CC BY
90
© В. Д. Копенкин, Л. В. Копенкина, Л.Н. Самсонов, 2006
УДК 622.331
В.Д. Копенкин, Л.В. Копенкина, Л.Н. Самсонов
РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ УБОРКИ ФРЕЗЕРНОГО ТОРФА
Семинар № 16
~И~Т невматическая уборка торфа
А-1 представляет собой уборку торфа из расстила в бункер турбулентным потоком воздуха, создаваемым пневматической установкой [1]. Применяется при добыче торфа для брикетирования и подстилки с пониженным содержанием влаги. Производится пневматическими уборочными машинами. Принципиальная схема машины с пневматическим сбором торфа из расстила показана на рис. 1.
С помощью мощного вентилятора из бункера пневмоуборочной машины выкачивается воздух. Бункер через воздуховод соединен с соплами, имеющими длинные узкие щели высотой 0,05-0,06 м, шириной 1,0—1,2 м. При движении машины сопла перемещаются непосредственно над расстилом фрезерной крошки. Через эти щели с большой скоростью всасывается воздух, который проходит через бункер и вентилятором выбрасывается в атмосферу. Турбулентный поток воздуха, имеющий скорость у входа в сопло 25—30 м/с, захватывает частицы торфа и увлекает их за собой. Для перемещения фрезерного торфа по трубопроводам необходима скорость движения воздуха, превышающая критическую (скорость витания). Скорость витания зависит от плотности и размеров частиц и приближенно определяется по формуле [2]
Рис. 1. Принципиальная схема машины с пневматическим сбором торфа из расстила: 1 - сопло; 2 - циклон; 3 - бункер; 4 - вентилятор; 5 -гусеничный ход
Ув = 4,7-Т^, (1)
где ё — диаметр частиц (средний размер поперечника), м; у — плотность частиц,
кг/м3.
Скорость витания частиц фрезерной крошки при уборочной влажности 40—45 % обычно не превышает 10 м/с, поэтому скорость аэросмеси в трубопроводах принимают равной 15—18 м/с [2].
Для осаждения частиц торфа в бункере машины перед входом в бункер устанавливают циклон. В циклоне смесь получает винтовое движение; в конце пути скорость потока резко падает. Частицы торфа под действием центробежной силы прижимаются к наружным стенкам осадителя, постепенно теряя скорость и оседая в бункере. Унос мелких частиц торфа в пневматических уборочных машинах достигает 3—5 % собранного торфа. С повышением степени разложения торфа, способствующим уменьшению размеров частиц, и с понижением влажности унос торфа увеличива-
ется.
Пневматическая уборка фрезерного торфа непосредственно из расстила имеет ряд преимуществ по сравнению с механической уборкой. За счет исключения операции валкования упрощается технологическая схема. Представляется возможность убирать торф кондиционной влажности даже при повышенной влажности сфрезерованного слоя. Увеличивается число уборочных циклов и сезонный сбор повышается на 40—50 %.
Впервые способ пневматической уборки торфа был применен в СССР в 1930 году (С.Г. Солопов, М.И. Сарматов, Е.В. Чарнко): в Институте торфа был создан пневматический комбайн КП-1. В 1950-е годы под руководством М.И. Сарматова была разработана первая модель прицепной к трактору ДТ-54 пневматической уборочной машины ПУМ [2]. В конце 1950-х годов Всесоюзный научноисследовательский институт торфяной промышленности (ВНИИТП, г. Ленинград) разработал и сдал в производство самоходный бункерный комбайн БПФ. С момента появления пневматического комбайна БПФ в 1957 году до середины 1970х годов промышленностью было выпущено несколько моделей этих машин (БПФ-1, БПФ-2, БПФ-2М, БПФ-2А, БПФ-3, БПФ-3М и др.). При совершенствовании пневмокомбайнов изменения касались лишь конструкций отдельных узлов. Пневмокомбайны состояли из двух отдельных агрегатов — самоходной бункерной пневмоуборочной машины с лобовым расположением сопел пневмосистемы и прицепного фрезера. Такая комбинация позволяла производить одновременно две операции: пневматическую уборку фрезерного торфа из расстила и фрезерование освободившейся поверхности залежи. На машине БПФ-3М установлен дизельный двигатель мощностью 158 кВт, позволяющий выполнять операции одновременно по уборке торфа и фрезерованию залежи. Основные части комбайна — четы-
ре сопла, трубопроводы, два циклона-осадителя, бункер с разгрузочным устройством, вентилятор, двигатель, гусеничный ход и штифтовой фрезер. Шарнирная подвеска сопел позволяет им копировать поверхность рельефа полей сушки. При повороте и холостых ходах машины сопла с помощью гидравлического подъемника при-поднимаются над поверхностью залежи примерно на 350 мм. Центральный вентилятор обеспечивает расход воздуха через сопла до 10 м3/с, благодаря чему скорость воздуха у входа в сопло достигает 30-35 м/с. В приемной коробке вентилятора помещены четыре лопатки направляющего аппарата, с помощью которых можно регулировать расход воздуха и скорость его поступления в сопла. Нижний пояс бункера одновременно является рамой конвейера, используемого для выгрузки фрезерной крошки из бункера на откосы штабелей - по такому же принципу, как и у скреперно-бункерных машин [2]. Во избежание чрезмерных прососов воздуха подвижная крышка разгрузочного люка и нижние кромки задней и боковых стенок бункера окантованы резиной. Во время сбора торфа крышка люка плотно прилегает к стенкам бункера и к ленте конвейера.
Размеры технологической площадки и схемы движения комбайнов БПФ показаны на рис. 2. Направление движения комбайнов (по часовой стрелке) определяется положением разгрузочного устройства: разгрузочное устройство на комбайне располагается слева по ходу движения.
Сезонная производительность пневмокомбайна рассчитывается по формуле [2]: Осез = 0,36•Ь • Уср • кь • к-укц • к, • 1сут-тц • дс,
где Ь - рабочая ширина захвата сопел (для БПФ-3М Ь = 4,8 м); уср - средняя расчетная скорость пневмокомбайна (1,6 - 1,8 м/с); кЬ - коэффициент использования ширины захвата (0,95); ку - коэффициент использования скорости (0,95); кц - коэффициент использования циклового времени (0,78); к, - коэффициент использования
рабочего времени (0,81); (сут- число часов работы в сутки (16 ч); тц — число дней в цикле (т ц = 1); дс — сезонный сбор торфа при пневмоуборке (в среднем от 270 до 720 т/га).
При этих условиях средняя расчетная производительность пневмокомбайна составляет от 4260 до 11350 т.
Наибольшее распространение на предприятиях торфяной промышленности пневмокомбайны БПФ получили в середине 1960-х и в 1970-х годах. По отчетным данным предприятий промышленности в 1978 году пневмокомбайны БПФ применялись на 22-х предприятиях (155 машин). Добыто торфа 813,8 тыс. т (в среднем на один комбайн 5250 т). В 1979 году на 19 предприятиях промышленности работали 135 комбайнов. Добыча торфа составила 1458 тыс. т (в среднем на один комбайн 10,8 тыс. т). Столь существенная разница в показателях добычи фрезерного торфа с применением пневмокомбайнов объясняется крайне неблагоприятными погодными условиями 1978 года (по сравнению с 1979-м).
Из-за сложностей применения пневмокомбайнов, особенно на залежах верхового типа, выпуск комбайнов БПФ в начале 1980-х годов был прекращен. Промышленности был предложен разработанный ВНИИТП высокопроизводительный пневмокомбайн КПФ-6,4 с увеличенным количеством сопел (6 вместо 4-х у БПФ), уве-
Рис. 2. Схема технологической
площадки для пневмоуборочных комбайнов БПФ на залежи низинного торфа: 1 - валовый канал; 2 -картовые каналы; 3 - подштабель-ная (кантовочная) полоса; 4 - штабель; 5 - карта; 6 - последовательность обработки карт при пневмоуборке
личенной мощностью двигателя (175 кВт). Объем бункера был увеличен до 29 м3 (полезный объем - 23 м3). Расчетная производительность пневмокомбайна возросла почти в два раза. Однако этот пневмокомбайн не получил столь широкого распространения, как его предшественник. Ограниченное применение в промышленности нашли и прицепные пневмоуборочные машины типа ППФ-3 (ППФ-5, ППФ-6) для уборки торфа в основном на подстилку, а также пневмовалкователи ПВП-8 [2].
Существенный вклад в развитие и совершенствование техники пневматической уборки фрезерного торфа внесли диссертационные исследования в этой области [3-21]. Поток диссертационных исследований в области пневматической уборки фрезерного торфа (рис. 3) может быть отображен моделью логистической кривой
y = 20 / (1 + 16,4 exp (-0,255 t )), (3)
где t - время от начала защиты диссертаций в рассматриваемой научной области.
Подавляющая часть диссертационных исследований была посвящена исследованию работы сопла, аэродинамике всасывания торфяной крошки, активизации слоя фрезерной крошки воздушным потоком, механической активизацией (щеткой) [3, 6, 11, 12, 13, 19], исследованию процесса транспортирования, сопротивления движению с малой и высокой концентрациями, в поворотах трубопроводов [4, 9, 15, 16, 18, 21].
Значительно меньшая часть диссертаций была посвящена исследованию процессов отделения торфа от аэросмеси [7, 8,
14, 20], изучению физико-механических свойств торфяной крошки и расстила как объекта пневмоуборки [5, 17]. Особняком стоит работа, посвященная применению стеклопластиков в крупногабаритных узлах пневмокомбайнов [10].
В истории развития торфяной отрасли на долю пневматической уборки торфа приходилось не более 5 % количества убираемого торфа [1]. За рубежом (в Финляндии и в наши дни) используют пневматические торфоуборочные машины малой производительности, что связано с небольшими объемами добычи [1]. В России происходит осознание того, что «в современной ситуации не может быть и речи о крупной торфоперерабатывающей промышленности». Такое утверждение приводится в «Концепции рационального ис-
1. Горная энциклопедия / Гл. ред. Е.А. Козловский. - М.: Сов. энциклопедия. 1991. Том 4.
2. Антонов В.Я., Копенкин В.Д. Технология и комплексная механизация торфяного производства. - М.: Недра, 1983. - 287 с.
3. Терпиловский К.Ф. Исследование работы сопла при пневматической уборке переработанного фрезерного торфа: Автореферат дис... канд. техн. наук. - Минск: БПИ, 1959. - 15 с.
4. Горцакалян Л. О. Исследование процесса транспортирования фрезерного торфа пневматическим способом: Дис. канд. техн. наук. - Калинин: КТИ, 1961. - 201 с.
5. Кислов Н.В. Исследование физико-
механических и аэродинамических свойств переработанного фрезерного торфа: Автореферат
дис. канд. техн. наук. - Минск: БПИ, 1964. - 28 с.
6. Аршавский М.П. Аэродинамика всасывания торфяной фрезерной крошки из свободно лежащего слоя: Дис. канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1967. - 182 с.
7. Зальцман А.М. Исследование пневматической сепарации торфяных частиц: Автореферат дис. канд. техн. наук. - Минск: БПИ, 1967. -21 с.
8. Лиходиевский В. Л. Совмещенный процесс сушки и пневматической классификации фрезерного торфа: Дис. канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1967. - 244 с.
Рис. 3. Поток диссертационных исследований в области пневматической уборки фрезерного торфа
пользования торфяных ресурсов России» (Томск, 2003). Учитывая эти обстоятельства, можно полагать, пневматические торфоуборочные машины будущего - это прицепные к гусеничным или колесным тракторам машины, обеспечивающие уборку не примятого ходовой частью машин торфа (при боковом расположении сопел такое невозможно), снабженные эффективно работающими соплами, ци-клонами-осади-телями и средствами быстрой разгрузки бункеров. Сезонная производительность таких машин может составлять 3-5 тыс. т.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
9. Пономарев В.М. Исследование сопротивлений плавных и сегментных отводов при пневматическом транспортировании фрезерного торфа с малой и высокой концентрациями аэросмеси: Дис. канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1967. - 184 с.
10. Телешев В.А. Исследование вопросов применения стеклопластиков в крупногабаритных узлах торфяных машин (на примере комбайна БПФ-2МГ): Дис. канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1968. - 169 с.
11. Никифоров А. С. Исследование пневматической системы валкователя для уборки фрезерного торфа с активизацией расстила воздухом: Дис. канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1969. -212 с.
12. Чернышев В.В. Исследование процесса сбора торфяной фрезкрошки из расстила всасывающими соплами с активизацией слоя нагнетательным воздушным потоком: Дис. канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1971. - 197 с.
13. Волкус С.П. Исследование работы сопел пневмоуборочных торфяных машин: Автореферат дис. канд. техн. наук. - Минск: БПИ, 1971. - 23 с.
14. Горбач Н.И. Исследование очистки воздуха от торфяной пыли матерчатыми фильтрами и некоторые вопросы их аэродинамики: Автореферат дис. канд. техн. наук. - Минск: БПИ, 1971. -23 с.
15. Савицкий В. П. Исследование сопротивления движению торфовоздушной смеси в
поворотах трубопроводов: Авторе-ферат дис. канд. техн. наук. - Минск: БПИ, 1972. - 20 с.
16. Ильин В.Я. Исследование процесса транспортирования фрезерного торфа пневматическим способом с различными концентрациями аэросмеси: Дис. канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1973. - 242 с.
17. Болтушкин А.Н. Исследование параметров расстила фрезерного торфа с целью выявления рациональных режимов работы пневмокомбайнов: Дис. канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1973. - 247 с.
18. Бакшанский В.И. Исследование пневматического транспортирования измельченного торфа при повышенных концентрациях аэросмеси:
Автореферат дис. канд. техн. наук. - Минск: БПИ, 1978. - 21 с.
19. Ворзонин В.А. Исследование процесса пневматической уборки фрезерного торфа с применением щеточного активизатора: Дис. канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1978. - 255 с.
20. Кащенко Л.С. Исследование отделения фрезерного торфа из торфовоздущной смеси в пневматических уборочных машинах и комбайнах: Дис. канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1979. -251 с.
21. Кислов Н.В. Разработка принципов перемещения измельченного торфа воздушным потоком в торфяном производстве: Автореферат дис. д-ра. техн. наук. - Минск: АН БССР, 1982. - 44 с.
— Коротко об авторах
Копенкин В.Д. - профессор кафедры технологии и комплексной механизации разработки торфяных месторождений,
Копенкина Л.В. - кандидат технических наук, доцент кафедры торфяных машин и оборудования, Самсонов Л.Н. - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой торфяных машин и оборудования,
Тверской государственный технический университет.
------------------------------------- © П. А. Горбатов, Е.А. Воробьев,
2006
УДК 622.232.72
П.А. Горбатов, Е.А. Воробьев
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ДЛЯ ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ С ПОВОРОТНЫМИ БЛОКАМИ РЕЗАНИЯ
Семинар № 16
