CC BY
30
Конструкция бесприводного ресурсосберегающего загрузочно-распределительного устройства для компонентов комбикорма
А.В. Варламов, к.т.н,
Н.Н. Мазько, ст. преподаватель, Самарский ГУПС; А.А. Аверкиев, д.с.-х.н, профессор, Оренбургский ГАУ
На современных комбикормовых предприятиях и в кормоцехах все основные технологические линии приготовления комбикормов должны быть полностью механизированы. Однако технологический процесс таких предприятий не является ещё единым замкнутым комплексом с законченной системой машин и оборудования, в нём имеется ряд разрывов, разобщающих отдельные линии слабомеханизированными звеньями, для соединения которых затрачивается достаточно много ручного физического труда [1].
Загрузка сыпучих материалов в ёмкость оказывает прямое воздействие на процессы хранения и выгрузки, а нарушение бесперебойной работы отпускных устройств хранилища увеличивает время простоя транспортных средств под грузовыми операциями, снижает качество конечного продукта
и в конечном счёте снижает экономическую эффективность технологического процесса [2].
В настоящее время загрузка ёмкостей компонентами комбикорма осуществляется в основном без применения загрузочных устройств, что приводит к уплотнению сыпучей массы в нижних слоях загружаемой ёмкости и появлению сегрегации материала.
Предлагается улучшить показатели загрузки зерновых материалов и продуктов помола в ёмкости путём применения бесприводного (ресурсосберегающего) вспомогательного загрузочно-распределительного устройства. Конструкция данного устройства должна сочетать в себе высокую надёжность, оптимальные габариты, низкое энергопотребление или его отсутствие, сохранность частиц сыпучего материала, высокую степень равномерности их укладки и отсутствие сегрегации.
Данные критерии реализуются в конструктивной схеме загрузочно-распределительного устройства, приведённой на рисунке 1.
Устройство работает следующим образом. Сыпучая масса поступает из отпускного бункера по гофрированному трубопроводу 1. Попадая в цилиндр 2, она устремляется к лопастям 7, имеющим винтовой профиль, и своей массой давит на них. Лопасти 7 приводятся в движение поступающим сверху потоком сыпучего материала. В свою очередь, сыпучий поток своей массой опускает цилиндр 5 вниз до упора крепёжного устройства 8 в конус 10. При этом наблюдается размещение лопастей 9 по плоскости конуса. Вращение лопастей 7 приводит в движение лопасти 9. Таким образом, когда сыпучая масса прошла сквозь лопасти 7 и привела их во вращение, приходят в движение лопасти 9, разбрасывая сыпучую массу по периметру ёмкости [3].
При выполнении теоретических исследований обосновываются следующие конструктивные параметры загрузочно-распределительного устройства:
— форма лопасти;
— угол атаки лопасти;
— угол основания лопасти;
— длина лопасти и угол наклона лопасти.
Целью оптимизации параметров рабочего органа
загрузочно-распределительного устройства является равномерная загрузка материалом максимального объёма заполняемой ёмкости. Поверхность зоны засыпки материалом ёмкости имеет форму круга с центром в точке, образованной от оси вращения загрузочно-распределительного устройства. Радиус разброса г равен сумме длины лопасти и расстояния свободного полёта частиц груза, упавшего с крайней части лопасти. Форма лопасти должна быть такой, чтобы с каждой части лопасти пада-
Рис. 1 - Конструктивная схема загрузочно-распределительного устройства:
I - гофрированный рукав отпускного устройства; 2 - цилиндр; 3, 8 - крепёжное устройство; 4 - стержень; 5 - цилиндр; 6 - пружина; 7 - лопасти; 9 - подвижные лопасти; 10 - конус;
II - люк загружаемой ёмкости
ло такое количество материала, масса которого равномерно заполняла бы площадь поверхности круга охвата. С увеличением расстояния от центра вращения лопасти или с увеличением длины лопасти количество сходящего с неё груза должно увеличиваться по зависимости S = кг2. Подача материала на лопасть происходит от потока из рукава равномерно на каждый выделенный элементарный сектор с углом ф. И с каждого такого сектора груз, двигаясь по плоскости лопасти, попадает в определённое место схода на расстоянии г от оси вращения. Отсюда, приравняв величину сектора и площадь засыпки, охватываемой этой лопастью, получим уравнение формы лопасти, обеспечивающее необходимые условия равномерности засыпки: ф = кг2. Данное уравнение, записанное в полярных координатах, удобнее записать как зависимость г от ф в следующем виде:
г (ф) = ^1 ф / п.
(1)
Таким образом, лопасть имеет вид геометрической фигуры, образованной степенной спиралью, ограниченной линией радиуса г, а её форма будет зависеть от угла ф. Поэтому, регулируя эти величины, мы можем изменять форму лопасти в зависимости от конкретных условий, сохраняя при этом условие равномерного распределения.
Распределение материала происходит наиболее качественно при работе данного устройства, если лопасти будут постоянно и равномерно вращаться вокруг собственной оси с угловой скоростью ю. Это возможно в случае возникновения крутящего момента, действующего на лопасти. Такой момент можно создать потоком движущегося по лопасти
материала, если плоскость лопасти отклонить от горизонтального положения на угол а. Для того чтобы материал равномерно распределялся по плоскости лопасти и была исключена его остановка или препятствие движению, необходимо плоскость, в которой находится лопасть, отклонить на угол Р относительно оси Оу. Схема размещения рабочего органа в координатных осях представлена на рисунке 2.
M > M Нм
conp ' '
M =
tga (1 - f )pgvH Rn
2 cos ß(l + f)
b+ b2
Л1.5
3,063
V-b2 ^
-0,477| b ■ b22-П |-
-0,56■ b23 l^-l -2,041-b13
(3)
4,5
-1,067-0 + 2,552-^ b2 b2
Нм,
Заменив в уравнении (3) М на Мсопр, можно найти угол а (угол атаки лопасти), необходимый для вращения лопастей устройства.
В этой формуле угол ф имеет значение у.
Из выражения (3) видно, что крутящий момент, возникающий в результате движения материала по лопасти, зависит от плотности материала, площади потока, подаваемого на лопасть, угла наклона лопасти, угла атаки лопасти, а также от радиуса, формы и размеров лопасти.
Оптимальная длина рабочего органа (1л) и угол его наклона (ß) в значительной степени влияют на эффективность работы загрузочно-распределительного устройства. Оптимальное распределение груза по лопасти и, соответственно, равномерная загрузка необходимой площади будет обеспечиваться при равномерном движении его по поверхности рабочего органа, т.е. начальная скорость движения груза по лопасти vH должна быть равна конечной скорости движения груза vK до момента его падения с лопасти. Также угол должен принимать наименьшее значение по условию минимального занятия полезного пространства ёмкости. На рисунке 3 представлена схема к расчёту длины лопасти.
tgß = f +
2 2 v -v.
Рис. 2 - Схема расположения рабочего органа
При этом должно выполняться следующее условие:
2 ga
-, град.
(4)
(2)
где Mconp — момент, возникающий от сопротивления движению лопасти, Нм.
где a = 1л cos в.
Конечную скорость находим по формуле:
vK =V 2 gl„ cos p(/gp- f) + vl , м/с. (5) Анализируя выражения (4) и (5), можно сделать вывод, что при vK = vH — Р = Р0= arctgf. Для ускоренного движения (vK > v„) должно выполняться условие Р > Р0, т.е. угол наклона лопасти должен быть больше угла трения груза о материал устройства.
Исходя из вышеизложенного длина рабочего органа после некоторых преобразований находится по следующей формуле:
где \ = vH sin2 в ;
Ь2 = 2 g cos в(в- f); f — коэффициент внешнего трения; р — плотность материала, кг/м3; vH — скорость движения материала перед попаданием на лопасть, м/с; Rn — радиус сектора (равен половине диаметра потока), м;
g — ускорение свободного падения, м/с2.
Рис. 3 - Схема к расчёту длины лопасти
1л = -Rr + ^(л/2gH + v2sin3в-Vsin2в), м> (6)
cos в g ' ' v '
где R — радиус необходимой площади засыпки, м;
v — скорость движения материала в потоке, м/с;
H — высота падения груза с лопасти, м.
Таким образом, необходимый угол наклона рабочего органа загрузочного устройства определяется как Р = arctgf, и при f =0,35 для зерновых грузов равен 19,3°. При загрузке мобильной ёмкости с размерами R = 1,5 м, H =3 м, при угле Р = 19,3°, скорости потока v = 0,5 м/с длина лопасти (1л) примет значение, равное 1,71 м.
Применение оригинальной конструкции бесприводного энергосберегающего загрузочно-рас-пределительного устройства для компонентов комбикорма приводит к увеличению полезного объёма ёмкости, равномерности укладки материала и уменьшению сегрегации.
Литература
1. Варгунин В.И., Горюшинский В.С., Варламов А.В. и др. Теория и практика применения щелевых бункеров на железнодорожном транспорте и в агропромышленном комплексе: монография. Самара: СНЦ РАН, СамГУПС, 2007. 107 с.
2. Горюшинский И.В., Кононов И.И., Денисов В.В. и др. Ёмкости для сыпучих грузов в транспортно-грузовых системах: учеб. пос. для вузов. Самара: СамГУПС, 2003. 232 с.
3. Свидетельство РФ на полезную модель № 113515 RU, МПК В 65 G 65/32, В 65 D 88/54. Устройство для загрузки сыпучих материалов в бункер / А.В. Варламов, Н.Н. Мазько, И.В. Горюшинский. Заявлено 09.11.2009. Опубл. 10.06.2011. Бюл. № 30. 8 с.: ил.
