CC BY
10
CHOCE OF THE PRINCIPAL RATIO ROTATION ANGLE OF THE TRANSPORT WHEEL
A.G. Amosov, A.A. Autushenko, M. V. Kapitonov, M.T. Lychkin
For means of transport in which flotation ability is an important quality as well as endurance, the principal of variation rotation angle of steer wheels must provide the maximum turning moment, when the front steerable wheels have maximum angles of rotation also the principal must provide equality of wear at small rotation angles.
Key words: multi-axle road-train, multi-axle truck, steering angle, steer
wheel.
Amosov Alexey Germanovich, postgraduate, lamosovayandex.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University),
Autushenko Alexander Aleksandrovich, postgraduate, avtushenkoabk. ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University),
Kapitonov Mikhail Vladimirovich, postgraduate, mikekapitonovagmail. com, Russia, Moscow, Moscow State University of Mechanical Engineering,
Lychkin Maksim Timofeevitch, postgraduate, mu0na mail.ru, Russia, Moscow, Moscow Bauman State Technical University
УДК 621.922; 621.921.34
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РОТОРНЫХ СМЕСИТЕЛЬНЫХ АВТОМАТОВ С СУЩЕСТВУЮЩИМИ КОНСТРУКЦИЯМИ СМЕСИТЕЛЕЙ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
О.В. Соколова
Рассмотрены основные достоинства и недостатки конструкций роторных смесительных автоматов для реализации детерминированного способа формирования однородности смесей, при сравнении с типовыми существующими смесителями по некоторым технологическим критериям в различных отраслях промышленности.
Ключевые слова: смесь, дозатор, смеситель, роторная машина, сыпучий материал, детерминированного формирования однородности смесей.
На протяжении нескольких последних десятилетий сотрудниками кафедры "Технологические системы пищевых, полиграфических и упаковочных производств" Тульского государственного университета проводились неоднократные научно-технические, технико-экономические, патентные и маркетинговые исследования и анализ существующих и вновь проектируемых конструкций смесительной техники. Разработанные на кафедре конструкции роторных и бироторных дозирующих устройств и смесительных автоматов, реализующих технологию детерминированного
336
формирования однородности смеси, а также результаты внедрения последних в некоторых отраслях производства, позволили с высокой степенью достоверности утверждать некоторые прогнозируемые и некоторые однозначно определённые параметры роторных смесителей с экстраполяцией их использования как в России, так и за её пределами [1-5].
Научные и практические исследования позволили установить следующие основные отличия данных конструкций от существующих.
1. Отсутствие вероятностного и наличие детерминированного формирования однородности приготавливаемых смесей. Практически все существующие конструкции смесителей в той или иной степени используют технологии принудительного объёмного внедрения частиц одного компонента между частицами другого. Эти процессы очень сложны сами по себе: на частицу по всем трём координатам действует множество сил различного происхождения от горизонтальных до кулоновских (рисунок) и предсказать направление вектора скорости V такой частицы практически невозможно, да и не всегда является целесообразным [6]. Детерминированный способ позволяет выделить из множества частиц компонента такую минимальную общность (микродозу), которой можно было бы управлять простыми механическими процессами и с помощью этих же процессов, а также используя силы гравитации (рисунок), которые наиболее изучены и стабильны, модифицирует данную общность до элементарной и сообщает ей определённую координату. Вероятностный характер также присутствует, но его влияние минимально и обусловлено только несовершенством механических устройств питателей, формирующих элементарные общности частиц компонентов. На сегодняшний день современные конструкции питателей обеспечивают вероятностное формирование мик-родоз с точностью в пределах до 1 %, приблизительно таким же (2...3 %) в
дальнейшем оказывается и уровень качества смеси. Тем не менее, использование временных и других методов вероятностного формирования смеси на существующих конструкциях смесителей может максимально гарантировать отклонения в 1,5...3 %, чаще в 3...6 %.
у
У
■X
2
б
V
а
Силы действующие на частицу компонента в смесителях
337
2. Достаточно высокую технологическую сложность получения управляемой микродозы заданного или необходимого объёма. Пока мы не можем каждой частичке компонента сообщить нужную координату, а потому сообщаем эту координату некому множеству частиц, которое в дальнейшем примет некое подобие идеальному поэлементному состоянию -элементарному слою-сектору на дне тары. Этот процесс весьма относителен и происходит на уровне перемещений отдельных частиц, а следовательно, очень сложен и труден в управлении. Поэтому условно представив общность частиц за одну частицу, даже при условии дальнейшего разложения данной общности до уровня почастичного распределения внутри объёма смеси, достаточно сложно назвать смесь идеальной. Идеальность в данном случае имеет некий уровень, который зависит от того объёма или числа частиц, которые мы условно считаем одной элементарной частичкой компонента, а такой уровень не всегда может быть приемлем. В этой связи разработчики предлагают использование такой конструкции для приготовления полуфабрикатов смеси, на подготовительном этапе. В таком случае смесь сначала представляет собой грубо, но в точной пропорции и координатами, уложенные относительно "большие куски" компонентов, которые потом, на последующих стадиях смешивания, необходимо внедрить друг в друга, а на более мелкодискретном уровне. Таким образом, данная машина может использоваться для предварительного приготовления смеси, причём дальнейшие процессы смешения будут упрощены в силу их диффузного, а не конвективного характера;
3. Повышение автоматизации процессов. Роторная смесительная система с комплексом роторных питателей - это гибкая система. Ей необходима автоматизированная система управления АСУ. Возможности автоматизации и гибкого управления проявляются не только на режимах работы машины: времени смешения, производительности питателей и машины в целом для непрерывно действующих смесителей, но и на качественных показателях, а также гибком изменении соотношений. Управление несколькими мелкодискретными потоками компонентов и механизмами их формирования, а также управление режимами работы машины в целом усложняет её конструкцию, но повышает общий уровень автоматизации производства, что сегодня весьма актуально;
4. Повышается безопасность процессов смешения. В результате внедрения и использования роторного смесительного оборудования экологических последствий не ожидается. Практически все, в том числе и технология детерминированного получения смесей сыпучих материалов экологически безопасны. Более того, существенно улучшаются условия труда и уменьшается вредное воздействие на обслуживающий персонал за счёт автоматизации операций перемешивания, особенно при приготовлении сыпучих смесей, содержащих тяжёлые металлы и токсичные вещества. Уровень предлагаемой автоматизированной технологии приготовления
сыпучих смесей позволяет повысить безопасность и устранить образование пыли за счёт исключения многократного перемешивания и отсутствия трущихся пар, что в значительной степени улучшит условия труда, особенно при работе с пылевидными металлическими, вредными и взрывоопасными материалами. Трение и пыление сыпучих материалов в роторной машине почти отсутствуют. Это обстоятельство гарантированно переводит её в разряд взрыво- и пожаробезопасной смесительной техники, чего нельзя сказать о многих существующих конструкциях смесителей;
5. Использование роторной конструкции смесителя в купе с надёжной автоматизированной системой управления обеспечивает высокую универсальность машины. Исследования показали, что компонентами для смесеобразования детерминированным способом на предлагаемом оборудовании могут быть практически любые сыпучие материалы. Способ можно реализовать на предприятиях многих отраслей промышленности.
Агропромышленное производство. Для получения премиксов для комбикормов и других питательных и терапевтических смесей, где используются различные минеральные соли, добавки и витамины с широким диапазоном физико-механических свойств, содержание которых мало по сравнению с основными компонентами (1:100,1:200 и выше).
Металлургия. Для получения высококачественных смесей из металлических порошков.
Инструментальное производство. В производстве комбинированных и абразивных смесей при изготовлении алмазного, шлифовального и иного инструмента для повышения его износостойкости.
Химическое производство. Для усреднения свойств порохов внутри малых и больших партий. Это обеспечит более высокие баллистические характеристики конечных продуктов оборонного комплекса. Для производства удобрений, стиральных порошков, других сыпучих продуктов, в которых требуется соблюдение жёстких рамок высоких соотношений компонентов в смеси и предъявляются более высокие требования к её качеству.
Фармацевтическое производство. Для производства мульти препаратов. При получаемом на данном типе машин качестве смесей витаминов, лекарственных веществ и препаратов возможно обеспечение их высокоточной дозировки даже в малом объёме продукта - таблетке, драже и т.п.
Другие производства. Резинотехническая промышленность, производство стройматериалов, пищевое производство и другие, где необходимо обеспечить детерминированный (гарантированный) уровень качества смеси, соблюдая соотношения компонентов до 1:100 и выше, а также произвести точную дозировку готового продукта с последующей расфасовкой в тару в одной установке.
Эта особенность такого оборудования особенно важна при его использовании в высоко автоматизированных гибких производственных системах, где номенклатура сыпучих материалов весьма обширная, и при пе-
339
реходе на новый вид продукции нет значительных заделов времени на переналадку. Многие существующие конструкции рассчитаны на работу с каким-то одним типом сыпучих материалов.
6. Жёсткая связь между производительностью машины и качеством получаемой на ней продукции. Производительность роторных смесителей находится в пределах средней и если при проектировании закладывается высокий уровень качества смеси, то рассчитывать на большую производительность не приходится, так как дозаторы должны манипулировать с микродозами очень малого объёма и процесс образования смеси на дне тары в данном случае заметно замедляется. Таким образом, срабатывает принцип: хорошее качество - низкая производительность, более низкое качество - более высокая производительность. Многие существующие конструкции смесителей обеспечивают значительно большую производительность при относительном качестве готовых сыпучих смесей.
7. В определённых случаях использование роторной смесительной техники позволит добиться заметного улучшения экономических показателей производства смеси. Там где удельные затраты электроэнергии на единицу продукции велики, а также имеются значительные потребности в производственных площадях, роторные смесители могут улучшить финансово-экономические показатели.
8. Роторные смесительные модули имеют некоторые дополнительные удобства в обслуживании. Не надо специально чистить ёмкость бункера. Питатель данного компонента можно просто отключить и использовать другие имеющиеся на данной машине. Если всё же необходимо очистить бункер, то достаточно извлечь ротор питателя расположенный внизу ёмкости и компонент свободно переместится в любую тару расположенную ниже.
9. Данные конструкции обеспечивают плавное изменение производительности питателей и машины в целом с ограничением непрерывности потоков компонентов объёмами их элементарных дискретных объемов (масс), что позволяет также плавно менять соотношения компонентов в смеси при условии непрерывности процессов.
10. Роторные смесительные модули требуют немногочисленный, но высококвалифицированный обслуживающий персонал.
Это основные достоинства и недостатки нового вида смесительной техники, которые прежде всего обязан учитывать инженер-конструктор при выборе его для проектировании, последующего производства и использования в различных отраслях промышленности.
Список литературы
1. Евсеев А.В. Классификация нонмиксинговых смесевых продуктов и устройств // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. Вып.3. С.82-94.
340
2. Соколова О.В. Возможные конструкции смесительных модулей, реализующие способ детерминированного формирования однородности смесей// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып.6. С.451-458.
3. Евсеев А.В., Парамонова М.С. Постановка задачи математического моделирования процесса детерминированного формирования однородности смеси сыпучих материалов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 11. Ч. 2. С. 203 - 208.
4. Способ смешения сыпучих компонентов и устройство для его реализации: пат. РФ №2271243. Опубл. 10.03.06. Бюл. №7.
5. Способ смешения сыпучих компонентов и устройство для его реализации: патент РФ №2129911. Опубл. 10.05.99. Бюл. №13.
6. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. М.: Машиностроение, 1973. 216 с.
Соколова Ольга Вячеславовна, студентка, olya20073@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPARATIVE CHARACTERISTICS OF ROTARY MIXING MACHINES WITH EXISTING DESIGNS OF MIXERS OF LOOSE MATERIALS
O.V. Sokolova
The paper deals with the main advantages and disadvantages of designs of rotary mixing machines for the implementation of a deterministic method offormation of homogeneity of mixtures in comparison with standard existing mixtures according to some technological criteria in various industries.
Key words: mixture, batcher, mixer, rotary machine, loose material, deterministic formation of homogeneity of mixtures.
Sokolova Olga Vyacheslavovna, student, olya20073@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University
