Введение к работе
Актуальность проблемы. В условиях сложившейся рыночной экономики основным из факторов, определяющих инвестиционную политику предприятий, является себестоимость производимой продукции. Задача снижения данного элемента экономики производства лежит в основе проектирования нового оборудования и модернизации уже существующего. Одним из перспективных направлений решения данной задачи является снижение удельных энергозатрат на транспортирование материалов, так как оно является одним из основных процессов в различных технологических линиях производства строительных материалов, сельскохозяйственной и пищевой промышленности. Вертикальные конвейеры являются одним из перспективных видов конвейерного оборудования, так как для развития современных предприятий необходимо повышение компактности расположения оборудования. На сегодняшний день актуальность снижения энергоемкости настолько велика, что этот фактор порой становится решающим при формировании цены конечного продукта.
Основные преимущества вертикальных винтовых конвейеров - это непрерывность транспортирования, простота конструкции, герметичность, возможность транспортирования пылящих и остропахнущих грузов. В качестве основного недостатка следует отметить то, что материал, кроме поступательного движения в направлении оси конвейера, совершает вращательное движение в направлении окружной скорости шнека, что снижает производительность конвейера и повышает энергозатраты, а также в некоторых случаях может отрицательно повлиять на свойства груза.
Основная задача состоит в повышении экономичности процесса транспортирования сыпучих материалов вертикальными винтовыми конвейерами за счет расчета и выбора рациональных значений их конструктивных и режимных параметров. В диссертации рассмотрена возможность повышения эффективности функционирования вертикального винтового конвейера путем рифления внутренней поверхности корпуса под углом к оси вала конвейера. Для этого необходима рационализация геометрических параметров рифлей и математическое описание процесса движения потока материала, учитывающее влияние свойств транспортируемых грузов и параметров рабочих органов конвейера на удельные энергозатраты.
Соответствие диссертации научному плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления: «Теория и принципы создания робототехнических и мехатронных систем и комплексов», утвержденного Ученым советом ЮРГТУ (НПИ) 1.03.2006 г., по госбюджетной теме: П3 – 845 «Повышение эффективности технологических и транспортирующих машин промышленности строительных материалов».
Цель работы. Снижение удельных энергозатрат на транспортирование и повышение производительности вертикальных винтовых конвейеров на основе выбора рациональных параметров рифления внутренней поверхности корпуса с учетом физико-механических свойств и геометрии потока транспортируемого материала.
Идея работы: повышение эффективности работы вертикального винтового конвейера (уменьшение энергоемкости) при транспортировании материала за счет создания условий, формирующих различные значения сил трения в направлении окружной и поступательной составляющих скорости движения материала.
Для достижения цели диссертационной работы необходимо решение следующих задач:
1) определить условия формирования сил трения между материалом и
внутренней поверхностью корпуса конвейера в направлениях оси шнекового вала и окружной скорости шнека;
2) произвести теоретические и экспериментальные исследования движения материала по внутренней поверхности корпуса вертикального винтового конвейера при разных условиях формирования сил трения в направлениях оси шнекового вала и окружной скорости шнека;
3) разработать математическую модель функционирования вертикального винтового конвейера для определения рациональных геометрических параметров его рабочих органов в зависимости от свойств транспортируемого материала;
4) произвести производственные испытания вертикального винтового конвейера с рифленой внутренней поверхностью корпуса.
Методы исследования: Теоретический анализ влияния угла закручивания рифлей, их геометрических размеров и количества на эффективность транспортирования материала в винтовом конвейере проведен с использованием дифференциального и интегрального исчисления, математического моделирования, методов механики сыпучей среды и теоретической механики, механики грунтов. Лабораторные и промышленные испытания с применением электрических методов измерения параметров.
Научные положения, выносимые на защиту:
повышение коэффициента выдачи материала и производительности вертикального винтового конвейера возможно за счет формирования различных сил сопротивления при движении материала по внутренней поверхности корпуса конвейера на направлениях окружной скорости шнека и продольной оси конвейера. Причем коэффициент сопротивления движению материала по внутренней поверхности корпуса конвейера в направлении окружной скорости шнека должен быть как можно больше, а в направлении продольной оси конвейера – как можно меньше;
направление движения материала, транспортируемого вертикальным шнеком, и коэффициент выдачи материала зависят от конструктивных параметров рифления внутренней поверхности корпуса конвейера (угла закручивания рифлей, их глубины и ширины, а так же их количества в пределах одного витка шнека) и оказывают существенное влияние на удельные энергозатраты процесса транспортирования;
поступательное движение материала в пространстве между рифлями на внутренней поверхности корпуса конвейера повышает эффективность функционирования машины за счет снижения вращательной составляющей движения транспортируемого материала и увеличения поступательной.
Достоверность научных положений и выводов диссертационной работы основывается на применении комплекса современных методов исследований: анализ и научное обобщение выполненных к настоящему времени работ по рассматриваемому вопросу; дифференциальное и интегральное исчисление; применение современных вычислительных методов и процедур метаматематического моделирования, и подтверждается достаточным объемом экспериментальных данных и удовлетворительной сходимостью результатов экспериментальных и теоретических исследований (расхождение не превышает 9 %).
Научная новизна состоит в том, что
получена аналитическая зависимость, описывающая движение сыпучего материала в вертикальном винтовом конвейере с рифленой внутренней поверхностью корпуса;
проведена рационализация параметров рифления корпуса вертикального винтового конвейера, для чего разработаны математическая модель и программа, позволяющие определить рациональный угол закручивания рифлей, их размеры, форму и количество, учитывающие физико-механические свойства и геометрические характеристики поперечного сечения потока транспортируемого материала, и процессы, протекающие на поверхностях контактов материала с рабочими органами конвейера;
Значение работы. Результаты работы можно использовать на практике для проектирования эффективных вертикальных винтовых конвейеров с лучшими технико-экономическими характеристиками, чем у аналогичных моделей. Используя разработанные математическую модель и программу, можно при меньших затратах времени осуществить выбор конструктивных и режимных параметров вертикальных винтовых конвейеров для каждой конкретной технологической линии.
Реализация результатов работы
Результаты исследований в н е д р е н ы:
- в фасовочном цехе ООО «Донагропромснаб» г.Шахты;
- в бетоно-растворном узле ООО «Югрегионстрой» г.Шахты;
- в помольном отделении мукомольного завода ООО «ШМЗ» г.Шахты.
Апробация работы. Основные положения работы были доложены и получили одобрение на научно-практических конференциях Шахтинского института ЮРГТУ (НПИ) (2007 - 2011 г.г.); на IV Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - (Пенза, 2009); на V и VI Международной научно-технической конференции (Пенза, 2010, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 16 печатных работ, в том числе 2 работы в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 80 наименований и приложений, изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 64 рисунка и 13 таблиц.
