Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

1.4 Цель и задачи исследований

1. 4 Цель и задачи исследований

Целью исследований является повышение качества приготовления концен- трированных кормов оптимизацией конструктивно-технологических параметров горизонтального смесителя с ленточным шнеком.

В соответствии с целью исследований поставлены следующие основные за-

дачи:

- разработать конструктивно-технологическую схему горизонтального лен-

точного смесителя;

- провести теоретические исследования по обоснованию математических моделей, описывающих взаимодействие винтовой поверхности шнека смесителя с материалом, для обоснования его конструктивно-технологических параметров;

- провести экспериментальные исследования и получить математические модели рабочего процесса смесителя и обоснование оптимальных конструктивно- технологических параметров;

- оценить технико-экономическую эффективность работы смесителя.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ С ЛЕНТОЧНЫМ ШНЕКОМ

2. 1 Обоснование конструктивно-технологических параметров смесителя с ленточным шнеком

Равномерность смешивания различных компонентов комбикормов напря- мую зависит от конструктивных особенностей смесителей и режимов их работы. Поэтому от конструктивно-технологических параметров смесителя, принятых по результатам расчета, зависит эффективность организации процесса смешивания компонентов и возможность получения соответствующих зоотехническим требо- ваниям смесей. Основным недостатком горизонтальных смесителей является пло- хое смешивание компонентов в области вала смесителя. Выполним расчет рабо- чего органа смесителя в виде трех ленточных шнеков разного диаметра и шага. Причем ленты шнеков будут располагаться на валу таким образом, чтобы внеш- ний и внутренний шнеки перемещали материал к центру смесителя, а средний – к торцам камеры смешивания (рис. 2. 1 и 4. 2). Для эффективного смешивания ком- понентов необходимо, чтобы количество материала, перемещаемого внешним и внутренним ленточными шнеками, было равно количеству материала, переме- щаемого средним шнеком [71, 64].

Рисунок 2. 1 - Схема к расчету шнека

Согласно технического задания на изготовление смесителя, способного смешивать компоненты общей массой 1 тонна, и оптимального соотношения дли- ны и ширины камеры смешивания задаем внешний диаметр внешнего шнека сме- сителя равный D₁ = 1 м и длину камеры смешивания 1, 8 м. Диаметр среднего D₂ и внутреннего D₃ шнеков принимаем из условия равномерного перемещения мате- риала без образования застойных зон и его эффективного перемешивания D₂ = 0, 75 м, D₃ = 0, 4 м [71]. Количество циклов, необходимых для получения ка- чественной смеси, зададим равным N = 3 (под циклом понимают перемещение одним ленточным шнеком всего количества находящегося в камере смешивания материала, т. е. в нашем случае мы принимаем, что для получения соответствую- щей зоотехническим требованиям смеси нам достаточно трижды переместить весь объем смеси либо одним средним шнеком либо внешним и внутренним в сумме). За время смешивания приняли t = 5 минут [33, 34]. Исходя из этих усло- вий, определили шаг каждого шнека и мощность, необходимую на его привод [17, 71, 86].

Масса смеси за один рабочий цикл составила

𝑀 = 𝑉 ∙ 𝛾,

(2. 1)

где 𝑀 - масса смеси, т; 𝛾 – насыпная плотность материала, т/м³. Объем камеры смешивания определили по формуле

𝜋 𝐷 ² 𝑉 = ∙ 𝑙, 4

(2. 2)

где D – диаметр наружной кромки шнека, м; 𝑙 - длина смесителя, м.

Количество перемещаемого материала одним ленточным шнеком за один рабочий цикл смесителя

𝑀 𝑄 = 𝑁 ∙ ∙ 60 ∙ 𝜒 ₁, 𝑡

(2. 3)

где Q – количество перемещаемого материала одним ленточным шнеком за один рабочий цикл, т/ч; 𝑁 - количество циклов перемещения материала шнеком за один рабочий цикл; 𝑡 – время смешивания (один рабочий цикл), мин; 𝜒 ₁ - коэф- фициент загрузки смесителя.

Определили скорость осевого перемещения материала υ, м/с

𝑄 𝑢 = , 900𝜋 (𝐷 ² − 𝑑 ²)𝜓 𝛾 𝑐 ₀

(2. 4)

где d – диаметр внутренней кромки шнека, м; 𝜓 - коэффициент заполнения межвиткового пространства; с₀ – коэффициент, учитывающий просачивание ма- териала между корпусом, материалом и винтовой поверхностью.

Коэффициент заполнения межвиткового пространства не должен превы- шать коэффициента загрузочной способности транспортера

𝜓 = 𝜓 1𝜓 2,

(2. 5)

где ψ ₁ - коэффициент, учитывающий число оборотов шнека; ψ ₂ - коэффи- циент, учитывающий угол наклона шнека.

Коэффициенты загрузочной способности винтового транспортера опреде- лили по следующим эмпирическим формулам:

𝜓 ₁ = 1 − 0, 0006 ∙ 𝑛;	(2. 6)
𝜓 ₂ = 1 − 0, 0005 ∙ 𝛽,	(2. 7)

где n – число оборотов винта в минуту; 𝛽 - угол наклона оси винта к гори- зонту, град.

Предполагается, что движение груза будет равномерным и подчинено зако- номерностям движения материальной точки.

Рисунок 2. 2 - Схема разложения скоростей на составляющие Рассчитали шаг винта шнека S, м

60𝑢 𝑆 = . 𝑛

(2. 8)

Вычислили угловую скорость шнека ω, с^-1

𝜋 𝑛 𝜔 = . 30

(2. 9)

Рассчитали угол поворота слоя материала в сторону вращения шнека

𝜑 ^′ = 𝑎 𝑟 𝑐 𝑡 𝑔 � 𝑓 2 ∙ 𝑡 𝑔 (𝛼 + 𝜌 1)�,

(2. 10)

где 𝑓 ₂ – коэффициент трения материала о стальную поверхность корпуса при движении; 𝛼 - угол подъема винтовой нитки шнека по наружной кромке;

𝜌 ₁- угол трения материала о стальную поверхность шнека при движении.

𝑆 𝛼 = 𝑎 𝑟 𝑐 𝑡 𝑔 � �, 𝜋 𝐷	(2. 11)
𝜌 ₁ = 𝑎 𝑟 𝑐 𝑡 𝑔 𝑓 ₁,	(2. 12)

где 𝑓 ₁- коэффициент трения материала о стальную поверхность шнека при движении.

При работе смесителя мощность, подаваемая на вал шнека затрачивается на:

- преодоление сил инерции, возникающих при изменении скорости движе- ния материала (в момент загрузки) от 0 до 𝑢 м/с;

- преодоление силы трения материала о внутреннюю поверхность камеры смешивания и о винтовую поверхность шнека;

- перемещение материала вдоль оси винта [20, 71].

Определили мощность на преодоление сил инерции, возникающих при из- менении скорости от 0 до 𝑢 м/с

𝑄 𝑢 ² 𝑊 1 = 270𝑔,

(2. 13)

где 𝑔 - ускорение свободного падения, м/с.

Мощность на преодоление трения материала о внутреннюю поверхность камеры смешивания нашли по формуле:

𝐹 𝑘 ∙ 𝑢 𝑊 2 = 750,	(2. 14)
𝐹 𝑘 = 𝑓 2 ∙ (𝑃 𝑐 + 𝐺 ∙ cos 𝛽 ∙ cos 𝜑 ^′ ),	(2. 15)
𝐺 ∙ 𝜔 ² ∙ 𝐷 0 𝑃 = ² , ^𝑐 2 ∙ 𝑔	(2. 16)
𝐺 = 𝑀 ∙ 𝑔,	(2. 17)

где 𝐹 𝑘 – сила трения материала о внутреннюю поверхность стенок смесите- ля, Н; 𝐺 - вес материала, Н; 𝜔 ₂ - угловая скорость смешиваемого материала, с^-1; D₀ – диаметр окружности, проходящей через центр давления материала на по- верхность шнека, м; 𝑃 𝑐 - центробежная сила, Н.

Рассчитали мощность, расходуемую на перемещение материала вдоль оси

шнека и на преодоление трения материала о винтовую поверхность,

𝑃 ^′ ∙ 𝐷 0 ∙ (𝜔 − 𝜔 2) 𝑃 ^{′ ′} ∙ 𝐷 ∙ (𝜔 − 𝜔 2)

𝑊 = 0 + 0 , (2. 18)

³ 1500

𝑃 ^′ = 𝐺 ∙ 𝑠 𝑖 𝑛 𝛽 ∙ 𝑡 𝑔 (𝛼 0 + 𝜌 1), (2. 19)

𝑃 ^{′ ′} = 𝐹 𝑘 ∙ 𝑠 𝑖 𝑛 𝜃 ∙ 𝑡 𝑔 (𝛼 0 + 𝜌 1),	(2. 20)
𝑆 𝛼 0 = 𝑎 𝑟 𝑐 𝑡 𝑔 � 𝜋 𝐷 �,	(2. 21)

где 𝑃 ^′ - движущая сила, касательная к окружности, проходящей через центр давления материала, Н; 𝑃 ^{′ ′} - окружная сила на наружной кромке винта шнека, Н;

𝛽 - угол наклона оси шнека к горизонту, град; 𝜃 - угол подъема винтовой линии, по которой движется материальная точка, град; 𝛼 ₀ - угол подъема винтовой ли- нии, проходящей через центр давления материала на поверхность шнека, град.

Мощность на валу для каждого шнека определили по формуле

(𝑊 1 + 𝑊 2 + 𝑊 3) ∙ 𝑘 𝑜 𝑊 𝑜 = 𝜂 , п

(2. 22)

где 𝑘 𝑜 - коэффициент, учитывающий защемление и дробление груза;

𝜂 п - к. п. д. подшипников вала шнека.

Рассчитали общую мощность на валу шнека

𝑊 ш = 𝑊 𝑜 1 + 𝑊 𝑜 2 + 𝑊 𝑜 3 ,

(2. 23)

где 𝑊 𝑜 1, 𝑊 𝑜 2, 𝑊 𝑜 3 - мощность, необходимая на привод каждого шнека. Мощность, потребляемая электродвигателем, определили по формуле

𝑊 ш 𝑊 дв = 𝜂 , пр	(2. 24)
𝜂 пр = 𝜂 рем ∙ 𝜂 ред ∙ 𝜂 цеп,	(2. 25)

где 𝜂 пр – к. п. д. привода; 𝜂 рем - к. п. д. ременной передачи; 𝜂 ред - к. п. д. редук- тора; 𝜂 цеп - к. п. д. цепной передачи.

Для расчета принимаем: удельный вес зерновой дерти 𝛾 = 0, 7 т/ч; число

𝜋 = 3, 14; диаметр внешнего шнека D₁ = 1 м; диаметр среднего шнека D₂ = 0, 75 м;

диаметр внутреннего шнека D₃ = 0, 4 м; диаметры внутренних кромок шнеков: внешнего d₁ = 0, 95 м; среднего d₂ = 0, 7 м; внутреннего d₃ = 0, 35 м; длина вала шнека смесителя 𝑙 = 1, 8 м [71]; время, за которое необходимо получить качест- венную смесь t = 5 мин; количество циклов, которое позволит перемешать мате- риал с качеством, соответствующим зоотехническим требованиям, N = 3; для го- ризонтального смесителя коэффициент загрузки составляет 𝜒 ₁ = 0, 75; частота вращения вала шнека n = 25 мин^-1; угол наклона оси вала смесителя к горизонту

𝛽 = 0^о; коэффициент, учитывающий просачивание материала между корпусом, материалом и винтовой поверхностью С_о = 0, 9; коэффициент трения материала о стальную поверхность шнека при движении 𝑓 ₁ = 0, 44 [49, 50]; коэффициент тре- ния материала о стальную поверхность корпуса при движении 𝑓 ₂ = 0, 44 [37, 49, 50]; угол подъема винтовой линии, по которой движется материальная точка для

горизонтального шнека без вращения материала вокруг вала смесителя 𝜃 = 90^о; угловая скорость вращения материала вокруг оси вала шнеков 𝜔 ₂ = 0 с^-1; коэф- фициент, учитывающий защемление и дробление груза 𝑘 𝑜 = 1, 25 для внешнего шнека, 𝑘 𝑜 = 1, 0 для среднего и внутреннего шнеков; коэффициент заполнения межвиткового пространства: для внешнего шнека ψ = 0, 7, для среднего и внут- реннего ψ = 1 [71]; коэффициент полезного действия для: подшипников 𝜂 п = 0, 98; ременной передачи 𝜂 рем = 0, 97; редуктора 𝜂 ред = 0, 97; цепной передачи 𝜂 цеп = 0, 94 [71].

На основании проведенных расчетов по формулам 2. 1…2. 25 и условий эф- фективного смешивания компонентов комбикормов принимаем величину шага: внешнего шнека S₁ = 0, 3 м; среднего шнека S₂ = 0, 4 м; внутреннего шнека S₃ = 0, 75 м. На привод вала комбинированного ленточного шнека необходимо ус- тановить двигатель мощностью 𝑊 дв = 11, 5 кВт. Общий вид шнека приведен на рисунке 2. 3 [71].

Рисунок 2. 3 – Общий вид шнека

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒

Воспользуйтесь поиском по сайту: