автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Обоснование режимных и конструктивных параметров вертикального винтового конвейера

На правру т/к-ппигчт

Олигов Юнус Баширович

ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМНЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВИНТОВОГО КОНВЕЙЕРА

Специальность: 05.05.04 - «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины»

Автореферат диссертации на соискание учено степени кандидата технических наук

Новочеркасск 2012

2 2 [1 ЮН 2012

005045980

005045980

Работа выполнена в Федеральном бюджетном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» на кафедре «Машины и оборудование предприятий стройиндустрии»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Рудь Александра Владимировна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Хазанович Григорий Шнеерович; доктор технических наук, профессор Адигамов Касьян Абдурахманович

Ведущая организация: Белгородский государственный

технологический университет имени В.Г.Шухова, г. Белгород Защита диссертации состоится

(п С&С12012 г. в часов на заседании диссертационного совета

Д.212.304.04 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»

по адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Просвещения, 132, 149 ауд. главного корпуса

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «ЮжноРоссийский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт).

Автореферат разослан « / » 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

В.С. Исаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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: ПЗ - 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. Научное 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.

Практическое 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 внедрены

- 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.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цель и идея работы, указана научная новизна, практическая ценность, приведены сведения об апробации работы и основные научные положения, выносимые автором на защиту.

В первой главе представлен анализ условий эксплуатации винтовых конвейеров и разнообразие их конструктивных особенностей. Приведен обзор работ по исследованиям закономерностей взаимодействия рабочих органов с различными материалами в вертикальных винтовых конвейерах, шнековых питателях и других технологических и транспортирующих машинах со шнековыми рабочими органами.

Установлению новых закономерностей, зависимостей, описывающих процессы взаимодействия рабочих органов погрузочных и транспортирующих машин различных конструктивных типов с сыпучим материалом, посвящены работы многих известных ученых: докторов технических наук Г.М. Водяника, Г.Ш. Хазановича, П.А. Михирева, Ю.И. Михайлова, Ю.М. Ляшенко, A.C. Носенко, А.Б. Филякова; кандидатов технических наук: С.И. Носенко, И.Ф. Рюмина, В.Д. Ерейского, В.Г. Полежаева, Р.В. Каргина, Г.В. Черненко и других. Большинство работ направлено на разработку аналитического аппарата для определения зависимости сопротивления внедрению различных рабочих органов в сыпучую и кусковую среду от их конструктивных и режимных параметров.

Необходимо отметить работы авторами которых являются К.А. Адигамов, Г.В. Черненко, которые занимались исследованием влияния угла наклона шнековой лопасти на процесс транспортирования, с помощью описания движения частицы материала. Такой процесс описания не дает точных выходных данных, результаты полученные в ходе теоретического и экспериментального исследования не совпадают, что приводит к применению поправочных коэффициентов.

Исследованием механики и кинематики движения различных материалов при взаимодействии с рабочими органами вертикального винтового конвейера занимались многие ученые. Движение зернистых, порошкообразных и пылевидных материалов в вертикальных винтовых конвейерах Башкатов Б.Н., Белецкий В.Я., Боголюбский К.А., Григорьев A.M., Катанов Б.А., Лихарев Б.В., Мурашев В.И., Никифоров М.Е., Преображенский П.А., Штуков Н.К., Böttcher S. рассматривают как движение дискретной массы. В работах Симилейского Г.М. и Чеботарева П.В. для учета заполнения межвиткового пространства бурового шнека продуктами бурения введены коэффициент наполнения витка шнека и коэффициент учета пути наполнения спирали шнека. Закономерности взаимодействия винтового рабочего органа с мерзлым грунтом установлены Лозовым Д.А. и Мартюченко И.Г.

Во многих теоретических и экспериментальных исследованиях транспортируемый материал рассматривается как сплошная среда, а его движение - как частично поступательное и частично вращательное. Исключение составляют только горизонтальные тихоходные конвейеры, в которых сыпучие и пылевидные материалы совершают только поступательное движение в направлении оси шнека.

В настоящее время существует математическое описание процесса движения потока сыпучего материала в вертикальном винтовом конвейере, образующая лопасти которого направлена перпендикулярно оси шнекового вала, учитывающее его геометрические характеристики и влияние на них свойств транспортируемого материала и конструктивных и режимных параметров конвейера, которое приведено в работах Евстратовой A.B.

Для достижения цели диссертационной работы необходимо решение следующих задач:

- разработать математическое описание процесса движения потока сыпучего материала в вертикальном винтовом конвейере со шнековой лопастью, образующая которой направлена под углом к горизонту, учитывающее влияние конструктивных и режимных параметров конвейера на геометрические характеристики потока;

- разработать математические модели, алгоритм и программу для обоснования режимных и конструктивных параметров конвейера, со шнековой лопастью, образующая которой направлена под углом к горизонту, при различных угловых скоростях, учитывающие физико-механические свойства и геометрические характеристики образующая которой направлена под углом к горизонту поперечного сечения транспортируемого материала и процессы, протекающие на поверхностях контактов материала с рабочими органами конвейера, с учетом налагаемых на параметры ограничений и критерия оптимизации;

- установить закономерность повышения эффективности функционирования вертикальных винтовых конвейеров, со шнековой лопастью, при различных угловых скоростях, за счет обоснования выбора конструктивных и режимных параметров, проведенного на основе разработанного математического описания процесса движения потока сыпучего материала в вертикальном винтовом конвейере;

- провести экспериментальные исследования и производственные испытания вертикальных винтовых конвейеров со шнековой лопастью, образующая которой направлена под углом к горизонту, при различных угловых скоростях вращения вала, на лабораторной установке и в промышленных условиях.

Во второй главе изложены теоретические положения диссертационной работы.

На основании проведенного анализа свойств зернистых, порошкообразных и пылевидных материалов для исследования закономерностей движения

грузов в вертикальном винтовом конвейере применены методы механики сыпучей среды и теоретической механики.

Для описания движения частицы материала, составим уравнения действия

сил на 3 плоскости.

Проекции сил действующие на частицу материала в плоскости ХОУ.

г

Л^у/сову-ЛГ, +тЯсОа

■ п ~>2

эт ак эю Рц

= 0

где N,4 - нормальная реакция лопасти шнека, Я;

/ш- коэффициент трения материала о лопасть шнека; к

а„ = агс!я- - угол подъема винтовой линии шнека по

й 2яЯ

наружномурадиусу, рад;

к = 2пК1^аК - шаг шнека, м;

Я- радиус лопасти шнека, м (Рисунок 2.3.);

С

т = — масса элемента материала, кг,

g

С - вес элемента материала, Я;

у- угол между образующей лопасти шнека и нормалью к оси шнека; а - угол подъема винтовой линии шнека;

у - угол между плоскостью лопасти шнека и нормалью к оси шнека

Г = агс1ё{^г2а + 1ё2у/) (2.9.)

N - нормальная реакция цилиндра, Н;

/и - коэффициент трения материала о стенку цилиндра; Ри - угол между вектором абсолютной скорости V частицы материала иосью шнека, рад;

а = RtgaR- параметр конвейерами;

Проекции сил действующие на частицу материала в плоскости ТОУ. Необходимо отметить что, движение установившееся и ускорение как вертикальное, так и поступательное равны нулю. Следовательно сумма действия сил на частицу материала равны нулю.

Проекции сил действующие на частицу материала в плоскости ХОУ. Сумма действия сил на частицу материала равна нулю, ввиду того чтодвижение материал установившееся.

Z

/Л

Y

/шК

f4N„ sin /3Я-/ШМШ cosaR-KjgaR cosy = 0

2

Nut cos у

Nlucosy-fluNutsmaK -f4N„ cos/?«-mg = 0

f*N4

mg

/шК

После рассмотрения и описания действия сил на частицу материала, в различных плоскостях, получаем систему уравнений которая имеет следующий вид:

Nm cosy-fmNM sinaR -f4N„ cosfiR-mg=0 f„N4 sin pR- faNM eos aR - NjgaR eos y = 0;

sina^ sin PR

>

Njgy eos y - N4 + mRw0

.eos(PR -aR)

= 0.

Если расписать силы действующие на частицу материала как произведение давления на площадь:

N» Sin = Рш pl+Sl, ; cos а„ = Рш Nu, cos / =

MjgaRcosy = P„Sa Njgy/cosy = Pu,St,

Получена система уравнений, описывающая движение потока сыпучего материала в вертикальном винтовом конвейере, образующая лопасти которого имеет наклон от оси вала к периферии с учетом угловой скоростью

ГЛ., -LPjsl+Sl -IPS, cos/?, -y„Vlv = 0 .

fPS, sin/?„ -Lpjsl+sl - PA. = о;

" P4S„ + P,,Sy„2 + ~ VjipPlI MP\

sin g„ „ sin/?W M cos(/?„ „ -<*„.„.)

V

= 0

(1)

где Рш- давление потока материала на лопасть шнека, Па; Рч- давление потока материала на внутреннюю поверхность корпуса, Па;

Я к2-,-2

5 = \xhcpdx = -—— Д<Р - площадь проекции сектора лопасти на плоскость хоу 2

г

хоу, м3; Я- радиус шнековой лопасти, м (рис.1); х- переменная интегрирования, м (рис.1); г - радиус точки пересечения проекции свободной поверхности материала с лопастью шнека, м (рис.1), определяется из уравнения _

/ма1{г1созЭл sm9R)-gs\n9R^?rT¥tgГa~R-gf,¡t-gfJg^И^xlsaR=Q,

- угол наибольшего ската на кромке шнековой лопасти, ° ;

я

Бхог = ^к^<РсЬс = -г)^<р = К{Я-г^алК<р -площадь проекции сектора

лопасти с центральным углом А(р на участке от г до Л на плоскость Х02 , м:; &гр - элементарный угол на рабочей поверхности шнековой лопасти,0 (рис. 1); А = - шаг шнековой лопасти,.«; ц/ - угол между образующей лопасти шнека и нормалью к оси шнека,° (рис.1);

Л

- площадь проекции сектора лопасти с

г

центральным углом А<р на участке от г до К на плоскость уо:, мх;

ЯА<р - площадь контакта

5 = ч

4 /Л2

/ й/я+г

рассматриваемого элемента материала с внутренней поверхностью корпуса конвейера, м2\ ут- объемный вес транспортируемого материала, Н/м3\ /ш -коэффициент трения транспортируемого материала о шнек; /ц -коэффициент трения материала о внутреннюю поверхность корпуса конвейера; /,,- коэффициент внутреннего трения материала; со0-угловая скорость вращения шнекового вала,с"' ; ак - угол подъема винтовой линии на кромке шнековой лопасти, °(рис.1); /Зк- угол между вектором абсолютной скорости материала и осью шнека на кромке шнековой лопасти, ац „ - угол подъема винтовой линии шнека на расстоянии рим

от оси шнекового вала, # = 9,81л«/с2- ускорение свободного падения; со - угловая скорость абсолютного вращательного движения материала, с"'; У,, - объем материала, расположенный на секторе лопасти с центральным углом Д^,лИ(рисЛ)

К,«, = ¿г

Л

2Я —ЗЯ г+г 6/

лл

(2)

л аЬ

Аф —

Я2-,-2

где а = ■

8

№

.1+/;

-а(Я-г)+(1г2 -а1)

рч. - координата центра масс сектора материала, м;

Л?1Й

¡\\pdv \\{/{р^)-/{р2))р2со%(рёрс1(р

_ _ _ 0_г_.

Рцм. ,,

с1(р

А<рЯ

| \{/(Р1)-Яр2))рс1рс1(р

О г

(1 ~ + Зг" - 12ДУ)+ 2/„а6[2(Я3 - г3) - 3а(Д2 - г2) -

(1 - 2/?3 -18гЛ2 + 6г3)+

+ 6а!(Л-г) + 6(Я5 + я')1п| ]

\Я + а)

+ 9/„а6[(Я2 -/•')- 2а(Я - /•) + 2(Л; - а: )1п

/■ + а

Я + а

(3),

где р = ^х1 +у2 ; А, р2 - переменная интегрирования, аргументы функции, м

Рис.1. Объем материала на секторе шнековой лопасти, образующая которой имеет наклон от оси вала к периферии

Решение системы (1) дает условие для определения угла Рц м между

продольной осью конвейера и направлением движения центра масс груза для конвейера, образующая лопасти которого имеет наклон от оси вала к периферии

(Л, +.у/д

(5„, - Л, з!п А« - /А С08^ СЛ, а/С+С +

§

бш а эт В

_цм_' Ч '

соз(Д| д, -«„„)

V

= 0

(4)

Рц.м.

где углы Д(„ исвязаны соотношением = •

В третьей главе проведен анализ факторов, оказывающих влияние на производительность и потребляемую мощность вертикального винтового конвейера. Разработана математическая модель функционирования вертикального винтового конвейера, позволяющая определить рациональные

значения конструктивных и режимных параметров, обеспечивающие максимальную производительность конвейера и минимальные удельные энергозатраты в зависимости от свойств транспортируемого материала, с учетом налагаемых на параметры ограничений. Блок-схема алгоритма расчета режимных и конструктивных параметров вертикального винтового конвейера, представлена на рис.2.

Основным критерием эффективности при нахождении рациональных параметров приняты удельные энергозатраты транспортирования. Минимизация и оптимизация удельных энергозатрат транспортирования способствуют решению общей задачи повышения эксплуатационных показателей вертикальных винтовых конвейеров, поскольку позволяют снизить расход электроэнергии, установленной мощности и тем самым снизить стоимость конвейера и уменьшить удельные затраты на транспортирование. Величина удельных энергозатрат зависит от многих факторов, целевая функция имеет вид:

А = /(х), (5)

где х = /х1;х2;х3;...;х/;...^„/- вектор факторов, влияющих на величину удельных энергозатрат транспортирования. Оптимизируемыми параметрами являются угол подъема винтовой линии шнековой лопасти, угловая скорость вращения шнекового вала, диаметр шнековой лопасти, угол наклона

образующей лопасти.

Варьируемыми параметрами в модели являются: /„, - коэффициент

трения материала о шнек, /„ - коэффициент трения материала о корпус конвейера, /„ - коэффициент внутреннего трения транспортируемого материала, ут- объемный вес транспортируемого материала; Ь - длина шнекового вала (высота подъема груза), а0 - угловая скорость вращения шнекового вала, Л - радиус шнековой лопасти, Ц/ -угол наклона шнековой лопасти, ад -угол подъема винтовой линии на кромке шнековой лопасти. Разработанная математическая модель работы вертикального винтового конвейера позволяет определить рациональные конструктивные и режимные параметры конвейера (обеспечивающие максимальную производительность конвейера и минимальные удельные энергозатраты в зависимости от свойств транспортируемого материала) и построить графики зависимости площади поперечного сечения потока материала от угла наклона образующей лопасти (рис.3) и удельных энергозатрат транспортирования от угла наклона образующей лопасти (рис.4).

Рис. 2. Блок-схема алгоритма расчета режимных и конструктивных параметров вертикального винтового конвейера.

5 10 15 20 25 30 V,'

Рис 3 Зависимость площади поперечного сечения потока материала в вертикальном винтовом конвейере от угла наклона образующей лопасти, при следующих угловых скоростях

_а =4,6 0"',_____£Уя=5,9с ', -— й?я=6,4с-' ; я - коэффициенты трення

транспортируемого материала о шнек и корпус конвейера /„=/,= 0,3-коэффициенты трення / = /. = 0,4; в - коэффициенты трения /_ = /. = 0,5.

В четвертой главе изложены методика проведения и результаты экспериментальных исследований на лабораторной модели и производственных испытаний вертикального винтового конвейера в промышленных условиях комбината строительных материалов ООО «КСМ-

2000».

На рисунке 4 приведен график зависимости удельных энергозатрат А,кДж/л*3, от угла наклона образующей шнековой лопасти от оси вала к периферии, при трех различных значениях угловой скорости. Из графика видно, что удельные энергозатраты уменьшаются по мере увеличения угла наклона лопасти до определенных пределов. При этом каждая кривая имеет экстремум, показывающий минимальное значение удельных энергозатрат. Экстремумы соответствуют значениям угла наклона шнековой лопасти <//0 в интервале от 12° до 18° при угловых скоростях от 4,6 с"1 до 6,4 с"1.

А,кДж/мъ

800

ч П1„ =6.4 -1

700 ч у

ч * / У *

/ - <

Ш =5,9 с -1

600 ч ч / у У

Ч ( _ 1 * ✓

ч ч Юо= 4,6 с * у

ч / ** ** у

500

5 10 15 20 25 30 Ч'°

Рис. 4 -Зависимость удельных энергозатрат экспериментальной установки А, кДэю/м3, от угла наклона образующей лопасти ц>,° при различных значениях угловой скорости:

-----результаты, полученные в ходе математического моделирования;

• - результаты, полученные в ходе экспериментального исследования.

Экспериментальные исследования имели целью проверку правильности основных теоретических положений данной работы и полученных на их основе количественных показателей. Цель производственных испытаний -проверка работоспособности вертикальных винтовых конвейеров с конструктивными и режимными параметрами, определенными на основе математической модели и программы, разработанных в диссертационной работе, в промышленных условиях в течение длительного периода времени и

оценка их эффективности по сравнению с базовыми вариантами конвейеров, а также проверка соответствия основных количественных показателей процесса транспортирования материала проектнымпоказателям.

Н

Рис. 5. Экспериментальная установка: Щнековые валы

1 - шнековый вал, 2 - корпус, 3 - входной экспериментальной установки

патрубок, 4 - выходной патрубок, 5 -

приемный бункер, 6 - гибкий рукав, 7 -

течка, 8 - емкость, 9 - клиноременная

передача, 10 - электродвигатель, 11 -

датчик угловой скорости шнекового вала

Экспериментальные исследования проводились на лабораторной модели вертикального винтового конвейера (рис. 5). Экспериментальная установка имеет три сменных шнековых вала с различными углами наклона винтовой лопасти (рис. 6). Регулирование угловой скорости вращения шнекового вала осуществлялось посредством изменения передаточного отношения клиноременной передачи привода вала.

Испытания проводились при транспортировании зерна пшеницы, песка (влажность 3 - 5 %) и сухого цемента марки 500; при трех значениях угловой скорости вращения шнекового вала: со0=6,8 с ; со0=5,9 с ; ш0=4,6 с ; с тремя шнековыми валами, имеющими различные углы наклона шнековой лопасти:

у, =10°; у/= 15°; у/ = 20°.

В каждом опыте измерялись угловая скорость вращения шнекового вала, производительность конвейера и потребляемая мощность.

Результаты экспериментальных исследований удовлетворительно совпадают с соответствующими результатами компьютерного моделирования (расхождение в пределах 9 %), что подтверждает основные теоретические положения диссертационной работы о возможности снижения энергоемкости вертикального винтового конвейера и повышения его производительности за счет рационального выбора конструктивных и режимных параметров, а также адекватность математической модели реальному процессу движения материала в вертикальном винтовом конвейере, с углом наклона лопасти, отличным от 90°.

Производственные испытания вертикального винтового конвейера со шнековым валом, имеющим угол наклона образующей лопасти и угловую скорость вращения, определенные в результате компьютерного моделирования, показали, что его производительность выше, чем у базового конвейера на 24 %, а удельные энергозатраты ниже на 11 %.

Результаты замеров производительности и мощности, потребляемой конвейером, проводимых ежедневно, в течение 450 часов непрерывной работы конвейера при производственных испытаниях, показали отсутствие "дрейфа" основных количественных показателей процесса транспортирования материала. Производительность и потребляемая конвейером мощность в течение всего срока испытаний оставались постоянными и соответствовали проектным показателям, определенным при компьютерном моделировании.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе осуществлено решение важной научно-технической задачи снижения энергоемкости вертикальных винтовых конвейеров, основанное на определении угла наклона образующей шнековой лопасти с учетом конструктивных и режимных параметров конвейера, а также физико-механических свойств и геометрии потока транспортируемого материала, и подтвержденное результатами экспериментальных исследований и производственных испытаний.

Основные выводы и результаты диссертационной работы следующие.

1. Разработана математическая модель процесса движения потока сыпучего материала в вертикальном винтовом конвейере, образующая лопасти которого имеет наклон от оси вала к периферии, учитывающая влияние конструктивных и режимных параметров конвейера на геометрические характеристики потока.

2. Разработана система уравнений действия сил на поток материала для выбора конструктивных и режимных параметров вертикального винтового конвейера с учетом свойств транспортируемого материала, которые влияют на геометрические характеристики потока движения материала.

На основании предложенной расчетной схемы процесса вертикального винтового транспортирования потока материала в вертикальном винтовом конвейере определены рациональные значения угла наклона шнековой лопасти при различных значениях угловой скорости, с учетом физико-механических свойств и геометрических характеристик поперечного сечения потока транспортируемого материала:

• зерен пшеницы -17°;

• сухого песка (влажность 3-5%), портландцемента марки М500 - 15°; Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность снижения энергоемкости процесса вертикального винтового транспортирования за счет выбора конструктивных и режимных параметров, влияющих на геометрию потока.

Результаты экспериментальных исследований и производственных испытаний удовлетворительно совпадают с соответствующими результатами компьютерного моделирования (расхождение в пределах 9 %), что подтверждает адекватность математической модели реальному процессу движения материала в вертикальном винтовом конвейере образующая лопасти которого имеет наклон от оси вала к периферии.

Полученные количественные результаты показывают, что вертикальные винтовые конвейеры, выбор конструктивных и режимных параметров (угла наклона образующей лопасти и угловой скорости) которых проведен на основе разработанных математической модели и программы, целесообразно применять при транспортировании зернистых, порошкообразных и пылевидных материалов, так как это приводит к увеличению производительности на 24% и снижению удельных затрат энергии на 11% по сравнению с базовыми конвейерами. Результаты научных исследований внедрены: на заводе по производству газобетонных блоков ООО «КСМ-2000»; на заводе ШРМЗ ОАО «Ростовшахтострой».

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1.Евстратова A.B., Олигов Ю.Б. Повышение эксплуатационных показателей вертикального винтового конвейера путем рационального выбора конструктивных и режимных параметров шнекового вала. Известия высших учебных заведений: Северо-Кавказский регион: технические науки, №4,2009. 82-89 с. (0,3 пл./0,2 пл.)

Автором установлено влияние угла наклона образующей щнековой лопасти на эксплуатационные показатели вертикачьного винтового конвейера в зависимости от свойств транспортируемого материала.

2. Рудь A.B., Олигов Ю.Б. Метод выбора рационального угла наклона шнековой лопасти винтового конвейера. Известия высших учебных заведений: Северо-Кавказский регион: технические науки, №5,2011. 55-57 с. (0,3 пл./0,2 пл.).

Автором определены формулы для определения параметров винтового конвейера, с учетом налагаемых ограничений и критерия оптимизации, а именно минимизации удельных энергозатрат.

Работы, опубликованные в международных и всероссийских сборниках:

3. Евстратова A.B., Олигов Ю.Б., Павлов Е.И. Влияние формы внутренней поверхности корпуса шнекового пресса на его производительность. Перспективы развития Восточного Донбасса: Сб. науч. тр. по материалам II Международной научно-практической конференции ШИ ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2007. -С. 113-118. (0,3 пл./0,2 пл)

Автором описано изменение производительности в вертикальном винтовом конвейере, образующая шнековой лопасти которой имеет наклон от оси вала к периферии.

4. Евстратова A.B., Олигов Ю.Б. Влияние профиля шнековой лопасти напроизводительность вертикального винтового конвейера. Информационно-вычислительные технологии и их приложения: Сб. статей VIII Международной научно-технической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2008. - С 158 - 161. (0,3 пл./ 0,2 пл.)

Автором разработана система уравнений, описывающая движение материалов в вертикальном винтовом конвейере, образуюгцая шнековой лопасти которой имеет наклон от оси вала к периферии.

5. Евстратова A.B., Олигов Ю.Б. Влияние угла наклона шнековой лопасти на производительность вертикального винтового конвейера. Перспектива -2009: Материалы международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых.-T.IV. -Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 2009. С. 38-42 (0,3 пл./ 0,2пл.)

Автором установлено влияние угла наклона шнековой лопасти на производительность верткального винтового конвейера.

6. Евстратова A.B., Олигов Ю.Б., Павлов Е.И. Вертикальный винтовой конвейер с рифленой внутренней поверхностью корпуса. Прогрессивные технологии в современном машиностроении: Сб. статей V Международной научно-техн. конференции. - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2009. 61-68 с. (0,35 пл./0,25 пл.)

Автором установлены геометрические характеристики рифлей внутренней поверхности корпуса.

7. Евстратова A.B., Олигов Ю.Б., Павлов Е.И. Влияние конструктивных параметров шнековой лопасти вертикальньтх винтовых конвейеров на его эксплуатационные показатели. Прогрессивные технологии в современном машиностроении: Сб. статей V Международной научно-технической конференции. - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2009. 68-74 с. (0,3 шт./ 0,25 пл.)

Автором описано влияние конструктивных параметров шнековой лопасти вертикальных винтовых конвейерных на его экспчуатационные показатели.

8. Евстратова A.B., Олигов Ю.Б., Павлов Е.И. Влияние профиля лопасти шнекового вала на производительность вертикального винтового конвейера. Перспективы развития Восточного Донбасса: Сб. науч. тр. по материалам II Международной научно-практической конференции ШИ ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2007. - С. 119 - 123. (0,25 пл./0,15 пл.)

Автором разработана система уравнений, описывающая движение материалов в вертикальном винтовом конвейере, образующая шнековой лопасти которой имеет наклон от оси вача к периферии.

Работы, опубликованные в региональных сборниках:

9. Евстратова A.B., Олигов Ю.Б. Влияние угла наклона образующей шнековой лопасти вертикального винтового конвейера на его производительность. Перспективы развития Восточного Донбасса. Часть 2: Сб. науч. тр. по материалам 57 региональной научно-практической конференции ШИ ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2008. - С. 177 - 183 (0,3 пл./ 0,2 пл.)

Автором разработана система уравнений, описывающая движение материалов в вертикальном винтовом конвейере с учетом физико-механических свойств.

10. Евстратова А.В.,Сухарников A.B., Олигов Ю.Б. Определение формы поперечного сечения потока сыпучего материала в вертикальном винтовом конвейере. Перспективы развития Восточного Донбасса. Часть 2: Сб. науч. тр. по материалам 57 региональной научно-практической конференции ШИ ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2008. - С. 183 - 186. (0,3 пл./ 0,2 пл.).

Автором определена форма поперечного сечения потока материала в вертикальном винтовом конвейере, образующая ишековой лопасти которой имеет наклон от оси вала к периферии.

11. Евстратова A.B., Олигов Ю.Б., Павлов Е.И. Модель движения потока материала в вертикальном винтовом конвейере. Перспективы развития Восточного Донбасса: Сб. науч. тр. Часть 2: Шахтинский институт (филиал) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2009. 124-126 с. (0,4 пл./ 0,25 пл)

Автором проведено исследование модели потока материала в вертикальном винтовом конвейере.

12. Евстратова A.B., Олигов Ю.Б., Павлов Е.И. Исследование влияния угла наклона шнековой лопасти на удельные энергозатраты вертикального винтового конвейера. Перспективы развития Восточного Донбасса: Сб. науч. тр. Часть 2: Шахтинский институт (филиал) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ). -Новочеркасск: ЮРГТУ, 2009.126-130. (0,6 пл./ 0,4 пл.)

Автором проведено исследование влияния угла наклона шнековой лопасти на удельные энергозатраты вертикального винтового конвейера.

13. Евстратова A.B., Олигов Ю.Б., Павлов Е.И. Модель движения потока материала в вертикальном винтовом конвейере с рифленой поверхностью корпуса. Перспективы развития Восточного Донбасса: Сб. науч. тр. Часть 2: Шахтинский институт (филиал) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) . - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2009. 137-143. (0,6 пл./ 0,4 пл.)

Автором разработана система уравнений, описывающая движение материалов в вертикальном винтовом конвейере с рифленой поверхностью корпуса.

Олигов Юнус Баширович

ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМНЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВИНТОВОГО КОНВЕЙЕРА

Автореферат

Подписано в печать 29.05.2012. Формат 60x84'/аб- Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,5. Тираж 120 экз. Заказ 48-4723 Отпечатано в ИД «Политехник» 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132