Шнековый питатель для подачи пластичных и пылевидных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.05, кандидат технических наук Евстратова, Наталья Николаевна

• Евстратова, Наталья Николаевна
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Евстратова, Наталья Николаевна

1 ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ВОПРОСАМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ, РАБОТЫ И ТЕОРИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ШНЕКОВЫХ

ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ МАШИН

1.1. Технологические машины со шнековыми транспортирующими органами

1.2. Анализ условий работы и конструкций шнековых питателей

1.3. Анализ физических свойств транспбртй|)уемы-х пластич-пых и пылевидных материалов

1.4. Обзор литературных источников по теории проектирования шнековых транспортирующих машин.

1.5. Выводы. Задачи исследования. 31 2. ОБОСНОВАНИЕ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ

ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ШНЕКОВЫХ

ПИТАТЕЛЕЙ

2.1. Исследование свойств транспортируемого материала

2.2. Исследование движения материала в шнековом питателе

2.3. Исследование влияния соотношения размеров направляющих и интервалов между ними на направление движения транспортируемого материала

2.4. Исследование влияния угла установки направляющих на направление движения материала.

2.6. Выводы.

3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ШНЕКОВОГО

ПИТАТЕЛЯ

3.1. Обоснование принятой структурной схемы шнекового питателя '

3.2. Критериальный анализ и составление целевой функции.

3.3. Факторный анализ и построение математической модели работы шнекового питателя.

3.4. Выводы 101 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

4.1. Задачи экспериментальных исследований и производственных испытаний.

4.2. Методика проведения экспериментальных исследований

4.3. Результаты экспериментальных исследований. 1X

4.4. Методика, проведение и результаты производственных испытании.

4.5. Выводы. 125 ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 127 Список литературы 129 Приложения 137 Программные продукты 138 Акт заводских испытаний 143 Протокол заводских испытаний 145 Акты внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Шнековый питатель для подачи пластичных и пылевидных материалов»

Высокопроизводительная работа современного предприятия невозможна без правильно организованного и надёжно работающего промышленного транспорта. На предприятиях стройиндустрии, химической, машиностроительной, пищевой и других отраслей промышленности транспортирование пылевидных, взрывоопасных, порошкообразных и мелкокусковых насыпных грузов выполняется преимущественно винтовыми конвейерами (шнеками).

Кроме винтовых конвейеров широкое распространение получили шнековые питатели, применяемые в различных технологических процессах в виде самостоятельных машин или в виде агрегируемых узлов технологических машин. Питатели предназначены для равномерной непрерывной подачи материалов в дробильно-помольные, формующие и другие технологические машины или на транспортирующие устройства. Питатели перемещают материал на небольшие расстояния (1,5 - 2 м) и, часто, кроме основной функции - транспортирования материала, выполняют также различные вспомогательные: перемешивание, разрыхление, уплотнение. Питатели обеспечивают заданный ритм технологического процесса и позволяют механизировать и автоматизировать производство.

Достоинства шнековых питателей, такие как непрерывность подачи, герметичность, простота конструкции, возможность создания избыточного давления на выходе из шнека, возможность агрегирования с другим оборудованием, обусловили их широкое применение во многих отраслях промышленности в различных технологических процессах.

Основным недостатком шнековых питателей является низкая производительность из-за сообщения шнековой лопастью транспортируемому материалу не только поступательного движения, но и вращательного, что приводит к проворачиванию материала вместе со шнеком. Особенно существенно этот недостаток проявляется при транспортировании влажных, пластичных и пылевидных материалов.

Для повышения производительности шнековых питателей, подающих пластичные и пылевидные материалы, применяются различные устройства: контрножи, гребенки, скребки, очищающие шнеки, а также внутренняя поверхность шнековой полости выполняется не гладкой, а рифленой. Все рассмотренные устройства либо малоэффективны, либо существенно усложняют конструкции шнековых узлов. Вращательное движение материала снижает производите.' 1ьность и увеличивает мощность, потребляемую машиной.

Актуальность данной работы обусловлена тем, что в настоящее время не существует простых, надежных и высокоэффективных шнековых питателей для подачи пластичных и пылевидных материалов.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности функционирования тннекового питателя для подачи влажных, пластичных и пылевидных материалов, путем формирования условий, способствующих уменьшению сил трения между материалом и внутренней поверхностью корпуса питателя на направлении продольной оси питателя.

Идея работы - уменьшение сил трения между материалом и внутренней поверхностью корпуса питателя на направлении продольной оси питателя за счет формирования на этой поверхности трения скольжения вместо трения покоя.

Методы исследования: Теоретический анализ процесса транспортирования материала в шнековом питателе с использованием методов теоретической механики, сопротивления материалов, механики грунтов, математического моделирования. Лабораторные и промышленные испытания с применением тензометрических и электрических методов измерения параметров.

На защиту выносятся

- теоретические положения об особенностях формирования сил трения в направлениях продольной оси питателя и окружной скорости шнека между материалом и внутренней поверхностью корпуса питателя и закономерностях движения материала по внутренней поверхности корпуса питателя при изменении сил трения;

- способ уменьшения сил трения между материалом и внутренней поверхностью корпуса питателя на направлении продольной оси питателя;

- структурная схема шнекового питателя, обеспечивающая уменьшение сил трения между материалом и внутренней поверхностью корпуса питателя на направлении продольной оси питателя;

- математическая модель функционирования шнекового питателя для определения оптимальных геометрических параметров его рабочих органов в зависимости ог свойств транспортируемого материала;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований движения материала по внутренней поверхности корпуса шнекового питателя при различных условиях формирования сил трения;

Достоверность научных положений и выводов диссертационной работы основывается на применении комплекса современных методов исследований, включая: анализ и научное обобщение выполненных к настоящему времени работ по рассматриваемому вопросу; применение современных вычислительных методов; и подтверждается достаточным объемом экспериментальных данных и удовлетворительной сходимостью результатов экспериментальных и теоретических исследований (расхождение не превышает 9 %).

Научная новизна. Заключается в разработке теоретических положений об условиях формирования сил трения при движении материала по внутренней поверхности корпуса питателя в направлениях продольной оси питателя и окружной скорости шнека и закономерностях движения материала по внутренней поверхности корпуса питателя при изменении коэффициентов трения.

Доказана возможность повышения производительности шнекового питателя и снижения удельных энергозатрат транспортирования путем формирования условий, способствующих уменьшению сил трения между материалом и внутренней поверхностью корпуса питателя на направлении продольной оси питателя.

Разработаны математическая модель, алгоритм и программа определения оптимальных параметров рабочих органов шнекового питателя из условия максимальной производительности при минимальных удельных энергозатратах в зависимости от свойств транспортируемого материала и условий эксплуатации машины.

Практическое значение и реализация работы. Разработанный шнековы й питатель может быть использован для транспортирования влажных, пластичных и пылевидных материалов.

Предложенная математическая модель шнекового питателя позволяет определить его оптимальные параметры для различных транспортируемых материалов и давления на выходе из шнековой полости.

Применение разработанного шнекового питателя на предприятиях строительной индустрии и пищевой промышленности г. Шахты обеспечивает реальный экономический эффект за счет увеличения производительности и уменьшения удельных энергозатрат транспортирования.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- научно - технических конференциях профессоре ко - преподавательского состава НГТУ, 1994, 1997, 1998, 1999 г.г.

- совместном заседании кафедр «Автоматизация производства, робототехника и мехатроника» и «Подъемно-транспортные машины и роботы»

НГТУ, 1998 г.

Публикации, По теме диссертации опубликованы девять печатных работ.

Заключение диссертации по теме «Подъемно-транспортные машины», Евстратова, Наталья Николаевна

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1 .Разработаны теоретические положения, позволившие установить закономерности движения груза в шнековом питателе при разных условиях формирования сил трения материала о внутреннюю поверхность корпуса питателя в направлениях продольной оси питателя и окружной скорости шнека и решить задачу повышения эффективности функционирования шнекового питателя путем уменьшения коэффициента трения между материалом и внутренней поверхностью корпуса питателя на направлении продольной оси питателя за счет создания на этой поверхности трения скольжения вместо трения покоя.

2. Установлено, что поступательное движение материала в межреберном пространстве в направлении продольной оси питателя повышает эффективность функционирования машины за счет снижения вращательной составляющей движения транспортируемого материала и увеличения поступательной.

3. Разработаны структурная схема и конструкция шнекового питателя в основу которых положены полученные представления о взаимодействии транспортируемого материала с внутренней поверхностью корпуса питателя.

4. Предложена математическая модель, учитывающая свойства транспортируемого материала, конструктивные параметры машины и условия ее эксплуатации, позволяющая определить оптимальные геометрические параметры элементов системы очистки внутренней поверхности корпуса и шнекового вала питателя из условий максимальной производительности машины и минимальных удельных энергозатрат.

5. Результаты экспериментальных исследований и производственных испытаний удовлетворительно совпадают с соответствующими результатами компьютерного моделирования (расхождение в пределах 9 %), что подтверждает основные теоретические положения данной работы о возможности повышения эффективности функционирования шнекового питателя за счет уменьшения силы трения между материалом и внутренней поверхностью корпуса питателя в направлении продольной оси питателя, а также адекватность математической модели реальному процессу движения материала в шнековом питателе.

6. Производственные испытания показали работоспособность шнекового питателя с системой очистки внутренней поверхности цилиндра, его способность длительное время сохранять на постоянном уровне основные количественные показатели процесса транспортирования и возможность его промышленной реализации.

7. Применение разработанного питателя на предприятиях строительной индустрии и пищевой промышленности г. Шахты создает реальный экономический эффект за счет увеличения производительности и уменьшения удельных энергозатрат транспортирования и подтверждает правильность принятых проектных решений. Разработанный шнековый питатель внедрен:

- на заводе по производству асбоцементных изделий муниципального унитарного предприятия капитального строительства администрации г. Шахты;

- на участке облицовочных плиток ОАО «СТРОЙФАРФОР»;

- на Ильичевском кирпичном заводе управления по производству вспомогательных технологических материалов ОАО «Ростовуголь»;

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Евстратова, Наталья Николаевна, 1999 год

1. Спиваковский А.О. Дьячков В.К. Транспортирующие машины.-М.: Машиностроение , 1983,- 487с.

2. Григорьев А.М. Винтовые конвейеры.-М.: Машиностроение, 1972,- 248с.

3. Силенок С.Г., Борщевский A.A., Горбовец М.Н. и др. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций.-М.: Машиностроение, 1990,- 388с.

4. Журавлёв М.И. Фоломеев A.A. Механическое оборудование предприятий вяжущих материалов и изделий на базе их. -М.:Высш. школа, 1983.-232с .

5. Серя ков B.C., Юсов М.И. Пневмоперегрузчик пылевидных материалов III IM-100.// Строительные и дорожные машины,- 1993,- №7. С. 34-41.

6. Борщевский A.A., Ильин A.C. Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий. -М.: Высшая школа, 1987.- 376с.

7. Сапожников М.Я. Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий.-М.: Машгиз, 1962,- 522 с.

8. Грабчик Л.Г., Несмотряев В.И. Горнопроходческие машины и комплексы. М. :Недра, 1990.-336с

9. Ронинсон Э.Г., Фарафонов В.И., Комаров Е.И. Скрепер со шнековой загрузкой ковша.//Строительные и дорожные машины,- 1993,- №1. С.45-52. Ю.Рыбаков И.Я. Теория и расчёт вертикальных шнеков. //Торфяная промышленность,- 1951,- №8. С.23-28.

10. П.Александр Л.М. Теория вертикального шнека. // Тр. ЦНИИ речного флота. -Вып. 7,- 1950. С. 63-80.

11. Лихарев Б.В. Вертикальный винтовой конвейер. //Химическая промышленность,- 1954,- №1. С. 61-68.

12. Гутьяр Е.М. Элементарная теория вертикального винтового транспортёра. //Тр. Московского института механизации и электрификации сельского хозяйства. -М.-Т.2,- 1956, С. 81-90.

13. Катанов Б.А. Определение производительности вертикального шнекового конвейера. //Вестник машиностроения,- 1958,- №12. С.41-50.

14. Катанов Б.А., Кузнецов В.И. Определение закономерностей движения одиночной частицы по шнеку. // Изв. вузов, «Горный журнал», 1972,- №11. С. 23-37.

15. Böttcher S. Eine allgemeine Analyse der Aufwärts fordemng eines Ein-zelkorpers in Schneckenförderern beliebiger Neigang. "VDJ Zeitschrift", 1963 № 14, 16 und "VDJ-Zeitschrift", 1964 № 18.

16. Куринный А.Е.,Багринцев И.И. и др. Двухлопастной смеситель с реверсивным шнеком для приготовления пастообразных материалов. //Химическое и нефтяное машиностроение.-1969.-№ 12. G.53-65.

17. Багринцев И,И.,Гирич В.П. и др. Двухлопастной смеситель для получения щелочной целлюлозы.//Химическое и нефтяное машиностроение.-1971,-№8. С.22-33.

18. Куринный А.Е.Дананин Б.Г. и др. Смесители с реверсивным шнеком типа CPU 1 .//Химическое и нефтяное машиностроение.-1972.-№4. С.65-71.

19. Крылов A.B. Одновинтовые насосы,- М.Гостоптехиздат, 1962.-278с.

20. Платонов В.А.,Иванченко В.В.,Бодунов И.В. Питатель для подачи порошкообразных продуктов.//Химическое и нефтяное машиностроение. -1973.-№5. С,6-14,

21. Константинов В.Н., Левин А.Н. К вопросу о производительности многочервячных прессов с зацепляющимися червяками.//Пластические массы.-1962.-Ж5. С. 56-67.

22. Константинов В.Н., Левин А.Н. Многочервячные прессы для переработки пластических масс.//Химическое машиностроение.-. 961 .-№1. С. 23-35.

23. Рудицын М.Н., Артемов I I.Я. Любошиц М.И. Справочное пособие по сопротивлению материалов. Минск: Вышейн. Н1к., 1970.- 452 с.

24. Справочник по технической механике / Под ред. Акад. А.Н. Динника,-М. Л.: Гостехиздат, 1949,- 734 с.

25. Писаренко Г.С., Лебедев A.A. Сопротивление материалов деформированию и разрушению при сложном напряженном состоянии,- Киев: Наук. Думка, 1969. 212 с.

26. Егер Дж. К. Упругость, прочность и текучесть.-М.:Машгиз, 1961.-172 с.

27. Мартынов В.Д., Туренко A.B. Расчет глиноперерабатывающего оборудования/Учебное пособие. М.: МИСИ, 1979,- 64 с.

28. Туренко A.B. Расчет глиноперерабатывающего оборудования и прессов пластического формования для производства керамических строительных изделий. -М.: МИСИ, 1985.-86с.

29. Думанский A.B. Лиофильность дисперсных систем. Воронеж: Воронежский госуниверситет, 1940,- 168 с.31 .Ребиндер П.А. Физико-механическая механика новая область науки.1. М.:Знание, 1961. -240 с.

30. Серб-Ссрбина H.H.,Ребиндер П.А. Физико-химические основы управления структурными и механическими свойствами глин и глинистых пород. //Докл. на международном совещании в Брюсселе в 1958 г., М.: Изд. АН СССР, 1958. 55 с.

31. Фадеева B.C. Формуемость пластичных дисперсных масс.-М: Стройиз-дат, 1961.-434 с.

32. Круглицкий H.H., Нжчипоренко С.П.,Ультразвуковая обработка дисперсных глинистых минералов,- Киев:Наукова Думка, 1971.-186 с. ЗЗ.Галабутская Е.А. Система глина-вода.-Львов, 1962.- 232 с.

33. Реология. Теория и приложения. Под редакцией Ф. Эйриха. -М.: Издательство иностранной литературы, 1962. 368 с.

34. Рейнер М. Реология. М.: Наука, 1965,- 452 с.

35. Башкатов Д.Н. Некоторые результаты шнекового бурения на станке УГБ 50А в производственных условиях.//Изв. вузов, «Геология и разведка».- 1958,-№ 10. С. 55-68.

36. Башкатов Д.Н. К расчету вертикальных шнековых установок. //Тр. Московского геологоразведочного института, т. XXXIV. М. :Госгеолтехиздат, 1959. С. 77-89.

37. Башкатов Д.Н. Методика определения оптимальных параметров бурового шнека. //Изв. вузов. «Геология и разведка».-!962,- № 10. С. 22-41.

38. Башкатов Д.Н,, Олоновский Ю.А, Экспериментальные исследования по усовершенствованию технологии шнекового бурения. /Бюлл. Науч.-техн. информ. ОНТИ ВИЭМС.-1965,- № 2 (55). С. 65-79.

39. Башкатов Д.Н., Олоновский Ю.А. Вращательное шнековое бурение геологоразведочных скважин.-М.: Недра, 1968,- 233 с.

40. Боголюбский К.А., Башкатов Д.Н. Определение к.п.д. шнека и мощности, затрачиваемой на транспортировку породы вертикальным шнеком при бурении. //Изв. вузов, «Геология и разведка».- 1959,- № 3. С. 44-56.

41. Григорьев A.M., Преображенский П.А. К вопросу определения осевой скорости материальной точки в вертикальном шнеке. //Изв. вузов, «Горный журнал»,- 1963,- № 8. С. 77-88.

42. Григорьев A.M., Штуков H.K. О решении уравнений с угловым параметром для транспортирующих шнеков. //Изв. вузов, «Горный журнал».-1968,-№7. С. 41-50.

43. Григорьев A.M., Штуков Н.К. Варианты уравнений для исследования осевого перемещения частиц в шнеках. /Сб. «Усовершенствование сельскохозяйственных машин»,-Киев: Урожай, 1968. С. 66-82.

44. Григорьев А.М., Шалман Д.А. О движении материальной точки в наклонном шнеке и обоснование критического радиуса. /Сб. «Вопросы теории винтовых транспортеров». -Киев: Книга, 1968. С. 43-49.

45. Григорьев A.M., Желтов В.II. Надежность методов расчета и конструирования вертикальных винтовых транспортеров .-Киев: Знание, 1969.-232 с.

46. Катанов БА., Кузнецов В.И. Влияние геометрических погрешностей на транспортирующую погрешность шнека. //Изв. вузов, «Горный журнал». -1972,- №11. С. 22-34.

47. Мурашов В.И. Некоторые вопросы динамики винтового подъема. //Изв. вузов, «Геология и разведка»,- 1969,- № 5. С.44-53.

48. Мурашов В.И., Григорьев A.M. Метод расчёта вертикального винтового конвейера-шнека. //Изв. вузов, "Горный журнал".- 1969,- №10. С. 12-26.

49. Rimann U. Исследование вертикального шнекового транспортёра, применяемого для уборки зерновых (перевод с немецкого). //Zau Landtcch-Tiiche.-1961.- №6. С. 57-72.

50. Suhadi W. Die Schnecke als Arbeitsorgan in verarbeitiings-maschinen. //Maschinnenbautemechanik.-1967.-№5 P. 41-56.

51. Parsons J.D., Schweisow W.F., Burkhardt G.J. Fluid flow analogy applied toanger conveyance of grains. //Trans, asae.- 1968.- № 5. P. 35-47.

52. Преображенский П.А., Григорьев A.M. Расчёт и конструирование гибких винтовых конвейеров.//Вестник машиностроения,- 1969.-№6. С. 37- 45.

53. Сафохин М.С., Катанов Б.А., Кузнецов В.И. Закономерности движения материала при транспортировке его шнеком вниз. //Изв. вузов, "Горный журнал",- 1973,-№12. С. 55-67.

54. Силин В.А. Исследование напорных шнеков торфяных машин. /Тр. Института торфа АН БССР. Минск,-1955,- №4. С.24-42.

55. Штуков Н.К., Григорьев A.M. Бардаченко М.К. Влияние конструктивных и режимных параметров на осевую скорость транспортируемого материала в вертикальных шнеках. //Изв. вузов, «Горный журнал».-1968,- №1. С. 47-60.

56. Алексеев Б.А., Берштейн Г.Н. Вопросы технологии механизированного сельскохозяйственного производства,- М.: Урожай, 1964,- 377 с.

57. Регер Э.О., Романков П.Г., Рашковская Н.Б. К вопросу об истечении упруго-пластичных , тиксотропных материалов из вибрационного питателя.//Журнал прикладной химии.-Т. 40,- Вып.П.-1967. С. 60-82.

58. Ничипоренко С.П. Исследование работы ленточных прессов с помощью методов физико-химической механики дисперсных систем и теории подобия.// Тр. АН УССР.-1954.-№3. С. 40-57.

59. Ничипоренко С.П. Основные вопросы теории процессов обработки и формования керамических масс.-Киев: Изд-во АН УССР, 1960. 366 с.

60. Ничипоренко С.П. Физико-химическая механика дисперсных структур в технологии строительной керамики.-Киев: Наукова думка, 1968,- 285 с.

61. Ничипоренко С.П.Абрамович М.Д.,Комская М.С. О формовании керамических масс в ленточных .пресс-эх.--Киев: Наукова думка, 1971 234 с.

62. Дубинский Н.В.,Левин A.H. Исследование работы двухчервячных прессов при формовании паст-ускорителей вулканизации резины. //Химическое и нефтяное машиностроение.-1965.-№12. С. 54-60.

63. Сагалаев Г.В.К вопросу о производительности экструзионных машин .//Пластические массы.-1962.-№7. С. 50-58.

64. Константинов В.Н.,Левин А.Н. Определение производительности червячных прессов. //Химическое машиностроение.-1962.-№3. С.5-13.

65. Рябинин Д.Д.,Лукач Ю.Е. Червячные машины для переработки пластических масс и резиновых смесей.-М.Машиностроение,. 965.-352 с.

66. Яблонский A.A. Курс теоретической механики.-М.: Высшая школа, 1964. 375с.

67. Евстратова H.H., Евстратов В.А. Самоочищающийся ленточный шнеко-вый пресс. A.c. 1201168 СССР, МКИ В 30 В (/14.-373 5 903/25-27; Заявл. 08.05.84; Опубл. 30.12.85.-Бюл.№48.-1985.

68. Трение, изнашивание и смазка. Справочник. В 2-х кн. Под ред. И.В. Крагельского и В.В. Алис и на. М.: Машиностроение, 1979.-358с^ ил.

69. Резниченко С.С. Математическое моделирование в горной промышленности. -М.: Недра. 1981.-216 с.

70. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация: Пер с англ,-М.: Мир, 1985.- 509 е., ил.

71. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ: Справочник.-М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987.- 240 с.

72. Моисеев H.H. Математические задачи системного анализа. -М: Паука. Главная редакция физико-математической литературы, 1981-488 с.

73. Решетов Д.Н., Шувалов С. А., Дудко В.Д. и др. Расчет деталей машин на ЭВМ. М: Высш. шк, 1985. - 368 с.

74. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М: Высш. Шк., 1985.-271 с.

75. Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов. М: Металлургия, 1974. - 264 с.

76. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи). Л.: Энергоатомиздат. Ле-нингр. отд-ние, 1983. - 320 с.

77. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. Л.: Энергия, 1978, - 262 с.