автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Обоснование параметров и разработка вибрационного выпускающего устройства с маятниковой подвеской для сыпучих материалов

РГО ол

! ^ ? МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ 'Й{Щ{£ГНО-С1'РОИТВЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ им. В.В.КУЙШШЕВА

На правах рукописи

Силин Алекоандр Николаевич

УДК 621.867.62

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РАЗРАБОТКА ВИБРАЦИОННОГО ВШУСМЩЕГО УСТРОЙСТВА С МАЯТНИКОВОЙ ПОДВЕСКОЙ ДЛЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.05.04. - Дорожные и строительные

машины

Авторефв р а т диссертации на соиокание ученой отепени кандидата технических неук

Москва - 1993

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени вечернем металлургическом институте

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и

техники РС4СР, доктор технических , наук, профессор И.Ф. Гончаревич

Официальные оппоненты: -действительный член Международной'

Инженерной Академая.доктор ¿а^ко-штештячееЙх наук ,

профессор, Краков Б.И.

\ ...... *"'""

кандидат технических наук, доцент • Степанов М'.-А.

Ведущая организация: НПО1 " ВНИИотройцорыаш

Защита состоится ' 18 ма'я 1993 г., в^чво. на заседании специализированного совета К 053.11.03. при МШИ им. В.В. Куйбышева по адресу: 129337, Москва, Ярославское; 'шоссе, 26,,'ауд. ¡5р7(Г '

О диссертацией можно ознакомиться, в библиотека Института

Просим принять участие в защите и направить отзыв на автореферат |по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, 26, МШИ им. В.В. Куйбышева, ученый совет

Автореферат разослан " " 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,!профессор'.-

П.Е. Тотолш

онцая характеристика работы

Актуальность работы» Развитие механизации и автоматизации производственных процессов вообще и погрузо-разгрузочных, подъ-'емно-транспортных в особенности, связанных с выпуском сшгучих материалов из аккумулирующих бункеров, является важнейшим условием обеспечения стабильности технического прогресса во всех отраслях народного хозяйства.

Наиболее эффективными бункерными выпускными устройствами, позволяющими стабильно выпускать влажные, сыпучие материалы, являются виброворонки, но они недостаточно эффективны зв счет повышенного расхода энергии, затрачиваемой на деформацию всего объема- материала, заполняющего рабочий орган. Поэтому назрела необходимость в создании нового эффективного вибровыпускного устройства, позволяющего на только снижать сцепление материала со стенками рабочего органа, но и активно сдвигающего его в сторону выпускного отверстия при малом расходе энергии за счет рационального использования подпора материала из бункера.

Для разработки, расчета и конструирования вибрационных устройств для выпуска влаяных, сыпучих материалов из бункеров, выбора их рабочих параметров, рациональных режимов работы и повышения производительности необходимо на основе углубленного исследования механизма вибровыпуска установить закономерности, изменения реологических характеристик выпускаемого материала от геометрических и кинематических параметров установки для точного определения степени необходимого применения вибрации на заданную производительность вибровыпуска.

Поэтому исследования, направленные на углубленное изучение закономерностей процесса вибровыпуска влачннх, сыпучих материалов из буккеров и разработка на основе этих результатов бункерного вибровьшускного устройства - вибрационного выпускающего устройства (ВВУ) с маятниковой подвеской, имеющего малую энергоемкость, высокую степень транспортирования при рациональном использовании подпора материала из бункера, компактность, возможность затвора материала на грузонесущей стенке при выключении вибропрплода, является актуальным.

Цель работы. Интенсификация процесса вибровыпуска на основе создания новой конструкции вибровыпускного устройства и исследование внутрислоевых процессов в сыпучих средах с определением их реологических характеристик. Выявление и исследование зависимостей производительности от конструктивных и эксплуатационных факторов. Создание "инженерной методики расчета и конструирования оптимальных параметров ВВУ.

Методы исследования. В работе использовался комплексный метод исследования, включающий обобщение и анализ накопленного опыта по созданию вибровыпускающих и вибротрансшртируадих машин; математическое моделирование рабочего процесса ВВУ, включающего процессы вибровыдавливания и вибротранспортирования, основанное . на классической упруго-вязко- пластичной модели транспортируемого виброслоя; экспериментальные исследования; проверку результатов исследований в промышленных условиях. При теоретических исследованиях использовались ЭВМ "Amstrad - 1840" и "EC-I035". Для экспериментальных исследований разработаны и изготовлены специальные приборы, устройства, датчики.

Научная новизна работы. Разработана феноменология рабочего процесса ВВУ, включающая модели вибротранспортирования и вибровыдавливания сыпучих, влажных материалов из бункеров; экспериментально определены оптимальные геометрические параметры рабочего, органа, при которых повышается эффективность процесса вибровнпус-ка материала; экспериментально определены зависимости производительности (скорости) выпуска материала из рабочего органа ВВУ от параметров вибрации, угла вибрации, вида выпускаемого материала и его влажности с последующей обработкой на ЭВМ и получешем регрессионных моделей, определяющих влияние геометрических и кинематических параметров ВВУ на скорость выпуска; экспериментально исследованы внутрислоевые гфоцессы, происходящие в потоке влаяных материалов при их вибровыпуске, а также разработан и экспериментально исследован метод определения вязкости материалов различной влажности при ш движении б рабочем органе, позволившие объяснить физику рабочего процесса ВВУ и дать рекомендация по определению степени необходимого применения вибрации на заданную производительность вибровыпуска; определены параметры уцруго-вязкой модели материала для идентификации математической модели реальному потоку выпускаемого сыпучего материала.

Практическая ценность работн.Разработана принципиально новая конструкция бункерного выпускного устройства - ВВУ с маятниковой подвеской. Разработана на основе теоретических и экспериментальных исследований инженерная методика расчета оптимальных параметров рабочего органа ВВУ для выпуска заданного сыпучего, влажного материала с перебором вибровозбудителей на заданную производительность выпуска по минимуму энергоемкости и рекомендации по " его1сонсафу1фованш. • ■ . "

Реализация :работн. Теоретические и экспериментальные результаты работы реализованы в конструкциях ВВУ, внедренных в Семипалатинском производственном объединении "Стеновые материалы" на

- 3 - _.......

выпуске влажного песка, в Павлодарском малом арендном предприя-тш "Силикат" на выпуске влажного песка, в Алтайском горно-обогатительном комбинате на выпуске влажного песка и в Лениногорском полиметаллическом комбинате на выпуске влажных' цинковых концентратов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на 26 ... 31 научно-технических конференциях Усть-Каменогорского строительно-дорожного института в 1986 ... 1992 гг., на научных семинарах секции "Коммуникация" Инженерной Академиии РФ, кафедры "Механика машин и робототехника" Московского вечернего металлургического института в 1988 ... 1992 гг., на П Всесоюзном семинаре "Горные и строительные вибрационные машины и процессы" (г. Новосибирск, 1988г.), на Республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Архитектура и строительство - поиск и решения молодых" (г, Алма-Ата, 1989 г.), на Х1У Республиканской научно-технической конференции при Всесоюзном научно-исследовательском институте цветных металлов (г. Усть-Каменогорск, 1989 г.) й на Республиканской ярмарке-аукционе научно-технических идей при ВДНХ Каз, ССР (г. Алма-Ата, 1990 г.), за что награжден дипломом П степени.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, получено I авторское свидетельство, написан раздел монографии "Конвейеры".

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка литературы. Работа содержит 150 страниц машинописного текста, 4 таблицы, 60 рис. на 33 страницах, список литературы из 65 наименований, приложение на 18 страницах. Общий объем работы 201 страниц.

На защиту выносятсд:

I. Математическая модель рабочего процесса ВВУ с маятниковой подвеской для сыпучих, влажных материалов.

2= Результаты реализации модели рабочего процесса на ЭВМ и идентификация ее параметров реальному потоку выпускаемого, материала.

3. Результаты экспериментальных исследований процессов вибровыпуска ВВУ с маятниковой подвеской и реологических характеристик выпускаемого слоя материала в зависимости от геометрических параметров рабочего органа и кинематических параметров вибрации.

4. Инженерная методика расчета и конструирования ВВУ с использованием ЭВМ.

- 4 -

'основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы.исследования, научная новизна п сформулирована цель диссертационной работы; представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор конструкций рабочих органов бункерных вибровыпускных устройств. Дана характеристика основных направлений исследований процесса вибровыпуска сыпучих материалов из бункеров и моделей движущегося слоя материала в рабочих органах вибровыпускных устройств. В качестве базовой принята инерционная упруго-вязко-пластичная модель транспортируемого груза И.Ф. Гончаревича, как дающая наиболее полное представление виброслоя как механореологической системы.

Анализ показал, что большинство исследований направлены на разработку виброустройств для выпуска из'бункеро.в и транспортировку сухиХ сыпучих материалов и явно недостаточно исследований по выпуску влажных материалов. Особенно ощущается необходимость разработки простых по конструкции, компактных, надежных и высокопроизводительных устройств, позволяющих выпускать сыпучие материалы любой влажности. Наиболее близки к перечисленным требованиям бункерные виброворонки с вертикальным разъемом, но они недостаточно эффективны за счет повышенного расхода, энергии, передаваемой всему объему материала, заполнившего рабочий орган.

В связи с этим для конструирования, создания и усовершенствования подобных устройств необходимо детальное изучение физики процесса вибровылуска сыпучих, влажных материалов из бункеров.

На основе вышеизложенного сформулированы следующие задачи исследования:

1. Разработать усовершенствованную конструкцию вибровыпускного устройства, позволяющего активно сдвигать сыпучий, влажный

. материал в сторону выпускного отверстия при малых энергозатратах.

2. tía базе подходов феноменологической реологии И.Ф. Гончаревича разработать модель процесса выпуска из бункеров ВВУ.

3. Определить параметры уцруго-вязкой модели сыпучего материала и идентифицировать ее реальному слою выпускаемого материала.

4. Экспериментально определить рациональную форму рабочего органа и его параметры применительно к стесненным условиям производства. Установить.влияние параметров вибрации рабочего органа , рациональной формы на его производительность и внутрислоевыа процессы, происходящие в потоке выпускаемого материала.

5. Разработать инженерную методику расчета и конструирования бункерного ЕВУ. " '..,.•',

Вторая глава посвящена разработке конструкции и математичес-

..............-.5-

кому моделированию рабочего процесса ВВУ с маятниковой подвеской.

В процессе усовершенствования конструкции виброворонки с вертикальным разъемом появилась идея создания принципиально нового устройства - ВВУ, обеспечивающего стабильный выпуск сыпучих, влажных материалов за счет создания на грузонесущей поверхности рабочего органа сдвигающего эффекта и рационального использования подпора материала из бункера.

ВВУ (рис. I) включает неподвижную часть бункера I и рабочий орган 2 о боковым выпуском и маятниковой подвеской 3. Колебания рабочего органа осуществляются от дебалансного вибровозбудителя 4 о круговыми колебаниями. Для устойчивости рабочий орган дополнительно уравновешен опорой 5. Рабочий орган имеет дугообразную грузонесущую стенку с центром радиуса кривизны, вынесенным вперед в сторону выпускного отверстия относительно центра 0 качания маятникового подвеса. Величина 0Л0 обеспечивает на поверхности грузонесущей стенки возрастающий угол [3 вибрации, начиная от горизонтального сечения, проходящего через центр 0 маятниковой подвески, где угол |3 =» 0 до на вертикальном сечении.

Математическая модель рабочего процесса ВВУ основана на результатах экспериментальной часта данной работы при детальном изучении механизма выпуска материала, а также на исследованиях и рекомендациях Гончаревича И.Ф. и Архипенко В.П.

Модель рабочего процесса ВВУ описывает совокупность процессов вибровыдавливания и вибротранспортирования, приводящих к истечению материала через выпускное окно рабочего органа под действием внутреннего давления в нем, величина которого образуется из сжатия при уменьшении объема рабочей зоны и деформации при вибротранспортировании.

Особенностью рассматриваемой модели рабочего процесса ВВУ является следующее:

I. Рабочий орган тлеет замкнутый объем и полностью заполнен материалом. Так как в процессе углового колебательного движения рабочего органа происходит изменение его рабочего объема, в выпускаемом материале возникает переменное давление. В зависимости от знака этого давления процесс в рабочей зоне происходит по разному.

При избыточном давлении сжимаемый материал выдавливается через выпускное окно, так как движение его в противоположном направлении затруднено из-за псдпора столба материала из бункера.

При разр!гхлении дополнительный объем заполняется материмом из бункера и одновременно происходит процесс вибротранспортировд-

ноя за счет сил трения й динамического воздействия рабочего органа. , ■ -

2. Так как объем рабочей зоны замкнут и заполнен материалом, последний, не может терять контакт о грузонесущей стенкой рабочего органа что исключает атак независимого движения в процессе вибротранспортирования.

3. В силу криволинейности грузонесущей стенки и углового характера колебаний, а также отстояния центра кривизны грузонесу щей стенки рабочего органа от центра его качания, угол вибрации не постоянен как по окружности грузонесущей стенки, так и по высоте сечения. ■

В рассматриваемой модели рабочего процесса ВВУ (рис. I.) инерционные свойства выпускаемого материала учитываются инерцион ными элементами с массами ГПр0 и ИП5 . Деформативные свойства слоя материала в направлении оси X моделируются упругими эле-, ментами кх > в направлении оси у - упругими элементами Ку и элементом сухого трения \Х% . Демпферы с коэффициентами вязких соцротивлений С^ , Су моделируют сопротивления, пропори ональные относительной скорости деформации .материала в направле

__________________________- 7 - . ............

нш осей X и у . В процессе вибровыпуска на сыпучий материал действуют также внешние силы, обусловленные трением о поверхность рабочего органа. Трение о поверхность рабочего органа пропорционально нормальной реакции N на соответствующую поверхность и коэффициенту ;грения о нее. Существенным в данной схеме является наличие дополнительной вынуждающей силы F(t) » связанной с процессом вибровыдавлнвания.

Специфичность рассматриваемого рабочего процесса ВВУ приводит к необходимости обоснования выбора сечения рабочей зоны, для которого моделирование наиболее целесообразно. Таким сечение является выпускное окно <А-А) рабочего органа, так как истечение материала через него происходит под действием разности давлений в среде материала и атмосферного. Скорость же этого истечения определяет градиент давления в сечении выпускного окна.

При аналитическом описании феноменологии рабочего процесса ВВУ проанализированы процессы вибровыдавливания и вибротранспортирования (таблица I). Причем для процесса вибротранспортирования показаны схемы соединения реологических тел и действие сил, даны характеристики этапов и дифференциальные уравнения, описывающие процессы вибровыдавлнвания и вибротранспортирования с соответствующей разбивкой на этапы движения виброояоя,. приведенные в таблице I, где для ^троцесса вибровцдавливания:( Хп - Хь ) -ускорение выдавливаемого материала в сечении выпускного окна;

F% - постоянно действующая сила; (о - напряжение деформации в сечении выпускного окна; Q - плотность выдавливаемого материала; Е - модуль Юнга; У] - кинематическая вязкость; 0 -размер деформации материала; для процесса вибротранспортирования: mQ - элементарная масса виброслоя; Кх , Кц - коэффициенты упр^изГдеформацийМатериала в направлении осей X и У ; Сх , Су - коэффициенты.вязких сопротивлений в направлении соответствующих осей; Fx . Fy - проекции вынуждающей силы соответственно на оси X и У ; (3 - угол вибрации; - угол наклона к горизонту грузонесущей стенки рабочего органа; Хп ,, Х„ - перемещение, скорость и ускорение материала относительно неподвижной системы координат в направлении оси X ; Ум, CjM , Ум - тоже в направлении оси U ; T|(U)t) - закон колебаний рабочего органа; Х6 , Xg , Xj - перемещение, скорость и ускорение рабочего органа относительно неподвижной системы координат в направлении оси X ; ув , , уь - тоже в направлении оси У ; СО - частота угловых колебаний рабочего органа; ф^ , фу - сдвиг по тазе соответственно для горизонтальной и вертикально}'! составляющих колебаний виброслоя; Р , Р - собствен-

ныэ частоты колебаний мод&яи.слоя мaтepиaлà в'направлении осей X и у , ( Pax«-¡$fí Py=m); ' Пу - коэффициенты демпфирования, обусловленные внутренними сопротивлениями деформации модели слоя соответственно в направлении осей X и У ,

( on zz. -2л. .oM-jGa. \

При решении дщферашшалышх уравнений следует учитывать пе-рашш>сть угла шбрацш по высоте сечения. При расчетах был принят средний угол шбращш в геометрическом центре сечения (Д-Д).

Каждое-из приведенных в табл. I дифференциальных уравнений имеет аналитическое рещаяио. Анализ полученных уравнений и условий граничных переходов показал, что разработанную модель рабочего процесса ЕВУ целесообразно реализовать с пойощыо численных методов на ЗШ, так как аналитическое решение встречает трудности вэ-аа наязшейностЕ полученных уравнений и неопределенности моментов сшин участков дашения в условиях переходных' режимов.

Адекватность предложенной математической модели рабочего процесса ЕВУ оценивалась при ее вдентификации по данным экспери-юша.

В третьей главе приведено описание экспериментального стенда,аппаратуры, разработанных приборов. Изложена ыатодака экспериментальных ессл&дов&ей и обработка опытных данных.

Для решения поставленных задач экспериментальных нссдедрва-Ш1Й и оцредалешш основных факторов, влияющих на рабочий процесс, была использованы методы многофакторного зьлаягровааш. Обработка получениях экспериментальных данных методами матеиатЕческоЗ статистики позволила получить математические регрессЕонннэ кодаш, адекватные рабочему-процессу ВВУ с маятниковой подвеской и пра-годаш дая определения рациональных режимов процесса.

В соответствии с методикой и задачами экспериментальных ыс-ОЕЭДовааий был разработай и изготовлен специальный стенд, состоящей. из бункера и рабочего органа о маятниковой подвеской. В качестве вибропривода применен регулируемый эксцентриковый привод со ступенчатым изменением частоты колебаний от 105 до 185 и шгашш регулированием ашдитуды колебаний от 0 йо 2,5*М~в_м,

~ фи экспершентах исследовался набор сменных рабочих органов, обеспечивающих .различные J3max от 0° до 16° с интервалом в 4°. •

Основной объем опытов выполнен на экспериментальном стенде ШГ с разшраш устья бункера (250 х 250) мм, проверка результатов вэййвдованзй проводилась в производственных условиях на Семипалатинском ЖШ в цехах № I и të 2 на подаче влажного песка, на Иавждароком МАЦ. "Силикат" в бункерной галерее на подаче влажно-

~ Таблица I

Феноменология рабочего процесса ВВУ

Схема соединения реологических тел и действие сил |Наименование п характеристика 1 этапа Дифференциальные уравнения

\ \ \Ч \\ * Л П р 0 Ц 8 с Геометрическое сжатие (давление) при движении рабочего органа по часоЕой строл- Г \ с. вибровыдавливания (Х„-Х&)=Рх-<э/д ; \6&., Е / р сШ

Ь X Фп У* Процвс ! ■ ¡Сок'есготэ ДВПЗВНЯЭ Е2б- ¡роолоя и рабочего Органа (участок деформации) с вибротранспор-гирования Хм+ дБШс^4£11х(Хн-Х6) + Уп" 9^08с1 + ¿П3(уи-ув)-+ ^гУНИЧМ^)

Скольжение при положительной относительной скорости внбрс слоя и рабочего органа (участон сдазет) Хп+дзЫ+гпДгХ^) -Ум-дсоэА +

Сшзйвггагэ пш отрицательной скорости вкб-рослоя и рабочего органа (участок сжатия) х„+ дз1псЬ2пДгХв)+В?к уи- дсовс1+2 Иу(ц«-ув)+ ^(Ум-УлН^Ф^М

го песка и на Ленииогор.ском Ж на подаче влажных цинковых концентратов. Во всех случаях устье бункера имело следующие размеры (350 х 500) мм. Исследования в лабораторных и промышленных условиях проводились при одинаковых амплитудах и частотах колебаний,, углах вибрации. В качестве исследуемого материала'в лабораторных условиях применялся материал реальных производственных условий.,

Изучалось качественное влияние геометрических параметров . рабочего органа ВВУ на"кинематику выпуска влажных материалов. Установлено, что для обеспечения плавного изменения траектории движения потока материала, выходящего из устья бункера и далее перемещающегося в рабочем органе, угол найлона его передней стенки к горизонту должен составлять 75°, а для обеспечения наибольшей скорости выпуска максимальный угол вибрации должен состав- .

Ртах

На втором этапе исследований оцределялрсь влияние параметров вибрации на скорость выпуска материалов различной влажности.

По результатам эксперимента можно сделать вывод, что с увеличением амплитуды колебаний скорость выпуска растет интенсивнее нежели с увеличением частоты цри выпуске песка и цинковрго.концентрата любой влажности. Однако для достижения наивысшей эффективности процесса вибровыпуска при малой динамической нагруженности рабочего органа при выпуске песка необходимо добиваться нужной скорости выпуска, увеличивая амплитуду, установив при этом частоту колебаний пршерно на уровне 145 с , а при выпуске цинкового концентрата увеличивать частоту колебаний, оставляя амплитуду как можно на меньшем уровне. Диаграммы зависимостей скорости выпуска (рис. 2) и коэффициента передачи скорости (рис. 3) от амплитуды и частоты колебаний рабочего органа при вибровыпуске пе-ска 10% влажности наглядно демонстрируют сказанное выше.

Для объяснения причин различий зависимостей скоростей вибровыпуска песка и цинкового концентрата от параметров вибрации и их влажности и для последующей идентификации модели реальному слою выпускаемого материала проведены исследования закономерное-! тей изменения внутрисловных процессов и реологических характеристик выпускаемых материалов. К ним относятся: траектории, скорости движения и усилия напора на зонд потока материала в рабочем органе ВВУ и на их основе и метода падающего шаржа определены зависимости изменения вязкости слоя этих материалов как наиболее характерного реологического параметра количественно и качественно показывающего степень разрушения структуры среды под действием динамического воздействия.

Основной силовой характеристикой вибрационного воздействия

2,5-ГО3

-со'25-

орв* Д

Ш № Д

Рис. 2 . ... . Рис. 3

Диаграммы зависимостей у = У|А,СОу скорости вибровыпуска песка (рис. 2) и ^£=л(А,Сиу коэффициента передачи скорости выпускаемому песку (рис. 3) влажностью \д/ = 10$ от амплитуды и частоты угловых колебаний рабочего органа

. чооо

• .нем* | 600 I 400

Г] 200

1 О

5 ^

6. Аьт ^ 45

V//

Рпс. 4 - * , Рис. 5

Диаграммы зависимости Т|-ТДг;СЦу$гаэ|ф1щиента эффективной вязкости слоя от ускорения колебаний при вибровыпуске песка (рис. 4) и цинкового концентрата (рис. 5) различной влажности

- 12 - ........... . . ________________

служит ускорение колебаний, обуславливающее возникновение инерционных сил, стремящихся вывести частицы, материала из положения равновесия. Диаграммы зависимости коэффициента эффективной'вязкости слоя от ускорения колебаний при вибровыпуске песка (рис. 4) и цинкового концентрата (рис. 5) различной влажности показывают, что величина коэффициента эффективной вязкости для слоя материала, подверженного вибрационному воздействию, определяется величиной этого воздействия и процентным содержанием вода в материале.

На основе анализа этих и других диаграмм и графиков даны рекомендации для повышения скорости вибровыпуска песка: эксплуатируемой установке работать на пониженных частотах в пределах от 125 с-1 до 165 с , увеличивая при этом амплитуду колебаний, а при-вибровыпуске цинкового концентрата рекомендуется работать на повышенных частотах, увеличивая амплитуду колебаний.

При проведении экспериментальных исследований в качестве регистрирующей аппаратуры использовались: гензоусшшгель "Топаз-3", секундомер электроконтактный демонстрационный СЭД-Ш, цифровой автоматический тахометр ЦАТ-2М, а также специально разработанные датчики для измерения траектории скорости движения и усилия напора на зонд потока материала в рабочем органе ВВУ.

Обработка полученных экспериментальных данных методами математической статистики позволила получить математические регрессионные модели, адекватные рабочему процессу ВВУ.•

Четвертая глава посвящена применению математической модели рабочего процесса ВВУ с маятниковой подвеской и ее идентификации по результатам эксперимента.

Дифференциальные уравнения математической модели рабочего процесса ВВУ (см. табл. I) имеют'аналитическое решение для каждого из этапов движения виброслоя выпускаемого материала. Вместе с тем, моменты перехода от одного этапа движения к другому не определены для неустойчивого режима и во всех случаях зависят от предистории процесса, оценить которую можно лишь при пошаговом моделировании, что неизбежно ведет к необходимости моделирования на временной сетке, шаг которой определяется необходимой точностью и условиями сходимости решения. Временная сетка необходима для оценки моментов перехода между этапами движения материала, а внутри ее шага уравнения решаются аналитически.

Схема решения уравнений модели рабочего процесса ВВУ включает в себя два периода реализуемых на каждом шаге временной сетки: I) распознавание этапа движения виброслоя на данном'шаге; 2) аналитическое решение дифференциальных уравнений, соответствующих данному этапу (участку) гтр:т начальных услвакях, определен-

них на предыдущем шаге.

' В главе приведен алгоритм модели рабочего процесса ВВУ, реализованный на языке бейсик и апробированный на ГОШ "4mStfad-1840", а такие представлены логическая схема моделирования и блок-схема реализация на ПЭВМ.

Шаг временной сетки принимался 0,05 с, моделировалось десять циклов движения рабочего органа ВВУ.

Идентификация модели проводилась в два этапа. На первом этапе определялись значения параметров слоя материала (коэффициенты упругости и вязкости, коэффициент трения по поверхности рабочего органа), исходя из согласования расчетных и экспериментальных значений характеристик рабочего процесса ВВУ. На втором этапа . сравнивались .расчетные характеристики при вариациях исходных данных с соответствующими экспериментальными характеристиками.

• Идентификация проводилась для двух материалов, песка и цинкового концентрата. Диапазон вариации параметров моделируемого процесса.соответствует изученному в эксперименте и для каждой расчетной точки имеется экспериментальный аналог.

Идентификация параметров мэтодом последовательных приближений дала следующие оценки для значений упругости и коэффициента трения: для песка с влажностью, равной V/ = io%t упругость ( Р) = 202,4, коэффициент»трения ( f ) - 0,15; для цинкового концентрата влажностью, равной W = 10%, Р = 99,3, j = 0,1.

Идентификация коэффициента вязкости ( G ) проводилась аналогичным методом, но с учетом следующих соображений. Несмо^я на то, что величина коэффициента вязкости в классическом понимании постоянна п определяется свойствами материала, тем нз менее коэффициент пропорциональности между скоростью движения материала и сопротивлением,этому движению не сохраняет постоянного значения в разных динамических условиях, что экспериментально установлено на основании соотношений скорости движения материала и соответствующих сил, действующих на зонд, находящийся .в данном материале. Для решения данной проблемы составлена схема механореологической модели зонда (рис. 6), находящегося в потоке выпускаемого материала. • ■ ,

В рассматриваемой модели инерционные свойства зонда и выпускаемого материала учитываются инерционными элементами с массами , ГШ ; дефорглативные свойства тензомегрической бшючки и нити, соединящей'ее с зондом, в направлении оси У моделируются упругим элементом К ; демпфер с коэффициентом вязких соп-

С* с 4V

и элемент сухого трения j- моделируют сопротивления. пропорциональные относительной скорости деформации мате-

_ - 14 - . _____________ _____

риала, граничащего с зондом, в направлении оси У ; деформатив-ные свойства потока выпускаемого материала в направлении осей X и У моделируются упругими элементами кх и Ку соответственно; сопротивления, пропорциональные относительной скорости деформации потока материала, моделируются демпферами, с коэффициентами вязких сопротивлений Сл и Су в направлении соответствующих леей._______ .... - _________________ __________.___:__,..„,Л-______

- , 'Идентификация параметра С ' для условий моделирования цро- ' водилась следующим образом: графики (рис. 7 а, б) были аппроксимированы регерессионными функциями (записанными в сетке соответствующего графика).

Так как тенденция изменения 0 - имеет одинаковый вид для любых условий, первый коэффициент уравнений в цроцессе идентификации принят постоянным, а идентификащи подлежит свободный член, который подобран методом последовательных приближений и для условий моделирования принял следующие значения: для песка 48,14, для цинкового концентрата 50,6.

Для подобранных параметров Р , С »построены расчетные и для сравнения экспериментальные зависимости скорости выпуска песка и цинкового концентрата от параметров вибрации (рис. 8 а, б, в).

Идентификация проводилась то скорости вибровыпуска для различных значений амплитуды, частоты и угла вибрации. -

Близкое совпадение теоретических и экспериментальных значений скорости выпуска в зависимости от параметров вибрации и угла вибрации рабочего органа показывает, что феноменология рабочего процесса ВВУ соответствует реальному процессу и подтверждает способность модели воспроизводить физическую картину процессов вибровыдавливания ивибро транспортирования.

Пятая глава посвящена практическому использованию результатов исследований.

'Выполненные экспериментальные и теоретические исследования по вибровыпуску влажных песка и цинкового концентрата позволили составить инженерную методику расчета и конструирования бункерных ВВУ с маятниковой подвеской. Приведены результаты промышленных испытаний, разработанных согласно этой методике, представлена технико-экономическая оценка перспективности их применения.

Разработанная инженерная методика расчета и конструирования предлагаемого ВВУ заключается в расчете и конструировании рабочего органа на заданную производительность, исходя из типажа серийно выпускаемых вибровозбудителей.

Методика реализована в виде единой программы на языке бей-

"X

Рис. 6. Механореологическая модель зонда, находящегося а потоке выпускаемого материала

33,5

НСК2

4 20,-1 I 43,Ч С3 6,7 о

а).

1

V Ш 5?" -2,-13-

\

6 г2

51

НСМ 4,8 4,2 О* 3,6

К

N Л '3~Ас 3,47-

5 25 45 ИС 85

5 25 45 НС 85

Аа)а —-

• Рис. 7.. Графики зависимости СЭ=СЭ(Д60£] , коэффициента эквивалентной вязкости слоя песка (а).и ишпеового концзнтрата (б) одинаковой влажности V/ = 10% от ускорения колебаний рабочего органа

сик и апробирована на 1Ш/1 " Amstrad - 1840". Приведены логическая блок-схема расчета и конструирования на заданную производительность, расчетные и компановочные схемы.

Реализация на ГОШ предлагаемой инженерной методики позволила реализовать диалоговый режим проектирования, что обоспзчква-ег возможность для проектировщика направлять процесс проектирования, используя двой инженерный опыт.

В заключении диссертационной работы сформулированы основные результаты выполненного исследования:

1. Экспериментально определено, что для повышения эффективности рабочего процесса ВВУ наиболее рациональным является рабочий орган, имеющий максимальный угол Bmax= 8° вибрации и угол наклона передней стенки к горизонту 75 .

2. Для ВВУ с предлагаемым рабочим органом для сыпучих материалов различной влажности экспериментально определены рациональные параметры вибрации.

3. Исследованные внутрислоевыэ процессы, происходящие в сыпучих, влажных материалах при их движении в ^рабочем органе ВВУ, а также разработанный и исследованный метод определения вязкости выпускаемых материалов, позволили объяснить физику рабочего процесса ВВУ и дать рекомендации по определению степени необходимого применения вибрации на заданную производительность вибровыпуска. •

4. На основе представления слоя материала в виде инерционной упруго-вязко-пластичной модели разработана математическая модель рабочего процесса ВВУ, включающая модели вибротранспортирования

и вибровыдавливания.

5. Для идентификации параметров модели реальному слою выпускаемого материала экспериментально определены параметры модели рабочего процесса ВВУ с маятниковой подвеской.

6. Разработаны и апробированы алгоритмы реализации на ПЭШ математической модели рабочего процесса ВВУ с маятниковой подвеской при выпуске сыпучих, влажных материалов из бункеров.

7. Экспериментальные и теоретические исследования позволили разработать инженерную методику расчета и конструирования бункерных ВВУ с маятниковой подвеской.

8. Промышленная проверка и внедрение ВВУ на узлах подачи сыпучего, влажного материала подтвердили их надежность и экономическую эффективность.

За счет эксплуатации ВВУ в условиях Семипалатинского ПОСМ увеличен выпуск готовой продукции - силикатного кирпича более чем на 1,5 млн. штук в год; в условиях Павлодарского ¡ЛАП "Сшш-

а> 20-Ю2

мс'

й-ю2

8М02

V

V II.

ч-ю

УУ />

УУ /

***

0,5-Ю3НО14,5-10* М 2,5-10* 0,5-Ю'1 НО3^ даб*

20-Ч0а

М<? л

8-Ю2 ч-ю"2

V

А

Д

ш

си

в)

щ №

V

знб2

— о»'*"

/У у

очв зраЗ. ^ оч8 8раа ^ |3 —[3 -

■— — расчет

эксперимент

Рис. 8. •

. , , .Графики расчетной и экспериментальной зависимостей УвЩТ ; \АУ((Л)) ; У*\7((Э) скорости вибровыпуска песка (слева) ц цинкового концентрата (справа) одинаковой влажности V/ = 10$ от амплитуды а; и частоты колебаний б) рабочего органа; от угла вибрации в) ' различных рабочих органов

кат" увеличен выпуск силикатного-кирпича на 0,75$ при годовом объеме 68 млн. штук; в условиях Лениногорского ПК дополнительно переработано около 300 тыс, тонн цинкового концентрата, а в условиях Алтайского ГОКа значительно улучшилось качество и однородность закладочной бетонной смеси.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. A.c. 1630991. СССР. МКИ В 65 Д 88/66. Вибрационный бункер / А.Н. Силин, В.П. Архипенко, И.Ф. Гончаревич. (СССР) -

№ 4460113/31 - 13. Заявл. 14.07.88. Опубл. 28.02.91. Б.И. й 8.

2. Силин А.Н., Архипенко В.П. Исследование выпуска из'бункеров влажного песка виброворонкой ]/ Тезисы доюи научно-техничео-кой конф. - Усть-Каменогорск, 1989. - С. 30.

3. Архипенко В.П., Силин А.Н. Экспериментальная установка для выпуска высоковлажного материала виброворонкой // Тезисы докл. Х1У научно-технической конф. молодых исследователей. - Усть-Каменогорск, ЕНИИцветмет, 1989. - С. 43.

4.,Архипенко В.П., Силин А.Н. Выпуск влажных цинковых концентратов из бункеров с помощью виброворонок // Тезисы докл. Х1У научно-технической конф. молодых исследователей. - Усть-Каменогорск, ЕНИИцветмет, 1989. - С. 44.

5. Силин А.Н., Архипенко В.П. Вибро воронка с маятниковой опорой для вибровыпуска из бункеров влажных, вязких, плохосыпу-чих материалов // Тезисы докл. на ярмарке-аукционе научно-технических достижений в строительстве. - Алма-Ата, 1990. - С. 121.

'6. Силин А.Н. Определение реологических параметров вязких материалов при вибровыпуске Ц Тезисы докл. научно-технической конф. - Усть-Каменогорск, 1992. - С. 40.

7. Архипенко В.П., Силин А.Н." Конструкция и основы расчета виброворонок // Тезисы докл. Республ. научно-технической конф. молодых ученых и специалистов. - Алма-Ата, 1989. - С. 48.

8. Архипенко В.П., Силин А.Н. Опытные и промышленные испытания виброворонок // Тезисы докл. Республ. научно-технической конф. молодых ученых и специалистов. - Алма-Ата, 1989. - С. 75.

9. Бельков Н.И., Силин А.Н., Сергеев В.Е. Опыт создания и Применения вибровыпускных устройств в условиях Семипалатинского ПОСМ // Тезисы докл. научно-технической конф. - Усть-Каменогорск, 1992. - С. 33.

10. Силин А.Н., Гончаревич И.Ф. Вибропогрузка и вибровнлуск из бункеров вибровыпускателямп. Раздел 15.2.4. монография

. .„"Конвейеры",. Машиностроение, 1993._____,

Подписано в не.чпть 14.04.93 Фермпт ГОхО''1/Пчичть Сфе.

И-102 Объем I у».-изд.л. Т.100 Закап if 9 Бесплатно