Активные бункерные вибростенки

Одним из непременных условий успешного развития народного хозяйства является механизация и автоматизация производственных процессов, в особенности подъемно-транспортных и погрузо-разгрузочных работ, так как бесперебойная и непрерывная подача сыпучих материалов из бункеров требует беспрепятственного прохождения их через суживающееся отверстие бункера. Для сухих материалов процесс осуществляется без осложнений. Выпуск же влажных и плохосыпучих материалов, наиболее часто применяемых в строительной индустрии, горном деле, металлургии и других отраслях промышленности, при помощи имеющихся бункерных устройств, зачастую приводит к простоям основного технологического оборудования. Причина тому — зависание материала над выпускными отверстиями бункеров, вследствие образования сводов естественного равновесия. Для принудительного истечения материала из бункеров, среди прочих, наиболее эффективны конструкции типа виброворошителей, виброворонок и подвижных ложных стенок. Однако существующие побудители истечения сыпучего материала к настоящему времени не в полной мере отвечают технологическим требованиям и нуждаются в доработке и изменениях. В свою очередь при расчете и конструировании вибрационных побудителей истечения, необходимо знать особенности и характер протекания процесса вибровыпуска, закономерности изменения реологических характеристик выпускаемого материала.

Целью работы является разработка и исследование высокоэффективных, устройств для выпуска из бункеров плохосыпучих материалов с направленным вибросдвигом материала по наклонной грузонесущей поверхности.

Объектом исследований являются процесс бункерного вибровыпуска плохосыпучего материала по активной вибростенке, реологические характеристики и параметры виброслоя материала, устройства и конструкции для бункерного вибровыпуска.

Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в следующем:

— применены в исследованиях бункерного вибровыпуска по активной бункерной вибростенке методы феноменологической реологии процесса горизонтального вибротранспортирования материала;

— установлены зависимости для скорости слоя и усилий сдвига по монослоям движущегося, в стесненных условиях, по наклонной вибрирующей поверхности, плохосыпучего материала;

— выявлены закономерности изменения параметров упруго-вязкой модели, идентифицированной движению реального виброслоя материала;

— научно обоснованы параметры активных бункерных вибростенок;

— разработана методика расчета создаваемых устройств, учитывающая физико-механические свойства материала, тип вибропривода и упруго-опорной системы;

— получена первая редакция регламентированного ряда конструкций активных бункерных вибростенок.

Результаты исследований, выводы и рекомендации использованы в процессе работы при создании и внедрении вибровыпускных бункерных устройств на предприятиях строительного и металлургического профиля.

В ходе работы над диссертацией выработаны следующие выносимые на защиту положения:

1. Способ выпуска из бункеров материалов насыщенных влагой и потерявших сыпучесть — направленный к выпускному окну бункера вибросдвиг по наклонной поверхности.

2. Определение параметров виброслоя по уравнениям реологической упруго-вязкой модели процесса вибротранспортирования сыпучего материала.

3. Результаты экспериментальных исследований вибровыпуска из бункера насыщенного влагой песка и диапазоны рациональных значений параметров вибрации и угла наклона вибростенки.

4. Дифференциальное уравнение деформаций феноменологической упруго-вязкой модели описывающее закономерности движения выпускаемого из бункера материала насыщенного влагой и потерявшего сыпучесть.

5. Методы расчета масс-геометрических и кинематических параметров активных вибростенок.

6. Конструкции активных вибростенок, реализующие сдвиг материала по грузонесущей поверхности.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется применением фундаментальных положений и методов теории колебаний, реологии, сыпучей среды, динамики машин с использованием апробированных методов решения. • Достоверность результатов подтверждается адекватностью математической модели и реального сыпучего материала, достаточным объемом экспериментов, обеспечивающим с вероятностью 0,9 относительную погрешность измерений не более 12% и сходимость теоретических и экспериментальных исследований с погрешностью менее 5%, воспроизводимостью выявленных закономерностей и идентифицированных параметров в реальном диапазоне работы активной бункерной вибростенкидлительной высокоэффективной промышленной эксплуатацией установок в различных условиях. Значение полученных результатов для теории и практики состоит в совершенствовании путей создания вибротранспортных машин, в части движения виброслоя большой высоты по наклонной грузонесущей поверхности, а также в теоретическом обобщении и формулировании принципов расчета и выбора кинематических и конструктивно-технологических параметров активных бункерных вибростенок.

Практическое значение работы состоит в использовании научных положений, установленных закономерностей, расчетных методик, выводов и рекомендаций для совершенствования и создания высокоэффективных компактных вибрационных бункерных выпускных устройств.

Внедрение результатов работы: результаты работы апробированы и внедрены в промышленное производство на 2 предприятиях стройиндустрии и 2 металлургических предприятиях. По результатам актов внедрения экономический эффект составил 810 тыс. руб. (в ценах 1990 г.).

Публикации: по теме опубликовано 4 статьи и получено 2 авторских свидетельства на изобретения.

Апробация работы: результаты работы доложены на международной конференции в г. Белгороде (1997 г.), на региональных научно-технических конференциях в г. Усть-Каменогорске и на научно-техническом совете Казахстанского головного проектного института «Казгипроцветмет» .

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы, приложений, включающих текст программы, регламентированный ряд конструкций, протокол и акты внедрения. Общий объем работы — 127 стр., содержащих 72 рисунка, 4 таблицы, список литературы из 78 наименований.

5.5 ВЫВОДЫ.

Таким образом на основе исследований:

1. Разработана инженерная методика расчета АБВС, сводящаяся к расчету упруго-опорной системы и подбору вибровозбудителя, исходя из размеров бункера и свойств выпускаемого материала, включающая определение производительности устройства на основе полученных зависимостей для скорости виброперемещения.

2. Составлен регламентированный ряд конструкций АБВС с приводом от серийных дебалансных вибровозбудителей и упруго-опорной системой из рессор или резино-металлических блоков.

3. Проведено внедрение АБВС в промышленность, которое охарактеризовало их как простые, надежные, эффективные и компактные устройства с низкой энергои металлоемкостью для выпуска из бункеров плохосыпучих материалов.

4. Устранены, за счет этого, перерывы в подаче сыпучего материала, стабилизированы режимы работы технологических агрегатов/ значительно улучшены условия труда и безопасность работников и получен суммарный экономический эффект в размере 810 тыс. руб. (в ценах 1991 г.), при долевом участии автора 350 тыс. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации дано теоретическое обобщение и новое решение научной задачи, заключающейся в дополнении общей теории процессов движения сыпучих материалов под воздействием рабочих органов вибромашин в части движения виброслоя большой высоты по крутонаклонной грузонесущей поверхности. Созданы и усовершенствованы вибрационные устройства для бункерного выпуска материалов, насыщенных влагой и потерявших сыпучесть на основе исследований движения виброслоя большой массы по наклонной стенке суживающейся части бункера. Разработаны основы установления кинематических и конструкционно-технологических параметров активных бункерных вибростенок (АБВС).

На основании исследований:

1. Выявлены условия применения методов феноменологической реологии процессов вибротранспортирования, в исследованиях бункерного вибровыпуска по активной вибростенке и получена модель движения виброслоя большой высоты" в условиях ограничения стенками бункера. Определены характеристики движущегося виброслоя: скорость перемещения, усилия сдвига между монослоями, а также его реологические характеристики: собственные частоты колебаний и коэффициенты внутрислоевых вязких сопротивлений, в рабочем диапазоне кинематических и масс-геометрических параметров вибростенки.

2.Установлены зависимости по определению параметров механореологической модели использующие данные экспериментов.

3. Экспериментальным путем, с помощью разработанной установки и специальных датчиков, изучены закономерности перемещения влажного песка по активной вибростенке, при амплитуде колебаний поверхности 0,1. 1,3 мм с частотой колебаний 105.205 с" 1.

4. Получены регрессионные зависимости скорости виброперемещения монослоя и усилия сдвига между монослоями и с грузонесущей поверхностью от параметров вибрации и угла наклона вибростенки, учитывающие многослойность процесса.

5. Выявлен рациональный диапазон параметров вибрации, ограниченный, с одной стороны коэффициентом режима работы Кр < 1,5, определяющем предельные динамические нагрузки на элементы бункера и вибростенки, а с другой стороны минимальной скоростью перемещения виброслоя на уровне 0,01 м/с, при частоте колебаний стандартного вибровозбудителя 157 с*1.

6. По разработанным алгоритмам идентификации определены параметры модели и проанализировано ее поведение на этапе совместного движения. Получена зависимость для интегрального показателя процесса — скорости виброперемещения слоя сыпучего материала.

7. Выявлены закономерности изменения реологических параметров в диапазоне частот колебаний 105.205 с" 1, амплитуд колебаний 0,1.1,3 мм, угла наклона вибростенки 15.40 градусов и коэффициента трения выпускаемого влажного материала в пределах 0,2.0,4.

8. Разработана методика расчета АБВС, включающая определение производительности бункера по скорости виброперемещения, с получением первой редакции регламентированного ряда типоразмеров конструкций .

9. Получен в результате внедрения разработанных устройств в промышленность общий экономический эффект в сумме 810 тыс. руб. (по ценам 1991 г.).

Приоритет в разработке и решении рассматриваемой проблемы защищен двумя авторскими свидетельствами на изобретения и четырьмя статьями.