К расчету конструкции смесителя

Библиографическое описание статьи для цитирования:
Коновалов В. В., Фомин А. С. К расчету конструкции смесителя // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2016. – Т. 15. – С. 736–740. – URL: http://e-koncept.ru/2016/96059.htm.
Аннотация. Дано описание спирально-винтового смесителя-конвейера сухого материала, представлены результаты экспериментальных исследований по влиянию частоты вращения рабочего органа и диаметра стержня спирали на величину затрачиваемой мощности. Рассмотрены вопросы работоспособности смесителя.
Комментарии
Нет комментариев
Оставить комментарий
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.
Текст статьи
ФоминАртем Сергеевич,аспирант ФГОУ ВО «Пензенская ГСХА»

Коновалов Владимир Викторович,

д.т.н., профессор ФГОУ ВО «ПензГТУ»

К расчету конструкции смесителя

Аннотация.Дано описание спиральновинтового смесителяконвейера сухого материала, представлены результаты экспериментальных исследований по влиянию частоты вращения рабочего органа и диаметра стержня спиралина величину затрачиваемой мощности. Рассмотрены вопросы работоспособности смесителя.Ключевые слова:Смеситель сухих материалов,частота вращения мешалки, спираль, мощность

Развитие страны связано с готовностью промышленности к пятому технологическому укладу. Это требует кроме развития технических и технологических аспектов, внедрения систем искусственного интеллекта, еще и широкое применение специализированных композитных материалов в самых различных направлениях деятельности человека. При получения композита одной из обязательных исходных операций является образование смесей [14]. Для приготовления смесейисходных компонентовиспользуются разнообразныешнековые прессы и экструдеры [5…7], а также смесители непрерывного и периодического принципа действия [8…10].При изготовлении изделий машиностроения следует закладывать условия их работоспособности. Работоспособность деталеймашин зависит от их прочности, жесткости, устойчивости сжатых стержнеобразных элементов, износостойкости, вибрационной устойчивости. Она также зависит от сохранения рекомендуемыхзазоров и натягов в сопряженияхповерхностей, возникновениянеисправностей вотдельных деталях машины, когда изменяются размеры или форма деталей, их взаиморасположение, качество поверхности, свойства металла. [11…13].с целью эффективного использования материалов следует использовать минимально достаточный коэффициент запаса при расчете элементов конструкции. В то же время сама конструкция должна отвечать требованиям надлежащей жесткости. Для уменьшения износа трущихся поверхностей деталей, последние должны иметь необходимую твердость. Уменьшение массы элементов конструкции кроме положительных моментов, связано и с отрицательными аспектами. Так уменьшение массы изделия увеличивает его собственную частоту колебаний. В следствиеэтого имеются угроза резонансного разрушенияэлементов конструкции. Поэтому к технологическим машинам предъявляются требования по вибростойкости и отсутствию повышенного уровня шума и вибрации, воздействующей на оператора [11…13].Обеспечение работоспособности смесителей с позиции прочности его деталей и элементов конструкции, можно определить расчетным способом при известных параметрах привода (затрачиваемая мощность, частота вращения рабочего органа и др. производные показатели). Но, при нерегламентированной (нештатной) работе смесителя, вследствие многократного увеличения расчетных нагрузок и напряжения, возникают условия, которые могут привести, не смотря на предусмотренные в его конструкции механические и электрические элементы защиты, к серьезной поломке, дорогостоящему ремонту и простою данного технологического оборудования. Особое беспокойство обычно вызывают детали узла разборного устройства смесительной камеры и элементы конструкции рабочего органа смесителя.К характерным особенностям работысмесительных машин можно отнести значительные вибрационные и знакопеременные нагрузки, ведущиек развитию усталостных трещин ипреждевременному разрушению деталей [14]. В местах контакта поверхностей, даже не совершающих взаимное движение, возможно так же наличие фреттингкоррозии,что тоже ведет к нарушению качества поверхностей иразрушению деталей, и последующемувыходу данного технологического оборудования из строя. При этом фреттингкоррозия может развиваться на посадочных поверхностях ступиц разнообразных вращающихся деталей.[15].Взаимодействие поверхностей с абразивным материалом приводит к интенсивному износу поверхности. В связи с этим рабочие элементы рабочих органов должны иметь возможность быстрой замены. Потребность регулярной очистки рабочих органов для соблюдения норм гигиены так же требует быстрого проведения операций сборкиразборки. Это требует использования разъемных соединений. Самым распространенным видом является резьбовые соединения. Особенностью их использования является нежелательные внецентренные нагрузки и потребностьстрого нормированной затяжки [16,17]. Несоблюдение данного требования может привести, и зачастую приводит, к перегрузке резьбового соединения, перекосам, деформации, поломке закрепляемых деталей, разрушению прокладок, нарушению плотности и герметичности стыка сопрягаемых деталей. Такие нарушения нормальной работоспособности резьбовых соединений могут встречаться как непосредственно в процессе сборки, так и при эксплуатации резьбовых соединений.При ежесменном обслуживании смесителя возникают проблемы с соблюдением требуемого уровня затяжки резьбовых соединений. [16, 18].При расчете и конструировании смесителя следует учитывать указанные недостатки. Особенностью разрабатываемого смесителя (рисунок 1) является [19, 20] использование смесителя как устройства для перемешивания компонентов смеси, а так же как конвейера для транспортировки материала.Смеситель представляет собой спиральновинтовой шнек (конвейер), состоящий из кожуха 2, загрузочной воронки 3, привода 4, рабочего органа 5, выполненного из электродвигателя и клиноременной передачи. Внутри кожуха на подшипниках установлен рабочий орган, представляющий собой вал с крепящейся к нему на лопастях винтовой спиралью из металлического прутка. Длина кожуха шнека составляет 2,3 метра.Компоненты смеси непрерывным потоком поступают в загрузочную воронку 3смешивающего шнека непрерывного действия (транспортерсмеситель). Поступающие компоненты смеси захватывается спиралью 5однозаходного шнека и разгоняются в направлении зоны транспортировки, где интенсифицируется перемешивание компонентов смеси за счет воздействия на нее прутковой спирали 5и плоских лопастей 7. При поступлении смеси в зону выгрузного лотка 1осуществляетсякак ее самопроизвольная выгрузка, так и принудительная выгрузка за счет воздействия радиальных лопастей отбойного диска 6.Ввиду необходимости обеспечения качественных показателей работы смесителя производились соответствующие исследования [19,20]. Кроме того осуществлялся замер мощности привода при различном диаметре прутка спирали (d: 5,0, 6,5, 8,0 мм) и разной частоте вращения спирали рабочего органа (n: 300, 360, 420 мин1). Частота вращения изменялась частотным преобразователем АБВ. Диаметр прутка спирали обеспечивался заменой изготовленных спиральных рабочих органовмешалок (рисунок 2). Замеры мощности осуществлялись прибором КИ50. а) б)Рисунок 1 –Общий вид (а) и схема (б) смесителяконвейера сухих материалов:1 –выгрузной лоток; 2 –кожух; 3 –загрузочная воронка; 4 –привод; 5 –рабочий орган, 6 –радиальная лопасть отбойного диска, 7 –лопасть

Рисунок 2 –Сменные рабочие органы –спирали мешалки

Рисунок 2–Влияние диаметра d (мм) прутка спирали и частоты вращения n (мин1) на величину затрачиваемой мощности Р (Вт)В результате обработки статистических данных получено уравнение регрессии затрачиваемой мощности (рисунок 3), Вт:

P=991,342211,8023d1,28508n+0,0463073dn+15,2849dd+0,0017727nn,где d–диаметр прутка спирали, мм; n частота вращения спирали, (мин1).Коэффициент корреляции R=0,96658. Коэффициент детерминации 93,428%. Данные F–теста 0,953985..Меньшая затрачиваемая мощность соответствует диаметру прутка спирали 6,5 мм независимо от частоты вращения рабочего органа. Зная частоту вращения рабочего органа, обеспечивающую надлежащее технологическое качество смеси, возможен прочностной расчет элементов смесителя.Таким образом, произведенныезамеры мощности и выявленноеуравнение регрессии позволяют определитьвеличину затратмощности смесителем, а так же дляконкретной частоты вращения спирали рабочего органа произвести силовой и прочностной расчет смесителяи его приводапо известным методикам.

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 цилиндрическогошнекового 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.Н Бородина. // 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. 156162.14Потемкин, А.Н. Усталостное разрушение материалов с позиции различных теорий/ А.Н. Потемкин, А.С. Викулов, Д.Е. Никитин // Научнометодический электронный журналКонцепт. 2015. Т. 13. С. 33113315.15 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. 122126.16Потемкин, А.Н. Экспериментальные исследования влияния конструкторских и технологических факторов на качество автоматизированной сборки резьбовых соединений/ А.Н. Потемкин // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015.

№2(24). С. 126129.17Потемкин, 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. 161166.18Бородин, 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. 16261630.19 Коновалов, В.В. Аналитическое определение производительности винтового смесителяконвейера. / Коновалов В.В., Фомин А.С., Терюшков В.П., Чупшев А.В. // Нива Поволжья. 2014.

№1(30). С. 6370.20 Коновалов, В.В. Обоснование параметров винтовогосмесителяконвейера/ В.В. Коновалов, А.С. Фомин // Научнометодический электронный журнал Концепт. 2014. Т. 20. С. 10511055.