CC BY
13
УДК 624.138.22
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЖИМА КОЛЕБАНИЙ РАБОЧЕГО ОРГАНА НА ПРОЦЕСС УПЛОТНЕНИЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА
Самуил Яковлевич Левенсон
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, зав. лабораторией вибротехники, тел. (383)205-30-30, доп. 312 , e-mail: lev@misd.nsc.ru
Людмила Ивановна Гендлина
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории вибротехники, тел. (383)205-30-30, доп. 317, e-mail: gen@misd.nsc.ru
Алексей Васильевич Морозов
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, научный сотрудник лаборатории вибротехники, тел. (383)205-30-30, доп. 168, e-mail: alex02@ngs.ru
Представлены результаты исследования процесса уплотнения сыпучего дисперсного материала вибрационным способом. Установлено влияние статического нагружения и амплитудно-частотной характеристики уплотняющего рабочего органа на плотность компакта материала.
Ключевые слова: дисперсный материал, вибровозбудитель, режим вибровоздействия, плотность компакта, амплитуда колебаний.
ASSESSMENT OF THE EFFECT OF THE ACTUATOR VIBRATION MODE ON CONSOLIDATION OF A GRANULAR MATERIAL
Samuil Ya. Levenson
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Ph. D., Head of Vibrotechnique Laboratory, tel. (383)205-30-30, extension 312, e-mail: lev@misd.ru
Lyudmila I. Gendlina
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Ph. D., Senior Researcher, Vibrotechnique Laboratory, tel. (383)230-05-05, extension 317, e-mail: gen@misd.ru
Aleksey V. Morozov
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Researcher, Vibrotechnique Laboratory, tel. (383)205-30-30, extension168, e-mail: alex02@ngs.ru
The data on investigation into consolidation of a granular dispersed material under vibration effect are presented. It is established the effect of static loading and amplitude-frequency characteristics of a tamping active member on density of a compact material.
Key words: dispersed material, vibration exciter, vibration mode, compact density, oscillation amplitude.
В настоящее время сыпучие дисперсные материалы широко используются в технологических процессах разных отраслей промышленности. Для достижения требуемых эксплуатационных показателей и характеристик они подвергаются уплотнению. Процесс уплотнения материала является ответственной операцией, качество выполнения которой влияет на долговечность и надежность всего изделия и, как следствие,
на эффективность использования вкладываемых средств, что является наиболее важным на фоне увеличения стоимости энергоресурсов, вызывающего повышение цен на все виды сырья и готовую продукцию.
Несмотря на многообразие методов и технических средств [1-2], используемых для уплотнения, получить упаковку с максимально возможной плотностью при сравнительно невысоких энергетических затратах не удаётся.
Одним из эффективных и сравнительно легко осуществимых способов уплотнения является вибрационный, но для его развития требуется более глубокое изучение процесса деформирования геоматериалов при воздействии внешних вибрационных нагрузок. В Институте горного дела СО РАН проводятся исследования, связанные с решением этой задачи. Здесь разработан способ уплотнения мелкодисперсных и порошковых материалов в замкнутом объёме, новизна которого защищена патентом РФ [3].
Одной из особенностеймелкодисперсных материалов является ярко выраженная зависимость реологических характеристик от параметров вибрации. При воздействии на материал даже незначительными вибрационными нагрузками коэффициент внутреннего трения и сцепление между частицами материала изменяются [4, 5]. Это свойство дисперсных сред позволяет при правильном выборе режимов вибрационного воздействия не только увеличить эффективность процесса уплотнения, но и снизить его энергоемкость.
Экспериментальные исследования процесса уплотнения дисперсного материала вибрационным способом выполнялись с целью оценки влияния характеристик вибровоздействия на плотность получаемого компакта.
Исследования проводились на стенде (рис. 1), включающем емкость 1 для размещения сыпучего материала и самоходное вибрационное устройство 2, которое обеспечивает деформирование сыпучих сред одновременно статическими и динамическими (вибрационными) нагрузками.
Рис. 1. Стенд для исследования процесса уплотнения дисперсного материала:
1 - емкость для размещения сыпучего материала; 2 - самоходное вибрационное устройство;
3 - каток; 4 - виброблок; 5 - вибровозбудитель
Статическое нагружение на обрабатываемый материал осуществляется катками 3, которые одновременно являются и механизмом передвижения. Динамические
нагрузки создаются виброблоком 4, а характер его колебаний - инерционным вибровозбудителем 5.
Для обеспечения стабильной работы и постоянного контакта рабочего органа виброблока с обрабатываемым материалом в процессе уплотнения используются при-грузы 6, массу которых можно изменять.
При проведении экспериментов емкость заполнялась сыпучим материалом, толщина уплотняемого слоя составляла 180 ...200 мм. Самоходное вибрационное устройство устанавливалось в емкость, и включался механизм передвижения.
Плотность полученного компакта характеризуется динамическим модулем упругости, который измерялся портативным измерителем усадки грунта НМРЬБО. Ускорение колебаний, передаваемых в уплотняемую среду, измерялось с помощью пьезо-датчика, сигнал с которого усиливался и передавался на персональный компьютер.
Используемый в экспериментах инерционный вибровозбудитель с преобразователем частоты генерирует круговую вынуждающую силу, величина которой зависит от статического момента дебалансов и частоты их вращения. Были проведены эксперименты, в процессе которых изменялся один из этих параметров при постоянном другом, результаты в виде графиков показаны на рис. 1. Зависимость 1а получена при изменении частоты в диапазоне 28 .66 Гц, зависимость 1б - 33 ... 47 Гц.
Как следует из графиков (рис. 2), плотность дисперсного материала при виброуплотнении существенно зависит от ускорения колебаний, передаваемых сыпучей среде, причем доминирующее значение имеет частота. При повышении частоты вибрационного воздействия динамический модуль упругости уплотняемого материала растет с большей скоростью (зависимости 1а, 1б), чем при увеличении вибровоздействия за счет амплитуды колебаний (зависимости 2а, 2б).
1а
1б
2б
м «
н о о
и
о
а «
03
и
20
19.5
19
1В.5
17.5
17
400
2а
800
1200
2800
3200
3600
1600 2000 2400
а
Нагрузка Р. Н
Рис. 2. Зависимость динамического модуля упругости дисперсного материала от вибрационной нагрузки: нагрузка изменяется за счет частоты: 1а - при статическом моменте шг=0,01265 кгм, 1б - при статическом моменте шг=0,0253 кгм.; нагрузка изменяется за счет статического момента: 2а - при частоте f=35 Гц,
2б - при частоте f=62 Гц
Эффективность действия вибрации на уплотняемый материал резко снижается при частоте ниже 35 Гц (кривые 1а, 2а), а ее увеличение до 45.50 Гц при прочих одинаковых условиях позволяет повысить плотность на 5.10 %.
На рис. 2 представлена зависимость динамического модуля упругости, отнесенного к виброускорению, от величины пригруза виброблока, которая изменялась от 100 до 1100 Н. Результаты показывают, что пригруз, как статическая нагрузка, не оказывает существенного влияния на плотность упаковки, а для обеспечения надежного контакта динамического уплотнителя с обрабатываемым материалом его масса должна быть не менее 40 кг. При этом он, являясь частью колебательной системы, влияет на ее динамические параметры.
1 2 3
0.1
о -I-,--,--,--,--,--,--,--,--,--,--,--,-
О 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
Пригруз виброблока, Н
Рис. 3. Зависимость относительного модуля упругости от величины пригруза виброблока 1- частота f=35 Гц, статический момент mr=0,01265 кгм; 2 - частота f=44 Гц, статический момент mr=0,046 кгм; 3 - частота f=54 Гц, статический момент
mr=0,052 кгм
Выводы
В результате выполненных экспериментальных исследований процесса уплотнения дисперсных материалов с использованием вибрационного устройства установлено, что:
- существенное влияние на плотность оказывает ускорение колебаний рабочего органа, передаваемых сыпучей среде, причем доминирующее значение имеет частота;
- масса пригрузов не оказывает существенного влияния на увеличение плотности компакта.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Захаренко А.В. Теоретические и экспериментальные исследования процессов уплотнения катками грунтов и асфальтобетонных смесей: Дисс. докт. техн. наук: 05.05.04 Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия - Омск - 2005-320 с.
2. Хархута Н.Я. Машины для уплотнения грунтов - Л.: Машиностроение - 1973 - 176 с.
3. Патент РФ № 2553145 МПК С25С 3/08 Способ футеровки катодного устройства электролизера неформованными материалами / Прошкин А.В., Левенсон С.Я., Пингин В.В., Морозов А.В. - заявка № 2013151911/02; заявл. 25.12.2012; опубл. 10.06.2015 г., Бюл. № 16.
4. Блехман И. И. Вибрационная механика - М.: Наука - 1994.
5. Гендлина Л. И., Глотова Т. Г., Куликова Е. Г., Левенсон С. Я., Алесик М. Ю. Влияние вибрации на прочностные характеристики связных дисперсных материалов // В сб. Труды конференции "Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды" - Т. 2
© С. Я. Левенсон, Л. И. Гендлина, А. В. Морозов, 2017
