автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.05, диссертация на тему:Разработка основ расчета и конструирования рабочих органов подъемно-транспортных машин, подвергающих сыпучий материал объемному сжатию

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени государственный технический университет имени Н. Э. Баумана

На правах рукописи УДК 621.86.063.2:621.869.76 СЛЮСАРЕВ Анатолий Сидорович

РАЗРАБОТКА ОСНОВ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН, ПОДВЕРГАЮЩИХ СЫПУЧИЙ МАТЕРИАЛ ОБЪЕМНОМУ СЖАТИЮ

Специальности: 05.05.05 — подъемно-транспортные машины

05.05.04 — дорожные и строительные машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1991

Работа выполнена в Нижегородском институте инженеров водного транспорта.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Брауде В. И.,

доктор технических наук, профессор Зенков Р. Л.,

доктор технических наук, профессор Недорезов И. А.

Ведущее предприятие — научно-производственное объединение «Речпорт».

Защита состоится «. Ж » МО£)<ГС? 199С г. в _час.

на заседании специализированного совета Д 053.15.06 при Государственном техническом университете им. Н. Э. Баумана по адресу: 107005, Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просьба • выслать по указанному адресу.

Автореферат разослан «_»_1991 г.

Ученый секретарь 'у? }

специализированного совета {' "?/ ( /¿'\>/¿¿¿£С

кандидат технических наук, -.^у С/С1- 7

доцент Ромашко А. М.

I ;.1Ш ртщи*

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблема. Сыпучие материалы широко используются в сельском хозяйстве, строительной, химической,пищевой, металлургической и энергетической кромни-лешюсгях.Количество сыпучих груээв составляет более £>(:% всех грузов, перемещаемых в стране. Только речной транспорт Российской Федерации ежегодно перемещав!1 около 500 миллионов, тонн сыпучих материалов. На территории Советского Союза существуют сформировавшиеся,постоянно действующие грузопотоки сыпучих материалов, стабильность которых обеспечивается бесперебойной работой транспорта и подъемно-транспортных машин (ПТМ).

Работоспособность ПТМ зависит, в первую очередь, о? надежности рабочих органов; осуществляющих захват и перемен,еппе материала. Для теоретического анализа и расчетов проектируемых рабочих органов в настоящее врет применяют осиогннп положения и математический аппарат теории предельного равновесия сыпучих материалов. Теория, наиболее полно преступленная в работах отечественных ученых В.В.Соколовского, Г.д.Гвниева, А.Ю.йшлинского, Р.С.Григоряна, В.Г.Берез анцера,С.О.Голушкев и-ча, Н.А.Цитоввча, Р.Л.Зенкова, Г.Н.Клейна,рассматривает сыпучий материал, как сплошное тело, которое при достижении сжимающих напряжений предельного значения начинает деформироваться - сдвигаться монолитными призмами или "телами выпирания" по'плоскостям скольжения, совпадавдими с максимальными касательными напряжениями. При этом физико-механические характеристики тела (насыпная плотность, угол естественного откоса, коэффициенты внутреннего и высшего трения п т.д.) остаются постоянными величинами.

О несоответствии положений теории предельного равновесия сыпучих материалов реачьным процессам, происходящим в рабочих органах и питателях, указывал Э.В.Дженике (1969 г.):"Свойства сыпучего материала зависят от фязяко-мехвшческах характеристик, мен лОшхся под действием уплотняющего давления, которому подвергается сыпучий материал, соприкасаясь с поверхностями питателей (пненового, тарельчатого и т.д.). При этом ооэдовт-ся больше нормальные сглы трения в пи?тгелях,' от которнх, в

первую очередь, зависит расход анергии л износ последнего". Даае незначительное увеличение плотности сыпучих материалов от 0,55 до 0,3? (зерновые) ведет к резкому увеличении коэффициента внутреннего трения от 0,404 до 1,070.

Деформации сипучего материала в грейфере описые&огся Б.А.Таубером как "процессы со сяоаными объемными деформациями. Два потока материала, движущихся навстречу друг другу, взаимодействуют и, по мере смыкания челюстей, снимаются, перемещаясь по оси грейфера в вертикальном направлении. Это перемещение вызывает дополнительное уплотнение нижних слоев материала и движение шиз к днищу, а гакке падение давления в верхних слоях материала и'перемещение ах вверх". Несоответствие мевду физическими процессами деформирования в рабочих органах ШМ и применяемыми методами расчета привело к»необходимости введения поправочного коэффициента уплотнения -^(Р.Л. Зенков, 1964 г.). В настоящее время коэффициент уплотнения введен в ГОСТ 24599-81 "Грейферы канатные для навалочных грузов" для 140 грузов и меняется от 1,10 до 1,35.

Глубокий анализ объемно-напряженного состояния сыпучего материала с целью определения распределенных нагрузок на ме-таж.оконструкщп, формирование свободной поверхности груза в рабочем органе» .деформации сшучего материала в особых случаях (смерзшийся ила частично смерзшийся,а также водонасыщенный сыпучий материал) с позиции теорий предельного равновесия не-возмоаен.

Цельп работы является создание теории деформации сыпучего матерка«;:. в рабочих органах ШМ, подвергающих 'материал объемному с а ятю, позволяющей для исследуемого материала указать комплекс характеристик, однозначно определяющих обгемяо-наяряяенное состояние материала в процессе его деформирования. Определение зависимости данных характеристик от физического состояния материала: плотности,гранулометрического состава, влажности, температуры. Разработка теории расчета рабочих органов ШМ для определения действующих нагрузок и энергетических затрат, а также методов воздействия на структуру сыпучего материала, й целью уменьшения этих затрат.

Методология исследован и.я. В работе использованы аналитические методы исследования физических

и математических моделей дискретных сред, механики объемной реологии дисперсных структур и их физического и математического моделирования. Теоретические исследования рабочих органов выполнены на базе математических моделей,описывающих до-форчирсввкие материала в рабочих органах при различных технологических условиях нагругенкя.

Экспериментальные исследования проводились в эксплуатационных, полевых и лабораторных условиях с использованием специально разработанных установокприборов а методов исследования на натурных образцах машин, рабочих органах л на моделях. Использовались методы планирования эксперимента»физического моделирования, статистической обработки результатов.

Научная идея работы заключается в аналитическом методе определения нагрузок, как реакций от перзгв;:«е-ния рабочих органов в среда о переменной плотпостью.При эточ поля давлений определяются переходника функциями по' известным безразмерным характеристика?/, сыпучего материале.: модули уплотняемости и коэффициенту бокового давления. Физический смысл безразмерных характеристик отражает явления в г-онтак-тах элементов дискретной среда (сыпучего материала) лря ее деформирования. Модуль уплотнявшем - упругое и пластическое деформирование в контакте;'коэффициент бокового давле^ ния - структурные йзмзнеш*'гт дискретной срзда.

Научная новизна. В работе разрабо^- ряд принципиально новых теоретических положений:

дискретная физическая модель, адекватно отраь^кцйк физические свойства сыпучего материала, гранулометрию, структурно е образование и физические свойства дискретного элемента материала;

контактная теория уплотнения сыпучих кате риалов,раскрывающая физический смысл модаля уплотняемости и коэффициента бокового давления;

определение объемно-напряженного состояния сыпучего материала в рабочих органах ЮТ при помощи безразмерных характеристик: модуля уплотняемости, коэффициента бокового давления и коэффициента трения, зависящих от оизкческих аргументов сыпучего материала;

теоретическое обэсиоашше изменения беар^^рных хараЕ-тдркст сыпучего материала при вкбродействии, приводящее к уиеишенш энергозатрат в определенной диапазоне крятерия Струхаля;

теория уплотнеаяя зодонасыщешшх материалов и реологическая модель для исследования релаксационных процессов яри уплотнении сыпучего материала в »меткой матрице;

теория силового расчета грейферных механизмов, позволяв-едя. определить действующие сопротивления зачерпыванию, их "вес", индикаторный к.п.д., эффективность применения вибрации и разработать конструкции грейферов для особых случаев (смерзшийся сыпучий материал, водонасыщенный сыпучий материал);

теория силового расчета бинтовых уплотняющих питателей при различном конструктивном исполнении, розволяющал оценить »ффективность различных методов воздействия на пластическое деформирование (вк<5ровоздействие,тепловоздействие) и разработать метод автомагического регулирования процесса.

Новизна технических решений и методов исследования защищена 16 авторскими свидетельствами на изобретения,внедренными в эксг-ершентальг.ой технике и подъемно-транспортном машиностроении.

Практическая ценность. Использование полученных в диссертации результатов дает возможность:

провести не стадии проектирования полный анализ нагруке-ния металлоконструкция рабочих органов НШ при различных тех-похогяъестх условиях (род груза, влажность, температура),что в итоге приведет к повашенш:. надежности и снижению металлоемкости;

применить для особых условий перегрузки сыпучих матерке лов (смерзшийся и слежавшийся материалы) принципиально новые грейферы ручной конструкции с аккумулятором энергии, имеющие повышенную работоспособность и надежность;

применять для зачерпывания сыпучих катериалоа под водой специальные грейферы, исключающие явления "присоса", с автоматически« управлением и регулированием в системе ."привод -грейфер", уменьшающим плковые нагрузки и повишаьщш надежность приЕода. ПШ;

применять специальные "герметичные" грейдеры, исключавшие

пылевые выбросы при зачерпывания пилящих сыпучих материалов, применение которых совместно с устройством "грейфер - буккер" сокращают потери груза до 20%, что обеспечивает экологическую защиту при перегрузочных процессах;

применять«винтовые питатели,вовыиаадие плотность сшучих материалов при загрузке в транспорт и уменьшающие палевые выбросы при работе о пылящими материалами.

Внедрение и реализация. Разработанная теория расчета рабочих органов 1ГШ внедрена в РТМ 212.0133-85 "Грейферы двухчелюстяые канатные общего назначения для портовых кранов. Метода расчета при проектировании". Экономический годовой эффект от внедрения РШ в Ц1ЖБ МРФ составил SO,5,тыс.руб. РШ передана в 30 организаций Рос.-речфлота.

Грейферы-рыхлители для перегрузки смерзшхся сыпучих-материалов внедрены в речных портах Российской федераций.Экономический годовой эффект от внедрения одного грейфера-рыхлгте-ля составил В,8 тыс.руб.- Ежегодная потребность Росречфлота в грейферах для смерзшихся мате риалов - 400 штук.

Герметичные грейферы для перегрузки пылящих сыпучих грузов серийно выпускаются заводом ЦПКБ МРФ. Годовой экономический эффект от внедрения одного грейфера в Красноярском порту составил 52 тыс.руб. Экономический эффект от внедрения герметичного грейфера с шл& подавляющим устройством "грейфер-бункер" составил 160 тыс. руб. при грузообороте 260 тыс.а» комовой серы в год. Годовой экономический эффект от внедрекяг ь Астраханском порту перегрузочного комплекса для апатита составил 324 тыс.руб.

Новые конструкция грейферов и методы повышения их работоспособности защищены авторскими свидетельствами и отражены ' в ШР кафедры ПТМ и РТ ГИИВТ."Исследовать надежность грейферов и разработать метода ее псаашения*(1Э?8...1988 гг.). Суммарный экономический эффект от внедрения результатов работ ° составил один миллион рублей.

Винтовые питатели с переменным шагом внедрена в рабочих проектах грейферно-бункерных установок для перегрузки апатита в Астраханском и Пермском портах. . г Разработана серия уплотняющих снегопогрузочных иааин с

двухвинтовым уплогаяпциы питателем и системой &в?<т?счазт'о регулирования (СУШ-ЛШ-73А; СТШ-ГШ-733; СУН<!-.ГШ1-?ЗБ;СУ5М-ITQI-S7B). Машины внедрены в Горьковском и Московском ' коммунальных хозяйствах. Экономический эффект от внедрения одной машины составил 3,422 тыс.руб.

Экспериментальные стенда, датчики давления и устройство для определения коэффициентов внешнего трения сыпучих материалов при переменных давлениях к плотности материала внедрены в Нижегородском политехническом институте, Нижегородском институте водного транспорта в учебных пособиях по специальности 05.05.05 "Лабораторные работы по курсу основы научных исследований".

Мембранные датчики давленая с широким диапазоном регистрации внедрены в дазелестроителькой промышленности (-завод т. С.М.Кирова) для исследования газодинамических процессов.

Серия герметичных грейферов и машин для перегрузки пылящих взрывоопасных материалов награждена серебряной медалью

ът ссср.

¿пробе, ци я работы. Основные положения работы доложены к обоугданы: на научных конференциях ПШГа (1975...1987 гг }; Всесоюзной конференции "Новое в подъешо-транепортной те:жкке" (Горький, 1980 г.); 1У Всесоюзной конференции "Комплексная механизация и автоматизация перемести-телькых операций в лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной ирсмьшгекнос.ти" (Москва, 1984 г.); Всесоюзной конференции "Новое в подъемно-транспортной технике", посвященной 60-леи® кафедры HTM ШТТ т. Н.'З.Баумана (Москва, 1985, г.); НТО Ленгнпроречгранс (Ленинград, 1982 г.); НТС МРФ PC'XJP (Москва, 1984 г.) и ПГС Ш& РС$СР (Москва, 1886 г.). Работа докладывалась в ведущих проектных организациях НПО "Речлорт" Ленгипрорегтранс, Гипрорвчтрано и ЦШШ МРФ.

Работа докладывалась я получила одобрение на кафедрах ИИ ШГУ (I9S6 г.), СЯМ Ш (1983 г.), !Ш МЛТИ (1990 г.) и СДИ ШСИ (1993 г.).

Основные научные результаты опубликованы в 41 печатной работе. '

Основные полонена я, вынос ими о на защиту:

1. В области механики сыпучих тел - дискретная физическая модель сыпучего материала, адекватно отражающая процесс деформации материала в рабочих органах ШМ. Контактная теория уплотнения, определяющая объемно-напряженное состояние сыпучего материала в жесткой матрице посредством комплекса безразмерных характеристик и зависимости данных характеристик от физических аргументов (гранулометрии, плотности и температуры. Закономерности изменения безразмерных характеристик и энергетики процесса уплотнения при вибровоздействии и измене-, нии фазнооти сыпучего материала (наличие капиллярной вода). Реологическая модель для условий деформации сыпучего материала.

2. В области теории расчета рабочих органов ПТМ, подвергающих сыпучие материалы объемному сжатию, метод определения распределенных нагрузок на рабочие органы, как следствие . их перемещения в среде с переменной плотностью.

3. В области теория грейферных ыеханизмов, раскрытие физической сущности деформации сыпучего материала в грейфере и, как следствие этого, построение математической модели нагру-яения челюстей грейфера. Теория взаимодействия челюстей грейфера со смерзшимся сыпучим материалом,'при вибровоздействии и зачерпывании водонасзденного сыпучего материала.

4. Теория расчета винтовых' уплотняющих питателей при их различном конструктивном исполнении.

5. В области научно-технических разработок - принципиально новые конструкции грейферных механизмов и их приводов, позволяющих получить новое качество при работе в особых условиях (смерзшийся материал, пылящий материал и водонасыщенннй материал). Винтовые уплотняющие питатели с автомагическими .системами управления, камерами уплотнения.

3. В области научно-методических разработок: аппаратура и метод определения физшсо-шханических я реологических свойств "миучих материалов при различных технологичзскях условиях уплотнения.

Об-ьем и структура рабо'ты. Диссертация содержит введение, 5 глав, заклетекзз и,выводы, прило-

жекке, 85 рисунков, 35 таблиц, изложена на 300 страницах,список литературы содержит 151 наименование.

Первая, вторая и третья главы посвящены разработке физической дискретной модели сыпучего материала, контактной теории уплотнения сыпучего материала, теории виброуплотнения,уплотнения водонасысценных материалов и экспериментальным исследованиям,

В четвертой главе на основании контактной теории уплотнения разработаны метод силового расчета рабочих органов,теория расчета грейфера, особенности расчета и конструирования грейферов для смерзшихся а водонасышенных материалов,исследованы вибровоздействия на процессе зачерпывания.

В пятой главе разработана теория силового расчета винтовых питателей, даш рекомендации по их конструированию.

СОДЕРДАНИЕ РАБОТУ Физическая модель сыпучего материала

Основная ид;ея, заложенная в теорию деформирования сыпучих материалов и рабочих органах ПТМ заключается в определении об'ьемно-кшуяженйого состояния материала при помощи безразмерных характеристик: ^ -модуля уплотняемосги, у - коэффициента бокового давления и ¿и - коэффициента внешнего, трения. Данные фш.ико-механические характеристики являютоя для сыпучего материала показателями, отображающими физический процесс пластического деформирования в жесткой матрице. Поэтому для любого рабочего органа, подвергающего сыпучий материал объемному скатлк), можно указать направление обобщенных координат, относительно которьх определится тензор

^ о

ч/ицв' 6- О О 0 0

г

X (1)

У >

где {=• - коэффициент бокового давления;

¿1 - коэффициент трения сыпучего материала по матрице; л,х, у - обобщенные (цилиндрические) координаты. Между напряжением в сыпучем материале <Г или давлением

Р , что для дискретных сред более справедливо, и переменной плотностью существует зависимость

где у - модуль уплотвяемостя;

Рд - - начальное давление лластических деформаций; -

кр и £ - начальный и текущий коэффициенты уплотнения.

При пластическом деформировании,-т.е. при переходе частиц сыпучего материала из "рыхлой" в более "плотную" упаковку модуль уплотняемости ^ отражает напряжения, возникающие в контакте частиц; коэффициент бокового давления ^ - структурное взаиморасполокение частиц; коэффициент внешнего трения у/ - граничные условия матрицы. Поотому их исследования необходимо проводить на уровне контактных явлений меяду частицами материала.

В работе проанализированы одяокомполенгяые и многокомпонентные дискретные модели сыпучих материалов, разработанные И.И.Кандауровым, Б.И.Дидухом, Г.Дересезячем, Н.В.Науменко, Л.В.Гячевым, Б.А.Богомягюш, В.Ф.Семеновым, А.Ф.Тотом,А.Г.йн~ мерманом, С.Хаякава, Н.Э.Аэровнм, О.Н.Тодесом, З.Р.Горбисом. Иллюстративно процесс уплотнения наиболее хорошо отражает модель Л.В.Гячева, но из-за жесткой идеализации (абсолютно кесткие шары одинакового размера) она не соответствует физическим процессам пластического деформирования сыпучих материалов. В результате анализа суцествуших моделей, корректировки размеров элементов, их структуры, характера я листва связей, была сформулирована физическая модель сыпучего материала, адекватно отражающая пластическое деформирогзклз сыпучих материалов.

Физическая модель сыпучего материала

1. Дисперсноа изотропное двухфазное тело,состоящее из шаров различных эквивалентных диаметров, распределенных .' по нормальному закону относительно среднего значения согласно гранулометрическому составу сыпучего материала.

2. Распределение разновеликих иаров по объему • сыпучего тела равнозначно. В начальный момент ¡тары находятся в "рых-

дой" упаковке с соогкаотщшИ -л..,- 4-пом-

ети гсследуемого онсуаго ьаотргаяе.

3. Шары дайвг в точках контакта езяз:^ хн^здр кои ¿»и::, определяется физическими свойстш исолодуеыого сшучага теркала. Прочность связей -мяого маньао прочнеет аароЕ.

4. При деформации сжатия в начальном этапа ь физической модели возникав* 5'иругиз деформации.-

5. При разрушении связей покоя перемещение шров из '''ри;:-лой" упаковки в "плотную" происходит без йраа'ения. Б • точках контакта действуют связи, обусловленные поверхностным трона-ек. Количество связей растет пропорционально увеличивающейся плотности физической модели. Пластические деформации развиваются в физической модели до критической плотности, за которой дальнейшая переукомпоновка шаров невозмокна. В точкгх контакта действуют остаточные упруглэ а касательные напрягеняя,возникают вторичные связи покоя.

Границы существования физической модели сыпучего материала

1. Физическая модель двухфазна: "твердое тело - газ" клх. "•твердое тело - жидкость",

2, У плохие г?, в происходит только до критической шютноетд злемэнты модели - шары не раздавливаются..

' 3. Инерцрочннми силами и сопротивлением выходящего воздуха в рассматриваемом диапазоне скоростей деформации пренебрегаем. '

Определякидм параметров, относительно которого проводятся теоретичас:-:*;з.я ексг:ергшенталыше исследования процесса уплотнения, является текучая алогяоеть сыпучего тела или в безразмерных единицах - коэффициент уплотнения.

Теория уплотнения сыпучих материалов

Раосма' рдвая упругое деформирование элементов физической модели и применяя решение Г.Герца, можно определить давление сыпучего материала на деформатор

% -(Г-Ю/А ,

(3)

где К - число каров в объеме; А - селение матрицы; /Р ~ сдавливающая сила на элемент модели.

Р * [ Ш#'Ъ)3гг/ (Зт^г)](Е1 /Я')СЩП , в)

где - приведенная кривизна шаров в точке контакта;

?} - деформаця.. шаров;

£ - модуль упругости;

р - угол трения покоя; гг - количество контактов;

Г л -/7 при л > г-г .;

^ При оС. ,

сС - угол наклона площадок контакта. Экспериментальные работа А.Н.Динстка (1952 г.) по деформации саров из металла а кварцита подтвердили выводы Г.Герца для упругих деформаций, з области пластического деформирования эти роиекпя имеют зяачительнуп сглбхсу.

Пластическое*деформирование рассматривалось из . условия достиаения в контакте элементов модели напряжений предела прочности. Сдавлаваздая сила з данном случае определялась как сумма напрязендЗ, которые пра пластическом деформировании оставались постоянными. Число контактов на элем-зят модели прл этом экспоненциально увенчивалось.

у~> (5> .

где /г 'ТиЕп /т?г>Я'Ътуекм'1\ . (В)

где Тг - угол трения в двязвнйи для частиц; Еп - модуль упругого деформирования. Из (3) и (5) определялся модуль упяошязмссти

р = -к)/\ьв -И/(к-Щ >

(7)

ад & = €,8Э2(Еп/Е1>(К'/Ък1/п)Ш5рг/т?г). №

Анализ выражений (7) и (8) показал, что величина модул-ушютняемости зависит,'в основном, от соотношения механических характеристик частиц материала и, в меньшей степени,гранулометрии.

Теоретическое значение коэффициента бокового ' давления определялось при проектировании сдавливающей силы на горизонтальную ось

где Км - коэффициент структуры модели.

Коэффициент Км зависит от структуры физической модели и координационного числа, при увеличении которого

Виброушхотнение сыпучих материалов

Контактное взаимодействие мезду элементами сыпучего материала изменяемся при вибровоздействиа, следовательно,должны измениться безразмерные характеристики материала ,

т.е. его объема>-налряненнов соотояиие. При исследовании влияния вибрации на процесс уплотнения сыпучих материалов были проанализированы работы Г.И.Покровского, Д.Д.Баркана, И.И. Бдехмана, Г.Е.Джанелидзе, Я.А.Савченко, Ы.П.Зубанова.Ф'.И.Азимова, Р.В.Амбарцумяна, в которых в первую очередь отмечалось уменьшение под воздействием вибрации внутреннего трения материала.

Теоретическое выраж кие для давления вибрации определялось

Рь °9,5(1'тф\(С/ЬР/яр^кр-Ь/у) , Ш)

где а!, С а Ь - коэффициенты, зависящие от типа сыпучего материала; - критерий Струхаля.

Модуль уплотняеыойти при виброуплотнении зависят от критерия Струхаля к коэффициента уплотнения

^ -1*уЬ/ь\(?,?11-ть>Ь[<с/Р9М)*¿лг/7<<ЪуЬ/р -(¿/¿Ц. Ш)

Зффепяааость зхброуняот&еяяя оценивается уыеныпением давления уплотнения

^ - ЩефГ.^-Ь/рУ^ст^^еф^-Ь/р) (К)

ш уттжшти улея&аоЗ работа уплотнения

*%\уехр(-(с{/ЗЫ{ехр($р-Ъ/4>)-1] - Ш,)

"¡Георетгческгз и эясаернментальаые исследования показали, что э^еятаишость виброуплогнеяяя, оцениваемая критериями Эр г ^ , достигается в определенном диапазоне критерия С труха-' т • занистри от материала я его темперасурч.

В данном даапазокв вибраций при приближении материала к . состокнг® "ипимнй жздкостя" коэффициент ыежчастичяого трения , а среднестатистический угол контакта частиц сзшучего «вдеряала ^—-45°, следовательно, у —-I.

Жоз#|ицЕей* Енезсего Трения в этом же диапазоне уменьшается ва 70...75?.

Уплотнение водовасаценадх сыпучих материалов

Дет иссдздоваяия данного процесса была принята, на осно-зшшя ззачгнгЗ критерия Рейнольдса, внутренняя задача - течение эпшгасв* да яаяшишраз баз учета сил инерции.Особенностью ¡исследуемого щкщесса являлась фильтрация жидкости через по-двдияюрсааВ слоЗ зе]рвястого материала яри уменьшении его пористости- Реаеяиз уравнения Козени-Кариана для данных условий ' мгределяяэ давление фильтрации как . функции пористости (коэффициента ушаэтаенЕя) -/-

р^Щ^/^Зр-^/ъЫ Х'Щь^ ь^а-сгт о*)

где bgj к Яд, - .коэффициенты, зависящие от типа сыпучего материала; t^ - скорость фильтрации; е9 - начальная пористость;

2 - коэффициент динамической вязкости. Полное давление при уплотнении водонасыщенных ' сыпучих материалов равно;

P'/JexpMyh/^+fàplbtpiH?/*)) *аф\ , (Щ

где Р^ЩыШ^ЧЁд/кФначальное давление фальт-

рации.

При уплотнении водонасыщенных сыпучих материалов коэффициент бокового давления приближается к Х,.а коэффициент внешнего трения падает на 50...60$.

Экспериментальные исследования

. Для зкспериленталышх исследований уплотнения сыпучего материала были сззданы экспериментальные установки ЭПС-01 для статического ул.;:отнешя, ЭПС-02 для динамического уплотнения, размеры и объемь камер уплотнения которых были назначены из условий репрезентативного объема и влияния краевых условий. Были созданы та<ке мембранные датчики давления (а.с.428237) и устройство для определепил коэффициентов трения сыпучего ' материала (а.с. 573IS5).

Эксперименты, проведенные цо разработанной методике,позволили решить следующие заадча:

проверите допущение ло "идеализации" процесса уплотнения сыпучего материала в жесткой матрице, отсутствие влияния инерционных сил и сопротивления фильтрации воздуха;

подтвердить теоретическую экспоненциальную зависимость между давлением на деформгтор и деформацией; ' проверить георзмческие значения модуля уплотняемости и начального давления и юс зависимости от физико-механических показателей сыпучего материала (гранулометрии, модуля упругости и предела прочности-материала частиц,•контактного трения); определить значения модуля уплотняемости для различных

сыпучих.материалов;

проверить теоретические зависимости коэффициента бокового давления от плотности сыпучего материала;

определить значения коэффициента внепяего треник для различных сыпучих материалов при их различной температуре и плотности;

исследовать реологические свойства1 сыпучих материалов; определить закономерности изменения давления вибрсуп-лотнения для различных сыпучих материалов в зависимости , от параметров вибрация;

определить эффективность вкброудлоткения сыпучих материалов в зависимости от критерия Струхаля;

определить безразмерные характеристики для различных сыпучих материалов в диапазоне оптимальных значений критерия Струхаля;

исследовать реологические свойства сыпучих материалов при виброуплотнении;

определить закономерности изменения давления фильтрации в зависимости от коэффициента уплотнения а скорости фильтрация;

определить значения коэффициентов бокового дгвлзния и внешнего трения в зависимости от скорости фильтрации;

исследовать реологические свойства водадасыщеяного материала при уплотнении.

Реологические свойства сыпучих материалов при уплотнении описываются зависимостью

где Р - давление» до которого происходит релаксация; р - максимальное давление уплотнения; ? - время релаксации; , ф - время.

Для данной математической модели релаксационного процесса разработана механическая модель, представляющая модифицированную модель Максвелла.

Для уменьшения упругих напряжений в уплотнение« сыпучем материале необходимо уменьшать время релаксации и критическое давление, что достигается за счет вибровоздейсгвня в д^апазо-

не критерия - Shmir? . Данные исследования исшмшадважс орк конструировании уплотняющих питателей, в которых эффект "разуплотняющего" последействия является вредят.

Теория силового расчета работах органов ШИ.шздаепгшлдих сыпучий материал обьешсщ сжат

. Проведенные теоретические в. оксаераиеЕгакьные юкаЕдсша--ния уплотнения сыпучих мате риалов, тадучгнвые заятакш, безразмерных характеристик и методов воздействия ва продасс jm-лотвеяия в целях уменьяевия его энергетики, возводили разработать алгоритм силового расчета, дредставлаиийй а тайк.1,2 ж 3. . "

Методика расчета состоит- из следуввдх операций: определенно обойденных воордккат; . '

определение в обобщенных координатах фуквдие шкншсещ переход от фикции плотности к ^еквдш дзвлеяий; реализация теазора (I); определеаие энергозатрат;

анализ ейфь-ктивности црименешя шбровоздайствая. В операция;? алгоритма расчета, ссзлка sa тайшагше значения фи з ико-меха«че ских характеристик приведена: сагяаоя® диссертационной работе»;

Методика расчета рабочих органов НШ» представленная на аабл.1, обладает следующими качествами:

позволяет рассчитать рабочие органы в рашшянш конструктивном исполнении еще на стадии проектирования за счет определения объвдао-капряшеязого состояния сыпучего материала а органе по известным безраЕйершж'характеристакам материала;

позволяет проанализировать изменение нагрузок на. злекан.-ты рабочего органа при нзаекеняк техкалогических условий (скорости дефоршрозанкя, тешеращи воздуха, различиях типов груза);

позволяет на стадии проектирования- определить эффективность применения вибровоздействия по сравнению со статическим уплотнением сыпучего груза в рабочем органе;

поскольку расчет ведется по распределенным нагруэкам*ме-тод свободен от ошибок, обусловленных определением точек при-

Таблица х

Блок - схема алгоритма силового расчета рабочих .органов ПТМ

{

0 яр* целение ¿еьнстност* /рньънецмя ем&роуилдтнша К«я£Трухгнб*ы:1 аноаил-

Таблица 2

I I

ю <йона-1 4

Фсрннрханне мщмр/х латы*

и

Опре&еяенме раитцрмсгшш

мо-

рангернстмн* шт-т»Гл. £.16

Опрелеяени* шгэд>фФ1цменго*

таВа. г.ЮиЗ Н

I

| саер.6

I.

паял да&леьчА

и.

Л

/3

Рерлмнн/мя тгмо/>«

ш & »и!»«««.

¡о о

<С 1*

О-фелетиие эффект** .посты «»ерауялагненж

1 3« а«*?

Ж*

Опр*й,еаенм *руелгяв-шчвроимкггнцшп

I в 1>/ X О А

Таблица 3

' "блок-ш

I/о бюка-1 отёрТТ

Определение хароктернаин лотерна/ю

Ш табл. 2.16

> гоДг г,1£>_

г

Р иь ПАРНО -/

опер. 6

■Реоямзацня Цге <Г о 0 О -елзора х, * о в* Г

4

Олрецеление эыерголсгр>тт от уплотнения материала & роПочем органе ЛТМ

5

ВЫЛО Л, | . |

^арниробанке Полных ¿рмьи

I

Олрмдеяеннй колрфнциенюб^'^ тоБл. 21?

О/редепеше ноля орРленхи Р9 '{(К,ЪГ9)(2.59) ; //з.бо)

з

Алгоритм силового расчета рабочих органов ОВД пня уплотнении водонасыщенных. сыпучих материалов

ложения векторов равнодействующих сил и их направлением;

по методике расчета задача сводится к движению элементов рабочего-органа {челюстей, винта, лопаток и т.д.) в среде с переменной плотностью или давлением. Данная методика более готова к применению машинного счета, а также метода конечных элементов для расчета элементов рабочих органов (челюстей, винта к т.д.);

метод позволяет проанализировать "Еес" своих составляющих общего сопротивления перемещения сыпучего материала в рабочем органе и наметить пути его изменения.

Теория силового расчета грейферных механизмов.

Анализ основных работ в грейферостроекии советских уче-< них А.ИДукельского, Р.Д.Зенкова, Б.А.Таубера, Н.И .Ерофеева, Б.Л. Румянцева, Л.И.Малеева, А.Б.Фидякош, 'А.М.Ясиновского, Б.К.Стрекалова, Д.К.Глебко, А.И.Ильченко, В.Г.Соловьева, Г.Г. Каракудяка, К.А.Левченко показывает принципиальное 'противоречие мевду методом раочета, основанном на теории предельных накряямклй, и физическими процессами деформирования сыпучего материала внутри.челястей грейфера. Отличие формирования свободной поверхности материала в грейфере от закономерностей статики сыпучей среды экспериментально доказано в работах Г.Г.Каракулина, Й.А.Шевченко и автора. Наличие линейно возрастающей плотности по глубине грейфера доказано автором' экспериментально пр* ультразвуковом "просвечивании" сыпучего материала в грейфере в конце зачерпывания,

Аначнг }>абот Б.А.Таубера, А.Б.Фялякова, Н.А.Шевченко и эксиершзйгалькые исследования автора показывают, что в грейфере при изменении угла внедрения челюсти от 40 до 0° в процессе зачерпывания происходит взаимодействие 'массивов материал между собой, с:л>:.каш и днищем челюстей, что приводит к уплотнению сыпучего материала.

Пенатрационныс исследования движения материала в грейфере, представленные на рис.1, представили данные деформации как энергетически оптимальные, т.к. при формировании- свободной поверхности в грейдере частицы двикутся из зоны высокого давления з зону с минимальным давлением, т.е. вверх по кратчайшему пути.

свободная поверхность сыпучего материала с минимальной плотность« деформация слоев сыпучего материала

направление реактивных сил

зона максимальной плотности сыпучего материала

Рис. I.

Деформация слоев сыпучего материала э грейфере

Рис. 2.

Ьхема для определения сил трения по богорнм стенкам чедяст.ч грейфера

Исследования плотности материала в грейфере и пенаграци-окные исследования позволили сформулировать исходные положения, позволяющие применить разработанный метод теоретического анализа к деформации сыпучего материала в грейферах.

1. Деформация слоев сыпучего материала у стенок и в глубине челюсти грейфера происходит по кривым, близким к концентрическим окружностям с центром в точке схождения режущих кромок челюстей. Такая деформация обусловлена уплотнением материала в грейфере, что происходит после достижения углом и значений 50...40° (вторая фаза зачерпывания).

2. Плотность материала изменяется линейно по глубине грейфера, достигая максимального значения в точке схождения режущих кромок, а минимального. - у свободной поверхности сыпучего материала в грейфере.

3. Свободная поверхность груза в грейфере представляется дугообразной кривой (цилиндрической) с центром кривизны в точке касания режущих дан челюстей. Для высокопластичных материалов (уголь влажный) зерх свободной поверхности ограничен плоскостью коробки нижней траверсы.

Определение сил трения по боковым стоякам челюсти

грейфера

За обобщенные координаты принимаются и X (рис.2).

Функция уплотнения е обобщенных координатах:

Согласно операции 5 блок-схемы (см.табл.1) поле давлений определится

т-

Комент относительно гог:и О.' (точка поворота челюстей) от сил трения по элементу и) , обусловленных приращением плотности материала . ' л ,

Полный момент определится (для 2-х челюстей) % -Як^ШуфЫя/тус!?. Ш)

Аналогично определится момент отнооктельно О.' от сил трения по стенкам 2-х челюстей, обусловленных весом материала в грейфере •

аг/г*с

А. 0

В формуле (20) для пластических материалов (уголь, сера) коэффициент бокового давления будет величиной переменной

Определения о ил греяия по днищу челюсти и грейфера

Расчетная схема представлена на рис.3. Днище пршкто полукруглым. Направление деформации совпадает с радиус-актором Я-п0. Поле давлений определился согласно блок-схем!;

Р^сехрЦЬ^-ЬыГ'^Пд^/^Ь^ . <23)

Определяя силу трения по элементу и) , обусловленную приращением плотности, интегрируя по у от 0 до ^з и определяя момент относительно л'

;?Л0.3.

Схема для определении! сил трения по днищу грейфера

Рис.4. ,

Схема для определения рил сопротивления вачерпыванив от приращений давления при уплотнении оыцучего материала

НамЕязг атноаияалннго a?11 orar азш ядвэгаш мжждшша пш дщщ^/йК}*-

СЛШШЕЕЯНЖ STD) HSCGM1

СпределЕниж cacnw ай&шншгкшшЕ ицицшданишм пшгнгаши шящчага мидириндш ш^тви щшЁЩщга

Ядхдтвзт дашшшш: пш штоишв© эзшменгаа ai) шщадштзж ((рнп^й)). .■

Feaiaa: (2ß')) ж шившднщж пш cdfeЩ} штвщиажв ю лрайф^дз»,, апрз&~ ДЕЛяйви иомеязг отшшташю) тплкш са"

Що

ms

» ЯШ/сщрйф.. (Ш

Определение- стал сттршашлетшт рззнниво gas$spmi палиями! чожи-стзй: сргйфедш. ш маиявта cara М!№ азпкшнтвлнню od' пршазздашп ПО) известным: зщшгажяшш; ni зкстгатзшенталшшш знаяекипш удезп*" кого) соярстгаяенищ резвниш снпулг.х: мазериозозв чеоткятам г,рэи'~ ®ера„ полученных ангдрпж..

С'1ган: TpsiiiiHî пи) нащянади бйкавнш otbhbhsk чэяватш cpsü^pai определяют® как опт лизкишнакг» данлеяшп. Мймзлтг огнаистадг- -1ш> al- Mfr -

Определеннее усилия; зз зш.шдаювдшкш1атаз1сИ1Мовдооглн£еос^ ходикой дан зачвдтгааишп,, апрздалииш паз ресомогренмп равно.— " весия: челюскпи лрзййерт.,

СЪозшаашшез опт сющкпжвлмщщ зачерлидаиш?

ПЬс^шшкз?/ ау-шавшШ решшшшйл мэммгг от- азза -свпи»Ю5&-

ления зачерпыванию относительно определится

Можно определить "вес" наядой составляющей общего сопротивления зачерпыванию.

Расчеты проводились на ЭШ SC-I035 для всех групп грузов JEI...C3. Максимальная из всех составляющих сил сопротивления зачерпывании являемся сила трения материала по днищу грейфера (59$ - для песка и 54$ - для угля от общей суммы сил сопротивления). На сжатие и уплотнение материала в грейфере приходится 24% (для песка и угля). Сила резания материала состав- " ляет 12% кия леска и 20$ для угля. На трение по боковым плоскостям расходуется от 3 до <*% (для яеока л угля). На трение по наружным поверхностям приходится менее 0,5$.

Индикаторный коэффициент полезного действия грейфера.

Здйрн давлений

Расчет, произведенный для грейферов различных параметров и сыпучих материалов со значительно отличаюшдздся коэффициентами уплотнения (1,05 для песка и 1,1? для угля) показал, что сопротивления, обусловленные сжатием материала, составляют одинаковую величину - 24%. Это является закономерным для грейферов, имеющих оптимальную конструкцию. Подтверждением этому служат величины индикаторного коэсфщиекта полезного действия, рассчитг.лные для данных грейо)еров, которые составили для угля - 0,5 .к для 'песка - 0,53. Индикаторный к.п.д. является мерой количества энергии, рассеянной внутри грейфера за счет сжатия материала.

п. /М . ' (23)

lt р м О А

Индикаторный к.п.д., равный единице, имел бы.грейфер, не уплотняющий сыпучий материал, однако все современные грейферы подвергают груз уплотнению, что отражено в ГОСТе 24599-BI "Грейферы'канатные для навалочаых грузов". Уменьшение к.п.д. грейферов, менее 0,5, свидетельствуют о цеоовераенстве консс-

рукции грейфера и переуплотнении материала в челюстях. Полученные функции давлений сыпучего материала яа стенки грейфера позволяют построить эпюры давлений на челюсти грейфера и выделить наиболее нагруженные зоны металлоконструкции.

Из анализа эпюр давления видно,что наиболее нагруженными зонами челюсти являются угли перехода боковых стенок в днище и режущая кромка в среднем сечении. Практика эксплуатации грейферов подтверждает это, поскольку 80% отказов,связанных о поломкой челюстей, составляют разрывы углов челюстей и прогиб режущей кромки.

Особенности расчета грейферов для емерзвихся материалов

При переработке сыпучих материалов на их поверхности при отрицательных температурах образуется корка, достигающая-толщины от 0,8 метра (уголь) до 1,2 ыетра (песок). Средний ресурс обычных грейферов до очередного отказа'в этих условиях сокращается в 10...20 раз.

Если режущая кромка челюстей при зачерпывании внедряется в корку смерзшегося груза,ее можно представать как жестко защемленную челюстями грейфера балку. Гчитывая, что в раскрытом положении кинематическое передаточное число грейфера максимальное - 2,5 для грейферов, перегружающих песок, ПГС,распорные усилия при захвате смерзшейся корки увеличиваются в 5...6 раз по отношению к полностью закрытому грейферу.

Процесс зачерпывания после внедрения челюстей з смерзшийся материал протекает нормально, если корка раскачивается на отдельные куски. Спровоцировать разрушение корки мозяо установкой на режущих кромках с определенным шагом специальных клыков, применением вибровоздействия, а также аккумуляторов энергии. Торсионный аккумулятор накапливает энергию при раскрытии грейфера за счет закручивания торсиояа и отдает ее в наиболее неблагоприятный момент - разрушения смерзшейся корки груза.

Перечисленные технические решения -внедрены'в грейферах-рыхлителях (а.с. 1364593), имеющих рамную конструкцию,что повывает их средний ресурс в 8...10 раз по отношению к обнч-

ншш ддкШйдявм щри <

Лишшиинив ща^ргашашжши ядюдаиаь таш]рашодвв за mss шиОриващотЕШпшш сшийашш фиш api ^шщжбшке шерэ-шшаизймшщршшь. Ши^ршавдШсззЕЖ шешс жаюшвие жвшш&в-«т оЬщщвщрот яедщащршгшт f„ f л Jí , чт эмешшввя: ш-

лш ШКЗВЛВЖ ^^¡fö^W^fRlb^EW

1ШШ ш стщдявтййззя мвпщршт.

Дашшшяв im сВшшеиб «агагнин чяадкядЖ s даищв щри ты5ро-

ЩЕЖВДИКВ ятачп ©Ш>р©-в ерши © «шйагании 3EPBB¡¡aBB-

Шк®Ш1ШВЩ двизшягь дш вщщшш пдш ш$с18риш1ЯВ8ййш$ щшшеш ирзясишншнн ше jptcJS m

Гйняшгяииттн» дтнщциишге tnnrrr njjBHKWT ИЩМВ]|Ш8Ш& лш> ДЕДЩУ

ддааййддав ддр аашшни) <в дмкншшдвви двншвтви дтггтакаакя sga аи^шндвдЕййвднши ЗбпзвЩщувашш зв^шшшяшипи шкй$шввзда®с$иии дипгоишвтше am ЦЩ)п(Ш))я(Ш))» (нмзиаидш = 2^39 шт. щш дз = ЗЕ^В дан дюймам

итаг ттттдтажимягяиВп яяяпжятге ад |др»дмддядищ глчт'нвгтт да ггакжхпш®' i лжив тштаяшиг ш втдвкйапяштнй лдшадав©

таозашцы uraœqpœm. цращцш ж $а&ввтвт ^стдяди.шяяю-

¡рЦШШ H) Ш ЗШЕЯШВШИШ ЭВЭЙНЕдШВДЗНШ ЯШХХОв ЖШЛ'ЕЗШН.ЛШ Ш

.Ъшш« ..пашшш штошшш ¡р^шш ада ш авщрпшанш ((дашшч. шщш)) <в {щшшшагаи щеН^шщ до аиаздвтай ццццщщы.' ш инавииадвшЕщу иштвннтшт шж ■■ «рвпюшис оаиййшш.. у пнишщешв,, щщнцднтивтиш шшщшбш. — наиманЕЙ пшя1шй1 оаввдщ - (шгговйяшпь ж шшаиЯЕндииир димштагаш а ЗШ jpe». Wnwítt аЩшог ЖыД зревдцткяип а чппндашгндш: зшюввнаащих ддрзйдазрис даш ггогтпщтгг щ^адгншпан Одимидиш mEjpaS ¡ш ^eJŒSSSZS й ЗШШЕ. П&аЕЩбедш даздрвяв а З&шншщшш» ¡вшж шщяд/ ' шарвзщщшЕ ваашй свэдш «зотдасшв œ усз^'йстзов

V . *

К

% ь о

а

Ч е

1

0

и

а

3

1 I

е)

г о т

мЪ" т" из,' И« Пр и«

—— зачеркивание без внбровсодействия — — &ачорвчтние с вкбрсвоздействием

Рис. 5.

Соотноаение сия сопротивления зачерпывании пзска> грейфэрон проекта 28723 , при вкбровоздейсташ

нб' м$* ма'м?> мР мн

Рис. 6.

Соотношение сил сопротивления вачерпыванип угля грейфером проекта

при вибровоздействии

Особенности силового расчета грейферов для зачерпывания водонасыщенных сыпучих материалов

Расчеты грейферных механизмов, работающих под водой (при добыче песка, ПГС^ основаны на деформация вязко-пластических гел, объемно-напряженное состояние которых зависит от скорости деформации о учетом фильтрации айдаооти через поры сыпучих материалов при их сжатии. Поскольку глубина разработок незначительная, влиянием гидростатического давления можно пренебречь.

Проведенный расчет грейферов, работающих под водой, по разработанной методике дал следующие результаты.

При зачерпывании под водой давление на стенки грейфера в зависимости от скорости 'аачэрпнваняя увеличивается в 1,5... 2,5 раза по сравнении с зачерпыванием "сухого" материала. Сопротивление, обусловленное приращением давления из-за фильтрационных процессов, увеличивается до 40...45$. Мощность, необходимая ка зачерпывание, растет на 30....40$'в диапазоне • скоростей зачерпывания 0,04...0,0? м/с, что ограничивает практически скорость зачерпывания величиной 0,01 м/с.

При зачерпывании илистых материалов наблюдается явление' "присоса" из-за разности гидростатического давления на материал в грейфере и его днище, а также затруднение фильтрации вода под днище при отрыве грейфера.

Поскольку "присос" связан с фильтрацией, его величина меняется с уменьшением скорости, замыкающей и .юддераивавдей лебедок крана в иоменг отрыва. .

Уменьшение "присоса" достигается изменением конструкции днища челюсти, в котором заполняются специальные каналы с отверстиями, позволяющие сообщать полость под грейфером с полостью повышенного давления над грейфером. Данное устройство реализовано в а.с. 738243.

Уменьшение пиковых нагрузок в приводе плавучих кранов ^достигается также автоматическим регулированием передаточного числа привода в процессе зачзршваняя. Для этого рекомендована установка в приводе гидротрансформаторов. Комплекс технических мероприятий по, увеличению надежности работы плавучих

установок, до&ш:лг,;пк- рудого глтог.чдлч г^й-Тергиш бэлъгзп кости (10 и3) с бсж-п:: глубин ко /00 /<, роалиссван в а.с. 825777.

Теория силового распета винтовых уплотняющих питателей

Кз уялоишздих питателей, барабанных, виберных,пластинчатых, лопастных и т.д. наибольшее применение получили винто-яыа из-за их высокой надежности и простоты. Материал уплотняют для увеличения плотности при его.загрузке в транспорт (снег, торф), для уменьшения пиления или предотвращения прорана сжатого воздуха через питатель при совместной работе с пневмогранспортиой нагнетающей установкой. В объеме работы проведены теоретические и экспериментальные исследования серии машин, в создании которых принимал участие автор,предназначенных для уплотнения снега при погрузке в автотранспорт. Машшш СУБИ-ГПИ-73 выполюнц на базе снегопогрузчика - имели двухвинтрной конический питатель и изготавливались е кодификациях: СУШ-Шйг?ЗА. с теплогенератором в зоне пог-рузь.. снега; С7БМ-Г11И-73В, в которой уплотняющий орган выполни с вибро-приставкой; СУБМ-ГПИ-73Б о разъеггной камерой уплотнения и системой его автоматического управления.

Также анализировались винтовые питатели для апатитового концентрата с переменным аагем лопасти винта,работающие совместно с грейфврно-бункерной установкой и-с пневмотранспорт-ной установкой.

Теоретические исследования а расчеты были проведены по разработанной методике с помощью комплекса безразмерных ха-. рактеристик, которые позволил определить величиод и зависимости давлений материала з камерах уплотнения питате л—',

Функция давления для винтового питателя с переменным. даш,1етром корпуса

Р*Раехр(Ау-;$1/в), (31)

где ;

& - /

и - начальный и конечный радиус винта; - радиус вала; р - угол конусности корпуса; 5 - шаг винта; ч

^ - угол поворота винта.

Функция давления для винтового питателя о переменным тагом винта

Р-Рйезер\<Ър-Ьу/12кпу\ , (32)

где кр - отношения входного и выходного сечения желоба винта;

п - число уплотняющих витков винта.

Анализ теоретических зависимостей показал, что винтовые питатели при изменении агрегатного состояния материала (температуры, влажности) подвергается значительным пиковым ' нагрузкам из-за высоких степеней уплотнения и экспоненциальной зависимости давления от модуля - р> . Такие режимы сопровождались заклиниванием винта питателя. Этот недостаток бил устранен за счет автоматических систем управления (а.с. 442266), осуцествляющих обратную связь между давлением и приводом управления камеры уплотнения.

Теоретические выражения для осевой нагрузки я крутящего момента на гаду винта слояны из-за геометрии рабочего органа и экспоненциальных зависимостей. Реализация их на ЭВМ ЕС-1030 позволила дать следующие рекомендации. Наиболее устойчивая работа машин типа СУШ соответствует, режиму &р= 1,7,..2,.О при температура (-10...-20)°С. Релаксационные процессы 5-еиыаала плотность материала (снега) на 15$, ври повышении температуры до 0°С время релаксации уменьшалось и "разуплотнение" исчезло.

Применение вибровоздействия уменьшает расход энергии до 30%, во питатель начинает работать в¡режиме брикетообразова-ния. • '•

Исследование питателей переменного шага винта в широком диапазоне частот вращения винта 34...1000 об/мин соответствовало крайним значениям исследованных скоростей даформации материала в жесткой датрице 0,02...0,5 к/с. Составляющие сил

сопротивления соотносились: силы трения по валу винта 4...5$; силы трения по лопаотям винта 9...10;?; силы трения по корпусу питателя 48...49$ и сопротивление, обусловленное сжатием материала, 26...27$. Во всем диапазоне скоростей деформации наблюдалась хорошая сходимость результатов теоретического расчета 'и экспериментальных исследований.

НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ВЫВОДЫ

1. Процесс уплотнения сыпучего материала в рабочих органах ПТМ адекватен сжатию в жесткой матрице физической модели, представленной шарообразными элементами о механическими характеристиками, соответствующими материалу частиц, их грану • лометрии и структуре.

2. Условием начала пластического деформирования сыпучего материала является достижение напряжений на контактных-площадках предела прочности материала частиц. Зависимость' контактных напряжений от размера частиц (т.е. их гранулометрии) приводит к развитию пластического деформирования сыпучего материала во времени по закону нормального распределения.

3. Объемно-напряженное состояние материала при пластическом деформировании определяется комплексом безразмерных характеристик: ^ - модулем уплотияемости» у - коэффициентом бокового давления, - коэффициентом внешнего трения.- Модуль уплотняемосги является механической характеристикой,коэффициент бокового давления - структурной (кинематической) и коэффициенты внешнего трения - граничной.

4. Значения начального давления пластического деформирования близки к значениям начального сопротивления сыпучих материалов сдвигу. Зависимость коэффициента бокового давления от контактного угла взаимодействия частиц материала и межчастичного трейия определяет его линейную зависимость от плотности сыпучего материала в процессе уплотнения.

5. Уменьшение энергоемкости и давления уплотнения сыпучего материала происходит при вибровоздейсгвии в определенном диапазоне критерия Струхаля Зитах ... $Ьт1П . При изменении параметров виброуплотнзкия от ЭЬтах до 8ЬпНп происходил* увел;?чяние коэффициента бокового давления - приближение к

I, и уменьшение коэффициента внешнего трения на 70...75%.

6. При уплотнении водоаасыщеняых материалов давление, уплотнения состоит из давления деформации твердой фазы материала и давления фильтраций зшдкой фазы. Давление фильтрации экспоненциально. зависит от переменной пористости (плотности) сыпучего материала. Коэффициент бокового давления приближается к единице, а коэффициент внешнего•трения падает на 50...

7. Характеристиками релаксационных процессов, происходящих в уплотненных материалах,являются: критическое давление, давление релаксации и время релаксации, описываемые модифицированной моделью Максвелла. Для уменьшения "упругого последействия" необходимо уменьшать критическое давление и время релаксации за счет вибровоздействия. При виброуплотнении критическое давление уменьшается на 20...50$.

8. Контактная теория уплотнения сыпучих материалов легла в основу теории силового расчета рабочих органов ПТМ.Разработанный метод позволяет определить действующие силы,как реакции от перемещения рабочих органов в среде с переменной плотностью, при этом поля давлений я сил трения определяются с помощью безразмерных характеристик: модуля уллогняемости, коэффициента бокового давления и коэффициента трения.Метод позволяет проанализировать изменение нагрузок на элементы рабочих органов при изменении технологических условий и определить эффективность применения вибровоздействия по сравнению со статическим уплотнением, позволяет определить нагрузки в оообых случаях (водонасыщенный материал, смерзшийся материал). Метод лег в основу РТМ 212.0133-85. Грейферы двухчелюстные канатные общего назначения для. портовых кранов. Метода расчета при проектировании.

9. При зачерпывании грейфером сыпучего.материала уплотнение происходит во второй фазе зачерпывания при значении угла внедрения 40°, при этом плотность изменяется линейно от максимальной в точке схоздения режущих кромок челюстей до ми-! 'нимальной у свободной поверхности. Свободная поверхность материала в грейфере не соответствует призме с углом откоса при основании (ГОСТ 24599-81), а представляет цилиндрическую по-

• верхность,' образуемую при выпирании из грейфера уплотненного

материала.

10. Б грейферах во второй фазе -ачергшэапил двияение материала происходит радиально из зоны высокого в зону минимального давления, что является энергетически оптимальным.Количество рассеянной энергии оценивается индикаторным коэффициентом полезного действия, который для грейферов оптимальной конструкции равен 0,5.

11. При зачерпывании сыпучего материала грейфером сила сопротивления трению по днищу составляет 54.,.59$,сопротивление уплотнению материала 24£, сила резания материала 12...20$ и трение по боковым плоскостям 3..Л%. Уменьшение сил сопротивления достигается профилированием днища челюсти с значением заднего угла 10° и уменьшением, заглубления челюстей грейфера и применением вибровоздействия. Энергоемкость процесса зачерпывания сыпучего материала грейфером при ейбронез-действяи уменьшается в два раза.

12. Анализ эпюр давлений, построенных по разработаны ¡1 методике показал, что наиболее нагрукеиными зонами чзлкстей являются середина и углы резущих кромок. При зачерпывании смерзшегося материала нагрузки в начальный момент заглубления превышают номинальные в 5 раз. Внедрение специальных грейфэ-ров-рыхлителей рамной конструкции с рыхлящими клыками и аккумулятором энергии позволило увеличить работоспособность на омерзшихся грузах в 7...10 раз.

13. При зачерпывании сыпучего материала под водой возникают пиковые нагрузки из-за давления фильтрации вода (до 70$) и явления "присоса". Рекомендовано применять специальные конструкции челюстей грейфера, исключающие "присос", к, гидротрансформаторы в приводе крановых лебедок.

14. В винтовых уплотняющих питателях с конусно? корпусом давление сыпучего материала на стенки корпуса нарастает по экспоненциальному закону. Изменение агрегатного состояния сыпучего материала, связанное с уменьшением модуля уплотняемо-сти, приводит к пиковым нагрузкам в уплотняющем корпусе»вызывающим заклинивание винтов. Разработанная система автоматического регулирования выходного сечения уплотняацей камеры с обратной связью по давления позволяет получить устойчивый процесс уплотнения. . '

15. Коэффициент уплотнения винтовых питателей машин типа СУБ-ГПИ-73 зависит от "времени релаксация" сыпучего материала. Применение вибровоздействкя уменьшает "время релаксации" и энергоемкость процесса уплотнения.

16. Существующие метода расчета винтовых питателей с допущением о линейном нарастании давления по длине уплотняющей камеры и постоянстве коэффициента бокового давления дают ошибку до 2Ъ% в сторону уменьшения определяемых энергозатрат. Для винтовых питателей с конусной камерой уплотнения разработан метод силового расчета по безразмерным характеристикам сыпучего материала с применением ЭВМ и упрощенный метод силового расчета с допущением о линейной функции давления. Рекомендованы технологические режимы уплотнения сыпучего материала.

17. Разработан метод силового расчета для винтовых питателей с переменным юагом с диапазоном скоростей деформации О,02...О,5 м/с. Рекомендовано применять для перегрузки порошкообразных пылящих грузов винтовые питатели о переменным шагом для уйеньаеяия дылеобразовашзя в зоне перегрузки.

ОСНОВНЫЕ НОШЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЗДЛЩК РАБОТАХ

1. Николаев А.Ф. , Кулепов А.Ф., Слюсарев A.C. О влиянии навесной фрезерной установки на устойчивость движения машины о РЭД // Механизация .строительства,- 1972.- № 10.- С.13-14.

2. Слвсарев A.C. Расчет транспортирующей-зоны снегоуп-лотняющей : отставки ■// Научные труды /Горьковский политехнический ин-Г, 1972.- Вып.12,- Т.ХХУШ,- С.45-4Э.

. 3. Николаев А.<5., Слюсарев A.C. К вопросу эффективности снегоуборки в городах // Сб.яаучк.гр. Академии коммунального, хоз. - М., 1873.- Вып.5,- С.

4. Слюсарев A.C., Киричек A.A. Силовой расчет двухшнеко-вого траяспортирукщего "стрсйства для связанных дисперсных тел при коэффициенте заполнения, равном единице // Труды 1У Всесоюз.иаучн.-техн.конф. мол.сяец. ВНИИПШШ (ДСП).- М., 1974,- С.

5. Слюсарез A.C.-Расчет зону прессования кленовой снего-уплотняющей приставки //Научн.груды /Горьковский поллтехниче-ский ин—т, 1974.- Вып.5.- Т.КИ.- C.87-9S.

6. Слюсарев А..С. Силовой расчет инековых уплотняющих транспортеров // Груды IT Всзсоюз.научн.-гехн.конф.мол. спец. вшгашмш (дел).- м., 1974.- с.

7. Слюсарев A.C., Киричек A.A., Кулепов А.Ф. Анализ эффективности виброуплотнения снега // Труда ГПИ им.Зданова. -Горький, 1975.- Вии.8.- T.3I.- С.54-57.

8. Слюсарев A.C., Наракулин Г.Г. Экспериментальное исследование процесса зачергшван.'^я груза грейфером /Дате ¡шалы ПХ научно-техн.конференции: Горьк.ин-т шга.нодн.т-та, j-vo. . 4.1.- С.155-157.

9. Слюсарев A.C., Киричек A.A. Экспериментальные исследования коэффициентов трзпия дисперсных тел.// Материалы ПШ научн.-техн.конференции: ГорпК.ия-т инх. водн. т-та. Горький, 1976.- Ч.Г.- С.28-31.'

10. Каракулян Г.Г., Слюсарев A.C. Определение вместимости грейферов // Речной транспорт,- 1978.- JS II.- C.I2-I3.

11. Слюсарев A.C. Исследование процесса формирования, "шапки" груза в грейфере при зачерпывании // Материалы XXI научн.-техн.конференции.- Горький: Горьков.ин-т иня.водн. т-та, 1978,- 0.1X3-115/

12. Слюсарев A.C., Каракули Г.Г., Журавлев D.M.' Исследование энергоемкости перегрузки технической немолотой соли // Вопросы совершенствования работы (Мота и портов: сб.научн. тр. - Горький: Горьков.ш?-? инж.водн.т-та, 197Э.~ Вт. 168, -4.1. - С.50-51.

13. Слюсарев A.C., Каракулин Г.Г. Некоторый р^ультатц носледования процесса зачерпывания песка грейфером // Научные труды /Горьк.дн-r иня.водн.т-га, 1979.- Вып.163,- С.120-12о.

14. Слюсарев A.C. Силовой расчет рабочих органов ПТМ для сыпучих грузов // Иатериалц Всесоюзной научно-техн. конференции. Новое в подъемно-транспортной технике.- Горький, 1980. -C.I44-I4S.

15. Слюсарев A.C. Физическая модель сыпучих грузов . для расчета рабочих органов ГШ // Материалы Всесоюзной научно-те,хн. конференции. Новое в подю^'^-транслортиой технике. -

Горький, 1980.- С.42-44.

16. Слюсарев A.C. Физическая и техническая модели сыпучих тел ¡/ Проблемы повышения надежности и долговечности 1ГШ: Материалы юбилейной все сою. на^ чно-техн.конф. МВТУ им. Н.Э.

> Баумана. - М., 1981.- С.

17. Слюсарев A.C. Теоретические основы расчета рабочих органов ПТМ для перегрузки сыпучих и волокнистых материалов /У Комплексная механизация и автоматизация перемесгцтелышх операций в лесной, деревообрабатывающей' и целлюлозно-бумажной промышленности: Материалы 1У Всесоюзной научно-техн.конфер.-1.5.: Московский лесотехнический ш-т, 1984.- С..

18. Слюсарев A.C. К водрооу определения коэффициента полезного действия грейферов // Новое в подъемно-транспортной, технике: Материалы Всесоюзной шучно-тохн.конференция, посвященной 60-летию каф. ПТМ МВТУ им. Н.Э.Баумана.- М., 1985. -С.12.

- 19, Слюсарев A.C., Отделами Н.С. Результаты исследований и разработка комплексного мегома лнлеподавлеяия при перегрузке подъемно-транспортными машинами пылящих грузов: Материалы Всесоюзной научно-техн.конференции, посвяценной 60-лет1Ш каф. ПТМ МВТУ" им. Н.Э.Баумана.- М., 1985,- С.34.

20. Слюсарев A.C. Теоретические основы расчета рабочих-органов IHM, перерабатывающих сыпучие грузы // Конструирование и эксплуатация подъемно-транспортных машин: Межвуз. сб. паучн.тр. - Тула, 1985.- С.73-78.

21. Слюсарев A.C., Отделкин Н.С., Леканов В'.Г. Применение комгшек ;ного метода пылеяодавления. при перегрузка пылящих пожароопасных грузов грейферными кранами по варианту судно -

.вагон )! Совершенствование эксплуатации плавучих кранов а технологии перегрузочных работ: сб.научи.яр. - Горький; Горь-ков.ин-т инж.ЕОДн.т-та, 1985.- Вып.15.- С.83-101.

22. Слюсарев A.C., Журавлев D.M.,-Севастьянов Б.А, Грейферы двухчелюстные канатные общего назначения для портовых кранов // Методы расчета при проектировании /Руководящий технический материал РТМ 212.0133-85 введ. в действ.01.06.85. -Горький, . - 55 с.

23. Слюсарев A.C. Исследование ^гзихо-аохайглвзчек свойсгв сыпучих грузов.// Мзгодичзскос fi'iciiftr.i и

работам. - Горький: Горьковокий яя-т инк.води.т-та, I98G. -21 с.

24. Слюсарев A.C., Отделки» Н.С. Исследование пили комовой серы и разработка методов ее уменьшения //Химическая промышленность.- 1967.- й 9,- С.31-32.

'25. Слюсарев A.C. Контактная теория уплотнения сыпучих материалов при исследовании дискретных моделей // Оптимизация элементов перегрузочного процесса и конструкции грузоподъемных машин: Сб.научн.тр. - Горький: Горы<ов.ин-т ишх.водн. т-та, 1989.- Вып.241,- C.I49-I65.

25. A.c. 442266 СССР, М.Кл.Е 01 4/00. Снегоуплотшшдзе устройство / Николаев А.Ф., Соколов A.A., Слюсарев А.С,, Гу* банцев А.Б. (СССР).- Я 1800261/29-14; заявлено 23.06.72; опубл. 05.09.74, бюл. 15 33, 1974.

27. A.c. 448237 СССР, М.Кл. 01 7/08, 01 9/04.Датчик давления / Слюсарев A.C. (СССР).- И 1790861/18-10; заявлено 31.05.72; опубл. 15.05.74, бил.» 18, 1974.

28. А.о. 499372 СССР, М.Кл. 01 5/00. Устройство для уплотнения снега / Слюсарев A.C., Николаев А.Ф., Белов П.А., Кулепов В.Ф., Киричек A.A. - {& 2014104/27-II; заявлено 05.04.74; опубл. 15.01.75, бюл.й 2, 1977.

29. А.о. 573165 СССР, М.Кл.2 AS3 11/00, 01 19/02. Устройство для определения силы трения / Слысарев A.C., Кири-чзк A.A., Кулепов В.Ф. (СССР). - iä 2094378/12; заявлено' 06.01.75; опубл. 25.09.77, бюл.Я 35, 1977л

30. A.c. 802445 СССР, М.Кл.3 01 7/00. . Устройство для уплотнения снега / Слюсарев A.C., Николаев А.Ф., Киричек A.A., Кулепов В.Ф. (СССР). - }i 1976830/29-II; заявлено 14.12.73; опубл. 07.02.öl, бюл.)5 5, 1981.

31. A.c. 798243 СССР, М.Кл.3. Е ' 3/44. Грейфер /Слюсарев A.C., Зубов Д.Н. (СССР). - jf 26822113/29-03; заявлено 03.11.78; опубл. 23.01.01, 6an.J5 3, 1980.

32. A.c. 78319I СССР, М.Кл3 Е66 I/6G. Захватное устройство / Слюсарев A.C., Минин A.A. (СССР).- J;i 2667244/23-11; заявлено 27.09.78; опубл. 30.11.80, бюл.К 44, IS80.

33. A.c. 75178ГСССР, М.Кл.3 66 3/02. Челюсть грейфера для захвата сыпучих материалов / Каракулин Г.Г.,Слюсарев A.C. (СССЧ).- Д 2698563/2Э-Д; зеянлено 18.12.78, опубл.

■0.U7.B0, бюл.й 28, IS80.

34. A.c. 825777 СССР, М.Кл3.Е 02 3/14. Устройство для лсдводной добычи рудных магериалов /Каракулин Г.Г., Слюсарев A.C. (СССР).- Ц> 2703885/29-03; задвлено 27.12.73; опубл.

30.04.81, бюл. JS 16, 1981.

35. A.c. I062I57 СССР, В 65 69/18. Устройство для перз-грузки сыпучих материалов / Слюсарев A.C., Алешин В.Н., Поупов В.Ю., Розин Г.И. (СССР). - Л 3449122/27-11; заявлено 03.06.82; опубл. 23.12.83; бш.15 47, 1983.

36. A.c. 3129453 СССР, 16 7/14; 16 11/06. Устройство для смазки шарниров грейфера /Слюсарев A.C., Сутырин C.B. (СССР).- 3266343/25-27; заявлено 30.03.81; опубл. '

15.12.84. Бюл. Л 46, 1984,

37. A.c. II55544 СССР, В 65 .65/32. Устройство для перегрузки сыпучих материалов / Слюсарев A.G., Исупов В.Ю., Лека-новВ.Г. (СССР).- 3701148/27-11; заявлено 14.02.84; опубл.

15.05.85. Бюл.И 18, 1985.

38; A.c. II65625 СССР, В U 69/18. Устройство для перегрузки сыпучих материалов / Слюсарев A.C., Исупов В.Ю.(СССР).-/3 3592870/27-11; заявлено 19.05.83; опубл. 07.07.85. Бюл.]625, 1985. ,

39. A.c. 1364596 СССР, В 66 3/12. Грейфер / Слюсарев A.C., Севастьянов В.А. (СССР).- Ji 3908466/27-11; заявлено 11.06.85; опубл. 07.01.88. Бюл.й I, 1987.

40. A.c. I46I730 СССР,.Б 65 67/04/В 65/32/ Устройство дли загрузки сыпучих материалов / Слюсарев A.C., .Отделкин Н.С., Исупов В.Ю. (СССР).- 4170400/27-11; заявлено 29.12.86; опубл. 28.02.89. Бюл.№ 8, 1989.

41. A.c. 1562822 СССР, 01 25/54. Устройство для определения свойств пыли / Слюсарев A.C., Отделкин Н.С. (СССР).» 4322464/27-25; заявлено 27.10.87; опубл. 07.05;30. -Бюл.]3 17, 1990.

Ромойор. Тип. ГИИВТа, 1991 г.. зяказ » 165. Тираж 150 сиз,, объем 2 п.л.