CC BY
32
УДК 622. 232 П.А. Яконовский
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ РОТОРНО-ЛОПАСТНОГО ЩЕТОЧНОГО МЕТАТЕЛЯ ДЛЯ РАЗБРАСЫВАНИЯ ТОРФА И НЕФТЕПОГЛОЩАЮЩЕГО СОРБЕНТА
Семинар № 21
В связи с ухудшающейся экологической обстановкой в больших промышленных центрах страны, многие предприятия, особенно горнодобывающие, стремятся использовать ресурсосберегающие и экологически чистые технологии добычи полезных ископаемых. Особенно это характерно для нефтедобывающей отрасли.
Для борьбы с нефтяными загрязнениями поверхности можно использовать торфяной сорбент. Известно, что сыпучий торфяной сорбент может поглощать 6 кг нефти и нефтепродуктов на 1 кг сухого вещества сорбента [5].
Нефтяные разливы могут занимать большую площадь, поэтому для очистки поверхности необходимо разработать машину для разбрасывания торфяного сорбента. Аналогичный принцип действия может быть использован в конструкции машины для разбрасывания фрезерного торфа на газоны с целью благоустройства города.
В рамках федеральной целевой программы «Экономическое и социальное развитие Тверской области» администрация области направила в Тверской государственный технический университет заказ на разработку машины, применяемой в городском хозяйстве для разбрасывания торфа на газоны.
В ходе работы над проектами машин по разбрасыванию торфа и неф-
тепоглощающего сорбента возникло много проблем требующих глубокого теоретического изучения.
В частности, вопросы перемещения фрезерного торфа рабочими органами торфяных машин исследовались в работах С.Г. Солопова, М.В. Мурашова, А.В. Михайлова, Л.Н. Самсонова, В.Ф. Синицына, Ф.А. Опейко, Б.Ф. Зюзина, Н.В. Кислова, А.Н. Ёукьянчикова, В.М. Шпынева, К.В. Фомина. В настоящее время широко применяются торфяные машины со щеточными рабочими органами, такие как, ворошилки, валкователи, уборочные машины для скрепернобункерного, раздельного и шнекороторного способов уборки фрезерного и шнеко-роторного способов уборки фрезерного торфа.
Наиболее полное обобщение и систематизация накопленного опыта и изложение вопросов теории и расчета щеточных органов торфяных машин приведено в работах А.В. Михайлова.
Основными преимуществами щеточных торфяных машин по сравнению с существующими комплексами являются: высокая производитель-
ность, низкая энергоемкость работы, снижение вероятности поломки рабочих органов при встрече с инородными включениями (пень, камень) [3].
Рис. 1. Уборочная щеточная шнеко-роторная машина УШР - 1
В качестве рабочего органа в машине для разбрасывания торфа на газоны и машине по разбрасыванию нефтепоглощающего сорбента рассматривается вариант применения роторно-лопастного щеточного метателя. Данная конструкция рабочего органа использована в торфяной шнекороторной щеточной уборочной машине (рис. 1).
Шнеко-роторная машина предназначена для уборки фрезерного торфа из расстила путем сметания, роторного разгона и перемещения по баллистической траектории в штабель или через направляющий аппарат в кузов транспортного средства [4].
На сегодняшний день исследования режимов работы щеточных метателей фрезерного торфа проводились с учетом применения результатов для создания торфоуборочной техники. Вопрос использования щеточных метателей в качестве рабочего органа машин, разбрасывающих торф, сорбент не исследован.
В техническом задании на изготовление машины для разбрасывания торфа на газоны дальность отбрасывания торфа основная характеристика. Ширина полосы разбрасывания с учетом одного прохода машины должна составлять от 1 м. до 8 м. Ось штабеля должна располагаться как можно ближе к центральной оси газона (рис. 2).
Тогда минимальное и максимальное значение длины отбрасывания Ьтіп= 0,5 м. Ьтах = 4 м. Причем поперечное сечение штабеля рассчитывается исходя из равномерного распределения торфа по ширине газона слоем Н = 5 см.
Для исследования режимов работы роторно-лопастного щеточного метателя в ТГТУ была создана лабораторная установка ЛЩ-1, которая дает возможность выявить оптимальные параметры метания и рациональную конструкцию метателя в зависимости от кинематических, геометрических и упругих характеристик щеточного рабочего органа, а также физико-
1м.............8м
0.5м 4м
I тп
механических свойств торфа и сорбента.
Установка (рис. 3) состоит из ленточного конвейера над ним установлен щеточный метатель с кожухом. Метатель может изменять положение по высоте относительно ленточного конвейера. Привод щетки и ленточного конвейера осуществляется от индивидуальных электродвигателей с электронным регулированием частоты вращения.
На валу щетки установлена тензо-метрическая катушка для замера возникающего крутящего момента и расположен электромагнитный отметчик числа оборотов вала.
В метательном аппарате торф поступает на лопасти щеточного ротора, транспортируется ими по непо-
Рис. 3. Лабораторная установка ЛЩ - 1: 1 - рама; 2 -ленточный конвейер; 3 - щеточный метатель; 4 - направляющий кожух
Рис. 2. Расположение штабеля торфа на газоне
движному цилиндрическому кожуху в виде призмы волочения перед каждой лопастью с одновременным перемещением вдоль лопастей в радиальном направлении и выбрасывается из метателя под действием центробежных сил через направляющий патрубок. В первую очередь покидают лопасти метателя в тангенциальном направлении при достижении направляющего патрубка фрагменты торфа, находящиеся у поверхности кожуха, со скоростью, равной окружной скорости ротора. Затем происходит сход с лопастей более удаленных от края фрагментов торфа с абсолютной скоростью, равной геометрической сумме окружной скорости ротора ир и радиальной скорости ил, приобретенной этими фрагментами к моменту схода с лопасти (1):
» = .
>/(»р + 82) •
(1)
При работе роторно-лопастного метательного аппарата на фрагмент торфа, движущийся вдоль лопасти и одновременно вращающийся вместе с
Параметр Значение параметра
Рабочее оборудование Щетка цилиндрическая капроновая
Ширина захвата щетки, м 0,1
Частота вращения, с-1 0-14
Диаметр щетки, м 0,3-0,7
Мощность привода щетки, кВт 0,35
Скорость движения ленты, м/с 0...4,5
Ширина ленты, м 0,2
Мощность привода конвейера, кВт 0,35
Масса, кг 150
ротором, действуют сила инерции Рин, противоположная направлению движения, радиально направленная центробежная сила Рц, перпендикулярная направлению движения ко-риолисова сила Рк и силы трения торфа о лопасть, определяемые действием составляющих сил Рц и Рк, нормальных к поверхности лопасти (рис. 4).
Одним из основных геометрических параметров метательного аппарата является угол фр разгрузки ротора (2), характеризующий угол поворота лопасти и необходимой для полного схода с лопасти торфа, и является центральным углом, на который опирается выбросной направляющий патрубок. Для наименее благоприятных условий угол разгрузки ротора (рад) [2].
Рис. 4. Схема взаимодействия ротора с торфом: 1 - ступица ротора; 2 - лопасть; 3 -неподвижный кожух; 4 - выбросной патрубок; 5 - призма волочения торфа перед лопастью
(
Фг
> 0,25п
Л
1 --
1 - а!
+ arctga9
(2)
где а„ - коэффициент, учитывающий влияние трения торфа о лопасть, приближенно а„ = (1+1д5)-1 = 0,6.
Дальность отбрасывания торфа ротором является важным показателем работы машины, в ряде случаев существенно влияющим на технологичность применения машины и ее эксплуатационную производительность.
Для роторных машин с дальностью отбрасывания торфа Ьот < 25 м и 0 = 45° используют упрощенную эмпирическую зависимость (3), учитывающую
аэродинамическое воздуха [1].
сопротивление
(
L = 0.085S2
1-
0,0106!
^0,001 у
Фкн ,
(3)
где уф - плотность торфа в расстиле,
кг/м3; кн - коэффициент наполнения
= 13,5...20,0
3
кн =
ротора торфом, при ир м/с и уф = 200...500 кг/м'
0,25...0,5.
Таким образом, применение в качестве рабочего органа роторнолопастного щеточного метателя является одним из перспективных вариантов конструктивного исполнения машин по разбрасыванию торфа и сорбента.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Зайцев Е.Ф., Иванов А.И., Капустин М.И. Анализ процесса отбрасывания материала лопастными метателями с горизонтальной осью вращения. - Научн.тр./ЁПИ, 1968. № 299. С. 208-212.
2. Иванов А.H., Мишин В.А. Снегоочистители отбрасывающего действия. - М.: Машиностроение, 1981. 159 С.
3. Михайлов А.В. Анализ условий эксплуатации щеток торфяных машин/ Совершенствование процессов добычи и перера-
ботки торфа// Сб. науч. тр., Вып. 57. Л:Изд. ВНИИТП. 1986. С. 3-7.
4. Михайлов A.B. Уплотнение торфа при работе машины УШР - 1./ В сб. науч. тр.// Физические основы торфяного производства. Калинин: КГУ, 1986. С. 118-120.
5. Торфяная отрасль России на рубеже XXI века: проблемы и перспективы/ Матер. науч.-практ. конф. ученых и производственников торф. отрасли с междунар. участием. Тверь: ТГТУ, 1999. Ч. 1. 180 C. S3E
— Коротко об авторе ---------------------------------------------------------------
Яконовский П.А. - соискатель кафедры ТМО, Тверского государственного технического университета (ТГТУ), инженер-конструктор ОАО НПП «ГЕРС».
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 21 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Л.И. Кантович.
