CC BY
30
621.86.067.001.2
ЛЕНТОЧНО-КОНВЕЙЕРНЫЕ ВЫГРУЖАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА БУНКЕРОВ, РАБОТАЮЩИЕ НА ОСНОВЕ ГРАВИТАЦИОННОГО СПОСОБА ОБРУШЕНИЯ СВОДОВ С УДАЛЕНИЕМ ИХ ОДНОЙ ОПОРЫ
где ■
Н. К. ЗАЛДАСТАНИШВИЛИ, И. Ш. КЕЛБАКИАНИ Грузинский технический университет
Сложный состав разнообразных сыпучих сред как объектов хранения в аккумулирующих устройствах, специфика физико-механических свойств трудносыпучих материалов обусловливают характер их движения и сво-дообразования при истечении из бункеров, а следовательно, средства выпуска и форму выпускных отверстий.
Основная идея решения проблемы — обеспечение бесперебойной и дозированной выгрузки сыпучих материалов из бункеров состоит в использовании явления сводообразования, которое до сих пор рассматривалось как вредное, для достижения непрерывности процесса. Непрерывный характер истечения в разработанных бункерных устройствах обусловлен самой природой сводообразования. Выгружающие устройства этих бункеров, работающие на основе гравитационного способа обрушения сводов с удалением их одной опоры, одновременно выполняют функцию питателей непрерывного действия с объемным дозированием выгружаемых трудносыпучих материалов.
Сущность разработанного способа обрушения сводов заключается в том, что регулирование размера выпускной щели (посредством заслонки) осуществляется до образования устойчивого свода материала над щелью (например, отверстие 1 — Г, рис. 1) [1], при этом часть сыпучего материала под сводовым контуром высыпается в количестве <?|, а затем его истечение прекращается. Далее выпускное отверстие 1 — 1' посредством движения дна от привода непрерывно сдвигают в направлении, поперечном оси образовавшегося свода материала, удерживаемого в неподвижном состоянии. Осуществление сдви-
га выпускного отверстия в направлении, поперечном оси свода материала, приводит к сдвигу края отверстия относительно свода, освобождает свод от части опоры (одна опора) и уничтожает часть опорных реакций, что нарушает равновесное состояние поверхности свода и ведет к его гравитационному обрушению. Когда выпускное отверстие достигает положений 2—2', 3—3', 4—4' и т. д., в каждом случае под сводовым контуром высыпается материал в количестве д->. Непрерывность сдвига ведет к непрерывности процесса образования сводов и их обрушению.
Экспериментально установлено, что уравнение свода в поперечном сечении является параболой и имеет вид (рис. 1):
у = /г — ог,
где /г — высота свода; х, у — координаты точек свода.
Принимая во внимание, что в данном слу-
чае коэффициент с
где а — ширина щели, получим:
Т[|
ЙИи;
ри-иЛ
С|
Л£Па1
чинл
ц
ГПЛ7
чг.ст|
лйщ
|;</ = 0),
IV
г.пе
ГМ
(?)
-м П VI
Размер ширины выпускной щели а подбирается значительно меньшим, чем акр. В связи с этим значение /г также будет меньшим, чем /гкр. Сделаем допущение, что очертание равновесного свода на рис. 1 (не находящегося в состоянии предельного равновесия) будет в достаточной степени подобно очертанию свода, находящегося в предельном равновесии, т. е. при а = акр и Л = ккр. Таким образом, искомое значение Н может быть с достаточной степенью приближения вычислено по формуле:
(!)
Рис. 1. Схема к пояснению гравитационного способа обрушения сводов с удалением их одной опоры
г\кр и Ккр определяются соответственно по фоомулам [2]:
^ =: _ 2а;
руш
ТЫ|И-^Г; Я I1; р.Ч 1Г ПИТЧ1 НИ?’Н
ние;
лепт!
Инг
Дс
усц!
пи ■■ар г
чет
май
ЯгТг1
6.067.001.2
ВЕ
ОВ
влении, по-приводит к 1ьно свода, одна опора) ;ий, что на-поверхности 1НОму обру-е достигает .д., в каж-уром высы-. Непрерыв-ти процесса ию.
что уравне-\т является
^рдинаты то-дЭННОМ слу-
А, = 2х(\ + віп ф0)
0 Лкр)
(1 - 2/Зті...) ’
где г\кр, ккр, ж, а — безразмерные величины и равняются
Ь-кр , л ____ акр ,
Т'1'- ~Н' “Р ~ Н '■
х = а =. *
7оЛ
Н
(1 + БІП фо)2 4 СОБ фо
то — начальное сопротивление сдвигу; 70 — объемная масса; фо — угол внутреннего трения; Н — полная высота слоя сыпучего материала в бункере.
Обозначим через 1\ смещение кромки щелевого отверстия из точки 1' в точку Т. Тогда заштрихованная площадь Т7 поперечного сечения объема цч равна Т7 = 1\Ь.
Для правильной выгрузки сыпучего материала необходимо, чтобы время t^l падения частиц с высоты /г было меньше или равнялось времени прохождения отверстием половины его ширины а, т. е.
и <
Время падения материала
(2)
і и
ГДЄ£ — ускорение свободного падения. Время прохождения
и
где и — скорость перемещения отверстия.
Подставляя эти значения 4 и в формулу (2) и решая полученное уравнение, находим допустимую скорость движения отверстия
рли а подби-|1 йф В связи Меньшим, чем ертание рав-Находящегося (весия) будет о очертанию |ном равнове-Таким обра-г быть с до-кя вычислено
(1)
іетственно по
У <
— V— •
2 V 2й
(3)
2а;
На основании гравитационного способа обрушения сводов с удалением их одной опоры разработаны выгружающие устройства (питатели) бункеров, которые можно классифицировать на следующие группы; питатели с вращающимся рабочим органом — дисковые; питатели с возвратно-поступательным движением рабочего органа — валковые, плоскодонные; питатели с тяговым рабочим органом — ленточно-конвейерные, пластинчато-конвейерные.
Достоинством разработанных выгружающих устройств — питателей является то, что они могут быть установлены непосредственно как под цилиндрическими и прямоугольными бункерами, так и под днищами бункеров конической и пирамидальной форм. Первый случай использования питателей в виде плоского дна бункеров целесообразен для трудносыпу-
чих материалов, частицы которых сильно связаны, переплетены между собой и характеризуются минимальной объемной массой до 400-Н500 кг/м3 (полуфабрикат и готовая продукция чая, отруби, комбикорма, измельчен-: ная древесина и др.). При хранении средних и тяжелых по массе трудносыпучих материалов с объемной массой свыше 500 кг/м3, высокими значениями начального сопротивления сдвигу следует применять конические или пирамидальные днища для уменьшения давления на питатели, установленные под выпускными отверстиями бункеров.
Рассмотрим бункер-дозатор с ленточно-конвейерными выгружающими устройствами. Под прямоугольным бункером 1 вмонтированы последовательно горизонтально расположенные ленточные конвейеры 2 (вместо ленточных могут быть пластинчатые), образующие между собой щели 3 по всей ширине бункера 1 (рис. 2) [3]. Верхние ветви лент конвейеров
Рис. 2. Бункер-дозатор с ленточно-конвейерными выгружающими устройствами
2 неподвижны, так как они плотно прижаты к нижним кромкам продольных стенок бункера 1. Верхние рабочие ветви лент конвейеров 2 опираются на ролики, оси которых с возможностью вращения вмонтированы в рамах 4, а рамы, в свою очередь, жестко (посредством болтов и гаек) связаны с общим каркасом 5. Каркас 5 посажен на опорные ролики 6, которые с возможностью вращения закреплены на продольных брусьях 7 станины 8. Натяжение лент конвейеров 2 и регулирование площади сечения щелей 3 осуществляется с помощью винтов 11 и смещением рам 4 относительно каркаса 5. Возвратнопоступательное перемещение каркаса 5, т. е. конвейеров 2, осуществляется с . помощью зубчато-реечных передач 15 от привода 14 с реверсивным электродвигателем. Зубчатые-рейки жестко укреплены на каркасе 5. На крайних рамах 4 конвейеров 2 закреплены выступы 13, а на станине 8 конечные выключатели 12. Под конвейерами 2 с определен-
17 Заказ 052
ным зазором вмонтирована пирамидальная воронка 9 с заслонкой 10.
Устройство работает следующим образом: материал насыпается в бункер 1 и частично просыпается через щели 3 до образования сводов, после чего истечение прекращается. Открывается заслонка 10 и включается привод конвейеров. При перемещении ленточных конвейеров 2 соответственно смещаются щели 3, образованные между ними. Прижатие (крепление) лент конвейеров 2 к нижним кромкам продольных стенок бункера 1 обеспечивает при смещении конвейеров надвигание ленты с одной стороны каждой щели 3 и свертывание — с другой. Таким образом, при перемещении щелей 3 в направлении, поперечном оси образовавшихся сводов материала, своды теряют часть опоры, обрушиваются, и материал проходит в щели 3 (рис. 3). Непрерывный сдвиг щелей 3 вызывает непрерывное образование и разрушение сводов. Так как длина щелей ограничивается шириной бункера 1, а щели при перемещении пробегают всю длину выходного сечения бункера /, за один ход конвейеров 2 в одном направлении обеспечивается непрерывное, равномерное истечение слоя материала, равного высоте свода, по всей площади выпускного отверстия бункера. После завершения полного хода конвейеров 2 выступ 13 соприкасается с конечным выключателем 12, меняя направление вращения электродвигателя привода 14, в результате чего система конвейеров 2 перемещается в противоположную сторону вдоль днища бункера /, и цикл адозирован-ной выгрузки повторяется.
Такое выполнение системы ленточных конвейеров исключает трение скольжения сыпучего материала по всей площади дна бункера, что обеспечивает объемное дозирование без механического повреждения хранимого материала.
Длина бункера кратна расстоянию / между осями соседних щелей, равному шагу ленточных конвейеров (рис. 3), т. е.
Рис. 3. Схема к пояснению принципа работы бункера-дозатора
где г — число ленточных конвейеров на каркасе (рис. 2).
Ширина щели а равна расстоянию между центрами соседних барабанов ленточных конвейеров.
Производительность питателя определяется по формуле
<3 = 60гч<7ц т/ч, (4)
где — масса выгружаемого материала за один цикл, т.
При ходе отверстия на ширину а выгружается объем акуоЬщ (рис. 1), где уо — объемная масса материала, г/м3; — длина ще-
ли, м. За 2 прямых и обратных хода щелей по длине бункера выгрузится масса д = = 2у0кИщ.
Число циклов определяется по формуле:
_ Ш
ч 21 '
где и находится по формуле (3).
Подставляя приведенные значения в формулу (4), получим максимальную производительность, т/ч
ф = ЭООаА^о (г — \)л/2^к.
Производственными испытаниями на чайной фабрике установлено, что бункер-дозатор с ленточно-конвейерными выгружающими устройствами позволяет выдавать чайный полуфабрикат непрерывно в широком диапазоне производительности от 500 до 2500 кг/ч и более (если увеличить ширину щели) с точностью, соответствующей дозаторам объемного дозирования, причем механического повреждения материала не происходит.
Производственная установка представляет собой прямоугольный бункер (I* = 4560 мм, В = 1880 мм, Н = 5500 мм), под которым вмонтированы ленточные конвейеры в количестве 4 шт., между ними образованы выгружающие щели (ширина щелей регулируется от 30 до 150 мм). Скорость перемещения щелей 0,03 м/с.
Анализируя описанный характер процесса истечения сыпучего материала, следует констатировать, что гравитационный способ обрушения сводов с удалением их одной опоры обеспечивает гарантированную выгрузку с полным исключением «мертвых» — неподвижных зон материала. Свободная поверхность и все поперечные слои материала в бункере опускаются равномерно, шаг которых равен высоте свода над выпускной щелью рабочего органа. Каждое опускание материала по высоте свода происходит по ходу движения разгрузочной щели и заканчивается при завершении ее одного цикла работы и сразу же начинается истечение последующего слоя материала.
1.
дов
OCHOI
жени щель nonef бы [ маль времі ПОЛОІ 2.
Пос являє дейсті надел ной обеспі состаї верше реход формг цессо[ здани: нальн задач, мы уп ления, ширен унифи Раз| горитл гическ тем д< задач*
ОПТИМІ
ских г темы f Вози гическ в осн физике сыпуча медлен ных к Реше гулирої нироваї дении J AQ на
ь карка-
между ых кон-
.еляется
(4)
ала за |
выгру-■ объем- ' [жа ще-1 щелей 3 % =
/ле:
в фор-изводи-
чайной атор с и уст-I полу-шазоне ч и бо-точно-:>емного фежде-
гавляет '60 мм, оторым I коли-выгру--фуется ещения
роцесса ет кон-б обру-опоры узку с юдвиж-рхноеть бункере равен рабоче-ала по ижения три за-I сразу 'О слоя
ВЫВОДЫ
1. Гравитационный способ обрушения сводов с удалением их одной опоры имеет три основных отличительных признака: а) достижение устойчивого свода материала над щелью; б) перемещение щели в направлении, поперечном оси свода; в) необходимо, чтобы время падения частиц с высоты максимального свода было меньше или равнялось времени прохождения щелевым отверстием половины его ширины.
2. Ленточно-конвейерные выгружающие уст-
ройства бункеров, работающие на основе гравитационного способа обрушения сводов с удалением их одной опоры, обеспечивают непрерывную выгрузку трудносыпучего материала с определенной дозировкой. При этом выполнение системы ленточных конвейеров исключает трение скольжения между поверхностью лент конвейеров и сыпучим материалом.
Кафедра холодильной техники Поступила 24.01.89
66.028.002.237
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА РАБОТЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ ДОЗАТОРОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ СЫПУЧИХ ПИЩЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Е. А. ПРОКОФЬЕВ, А.Б. НИКОЛЬСКИЙ
Московский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности Научно-производственное объединение «Измеритель»
Постоянно возрастающие требования, предъявляемые к весовым дозаторам непрерывного действия ДНД, заключаются в повышении надежности и точности работы, максимальной автоматизации процесса дозирования, обеспечении возможности включения ДНД в состав АСУ ТП. Современной тенденцией совершенствования весовых ДНД является переход на программные методы обработки информации и управления на базе микропроцессорной МП техники. Такой подход к созданию средств дозирования, помимо кардинального решения перечисленных актуальных задач, обеспечивает снижение объема системы управления, ее стоимости и энергопотребления, создает новые возможности для расширения функциональных возможностей и унификации аппаратуры.
Разработка и совершенствование новых алгоритмов, существенно повышающих метрологические характеристики автоматических систем дозирования, выдвигают на первый план задачи, связанные с поиском различного рода оптимальных решений в области динамических процессов, структуры и параметров системы регулирования расхода.
Возмущения Д<3, нарушающие ход технологического процесса дозирования, связанные в основном с непредвиденным изменением физико-механических характеристик пищевых сыпучих материалов, представляют собой тип медленно меняющихся воздействий, приложенных к входу А СР дозатора [1, 2, 3].
Решение задачи повышения качества регулирования возможно путем создания комбинированных АСР весовых ДНД при соблюдении двух условий: измерении возмущений Д<3 на входе дозатора и определении опти-
мальной структуры компенсирующего элемента ИРМ
В системах автоматического дозирования непосредственное измерение возмущений Д<3 аппаратурно затруднено, поэтому для достижения цели возможно применение методов косвенного измерения возмущений [4].
Из схемы косвенного измерения возмущений на входе АСР дозатора непрерывного действия (рис. 1) следует, что значение
Питатель 1 \0,
К(р)
Конвейер
_____________________________________________________________________________I
Рк(Р)
^л(р)
Мд(р)
к'к(р)
9
Рис. 1
изменяемого сигнала g численно повторяет искомый сигнал возмущающего воздействия АС? на входе АСР ДНД ^(р) = — АС}(р) при выполнении следующих условий:
ад = ад; УГЛр) Гв(р) ад = 1,
т. е. и71р)
(1)
^(р) ад ’
где ад, ад, ад, ад - переда
