Разработка вибрационного питателя для выпуска связных сыпучих материалов

Актуальность работы. Организация эффективной работы любого промышленного производства, в том числе предприятия горнодобывающей, строительной, металлургической промышленности, включает в себя мероприятия по созданию бесперебойно действующих перегрузочных пунктов, базовой конст-Ф рукцией которых является накопительный бункер.

При выпуске грузов, подобных углю, песку, необходимо предотвратить сво-дообразование и трубообразование. Зависание сыпучих материалов приводит к прекращению действия всей технологической цепочки. Устранение свода требует дополнительных материальных затрат. Трубообразование не прерывает работы перегрузочного пункта, но существенно уменьшает рабочий объем бункера. Остальная часть емкости занята неподвижным массивом, ликвидация которого также связана с определенными трудностями. Таким образом, создание ф бесперебойно работающего перегрузочного пункта является актуальной задачей. Известно большое количество работ [1−26], посвященных вопросу истечения сыпучего материала из емкостей различной формы. При выпуске из бункера поток имеет форму параболоида, параметры которого находятся в зависимости от характеристик емкости, таких как конфигурация и размеры выпускного отверстия, шероховатость боковых стенок, а также свойств самого сыпучего груза, в том числе: гранулометрического состава, коэффициента разрыхления, влажности [1]. Однако установлено, что невозможно обеспечить бесперебойное движение сыпучего материала без дополнительного воздействия на него. Наибольшую актуальность данная проблема имеет при торцевом выпуске, так как в Ф этом случае материал изменяет направление движения.

В данной связи большое значение приобретают исследования принудительного выпуска связных сыпучих грузов, направленные на решение проблем сво-дообразования и трубообразования. Был создан ряд подвесных, пристенных механизмов [1, 23−27], в качестве которых используют всевозможные механические и пневматические устройства с применением цепей, канатов, конвейерных лент, систем подачи сжатого воздуха и т. д. Несмотря на достоинства подобных конструкций, существует опасность их повреждения при взаимодействии с движущейся массой материала. Кроме этого, в большинстве случаев не предотвращается трубообразование из-за малой зоны воздействия на груз.

Вибрация — широко используется в современной технике. Вибрационные механизмы благодаря простоте конструкции, несложности управления, сравнительно высокой производительности получают все более широкое распространение на строительных и горнодобывающих предприятиях. Результаты исследований [28 — 62] значительно расширили сферу применения вибрационного воздействия для устранения зависаний в бункерах. Наиболее известными до сих пор являются вибрационные побудители истечения типа пристенных или центрально установленных ворошителей, виброворонок и ложных вибростенок [1].

Значительное место среди вибрационных машин занимают питатели для выпуска сыпучих материалов, использование которых, например, на подземных предприятиях позволяет в 5. 10 раз повысить производительность выпуска и погрузки руды, увеличить проходимость выпускного отверстия, обеспечить хорошие санитарно-гигиенические условия и безопасность труда горнорабочих, автоматизировать выпуск, уменьшить капитальные вложения и эксплуатационные расходы. Для вибрационных питателей характерно разнообразие конструкций и принципиальных схем, однако, большинство машин состоит из трех частей: рабочего органа, системы упругих связей и вибровозбудителя. Исключение составляют машины с упругим рабочим органом (виброленты), не имеющие системы упругих связей.

Основным недостатком существующей вибрационной техники при работе со связными сыпучими материалами является малая зона вибровоздействия, не позволяющая равномерно выпускать груз, тем самым, способствуя трубообра-зованию. В частности, при использовании питателя с упругим рабочим органом выпускается только часть материала, расположенная непосредственно над транспортирующей поверхностью машины. Оставшийся груз нуждается в дополнительном воздействии, в противном случае он остается без движения, постепенно уплотняясь.

В связи с этим возникла актуальная задача — обеспечить выпуск всей сыпучей массы, находящейся в накопительной емкости, без сводои трубообразова-ния.

Цель работы состоит в создании вибрационного питателя, обеспечивающе-^ го выпуск всего объема связного материала, находящегося в емкости.

Идея работы заключается в оснащении упругого рабочего органа дополнительными конструктивными элементами, расширяющими зону вибровоздействия питателя на сыпучий груз.

Задачи исследования:

• разработка схемы вибропитателя, позволяющего выпустить с максимальной производительностью весь объем связного материала, находящегося в емкостиф, • определение степени влияния конструктивных параметров вибрационного питателя на процесс выпуска связного сыпучего материала из бункера;

• создание методики расчета основных параметров вибрационного питателя, оснащенного дополнительными конструктивными элементами;

• разработка рекомендаций по созданию промышленного образца вибрационного питателя.

Методы исследований: обобщение накопленного опыта по выпуску связных сыпучих материаловэкспериментальные исследования на лабораторном стенде с использованием виброизмерительной аппаратуры с последующей статистической обработкой на ЭВМрасчет основных параметров машины при ^ помощи программного обеспечения MathCAD 2000 Prof.

Основные научные положения, защищаемые автором:

• расширение зоны вибровоздействия обеспечивается оснащением упругого рабочего органа в разгрузочной части дополнительными конструктивными элементами в виде бортов и рассекателя потока;

• рост производительности вибрационного питателя достигается увеличением угла наклона бортов до 30° и угла при вершине рассекателя потокадо 120°;

• амплитуда колебаний рабочего органа с бортами под углом 30° уменьшается в сравнении с амплитудой колебаний плоского рабочего органа при одинаковой производительности, ее величина остается постоянной при.

Ф увеличении нагрузки на питатель.

• при расчете вибропитателя следует учитывать влияние его конструктивных особенностей на величину присоединенной массы связного сыпучего материала.

Достоверность научных результатов обеспечивается достаточным объемом экспериментальных исследований, применением апробированных методов измерения, статистической обработкой полученных данных при помощи современных методов с использованием ЭВМ, соответствием экспериментально ф полученных результатов расчетным данным.

Научная новизна положений:

• разработана схема вибрационного питателя с упругим рабочим органом, оснащенного дополнительными конструктивными элементами, позволяющего эффективно выпускать связные сыпучие материалы из бункеров;

• установлено влияние дополнительных конструктивных элементов упругого рабочего органа питателя на его амплитуду колебания и объем выпуска связного сыпучего материла;

• при расчете основных параметров питателя учтено влияние дополни-ф тельных конструктивных элементов на величину присоединенной массы сыпучего материала. Личный вклад автора состоит в обобщении накопленного опыта по выпуску сыпучих грузов из бункера, экспериментальном исследовании влияния конструктивных параметров вибрационного питателя на процесс выпуска связного материала, создании методики и программы расчета основных параметров машины, разработке схемы и рекомендаций по созданию промышленного образца вибрационного питателя.

Практическая ценность работы состоит в обосновании схемы вибрационного питателя с упругим рабочим органом, оборудованного дополнительными конструктивными элементами (свидетельства на полезную модель № 21 289, № 23 611, № 29 711) — в разработке методики инженерного расчета характеристик Ф вибрационного питателя в зависимости от физико-механических свойств выпускаемого материала с учетом параметров дополнительных конструктивных элементов.

Реализация работы в промышленности. Результаты проведенных исследований переданы для проведения реконструкции бункеров ОАО «Новосибирский сельский строительный комбинат».

Апробация работы. Основные результаты исследований представлены в материалах конференции «Неделя горняка — 2002"/ г. Москва, 2002 г.- 1-й меж-Ф дународной конференции «Современные проблемы машиностроения и приборостроения"/ г. Томск, 2002 г.- конференции «Неделя горняка — 2003"/ г. Москва, 2003 г.- докладывались на международной конференции «Проблемы и перспективы развития горных наук"/ г. Новосибирск, 2004 г.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в восьми печатных работах, включая три свидетельства на полезную модель.

За помощь в проведении исследований, положенных в основу данной диссертационной работы, автор благодарит д.т.н Тишкова, А .Я., к.т.н. Гендлину Л. И., к.т.н. Левенсона С .Я., Еременко Ю.И.

— 91 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

— 98-Выводы.

1. Вибрационный питатель, упругий рабочий орган которого оборудован дополнительными конструктивными элементами, может найти применение на различных промышленных предприятиях, в том числе на предприятиях, занимающихся изготовлением бетонов и растворов, при выпуске из бункеров связных сыпучих материалов, таких как песок, смесь песка с глиной.

2. При выпуске смеси песка с глиной из бункера с размерами 2.5x2x2.5 м производительность питателя достигает 287 т/ч.

3. Созданная в данной работе методика позволяет рассчитать параметры вибрационного питателя, рабочий орган которого оснащен дополнительными конструктивными элементами.

7. В ходе работы были предложены технические решения, новизна которых подтверждается свидетельствами на полезную модель № 21 289, № 23 611,№ 29 711.

8. Разработаны рекомендации по созданию промышленного образца вибрационного питателя для выпуска связного сыпучего материала из бункера объемом до 30 м³.

9. Результаты исследований переданы для проведения реконструкции бункеров ОАО «Новосибирский сельский строительный комбинат».

В диссертации на основе выполненных автором анализа механизмов, применяемых для выпуска сыпучих материалов из емкостей, лабораторных исследований и аналитических расчетов, научно обоснованы технические разработки, имеющие существенное значение для экономики и посвященные актуальной проблеме предотвращения зависания и трубообразования связного сыпучего материала при выпуске из бункера.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Основные научные и практические результаты диссертации заключаются в следующем:

1. Существующие вибропитатели не могут предотвратить сводообразо-вание и трубообразование связных материалов, т.к. создают малую зону влияния на сыпучий груз в процессе выпуска.

2. Предложена схема вибрационного питателя с упругим рабочим органом, оснащенного дополнительными конструктивными элементами, позволяющего эффективно выпускать связные сыпучие материалы из бункеров.

3. Величина нагрузки на рабочий орган и производительность выпуска зависят от угла наклона бортов. С увеличением данного угла нагрузка уменьшается, растет амплитуда колебаний рабочего органа, однако производительность выпуска материала уменьшается.

4. Угол при вершине рассекателя потока влияет на производительность выпуска в зависимости от высоты опор рассекателя. Максимальная производительность достигается при опорах высотой, равной 1.1 — 1.5 от высоты выпускного окна бункера, и угле при вершине 120°. С дальнейшим увеличением высоты опор изменение угла при вершине практически не сказывается на производительности.

5. Величина присоединенной массы связного сыпучего материала зависит от параметров дополнительных конструктивных элементов питателя.

6. Создана методика расчета основных параметров вибрационного питателя, оснащенного дополнительными конструктивными элементами. Для этих целей разработана расчетная схема определения амплитуды колебания упругого рабочего органа предлагаемого питателя.