THEORETICAL SUBSTANTIATION OF TROSO-SCRAPER CONVEYOR FEEDING MACHINE PARAMETERS

Full Text

Для транспортирования сыпучих грузов, включая зерно и продукты его переработки, широко используются канатно-скребковые конвейеры с тросошайбовым (рис. 1) или цепочно-шайбовым рабочим органом [1, 2, 6]. В силу эксплуатационных особенностей и большой тяговой способности троса, рабочий орган имеет существенные преимущества. Одним из недостатков таких рабочих органов является образование пробки из материала перед движущимся скребком. Она приводит к росту сопротивления при перемещении рабочего органа [2-5, 7]. Указанный недостаток можно уменьшить, оптимизируя конструкцию шайбы конвейера. Цель исследования - теоретически обосновать основные параметры скребково-тросового конвейера кормораздатчика. Задачи исследований: обосновать рациональную форму чаши скребка конвейера; определить выражения для расчета основных параметров работы скребково-тросового конвейера. Материалы и методы исследований. В процессе проведения теоретических исследований осуществлялось определение выражений по расчету основных показателей рабочего процесса транспортирования материала скребками по трубопроводу круглого сечения и аналитическое обоснованию рациональных параметров формы скребка конвейера. Скребково-тросовый конвейер (рис. 1) конструктивно представляет трубчатый материалопровод 1, внутри которого перемещается тяговый орган 2, состоящий из троса и скребков, выполненных из полимерного материала. Изменение направления поступательного перемещения материала достигается с помощью поворотных узлов 3, которые находятся в плотно закрытых корпусах. Привод рабочего органа осуществляется ведущей звездочкой приводной станции 4. Загрузка конвейера происходит при помощи бункера 5, на любом участке контура. Работа конвейера состоит из трех последовательных процессов: загрузки материала в материалопровод, перемещения материала по всей длине транспортирования, разгрузки материала под собственным весом через выгрузное отверстие в нижней части трубы материалопровода. Рис. 1. Схема скребково-тросового конвейера кормораздатчика: 1 - трубопровод 2 - канатно-скребковый рабочий орган; 3 - поворотный узел; 4 - приводная станция; 5 - загрузочный бункер Результаты исследований. Рассмотрим силовое воздействие скребка 3 на перемещаемый перед скребком материал 4,5 (рис. 2). Допустим, длина пробки 5 от нижнего края скребка 3 до переднего ее края постоянна. В таком случае у передней кромки пробки образуется откос с углом aСМ полного сдвига транспортируемого материала по поверхности материала материалопровода - трубы 1. Вследствие воздействия скребка 3 перед его нижним краем возникает плоскость внутреннего сдвига слоев материала под углом aВ. При постоянной длине пробки ее масса и объем V0 будут постоянны. Соответственно, сила сопротивления перемещению пробки F0 также будет постоянна. При этом объем материала 4 в непосредственном контакте со скребком 3 по мере перехода от выпуклой формы скребка (рис. 2, а) к вогнутой (рис. 2, в) растет, а нормальная проекция сил воздействия скребка (клинящих материал в трубе материалопровода) изменяет направление от радиально-наружного к центрально направленному (уравновешивающих частично сами себя). Тем самым, скребки вогнутой формы способны обеспечить рост производительности и снижение удельных затрат мощности транспортирования. В результате, возникающее боковое распорное давление оказывает существенное влияние на энергоемкость процесса транспортирования. Рис. 2. Схема воздействия скребка на материал: а - выгнутый скребок; б - плоский скребок; в - вогнутый скребок в виде чаши; 1 - трубопровод; 2 - трос; 3 - скребок; 4 - слой материала, непосредственно воздействующий на скребок; 5 - слой материала, образующий кормовую пробку Для снижения энергоемкости необходимо уменьшить боковое давление в межскребковых пространствах материалопровода. Это возможно достигнуть при использовании скребка в форме чаши с кромками, направленными в сторону перемещения материала (рис. 3). Рис. 3. Рабочие органы скребково-тросового конвейера: 1 - тросо-шайбовый; 2 - тросо-чашечные с различной глубиной чаши При этом должно соблюдаться условие полной выгрузки корма в зоне выгрузного отверстия. Коническая форма чаши приведет к залипанию материала у вершины конуса возле троса, снижая тем самым производительность. Поэтому возле троса угол поверхности чаши относительно троса следует увеличить до максимума (90°), т.е. полусфера. Полная выгрузка чаши будет происходить при условии: añaС, где a - угол наклона кромок чаши относительно горизонта, град; aС - угол полного сдвига транспортируемого материала по поверхности материала скребка, град. Точные параметры скребка определяются графо-аналитическим методом, (рис. 4). Уравнение окружности в выбранной системе координат будет иметь вид: , (1) где R - радиус чаши скребка, м. Рис. 4. Схема обоснования оптимальной рабочей поверхности внутреннего профиля скребка Уравнение прямой m: . (2) Уравнение прямой m1: . (3) Поверхность, расположенная внутри участка, ограниченного точками CBOB1C1 будет соответствовать условию свободной выгрузки материала из чаши и наибольшему внутреннему объему самой чаши, т.е. тем самым определена оптимальная рабочая поверхность скребка - полусфера с углом относительно направляющей трубы не менее угла трения материала о стенки чаши. Производительность конвейера в общем виде выразится как: , (4) где Кз - коэффициент пропорциональности; Qз - производительность поступления материала из загрузочного бункера кг/с; Qk - производительность конвейера, кг/с. Или, подставив конструктивные показатели: (5) где аз - длина загрузочного отверстия, м; вз - ширина загрузочного отверстия, м; g - ускорение свободного падения, м/с2; f - коэффициент внутреннего трения материала; j - угол внутреннего трения, град.; d1 - диаметр скребка (рис. 5), м; d2 - диаметр троса, м; d3 - диаметр цилиндрической части, м; d - толщина скребка, м; lц - длина цилиндрической части, м. Рис. 5. Схема к определению параметров рабочего органа Из формулы (5) определяем основные параметры скребково-тросового трубчатого транспортера и загрузочного бункера. Пропускная способность выгрузного отверстия QВ должна удовлетворять условию: QВ³Qт. (6) Предпочтительным условием выгрузки корма из материалопровода является выгрузка материала сплошным потоком. Следовательно, наиболее рациональным следует принять ширину выгрузного отверстия конвейера, стремящуюся к диаметру материалопровода. Для скребка в виде чаши путь, пройденный за время t схода транспортируемого материала с рабочей поверхности скребка (рис. 6), а соответственно и длина выгрузного отверстия определяются выражением: (7) где fмс - коэффициент трения корма по материалу скребка; u - скорость перемещения скребка, м/с; w0 - угловая скорость движения материальной точки по окружности, рад/с. В процессе движения скребково-тросового рабочего органа по внутренней поверхности трубчатого кожуха условия перемещения материала могут меняться. Различают следующие участки: материалопровод и поворотное устройство. Рис. 6. Схема к определению длины выгрузного отверстия скребково-тросового конвейера Сила, необходимая на перемещение материала, находящегося в межскребковом пространстве на прямолинейном участке материалопровода, расположенного под углом к горизонту (рис. 7) запишется следующим образом: (8) где Мм - масса корма, находящегося в полости чаши скребка, кг; Мро - масса рабочего органа, приходящаяся на скребок, кг; q - угол наклона материалопровода относительно горизонта, град; fст - коэффициент трения материала о внутреннюю поверхность трубы материалопровода; kb - коэффициент бокового давления; k3 - коэффициент заполнения межскребкового пространства кормом; kk - конструктивный коэффициент; kи - коэффициент исключения давления части корма, находящегося в полости скребка, на стенки кормопровода. Рис. 7. Схема сил, действующих на скребок при перемещении материала в материалопроводе Значения коэффициентов заполнения k3, конструктивного kk и исключения kи определяются по формулам: (9) где Vд - действительный объем корма в межскребковом пространстве материалопровода, м3; Vн - объем межскребкового пространства материалопровода, м3; Vро - объем, занимаемый рабочим органом, м3; Vc - объем материала, находящийся в полости скребка, м3. При перемещении материала в поворотном устройстве на скребок кроме указанных сил, воздействуют центробежные силы: Рc - материала в полости скребка, Рро - рабочего органа, Рm - материала на участке В. С учетом этих сил усилие, оказываемое на скребок в поворотном устройстве, запишется: , (10) где wп - угловая скорость звездочки поворотного устройства, с-1; Rп - радиус поворотного устройства, м; Мо - масса материала в межскребковом пространстве материалопровода, без Мм, кг. Необходимая на привод мощность N (Вт) пропорциональна длине рабочей трубы L, поэтому целесообразно рассматривать не абстрактную необходимую на привод мощность, а мощность привода при работе с трубой, имеющей длину L (м). Энергоемкость Nуд (Дж/кг·м) определится: , (11) где Z1 - количество межскребковых пространств, заполненных материалом на прямолинейном участке; Z2 - количество межскребковых пространств, заполненных материалом в поворотном устройстве; n2 - количество поворотных устройств; h - КПД привода. Заключение. Теоретически обоснована форма чаши скребка в виде полусферы с углом относительно направляющей трубы не менее угла трения материала о стенки чаши; установлены выражения, позволяющие расчитать основные параметры скребково-тросового конвейера.

About the authors

V V Lyandenbursky

FSBEI HVE Penza SUAE

Email: lvv789@yandex.ru
cand. of techn. sciences, associate professor of the department «Motor transport» 440014, Penza region, Penza, Kordon Studenyj, 34 str

S S Petrova

FSBEI HVE Samara SAA

Email: ssaariz@mail.ru
cand. of techn. sciences, associate professor of the department «Theoretical and Applied Mechanics» 446442, Samara region, settlement Ust’-Kinelskiy, Uchebnaya, 2 str

V V Konovalov

FSBE HVE Penza STA

Email: konovalov-penza@rambler.ru
dr. of techn. sciences, prof. of the department «Animal husbandry mechanization» 440014, Penza region, Penza, Baydukova, 1a str

References

Supplementary files