Шнековый смеситель сыпучих материалов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.01

ШНЕКОВЫИ СМЕСИТЕЛЬ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

© 2012 г. С.С. Петренко, К.А. Адигамов

Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты

South-Russian State University of the Economy and Service, Shahty

Описана усовершенствованная конструкция шнекового смесителя сыпучих материалов. Дано обоснование выбора угла наклона боковой стенки бункера в зоне загрузки шнека.

Ключевые слова: шнек; смеситель; сыпучие материалы; бункер.

The advanced design of the screw mixer of loose materials is described. Justification of a choice of a tilt angle of a lateral wall of the bunker in a loading zone screw is given.

Keywords: screw; mixer; loose materials; bunker.

Смеси сыпучих материалов используются в различных отраслях промышленности, а также в жилищно-коммунальном хозяйстве и сфере услуг при изготовлении пластиковых панелей и труб, пластиковой мебели и посуды, металлополимерных окон и дверей и т.д. Эти смеси получают с помощью смесителей различных конструкций, в том числе шнековых [1].

К настоящему времени известно достаточно большое количество шнековых смесителей, многие из которых либо имеют недостаточно высокую эффективность, либо сложную конструкцию. Ниже приведено описание предлагаемого нами смесителя сыпучих материалов более совершенной конструкции (рис. 1).

7

Рис. 1. Шнековый смеситель

перемещает ее по кожуху 5 к верхнему торцу, где она попадает на рассеиватель 6 и оттуда осыпается вниз в зону действия мешалки 4. При работе данного смесителя происходит активное циркуляционное смешивание материалов, что позволит сократить время на получение смеси нужного качества.

Для эффективной работы шнекового смесителя необходимо обоснованно выбрать угол наклона боковых стенок бункера в зоне загрузки шнека. В соответствии со схемой, представленной на рис. 2, материал, находящийся в бункере, перемещается в зону загрузки шнека под действием движущей силы Fдв, которая

должна быть больше силы сопротивления Fс перемещению, вызываемой трением материала о стенку бункера. Исходя из этого, угол наклона боковой стенки бункера может быть определен из выражения:

5 > arctg f

(1)

где f - коэффициент трения материала о стенку бункера.

Шнековый смеситель состоит из бункера 1, шнека 2 и охватывающего его кожуха 5. В нижней части шнека установлена лопастная мешалка 4, которая вращается вместе со шнеком 2. К верхнему торцу кожуха 5 прикреплен рассеиватель 6. Загрузка бункера 1 производится через загрузочный приемник 7, выгрузка смеси - через разгрузочный клапан 3.

В начале работы смешиваемые материалы через приемник 7 загружаются в бункер 1. Затем включается привод шнека 2 и мешалка 4 производит перемешивание материалов, а шнек 2 захватывает смесь и

jy/y

Рис. 2. Схема сил, действующих на частицу материала у стенки бункера без учета центробежной силы

Зная, какие материалы будут транспортироваться шнеком, можно из справочных данных получить чис-

6

5

ленные значения коэффициентов трения fe и по максимальному из них определить требуемый угол наклона стенки бункера.

Выражение (1) справедливо для случая, когда шнек не вращается. При включении шнека в работу на частицу материала, поступающую на спираль шнека, воздействует центробежная сила Fц, прижимающая

ее к стенке бункера. Эту силу можно разложить на нормальную FЦ и тангенциальную FЦ' (рис. 3).

На основании решения этого неравенства получено выражение для определения угла наклона боковой стенки бункера с учетом действия центробежной силы

V R+5/сЧ

5 ' > arctg

(2)

^Rfo у

где ю, R - угловая скорость и наружный радиус шнека; g - ускорение свободного падения.

На рис. 4 показаны зависимости, полученные по формулам (1) и (2).

5, град

60 40 20

_2

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5 f

Рис. 3. Схема сил, действующих на частицу материала у стенки бункера с учетом центробежной силы

Нормальная сила FЦ вместе с составляющей силы тяжести G прижимает материал к стенке бункера и при его перемещении вниз вызывает силу трения F :

Fтp =( FЦ + G ') /с.

Тангенциальная сила F^ также препятствует перемещению материала вниз. С учетом этого суммарная сила сопротивления перемещению материала равна

F = F + F" = (F' + G') f + F"

Силой, движущей материал вниз, является составляющая силы тяжести G", направленная вдоль боковой стенки бункера, т. е. F = G".

Эта сила должна быть больше силы Fc:

Fдв > Fc, G " > Fc, т. е.

G sin 5 > (FI; sin 5 + G cos 5) /с + FI; cos 5 .

Поступила в редакцию

Рис. 4. Зависимости угла наклона боковой стенки бункера от коэффициента трения материала по бункеру

Как видим, расчетные данные, полученные по формуле (1), имеют сравнительно небольшие численные значения угла наклона боковой стенки загрузочного бункера и не могут быть приняты для реальной конструкции. Данные, полученные по формуле (2), в большей мере пригодны для проектирования загрузочных бункеров. Но если боковая стенка бункера будет установлена под углом 8 ', определенным по формуле (2), то это может привести к уменьшению объема бункера при одной и той же его высоте, так как 8' > 8 . Чтобы этого не произошло, представляется целесообразным устанавливать боковую стенку бункера под разными углами: в зоне захвата материала шнеком под углом 8 ', а в остальной части бункера -под углом 8 . Вследствие этого объем бункера сохраняется практически без существенных изменений, в то же время учитывается воздействие на материал, находящийся в бункере, центробежной силы от вращающегося шнека.

Литература

1. Григорьев А.М. Винтовые конвейеры. М., 1972. 184 с.

26 апреля 2012 г.

Петренко Сергей Сергеевич - аспирант, кафедра «Прикладная механика и конструирование машин», ЮжноРоссийский государственный университет экономики и сервиса. Тел. (8636) 22-04-33 доб. 21-00. Адигамов Касьян Абдурахманович - д-р. техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Прикладная механика и конструирование машин», Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса. Тел. (8636) 2204-33 доб. 21-00.

Petrenko Sergey Sergeevich - post-graduate student, South-Russian University of the Economy and service. Ph. (8636) 22-04-33 add. 21-00.

Adigamov Kasyan Abdurahmanovich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department «Applied Mechanics and Designing of Machine», South-Russian University of the Economy and service. Ph. (8636) 22-04-33 add. 21-00.

0