К вопросу конструирования смесителя непрерывного действия
ART 86779
В.
В. КоноваловБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Коновалов
В.
В.,
Сарафанкина
Е.
И.,
Коновалов
В.
В. К вопросу конструирования смесителя непрерывного действия // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2016. – Т. 11. – С.
3706–3710. – URL:
http://e-koncept.ru/2016/86779.htm.
Аннотация. Дано описание горизонтального смесителя непрерывного действия с комбинированным рабочим органом, представлены результаты экспериментальных исследований по влиянию частоты вращения комбинированной мешалки и числа ее лопастей на величину затрачиваемой мощности. Рассмотрены вопросы работоспособности смесителя.
Ключевые слова:
смеситель непрерывного действия, частота вращения мешалки, количество лопастей, мощность
Текст статьи
Коновалов ВикторВладимирович,аспирант ФГОУ ВО «Пензенская ГСХА»
Сарафанкина Елена Ивановна, магистр ФГОУ ВО «ПензГТУ»
Коновалов Владимир Викторович, д.т.н., профессор ФГОУ ВО «ПензГТУ»
К вопросу конструированиясмесителя непрерывногодействия
Аннотация.Дано описание горизонтального смесителя непрерывного действия с комбинированным рабочим органом, представлены результаты экспериментальных исследований по влиянию частоты вращения комбинированной мешалки и числа ее лопастей на величину затрачиваемой мощности. Рассмотрены вопросы работоспособности смесителя.Ключевые слова: Смеситель непрерывного действия, частота вращения мешалки, количество лопастей, мощность.
Существующее развитие средств производства основано на использованиикомпозитных материалов в разных сферах деятельности. В процессе производствакомпозита осуществляется дозирование исходных компонентов и их последующее смешивание[14].С целью получениясмесей в промышленности широко используются экструдеры,шнековые прессы [5…7]и разнообразные смесители[8…10].При изготовлении смесителей, в соответствии с техническим заданием, предусматривается соблюдение показателей прочности, жесткости и твердости элементов разрабатываемой конструкции, а так же вибростойкость,как всей конструкции, так и ее элементов [11…13]. Согласно ГОСТ 12.1.01290 вибрационная безопасность труда должна обеспечиваться: системой технических, технологических и организационных решений и мероприятий по созданию машин и оборудования с низкой вибрационной активностью;
системой проектных и технологических решений производственных процессов и элементов производственной среды, снижающих вибрационную нагрузку на оператора;
системой организации труда и профилактических мероприятий на предприятиях, ослабляющих неблагоприятное воздействие вибрации на человекаоператора.При проектировании технологических процессов и производственных зданий и сооружений должны быть: выбраны машины с наименьшей вибрацией; зафиксированы рабочие места (зоны), на которых работающие могут подвергаться воздействию вибрации; определены требования вибробезопасности по санитарным нормам с учетом временных ограничений воздействия вибрации, заложенных в технологический процесс и зафиксированных в проектной документации; разработаны схемы размещения машин с учетом создания минимальных уровней вибрации на рабочих местах; произведена и указана в проектнотехнологической документации оценка ожидаемой вибрационной нагрузки на оператора. выбраны строительные решения оснований и перекрытий, обеспечивающие выполнение требований вибрационной безопасности труда; выбраны и рассчитаны необходимые средства виброзащиты для машин или рабочих мест, обеспечивающие вместе со строительными решениями выполнение требований вибробезопасности труда.[14] .Показатели прочностнойработоспособности конструкции смесителей находятрасчетным способом, знаячисловые значенияпараметровпривода (мощность потребляемая, угловая скорость вращениярабочего органа и др.), то в результате вибрационных воздействий (резонанс, внешние гармонические нагрузки) возникают условия, которые могут вывести смеситель из строявследствиеусталостногоразрушенияматериалови наличию повышенной фреттинг коррозии в местах соединения деталей и резьбовых соединений [15,16]. Другой сложностью при эксплуатациирезьбовых соединений является их отвертывание под действием знакопеременной нагрузкиивибрации [17]. Отсюдавозникают проблемы с гарантированнымсоблюдением условий затяжки и возможности применения средств механизации данной операции у всех имеющихся аналогичных соединений [18,19].Конструкция разрабатываемогосмесителя должнаучитывать указанные недостатки. Для определения мощностных нагрузок был разработан и изготовлен опытный образец(рисунок 1) смесителянепрерывного действия [20], а так же проведены замеры мощности, затрачиваемой на его привод.
Рисунок 1 –Смеситель с комбинированным рабочим органом:1 выгрузной лоток; 2кожух; 3 –загрузная горловина; 4 –рабочий орган; 5 –привод
Корпус смесителя выполнен как горизонтальный цилиндрический кожух 2с загрузной горловиной3и выгрузным лотком 1. Внутри кожуха на подшипниковых опорах размещен горизонтальный вал с приводом от электродвигателя через клиноременную передачу5. На валу располагается сменныйкомбинированный рабочий орган 4, состоящийиз трубы с крепящейся к ней прутковой Побразной лопастной мешалкой, размещенной возле загрузной горловины3, иустановленного следомпруткового двухзаходного спиральновинтового конвейера. Ингредиенты смеси, загружаютсянепрерывным потоком из дозаторов в смеситель через загрузную горловину3. Ониперемешиваются прутковыми лопастями Побразной мешалки. По мере увеличения высоты слоя смесив районе загрузной горловины3, часть смесиссыпается под собственнымвесом и воздействием лопастейна спиральновинтовой прутковый конвейер. Конвейер транспортирует материал вдоль кожуха2к выгрузному лотку 1и дополнительно перемешивает его.Уровни варьирования факторов в процессе замеров мощности соответствовали: количество лопастей мешалкиZ–3; 4; 6 шт.; частота вращения валаn–110; 230; 350 мин1. Мощность замеряли прибором КИ50.В результате статистической обработки экспериментальных данных получено в зависимости от частоты вращения n и количества лопастейZ, уравнение регрессии затрачиваемой мощностипривода смесителя(рисунок.2), Вт:P=812,6077317,216Z+45,7691ZZ+ 2,067434n0,004361nn0,54484815Zn. КоэффициенткорреляцииR=0,95265. Коэффициент детерминации 90,755%. Данные F–теста 0,93931.
Рисунок 2–Влияние частоты вращения n (мин1) и количества лопастей
Z(шт.) на величину затрачиваемой мощности Р (Вт)
Таким образом, осуществленные замеры мощности привода смесителя и полученное уравнение регрессии позволяют установить величину затрачиваемой мощности, и при конкретной частоте вращения мешалки осуществить по известным методикам силовой и прочностной расчет как элементов смесителя, так и его привода.
Ссылки на источники1 Бормотов, А.Н. Математическое моделирование структуры композитов в виде рациональных функций по краевым точкам области планирования/ А.Н.Бормотов, И.А.Прошин, С.В. Тюрденева // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2013.
№12(16). С. 272280.2 Бормотов, А.Н. Многокритериальный синтез сверхтяжелого композита/ А.Н.Бормотов, И.А. Прошин // Вестник Брянского государственного технического университета. 2009.
№4. С. 2936.3 Бормотов, А.Н. Метод построения многофакторных нелинейных моделей на примере математического моделирования композитов специального назначения// А.Н.Бормотов, И.А. Прошин // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2013.
№12(16). С. 264271.4 Бормотов, А.Н. Многокритериальный синтез сверхтяжелого композита/ А.Н.Бормотов, И.А.Прошин, А.Ю.Кирсанов, Е.М. Бородин // Вестник Воронежского государственного технического университета.
2010. Т. 6.
№7. С. 98104.5 Новиков, В.В. Определение объемного расхода экструдата в зоне прессования одношнекового прессэкструдера/ В.В.Новиков, А.А. Курочкин, Г.В. Шабурова, Н.А. Харыбина, Д.Н. Азиаткин // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2011.
№1(75). С. 9194.6 Курочкин, А.А. Теоретическое обоснование термовакуумного эффекта в рабочем процессе модернизированного экструдера/ А.А. Курочкин, Г.В. Шабурова, Д.И. Фролов, П.К. Воронина // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2015.
№3. С. 1520.7 Коновалов, В.В. Определение подачи цилиндрического шнекового пресса/ Коновалов В.В., Новиков В.В., Беляев Д.В., Иноземцева Л.В. // Нива Поволжья. 2010.№2. С. 5156.8 Коновалов, В.В. Обоснование угла установки емкости и длительности перемешивания сухих смесей барабанным смесителем/ В.В. Коновалов, Н.В. Димитриев, С.А. Кшникаткин, А.В. Чупшев // Нива Поволжья. 2013.
№1(26). С. 4650.9 Чупшев, А.В. К обоснованию параметров быстроходного смесителя/ А.В.Чупшев,В.В.Коновалов, В.П. Терюшков, С.С. Петрова // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2008.
№3. С. 151154.10 Бородин, Е.М. Модернизация мешалки варочного котла с применением нормализованного концевого подшипника/ Е.М.Бородин, В.Ю.Зайцев, К.НБородина. // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2014.
№6(22). С. 200204.11 Зайцев, В.Ю. Конструкторскотехнологические решения создания псевдогомогенных структур изделий мехатроники/ В.Ю. Зайцев // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015.№2(24). С. 1722.12 Зайцев, В.Ю. Модели напряжённодеформированного состояния изделий мехатроники/ В.Ю. Зайцев // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2013.
№12(16). С. 209214.13 Зайцев, В.Ю. Конструкторскотехнологические методы защиты трубопроводов от поперечных, продольных и крутильных колебаний/ В.Ю. Зайцев, Е.М. Бородин // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015.
№2(24). С. 156162.14 ГОСТ 12.1.01290 Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования. –М.: Стандартинформ,1992. 36 с.15 Потемкин, А.Н. Усталостное разрушение материалов с позиции различных теорий/ А.Н. Потемкин, А.С. Викулов, Д.Е. Никитин // Научнометодический электронный журнал Концепт. 2015. Т. 13. С. 33113315.16 Потемкин, А.Н. Квопросу о повышении фреттингостойкости резьбовых соединений в условиях циклического нагружения./ А.Н. Потемкин, Н.Б. Романовская // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015.
№2(24). С. 122126.17 Потемкин, А.Н. Экспериментальные исследования влияния конструкторских и технологических факторов на качествоавтоматизированной сборки резьбовых соединений/ А.Н. Потемкин // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015.
№2(24). С. 126129.18 Потемкин, А.Н. К вопросу обеспечения точности и уменьшения разброса усилий затяжки групповых резьбовых соединений в условиях механизированной сборки/ А.Н. Потёмкин // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2013.
№6(10). С. 161166.19 Бородин, Е.М. Теоретическое и экспериментальное исследование точности затяжки резьбовых соединений пневматическим поршневым гайковертом/ Бородин Е.М., Бородина К.Н., Колганов Е.А. // Научнометодический электронный журнал Концепт. 2014. Т. 20. С. 16261630.20 Коновалов, В.В. Оптимизация конструктивнокинематических параметров смесителя сухих кормов с лопастноленточным рабочим органом/ В.В. Коновалов, В.П. Терюшков, А.В. Чупшев, В.В. Коновалов // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2013.
№3. С. 8388.
Сарафанкина Елена Ивановна, магистр ФГОУ ВО «ПензГТУ»
Коновалов Владимир Викторович, д.т.н., профессор ФГОУ ВО «ПензГТУ»
К вопросу конструированиясмесителя непрерывногодействия
Аннотация.Дано описание горизонтального смесителя непрерывного действия с комбинированным рабочим органом, представлены результаты экспериментальных исследований по влиянию частоты вращения комбинированной мешалки и числа ее лопастей на величину затрачиваемой мощности. Рассмотрены вопросы работоспособности смесителя.Ключевые слова: Смеситель непрерывного действия, частота вращения мешалки, количество лопастей, мощность.
Существующее развитие средств производства основано на использованиикомпозитных материалов в разных сферах деятельности. В процессе производствакомпозита осуществляется дозирование исходных компонентов и их последующее смешивание[14].С целью получениясмесей в промышленности широко используются экструдеры,шнековые прессы [5…7]и разнообразные смесители[8…10].При изготовлении смесителей, в соответствии с техническим заданием, предусматривается соблюдение показателей прочности, жесткости и твердости элементов разрабатываемой конструкции, а так же вибростойкость,как всей конструкции, так и ее элементов [11…13]. Согласно ГОСТ 12.1.01290 вибрационная безопасность труда должна обеспечиваться: системой технических, технологических и организационных решений и мероприятий по созданию машин и оборудования с низкой вибрационной активностью;
системой проектных и технологических решений производственных процессов и элементов производственной среды, снижающих вибрационную нагрузку на оператора;
системой организации труда и профилактических мероприятий на предприятиях, ослабляющих неблагоприятное воздействие вибрации на человекаоператора.При проектировании технологических процессов и производственных зданий и сооружений должны быть: выбраны машины с наименьшей вибрацией; зафиксированы рабочие места (зоны), на которых работающие могут подвергаться воздействию вибрации; определены требования вибробезопасности по санитарным нормам с учетом временных ограничений воздействия вибрации, заложенных в технологический процесс и зафиксированных в проектной документации; разработаны схемы размещения машин с учетом создания минимальных уровней вибрации на рабочих местах; произведена и указана в проектнотехнологической документации оценка ожидаемой вибрационной нагрузки на оператора. выбраны строительные решения оснований и перекрытий, обеспечивающие выполнение требований вибрационной безопасности труда; выбраны и рассчитаны необходимые средства виброзащиты для машин или рабочих мест, обеспечивающие вместе со строительными решениями выполнение требований вибробезопасности труда.[14] .Показатели прочностнойработоспособности конструкции смесителей находятрасчетным способом, знаячисловые значенияпараметровпривода (мощность потребляемая, угловая скорость вращениярабочего органа и др.), то в результате вибрационных воздействий (резонанс, внешние гармонические нагрузки) возникают условия, которые могут вывести смеситель из строявследствиеусталостногоразрушенияматериалови наличию повышенной фреттинг коррозии в местах соединения деталей и резьбовых соединений [15,16]. Другой сложностью при эксплуатациирезьбовых соединений является их отвертывание под действием знакопеременной нагрузкиивибрации [17]. Отсюдавозникают проблемы с гарантированнымсоблюдением условий затяжки и возможности применения средств механизации данной операции у всех имеющихся аналогичных соединений [18,19].Конструкция разрабатываемогосмесителя должнаучитывать указанные недостатки. Для определения мощностных нагрузок был разработан и изготовлен опытный образец(рисунок 1) смесителянепрерывного действия [20], а так же проведены замеры мощности, затрачиваемой на его привод.
Рисунок 1 –Смеситель с комбинированным рабочим органом:1 выгрузной лоток; 2кожух; 3 –загрузная горловина; 4 –рабочий орган; 5 –привод
Корпус смесителя выполнен как горизонтальный цилиндрический кожух 2с загрузной горловиной3и выгрузным лотком 1. Внутри кожуха на подшипниковых опорах размещен горизонтальный вал с приводом от электродвигателя через клиноременную передачу5. На валу располагается сменныйкомбинированный рабочий орган 4, состоящийиз трубы с крепящейся к ней прутковой Побразной лопастной мешалкой, размещенной возле загрузной горловины3, иустановленного следомпруткового двухзаходного спиральновинтового конвейера. Ингредиенты смеси, загружаютсянепрерывным потоком из дозаторов в смеситель через загрузную горловину3. Ониперемешиваются прутковыми лопастями Побразной мешалки. По мере увеличения высоты слоя смесив районе загрузной горловины3, часть смесиссыпается под собственнымвесом и воздействием лопастейна спиральновинтовой прутковый конвейер. Конвейер транспортирует материал вдоль кожуха2к выгрузному лотку 1и дополнительно перемешивает его.Уровни варьирования факторов в процессе замеров мощности соответствовали: количество лопастей мешалкиZ–3; 4; 6 шт.; частота вращения валаn–110; 230; 350 мин1. Мощность замеряли прибором КИ50.В результате статистической обработки экспериментальных данных получено в зависимости от частоты вращения n и количества лопастейZ, уравнение регрессии затрачиваемой мощностипривода смесителя(рисунок.2), Вт:P=812,6077317,216Z+45,7691ZZ+ 2,067434n0,004361nn0,54484815Zn. КоэффициенткорреляцииR=0,95265. Коэффициент детерминации 90,755%. Данные F–теста 0,93931.
Рисунок 2–Влияние частоты вращения n (мин1) и количества лопастей
Z(шт.) на величину затрачиваемой мощности Р (Вт)
Таким образом, осуществленные замеры мощности привода смесителя и полученное уравнение регрессии позволяют установить величину затрачиваемой мощности, и при конкретной частоте вращения мешалки осуществить по известным методикам силовой и прочностной расчет как элементов смесителя, так и его привода.
Ссылки на источники1 Бормотов, А.Н. Математическое моделирование структуры композитов в виде рациональных функций по краевым точкам области планирования/ А.Н.Бормотов, И.А.Прошин, С.В. Тюрденева // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2013.
№12(16). С. 272280.2 Бормотов, А.Н. Многокритериальный синтез сверхтяжелого композита/ А.Н.Бормотов, И.А. Прошин // Вестник Брянского государственного технического университета. 2009.
№4. С. 2936.3 Бормотов, А.Н. Метод построения многофакторных нелинейных моделей на примере математического моделирования композитов специального назначения// А.Н.Бормотов, И.А. Прошин // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2013.
№12(16). С. 264271.4 Бормотов, А.Н. Многокритериальный синтез сверхтяжелого композита/ А.Н.Бормотов, И.А.Прошин, А.Ю.Кирсанов, Е.М. Бородин // Вестник Воронежского государственного технического университета.
2010. Т. 6.
№7. С. 98104.5 Новиков, В.В. Определение объемного расхода экструдата в зоне прессования одношнекового прессэкструдера/ В.В.Новиков, А.А. Курочкин, Г.В. Шабурова, Н.А. Харыбина, Д.Н. Азиаткин // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2011.
№1(75). С. 9194.6 Курочкин, А.А. Теоретическое обоснование термовакуумного эффекта в рабочем процессе модернизированного экструдера/ А.А. Курочкин, Г.В. Шабурова, Д.И. Фролов, П.К. Воронина // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2015.
№3. С. 1520.7 Коновалов, В.В. Определение подачи цилиндрического шнекового пресса/ Коновалов В.В., Новиков В.В., Беляев Д.В., Иноземцева Л.В. // Нива Поволжья. 2010.№2. С. 5156.8 Коновалов, В.В. Обоснование угла установки емкости и длительности перемешивания сухих смесей барабанным смесителем/ В.В. Коновалов, Н.В. Димитриев, С.А. Кшникаткин, А.В. Чупшев // Нива Поволжья. 2013.
№1(26). С. 4650.9 Чупшев, А.В. К обоснованию параметров быстроходного смесителя/ А.В.Чупшев,В.В.Коновалов, В.П. Терюшков, С.С. Петрова // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2008.
№3. С. 151154.10 Бородин, Е.М. Модернизация мешалки варочного котла с применением нормализованного концевого подшипника/ Е.М.Бородин, В.Ю.Зайцев, К.НБородина. // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2014.
№6(22). С. 200204.11 Зайцев, В.Ю. Конструкторскотехнологические решения создания псевдогомогенных структур изделий мехатроники/ В.Ю. Зайцев // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015.№2(24). С. 1722.12 Зайцев, В.Ю. Модели напряжённодеформированного состояния изделий мехатроники/ В.Ю. Зайцев // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2013.
№12(16). С. 209214.13 Зайцев, В.Ю. Конструкторскотехнологические методы защиты трубопроводов от поперечных, продольных и крутильных колебаний/ В.Ю. Зайцев, Е.М. Бородин // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015.
№2(24). С. 156162.14 ГОСТ 12.1.01290 Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования. –М.: Стандартинформ,1992. 36 с.15 Потемкин, А.Н. Усталостное разрушение материалов с позиции различных теорий/ А.Н. Потемкин, А.С. Викулов, Д.Е. Никитин // Научнометодический электронный журнал Концепт. 2015. Т. 13. С. 33113315.16 Потемкин, А.Н. Квопросу о повышении фреттингостойкости резьбовых соединений в условиях циклического нагружения./ А.Н. Потемкин, Н.Б. Романовская // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015.
№2(24). С. 122126.17 Потемкин, А.Н. Экспериментальные исследования влияния конструкторских и технологических факторов на качествоавтоматизированной сборки резьбовых соединений/ А.Н. Потемкин // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015.
№2(24). С. 126129.18 Потемкин, А.Н. К вопросу обеспечения точности и уменьшения разброса усилий затяжки групповых резьбовых соединений в условиях механизированной сборки/ А.Н. Потёмкин // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2013.
№6(10). С. 161166.19 Бородин, Е.М. Теоретическое и экспериментальное исследование точности затяжки резьбовых соединений пневматическим поршневым гайковертом/ Бородин Е.М., Бородина К.Н., Колганов Е.А. // Научнометодический электронный журнал Концепт. 2014. Т. 20. С. 16261630.20 Коновалов, В.В. Оптимизация конструктивнокинематических параметров смесителя сухих кормов с лопастноленточным рабочим органом/ В.В. Коновалов, В.П. Терюшков, А.В. Чупшев, В.В. Коновалов // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2013.
№3. С. 8388.
