CC BY
8
УДК 621.867.52
ШАМОТА В.П., д.т.н., профессор (Донецкий институт железнодорожного транспорта) ФАЛЬКО А.Л., к.т.н., доцент (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
Загрузка малых объемов сыпучих грузов на железнодорожные платформы
SHAMOTA VP., Doctor of Technical Sciences, Professor (DRTI) FALKO A.L., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor (DRTI)
Loading small volumes of bulk loads on railway platforms
Введение
В практике работ по обслуживанию железнодорожного пути возникает необходимость
транспортировки сыпучих материалов (песок, гравий) вдоль
железнодорожного пути на новые места ремонтных или строительных работ. Загрузка больших масс сыпучих материалов на платформы
осуществляется экскаваторами.
Небольшие по объему сыпучие массы загружаются вручную, поскольку использование механизированных
средств не технологично и не рентабельно ввиду большой стоимости и низкой мобильности погрузочного оборудования [1], сложности с наличием пригодных подъездных путей.
Анализ последних исследований и публикаций
Для частичной механизации ручного труда авторами разработан легкий недорогой переносной виброконвейер со ступенчатым рабочим органом, который предлагается использовать для загрузки малых объемов сыпучих материалов на железнодорожные платформы [2, 3]. Предложенная конструкция [3]
позволяет осуществлять стабильный процесс вибрационного
транспортирования груза лишь под углом к горизонту до 45о, что на практике потребует значительной длины рабочего органа и, соответственно, увеличения габаритов и массы конструкции, что приводит к снижению её мобильности.
Цель работы
Целью статьи является
обоснование конструкции
усовершенствованного виброконвейера со ступенчатым рабочим органом, проведение теоретических
исследований принципа его работы.
Основная часть
Поскольку транспортировка
сыпучих грузов должна осуществляться вверх с грунта на железнодорожные платформы (или в кузов грузового авто), то было решено усовершенствовать уже известную конструкцию [3]. На рисунке 1 представлен наклоненный к горизонту (до 65о) рабочий орган виброконвейера, у которого нижняя поверхность 1 -ступенчатая, а над ней на регулируемом
расстоянии расположена введенная в конструкцию верхняя пластина 2. Пространство в рабочем органе между нижней ступенчатой поверхностью 1 и верхней пластиной 2 по бокам ограждено бортами 3. Нижняя ступенчатая поверхность 1 рабочего органа состоит из последовательно расположенных ступенек определённой длины и высоты. При наклоненном до 65о градусов к горизонту рабочем органе длинные плоскости 4 ступеней образуют с горизонтом острый угол,
немного больший угла наклона к горизонту всего рабочего органа (до 75о), а короткие плоскости 5 ступеней образуют с горизонтом тупой угол. Между короткой 5 и длинной 4 пластинами каждой ступени угол составляет около 90о.
тепловыделение Q (Дж/кг) и тепловой эффект q (кДж/моль) процесса окисления углей низкой степени
метаморфизма температурах.
при
разных
Рис. 1. Схема конструкции виброконвейера со ступенчатым рабочим органом
Весь рабочий орган установлен на раме 6 через упругие элементы 7 и способен совершать колебательное движение параллельно длинным пластинам 4 ступеней с помощью вибратора 8, также установленного на раме 6. Последняя крепится верхним концом, через крепления 9, к платформе или кузову грузового автомобиля, а нижним концом, через крепления 10, в грунт.
В качестве вибропривода может быть использован инерционный или электромагнитный (указан в описании) вибраторы.
Работа предлагаемого конвейера осуществляется следующим образом. При подаче электричества вибратор выводит рабочий орган в заданное колебательное движение. Сыпучий материал в нижней части вручную загружается на ступенчатую
поверхность 1, колеблющуюся в заданном направлении, и под воздействием колебаний со стороны ступеней поверхности 1 перемещается вверх. В процессе вибрационного перемещения короткие пластины 5 ступеней ограничивают движение сыпучего материала вниз и толкают его в каждом периоде колебаний вверх вдоль длинных пластин 4. Далее сыпучий материал попадает на следующую верхнюю по расположению ступеньку и процесс повторяется. Верхняя пластина 2, установленная над ступеньками, препятствует распылению сыпучего материала и выскакиванию его частиц из огражденного пространства рабочего органа, отражая при соударениях частицы обратно на ступенчатую поверхность.
Из практических соображений следует принять следующие граничные условия процесса виброперемещения:
- угол наклона длинных пластин 4 к горизонту должен быть на 10о-15о менее 90о, но большим, чем угол наклона всего рабочего органа к горизонту, внутри которого осуществляется виброперемещение всей сыпучей массы вверх;
- угол направленности колебаний должен совпадать с углом наклона пластин 4 к горизонту, в этом случае сыпучая масса будет перемещаться скольжением вверх вдоль длинных пластин 4, далее совершать этап полета и попадать на верхние по расположению ступени (в полете возможно соударение с верхней пластиной 2 и отражение от нее на ступенчатую поверхность); в ином случае при больших углах наклона рабочего органа к горизонту возникнет полет частиц над пластинами 4 и их падение на нижние ступени, при неупорядоченном движении сыпучей массы;
- во избежание ссыпания материала вниз и закупорки сыпучим материалом проходного сечения рабочего органа толщина слоя материала между ступенчатой поверхностью и верхней пластиной 2 должна находиться в определенных пределах, которые определяются экспериментально, и зависят, в основном, от типа сыпучего материала (форма и размеры частиц) и от его влажности.
Для аналитического рассмотрения процесса виброперемещения примем жестко связанную с пластиной 4 рабочего органа подвижную систему координат ХОУ (рис. 2), в которой рассмотрим движение частиц сыпучего материала.
Будем считать, что слой сыпучего материала является однородным по гранулометрическому составу.
Рис. 2. Схема сил действующих на частицу сыпучей массы
Принимаем, что материальная точка массой т идеализирует слой сыпучего материала или частицу материала, движущуюся в слое (действия со стороны других частиц не будем учитывать, считая их взаимно уравновешивающими). Сопротивление воздушной среды не учитываем. На материальную точку действует сила веса О = (g - ускорение
свободного падения), нормальная реакция N, сила инерции I, сила трения ^ .
Составим уравнение сил, которые действуют на частицу по осям Х и У:
тх = I - Осоъ[90 - (а + /)] -Етр = тЛс2 ът^ - mgът(а + /3) - Етр
т у = N - Оът[90 - (а + //)] = , N - mgсоъ(а + /3)
(1)
где А - амплитуда колебаний рабочего органа, м, с - циклическая частота колебаний рабочего органа, с'1, а -
угол наклона рабочего органа к горизонту, град., в - угол наклона ступенек к рабочему органу (к направлению транспортировки), град., I - текущее время, с.
Поскольку при скольжении движение вдоль оси У отсутствует, то второе уравнение системы (1) приравняем нулю, откуда получим выражение для определения
нормальной реакции:
N = шg cos(а + //),
(2)
Силу трения определим из известного закона с учетом (2):
Ртр = № = /mgсо^а + Р), (3)
Подставив значение Fmp из (3) в
первое уравнение системы (1) и разделив его на т , получим дифференциальное уравнение движения частицы на этапе скольжения по поверхности ступени:
i
x = Ao sin ot - g sin(a + /) - (4) - /g cos(a + /).
Интегрируя (4) по dt, получим
закон изменения скорости
материальной точки на этапе скольжения:
х = - A o [cos ot - cos ot0 ] - g (t - 0[sin(a + 3) , (5) + jcos(a + /)] + X0
где X0 - начальная скорость движения на каждом этапе скольжения вдоль оси Х.
Принимаем x0 = 0, поскольку движение сыпучего груза начинается в каждом периоде колебаний от упорной поверхности 5 ступени вверх вдоль пластины скольжения 4 и этому движению противодействуют сила гравитации и сила трения. Поэтому после каждого этапа перемещения на следующую ступеньку движение слоя сыпучей массы вдоль оси Х останавливается перед следующим этапом скольжения.
Интегрируя (5) по dt, получим закон изменения координаты материальной точки на этапе скольжения:
х = -A[sin cot - sin mt0] + + Am cos coto(t - to) -
- 0,5g (t - to)2[sin(a + 3) + + /cos(a + /)] + Xo(t - to) + xo
(6)
где х0 - начальная координата движения на каждом этапе скольжения вдоль оси Х. Исходя из описанного выше режима движения с остановками в каждом периоде колебаний, примем х0 = 0 в момент (0 .
Момент начала скольжения t = ¿0 определим из уравнения (4), приравняв его к нулю:
g
<Po = mto = arcsin[ (sin(a + /) +
Ao'
(7)
+ jg cos(a+ /))].
Процесс начала движения и ссыпания частиц на верхнюю по расположению ступеньку начинается с момента = (фазовый угол начала
этапа скольжения) до момента (рх = ю^ (фазовый угол конца этапа скольжения) в каждом периоде колебаний. После ссыпания частицы поэтапно в каждом периоде колебаний движутся в сыпучем слое до края следующей ступени.
определения скольжения
Для
остановки необходимо приравнять скольжения - уравнение р = р = otx к нулю:
момента < = oty скорость (5) при
- Ao[cos mt\ - cos oto ] -
- g(ti - to)[sin(a + /) + (8) + jcos(a + /)] = o.
Решить такое уравнение (8) лучше всего методом последовательных приближений в Mathcad.
Определив значения фазовых углов <р0 по (7) и < из (8), подставим
их в формулу (6) и с учетом начальных нулевых значений получим
аналитическое выражение для определения перемещения
материальной точки (слоя сыпучего груза) за этап скольжения:
х01 = -A[sin ootx - sin <ot0 ] + Aocosot0 (tr -10) -o,5g(ti -to)2[sin(a + /) + jcos(a + /)]
(9)
Среднюю скорость
виброперемещения сыпучего груза вдоль оси Х ( ц.) можно найти как отношение перемещения на этапе скольжения х01 к времени периода
колебаний рабочего органа Т = '2п .
с
Однако результирующий вектор виброперемещения груза направлен не вдоль оси Х по ступеням, а вдоль наклона рабочего органа к горизонту, то есть отличается от направления скольжения на угол /3 (рис. 2). В таком случае средняя скорость
виброперемещения составит:
хО1
и = их соъ / = -^соъ / =
Т
Лс,
=--[ът а - ът а1о ] соъ /3 +
2п
+ -
Ас
2
2п
с
-соъ^о^ - ?о) соъ /3-
2
4п
(¿1 -¿о)[$^п(а + / +
(10)
+ ^соъ(а+/)]соъ
Тогда теоретическую
производительность можно определить по аналогии [4, с. 23] с учетом значений, рассчитанных по формулам
(9-11):
Q = 36ООиБуаБ =
18ООБуЛа
п
2
ШОБу/Аа п
9ООSуаg п
а б [ът С - ът с/д ] соъ / +
-аБ соъ с?о (¿1 - ¿о) соъ / -2
аБ(¿1 - ¿О) '
(11)
• [ът(а + /) + / соъ(а + /)]соъ
где S - площадь поперечного сечения грузонесущего органа, м;
У - коэффициент заполнения поперечного сечения грузонесущего органа виброконвейера, для
грузонесущего органа открытого типа с прямоугольным сечением у = О,6...О,8 ;
а5 - введенный авторами коэффициент, учитывающий влияние увеличения угла наклона рабочего органа к горизонту на снижение высоты слоя продукта, зависит от упомянутого угла наклона и от вида продукта (геометрической формы единиц сыпучего продукта), должен определяться экспериментально при различных углах для различных продуктов.
Предположительно коэффициент а будет находиться в зависимости от
угла естественного откоса сыпучего материала, который также зависит от геометрической формы частиц.
Следует отметить, что описанный процесс виброперемещения возможен лишь при условии, что за все время этапа скольжения ^ - ¿0 часть
слоя материала успеет сместится от края нижней по расположению ступени на высоту ступени Н (рис. 2) в отрицательную сторону по оси У вдоль пластины 5 высшей по расположению ступени. В ином случае стабильного движения вверх не будет. Сыпучий материал будет просто трясти внутри рабочего органа.
Для проверки этого условия определим время этапа полета
материальной точки на расстояние -Н вдоль оси У по законам кинематики:
е • Ы2
-Н = -g-ът// ^ Ы =
2Н
g • sin /
-. (12)
Должно соблюдаться условие Дt > ^ — ^ . Для соблюдения этого
условия следует подобрать нужную величину Н - высоты ступени и определить соответствующую ей длину ступени Ь. Из рис. 2 очевидно:
tgP = H ^ L = H = -Hs « 5,68H . (13) L tgP tg100 '
Тогда формула (12) примет вид:
At =
А
2L
g ■ cos P
> ti - to. (14)
Выводы
1. Обоснованы принцип действия и конструкция нового виброконвейера. Разработанная ступенчатая конструкция рабочего органа позволяет транспортировать грузы под углами до 65о к горизонту (вместо 8°... 10о наклона для плоской рабочей поверхности [5]).
2. Благодаря введению в конструкцию пластины 2 стало возможным увеличить угол направления транспортировки материала вверх до 65 к горизонту (соответствует углу наклона рабочего органа), что дало возможность уменьшить длину и, соответственно, массу известного мобильного конвейера
[3].
3. Проведены базовые аналитические исследования процесса вибрационного перемещения сыпучего материала внутри ступенчатого рабочего органа, что позволяет приступить к разработке реальной конструкции, исходя из требуемой расчетной производительности других требуемых эксплуатационных характеристик.
Список литературы:
1. Технология железнодорожного строительства: Учебник для ВУЗов / Э.С. Спиридонов, А.М. Призмазонов,
A.Ф. Аккуратов, Т.В. Шепитько; Под ред. А.М. Призмазонова, Э.С. Спиридонова - М.: Желдориздат, 2002. - 631 с.
2. Патент Украины на полезную модель 86034. Виброконвейер со ступенчатым рабочим органом. / Шамота В.П., Тимохин Ю.В., Фалько А.Л.- Бюл. № 23. - 2013. (10.12.13).
3. Шамота В.П., Фалько А.Л. Виброконвейер для загрузки на железнодорожные платформы. /
B.П. Шамота, А.Л. Фалько // Сборник научных трудов РГУПС «Транспорт: наука, образование, производство». -Ростов, РГУПС, 2017. - Т. 1. -С. 337341.
4.Потураев В.Н. Вибрационные транспортирующие машины / В.Н. Потураев, В.П. Франчук, А.Г. Червоненко. - М., «Машиностроение», 1964. - 272 с.
5.Блехман И.И. Вибрационная механика. Научное издание. Москва: Физматлит, 1994. - 400 с.
Аннотации:
В статье рассмотрена конструкция легкого мобильного виброконвейера для загрузки строительных сыпучих масс на открытые железнодорожные платформы или в кузов грузового автомобиля при перемещении строительных работ. Планируется
виброперемещение сыпучего материала вверх вдоль рабочего органа, наклоненного к горизонту под углом до 650. Рабочий орган состоит из нижней ступенчатой поверхности и расположенной над ней на регулируемом расстоянии верхней пластины, пространство между которыми по бокам ограждено бортами.
Ключевые слова: виброконвейер, вибротранспортирование, загрузка на железнодорожные платформы
The article discusses the design of a light mobile vibroconveyor for loading building bulk materials onto open railway platforms or into the body of a truck when moving construction work. It
is planned to vibrate the bulk material upwards along the working body, inclined to the horizon at an angle of up to 65°. The working body consists of a lower stepped surface and an upper plate located above it at an adjustable distance, the space between which is fenced on the sides by sides.
Keywords: vibrating conveyor, vibrating transportation, loading on railway platforms.
УДК 652.57:66094.34
ПАЩЕНКО Л.В., к.т.н., доцент (Донецкий институт железнодорожного транспорта) ПОТАПЕНКО В.И., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного
транспорта)
Поиск эффективных антиокислителей-антиоксидантов
предотвращения процесса самовозгорания углей Донбасса
Pashchenko L.V., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor (DRTI) Potapenko V.I., Senior Lecturer (DRTI)
The search of the effective antioxidants for prevention of Donbass coals self-ignition
Введение
К категории опасных грузов относят донецкие склонные к самовозгоранию угли, которые могут загореться при хранении на складах или транспортировке прямо в вагонах.
Процессы окисления,
развивающиеся в скоплениях угля и углесодержащих породах при взаимодействии с кислородом воздуха, приводят либо к самонагреванию и самовозгоранию, либо к потерям энергетических и технологических качеств топлива.
Пожары в шахтах из-за самосгорания целиков угля в большей
или меньшей мере нарушают нормальную работу предприятий, вызывают простои, создают опасные условия для горнорабочих вследствие распространения пожарных газов на большие расстояния от места пожара. Поэтому актуальны работы по выявлению причин самовозгорания донецких углей при хранении и транспортировке и поиску методов его предотвращения.
Установлено, что в пожар переходит каждое третье
самовозгорание [1].
Способы предупреждения
самовозгорания угля и углесодержащих
