Расчет сопротивления движению насыпного груза в узле загрузки скребкового трубчатого конвейера Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 622.371

© Р.Р. Радимов, 2012

РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ НАСЫПНОГО ГРУЗА В УЗЛЕ ЗАГРУЗКИ СКРЕБКОВОГО ТРУБЧАТОГО КОНВЕЙЕРА

Дано решение задачи по определению силы сопротивления движению в месте загрузки скребкового трубчатого конвейера. Учтено влияние конструкции загрузочного устройства, гранулометрического состава груза и характера за-гружения. Отмечается, что одной из основных составляющих является сила, связанная с прорезанием штабеля груза скребками. В выражении для сопротивления движению учитываются: диаметр трубы, расстояние между скребками, коэффициент внутреннего груза, его насыпная плотность и др. Ключевые слова: насыпной груз, конвейер, сегрегация, прорезание.

При определении сил сопротивления движению насыпного груза, возникающих в загрузочном устройстве конвейера, исходим из следующих положений: шаг скребков выбирается рациональным для обеспечения наибольшего коэффициента загрузки, угол внутреннего трения груза составляет фо = 15°- 45°, трение груза по передней поверхности скребка пренебрежимо мало. Лабораторные исследования на прозрачной модели трубчатого скребкового конвейера показали, что в нижней части тела волочения до высоты, равной радиусу скребка, груз движется как единое целое. Кроме того, в зазоре между скребком и боковой стенкой загрузочной воронки происходит сегрегация частиц груза, при которой мелкие частицы опускаются вниз, а наверху оказываются частицы наибольшего размера, перекрывающие зазор до некоторой загрузочной воронки высоты, большей, чем радиус скребка; эта высота зависит от наибольшего размера частиц груза а'^ . При шаге скребков, не превышающем двух диаметров трубы конвейера, на верхних кромках скребков происходит прорезание штабеля груза, находящегося в загрузочной воронке. Согласно работам [1, 2], такое прорезание происходит в случае, если шаг скребков не превышает так называемого «нормального шага», равного

= Исэт 9- , м,

где Нс — высота скребка, м; 9 — угол, который в нашем случае равен своему предельному значению — п/2 .

Рис. 1. Расчетная схема загрузочного устройства скребкового трубчатого конвейера:

1 — скребок; 2 — торцевая стенка загрузочной воронки; 3 — труба конвейера; 4 — боковая стенка; 5 — цепь; 6 — куски груза наибольшего размера; 7 — рассекатель

При фо = 15° получаем для нормального шага ^ «1,65Ис, что при ф0 = 30° дает ^ « 2,48//С. При большом шаге скребков наблюдается шевеление груза над скребками, однако, учитывая, что ~~ сдвиг массива груза про-

исходит, в отличие от мелкодисперсной среды, блоками, имеющими размер в несколько диаметров частиц, фактический «нормальный» шаг скребков оказывается несколько больше теоретических значений. Кроме того, теоретические значения получены для случая, когда ширина скребков больше их высоты. В трубчатом скребковом конвейере с круглыми скребками эти две величины имеют один порядок. Таким образом, считаем, что в принятом диапазоне изменение параметров конвейера и физико-механических свойств транспортируемого груза имеет место прорезание скребками штабеля груза.

Расчетная схема загрузочного устройства скребкового трубчатого конвейера показана на рис 1. При расчете загрузочных устройств скребковых трубчатых конвейеров высоту штабеля груза не принято отсчитывать от оси тягового органа (рис. 1, а). Высота сплошного тела волочения груза с учетом перекрытия зазора между скребками и боковой стенкой воронки частицами груза 6 обозначим как кс (рис. 1, б), диаметр скребка равен ВС, а внутренний диаметр трубы — . Угол наклона боковых стенок загрузочной воронки а? выбирают равным не менее 70° из ус-

ловия свободного скольжения груза по стенкам. Торцевые стенки 2 в загрузочных воронках должны быть вертикальными [3]. При большой высоте Но для ограничения давления груза на тело волочения и уменьшения сопротивления его движению устанавливают двухскатные рассекатели 7. Опыт эксплуатации показывает, что эффект от установки рассекателя имеет место в случае, если он установлен не ниже, чем на уровне Н'о от оси тягового органа,

составляющем Н' = (2 - 2,5)- —с / 2 .

При расчете сил сопротивления в загрузочном устройстве примем, в запас надежности расчетов, что прорезание штабеля

груза происходит, начиная от точки В, равной -—■, а не Нс (см.

рис. 1, б). Определим сопротивление движению нижней части

тела волочения Щ между двумя скребками (при у < —-):

2

Щ'= /у,- 3 =-/«- ¡а-р-я, Н,

4 „ п—

п

где / — условный коэффициент трения для нижней полуок-

4

ружности, равный / = - /&.

п

С учетом давления штабеля груза высотой Но полное сопротивление нижней части тела волочения равно:

Щ =

(4 . П—2С1 —е , „ Л 1 г П2, Г и Л

-/» ¡с +п-с/ббНоК РЯ = -/» —ЛРЯ чп 8 2 ) 2

1 +п Но

1 + п— —

,Н.

—

В верхней части тела волочения у > и вместо коэффициента внешнего трения /6& необходимо использовать коэффициент внутреннего трения /о = tgфо. Сопротивление верхней части тела волочения определим следующим образом. Сначала определим сопротивление движению всего тела волочения при /а = /о,

а затем вычтем из него сопротивление нижней части, определенное выше, но при /6& = /о:

ж2 =

/' Оа + пД/а!с I На -

Л

Pg

1+%-

л

= 2 Ло ^ 1сР§ + ПОс/о1с Ыо -Л)рё -"2 М1с Р§ I 1-

л

н,

где /' — условный коэффициент трения, зависящий от степени

заполнение трубы грузом; 00 — полный вес тела волочения круговой формы, Н.

Суммарная сила сопротивления в загрузочном устройстве для тела волочения между двумя скребками:

Ж' = Ж + Ж2 =1 /реЛ2/

д 1 2 2 ^ о~с> с с

пН

л

2

. /о.

/о

Н,

где Д/ = / - /д&.

Одновременно на длине загрузочной воронки / может находится несколько скребков (см. рис.1, а), количество которых зависит от соотношения / , где 1с = /с + Ьс, Ьс — толщина скребка. Кроме того, если отношение /д^с не является целым числом, то тогда это количество скребков циклически изменяющихся во времени. Поэтому при определении полного сопротивления на длине /д примем за расчетную величину его максимальную за цикл смены скребков в загрузочной воронке величину. Очевидно, она имеет место, когда последний скребок только что входит в загрузочную воронку (рис. 1, а). Тогда суммарная длина тела волочения в загрузочной воронке равна:

Ь. = / - Ь

а д с

к

•Л

V N

V А

м,

где

к

— целая часть отношения, стоящего в квадратных скоб-

ках; уА- — коэффициент заполнения брутто.

В этом случае суммарная сила сопротивления движению груза в загрузочном устройстве

Ж = 2 /оР8Р%

пН Г 2 _А/1 А/

В„

л о ) л о

V у

н,

(1)

при использовании рассекателя потока груза эта сила эта сила не превышает величины

Ж = - / ряЁ21

д-р 2^ огс> с д

1,25 п

Г 2 _А/ 1_А/

/ /

^ О У ^ о

V у

V в

а,25п/оР£А%

1 _ 0,625

А/

/о

Уу, Н. V в

(2)

Удельная сила сопротивления, т.е. сила сопротивления, отнесенная к весу тела волочения, взятого с учетом коэффициента загрузки при выходе из загрузочного устройства, равна

Г А/1 1 / 1

: 5 /0

1 _ 0,625-^-

/

^ О

— = 5 /0

V в

0,375 + 0,625—

О

(3)

V в

При следующих числовых значениях, входящих в формулу (3) величин /^ = 0,3 ^ 0,4; фо = 15°^ 45° , получаем:

2д «(6,54* 2,81))- = — (1,75 *2,81).

V в V в

Таким образом, на коротком конвейере сопротивление в загрузочном устройстве Жд может составлять существенную часть общего тягового усилия. В существующих рекомендациях [3] эта величина оказывается зависимой от диаметра скребка и при Вс = 0,138

0,36,

м составляет примерно

V А

т. е. даже для случая применения

рассекателя согласно выражению (4) она сильно занижена.

Заметим, что на выходе из загрузочного устройства имеет место, как и на вертикальном участке конвейера, дробление частиц груза в зазоре между скребками и трубой. Однако на дуге при прорезании груза при приближении скребка к выходу из загрузочной воронки давление приближается к нулю. Особенно оно мало при достаточно гладкой вертикальной торцевой стенке за-

грузочной воронки. Между верхней кромкой скребка и стеной воронки образуется свод, под которым давления нет. Поэтому частицы груза из этого свода легко выдавливаются вверх и не попадают в зазор между скребком и трубой конвейера. Исключение составляют частицы в пределах высоты Нс, показанные на рис. 1, б. Они раздавливаются, попадая между плоскостью скребка и торцевой стенкой воронки, с выходящей из нее трубой. Однако сопротивлением их раздавливанию можно пренебречь, по сравнению с общим сопротивлением в загрузочном устройстве.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Михайлов Ю.И., Тищенко Л.Д., Святошник В.И. Конвейеры с погруженным рабочим органом. — М.: Машиностроение. — 1984. — 176 с.

2. Берман А.В., Берман Д.В. Формирование тела транспортирования скребками забойного конвейера. — Научные сообщения ИГД им. А.А. Скочинкого. — Вып. 137. — 1976. — С.55—59.

3. Громов С.В. Разработка метода расчета распределенных сопротивлений движению тягового органа трубчатого скребкового конвейера с пространственной трассой. /Автореф. дисс. ... канд. техн. наук.- М.: 2006. - 164 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Дмитриев В.Г., Радимов Р.Р.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ

ПРИ ТРЕНИИ ГРУЗА О СТЕНКИ ТРУБЫ НА ПРЯМОЛИНЕЙНЫХ

УЧАСТКАХ СКРЕБКОВОГО ТРУБЧАТОГО КОНВЕЙЕРА...................3

Радимов Р. Р.

РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ НАСЫПНОГО ГРУЗА В УЗЛЕ ЗАГРУЗКИ СКРЕБКОВОГО ТРУБЧАТОГО КОНВЕЙЕРА......9

CONTENT

Dmitriev V.G, Radimov R.R.

DEFINITION OF POWER OF RESISTANCE TO MOVEMENT AT A CARGO FRICTION ABOUT PIPE WALLS ON THE RECTILINEAR SITES OF THE SCRAPER TUBULAR CONVEYOR..................................3

For the solution of the problem of the detection of power of resistance to movement at pushing through of a drawing body in a pipe, the equation of cargo internal balance in cylindrical system of coordinates is used. At some insignificant assumptions the expression of the normal pressure operating on walls of a pipe, depending on an angle of conveyor installation , an angle of an internal friction, a cargo layer height between scrapers and its density is received. By known size of normal pressure force of a friction of cargo about pipe walls is defined.

Key words: the conveyor, power of resistance, system of coordinates. Radimov R.R.

CALCULATION OF RESISTANCE TO BULK WEIGHT MOVEMENT IN LOADING UNIT OF THE SCRAPER TUBULAR CONVEYOR..........9

The solution of the problem of detection of force of resistance against movement in a loading place of the scraper tubular conveyor is given. Influence of a design of the loading device, granulometric cargo content and character structure of lading is considered. It is noticed that one of the basic components is the force connected with milling of a stack of cargo by scrapers. In expression for resistance to movement are considered: diameter of a pipe, distance between scrapers, factor of internal cargo, its bulk density, etc.

Key words: a bulk cargo, the conveyor, a segregation, milling.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Дмитриев Валерий Григорьевич - доктор технических наук,

Радимов Ринад Ряшидьевич — соискатель кафедры Горные машины и

транспорт,

Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru