УСЛОВИЯ  ЭФФЕКТИВНОЙ  ЗАГРУЗКИ  ВЕРТИКАЛЬНОГО  ШНЕКА  В  ЗОНЕ  ЗАХВАТА  ТРАНСПОРТИРУЕМОГО  МАТЕРИАЛА

Черкасов  Роман  Иванович

инженер  ИСО  и  П  (филиал)  ДГТУ, 
РФ,  г.  Шахты

E-mail:  

Байбара  Светлана  Николаевна

канд.  техн.  наук,  доцент  ИСО  и  П  (филиал)  ДГТУ, 
РФ,  г.  Шахты

E-mail: 

CONDITIONS  OF  EFFECTIVE  LOADING  OF  THE  VERTICAL  SCREW  IN  THE  ZONE  OF  CAPTURE  OF  THE  TRANSPORTED  MATERIAL

Cherkasov  Roman

engineer  of  ISO  and  P  (branch)  of  DGTU, 
Russia,  Mines

Baibara  Svetlana

сand.  tech.  sci.,  associate  professor  ISO  and  P  (branch)  of  DGTU, 
Russia,  Mines

АННОТАЦИЯ

В  работе  показано,  что  для  эффективной  загрузки  вертикального  шнека  в  зоне  захвата  транспортируемого  материала  необходимо  правильно  определить  угол  наклона  боковой  стенки  бункера  в  его  конической  части,  а  также  обоснованно  выбрать  требуемую  площадь  загрузочных  окон  в  кожухе  шнека.  Предложены  математические  выражения  для  определения  угла  наклона  боковой  стенки  бункера  без  учета  действия  центробежной  силы  и  с  учетом  силы.  Показано,  что  вся  площадь  кожуха  в  зоне  загрузки  должна  быть  открыта  на  высоту  одного  шага  спирали,  а  опоры  для  кожуха  выполнить  в  виде  цилиндрических  стержней  малого  диаметра.

ABSTRACT

It  is  shown  that  the  effective  load  of  vertical  screw  in  the  area  of  capture  of  transported  material  is  necessary  to  correctly  determine  the  angle  of  inclination  of  the  side  wall  of  the  bin,  and  select  the  desired  area  of  the  loading  windows  in  the  auger  housing.  Proposed  expression  for  determining  the  angle  of  inclination  of  the  side  wall  of  the  hopper  excluding  the  centrifugal  force  and  given  strength.  It  is  shown  that  the  whole  area  of  the  housing  in  the  loading  zone  to  be  opened  at  the  height  of  a  step  helix,  and  the  support  for  the  housing  is  formed  as  a  cylindrical  rod  of  small  diameter.

Ключевые  слова :  шнековый  конвейер;  смеситель;  сыпучие  материалы;  угол  наклона;  загрузочные  окна.

Keywords :  shnekovy  conveyor;  mixer;  bulks;  tilt  angle;  loading  windows.

В  работе  [1,  с.  3]  показано,  что  для  эффективной  загрузки  вертикального  шнека  смесителя  сыпучих  материалов,  необходимо  правильно  определить  угол  наклона  боковой  стенки  бункера  в  его  конической  части,  чтобы  смешиваемые  материалы  могли  беспрепятственно  опускаться  вниз,  а  также  обоснованно  выбрать  требуемую  площадь  загрузочных  окон  в  кожухе  шнека,  при  которой  обеспечивается  интенсивная  загрузка  шнека.

В  работе  [2,  с.  12]  рассмотрено  определение  угла  наклона  боковой  стенки  бункера  в  двух  вариантах:  когда  шнек  не  вращается  и  когда  шнек  вращается.  На  рисунке  1  показана  схема  загрузки  бункера  по  первому  варианту.  В  этом  случае  угловая  скорость  шнека  ,  центробежная  сила  .

В  соответствии  со  схемой  на  рисунке  1  материал,  находящийся  в  бункере,  перемещается  вдоль  наклонной  стенки  в  зону  загрузки  шнека  под  действием  движущей  силы  ,  которая  должна  быть  больше  силы  сопротивления    перемещению,  вызываемой  трением  материала  о  стенку  бункера.

Рисунок  1.  Схема  к  расчету  угла  γ  при  условии  :  1  —  стенка  бункера,  2  —  кожух  шнека,  3  —  спираль  шнека,  4  —  частица  материала

Движущей  силой  является  составляющая  силы  веса  частицы  материала  ,  направленная  вдоль  стенки  бункера  вниз:

  (1)

Силу  сопротивления    вызывает  составляющая  силы  веса  частицы  ,  умноженная  на  коэффициент  трения  материала  о  бункер  :

  (2)

Из  условия  ,  получим:

Откуда: 

  (3)

При  включении  шнека  в  работу  на  частицу  материала,  поступающую  на  спираль  шнека,  воздействует  центробежная  сила  ,  прижимающая  ее  к  стенке  бункера.  Эту  силу  можно  разложить  на  нормальную    и  тангенциальную    (рис.  2).

Рисунок  2.  Схема  к  расчету  угла  γ  при  условии 

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

  (4)

Тангенциальная  сила    также  препятствует  перемещению  материала  вниз.  С  учетом  этого,  суммарная  сила  сопротивления  перемещению  материала  равна:

  (5)

Как  и  в  первом  случае,  силой,  движущей  материал  вниз,  является  составляющая  силы  тяжести  ,  направленная  вдоль  наклонной  стенки  бункера  вниз,  т.  е.: 

Эта  сила  должна  быть  больше  силы  :

,  т.  е.:

  (6)

На  основании  решения  этого  неравенства  получено  выражение:

,  (7) 

Формула  (7)  учитывает  не  только  коэффициент  трения  материала  о  стенку  бункера,  но  также  угловую  скорость  и  радиус  шнека.

На  рисунке  3  показаны  зависимости,  полученные  по  формулам  (3)  и  (7).

Как  видим,  расчетные  данные,  полученные  по  формуле  (3),  имеют  сравнительно  небольшие  численные  значения  угла  наклона  боковой  стенки  загрузочного  бункера  и  не  могут  быть  приняты  для  реальной  конструкции.  Данные,  полученные  по  формуле  (7),  в  большей  мере  пригодны  для  проектирования  загрузочных  бункеров.  Но  если  боковая  стенка  бункера  будет  установлена  под  углом  ,  определенным  по  формуле  (7),  то  это  может  привести  к  уменьшению  объема  бункера  при  одной  и  той  же  его  высоте.  Чтобы  этого  не  произошло,  представляется  целесообразным  устанавливать  боковую  стенку  бункера  в  конусной  части  под  разными  углами:  в  зоне  захвата  материала  шнеком  под  углом    по  формуле  (7),  а  в  остальной  части  —  под  углом    по  формуле  (3).  Вследствие  этого,  объем  бункера  сохраняется  практически  без  существенных  изменений.

Рисунок  3.  Зависимости  угла  наклона  γ  от  величины  коэффициента  трения  материала  о  стенку  бункера

Площадь  загрузочных  окон  в  нижней  части  кожуха  определялась  экспериментально.  При  проведении  экспериментов  шнек  имел  наружный  диаметр  56  мм,  диаметр  сердечника  35  мм,  шаг  навивки  спирали  40  мм,  угол  подъема  спирали  12°42'.  Внутренний  диаметр  кожуха  составлял  58  мм,  т.  е.  величина  зазора  между  шнеком  и  кожухом  равнялась  одному  миллиметру.  В  нижней  части  кожуха,  где  проходила  загрузка  материала  на  шнек,  последовательно  были  вырезаны  прямоугольные  окна  с  размером  30  мм  по  ширине  и  40  мм  по  высоте:  сначала  одно  в  произвольном  месте  по  периметру  кожуха,  затем  два  напротив  друг  друга,  далее  три  через  120°  и  четыре  через  90°.  При  принятых  размерах  окон  площадь  вырезов  в  кожухе    составляла  соответственно  1200,  2400,  3600,  4800  мм²,  а  отношение  этих  площадей  к  общей  площади  кожуха  в  зоне  загрузки    равнялось  0,17;  0,34;  0,51;  0,68.  В  качестве  транспортируемого  материала  использовалась  смесь  из  пшена  и  гречневой  крупы  в  соотношении  1:1.  Увеличение  высоты  выреза  более  40  мм,  т.  е.  больше  шага  навивки  спирали  приводило  к  тому,  что  часть  материала  выбрасывалась  спиралью  шнека  обратно  в  бункер. 

Рисунок  4.  Зависимости  производительности  шнека  от  площади  загрузочных  окон  в  кожухе

Перед  началом  экспериментов  материал  послойно  засыпался  в  бункер,  затем  включался  в  работу  шнек  и  в  течение  одной  минуты  происходила  перегрузка  материала  из  бункера  в  мерную  емкость,  по  количеству  материала  в  которой  судили  о  производительности  конвейера.  Частота  вращения  шнека  составляла  150,  200,  250,  300  мин^-1.

Результаты  экспериментов  по  определению  производительности  шнека  в  зависимости  от  площади  загрузочных  окон  в  кожухе  показаны  на  рисунке  4.

Рисунок  5.  Зависимости  производительности  шнека  от  частоты  его  вращения

Из  данных,  представленных  на  рисунке  4,  следует,  что  для  обеспечения  максимальной  производительности  шнека  необходимо,  чтобы  отношение  площади  вырезов  в  кожухе    составляло  не  менее  50%  от  общей  площади  кожуха  в  зоне  загрузки  шнека  .  Дальнейшее  увеличение  отношения    не  приводит  к  заметному  повышению  производительности  шнека. 

Этот  вывод  подтверждают  также  результаты  экспериментов  по  определению  производительности  шнека  в  зависимости  от  частоты  его  вращения  (рис.  5).

Данные,  представленные  на  рисунке  5,  показывают,  что  с  увеличением  частоты  вращения  шнека  его  производительность  также  увеличивается,  причем  ход  кривых    практически  одинаков  при  всех  принятых  размерах  загрузочных  окон.  Обращает  внимание  также  то  обстоятельство,  что  при  увеличении    с  1200  мм²  до  2400  мм²,  т.  е.  в  2  раза,  производительность  шнека  выросла  в  1,7  раза,  а  при  увеличении  площади  загрузочных  окон  с  3600  мм²  до  4800  мм²,  т.  е.  в  1,33  раза,  рост  производительности  шнека  составил  всего  5,7  %.  Объяснить  этот  результат  можно  тем,  что  при  =4800  мм²  шнек  с  принятыми  конструктивными  параметрами  достигает  своей  максимальной  производительности.  Но  так  как  шнековый  смеситель  представляет  собой  бункер  цилиндро-конической  формы  и  захват  материала  шнеком  происходит  в  конической  части,  то  для  исключения  мертвых  зон  и  беспрепятственного  поступления  материала  на  шнек,  необходимо,  чтобы  отношение    приближалось  к  единице. 

Рисунок  6.  Схема  расположения  загрузочных  окон  в  кожухе  шнекового  смесителя:  1  —  шнек,  2  —  кожух,  3  —  бункер,  4  —  загрузочные  окна,  5  —  опорные  стержни

Практически  нужно,  чтобы  вся  площадь  кожуха  в  зоне  загрузки  шнека  была  открытой  на  высоту  одного  шага  навивки  спирали  за  исключением  тех  участков,  которые  служат  в  качестве  опоры  кожуха  на  нижнюю  часть  бункера  (рис.  6),  причем  опоры  могут  быть  выполнены  в  виде  цилиндрических  стержней  небольшого  диаметра. 

В  этом  случае  смешиваемые  материалы  будут  непрерывным  потоком  поступать  на  шнек. 

Список  литературы:

1.Байбара  С.Н.,  Адигамов  К.А.  Влияние  площади  загрузочных  окон  в  кожухе  шнекового  конвейера  на  его  производительность//  Межвуз.  сб.  науч.  тр.  Шахты:  Изд-во  ЮРГУЭС,  2007.  —  65  c.

2.Байбара  С.Н.  Обоснование  параметров  однозаходного  вертикального  шнекового  конвейера  с  двухлопастной  загрузкой  //Автореф.  дисс.  …  канд.  техн.  наук;  Шахты,  2008.  —  22  с.