CC BY
17
УДК 622.646
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ОПОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПАРАМЕТРЫ КОЛЕБАНИЙ ВИБРОПИТАТЕЛЯ
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)230-05-05, доп. 317, e-mail: gen@misd.nsc.ru
Евгения Григорьевна Куликова
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории вибротехники, тел. (383)230-05-05, доп. 169, e-mail: shevchyk@ngs.ru
Владимир Михайлович Усольцев
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории вибротехники, тел. (383)230-05-05, доп. 167
Приведены результаты численного и физического моделирования динамики вибрационного питателя. Определена степень влияния конструктивных параметров упругих опорных элементов на амплитуду колебания рабочего органа. Установлено рациональное соотношение размеров упругих опорных элементов.
Ключевые слова: численная модель, физическая модель, гибкий рабочий орган, упругий опорный элемент, амплитуда колебания, соотношение параметров.
INVESTIGATION INTO THE EFFECT OF SUPPORTING ELEMENT CHARACTERISTICS ON VIBROFEEDER OSCILLATION PARAMETERS
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.nsc.ru
Evgeniya G. Kulikova
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Ph. D., Researcher, Vibrotechnique Laboratory, tel. (383)230-05-05, extension 169, e-mail: shevchyk@ngs.ru
Vladimir M. Usol'tsev
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Ph. D., Researcher, Vibrotechnique Laboratory, tel. (383)230-05-05, extension 167
The data on numerical and physical simulation of the vibrating feeder dynamics are reported. The effect of structural parameters of elastic bearing elements on oscillation amplitude of active vibrofeeder member is estimated. The researchers established the rational ratio of elastic supporting element dimensions.
Key words: numerical model, physical model, flexible active member, elastic supporting element, oscillation amplitude, vibration angle, parameter ratio.
Выпуск сыпучих, в том числе связных, геоматериалов из накопительных емкостей - одна из основных операций многих технологических процессов горного производства. Для активизации перемещения материалов успешно используют питатели различных конструкций, в том числе вибрационные. Связные геоматериалы отличаются повышенными силами сцепления между частицами, что затрудняет их истечение из бункеров и повышает опасность сводо- и трубообразования. В настоящее время выпуск таких материалов остается актуальной задачей.
Для осуществления эффективного выпуска связных материалов в лаборатории вибротехники ИГД СО РАН была предложена конструкция питателя, включающая в
и и и и и
себя рабочий орган малой изгибной жесткости, связанный с рамой посредством упругих элементов, установленных на его концевых участках с возможностью изгиба, и вибровозбудитель [1,2].
С одной стороны, за счет изгиба опорных элементов увеличивается подвижность загрузочного участка рабочего органа, и улучшаются условия выпуска связного материала. А с другой стороны, из-за провисания рабочего органа под действием перемещаемого материала происходит отклонение концов опор, связанных с рабочим органом, которое в свою очередь увеличивает провисание. Величина этого отклонения зависит от конструктивных параметров опорных элементов [2]:
N13 5 = ^ Е1
где N - сила натяжения рабочего органа; /оп - длина опорных элементов, 5 - перемещение свободного конца опоры.
Таким образом, размеры опорных элементов должны обеспечивать наибольшую интенсивность вибрации загрузочного участка и допустимое провисание рабочего органа.
Исследование влияния параметров опорных элементов на динамику вибрационного питателя и определение их рационального соотношения были выполнены методами физического и численного моделирования.
На рис. 1, а показана физическая модель питателя, рабочий орган 1 которой имеет жесткость на изгиб 189 Н-м2 и в подвешенном состоянии закреплен на опорных элементах 3, 4, каждый из которых представлял собой плоскую пружину. Колебания рабочего органа создавались инерционным вибровозбудителем 2 с частотой колебаний 30 Гц и амплитудой вынуждающей силы 1775 Н. Модель вибропитателя была установлена в аккумулирующей емкости таким образом, что угол наклона разгрузочного участка рабочего органа к горизонту составлял 100 - 150. В качестве связного материала использовалась супесь влажностью 9 - 10 %, с содержанием глинистой составляющей около 10% и массой мерного объема 450 кг. Измерения параметров вибрации проводились в начальный момент выпуска, когда нагрузка на рабочий орган питателя максимальна. Для этого был использован измерительно-вычислительный комплекс, включающий в себя пьезоэлектрические акселерометры и усилители заряда типа 2635 (Вгие1&К)аег, Дания), аналого-цифровой преобразователь Е-440 (ЗАО Ь-САКО, Россия) и персональный компьютер с установленным на нем «Программным комплексом автоматизации экспериментальных и технологических установок АСТе81©» (ООО «Лаборатория автоматизированных систем (АС)», г.Москва). Фиксировалось также время выпуска мерного объема материала.
На рис. 1, б приведена расчетная схема вибросистемы. Были приняты следующие допущения:
- радиус кривизны транспортирующей поверхности питателя под нагрузкой значительно больше его длины;
- участок рабочего органа длиной /1, соответствующий площадке крепления вибровозбудителя, абсолютно жесткий, масса вибровозбудителя равномерно распределена на этом участке;
- каждый из опорных элементов представляет собой балку, которая одним концом жестко соединена с концевым участком рабочего органа, а другой - жестко заделан.
- свойства выпускаемого материала не учитываются, а его влияние на динамику вибросистемы принято как статическая сила ц(х), закон распределения которой по длине горизонтальной проекции рабочего органа / имеет вид:
где р - высота слоя материала, находящегося выше уровня опоры загрузочного участка; ^ с - ширина и высота рабочего органа соответственно; р - плотность выпускаемого материала; g - ускорение свободного падения.
Рис. 1. Вибрационный питатель:
а - физическая модель; б - расчетная схема, принятая при формировании численной модели;
1 - рабочий орган; 2 - вибровозбудитель; 3, 4 - упругие опорные элементы
Начало координат глобальной системы XOY выбрано в точке соединения правой опоры с рабочим органом. Для удобства анализа расчетных данных была введена локальная система X1O1Y1 с началом координат в точке приложения вынуждающей силы, которая принята сосредоточенной в центре площадки h (рис. 1, б), вертикальная ось системы направлена по нормали к этой площадке, а горизонтальная - по касательной. Круговая вынуждающая сила виброисточника рассматривается в двух проекциях, изменяющихся по гармоническому закону.
Численное моделирование было выполнено методом конечных элементов с помощью программного комплекса ANSYS. Решение полной системы уравнений динамики (Full Transient Analysis) проводилось с использованием неявной схемы прямого интегрирования по времени, базирующейся на методе Ньюмарка [3].
о X
Каждый опорный элемент в одном граничном узле был жестко связан с граничным узлом рабочего органа, а в другом - имел жесткую заделку. Узлы площадки крепления вибровозбудителя жестко связаны между собой.
Были приняты нулевые начальные условия.
В результате вычислений установлено, что амплитуда поперечных колебаний загрузочного участка рабочего органа практически не зависит от жесткости опорных элементов (рис. 2, а), что подтвердили результаты физического эксперимента.
а б
Рис. 2. Зависимость амплитуды поперечных (а) и продольных (б) колебаний рабочего органа от жесткости опорных элементов загрузочного участка:
жесткость опорных элементов разгрузочного участка: 1 - 2.5 кН-м2; 2 - 7.3 кН-м2; 3 - 16.4 кН-м2; 4 - 22.5 кН-м2; 5 - 35.5 кН-м2
Амплитуда продольных же колебаний растет с уменьшением жесткости опор, установленных как на загрузочном, так и разгрузочном участке рабочего органа (рис. 2, б). Наиболее интенсивное увеличение получено при суммарной жесткости всех используемых опорных элементов Е!^ менее 40 Н-м2. Однако, как показали результаты физического эксперимента, при такой жесткости опор значительно увеличивается провисание рабочего органа, уменьшается угол наклона его разгрузочного участка, и, как следствие, растет время выпуска мерного объема связного материала в 1.3 - 1.6 раза.
При равной жесткости опорных элементов загрузочного и разгрузочного участков рабочего органа изменение их длины от 0.7 до 0.32 м приводит к увеличению провисания транспортирующей поверхности питателя и уменьшению радиуса ее кривизны, что вызывает рост затухания поперечных колебаний вдоль рабочего органа и уменьшение амплитуды колебаний на его загрузочном участке (рис. 3, а). При этом амплитуда продольных колебаний увеличивается. Характер этого увеличения в значительной мере зависит от жесткости опорных элементов (рис. 3, б).
Полученные численные результаты и результаты экспериментов позволили
установить, что суммарное соотношение параметров опорных элементов загрузочно-
/ о Л / о Л
13
го и разгрузочного участков рабочего органа ' "" "
'оп
Е1
V узаг
+
Е1
V У
не должно превы-
разг
шать 0.025 - 0.030 м/Н.
а б
Рис. 3. Зависимость амплитуды поперечных (а) и продольных (б) колебаний рабочего
органа от длины опорных элементов:
жесткость опорных элементов: 1 - 2.5 кН-м2; 2 - 16.4 кН-м2; 3 - 35.5 кН-м2
Выводы
Установлено, что конструктивные параметры опорных элементов влияют в основном на величину амплитуды продольных колебаний загрузочного участка рабочего органа.
Допустимое провисание рабочего органа может быть обеспечено, если суммарное соотношение параметров опорных элементов загрузочного и разгрузочного
'/3 ^ (,3
участков
l2 'оп
EI
V Узаг
+
l
'оп
EI
V У
не превышает 0.025 - 0.030 м/Н
разг
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Гендлина Л. И., Куликова Е. Г., Усольцев В. М. Обоснование расчетной схемы вибрационного питателя для выпуска связных материалов // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2016. XII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Геоэкология» : сб. материалов в 4 т. (Новосибирск, 18-22 апреля 2016 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2016. Т. 3. - С. 68-73.
2. Гендлина Л.И., Левенсон С.Я., Алесик М.Ю., Куликова Е.Г. О влиянии параметров вибрационного устройства на процесс выпуска связных материалов из емкости // Горное оборудование и электромеханика - М. - 2013 - № 1 - С. 43-46.
3. Лукашевич А.А. Современные численные методы строительной механики. - Хабаровск : Из-во Хабар. гос. техн. Ун-та, 2003 - 135 с.
© Л. И. Гендлина, Е. Г. Куликова, В. М. Усольцев, 2017
