Придніпровська державна академія будівництва та архітектури

На правах рукопису

КОВАЛЬОВ Андрій Анатолійович

УДК 621.867.89.2

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ

ЗАВАНТАЖУВАЛЬНОЇ ПНЕВМОГВИНТОВОЇ УСТАНОВКИ

05.05.04 - Машини для земляних та дорожніх робіт

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ -2001 р.

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі технології і механізації будівельного виробництва Кримської академії природоохоронного і курортного будівництва Міністерства освiти і науки України.

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент, Морозов Олександр Дмитрович, Кримська академія природоохоронного і курортного будівництва, професор кафедри технології і механізації будівельного виробництва.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, Нічке Вільгельм Вільгельмович, Харківський дер-жавний автомобільно-дорожній технічний університет, професор кафедри підйомно-транспортних, будівельних, дорожніх машин та обладнання.

кандидат технічних наук, доцент, Нестеренко Микола Петрович, Полтавський держав-ний технічний університет імені Юрія Кондратюка, декан електромеханічного факультету.

Провідна установа: Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, кафедра механізації будівельних процесів, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.

Захист відбудеться 27 червня 2001 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 08.085.03 при Придніпровській державній академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Придніпровської державної академії будів-ництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.

Автореферат розісланий 27 травня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Шаленний В. Т.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. За цього часу процеси дозування та переміщення сипких матеріалів у змішувачах асфальтобетонних заводів залишаються енергоємними, що не дозволяє підняти продуктивність заводів по бетону більше 240 м3/год, а асфальту більше 400 т/год. Тому, дорожньо-будівельні підприємства підвищують ефективність роботи існуючих механічних живильників та впроваджують у виробництво інші засоби механізації, що дозволяють поєднувати транспортування сипких матеріалів з технологічними операціями (дозування, підмішування та ін.), наприклад, пневмомеханічні живильники, одним з яких є завантажувальна пневмогвинтова установка (ПГУ).

Загальновідомо, що ефективність роботи ПГУ в значної мірі визначається технічною досконалістю та якістю шнеконапірного механізма (ШМ).

Сторонні домішки у сипкому матеріалі, биття шнека, недостатня герметизація робочого процесу у ШМ забезпечують високу енергоємність ПГУ. Крім того, слід констатувати, що існуючі методики розрахунку ШМ ПГУ складні та приблизні через велику кількість дослідних коефіцієнтів, значення яких змінюються у великих межах.

Тому, розробка високоефективної і конкурентноздатної конструкції ПГУ для сипких матеріалів на базі наукового обгрунтування основних геометричних та режимних параметрів її шнеконапірного механізму є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Тема дисертаційної роботи відповідає напрямку роботи Кримської академії природоохоронного та курортного будівництва, програмі науково-дослідних робіт Міністерства освіти і науки України у межах пріоритетного напрямку “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології” (Тема “Розробка науково-методичних та технологічних основ екологізації будівельного комплексу України“ № 0197U015932).

Мета дослідження – підвищення ефективності ШМ з обгрунтуванням його раціональних геометричних характеристик та режимних параметрів.

Задачі дослідження: обгрунтувати та побудувати математичну модель процесу переміщення сипкого матеріалу у міжвитковому просторі безконсольного шнека ПГУ, встановивши при цьому вплив геометричних характеристик та режимних параметрів шнеконапірного механізму ПГУ на керування процесом формування потоку сипкого матеріалу на вході і виході безконсольного шнека цієї машини за критерієм енергоємності; розробити багатофакторну регресійну модель робочого процесу у шнеконапірному механізмі та підтвердити результати теоретичних досліджень шляхом випробування дослідно-промислового зразка ПГУ, обладнаної безконсольним шнеком з зустрічно спрямованими напірними витками; запропонувати нові схеми ПГУ із складальними робочими органами малоенергоємного ШМ для виконання технологічних операцій із сипкими матеріалами; уточнити методику визначення раціональних геометричних характеристик та режимних параметрів шнеконапірного механізму ПГУ.

Обўєкт дослідження – процес взаємодії безконсольного шнека ПГУ, як пневмомеханічного живильника, з сипким матеріалом.

Предмет дослідження – ШМ ПГУ з безконсольним шнеком.

Методи дослідження – метод Фурьє, який використовувався для розвўязу-вання інтегральних та диференціальних рівнянь з частинними похідними для визначення основних геометричних і режимних параметрів ШМ ПГУ; методи математичного планування експерименту та обробки експериментальних даних.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у:

1. Обгрунтуванні та побудові математичної моделі процесу взаємодії безконсольного шнека з сипким матеріалом, що дозволила вперше науково обгрунтувати геометричні характеристики і режимні параметри ШМ, а також прогнозувати ефективні конструкції ПГУ;

2. Обгрунтуванні та розробці ШМ ПГУ, що забезпечує економічний режим роботи цієї машини за рахунок керування процесом формування потоку сипкого матеріалу на вході і виході безконсольного шнека;

3. Визначенні теоретичної і експериментальної залежностей енергоємності ШМ від тиску у змішувальній аерокамері, числа витків безконсольного півшнека, висоти розвантажувального вікна його циліндричного корпусу, що дозволило створити ПГУ, конструкція якої захищена а.п. №1456350.

Практичне значення отриманих результатів визначається:

1. Розробленою методикою розрахунку геометричних характеристик та режимних параметрів ШМ ПГУ з безконсольним шнеком; створеними компоновочними схемами ПГУ;

2. Практичними пропозиціями щодо конструювання робочих органів і вузлів ПГУ з безконсольним шнеком на Алуштинському ВАТ "Шархінський карўєр"; економічним ефектом від впровадження у виробництво однієї ЕППГ-200 на Сімферопольському заводі ЗБВ Держводхозу Криму.

3. Впровадженням методики та програми розрахунку на компўютері ШМ нової ПГУ в навчальний процес КАПКБ при підготовці інженерів-технологів за спеціальністю 07.092.104 “Технологія будівельних конструкцій, виробів та матеріалів”, а також пропозиціями щодо підготування інженерів-механіків, зокрема, за спеціальністю 07.090.214 “Підйомно-транспортні, будівельні, дорожні машини та обладнання.

Особистий внесок автора підтверджується:

1. Часткою авторської участі згідно з авторськими посвідченнями на винаходи №14390565, №1436350, №1498678, №1537630, №1548142, №1629234, №1629217, №1654174, №1661114, №1668258, №1733353, №1766794, №1787906.

2. Розробленою математичною моделлю процесу взаємодії безконсольного шнека ШМ ПГУ з сипким матеріалом;

3. Одержаними рівняннями регресії впливу тиску в змішувальній аерокамері, числа витків шнека, висоти розвантажувального вікна на енергоємність ШМ ПГУ;

4. Уточненою методикою розрахунку основних геометричних і режимних параметрів ШМ ПГУ з безконсольним шнеком.

Вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій обгрунтована застосуванням сучасних методів наукових досліджень; достатнім об'ємом експериментальних досліджень і числом вимірів у дослідах; задовільним рівнем збігу розрахункових характеристик із дослідними матеріалами (розбіжність теоретичних і експериментальних даних не перевищує 20%).

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень по темі дисертації доповідалися на ряді конференцій і семінарів на протязі 1987 – 1990 років в містах Севастополі, Ленінграді, Москві. На міжнародній конференції "Будівництво і проблеми екології" (КАПКБ м. Сімферополь, 1992 р.); на міжкафедральному семінарі кафедр “Технології та механізації будівельного виробництва” та “Інженерної екології і безпеки життєдіяльності” (КАПКБ, м. Сімферополь, 1999 р.); на засіданні кафедри “Будівельні і дорожні машини” (ПДАБА, м. Дніпропетровськ, 1999 р.); на засіданні кафедри “Механізації будівельних процесів” (ХДТУБА, м. Харків, 2000 р.), на засіданні кафедри "Будівельні і дорожні машини" (ХДАДТУ, м. Харків, 2000 р.); на міжкафедральному семінарі кафедр “Будівельні і дорожні машини”, “Технологія будівельного виробництва”, “Безпека життєдіяльності” (ПДАБА, м. Дніпропетровськ, 2001р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 4 статті, навчальний посібник (об'єм 8,0 авт. арк.), отримано 6 авторських посвідчень.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з введення, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і 4 додатків.

Робота має в цілому 146 сторінок, у тому числі 119 сторінок машинописного тексту, 50 рисунків.

Основний Змiст роботи.

У вступі обгрунтована актуальність та сформульована мета дослідження, відзначені наукова новизна та практичне значення результатів роботи.

У розділі 1 аналізуються опубліковані результати теоретичних і технічних розробок в галузі створення шнеків машин для сипких матеріалів.

Значний внесок у розробку методик розрахунку параметрів шнеків різноманітних машин, у створення нових ПГУ внесли вітчизняні та іноземні вчені - Вельшоф Г., Воло-шин А.М., Бернхардт Э., Боровський Б.I., Гастерштадт I., Григор'єв А.М., Дзядзіо А.М., Дмитрієв П.I., Калінушкин М.П., Кіслов М.В., Коробов В.В., Костюк Г.Ф., Крючков I.В., Маліс А.Я., Малевіч I.П., Мак-Келві Д.М., Морозов О.Д., Сегаль I.С., Сєряков В.С., Сілін В.А., Смолдирєв А.Е., Шапунов М.М., Шевякін В.М. та ін.

Процес взаємодії сипкого матеріалу з шнеком ШМ ПГУ має специфічні властивості (наявність протитиснення стиснутого повітря з боку змішувальної камери, змінний крок напірних витків, необхідність створення пилової пробки, велике число обертів шнека та ін.), що ускладнює розрахунок ШМ ПГУ.

Розглянуті в розділі моделі взаємодії робочих органів ШМ з сипкими матеріалами дозволили сформулювати робочу гіпотезу про можливість використання співвідношень, що описують напірний плин рідини у каналі шнека, для розробки математичної моделі процесу взаємодії сипкого матеріалу з безконсольним шнеком ШМ ПГУ.

У розділі 2 проведений теоретичний аналіз процесу взаємодії безконсольного шнека з сипким матеріалом та встановлені визначаючі параметри, які були прийняті за основу при побудові формул для продуктивності, потужності, енергоємності та розрахунку геометричних характеристик нового ШМ.

У якості початкового пункту для виведення диференційного рівняння опису процесу взаємодії сипкого матеріалу у каналі з безконсольним шнеком, а також співвідношень для продуктивності, потужності і енергоємності використовували рівняння течії ньютонівської рідини у сталому режимі, а також залежності про зміну тиску стислого повітря вздовж шнека та зміни осьової складової швидкості по радіусу шнека Сzш = qэ w Sэ (1 + k)/2 p,

де Рк - збитковий тиск у аерокамері, МПа; lш - довжина шнека, м; qэ = 2pСzср/wSэ - еквівалентний витратний параметр; w- кутова швидкість обертання, рад/с; Сzср – осьова складова швидкості рідини на середньому діаметрі шнеку; k = (1 - qэ)ґ(gш - 1)/(qэ tg2bср) – коефіцієнт звўязаний з qэ та gш; gш = (1 + tg2 bср)/(1 + tg bср) – коефіцієнт кута нахилу витків шнека на середньому діаметрі.

Отримані теоретичні рівняння для продуктивності Q і потужності N ШМ ПГУ з постійним кроком зустрічно спрямованих витків під час роботи з сипким матеріалом.

Q = (p2/240)Dш3(1 - `dв)sinb cosbFD]n – (1/(96ґZ))Dш3(1 - `dв)3sinbcosbFP](Рк/m),

де m - коефіцієнт динамічної в`язкості для сипкого матеріалу; FD, FP - функції, які залежать від співвідношення H /W; Dш - зовнішній діаметр шнека, м; dв- діаметр вала шнека, м; n – число обертів шнека, об/хв;`dв = dв / Dш - відносний діаметр вала шнека.

N = (p4/1800)ZDш3 (1+4tg2b)(mn2/(1 - `dв)) +(3p2/48)(1 - `dв)Dш3nРк

В розділі доведено існування режиму насичення при роботі ПГУ і встановлена залежність продуктивності від потужності Q = Qмах (N – No)/(N – N_),

де Qмах – максимальна обўємна продуктивність, м3/с; N_ - потужність, що витрачається на зріз матеріала у зазорі між шнеком та корпусом, кВт; No = N_ + N_h –потужність, що витрачається на подолання опору зворотного потоку та на зріз матеріалу у зазорі між шнеком та корпусом, кВт; h={((1-`dв)/6p)(FP/FD)(l/ZH)[(1+3sin2b)/(sinbcosb)]} – допоміжна величина, що повўязана з геометричними характеристиками шнека.

Для ЕППГ-200 при `dв = 0,51, tgb = 0,191 і FD = 0,76, Fp = 0,72 отримана теоретична залежність енергоємності від тиску повітря у змішувальній аерокамері, кількості витків і обертів шнека: Е = 22,814 Zmn (6,2746 Zmn+ Рк)/(17,339 Zmn - Рк).

В розділі отримано рівняння енергоємності в залежності від висоти розвантажувального вікна: Е = 0,1075 + 37,76 10-6/(10ґ b3),

де b =(12Kd/а)1/3 – висота розвантажувального вікна, м; К - коефіцієнт геометричної форми потоку у зоні розвантажувального вікна, м3; a і d – ширина і товщина стінки розвантажувального вікна, м.

Аналіз теоретичних залежностей дозволив встановити звўязок між режимними параметрами та геометричними характеристиками ШМ ПГУ (Рис.1).

Зовнішній діаметр шнеку Dш = [kDэ (Qвх / n)1/3]/ (1 - `dв2) 1/2 , м

де kDэ , Qвх - коефіцієнт еквівалентного діаметра шнека та продуктивність на вході, м3/с.

Коефіцієнт заповнення kз = (1 -`dв2)3/2.

Видатковий параметр шнека q1 =2 p C1z /(w S1).

Середня осьова швидкість у забірних витках шнека С1z = 4Qвх /(p Dш2 (1 - `dв2)).

Крок забірних витків шнека S1 = 240 Qвх /(p Dш2 (1 - `dв2) n q1 ).

Зовнішній діаметр шнека на виході Dшвих = (kDэвих (Qвих / n) 1/3) / (1 - `dв2вих) 1/2 ,

де kDэ вих, Qвих - коефіцієнт еквівалентного діаметра шнека та продуктивність на виході, м3/с.

Відносний діаметр вала шнека на виході`dв вих = dв вих / Dшвих .

Коефіцієнт ущільнення матеріалу kQ = Qвх / Qвых.

Відношення діаметру шнека на виході до діаметру шнека на вході

Dш вих / Dш = [(kDэвих / kDэ (kQ) 1/3)ґ ((1 - `dв2) / (1 - `dв2вих) ) 1/2].

Відносний діаметр вала на виході

`dв вих = [1 - (kDэвих / kDэ) 2ґ ( Dшвих / Dш) 2ґ (1 - `dв2) / kQ ]1/2 .

Крок напірних витків шнека S2 на виході.

S2/S1 = {(2/kQ) ґ [(Dш/Dшвых)2]ґ[(1 - `dв2)/(1 + `dв2)] ґ(q1/qэ)}- 1.

На рис 1. Вказані основні геометричні характеристики ШМ ПГУ.

Рис. 1. Схема напірного механізму нової ПГУ з безконсольним шнеком.

1 – електродвигун; 2 – прийомна камера; 3 – шнек; 4 – змішувальна аерокамера; 5 - цілиндричний корпус; 6 – опора; 7 – станина.

Розрахункова продуктивність П = 18,8 kз rо Dш3 n / (10 Pк)a ,

де a = 10 (0,2 - Dш), при Dш < 0,2 м.

Потужність ШМ ПГУ Nш1 = 0,717 (10 Pк) Dш2 n , кВт.

Енергоємність Е ШМ ПВУ складається із суми витрат енергії на подолання тис-ку повітря з боку змішувальної аерокамери ЕPк та опору з боку розвантажувального вікна Еb, а також на переміщення сипкого матеріалу у каналі шнека ЕZ .

Е= ку ґ (ЕPк+EZ+Еb)/3 = (1,05/3)ґ{(10Pк)1+a/[10ґ(kз2ro2П/n)1/3] +

+ (0,75ґNш)1+a/[(Zґ SшґDш2ґn)1+aґ10ґ(kз2 ro2 П/n)1/3] +

+(0,8ґmґкзґN)/[`b ґTo ґ10ґ(kз2ro2П/n)1/3]}. (1)

При параметрах ШМ ПВУ - Dш =0,2 м, dв =0,102 м, n =1000 об/хв, кз =0,636,

ку =1,05, Sш=0,12 м і rо = 1,0 т/м3 To =3,9 К н маємо:

Е = 0,82 Рк +0,883 /Z + 0,00222 /b.

При числі витків півшнеку Z = 7 витків і тиску повітря у аерокамері

Рк = 0,12 МПа залежність Е = E(b) має вигляд:

E(b) = 0,225 + 0,00222/b. (2)

Енергоємність установки зменшується у межах Е = 0,336 ? 0,28 кВтгод/т при зростанні висоти розвантажувального вікна у межах b = 0,02 ч 0,04 м.

При Z = 7 витків і висоті розвантажувального вікна b = 0,04 м залежність

Е = E(Рк) від тиску у змішувальній аерокамері у вигляді:

E(Рк) =2,336ґ Рк. (3)

При Рк= 0,12 ч 0,2 ?Па енергоємність зростає E(Рк) = 0,282ч 0,468 ?Втгод/т .

Якщо b = 0,04 м і Рк = 0,12 МПа, то залежність енергоємності від числа витків безконсольного півшнеку Е = E(Z) має вигляд:

E(Z) = 0,1614 + 0,926/Z. (4)

Енергоємність зменшується у межах Е = 0,346 ч 0,294 кВтгод/т при зростанні числа витків півшнека Z = 5 ч 7 витків.

Мінімальна енергоємність знаходиться у межах

Е = 0,294 ч 0,28 ?Втгод/т.

У розділі 3 викладено опис стендів, експериментальних установок, апаратури для досліджень та методики планування і опрацювання результатів експериментів. Об'єктом досліджень був дослідно-промисловий зразок ПГУ з безконсольним шнеком - ЕППГ-200-1. Базовою машиною був серійний зразок ПГУ - ТА-15А.

Метою експериментальних досліджень було підтвердження результатів, отриманих при теоретичному аналізі робочого процесу взаємодії сипкого матеріалу з безконсольним шнеком ШМ ПГУ.

Для опису процесу був обраний ортогональний двохрівневий план повного факторного експерименту 23 (ПФЭ 23). За оптимізуєму була прийнята величина енергоємністі ШМ ПГУ У=Е=N/П. Варіаційні параметри були такі: Х1 – висота розвантажувального вікна b, м; Х2 - тиск повітря в змішувальній камері Рк, МПа; Х3 - число витків шнека Z, шт.

При проведенні дослідів фіксувалися тиск повітря у змішувальній аерокамері, висота розвантажувального вікна, вагова витрата сипкого матеріалу, потужність , що споживається електродвигуном ПГУ з електромережі та витрати повітря.

Після опрацювання результатів дослідів отримано рівняння регресії.

У = 0,3315 - 0,0135х1 + 0,04725х2 - 0,021х3 + 0,019х1х3 - 0,01025х2х3 + 0,01225х1х2х3..

Оцінку значимості коефіцієнтів регресії проводили за критерієм Стьюдента. Перевірку адекватності цього рівняння проводили за критерієм Фішера.

Від кодових перемінних перейшли до натурних і після перетворень одержали:

Ее= - 0,477 + 16,65ґb + 8,23125ґPк + 0,11ґZ - 3,0ґbґZ - 1,175ґPк ґZ+

+ 30,625ґbґZґPк - 183,75ґbґPк.

Залежність експериментальної енергоємності від тиску у змішувальній аерокамері Ее при Рк = 0,12 ё 0,2 МПа, Z = 7 витків і b = 0,04 м має вид:

Ее(Рк) = 0,119 + 1,23125ґPk. (5)

При цьому Ее = 0,267 ё 0,365 кВтгод/т.

Залежність експериментальної енергоємності від висоти розвантажувального вікна Ее при b = 0,02 ё 0,04 м, Рк = 0,12 МПа і Z = 7 витків має вид:

Ее(b) = 0,29375 – 0,675ґb. (6)

При цьому Ее = 0,28 ё 0,267 кВтгод/т.

Залежність експериментальної енергоємності від числа витків півшнека Ее при Z= 5 ё 7 витків, Рк = 0,12 МПа и b = 0,04 м має вид:

Ее(Z) = 0,29475 – 0,004ґZ . (7)

При цьому Ее = 0,275ё 0,267 кВтгод/т.

Мінімальне значення експериментальної енергоємності Ее = 0,267 – 0,275 кВтгод/т.

Порівняння теоретичних та дослідних значень енергоємності за формулами (3) та (5), (2) та (6), (4) та (7), наведено на рис. 2, 3, 4. Розбіжність теоретичних та експериментальних значень енергоємності не перевищує 20 %.

У розділі 4 наведені методики розрахунку ефективності нової техніки та розрахунку основних геометричних характеристик і режимних параметрів ШМ ПГУ з безконсольним шнеком, а також наведені практичні рекомендації, що до конструювання робочих органів та вузлів нових ПГУ.

Вихідними даними для розрахунку є: тип та об'ємна маса матеріалу, орієнтовані значення продуктивності, кількості обертів шнека, тиску у змішувальній аерокамері.

Метою розрахунку є визначення геометричних характеристик та режимних параметрів ШМ нової двохопорної ПГУ.

У додатках до роботи наведені зразки розрахунків та програма розрахунків за допомогою математичного пакета Maple V Release 4, а також результати впровадження у виробництво дисертаційної роботи.

Рис. 2. Порівняння теоретичної та експериментальної енергоємності від тиску повітря у змішувальній аерокамері Рк

1 - теоретична енергоємність EТ = f (Pk);

2 - експериментальна енергоємність Ее= f (Pk).

Рис. 3. Порівняння теоретичної та експериментальної енергоємності від висоти розвантажувального вікна b ШМ ПГУ

1 - теоретична енергоємність EТ = f (b);

2 - експериментальна енергоємність Ее= f (b).

Рис. 4. Порівняння теоретичної та експериментальної енергоємності від числа витків безконсольного півшнека Z ШМ ПГУ.

1 - теоретична енергоємність EТ = f (Z);

2 - експериментальна енергоємність Ее= f (Z).

Висновки

1. На основі огляду та аналізу закордонної та вітчизняної науково-технічної інформації встановлено, що найбільш доцільно для технологічної переробки сипкого матеріалу використовувати ПГУ з безконсольним шнеком. Допустимі умови роботи цієї машини забезпечуються за рахунок усунення прориву стислого повітря у канали шнека та відсутності биття шнека. Аналіз відомих типів ПГУ дозволив уперше розробити машину, напірний механізм якої містить безконсольний шнек з симетрично розташованими, зустрічно спрямованими гвинтовими поверхнями змінної геометрії та конструктивні елементи керування потоком сипкого матеріалу на вході і виході шнека;

2. Аналіз конструкцій ПГУ дозволив встановити, що низька ефективність роботи цих машин повўязана, зокрема, з недоліками ШМ, а також з недосконалістю методик розрахунку геометричних характеристик та режимних параметрів ШМ. Це повўязано з тим, що математичні моделі процесу взаєможії шнека з сипким матеріалом мають велику кількість обмежень та припущень, а також дослідних коефіцієнтів, параметри яких змінюються у великих межах;

3. На основі гіпотези про аналогію між течією в'язкої нестискуваної ньютонівської рідини і процесом взамодії сипкого матеріалу в безконсольним шнеком побудована математична модель, що дозволила встановити гіперболічний характер залежності об'ємної продуктивності, коефіцієнта корисної дії і енергоємності ПГУ від потужності приводу;

4. Додатковий аналіз математичної моделі дозволив визначити, що при значенні тиску повітря у змішувальній аерокамері Рк = 0,11 МПа, кількості витків безконсольного шнека z = 6,23 витка, частоти обертів шнека п=1000 об/хв теоретично забезпечується мінімальна енергоємність ШМ;

5. При порівнянні теоретичної і експериментальної залежності енергоємності від b, z, Pk визначені межі змінення теоретичної ЕТ = 0,28 - 0,294 кВтгод/т та експериментальної енергоємності Ее = 0,267 – 0,28 кВтгод/т, при b = 0,04 м, Z=7 витків, Pk=0,12 МПа;

6. Для ПГУ типу ЕППГ-200 з постійним кроком зустрічно спрямованих витків встановлені раціональні параметри: висота подачі матеріалу Н = 24 м, продуктивність П = 190 - 215 т/год, споживана потужність електродвигуна N = 55 – 56 кВт при частоті обертання шнека п = 1000 об/хв і витратах стислого повітря

Vповітря = 20 м3/хв, діаметр шнека Dш = 0,2 м, діаметр вала шнека dв= 0,102 м, крок витків Sш = 0,12 м, висота розвантажувального вікна b = 0,04 м (при зусиллі стиснення сипкого матеріалу у вікні То = 3,9 Кн), перекриття планок lп = 0,3 м;

7. Розробка і впровадження у виробництво ЕППГ-200 дозволили: знизити у порівнянні з базовим варіантом енергоємність транспортування сипкого матеріалу Е на 19%, енергоємність ШМ Ешм на 13%, металоємність Gуд на 21%, повітроємність на

1 м траси Vуд на 2,5%, узагальненого показника ПNGnp на 39%, отримати річний економічний ефект 13,5 тис. грн. на одну машину та підвищити продуктивність ШМ у 2 рази;

8. Вірогідність наукових положень обгрунтована достатнім об'ємом експериментальних досліджень і числом вимірювань в дослідах; задовільним рівнем збіжності розрахункових параметрів з дослідними даними (розходження не перевищує 20%);

9. Розроблена методика та програма розрахунку раціональних геометричних та режимних параметрів ШМ нової ПГУ на комп'ютері за допомогою математичного пакету Марlе V Release 4;

10. Виконані дослідження дозволили науково обгрунтувати практичні рекомендації щодо проектування малоенергоємних ШМ та прогнозувати компоновочні схеми нових ПГУ для виконання транспортно-технологічних операцій з сипкими матеріалами для асфальтобетонних заводів.

Основні положення дисертаційної роботи викладено у таких публікаціях:

1. Боровский Б.И., Ковалев А.А., Морозов А.Д. Использование кинематической аналогии течения жидкости для расчета геометрических параметров шнеков пневмовинтового оборудования // Строительные и дорожные машины, 1993. № 1. - С.21-23. (Провів аналіз математичних моделей, що описують переміщення сипкого матеріалу у міжвитковому просторі шнека).

2. Боровский Б.И., Ковалев А.А., Морозов А.Д. Удельные энергозатраты шнеконапорного механизма пневматических винтовых установок // Механизация строительства, 1993. №1.- С.29 -31. (Провів аналіз співвідношень для визначення продуктивності і потужності напірного механізму ПГУ для сипкого матеріалу).

3. Ковалев А.А. Расчет и проектирование напорного механизма пневматической винтовой установки для транспортирования сыпучих строительных материалов: Учебное пособие. - Симферополь.: Таврия, 1995.-176с.

4. Ковалев А.А. Определение рациональной длины бесконсольного шнека для обеспечения безаварийной и экономичной работы пневматической винтовой установки цемента // Строительство и техногенная безопасность: Сб. науч. тр. Крымского института природоохранного и курортного строительства. – 1999.-с.111-115.

5. Ковалев А.А. Определение рациональной величины давления в смесительной аэрокамере пневмовинтовой установки для цемента//Интенсификация рабочих процессов строительных и дорожных машин и оборудования: Сб. науч. тр. Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры.-2000. Выпуск 10.– с. 159-162.

6. А.с. 1456350 СССР, МКИ4 В65 G 53/48. Пневматический питатель / Морозов А.Д., Бондарев А.Т., Шапунов М.М., Ковалев А.А. (CCCP). -№ 4168115 /31-11; Заявлено 24.12.86; Опубл. 07.02.89, Бюл. №5. (Запропонував конструкцію механізму подачі матеріалу в змішувальну аэрокамеру).

7. А.с. 1537630 СССР, МКИ5 В65 G 53/48. Винтовой пневматический питатель сыпучего материала / Морозов А.Д., Ковалев А.А., Крючков И.В., Коваленко И.Е. (CCCP).-№ 4438821 /27-11; Заявлено 10.06.90, Бюл. №3. (Запропонував конструкцію підшипникової опори, яка провівається).

8. А.с. 1548142 СССР, МКИ5 В65 G 53/48. Винтовой пневматический питатель сыпучего груза / Морозов А.Д., Ковалев А.А., Крючков И.В., Морозов Е.А. (CCCP).-№ 4441852 / 27-11; Заявлено 11.06.88; Опубл. 07.03.90, Бюл.№ 9. (Запропонував кільцеві фрикційні вставки з різними коефіцієнтами тертя).

9. А.с. 1654174 СССР, МКИ5 В65 G 53/48, 33/24. Пневматическая установка для сыпучих материалов./Морозов А.Д.,Ковалев А.А.,Морозов Е.А., Толмачева С.Н. (CCCP).-№ 4486429/ 3-11;Заявлено 23.09.88; Опубл. 07.06.91, Бюл.№21. (Запропону-вав конструкцію останньої по ходу прямування матеріалу секції складального шнеку).

10. А.с. 1661114 СССР, МКИ5 В65 G 53/48. Винтовой питатель пневмотранспортной установки / Морозов А.Д., Ковалев А.А., Одновалова И.А., Морозов Е.А. (CCCP). -№ 4608659/11; Заявлено 24.11.88; Опубл. 07.07.91, Бюл. №25. (Запропону-вав шнек виконувати з кроком витків і діаметром вала, що збільшуються до виходу).

конструкцію шнека).

11. А.с. 1766797 СССР, МКИ5 В65 G 53/48. Пневматический винтовой питатель / Морозов А.Д., Бондарев А.Т., Боровский Б.И., Ковалев А.А. (CCCP). -№ 4871782/ 11; Заявлено 08.10.90; Опубл. 07.10.92, Бюл. №37. (Запропонував розвантажувальний орган у вигляді диску з криволінійними лопатами).

Анотація

Ковальов А.А. Підвищення ефективності роботи завантажувальної пневмогви-нтової установки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.04 “Машини для земляних та дорожніх робіт”, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2001 р.

Дисертація присвячена розробці високоефективної і конкурентноздатної вітчизняної ПГУ з безконсольним шнеком для сипких матеріалів. Головна ідея роботи полягає в тому, що за рахунок зміни геометрії шнека у межах заданої компоновочної схеми ШМ та введення нових конструктивних елементів, які регулюють форму перетину потоку сипкого матеріалу на вході та виході безконсольного шнека, знизити енергоємність ПГУ, а також забезпечити безперебійну роботу ШМ машини у аварійних ситуаціях та економію трудових витрат при проведенні технічного обслуговування і ремонту.

Найбільш суттєвим позитивним ефектом від розробки нового ШМ у практичному плані є зниження у зрівнянні з базовим варіантом енергоємності ШМ Ешм на 13%, металлоємності Gуд на 21%, воздухоємності на 1 м траси Vуд на 2,5%, підвищення продуктивності у 2 рази та отримання річного економічного ефекту 13,5 тис. грн. на одну машину.

На підставі математичної моделі робочого процесу взаємодії сипкого матеріалу з безконсольним шнеком, дослідження впливу тиску повітря у змішувальній аерокамері, числа витків шнека та висоти розвантажувального вікна циліндричного корпуса на енергоємність машини визначені особливості роботи шнеконапірного механізму, запропонована методика розрахунку його геометричних характеристик та режимних параметрів, намічені шляхи подальшого розвитку цього типу установок.

Відмінною особливістю роботи є наукове обгрунтування геометрії нового на-пірного шнека з зростаючими до виходу кроком витків та діаметром вала. Математично обгрунтована гіперболічна залежність продуктивності Q, коефіцієнта корисної дії h та енергоємності Е від потужності привода машини N. Визначені раціональні межі зростання висоти розвантажувального вікна b= 0,04 м, числа витків півшнека Z=7 витків, тиску повітря у змішувальній аерокамері Рк=0,12 МПа , які забезпечують мінімальну енергоємність Е=0,267ё 0,294 кВтгод/т.

В Україні і за кордоном доцільно використовувати машини цього типу для дозування та переміщення великих обўємів сипких матеріалів у найкоротші терміни на допоміжних обўєктах дорожньо-будівельних організацій.

Ключові слова: пневмогвинтова установка, змішувальна аерокамера, шнеконапір-ний механізм, стиснуте повітря, безконсольний шнек, циліндричний корпус, висота розвантажувального вікна, ефективність, енергоємність, повітроємність, металлоємність.

THE SUMMARY

Kovalyov A.A. The increasing of efficiency work of loading pneumoscrew installation. – Manuscript.

Thesis for the degree of Candidate of Science (Engineering) on the speciality 05.05.04 'Machines for earth and road work', Pridneprovskaya State Academy of Construction and Architecture, Dnepropetrovsk, 2001.

The main idia of the thesis is that diminishing of power consumption pneumoscrew installation (PSI), promotion of uninterrupted work of the machine in emergencies and economy of labour expenses for geometry of basic working elements of auger um the borders of given desing layout of auger-type crowing gear and introduction of new constructive elements, which adjust the form of section of a flow of loose material on an input and output of the non-cantilever auger.

The most essential positive effect from development of the new auger-type crowing gear for practic is the decrease in comparison with variant of power consumption EATCG on 13%, metal consumption GMC on 21%, air consumption on 1 m of line VAC on 2,5%, to increase productivity in 2 times and to reсeive annual economic benefit 13,5 thousands grn. per one machine.

The distinctive features of the work are the scientific groundation of geometry of the non-cantilever auger with increasing to the output the step of coil and diameter of the shaft, mathematical groundation of the hyperbolic dependence of volumatic productivity Q, efficiency h and power consumption E from capacity of engine of the machine N.

In the work is determinted the retional limits for increasing of height of an unloading window of the cylindrical body b= 0,22ё0,04 m, number of coils of the semi auger Z=5ё7 coils, pressure in mixing air chamber Рк=0,12ё 0,2 MРa, which ensures the minimal power consumption of the work of the auger-type crowing gear E=0,267ё0,294 kVh/t. The technique of the account of a new types of crowing gear is offered. The offers on the designing and forecasting of the new pressure auger-type crowing gear are formulated.

In Ukraine and abroad it is expendient to use machines of this type for measure doze and moving of large volumes of loose materials in the short time on auxililary objects of road-building organization.

Keywords: pneumoscrew installation, mixing air chamber, auger-type crowing gear, non-cantilever auger, cylindrical body, compressed air, height of the unloading window, efficiency, power consumption, air consumption, metal consumption.

Аннотация

Ковалев А.А. Повышение эффективности работы загрузочной пневмовинтовой установки. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специаль-ности 05.05.04. “Машины для земляных и дорожных работ”, Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск, 2001 г.

Диссертация посвящена разработке высокоэффективной и конкурентоспособной пневмовинтовой установки с бесконсольным шнеком.

Главная идея работы заключается в том, что за счет изменения геометрии основных рабочих органов шнеконапорного механизма в рамках новой компоновочной схемы и введения конструктивных элементов, позволяющих управлять процессом изменения формы сечения потока сыпучего материала на входе и выходе бесконсольного шнека, снизить энергоемкость ПВУ, а также обеспечить бесперебойную работу машины в аварийных ситуациях и экономию трудовых затрат при проведении технического обслуживания и ремонта.

Наиболее существенным положительным эффектом от разработки нового напорного механизма в практическом плане явилось снижение по сравнению с базовым вариантом энергоемкости ШМ Ешм на 13 %, металлоемкости на Gуд на 21%, воздухоемкости на 1 м трассы Vуд на 2,5%, получить годовой экономический эффект 13,5 тис. грн. на одну машину и повысить производительность ПВУ в 2 раза.

Отличительной особенностью работы является научное обоснование геометрии нового напорного шнека с увеличивающимися к выходу шагом витков и диаметром вала. Математически обоснована геперболическая зависимость объемной производительности Q, коэффициента полезного действия h и энергоемкости E от мощности привода машины N. Определены рациональные пределы увеличения высоты разгрузочного окна b=0,22 ё 0,04 м, числа витков полушнека Z=5ё7 витков, давления в смесительной аэрокамере Рк=0,12ё 0,2 МПа, обеспечивающие минимальную энергоемкость E = 0,267 ё 0,294 кВтч/т. Предложена методика расчета нового ШМ. Сформулированы предложения по проектированию и прогнозированию новых малоэнергоемких напорных механизмов ПВУ для выполнения транспортно-технологических операций с сыпучими материалами для асфальтобетонных заводов.

Определены рациональные параметрами ПВУ типа ЭППВ-200: П=190-215 т/ч, Nш = 55 кВт, Рк =0,12 МПа, n=1000 об/мин, Vвозд=20 м3/мин, Dш = 0,2 м, dв =0,102 м, Sш =0,12 м, b =0,04 м, Z = 7 витков, lп = 0,3 м.

В Украине и за рубежом целесообразно использовать машины этого типа для дозирования и перемещения больших объемов сыпучих материалов за короткий промежуток времени на вспомогательных объектах дорожно-строительных организаций.

Ключевые слова: пневмовинтовая установка, смесительная аэрокамера, шнеконапорный механизм, бесконсольный шнек, высота разгрузочного окна, сжатый воздух, эффективность, энергоемкость, воздухоемкость, металлоемкость.