Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Давления на стенки бункера

На стенки бункера, заполненного материалом, действуют давления от массы материала, которые зависят от физико-механических свойств материала (плотности, влажности, сыпучести), а также от коэффициента трения материала о стенки, способа формирования материала в бункере, формы бункера и др.

Давление на дно бункера

Если материал по своим физико-механическим свойствам близок к жидкости, то вертикальное давление Р_у (Па), действующее на дно бункера, близко к гидравлическому

Р_у = ,

где h – глубина расположения рассматриваемой точки над уровнем материала, м;

– плотность материала, кг/м³;

q – ускорение силы тяжести, м/с².

Для материалов хорошо сыпучих в результате действия сил внутреннего трения, а также сил трения материала о стенки бункера давление на дно уменьшается. Это влияние учитывает коэффициент зависания К_з. Тогда

Р_у = ^. К_з.

Коэффициент К_з тем выше, чем большее значение имеет коэффициент бокового распора , который равен Р_х / Р_у, где Р_х – боковое давление в рассматриваемой точке. Так для жидкости и К_з = 1. Для хорошо сыпучих материалов , тогда К_з можно принимать в пределах в пределах 0,8–0,9. Точное определение К_з находят по зависимости

К₃ = ,где x = ;

f – коэффициент трения материала о стенки бункера;

R₀ – гидравлический радиус (отношение площади дна бункера к периметру), м.

При загрузке бункера с большой высоты или возможности образования внутри бункера пустот и затем резкого падения материала давление на дно бункера значительно увеличивается. Это явление учитывает коэффициент динамики К_q. Для бункеров, оборудованных вибраторами, К_q = 1,3 1,5; при загрузке бункера с большой высоты К_q = 1,1 1,4; при зависании материала с образованием пустот К_q = 2.

Давление на дно бункера с учетом всех вышеизложенных факторов

Р_у = ^. К_з^.К_q.

Давление на вертикальные стенки бункер

Давление на вертикальные стенки Р_x определяется

Р_x = Р_у^. ^. К_з^.К_q^. ,

где – коэффициент бокового давления, зависящий от свойств материала и может быть определен экспериментально или по зависимости ( – угол естественного откоса материала).

Давление на наклонные стенки бункера

Для определения давлений на наклонные стенки бункера пользуются теорией сыпучих тел, согласно которой давление в произвольной точке массы следует закону эллипса напряжений, главными полуосями которого является вертикальное давление Р_у и горизонтальное Р_x. Основываясь на этом полное давление Р_п, нормальное Р_н и тангенциальное можно определить графическим путем (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Схема давлений на наклонную стенку бункера

Возьмем на наклонной стенке бункера точку О, лежащую на кромке выпускного отверстия и определим величину полного давления считая, что бункер заполнен материалом по кромку СD. Приняв точку О за центр, построим на ней эллипс напряжений с модулями осей ОВ = Р_x и ОА = Р_У. Из точки О проведем перпендикулярно ОD нормаль n и радиусом равным длине ОВ засекаем на n точку Е, а радиусом ОА точку И. Из точек Е и И проводим линии параллельные полуосям до их пересечения в точке К, которая будет лежать на эллипсе напряжений. Отрезок КО представляет собой вектор полного давления в точке О (Р_п = КО).

Нормальное и касательное давление Р_н = КЛ и = ОЛ. Во всех остальных точках стенки О полное и нормальное давления имеют то же направление, что и в точке О и изменяются по закону прямой линии DM.

Кроме того, полное давление на стену бункера в точке О можно определить аналитически, зная угол наклона стенки бункера

P_п Па,

а нормальные и касательные составляющие

Па,

где – угол наклона стенки к горизонту.

Шиберные затворы

Шиберные затворы имеют вид плоской задвижки, перемещающиеся в пазах, расположенных по сторонам прямоугольного выпускного отверстия. Приводятся в действие ручным рычажным одно- или двух- реечным механизмом с помощью механического привода или гидропневмоцилиндров. Затворы этого типа применяются для бункеров, работающих на хорошо сыпучих материалах.

Схема затвора с механическим приводом представлена на рис. 3.1. Для затворов больших размеров и воспринимающих большие нагрузки вместо направляющих скольжения применяют роликовые опоры.

Расчет шиберных затворов сводится к определению усилия, необходимого для открытия шибера затвора, которое наибольшее в начальный момент трогания с места.

При открывании затвора по направляющим скольжения действуют следующие силы сопротивления (рис. 3.2).

Усилие открывания определяется

Р = (Р ₁+ Р ₂) ^. К ₃.

Учитывая, что Р ₁= Р_у ^.а ^.в ^.f ₁и Р ₂= (Р_у ^.а ^.в + m _ш ^. q)^. f ₂, получим

Р = [ Р_у ^.а ^.в ^. f ₁+ (Р_у^. а ^.в + m_ш ^. q) ^. f ₂] ^. K ₃,

Рис. 3.1. Схема шиберного затвора

1 – металлоконструкция; 2 – опорный ролик; 3 – шибер;

4 – рейка; 5 – вал; 6 - зубчатое колесо

Рис. 3.2. Схема действия сил на шибер

Р ₁ – сила сопротивления от трения материала по шиберу;

Р ₂ – сила сопротивления в направляющих шибера

где m_ш – масса шибера, кг;

f ₁ и f ₂ – коэффициенты трения материала по шиберу и шибера по направляющим;

q – ускорение силы тяжести;

Р_у – вертикальное давление, действующее на затвор, Па;

К ₃ – коэффициент запаса, учитывающий возможность перекоса и заедания затвора, К ₃= 1,25-1,5.

При движении шибера по направляющим качения усилие открывания (рис. 3.3.)

Р = (Р ₁+ Р ₃+ Р ₄ ^.) ^. К ₃,

где Р ₃ – сопротивление качению шибера по ролику,

Р ₃= Р ^.а ^.в ^.К,

где К = 0,01–0,012 – коэффициент сопротивления качению стали по стали;

Р ₄ – сопротивление трения в оси ролика, которое определяется

Р ₄= (Р_у ^.а ^.в + m_ш ^. q) ^. f ₃,

где f ₃ – коэффициент трения в оси ролика;

d – диаметр оси, м;

D – диаметр ролика, м.

Скорость открывания затвора

где t – время перемещения затвора в крайнее положение, с.

Мощность, затрачиваемая на перемещение затвора

Вт

Рис. 3.3. Схема действия сил на ролик

Секторные затворы

Секторные затворы делятся на односекторные и двухсекторные (челюстные). Простой секторный затвор (рис. 3.4, а) представляет собой сектор 1, вращающийся на пальцах, закрепленных на боковых стенках корпуса 2, который имеет квадратное сечение и крепится к отверстию бункера. Управляется с помощью гидравлических или пневматических цилиндров 3, а также механической передачей. Такие затворы применяются преимущественно в бункерах для хорошо сыпучих материалов с мелкими и средними кусками.

Челюстной затвор состоит из двух секторов или челюстей 1 (рис. 3.4, б), которые соединены между собой зубчатыми секторами 2, находящимися в зацеплении. Обе челюсти открываются и закрываются одновременно. Челюстные затворы лучше приспособлены для частых открываний и закрываний бункеров и регулирования подачи материала.

При расчете секторного или челюстного затвора учитывается, что наибольший момент необходимо приложить в начале открывания затвора. Суммарный момент сопротивления складывается из потерь на трение в цапфах или подвесках М ₁ и от трения материала о сектор М ₂.

Рис. 3.4. Схема затворов: а – секторный, б – челюстной

М = М ₁+ М ₂.

Момент М ₁= F ₁ ^.= (Р_у ^.а ^.в + m _c ^. q) ^. f _ц ^.Н^.м,

где F ₁ – сила трения в цапфе, Н;

Р _у – давление, действующее на затвор, Па;

m_c – масса сектора, кг;

f_ц – коэффициент трения в цапфе;

d_ц – диаметр цапфы, м;

а и в – размеры выпускного отверстия, м.

Момент

М ₂= F ₂ ^. R = Р_у ^.а ^.в ^.f ₁ ^. R,

где F ₂– сила трения материала о сектор, Н;

f ₁– коэффициент трения материала о сектор;

R – радиус вращения сектора, м.

Усилие, необходимое для открывания секторного затвора

Р = М / R Н.

Лотковые затворы

Применяются для различных по крупности материалов, из-за чего они нашли широкое применение. Рабочим органом лоткового затвора является шарнирно закрепленный под выпускным отверстием лоток (рис. 3.6). При закрытом положении затвора лоток 1 находится в горизонтальном положении. При перемещении лотка относительно шарнира О на угол больший угла естественного откоса материала, последний скользит по дну лотка и удаляется из бункера. Кроме этого с увеличением угла наклона лотка соответственно увеличивается скорость движения материала и его производительность. Подъем и опускание лотка осуществляется с помощью пневмо или гидроцилиндра, связанных с проушиной 2. Для уменьшения нагрузок на привод в затворе имеется противовес 3.