона боковых стенок загру- град. 80
зочной воронки
4 Высота загрузочной воронки с коробом мм 200
5 Длина рабочей части трубы мм 380
6 Внешний диаметр трубы мм 68
7 Внутренний диаметр трубы мм 60
8 Диаметр скребков мм 58
9 Толщина капроновых дисков скребков мм 2
10 Общая толщина скребков со стальны- мм 8
ми чашками
11 Шаг скребков мм Регулируе-
мый
12 Диаметр оси рабочего органа мм 6
13 Расстояние между опорами мм 210
14 Высота оси трубы над основание стенда мм 105
15 Материал трубы Оргстекло
16 Материал загрузочной воронки Капрон
Таблица 2
Характеристика транспортируемого груза
№ Показатели Ед. изм. Значения показателей
1 Род груза — глина сухая мелкозернистая
кг/м3 сортированная
2 Насыпная плотность 1120—1200
3 Плотность в чашке кг/м3 1560-1680
4 Форма частиц — лещиноватая
5 Размеры частиц:
наибольший диаметр мм до 5
средний диаметр мм до 4
наименьший диаметр мм до 3
6 Коэффициент трения по стали — 0,75
7 Коэффициент трения по поверхности трубы и скребков — 0,4
8 Угол внутреннего трения груза град. 45
9 Начальное сопротивление сдвигу кПа 50*
* Справочная величина.
Исследование перемещения сыпучего груза на рабочем участке трубы лабораторной установки позволило определить форму тела волочения и призм волочения, из которых оно состоит. Кроме того, благодаря очень малому весу рабочего органа, малой поверхности контакта скребков с трубой и практически отсутствующему зазору между скребками и трубой, измерялось практически в чистом виде сопротивление перемещения тел волочения перед группой скребков.
В ходе эксперимента было установлено, что полного заполнения пространства между скребками добиться при загрузке в загрузочной воронке не удается, так как при очень малом зазоре имеет место просыпание частиц груза между скребком и трубой. Для того, чтобы получить стабильную форму тела волочения между двумя скребками, пришлось «загерметизировать» толкающий груз скребок еще группой скребков, расположенных за ним. Полученная форма тела волочения и призм волочения очерчивалась маркером.
Экспериментальные исследования, выполненные при различных углах наклона трубы к горизонту и варьировании расстояния между скребками от 1 до 3 диаметров, подтвердили принятые при теоретическом исследовании в формы тела волочения и призм волочения. При этом границы между призмами волочения имеют местные зигзаги (ступеньки), обусловленные сдвигом частиц груза блоками по несколько частиц.
Экспериментальные исследования также подтвердили, что стопроцентное заполнение трубы конвейера под действием собственного веса через загрузочную воронку невозможно. Это положение теоретически обосновано в работе [2] и его экспериментальное подтверждение говорит о правильности принятых в этой работе моделей тела волочения и призм волочения, а также методику определения их параметров.
В качестве примера привели результаты измерения сопротивления перемещению тела волочения в зависимости от угла наклона трубы. Эксперименты проводились при установке пяти скребков (четыре тела волочения между ними). Для получения коэффициента сопротивления движению результат измерения затем делился на суммарный вес груза всех этих телах. В табл. 3 и на рис. 2 сопоставлены результаты экспериментальных исследо-
Рис. 2 Сопоставление теоретических и экспериментальных зависимостей коэффициента сопротивления движению от угла наклона трубы: 1 — теоретическая зависимость; 2 — экспериментальная зависимость
О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 град.
Таблица 3
Экспериментальные и теоретические значения коэффициента сопротивления движению тела волочения при ун = 0,7, / Вс = 1
Угол наклона трубы Р, град. 0 25 45 70 90
Экспериментальное значение 0,53 1,30 1,30 1,00 1,00
Теоретическое значение ' 0,576 1,207 1,363 1,203 1,0617
Расхождение в % -8,0 +8,0 -4,4 -2,0 -6,0
ваний и расчета по аналитическим зависимостям, полученным в работе [2]. При расчете по аналитическим зависимостям угол внутреннего трения груза в движении принимался равным его значению в покое, т.к. на стенде отсутствовала какая-либо вибрация, а движение груза было плавным.
Таким образом, расхождение между экспериментальными и теоретическими данными не превышает ± 8,3 %.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дмитриев В.Г., Радимов Р.Р. Определение силы сопротивления движению при трении груза о стенки трубы на прямолинейных участках скребкового трубчатого конвейера. — М.: Горная книга, 2012. — 14 с.
2. Радимов Р. Р. Расчет сопротивления движению насыпного груза в узле загрузки скребкового трубчатого конвейера. — М.: Горная книга, 2012. — 14 с.
