В работе [1] показано, что применение в шнековом конвейере оребренного кожуха вместо кожуха с гладкой внутренней поверхностью повышает производительность транспортирования сыпучих материалов в 1,50 – 2,71 раза при частоте вращения шнека в диапазоне 150–300 мин-1. Объясняется это тем, что при применении оребренного кожуха увеличивается скорость перемещения материала относительно шнека. Так, при применении оребренного кожуха с углом подъема ребра 70 °, осевая скорость материала оказалась больше в 1,66–2,38 раза по сравнению с вариантом, когда применялся гладкий кожух. Наивысшую производительность показал шнековый конвейер, кожух которого имел двухзаходное ребро. Если его производительность принять за единицу, производительность конвейера с однозаходным ребром составляет 0,79–0,84 от первого, а производительность конвейера с кожухом с трехзаходным ребром равна 0,67 по всему диапазону частоты вращения шнека.
Анализ схемы взаимодействия частицы транспортируемого материала со спиралью шнека и ребром кожуха (рис. 1) показал, что наличие ребер на внутренней поверхности кожуха увеличивает движущую силу частицы по спирали.
Рисунок 1. Схема сил, воздействующих на частицу материала при работе шнекового конвейера с оребренным кожухом
При вращении шнека возникает движущая сила 
, которая перемещает частицу материала вверх по спирали. При применении гладкого кожуха величину этой силы можно определить из выражения:
, (1)
где 
– сила трения частицы материала о кожух шнекового конвейера; 
– сила сопротивления перемещению частицы материала по спирали; 
– угол подъема спирали.
Выражение для определения силы трения частицы материала о кожух с учетом силы Кориолиса имеет вид:
, (2)
где 
– центробежная и Кориолисова силы, возникающие при вращении шнека и прижимающие частицу материала к кожуху;
т – масса частицы материала;
– угловая скорость и радиус шнека;
– коэффициент трения частицы материала по внутренней поверхности кожуха.
Сила сопротивления перемещению частицы материала по спирали:
, (3)
где 
– сила трения частицы материала о шнек;
– вес частицы материала.
, (4)
где 
– коэффициент трения частицы материала по шнеку.
При применении оребренного кожуха под воздействием спирали 1 вращающегося шнека частица материала вступает в контакт в точке К с неподвижным ребром 2, которое установлено внутри кожуха под углом 
. При этом сила , направленная вдоль спирали вниз, вызывает в точке контакта реакцию ребра на действие этой силы в виде нормальной 
и тангенциальной 
составляющих. Нормальная составляющая отталкивает частицу материала от ребра кожуха, т.е. оказывает положительное воздействие на ее перемещение по спирали вверх, а тангенциальная составляющая прижимает частицу материала к спирали и, тем самым, тормозит ее. Следовательно, необходимо, чтобы имела максимальное значение, а – минимальное.
Это условие выполняется, если нормальная составляющая реакции ребра кожуха направлена вдоль спирали вверх, что возможно в том случае, когда ребро кожуха установлено перпендикулярно спирали шнека.
Из схемы на рис. 2 следует:
(5)
где 
– угол между силой и нормальной составляющей реакции ребра .
Зависимости (5) показывают, что, если угол уменьшается, то становится больше, а – меньше. При =0
,=0. (6)
Так как 
, (7)
то при известном угле подъема спирали шнека из выражения (7) можно определить такое значение угла подъема ребра кожуха, при котором 
:
. (8)
Для варианта с гладким кожухом, уравнение (1) имеет вид:
. (9)
Заменив в этом выражении вес частицы ее массой, получим:
(10)
Выражение для определения движущей силы в шнековом конвейере с оребренным кожухом имеет вид:
, (11)
Выражение (11) отличается от выражения (10) тем, что его правая часть суммируется, а не вычитается. Это означает, что оребрение кожуха создает дополнительное движущее воздействие на частицу материала, табл. 1.
Таблица 1. Численные значения прироста движущей силы в зависимости от угловой скорости шнека при разных углах подъема спирали
|
Частота вращения шнека, мин-1 |
Угловая скорость шнека, рад/с |
Угол подъема спирали, град |
Прирост движущей силы, % |
|
150 200 250 300 |
15,7 20,9 26,2 31,4 |
10 |
21,6 11,1 7,6 5,3 |
|
150 200 250 300 |
15,7 20,9 26,2 31,4 |
15 |
27,4 15,4 9,7 6,7 |
|
150 200 250 300 |
15,7 20,9 26,2 31,4 |
20 |
34,7 18,8 11,8 8,2 |
|
150 200 250 300 |
15,7 20,9 26,2 31,4 |
25 |
41,4 22,1 13,8 9,5 |
Из данных, представленные в табл. 1, следует, что оребрение кожуха увеличивает движущую силу по сравнению с гладким кожухом при α=10° - в 1,05-1,22 раза, при α =15° - в 1,07-1,27 раза, при α =20° - в 1,08-1,35 раза, при α =25° - в 1,09-1,41 раза.
Экспериментальная проверка влияния оребрения кожуха на качество смеси выполнялась на экспериментальном стенде при смешивании таких сыпучих материалов, как пшено и гречневая крупа в соотношении 1:1. Шнековый конвейер был укомплектован оребренным кожухом с углом подъема ребра 70°, так как применение такого кожуха обеспечивало наиболее высокую производительность. Для сравнения проводились эксперименты с применением гладкого кожуха. Качество смеси оценивалось коэффициентом равномерности смешивания с помощью разработанной компьютерной программы [3].
Зависимости, представленные на рис. 3, показывают, что при применении оребренного кожуха качество смеси выше, что позволит сократить затраты времени на смешивание материалов. По результатам исследований разработана оригинальная конструкция шнекового конвейера [4].
Таким образом, можно считать обоснованным применение шнекового конвейера с оребренным кожухом в качестве рабочего органа смесителя сыпучих материалов.
Рецензенты:
Кожемяченко А. В., д-р техн. наук, профессор кафедры «Машины и оборудование бытового и коммунального назначения» ИСО и П (филиал) ДГТУ, г. Ростов-на-Дону.
Коханенко В. Н., д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Механика, оборудование и процессы пищевых производств» ДонГАУ, г. Ростов-на-Дону.
Библиографическая ссылка
Петренко С.С., Черненко Г.В., Адигамов К. А. ПРИМЕНЕНИЕ ШНЕКОВОГО КОНВЕЙЕРА С ОРЕБРЕННЫМ КОЖУХОМ В КАЧЕСТВЕ РАБОЧЕГО ОРГАНА СМЕСИТЕЛЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 4. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=9879 (дата обращения: 19.04.2024).