Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор научных исследований в области развития, конструирования и практического применения винтовых конвейеров
1.1. Винтовые конвейеры с жесткими рабочими органами 11
1.2. Винтовые конвейеры с гибкими рабочими органами 13
1.3. Винтовой конвейер с канатным рабочим органом 17
1.4. Особенности расчета винтового конвейера с канатным рабочим органом
Выводы и постановка задач диссертационного исследования 22
2. Теоретические основы расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа винтового конвейера
2.1. Уравнения статики для канатного рабочего органа — пряди каната двойной свивки 23
2.2. Определение деформаций и напряжений для спирально изогнутой пряди без взаимодействия с грузом 26
2.3. Математическая модель напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа с учетом податливости транспортируемого груза 28
2.4. Уравнения статики для канатного рабочего органа - каната двойной свивки 29
2.5. Напряжения при изгибе гибкого рабочего органа - каната одинарной и двойной свивки 31
2.6. Расчет канатного рабочего органа винтового конвейера с учетом изменения крутящего момента по его длине 33
2.7. Напряжения кручения и изгиба гибкого рабочего органа в зависимости от его максимальных угловых перемещений 42
2.8. Определение минимального допустимого радиуса изгиба гибкого рабочего органа шнека из условия прочности на изгиб 45
2.9. Расчет канатного рабочего органа винтового конвейера на прочность по эквивалентному напряжению 48
2.10. Обобщенный показатель напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа 48
Выводы по главе 2 49
Теоретические исследования напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа на ПЭВМ
3.1. Алгоритм расчета параметров напряженно-деформированного состояния и механических характеристик канатного рабочего органа 50
3.2. Исследование напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа с учетом переменности нагрузок по его длине 54
3.3. Влияние угла свивки слоев стержневых элементов канатного рабочего органа на его напряженно-деформированное состояние 60
3.4. Влияние угла свивки лопастей - прядей канатного рабочего органа на его напряженно-деформированное состояние 65
3.5. Влияние сочетаний направлений свивки стержневых элементов в слоях стержневой системы канатного рабочего органа на его напряженно-деформированное состояние 70
3.6. Влияние конструктивного исполнения канатного рабочего органа на производительность винтового конвейера 73
3.7. Надежность канатного рабочего органа 78
3.8. Исследование минимального допустимого радиуса изгиба канатного рабочего органа 79
Выводы по главе 3 81
Экспериментальные исследования канатного рабочего органа винтового конвейера
4.1. Описание и характеристики экспериментальной установки винтового конвейера с канатным рабочим органом 82
4.2. Определение номинального числа опытов экспериментальных исследований винтового конвейера с канатным рабочим органом 95
4.3. Исследование потерь производительности винтового конвейера при пологонаклонном транспортировании сыпучего груза канатным рабочим органом 96
4.4. Уточнение формулы производительности винтового конвейера с канатным рабочим органом 99
4.5. Исследование влияния крутящего момента винтового конвейера на абсолютные деформации растяжения и кручения канатного рабочего органа 101
4.6. Влияние способа закрепления неприводного конца канатного органа на производительность винтового конвейера 103
4.7. Влияние формы поверхности канатного рабочего органа на производительность винтового конвейера 105
4.8. Уточнение формулы крутящего момента винтового конвейера 108 с канатным рабочим органом
Выводы по главе 4 111
5. Внедрение результатов исследований в учебный процесс ив промышленности 112
5.1. Методика расчета канатного рабочего органа винтового конвейера 112
5.2. Внедрение результатов исследования в производство и учебный процесс 119
Выводы по главе 5 120
Заключение 121
Список использованной литературы 124
Приложение 1 133
- Винтовой конвейер с канатным рабочим органом
- Расчет канатного рабочего органа винтового конвейера с учетом изменения крутящего момента по его длине
- Влияние угла свивки слоев стержневых элементов канатного рабочего органа на его напряженно-деформированное состояние
- Исследование потерь производительности винтового конвейера при пологонаклонном транспортировании сыпучего груза канатным рабочим органом
Введение к работе
Актуальность работы. Современный период развития рыночной экономики Российской Федерации предъявляет новые требования к транспортно-складским системам и логистике предприятия. В этих условиях необходимо стремиться к снижению затрат на транспортирование груза, путем сокращения количества подъемно-транспортного оборудования, оптимального функционально-стоимостного отбора оборудования с учетом всех имеющихся альтернативных технических и организационных решений, снижения эксплуатационных расходов, повышения надежности и продления жизненного цикла машин за счет оптимизации их конструкции.
Винтовые конвейеры в настоящее время широко применяются в строительстве, машиностроении, химической промышленности и сельском хозяйстве. К существенным недостаткам винтовых конвейеров относится невозможность транспортирования грузов по криволинейной траектории, большая вероятность возникновения заторов транспортируемого груза в местах установки промежуточных опорных подшипниковых узлов, загрязнение транспортируемого груза маслом из опорных промежуточных подшипников.
Помимо винтовых конвейеров с жесткими рабочими органами распространение получили так же винтовые конвейеры, в качестве рабочего органа которых применяется цилиндрическая винтовая спираль. Винтовые конвейеры с гибким рабочим органом используются для непрерывной подачи цементного раствора при строительстве, разгрузке железнодорожных вагонов, погрузке ядохимикатов в самолеты и их сброса на полях при борьбе с вредителями сельского хозяйства, подаче кормов в животноводческих комплексах, загрузке сырья в литьевые машины, экструдеры и реакционные аппараты в химической промышленности, для транспортирования смесей в пищевой промышленности, медикаментов в фармацевтической промышленности. К основным недостаткам винтовых конвейеров с гибким рабочим органом относятся: низкая производительность (максимальный рекомендуемый внутренний диаметр желоба гибкого шнека составляет 100 мм.), низкая надежность, высокая изгибная жесткость транспортирующей спирали, приводящая к ускоренному износу желоба и увеличению потребляемой мощности.
Таким образом, задача повышения производительности и вероятности безотказной работы винтовых конвейеров, уменьшения допустимого радиуса изгиба путем совершенствования структуры гибкого рабочего органа является весьма актуальной.
Соответствие диссертации научному плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления «Теория и принципы построения автоматизированных машин, робототехнических и механических устройств и систем», утвержденного Ученым советом ЮРГТУ (НПИ), по госбюджетной теме кафедры ПТМиР П3.842 «Экспертиза подъемно-транспортных машин повышенной опасности» и государственным контрактам № 6078 р/8683 в 2008 г. и № 7275 р./ 10127 в 2009 г. в рамках программы фонда содействия развитию малых предприятий в научно-технической сфере (фонд Бортника).
Цель работы. Повышение производительности и снижение вероятности отказа винтовых конвейеров путем использования в качестве гибкого рабочего органа пряди или каната двойной свивки и разработки метода расчета его напряженно-деформированного состояния.
Идея работы заключается в использовании в качестве гибкого рабочего органа винтового конвейера пряди или каната двойной свивки взамен однопроволочной винтовой транспортирующей спирали.
Методы исследования. Теоретические исследования напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа проведены на основании теоретических положений строительной механики каната, теоретической механики и теории машин непрерывного транспорта с применением математического моделирования, интегрального и дифференциального исчисления. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа, скоростных режимов и потребляемой мощности винтового конвейера проведены дифференциальным методом измерений параметров с применением контрольно-измерительных приборов.
Научные положения работы, выносимые на защиту
1. Использование в качестве гибкого рабочего органа пряди или каната двойной свивки позволяет увеличить диаметр винтового конвейера на 25-50% за счет снижения изгибной жесткости канатного рабочего органа, что обеспечивает повышение производительности в 1,5 - 2 раза.
2. Метод расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа с учетом влияния конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, различия способов закрепления и переменности нагрузки по его длине, позволяющий получить рациональные геометрические параметры винтового конвейера.
3. В качестве обобщенного показателя напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа принята абсолютная деформация кручения его хвостовой части, учитывающая различные схемы закрепления, конструктивные, технологические и свивочные параметры, прочностные свойства, переменность нагрузки по длине и позволяющая оценить комплексное воздействие эксплуатационных, конструктивных и режимных факторов.
4. Метод определения минимально-допустимого радиуса кривизны канатного рабочего органа винтового конвейера из условия отсутствия пластических деформаций.
Научная новизна работы
1. Повышение вероятности безотказной работы и производительности винтового конвейера достигается использованием в качестве гибкого рабочего органа пряди или каната двойной свивки, обеспечивающим существенное увеличение диаметра конвейера за счет снижения изгибной жесткости рабочего органа винтового конвейера и снижение вероятности отказа за счет появления нагруженного резерва, состоящего из параллельно работающих элементов (проволок).
2. Метод расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа, который в отличие от известных учитывает линейное изменение нагрузки по длине и радиальную податливость от взаимодействия с транспортируемым грузом, позволяющий определить рациональные конструктивные параметры канатного рабочего органа.
3. Использование в качестве обобщенного показателя напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа абсолютной деформации кручения его хвостовой части, определенной с учетом различных схем закрепления, конструктивных, механических, свивочных параметров, вида транспортируемого груза, позволяет оценить удельное влияние эксплуатационных, конструктивных и режимных факторов.
4. Метод определения минимально-допустимого радиуса кривизны канатного рабочего органа винтового конвейера в отличие от известных учитывает механические свойства материала, конструктивные параметры, геометрические характеристики его элементов и позволяет исключить возникновение пластических деформаций, приводящих к отказу винтового конвейера.
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается применением современных апробированных методов исследований, таких как анализ научных трудов по теме исследования, методы планирования теоретических и экспериментальных исследований, выполненных с помощью современного программного обеспечения ЭВМ (MathCad, Excel, Visual Basic), использованием приборного комплекса, а так же действующей физической моделью, оснащенной контрольно-измерительными приборами, сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождение не превышает 15%).
Значение работы
Научное значение работы состоит в том, что получен и обоснован метод расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа винтового конвейера с учетом линейного изменения нагрузки по длине и радиальной податливости от взаимодействия с транспортируемым грузом, получен способ уточнения функциональных зависимостей расчетных параметров винтового конвейера нахождением экспериментальных поправочных коэффициентов для различных условий и режимов работы с учетом конструктивных особенностей его рабочего органа.
Практическое значение работы заключается в следующем:
- предложенная методика позволяет выбрать рациональную конструкцию канатного рабочего органа, определить параметры его напряженно-деформированного состояния и геометрические характеристики поперечного сечения, оценить влияние особенности формы поверхности канатного рабочего органа на производительность винтового конвейера;
- алгоритм и программа расчета позволяют определить рациональные параметры канатного рабочего органа, обеспечивающие повышение производительности и вероятности безотказной работы винтового конвейера для транспортирования сыпучего груза;
- разработана и изготовлена экспериментальная установка винтового конвейера с канатным рабочим органом для транспортирования сыпучих грузов, защищенная патентами РФ на изобретение.
Реализация результатов работы:
-
На ООО «ПК «НЭВЗ» прошла производственные испытания экспериментальная установка винтового конвейера с канатным рабочим органом для транспортирования сыпучих грузов.
-
На ООО «ПК «НЭВЗ» и ОАО «Замчаловское карьероуправление» внедрена методика расчета винтового конвейера с канатным рабочим органом.
-
В учебный процесс при подготовке инженеров по специальности 190205 – «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» специализации «Подъемно-транспортные машины» и специальности 190602 – «Эксплуатация перегрузочного оборудования портов и транспортных терминалов» внедрена экспериментальная установка винтового конвейера с канатным рабочим органом и методика его расчета.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на Всероссийском конкурсе научно-технического творчества ВУЗОВ «Эврика-2005», г. Новочеркасск, ЮРГТУ(НПИ), 2005 г.; на 8-ой Международной научно-технической конференции, г. Новочеркасск, ЮРГТУ(НПИ), 2005 г.; на IV-ом Международном научно-практическом коллоквиуме «Мехатроника-2008», г. Новочеркасск, ЮРГТУ(НПИ), 2008 г.; при прохождении зарубежной стажировки в рамках программы «Леонард Эйлер» в техническом университете г. Дрездена (TU Dresden), Германия, 2006 г., при прохождении зарубежной стажировки в Рейнско-Вестфальском техническом университете г. Аахена (RWTH Aachen), Германия, 2007 г., при прохождении зарубежной практики на Henschel Antriebstechnik GmbH Kassel (Производитель технологического оборудования для машиностроения и химической промышленности), г. Кассель, Германия, 2009 г; на молодежных инновационных конкурсах с присуждением научных грантов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 5 в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено два патента РФ на изобретение и одно положительное решение на выдачу патента на изобретение.
Винтовой конвейер с канатным рабочим органом
Известны всесторонние исследования работы гибких шнеков при транспортировании мелкозернистых сыпучих грузов, таких как кукурузная крупа, кварцевый песок, слеживающихся порошкообразных материалов, таких так хлористый калий, различных сыпучих материалов, таких как тальк, цемент, магнезит, мел, каолин, вязких и пластических материалов, таких как солидол [73].
Исследованиями винтовых конвейеров с гибким рабочим органом занимались A.M. Григорьев, П.А. Преображенский, В.П. Желтов, С.Н. Михайлов, В.В. Курманаевский, Ю.Л. Шкляр, А.Г. Новширванов А.Г. [20,21,38,48,54,63] В большинстве работ этих ученых ставится задача определения требуемых конструктивных и режимных параметров винтовых конвейеров с гибким рабочим органом в зависимости от вида транспортируемого груза и эксплуатационных условий.
Преимуществами гибкого шнека со спиральным рабочим органом являются простота конструкции, позволяющая изготовить его в любой мастерской, низкая металлоемкость, герметичность желоба, удобство эксплуатации, возможность перемещения груза по криволинейной траектории, отсутствие передаточных механизмов по причине высокой скорости вращения транспортирующеи спирали, отсутствие изменения гранулометрического состава транспортируемого груза при однократной транспортировке [12].
К основным недостаткам винтовых конвейеров со спиральным рабочим органом относятся: высокая изгибная жесткость рабочего органа, величина которой пропорциональна диаметру проволоки транспортирующей спирали в четвертой степени, приводящая к ускоренному износу желоба; низкая производительность; невысокая надежность транспортирующей спирали [20].
Высокая изгибная жесткость проволоки транспортирующей спирали приводит к ускоренному износу желоба винтового конвейера и потерям мощности в связи с дополнительным сопротивлением вращению рабочего органа. По этой причине максимальная производительность гибкого шнека при наибольшем возможном рабочем диаметре гибкого желоба 100 мм не превышает 10-12 м7ч [12].
Для винтовых конвейеров с гибким рабочим органом, помимо малой производительности, остро ставится проблема надежности транспортирующей спирали. В своей монографии Н. Herrmann отмечает, что существенные перегрузки транспортирующей спирали, превышающие в 1,5 раза номинальные, могут длиться до 15 с после запуска шнека и могут привести к разрушению гибкого рабочего органа [12]. Но повышение прочности винтовой спирали путем закалки сопряжено со значительными трудностями [12]. В связи с этим усовершенствование конструкций винтовых конвейеров с гибким рабочим органом происходило также за счет добавления независимых винтовых элементов к рабочему органу. Известен гибкий шнек с двумя цилиндрическими спиралями, запатентованный A. Taupin [109]. Различные конструктивные исполнения приводов двухспиральных гибких шнеков с противоположным вращением спиралей обоснованы в диссертационной работе В.В. Курманаевского [48]. Трехспиральные гибкие шнеки, теоретическое обоснование которым дал П.А. Преображенский [12,21,63], обладают большей производительностью, но не позволяют транспортировать грузы по криволинейной траектории с большими углами перегиба. Е.А. Wahl предложил в качестве рабочего органа применить стальную ленту, деформированную по винтовой линии [111].
С момента патентования гибких шнеков с транспортирующей спиралью дальнейшее их развитие шло в основном путем расширения областей применения [114-116]. Большинство зарубежных и отечественных усовершенствований конструкций гибких шнеков направлено на адаптацию базового технического решения под транспортирование различных материалов или для выполнения определенной технологической функции [104-108,110]. Существенные конструктивные изменения винтовых конвейеров с гибкими рабочими органами связаны с усовершенствованием приводных систем, загрузочного, разгрузочных устройств и гибкого желоба [48,63].
Конструкция винтового конвейера со спиральным рабочим органом на сегодняшний день достаточно глубоко исследована и усовершенствована с точки зрения геометрических параметров с целью обеспечения заданной производительности в конкретных эксплуатационных условиях.
Большинство работ по винтовым конвейерам с гибкими рабочими органами направлено на получение требуемых конструкционных и технологических параметров для конкретных эксплуатационных условий в зависимости от вида транспортируемого груза. При этом не уделяется должного внимания повышению надежности и эффективности винтового конвейера с гибким рабочим органом, снижению потребляемой мощности при транспортировании груза по криволинейной траектории. Известно, что для спиральных винтовых конвейеров малые углы перегиба криволинейной траектории предпочтительнее по причине высокой изгибной жесткости рабочего органа, приводящей к потерям мощности на трение о внутреннюю поверхность желоба и преждевременному износу трущихся поверхностей [38].
В связи с этим справедливо предположить, что в области дальнейших научных исследований винтовых конвейеров целесообразно работать в на 17 правлении новых конструкторских решений, позволяющих увеличить эффективность и надежность винтового конвейера с гибким рабочим органом.
Таким образом, вопрос повышения эффективности винтового транспортирования груза по криволинейной траектории, надежности винтового конвейера с гибким рабочим органом, увеличения допускаемых углов перегиба, позволяющего транспортировать грузы по сложной пространственной траектории, исследован недостаточно. Необходимо отметить, что в рассмотренных публикациях отсутствует информация по гибким винтовым рабочим органам, представляющим собой витые стержневые системы.
Расчет канатного рабочего органа винтового конвейера с учетом изменения крутящего момента по его длине
Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа проводится на ПЭВМ с применением пакета прикладных программ MathCad 2000І. Подбор рациональных конструктивных исполнений канатного рабочего органа винтового конвейера для транспортировки сыпучих грузов по заданным режимным и технологическим параметрам осуществляется на основании программного модуля Visual Basic. Обработка результатов теоретических и экспериментальных исследований, их статистический анализ производятся в MS Office Excel 2007.
Для исследования параметров напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа винтового конвейера разработан общий алгоритм, представленный на рисунке 3.1. Обозначения, использованные в программе, и текст рабочей программы, реализованной в MathCad 2000І, представлены в Приложении 1.
Исходными данными программы являются: производительность винтового конвейера Q,KZIH\ объемный вес транспортируемого груза у0,кг/м3; угол внешнего трения (рв; коэффициент сопротивления перемещению IV; относительная поперечная деформация канатного рабочего органа при закреплении и свободном осевом перемещении его неприводного конца єлєг2; коэффициент запаса прочности z; модуль упругости 1-го и II - го рода Е, G Па; коэффициент Пуассона //0; углы свивки проволок внешнего и внутреннего слоев ах,аг\ угол свивки канатного рабочего органа /?; число лопастей в канатном рабочем органе п; коэффициент полезного действия привода шнека rj; номинальная частота оборотов шнека nQ, об/мин; длина канатного рабочего органа L, м; координата исследуемого сечения винта х,м; временное сопротивление разрыву материала проволоки канатного рабочего органа сг„ Да.
При определении геометрических характеристик сечения канатного рабочего органа (процесс № 3 на рисунке 3.1) производится расчет радиусов свивки проволок в слоях r,,r2..., радиуса свивки канатного рабочего органа в целом RK, полярных моментов инерции проволок в слоях J,,0,Jn..., осевых моментов инерции J0,JV...
При определении агрегатных коэффициентов жесткости (процессы № 4, 6, 7 на рисунке 3.1) рассчитываются следующие параметры: агрегатные коэффициенты жесткости для центральных стержневых элементов и стержневых элементов внутреннего и внешнего слоев лам для случая одинарной свивки (2.11) - (2.16); агрегатные коэффиценты жесткости для проволок пряди в целом a0,b0,c0,g0,f0,т0 по формулам (2.10); агрегатные коэффиценты жесткости для пряди АЩпр),АЩі,р),А22Ш,АЩіір),Атпр) по формулам для случая двойной свивки (2.4) - (2.9).
При определении максимального крутящего момента (процесс № 8 на рисунке 3.1) производится расчет пускового момента, действующего на канатный рабочий орган М, при известной мощности привода N, Вт, КПД rj и частоте оборотов рабочего органа п0, об/мин, с учетом экспериментальных соотношений для номинального и пускового моментов канатного рабочего органа [20].
При определении относительных линейных, угловых деформаций и перемещений, возникающих в стержневой системе канатного рабочего органа (процессы № 10, 11, 12, 13 на рисунке 3.1), для различных случаев закрепления неприводного конца рабочего органа рассчитываются относительные продольные, угловые и изгибные деформации по формулам (2.22), (2.23), а также перемещения стержневой системы их.(р\,и2.ср2 по формулам (2.48) и (2.49) в исследуемом сечении канатного рабочего органа.
При определении изгибных, крутильных и растягивающих напряжений канатного рабочего органа (процессы № 14, 15, 16, 17 на рисунке 3.1) по формулам, полученным в главе 2, в зависимости от способа закрепления неприводного конца производится расчет значений деформаций изгиба, кручения и растяжения.
Для определения дополнительных напряжений, возникающих в канатном рабочем органе на криволинейных участках траектории (процесс № 18 на рисунке 3.1) при различных способах закрепления его неприводного конца, производится расчет дополнительных нормальных и касательных напряжений. При этом с помощью условного оператора № 19 производится сравнение полученных значений напряжений, возникающих в канатном рабочем органе, с максимально допустимым напряжением для выбранного материала проволоки канатного рабочего органа; если условие прочности не выполняется, то расчет проводится заново.
С помощью программы, составленной по приведенному выше алгоритму и представленной в приложении 1, проведено исследование влияния изменения крутящего момента по длине канатного рабочего органа на его абсолютные и относительные линейные и угловые деформации и напряжения.
В качестве объекта исследования выбран рабочий орган, представляющий собой многожильный канат внешним диаметром dm =10,5 мм, состоящий из 1,2 или 3 лопастей, каждая из которых представляет собой витую стержневую систему, состоящую из центральной проволоки диаметром д0 = 0,9 мм, девяти проволок во внутреннем слое диаметром Sx = 0,45 мм, и девяти проволок во внешнем слое диаметром д2 =0,8 мм. При этом коэффициент запаса прочности z = 1,8; модуль упругости 1-го рода Е = 2,1 105 МПа; коэффициент Пуассона //0 = 0,3; углы свивки проволок а, = 12,а2 12; угол свивки канатного рабочего органа /3 = 22; число лопастей в канатном рабочем органе п = 1...3; мощность привода шнека N = 12,5 Вт; коэффициент полезного действия привода шнека г/ = 0,4; номинальная частота оборотов шнека п0 = 100 об/мин, длина канатного рабочего органа L = 1 м; координата исследуемого сечения винта х = 0...1 м; временное сопротивление разрыву материала проволоки канатного рабочего органа УН = 1960 106 Па.
По результатам проведенных теоретических исследований построены эпюры абсолютных и относительных линейных и угловых перемещений, напряжений кручения, изгиба и растяжения канатного рабочего органа для двух схем закрепления его неприводного конца.
Влияние угла свивки слоев стержневых элементов канатного рабочего органа на его напряженно-деформированное состояние
На рисунке 3.8 представлены результаты исследований влияния углов свивки стержневых элементов внутреннего а} и внешнего а2 слоев проволок канатного рабочего органа на напряжения изгиба при закреплении неприводного конца (линия 1 - зависимость напряжения изгиба от угла свивки внутреннего и внешнего слоев, в случае их равенства щ = ос2) и свободном перемещении неприводного конца (линия 2 - зависимость напряжения изгиба от угла свивки внутреннего и внешнего слоев, в случае их равенства а, = а2).
На рисунке 3.9 представлены результаты исследований влияния углов свивки стержневых элементов внутреннего ах и внешнего а2 слоев лопастей канатного рабочего органа на напряжения растяжения стержневой системы при закреплении неприводного конца.
Где линия 1 - зависимость напряжений растяжения от угла свивки внутреннего и внешнего слоев, в случае их равенства ах = а2) и свободном перемещении неприводного конца (линия 2 - зависимость напряжений растяжения от угла свивки внутреннего и внешнего слоев, в случае их равенства а] = аг.
Таким образом, из построенных по результатам исследований зависимостей параметров напряженно-деформированного состояния канатного ра 65 бочего органа от углов свивки стержневых элементов (проволок) в лопастях следует, что предпочтительным является наименьший угол свивки стержневых элементов (проволок) в прядях (лопастях) канатного рабочего органа, составляющий \2, так как относительные деформаций, напряжения изгиба и растяжения принимают при этом минимальные значения.
Для исследования влияния изменения угла свивки лопастей (прядей) канатного рабочего органа - каната двойной свивки на напряжения, возникающие при работе шнека, применена рабочая программа, приведенная в Приложении 1.
В качестве объекта исследования выбран рабочий орган, представляющий собой многожильный канат внешним диаметром dmt =10,5 мм, состоящий из 3 лопастей, каждая из которых представляет собой витую стержневую систему, состоящую из центральной проволоки диаметром S0 = 0,9 мм, девяти проволок во внутреннем слое диаметром J, = 0,45 мм, и девяти проволок во внешнем слое диаметром 8г = 0,8 мм. При этом коэффициент запаса прочности z -1,8; модуль упругости 1-го рода Е = 2,1 105 МПа; коэффициент Пуассона //„ = 0,3; углы свивки проволок в слоях лопастей канатного рабочего органа ах = 16, а2 = 16; угол свивки канатного рабочего органа /? = 16...24; число лопастей в канатном рабочем органе п = 3; мощность привода шнека N = 12,5 Вт; коэффициент полезного действия привода шнека -q = 0,4; номи- . нальная частота оборотов шнека п0 = 100 об/мин, длина канатного рабочего органа L = 1 м; координата исследуемого сечения винта х = 0 м (приводной конец); временное сопротивление разрыву материала проволоки канатного рабочего винта ав = 1960-106 Па. На рисунке 3.10 представлены результаты исследований влияния углов свивки лопастей jB на относительные линейные деформации канатного рабо 66 чего органа (линия 1 - зависимость относительных линейных деформаций канатного рабочего органа от угла свивки лопастей при закреплении неприводного конца, линия 2 - зависимость относительных линейных деформаций канатного рабочего органа от угла свивки На рисунке 3 Л 1 представлены результаты исследований влияния углов свивки лопастей р на относительные угловые деформации канатного рабочего органа. Где линия 1 - зависимость относительных угловых деформаций канатного рабочего органа от угла свивки лопастей при закреплении неприводного конца, линия 2 - зависимость относительных угловых деформаций канатного рабочего органа от угла свивки лопастей при свободном осевом перемещении неприводного конца. На рисунке 3.12 представлены результаты исследований влияния углов свивки лопастей /3 на напряжения кручения канатного рабочего органа (линия 1 - зависимость напряжения кручения канатного рабочего органа от угла свивки лопастей при закреплении неприводного конца, линия 2 - зависимость напряжения кручения канатного рабочего органа от угла свивки лопастей при свободном осевом перемещении неприводного конца).
Исследование потерь производительности винтового конвейера при пологонаклонном транспортировании сыпучего груза канатным рабочим органом
Как было отмечено раннее, экспериментальная установка винтового конвейера позволяет исследовать две схемы закрепления канатного рабочего органа. С целью оценки влияния способа закрепления рабочего органа на производительность винтового конвейера был исследован случай с осевым закреплением неприводнго конца канатного рабочего органа и случай со свободным осевым перемещением неприводного конца.
На рисунке 4.15 представлены результаты экспериментальных исследований влияния способа закрепления неприводного конца канатного рабочего органа на производительность винтового конвейера. На рисунке 4.15 а представлены результаты исследования влияния способа закрепления неприводного конца однолопастного канатного рабочего органа на производительность винтового конвейера (линия I - зависимость производительности однолопастного канатного рабочего органа с осевым закреплением неприводного конца от угла наклона желоба, линия 2 — зависимость производительности однолопастного канатного рабочего органа со свободным осевым перемещением неприводного конца от угла наклона желоба). На рисунке 4.15 б представлены результаты исследования влияния способа закрепления неприводного конца двухлопастного канатного рабочего органа на производительность винтового конвейера (линия 1 - зависимость производительности двухлопастного канатного рабочего органа с осевым закреплением неприводного конца от угла наклона желоба, линия 2 - зависимость производительности двухлопастного канатного рабочего органа со свободным осевым перемещением неприводного конца от угла наклона желоба). На рисунке 4.15 в представлены результаты исследования влияния способа закрепления неприводного конца трехлопастного канатного рабочего органа на производительность винтового конвейера (линия 1 - зависимость производительности трехлопастного канатного рабочего органа с осевым закреплением неприводного конца от угла наклона желоба, линия 2 - зависимость производительности трехлопастного канатного рабочего органа со свободным осевым перемещением неприводного конца от угла наклона желоба).
В результате экспериментальных исследований установлено, что производительность винтового конвейера с канатным рабочим органом, конец которого свободно перемещается в осевом направлении, в среднем на 10% превышает производительность винтового конвейера с канатным рабочим органом, конец которого закреплен от осевых перемещений. Следовательно, конструкция винтового конвейера со свободным осевым перемещением опоры неприводного конца канатного рабочего органа предпочтительнее.
С целью исследования влияния особенностей поверхности многожильного канатного рабочего органа на производительность винтового конвейера проводились серии опытов с тремя сменными рабочими органами при про 106 чих неизменных условиях эксперимента. На рисунке 4.16 представлены до-перечные сечения желобов винтовых конвейеров с канатным рабочими органами одинакового диаметра, но обладающие различной формой поверхности (рисунок 4.16а- сечение желоба с многожильным рабочим органом, внешний слой которого не имеет зазоров, рисунок 4.16 б - сечение желоба с многожильным рабочим органом, имеющим тангенциальные зазоры во внешнем слое, размер которых соответствует диаметру стержневых элементов внешнего слоя и превышает кусковатость транспортируемого груза).
На рисунке 4.17 представлены результаты экспериментальных исследований влияния угла наклона желоба на производительность винтового конвейера с канатными рабочими органами с различной формой поверхности (линия 1 - зависимость производительности от угла наклона желоба с многожильным канатным рабочим органом с внешним слоем без зазоров, линия 2 -зависимость производительности от угла наклона желоба с многожильным канатным рабочим органом с внешним слоем с тангенциальными зазорами).
При проведении экспериментальных исследований процесса транспортирования груза на стенде винтового конвейера установлено, что односпиральныи рабочий орган из проволоки диаметром S3 = 3,5 мм (рисунок 4.9 д) не позволяет перемещать груз по криволинейной траектории по причине существенного сопротивления вращению, вызванного трением о внутреннюю поверхность желоба. Так, при наклоне желоба конвейера в диапазоне 0 J3 30 в момент вращения рабочего органа на максимальных оборотах происходит полное торможение электропривода.
Таким образом, в результате экспериментальных исследований установлено, что производительность винтового конвейера с канатным рабочим органом - пряди каната двойной свивики, имеющей тангенциальные зазоры во внешнем слое свивки, превышающие кусковатость транспортируемого груза, в среднем на 15% выше производительности винтового конвейера с аналогичным многожильным канатным рабочим органом без зазоров во внешнем слое свивки.
Производительность винтового конвейера с многожильным рабочим органом, содержащим тангенциальные зазоры, превышающие кусковатость транспортируемого груза, определится по формуле: где кш =1,15 - дополнительный экспериментальный коэффициент, характеризующий влияние формы поверхности многожильного рабочего органа с тангенциальными зазорами во внешнем слое свивки на производительность винтового конвейера.
