Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор и анализ существующих конструкций круто-наклонных ленточных конвейеров б
1.1. Ленточные конвейеры 6
1.2. Классификация крутонаклонных ленточных конвейеров 7
1.3. Крутонаклонные ленточные конвейеры с профилированной поверхностью, подпорными и прижимными элементами 7
1.4. Ленточно-трубчатые конвейеры с повышенным давлением груза на ленты 14
1.5. Обзор исследований ленточно-трубчатых транспортеров 21
1.6. Цель и задачи исследований 25
Глава 2. Теоретическое исследование работы ленточно-трубчатого транспортера 27
2.1. Выбор объекта для проведения исследований 27
2.2. Обоснование площади поперечного сечения груза на ленте загрузочного участка 30
2.3. Определение давления ленты на трубу 36
2.4. Определение давления корма на трубу через. ленту. Суммарное давление на стенки трубы ... 39
2.5. Расчет силы, необходимой для протаскивания ленты в трубе 43
2.6. Теоретическое обоснование процесса разгрузки связного груза
2.7. Анализ расхода мощности на работу ленточно-трубчатого транспортера 48
2.8. Выводы 54
Глава 3. Общая методика проведения опытов 55
3.1. Программа исследований 55
3.2. Описание экспериментальной установки 56
3.3. Порядок проведения эксперимента 58
3.4. Методика определения физико-механических свойств кормосмеси и свекловичного жома 59
3.4.1. Определение влажности 59
3.4.2. Исследование плотности кормов 60
3.4.3. Определение зависимостей коэффициентов внешнего и внутреннего трения связных грузов 61
3.4.4. Определение действительной площади контакта жома 65
3.4.5. Определение конечной силы сворачивания ленты 65
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований физико- механических свойств связных кормов 67
4.1. Цели и задачи исследований физико-механических свойств кормовых материалов 67
4.2. Исследование плотности кормосмеси в зависимости от влажности и удельного давления 68
4.3. Исследование коэффициентов внешнего трения от удельного давления по поверхностям 71
4.4. Исследование коэффициентов внутреннего трения кормов 85
4.5. Определение коэффициента связи между углами естественного откоса и коэффициентами внутреннего трения жома 87
4.6. Выводы 89
Глава 5. Экспериментальные исследования ленточно-трубчатого транспортера 90
5.1. Задачи исследований . 90
5.2. Лабораторные исследования . 90
5.3. Результаты исследований условий загрузки и выгрузки 90
5.4. Исследование зависимости площади попереч ного сечения груза от длины загрузочного участка 91
5.4.1. Характер изменения площади поперечного сечения груза на ленте 91
5.4.2. Результаты исследований конечной
силы сворачивания ленты 95
5.5. Результаты исследований силы протаскивания ленты в трубе 95
5.6. Исследования производительности ленточно-трубчатого транспортера 97
5.7. Результаты исследований расхода мощности на работу ленточно-трубчатого транспортера 99
5.8. Производственные испытания ленточно-труб чатого транспортера 104
5.8.1. Задачи исследований 105
5.8.2. Описание экспериментальной установки ленточно-трубчатого транспортера 106
5.8.3. Результаты производственных испытаний 107
5.8.4. Многофакторный анализ ленточно-трубчатого транспортера ПО
5.9. Выводы ИЗ
Глава 6. Технико- экономические исследования 115
6.1. Технико-экономические показатели ленточно-трубчатого транспортера 115
6.2. Сравнение экономических показателей транспортеров 120
Использованная литература 125
Приложения 132
- Крутонаклонные ленточные конвейеры с профилированной поверхностью, подпорными и прижимными элементами
- Определение давления корма на трубу через. ленту. Суммарное давление на стенки трубы
- Определение зависимостей коэффициентов внешнего и внутреннего трения связных грузов
- Исследование коэффициентов внешнего трения от удельного давления по поверхностям
Введение к работе
Решениями ХХУІ съезда КПСС и Продовольственной программой СССР предусматривается дальнейшая интенсификация процессов в сельском хозяйстве и увеличение производства продуктов питания для населения и сырья для промышленности.
Животноводство как важная отрасль сельскохозяйственного производства должно получить дальнейшее развитие /I, 3/.
В докладе Н.А.Тихонова на ХХУТ съезде КПСС "Основные задачи экономического и социального развития страны в одиннадцатой пятилетке" и в "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I...I985 годы и на период до 1990 года" предусматривается в Х1-м пятилетии среднегодовое производство сельскохозяйственной продукции увеличить на 12...14$, а производительность труда в общественном хозяйстве - на 22...24$ и довести ежегодную поставку мяса 17...17,5 млн.т, молока -97...99 млн.т, яиц не менее, чем 72 млрд.штук и шерсти -470...480 тыс.тонн /2/.
Решение поставленных задач в I98I...I990 годах требует перехода от разработки и внедрения единичных машин к комплексам машин, поточным линиям. Это позволит механизировать не только основные, но и вспомогательные производственные процессы, особенно транспортные погрузочно-разгрузочные работы и сократить затраты ручного труда. Фермам с промышленной технологией содержания животных необходимы новые технологические решения по заготовке, транспортированию и переработке кормов, которые должны удовлетво-рятьс.следующим основным требованиям: потери питательных веществ при заготовке, хранении и транспортировании подготовке и раздаче кормов животным должны быть минимальными, а вкусовые качества кор-
мов - обеспечивать полную их поедаемость. В настоящее время для подготовки кормов на фермах крупного рогатого скота строятся кормоцеха. Наибольшее распространение получили такие способы подготовки кормов к скармливанию, как приготовление измельченных кормовых смесей из грубых, сочных концентрированных кормов и различных добавок с тепловой и биологической обработкой. Приготовление кормов в кормоцехах перед скармливанием позволяет широко использовать различные малопитательные и малопригодные в естественном виде отходы сельскохозяйственного и промышленного производства. Особенно важное значение при этом обретает использование свекловичного жома и соломы /9/. В кормоцехах и кормокухнях транспортирование массовых сельскохозяйственных грузов осуществляется на сравнительно короткие расстояния. В этих случаях наиболее эффективными оказываются машины непрерывного транспорта. Широкое применение непрерывного транспорта как в СССР, так и за рубежом получили ленточные транспортеры, однако у них ограничен угол наклона.
Целью настоящей работы было создать и исследовать ленточно-грубчатый транспортер для перемещения свекловичного жома, кормо-смесей, запаренной соломенной сечки, сенажа и силоса в кормоцехах и на кормокухнях при животноводческих фермах.
В ходе исследований по теме диссертации получены и выносятся на защиту следующие научные положения:
теоретические и экспериментальные исследования конечной силы сворачивания и силы протаскивания ленты в трубе;
физико-механические свойства связных кормов;
оптимальные параметры и режимы работы ленточно-трубчатого транспортера;
экономическая эффективность производственных испытаний лен-точно-трубчатого транспортера.
Крутонаклонные ленточные конвейеры с профилированной поверхностью, подпорными и прижимными элементами
Решениями ХХУІ съезда КПСС и Продовольственной программой СССР предусматривается дальнейшая интенсификация процессов в сельском хозяйстве и увеличение производства продуктов питания для населения и сырья для промышленности.
Животноводство как важная отрасль сельскохозяйственного производства должно получить дальнейшее развитие /I, 3/.
В докладе Н.А.Тихонова на ХХУТ съезде КПСС "Основные задачи экономического и социального развития страны в одиннадцатой пятилетке" и в "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I...I985 годы и на период до 1990 года" предусматривается в Х1-м пятилетии среднегодовое производство сельскохозяйственной продукции увеличить на 12...14$, а производительность труда в общественном хозяйстве - на 22...24$ и довести ежегодную поставку мяса 17...17,5 млн.т, молока -97...99 млн.т, яиц не менее, чем 72 млрд.штук и шерсти -470...480 тыс.тонн /2/.
Решение поставленных задач в I98I...I990 годах требует перехода от разработки и внедрения единичных машин к комплексам машин, поточным линиям. Это позволит механизировать не только основные, но и вспомогательные производственные процессы, особенно транспортные погрузочно-разгрузочные работы и сократить затраты ручного труда. Фермам с промышленной технологией содержания животных необходимы новые технологические решения по заготовке, транспортированию и переработке кормов, которые должны удовлетво-рятьс.следующим основным требованиям: потери питательных веществ при заготовке, хранении и транспортировании подготовке и раздаче кормов животным должны быть минимальными, а вкусовые качества кормов - обеспечивать полную их поедаемость. В настоящее время для подготовки кормов на фермах крупного рогатого скота строятся кормоцеха. Наибольшее распространение получили такие способы подготовки кормов к скармливанию, как приготовление измельченных кормовых смесей из грубых, сочных концентрированных кормов и различных добавок с тепловой и биологической обработкой. Приготовление кормов в кормоцехах перед скармливанием позволяет широко использовать различные малопитательные и малопригодные в естественном виде отходы сельскохозяйственного и промышленного производства. Особенно важное значение при этом обретает использование свекловичного жома и соломы /9/. В кормоцехах и кормокухнях транспортирование массовых сельскохозяйственных грузов осуществляется на сравнительно короткие расстояния. В этих случаях наиболее эффективными оказываются машины непрерывного транспорта. Широкое применение непрерывного транспорта как в СССР, так и за рубежом получили ленточные транспортеры, однако у них ограничен угол наклона.
Целью настоящей работы было создать и исследовать ленточно-грубчатый транспортер для перемещения свекловичного жома, кормо-смесей, запаренной соломенной сечки, сенажа и силоса в кормоцехах и на кормокухнях при животноводческих фермах. В ходе исследований по теме диссертации получены и выносятся на защиту следующие научные положения: - теоретические и экспериментальные исследования конечной силы сворачивания и силы протаскивания ленты в трубе; - физико-механические свойства связных кормов; - оптимальные параметры и режимы работы ленточно-трубчатого транспортера; - экономическая эффективность производственных испытаний лен-точно-трубчатого транспортера. Ленточные транспортеры довольно древнее подъемно-транспортное устройство непрерывного действия. Дошедшие до наших дней ленточные конвейеры претерпели ряд конструктивных изменений. Большой вклад в разработку теории и конструкций ленточных транспортеров сделали советские ученые: Л.Я.Агракович, П.С.Козьмин, Ю.А.Пер-тен, А.О.Спиваковский, Р.П.Зенков и другие. Ленточные конвейеры являются распространенным средством непрерывного транспорта в промышленности, строительстве и сельском хозяйстве. Они служат для перемещения не только насыпных и кусковых грузов, но их можно использовать для транспортирования связных материалов. В настоящее время транспортеры используются очень широко в отраслях народного хозяйства, однако и сейчас конструкции транспортеров постоянно совершенствуются и расширяются области их применения. Основными частями ленточного конвейера являются: бесконечная (замкнутая) эластичная лента, огибающая два концевых бара-бана, один из которых ведущий, а другой натяжной. Тяговое усилие на ленту передается с приводного барабана посредством сил трения, возникающих между лентой и поверхностью барабана. Лента по всей длине опирается на роликоопоры плоские или желобчатые, а в отдельных случаях она может двигаться по деревянному, капроновому или металлическому настилу. В сельском хозяйстве ленточные конвейеры применяются в качестве самостоятельных транспортеров и встроенных в технологические линии /20, 21/.
Определение давления корма на трубу через. ленту. Суммарное давление на стенки трубы
Анализ исследований /23, 39, 4, 62, 76, 77, 81, 50, 19, 34, 17, 28, 24, 14/, посвященных физико-механическим свойствам, показал, что у сельскохозяйственных грузов наряду с общими свойствами, такими, как влажность, плотность, коэффициентов внешнего и внутреннего трения скольжения по поверхностям, угол естественного откоса, имеются биологические свойства; которыми они существенно отличаются друг от друга.
По своим свойствам сельскохозяйственные грузы разделяются на сыпучие, связные и кусковые.
Наиболее важными для конструкторов свойствами связных грузов (свекловичного жома, кормосмесей, запаренной соломенной сечки, кукурузных силосов и сенажей) являются коэффициенты внутреннего трения, угол естественного откоса в покое и движении, влажность, сила внутреннего сцепления частиц и другие. Связные грузы характерны повышенными внутренними силами сцепления частиц. Эти материалы образуют устойчивые своды при транспортировании ленточно-трубчатыми транспортерами. Заклинивание материала в трубчатой ленте позволяет увеличению угла транспортирования и исключения криволинейных участков в ленточяо-трубчатом транспортере. Исследования ленточно-трубчатого транспортера проводились с грузами свекловичного жома, запаренной соломенной сечки и кормосмеси, состоящих из 95% жома и 5% концентратов. Анализ исследований по физико-механическим свойствам /62, 81, 34, 24/ дал возможность установить, что плотность материала зависит от его влажности, удельного давления, степени измельчения и упругости. Коэффициент внешнего трения зависит от удельного давления, состояния поверхности, от влажности материала, величины поверхности соприкосновения, скорости движения материала, от продолжительности контакта трущихся поверхностей. При исследовании физико-механических свойств связных грузов нами была принята следующая последовательность: а) исследование плотности кормосмеси в зависимости от влаж ности кормосмеси и удельного давления; б) исследование коэффициента трения покоя кормовой смеси в зависимости от состояния поверхности транспортируемого материа ла, площади контакта груза с поверхностью, удельного давления; в) исследование коэффициента внутреннего и внешнего трения при движении материала в зависимости от удельного давления, времени контакта. 4.2. Исследование плотности кормосмеси в зависимости от влажности и удельного давления Плотность любого материала - есть весовая категория материала, поэтому обычно ставится задача определить количественную сторону в зависимости от рассматриваемых параметров. Влажность исследуемой кормосмеси, состоящей из 95% свекловичного жома и 5% концентратов, изменялась от 65,3%...91,5%, удельное давление на нее от 2...8 кПа. Полученный материал обра ботан и представлен в графической форме на рисунке 29. Из рисунка 29 видно, что плотность материала при различной влажности в зависимости от удельного давления возрастает по закону прямой линии. При влажности жома 65,3%; 74,2%; 82,2% характер изменения близко подходит к прямопропорциональному (закону, а при влажности 91,5% плотность практически остается постоянной. В опытах было замечено, что при давлении от 7...8 кПа и выше в кормосмеси происходит обильное выделение жидкости. За оптимальное давление следует принимать интервал давлений от 3,5...4 кПа, т.е. давление, при котором не происходит нарушение структуры кормосмеси. На рисунке 30 показано изменение плотности кормосмеси в зависимости от влажности при оптимальном давлении 4 кПа и граничном - 8 кПа. Из рисунка видно, что с увеличением влажности от 65,3%... 91,5% плотность увеличивается от 720 кг/м3 до 1200 кг/ir. Характерно отметить, что нарастание плотности происходит непропорционально, а по кривой второго порядка и наиболее интенсивный рост плотности происходит д — зависимость при давлении 8 кПа. Коэффициент трения в динамике, т.е. при движении, является важнейшей характеристикой при исследовании предельного напряженного состояния кормосмеси, находящейся в зоне заклинивания. Коэффициенты внешнего и внутреннего трения исследованы от удельного давления по различным поверхностям. Исследования проводились как на чистом жоме, так и на кормосмеси. Полученные результаты экспериментальных исследований обрабатывали методом наименьших квадратов парной регрессии по параболической, гиперболической и прямолинейной зависимости на электронно-вычислительной машине "ШШРИ-С" № 109. Получены параметры переменных и Исследование коэффициента внешнего трения от удельного давления по поверхностям На рисунке 31а, б представлен материал в виде графиков, показывающий изменение коэффициента внешнего трения жома по поверхностям при различном давлении. Давление изменялось от 2...6 кПа. Из этого рисунка видно, что коэффициент внешнего трения по поверхностям различный и колеблется от 0,4 для стали до 0,6 для прорезиненной поверхности, остальные поверхности - деревянная, резиновая и хлопчатобумажная занимают промежуточное значение . С увеличением удельного давления коэффициент внешнего трения возрастает для всех поверхностей по параболитическому закону. Такое изменение объясняется тем, что при давлениях от 2...4 кПа площадь контакта небольшая, и коэффициент трения увеличивается, а при ріарастании давления до 6 кПа площадь контакта корма с поверхностью доходит до номинальной, и коэффициент трения почти остается постоянной величиной /15, 16/. Как и следовало ожидать, менее интенсивное нарастание коэффициента внешнего трения у двух поверхностей - хлопчатобумажной - 0,43...0,54 и прорезиненной - 0,39...0,6 (при давлении 6 кПа). Изменение коэффициентов внешнего трения по поверхностям от удельного давления кормосмеси показано на рисунке 32а, б. Из графиков видно, что для стальной и хлопчатобумажной поверхностей коэффициент трения более равномерен и колеблется в пределах 0,39...
Определение зависимостей коэффициентов внешнего и внутреннего трения связных грузов
Для широкого внедрения механизации раздачи кормов на фермах крупного рогатого скота необходимо совершенствовать применяемые способы их заготовки и подготовки к скармливанию.
Для ферм крупного рогатого скота в настоящее время необходимы новые технологические решения по заготовке, переработке и раздаче кормов, которые должны удовлетворять следующим основным требованиям: потери питательных веществ при заготовке, хранении, подготовке и раздаче животным должны быть минимальными, а вкусовые качества кормов - обеспечивать высокую их поедаемость /29/. Известно, что грубые корма являются необходимым компонентом для крупного рогатого скота, но они содержат большое количество трудно переваримой клетчатки (до 40$). Вследствие этого являются жесткими и без предварительной подготовки плохо поедаются животными. Для повышения поедаемости их подвергают механической и тепловой обработке. С этой целью в колхозе "40 лет Октября" Рассказовского района Тамбовской области на ферме крупного рогатого скота подготовлен и пущен в работу запарник соломы производительностью 30 т/сутки.
Установка для запаривания и погрузки соломы (рис.57) состоит из вращающейся емкости 3, внутри которой укреплены переформированные трубы для подачи пара 5, измельчителя соломы ИГК-30,1, дозатора концентратов, микроэлементов 2 и выгрузного ленточно-трубчатого транспортера 4.
Измельчитель и дозатор компонентов подают в емкость корма, затем в течение трех часов масса запаривается. Готовая кормо-смесь выгружается через боковое окно и лопастями 5 подается на ленту ленточно-трубчатого транспортера, а последний грузит ее в мобильный кормораздатчик КТУ-10.
На основании теоретических предпосылок и лабораторных исследований нами установлено преимущество ленточно-трубчатого транспортера над цепочно-планчатыми и скребковыми конвейерами.
Ленточно-трубчатый транспортер показал надежность в работе, малую энергоемкость и сохранность перемещаемых кормов. Однако окончательное заключение можно сделать после производственных испытаний. проведению производственных исследований включали следующее: 1. Изготовление экспериментального образца ленточно-трубчатого транспортера. 2. Подготовка к работе экспериментального образца. 3. Исследование мощности и производительности ленточно-труб-чатого транспортера в зависимости от ширины и скорости ленты. 5.8.2. Описание экспериментальной установки ленточно-трубчатого транспортера На погрузке связных кормов здесь впервые применен ленточно-трубчатый транспортер, так как скребковые транспортеры энергоемки, металлоемки и имеют низкий коэффициент эксплуатационной надежности. Основой машины (рис.11) служит рама I, которая опирается на четыре колеса 10 и 12. Тяговым и несущим органом служит эластичная гладкая лента 7, которая движется в направляющей трубе 4. Привод осуществляется ведущим барабаном 8 от электродвигателя. Натяжение ленты обеспечивается барабаном 9. Оградительный кожух 5 устанавливается для предотвращения осыпания груза на разгрузочном участке и инерционной разгрузкой. Для лучшего формирования ленты в трубу на загрзгзочном участке устанавливаются ролики II. Загрузка транспортера осуществляется лопастями 5 (рис.57), которые при вращении емкости 3 подают корм на ленту в зону заклинивания. Опыты показали, что угол наклона загрузочного участка должен быть меньше угла трения груза о ленту. На основании проведенных исследований рекомендуется принимать = 20...30. Мощность привода подсчитывали с помощью крутящего момента и числа оборотов ведущего вала. Производительность определяли путем пропуска порции груза за 30 секунд, а затем подсчитывали по формуле /89/. Проведенные исследования мощности привода в зависимости от ширины ленты (рис.59) показали, что при одной и той же скорости, но при разной ширине ленты потребная мощность изменяется в сторону увеличения. Характер изменения мощности от скорости ленты транспортера наглядно представлен графиком (рис.60). Как видно из графика, эта зависимость линейная. С увеличением скорости ленты расход мощности возрастает значительно. Зависимость производительности транспортера от скорости ленты представлена на рисунке 61. График показывает прямопропорциональное увеличение производительности. При скорости ленты 3 м/с, утле наклона конвейера 45, влажности запаренной сечки 78,5$ и ширине ленты 400 мм производительность равнялась 20 т/ч. Производственные испытания ленточно-трубчатого транспортера подтвердили результаты лабораторных исследовании. Установлено, что ленточно-трубчатый транспортер на погрузке запаренной сечки работает без порчи кормов, надежен в работе (рис.58). Характеристика испытанного производственного образца ленточно-трубчатого транспортера для погрузни запаренной соломенной сечки приводится в таблице 6.
Исследование коэффициентов внешнего трения от удельного давления по поверхностям
Анализ технико-экономических показателей показывает целесообразность применения ленточно-трубчатого транспортера, на погрузке связных сельскохозяйственных грузов в кормоцехах и кормокухнях на животноводческих фермах. Экономия в год на одну машину составила 74 рубля. 1. Работоспособной конструктивно-технологической схемой лен-точно-трубчатого транспортера является такая, у которой предусмотрен регулируемый по производительности питатель, загрузочный участок, обеспечивающий сворачивание ленты в трубу и сжатие внутри ее корма, трубчатый участок, равный высоте транспортирования, и разгрузочный участок с раскрытой лентой. 2. Рабочий процесс ленточно-трубчатого транспортера должен быть организован таким образом, чтобы на плоскую ленту равномерно питателем подавался корм, затем обеспечивалось сворачивание ленты из плоской в круглую, при этом сжимался корм и за счет трения удершшался лентой при передвішенші ее по трубе. По выходу из трубы лента должна свободно разворачиваться до плоской и производить разгрузку корма. 3. Производительность ленточно-трубчатого транспортера зависит от ширины ленты, скорости ее передвижения и физико-механических свойств корма, также от степени уплотнения корма при сворачивании ленты. При транспортировке связных кормовых материалов скорость ленты не должна превышать 3 м/с, так как при больших скоростях затруднен захват корма при сворачивании ленты в трубу. 4. Мощность на протаскивание зависит от скорости передвижения ленты в трубе, давления, которое оказывает лента и корм на трубу, угла наклона транспортера и высоты подъема корма. С увеличением этих параметров мощность, затрачиваемая на протаскивание ленты с їфрмом, увеличивается. 5. При ширине ленты 400 мм, скорости ее движения с грузом 3 м/с, угле наклона 75, высоте подъема 5 м может быть обеспечена производительность соответственно на жоме и смеси .жома с концент-ратами 25 т/ч, на соломенной запаренной резке 20 т/ч. При этом затраты энергии на тонну корма составляют соответственно на жоме и смеси 0,065 jj;"4, на соломенной резке 0,08 jj; 4. При этом высота подъема груза ленточно-трубчатым транспортером в 2,5 раза больше, чем ленточным ЛТ-6. 6. Коэффициенты внешнего и внутреннего трения кормов зависят от плотности и влажности. По прорезиненной ленте жома 0,48, по резиновой 0,32, внутреннее трение жома 0,6; кормосмеси по прорезиненной ленте 0,37, по резиновой 0,30, внутреннее трение 0,29; запаренной соломенной резки по прорезиненной ленте 0,65, резиновой 0,90, внутреннее трение 1,23. 7. Годовая экономия от применения ленточно-трубчатого транспортера на погрузке связных кормов по сравнению с ЛТ-6 составила 74 рубля на машину в год. 1. Для обеспечения производительности 20 т/ч при транспортировании жома и запаренной соломенной резки на высоту до 5 метров достаточно ширины ленты ленточно-трубчатого транспортера 400 мм, скорости транспортирования 3 м/с. При этом угол наклона транспортера не должен превышать 75. 2. Более надежно и долговечно показала себя прорезиненная лента марки Б-820 с пределом прочности Кр = 5400 кПа, толщиной в три прокладки. 3. При приготовлении кормовых смесей необходимо предусматривать влажность свекловичного жома 80$, запаренной соломенной резки 75-78$.
