Введение к работе
Актуальность проблемы. Транспортирование порошкообразных, зернистых и пылевидных материалов - одна из главных задач во многих технологических процессах в различных отраслях промышленности. Применяемое для транспортирования оборудование весьма разнообразно, одним из распространенных видов является вертикальный винтовой конвейер.
Вертикальные винтовые конвейеры, наряду с такими достоинствами как простота конструкции, непрерывность транспортирования, герметичность, возможность транспортирования пылящих и остропахнущих грузов, имеют существенный недостаток - 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 негативно воздействует на конечный продукт.
Возникает задача повышения эффективности функционирования вертикальных винтовых конвейеров путем расчета и выбора оптимальных значений их конструктивных и режимных параметров. В диссертации рассмотрена возможность повышения эффективности функционирования вертикального винтового конвейера путем выбора угла наклона образующей шнековой лопасти от оси шнекового вала к периферии при различных значениях угловой скорости. Для этого необходимо математическое описание процесса движения потока материала в вертикальном винтовом конвейере с учетом влияния режимных и конструктивных параметров конвейера, и свойств транспортируемых грузов на форму поперечного сечения потока материала и 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. Повышение технико-экономических показателей процесса вертикального винтового транспортирования путем выбора угла наклона образующей шнековой лопасти при различных значениях угловой скорости.
Идея работы заключается в повышении производительности вертикального винтового конвейера за счет увеличения площади поперечного сечения потока транспортируемого груза, которое достигается посредством выбора угла наклона образующей шнековой лопасти при различных значениях угловой скорости.
Методы исследования: Теоретический анализ влияния угла наклона шнековой лопасти на площадь поперечного сечения потока транспортируемого материала в винтовом конвейере с изменением угловой скорости проведен с использованием дифференциального и интегрального исчисления, методов механики сыпучей среды и теоретической механики, механики грунтов, математического моделирования. Лабораторные и промышленные испытания проведены с применением электрических методов измерения параметров.
Научные положения, выносимые на защиту:
установлена зависимость производительности вертикальных винтовых конвейеров от скорости вращения шнека и угла наклона образующей шнековой лопасти при транспортировании сыпучего материала, по которой наличие угла наклона образующей шнековой лопасти обеспечивает кратность приращения производительности, превышающую кратность приращения скорости вращения шнека;
установлен угол наклона образующей шнековой лопасти с учетом геометрических характеристик потока материала: формы и размеров поперечного сечения потока материала, радиуса пересечения свободной поверхности с лопастью шнека, объема элементарного сектора материала и координаты его центра масс, а также угловой скорости вращения шнекового вала;
математическая модель движения потока материала, по которой минимальные удельные энергозатраты процесса транспортирования при заданных конструктивных и режимных параметрах вертикального винтового конвейера реализуются экстремумом, за счет обоснованной в работе величины угла наклона образующей винтовой лопасти при различных значениях угловой скорости.
Достоверность научных положений и выводов диссертационной работы основывается на применении комплекса современных методов исследования, таких как анализ и научное обобщение выполненных к настоящему времени работ по рассматриваемому вопросу, дифференциальное и интегральное исчисление; применение современных вычислительных методов, 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 система уравнений движения реального потока сыпучего материала в вертикальном винтовом конвейере, образующая лопасти которого расположена под углом к горизонту, учитывающая геометрические характеристики поперечного сечения потока, позволяющая исследовать влияние конструктивных и режимных параметров конвейера на эффективность процесса транспортирования;
разработана математическая модель для определения влияния угла наклона образующей винтовой лопасти от оси шнекового вала к периферии при различных значениях угловой скорости с учетом геометрических характеристик движущегося в винтовом конвейере потока материала: формы и размеров поперечного сечения потока материала, координаты пересечения свободной поверхности с лопастью шнека, объема элементарного сектора материала и координаты его центра масс;
разработаны метод, математическая модель и программа выбора конструктивных и режимных параметров вертикального винтового конвейера, учитывающие геометрические характеристики поперечного сечения потока транспортируемого материала, с учетом налагаемых на параметры ограничений и критерия оптимизации.
Значение работы. Н а у ч н о е значение работы состоит в установлении закономерностей движения потока сыпучего материала в вертикальном винтовом конвейере, образующая лопасти которого имеет наклон от оси вала к периферии, определении влияния на эти закономерности физико- механических свойств транспортируемых материалов, конструктивных и режимных параметров конвейера, и разработке аналитического аппарата, учитывающего взаимодействие потока транспортируемого материала с поверхностями рабочих органов конвейера и позволяющего обоснованно выбирать рациональные конструктивные и режимные параметры вертикального винтового конвейера.
Пр ак т и чес ко е значение работы заключается в том, что ее результаты, математическая модель, алгоритм и программа, используемые при выборе конструктивных и режимных параметров вертикального винтового конвейера, образующая лопасти которого расположена под углом к горизонту, создают основу для проектирования и создания высокоэффективных транспортирующих машин, применяющихся во многих технологических процессах в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.
Реализация результатов работы
Результаты исследований в н е д р е н ы
на заводе по производству газобетонных блоков ООО «КСМ-2000»;
на заводе ШРМЗ ОАО «Ростовшахтострой».
Апробация работы. Основные положения работы были доложены и получили одобрение на научно-практических конференциях Шахтинского института ЮРГТУ (2007 - 2011 г.г.), на IV международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива-2009», (Нальчик, 2009), на VIII Международной научно-технической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (Пенза, 2008), II Международной научно-практической конференции ШИ ЮРГТУ (НПИ) «Перспективы развития Восточного Донбасса» (Новочеркасск, 2007), V Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2009)
Публикации. По теме диссертации опубликованы 13 печатных работ, в том числе 2 работы в издании, рекомендованном ВАК РФ, и 6 работ - в материалах Международных и Всероссийских конференций.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 95 наименования и приложений, изложена на 129 странице машинописного текста, содержит 29 рисунка и 12 таблиц.
