CC BY
25
УДК 621.867.4
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ВЕРТИКАЛЬНОГО ШНЕКОВОГО КОНВЕЙЕРА
© 2009 г. КА. Адигамов *, Г.В. Черненко **
*Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты
**Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института)
*South-Russian State University of the Economy and Service, Shahty
**Shakhty Institute (Branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute)
Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований по установлению влияния угла наклона спирали вертикального шнека на его производительность. Получена аналитическая зависимость для определения оптимального угла наклона спирали.
Ключевые слова: шнек; спираль; материал; угол наклона; частота вращения.
Theoretical and experimental researches on an establishment of influence of an angle of slope of a spiral vertical screw on its productivity are resulted. Analytical dependence for definition of an optimum angle of an inclination of a spiral is received.
Keywords: a screw; a spiral; a material; an angle of slope; frequency of rotation.
В известных работах, посвященных исследованию и совершенствованию шнековых конвейеров, вопросу влияния угла наклона спирали вертикального шнека на усилие прижатия материала к кожуху внимание не уделялось. Однако результаты наших исследований, а также материалы, изложенные в статье [1], показывают, что угол наклона спирали относительно сердечника вертикального шнека существенно влияет на эффективность его работы.
Если принять, что спираль шнека расположена горизонтально относительно сердечника, то схема сил, действующих на частицу материала при вращении шнека, выглядит, как показано на рис. 1.
Nm
Gfm
F„
G
i
Рис. 1. Схема сил, действующих на частицу материала на горизонтальной спирали
Под действием центробежной силы Fц частица
материала перемещается поперек спирали к кожуху, преодолевая силу трения о спираль:
F = Gf
тр.ш У ш ■
Разность между центробежной силой и силой трения образует силу прижатия частицы материала к кожуху
^р = К - ^ш = R - тё/ш =
= т (ЮШR - gfrn ) •
Отсюда можно получить выражение для определения минимальной частоты вращения шнека, при которой частица материала будет перемещаться поперек спирали и прижиматься к кожуху:
n > 30 / > Л R
Если спираль расположена наклонно под углом у к сердечнику шнека, то схема сил выглядит по-иному (рис. 2). В этом случае частица материала перемещается к кожуху под действием сил FII cos у и G sin у, а силой сопротивления является сила трения частицы о спираль F .
Тогда усилие прижатия частицы материала к кожуху можно определить из выражения
Fnp = FiC0S У + G sin У" Fmp^ = = m [ra ШR (cos У + sin у/ш) + g (sin у - cos /)], (1)
Ю
ш
где т - масса частицы материала; R, юш - радиус и угловая скорость шнека; /ш - коэффициент трения материала о шнек.
F^iny
Рис. 2. Схема сил, действующих на частицу материала на наклонной спирали
Результаты расчетов по выражению (1) показали, что если спираль наклонена от сердечника шнека к периферии, усилие прижатия частицы материала к кожуху больше по сравнению с вариантом, когда спираль горизонтальна, в принятых диапазонах изменений угла наклона спирали и частоты вращения шнека. Данные по приросту F = f (у) показаны на
рис. 3.
R = 0,1 м; ^ = 0,2
прижатия частицы материала к кожуху составляет от 10 % при у = 5° до 38 % при у = 20°, при
п = 150 мин-1 прирост усилия АРпр изменяется от 5
до 17 %, а при больших значениях частоты вращения шнека Л?Лр изменяется незначительно.
На основании данных, полученных при изучении влияния угла наклона спирали на усилие прижатия частицы материала к кожуху шнека, можно сделать следующие выводы:
- установка спирали наклонно (под углом) по отношению к сердечнику шнека является более предпочтительным вариантом по сравнению с тем, когда спираль установлена горизонтально;
- наиболее значительно увеличение усилия прижатия частицы происходит при частоте вращения
шнека до 150 мин-1, а далее интенсивность прироста
F^ уменьшается.
Формула (1) позволяет аналитически определить зависимость угла у от коэффициента трения материала о спираль шнека. Так как первое слагаемое в этой формуле практически остается численно постоянным в принятом диапазоне углов у (5-20 °), выполним анализ второго слагаемого.
Очевидно, что прирост усилия прижатия частицы материала к кожуху будет равен нулю, если sin у = cos у /ш .
°ткуда: ^у = у = arc / .
Ниже показана графическая зависимость угла наклона спирали от коэффициента трения материала по шнеку (рис. 4).
у, град 20
15
10
0,1
0,2
0,3
J'.щ
у, град
Рис. 3. Зависимости прироста усилия прижатия частицы материала к кожуху от угла наклона спирали: 1 - п = 100 мин-1; 2 - п = 150 мин-1; 3 - п = 200 мин-1; 4 - п = 250 мин-1
Анализ зависимостей, приведенных на рис. 3, показывает, что при п = 100 мин-1 прирост усилия
Рис. 4. Зависимость угла наклона спирали от коэффициента трения материала по шнеку
В связи с тем что при изготовлении шнека рабочую поверхность спирали тщательно обрабатывают, коэффициент трения материала о спираль, как правило, составляет 0,2 - 0,3. Отсюда рекомендуемый угол
ю
1
2
5
наклона спирали вниз по отношению к сердечнику шнека равен 10 - 15
Экспериментальная проверка теоретических выводов позволила установить, что производительность шнека со спиралью, установленной под углом 10 0 вниз по отношению к сердечнику, оказалась выше в 1,54 - 1,58 раза по сравнению со шнеком, спираль которого установлена горизонтально.
Поступила в редакцию
Литература
1. Влияние угла наклона образующих шнековой лопасти на эффективность функционирования вертикального винтового конвейера / В.А. Евстратов [и др.] // Сб. науч. тр. / Южно-Российский государственный технический университет (НПИ). 2003.
31 марта 2009 г.
Адигамов Касьян Абдурахманович - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Прикладная механика и конструирование машин», Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса. Тел. (8636) 22-04-33 доб. 21-00.
Черненко Геннадий Владимирович - учебный мастер, кафедра «Электрификация и автоматизация производства», Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) Тел. (86362) 22036 доб. 252.
Adigamov Kasyan Abdurachmanovich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department «Applied mechanics and designing of machine», South-Russian State University of the Economy and Service. Ph. (8636) 22-04-33 доб. 21-00.
Chernenko Gennady Vladimirovich - training master department «Electrification and manufacture automation», Shakhty Institute (Branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (86362) 22036 доб. 252.
