Транспортирующие устройства с винтовыми рабочими органами

14.09.2015

Исследованиями работы транспортирующих устройств с винтовыми рабочими органами (шнеками) в 70е годы занимались ученые В.Г. Иванов, Е.И. Резник, В.И. Прилепский, Н.Ф. Пикуза, Н.Н. Ульрих, С.К. Янчин и др. Например, В.Г. Иванов производил исследования процесса перемещения зерна (пшеница, овес) шнеком посредством скоростной киносъемки (труды ВИМ, т.32, М. 1963 г.) Установка была выполнена в виде наклонного шнека (α = 21°) длиной 2,2 м с диаметром шнека 120 мм и соотношением S/D =1,1, кожух шнека - труба, с зазором 10 мм, частота вращения - переменная в диапазоне 100...950 об/мин., коэффициент заполнения кожуха ψ - переменный, но не более 0,4.
Опытами было установлено, что при n = 100-150 об/мин. основная масса зерна перемещается нижней частью винтовой поверхности вращающегося шнека, а некоторая часть перебрасывается через завитковое пространство (через вал шнека). При этом левая (восходящая) и правая сбрасывающая ветви винта работают по разному.
При n = 474 об/мин. зерно перемещается шнеком по его спирали под углом 13...16° выше нормали слева и под углом = 30° ниже нормали справа. Таким образом, перемещаемая шнеком масса зерна движется по своеобразной спирали и с отставанием от шнека, т.е. Kv = Sзурна/Sшн. = 0,82.
При n = 950 об/мин. увеличивается вращение материала в кожухе шнека и части материала - в завитковом пространстве (Kv=0,6). По этой причине у быстроходных шнеков зазор между кожухом и шнеком должен быть минимальным (10...12 мм). При данной частоте вращения имеет место явление микроударов, т.е. винтовая поверхность в момент времени t сообщает зерну импульс, равный Pt.
Ho Pt = m1*v1 = m2*v2, т.е. импульс шнека и импульс, сообщаемый зерну, должны соответствовать друг другу по величине. Так как масса зерна при коэффициенте заполнения ψ = 0,4...0,7 меньше массы шнека, а количество движения соударяемых тел одинаково, то скорость зерна v2 в момент воздействия будет больше скорости винта v1 и возможен микроотрыв частиц от рабочего органа. Опытным путем было установлено, что явление удара и микроотрыв зерна от винтовой поверхности шнека возможны при v ≥ 2,0 м/с.
Исследованиями Е.И.Резника («Анализ транспортирующей способности горизонтального винтового конвейера», НТБ по электрификации с/х, 1(7), ВИЭСХ, М, 1969 г.) было установлено, что в зоне загрузки сыпучий материал полностью заполняет межвитковый объем тихоходного шнека и под действием вращающейся винтовой поверхности получает «сложное поступательное и вращательное движение», а Vфакт. < Vрасч.= S*n/60. При этом частицы материала частично перебрасываются через вал шнека.
Предложена формула для расчета высоты перебрасывания частиц:

Транспортирующие устройства с винтовыми рабочими органами

где g - ускорение силы тяжести; S- шаг винтовой линии шнека; n -частота вращения шнека; f1 - коэффициент трения материала о шнек; α - угол наклона (подъема) винтовой линии шнека.
На этом основании автором был сделан вывод о том, что «...там, где угол наклона элементарных площадок к горизонту меньше угла трения материала о шнек, он (материал) скользить не может и перебрасывается через вал шнека.» Исследованиями было установлено также, что с увеличением расстояния транспортирования материала его внутренние и внешние слои непрерывно перемешиваются с постепенным уменьшением (для хорошо сыпучих материалов) или увеличением (например, для влажного корма) коэффициента заполнения кожуха.
Вывод об отставании осевой скорости перемещения материала в горизонтальных шнеках разделяет и Коваленко В.П. в автореферате на соискание к.т.н. Им была предложена формула для определения фактической скорости перемещения материала шнеком следующего вида:
Транспортирующие устройства с винтовыми рабочими органами

где Kv = tgβ/tga+tgβ - коэффициент скорости материала; β - угол, определяющий траекторию движения материал; а - угол подъема винтовой линии шнека.
С учетом изложенного автором данных исследований была предложена формула для расчета производительности (подачи) шнеков:
Транспортирующие устройства с винтовыми рабочими органами

где D - наружный диаметр винтовой поверхности шнека; s - шаг винтовой линии; n - частота вращения шнека; у - объемная масса перемещаемого материала; ψ - коэффициент заполнения кожуха шнека.
Исследования работы транспортирующих устройств со спирально-винтовыми рабочими органами в нашей стране проводили Н.Ф. Артюх, П.А. Преображенский и др.
В диссертационной работе на соискание ученой степени к.т.н. Артюх Н.Ф. предложил расчет транспортирующей способности спирально-винтового транспортера проводить с учетом площадей потока и скоростей перемещения сыпучего материала между витками спирали и ее внутренней полости, т.е.
Транспортирующие устройства с винтовыми рабочими органами

где Vос.с и Fс - осевая скорость и площадь потока корма между витками спирали; Vос.с и Fв - скорость потока (осевая) и площадь внутренней полости спирального рабочего органа; р — объемная масса материала; Kн - коэффициент заполнения объема материалом.
Преображенский П.А. рекомендует производительность спирального транспортера определять с учетом объема межвиткового пространства по формуле:
Транспортирующие устройства с винтовыми рабочими органами

где Dк - внутренний диаметр кожуха; n - частота вращения рабочего органа; KF = Fm/Fn - коэффициент заполнения кожуха; α = arc tg(S/пdср) - угол наклона винтовой линии пружины (спирали); у - объемная масса материала; φn - угол трения корма.
Во ВНИИМЖе исследования работы транспортирующих устройств со спирально-винтовыми рабочими органами в 90-е годы проводили к.т.н. Алехин Е.Г. и Ломов В.И. Они рекомендуют для построения физической модели движения комбикорма в кожухе транспортера рассматривать с учетом характерных трех зон (рис.6.1.1) его перемещения: зона «А» - масса комбикорма, расположенная в цилиндрическом пространстве между витками спирали; зона «Б» - то же во внутреннем кольце; зона «В» - то же в боковых зазорах между кожухом и спиралью.
С учетом предложенной методики расчет производительности (подачи) данного устройства необходимо производить по формуле:
Q = QА + QБ + 2QВ

При этом авторы считают, что в зоне «А» скорость постоянна и равна VA = S*n, т.е. определяется шагом винтовой линии и частотой вращения спирали. В зоне «Б» величину подачи было предложено рассчитывать по формуле QБ = S*n*пD2с.в/8, а в зоне «В» - Qв = s*n*2Fв/2.
В итоге для расчета величины подачи предложена следующая зависимость:
Транспортирующие устройства с винтовыми рабочими органами

где γ - объемная масса комбикорма; S - шаг винтовой линии спирали; n - частота вращения спирали; Dс.н - наружный, a Dс.в -внутренний диаметры спирали; Fв - площадь зоны между кожухом и спиралью.
Однако по предложенной данными авторами методике оценки транспортирующей способности транспортера со спиральным рабочим органом можно сделать некоторые замечания:
1. Расчетная схема, представленная на рис. 6.1.1, предусматривает расположение вращающегося рабочего органа (спирали) на дне кожуха. При таком расположении с n = 450 об/мин спираль, вероятно, будет соприкасаться с кожухом по всему его внутреннему периметру, и постоянное расположение свободного пространства (F сект) над спиралью весьма сомнительно. Такое предположение косвенно подтверждается завышенным (85...95 дБА) уровнем шума при транспортировании рассыпного комбикорма по кожуху, выполненному из полихлорвинилового материала;
2. Из литературных источников известно, что для приведения спиралей-пружин в рабочее состояние их необходимо предварительно нагружать, т.е. «заневолить», а после такой осевой растяжки ось спирали должна совмещаться с осью кожуха.
3. Принятое авторами данных исследований предположение о том, что в центре зоны «Б» скорость материала равна нулю, следует считать ошибочным, т.к. в реальности материал перемещается по всему сечению. В этом случае местная скорость vф ≠ 0.
Транспортирующие устройства с винтовыми рабочими органами

Проведенный анализ материалов по исследованию работы транспортирующих устройств со спирально-винтовыми рабочими органами показал, что спиральные транспортеры отличаются компактностью своего конструктивного исполнения и удобны в управлении работой, они хорошо вписываются в автоматизированные системы механизации технологических процессов. Однако в литературных источниках приводятся различные методики расчета данных рабочих органов. В связи с этим исследования их работы применительно к раздаче сухого комбикорма животным на свиноводческих предприятиях остаются актуальными и в настоящее время.
С учетом изложенного ВНИИМЖ разрабатывает конструкторскую документацию на изготовление экспериментальной автоматизированной линии, обеспечивающей загрузку комбикорма в бункерные самокормушки мелкогрупповых станков для поросят-отъемышей при технологии их кормления «вволю». В состав этой линии должен входить серийный бункер-накопитель сухих комбикормов БСК-10 (поз. 1, рис. 6.1.2), экспериментальный спирально-винтовой транспортер 2, оборудованный самотечными патрубками с автоматическими клапанами 3, а также самокормушки 4 бункерного типа, которые обслуживают животных двух смежных станков. Схема устройства двухрядного блока таких станков представлена на рис. 6.1.3.
Транспортирующие устройства с винтовыми рабочими органами

Комплект оборудования, состоящий из блока станков для по-гнездного содержания поросят-отъемышей и автоматизированной линии их ненормированного кормления сухим комбикормом из бункерных самокормушек, целесообразно создать с целью производственной проверки эффективности технологии бесстрессового погнездного выращивания поросят.
Технологический процесс работы данного комплекта оборудования предполагается осуществлять по следующей схеме. Целесообразно реконструировать один из свинарников-маточников, в котором в одной его половине должны содержаться подсосные свиноматки с поросятами-сосунами, а во второй - осуществляться их погнездное доращивание при кормлении «вволю». Такая компоновка разного по назначению технологического оборудования в одном производственном здании должна исключить стрессы у поросят-отъемышей при их переводе из одного производственного здания в другое.
Транспортирующие устройства с винтовыми рабочими органами

Технологический процесс при производственных испытаниях предполагается осуществлять в следующей последовательности. Проводят опорос и содержание поросят-сосунов под маткой в соответствии с принятыми в хозяйстве сроками их отъема, а после их передержки в данном станке погнездно, по служебному проходу, перегоняют в другую секцию данного свинарника. В ней также погнездно поросят-отъемышей доращивают до требуемых кондиций.
При этом отъемыши содержатся в специализированных станках, оборудованных боксами для отдыха и самокормушками для комбикорма и двумя сосковыми поилками, смонтированных на контактной решетке и рядом с кормушкой. По мнению специа-листов-технологов нашего института такой способ выращивания поросят позволит минимизировать стрессовые явления при их отъеме и переводе на существующий групповой способ их выращивания, а комфортное погнездное содержание в специальных станках и ненормированное кормление должно повысить их среднесуточные привесы.