/
Текст
M- Wi
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР
КАЗАНСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
имени С. М. КИРОВА
СПИРАЛЬНО-ВИНТОВЫЕ
ТРАНСПОРТЕРЫ (ГИБКИЕ ШНЕКИ)
И СМЕСИТЕЛИ
Казань =» 1970
Н.-. I ’Я
* нэ вь'Р,а‘:ТСл J
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР
КАЗАНСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ИМЕНИ С-М.КиРОВА
Спирально - винтовые
ТРАНСПОР ТЕРЫ
/гибкие шнеки/ и
СМЕ СИТЕ ЛИ
Сборник статей
ПОД ОБЩЕЙ РЕДАКЦИЕЙ
доц. П. А-Преображенского
и доц. А. А. Труфанова
L*:
КАЗАНЬ — 1970
(UZ2G‘+
АННОТАЦИЯ
В сборнике статей изложены основные результаты тео-
ретического и экспериментального исследований спирально-
винтовых транспортеров (гибких шнеков) и смесителей.про-
водимых в КХТИ им. С.М.Кирова. Отсутствие до последнего
времени в технической литераторе методов расчета и неко-
торых практических данных по спирально-винтовым машинам
и аппаратам сдерживало их распространение.
В совокупности статьи дают необходимый материал по
расчету и конструированию машин и аппаратов с вращающими-
ся винтовыми спиралями и могут способствовать более ши-
рокому их освоению промышленностью. Расчетные формулы да-
ны в инженерно-прикладном виде । разработаны и приведены
порядки соответствующих расчетов.
Сборник статей предназначен для инженерно-технических
работников, занимающихся проектирование* транспортирующих
машин и смесителей,-а также для преподавателей и студен—
тов технических учебных заведений.
□ -ЛЕТИЮ ТАССР
ПОСВЯЩАЕТСЯ
- 5 -
ВВЕДЕНИЕ
Одним из главных, современных направлений технического
прогресса в нашей стране является химизация народного хо-
зяйства. Множество технических вопросов современной хи-
мической технологии требует как усовершенствования су-
ществующих конструкций машин, так и создания оригинальных
их образцов, работающих на основе новых физических прин-
ципов .
Особо ва::ное месте в области химического производства
занимают вопросы транспортирования и перемешивания мате—
риалов, а в лучшем варианте - совмещение этих двух техно-
логических процесорв в одной машине (аппарате).
Опыт эксплуатации транспортирующих машин показывает,
что винтовые конвейеры (шнеки) получают в настоящее вре-
мя все большее распространение. Если ранее шнеки применя-
лись для перемещения материалов в основном по горизонталь-
ному и пологонаклоыным направлениям с угловой скоростью
транспортирующего винта до 120-150 об/мин, то сейчас, в
условиях комплексной механизации и автоматизации производ-
ства, все более широкое распростванзние получают круто-
наклонные и вертикальные шнеки с угловой скоростью винта
цо 500-600 об/мин и более.
В последнее вреу'я у нас и за рубежом находит примене—
ние разновидность винтового конвейера - гибкий шнек, ко-
торый представляет собой одну, две или даже три вращающие-
ся цилиндрические винтовые спирали (пружины), вставленные
одна в другую и помещенные в гибкий кожух. ОдналО, если
методы расчета даже обычных крутонаклонных и вертикальных
шнеков еще не совершении, тс теоретические работы поч гиб-
ким шнекам, а также по сконструированным на их основе м
испытанным в КХТЙ им. С ..М.Кирова спирально-винтовым смеси-
- 6 -
телям вообще отсутствуют.
Целью выпуска настоящего сборника является информи-
ровать научно-техническую общественность о результатах
исследований, проведенных авторами в области машин i ап-
паратов о вращающимися винтовыми спиралями, способствуя
том самым их внедрению в химическое, сельскохозяйствен—
in и др. производства. Выпуск статей одновременно будет
пилиться и дополнительным ответом на многочисленные во-
просы по спирально-винтовым машинам, поступившим в адрес
института.
В области теории гибких шнеков,наряду с совмещением
картины движения изолированной материальной течки в ооыч-
ных шнеках с жестким винтом и закономерностями перемеще-
ния массы материала в конвейерах с погруженными контурны-
ми скребками,в ряде статей сделана попытка описать диф-
ференциальными уравнениями движение в гибких шнеках мас-
сы материала в целом. При таком подходе ожидается получе-
ние общности решений задачи как для вязких транспортируе-
мых материалов, так и для сыпучих.
Поскольку при всем этом экспериментальных коэффициен-
тов избежать все равно не удается, то неооходимо вести
широкое экспериментирование как в лабораторных, так и в
производственных условиях. Дальнейшие.эксперименты и прак-
тика эксплуатации накопят данные по отнесению многочислен-
ных конкретных материалов к той или иной категории по
трудности их перемещения, позволят уточнить и сузить ре-
комендуемые пределы для коэффициента сопротивления пере-
мещению материалов.
При транспортировании гибкими шнеками сыпучих материа-
лов необходимо проверить эффективность пневыоподпора, а
при транспортировании вязких жидкостей и пастообразных
материалов следует провести большое исследование по напор-
ному питанию гибких шнеков в зоне их аагруэки обычным
жестким шнеком.
Чрезвычайно интересным и перспективным является исполь-
зование вращающихся винтовых спиралей на базе двухспираль-
ного гмоко!о инека в качестве смешивающих рабочих органов,
- ? -
дающее, как показали предварительные эксперименты, хо-
рошие результаты по качеству смешения, удельной энерго-
емкости и по удельной производительности, т.е. произво-
дительности, отнесенной к единице объема смесителя. Ап-
параты на этой основе также найдут пирокое применение
для проведения химических т^пло- и массообменных процес-.
сов в гетерогенных средах.
Работа в области повышения надежности и долговечнос-
ти спирально-винтовых машин и аппаратов должна вестись
по подбору износостойких современных пластиков для по-
крытия внутренней рабочей поверхности кожухов и по уп-
рочению рабочих спиралей. Большое значение имеют здесь
оригинальные конструктивные решения приводных головок и
других узлов.
- 8 -
П.А.Преображенокий, А.М.Григ орьев
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ БЫСТРОХОДНЫХ1 ШНЕКОВ
Вопрос оптимизации параметров шнеков (как обычных,с
жестким винтом, так и гибких ) должен всегда находиться
в центре внимании конструктора. Основным конструктивным
параметром шнека является шаг вь .нового рабочего органа,
а режимным - его угловая скорость. Для указанных парамет-
ров целесообразно вести оптимизацию из условия минималь-
ного значения удельной энергоемкости ы/П । т-е. мощности,
затрачиваемой на перемещение единицы веса материала в
единицу времени. Как будет видно из“дальнейшего изложе-
ния, при заданных параметрах шнека вопрос определения его
производительности и потребляемой мощности сводится к оп-
ределению средней угловой скорости изолированной матери-
альной точки соср и соответсвующего ей угла ficp меж-
ду векторами абсолютной и переносной скоростей точки.
Имеются в виду шнеки с быстроходным (винтовым) режи-
мом транспортирования, при котором частицы перемещаемой
масс" материала движутся по винтовым линиям. Следует за-
метить, что быстроходный режим может иметь место и при не-
большой угловой скорости винтового рабочего органа, но при
коэффициенте заполнения шнека, равном или близком к едини-
це. ,
К тихоходным относим шнеки с тихоходным iосевым) режи-
мом транспортирования, при котором средние векторы скорос-
тей колеблющихся частиц перемещаемой массы материала на-
правлены вдоль оси шнека.
- 9 -
Определенна сОср и Ар изоли-
рованной и а т е р. a i ь л ой точки
В работе /4/ из рассмотрения треугольника скоростей
изолированной материальной точки получено первое уравне-
ние средней угловой скорости точки;
Sinoi cos fico
~ we sA-r %; * - (i)
Там же доказывается, что вместо многоугольник, сил, дей-
ствующих на материальную точку в наклонном быстроходном
ннека, можно рассматривать треугольник сред-
них с и л , из которого Получено второе уравнение сред-
ней угяовий скорости точки:
В уравнениях (I) и (2):
(2)
(л>3 - угловая скорость транспортирующего винта миска,
ei =QActo^— Угол подъема пергферийвс! винтовой ли-
нии винта, где S - иаг винтовой
линии (ход винта);
2 - наружный радиус вмята снека;
J3Cp - угол между векторами абсолютной и переносной
скоростей точки, лож нстсрым двигалась бы точ-
ка в данном наклонном инежа с пос^оячной сред-
ней осевой скоростью lf2 v *
g - ускорение силы тяжести земного протяжения;
у - угол между вертикалы» и осью кнежа;
f - угол трения скольжения транспортируемо1") ма-
териал1 по поверхности винта;
j? - козСфициент трения скольжения материала о ко-
жух инека.
Аналитическое решение системы двух траасцевдевтмых
уравнений (1) в (2) приводит к уравнены» вестей степени от-
- 10 -
1,1 и I - кривые уравнения (I): I - кривая при повышенной
угловой скорости винтового рабочего органа; Г'- при пони-
женной угловой скорости;
2,2'и 211- кривые уравнения (2): 2 - кривая для мень-
шего угла наклона шнека к вертикали, 2"- для большего
угла % ;
?BJpT - кривая уравнения (2) для вертикального шнека,
т.е. кривая уравнения (3);
2ГОр. ~ кРивай уравнения (2) для горизонтального шне-
К8,т.е. прямая, определяемая равенством (4).
- П -
носительно неизвестной величины, которое, как известно,
неразрешимо.
Совместное решение уравнений (I) i (2) можно произво-
дить графически или методом последовательных приближений.
В первом случае в прямоугольной системе координат
До0СОср(Фиг.1), задаваясь рядом значений рср , строим
кривую I уравнения (I) и кривую 2 уравнения (2). Точка
пересечения их о. дает искомую величину средней уг-
ловой скорости точки С0ср и соответствующий ей угол
ficp
При вертикальном шнеке треугольник средних сил яв-
ляется треугольником истинных сил J дающий уравнение уг-
ловой скорости точки
со = |TZZZ3SSE£lZZIZ ,
V zf^cos^sinptg(o<+<fi)] (3)
которому на фиг. I соответствует кривая 2вврТ>.
В случае горизонтального шнека треугольник средних сил
превращается в два равных, противоположно направленных век-
тора: средней силы давления винтовой поверхности на мате-
риальную точку и средней величины силы трения точки о ко-
жух ва ее оборот. Так как угол между осью шнека и направ—
лением давления винтовой поверхности всегда равен (с<+4>|),
то для горизонтального быстроходного шнека
fo- 90°-^+^ . (4)
Таким образом, кривая уравнения (2) для горизонтально-
го шнека является прямой 2рос, параллельной оси ординат и
отсекающей на оси абсцисс отрезок 0 - [90° - (o(t % )] .
Во втором случае, при совместном решении уравнений (1)
и (2) методом последовательных приближений, для уменьше-
ния количества вычислительных операций эти уравнен при*
ведены соответственно к следующим видам:
m =__________!£|------- (|«)
Р
- 12 -
Wcp — \ I — .----------— •
Из фиг. I видно, что при значении угла ^ср
вем истинного его значения, угловая скорост! шср
теркальной точка, определенная по уравнению (1а),
(2а)
, мень-
ма-
всегда
больше еа угловой скорости, определенной по уравнению
(2а). При значении угла J$cp , большем истинного его
значения, наоборот, угловая скорость точки <л)ср ,опреде-
ленная по уравнению (1а), всегда меньше угловой скорости
точки, определенной по уравнении (2а). Зная это, путем
последовательного приближения нетрудно определить значе-
ние угла )Зср с любой требуемой точностью.
Приближение следует вести последовательным делением
пополам вилки значений углов J5Cp , взятых по обе
стороны от истинного значения угла j$cp . При этом
необходимо помнить, что значение угла j3cp не может
быть больие frrp = 90’’- (ск + '°, ).
Оптимизация шага транспор-
тирующего винта
Для представления удельной энергоемкости N / П в
функции угла с4 предварительно необходимо построить два
"рафика: график мощности N = vp, (о() и график про-
изводительности п = Ч'г •
Моиность, вдутая на перемешивание чатериала в процес-
се его транспортирования, практически прямо пропорциональ-
на сумме мощностей, расходуемых па трение материала о ко-
жух инека, о винтовой рабочий орган и на подъем материала.
Кроме того, нам важно знать лишь характерный образ кривой
функции N = ц;.| (с*) , а не абсолютное значение мощ-
hocti . Поэтому для построения I рафика N = Ч’, (« ) в
работе /5/ была выведена формула мощности М , затра-
чиваемой на транспортирование изолированней материальней
точки^, которая в быстроходном шнеке является неизбежно
* Вследствие того, что мы рассматриваем транспортирую-
мне иноки, в которых превалирч^им является установивший-
ся режим; загрузочные потери здесь не учтены-
- 13 -
периферийной:
где гп
N = mz^2cu6.U’?pcosj3cp ,
- масса материальной точки.
(5)
Фиг. 2. График функции Н :
I - кривая уравнения (5) для общего случая наклонного
быстроходного шнека;
1верТ.~ ДДЯ вертикального шнека;
1ГОр ~ для горизонтального шнека;
точка S' - предельные значения соответствующих кривых из
условия обеспечения быстроходного режима транспортирования.
Еа графике N=%(o<) (фиг.2) представлена по-
строенная’по точкам кривая I, которая в зависимости от
утла % наклона шнека к вертикали может распо-
лагаться от положения I вертП =0) до положения 1гор
(^=90°). Кривые отсекают на оси ординат отрезки, соответ-
ствующие затрачиваемой на вращение диска мощности (о< =0).
Правые ветви кривых отсекают (см. точки Q3 , * d5 )
- н -
на ординатах, соотпотствующих критическим углам^^сУкрg
о(цр.р наклонного, вертикального и горизонтального
iiiuhiuiii, одинаковые отрезки, которые равны критической
мощности Мкр • Если построить график М = Ф^(о<)
для р'" ‘личных угловых скоростей винта CUg , то можно
заметить, что при большей угловой скорости с увеличением
угла о( мощность возрастает быстрее, чем при мень-
шой угловой скорости винта.
Поскольку производительность шнека П прямо про-
порциональна средней осевой скорости транспортируемой
массы (в нашем случае пряко пропорциональна средней осе-
вой скорости Vz ср периферийной точки), построение
графика П = 4^(00 сводится к построению гоафика
1^2 ср ~ (,°0 •
Приближенно, по аналогии с вертикальным шнеком, мож-
но записать равенства
^Z.cp 5 (tt)g ^ср)
(6)
или
,ь , , Sine/ Sin Bep
v7r0 = Wei —------------—>
P 6 SLH(O<+J3Cp)
(6a)
которыми и рекомендуется пользоваться при построении гра-
фика ’ trz.cp = Ч'г О!)
Кривая 2 на графике ср =4'г(о<1 (фиг.З) в завися—
мости от угла у изменяет свое положение, не выхо-
Вообще критическими параметрами быстроходного шне-
ка называем его параметры, соответствующие сритической
угловой скорости WKp транспортирующего винта. Под кри-
тической же угловой скоростью транспортирующего винта по-
нимаем ту предельно большую его угловую скорость, при ко-
торой средняя угловая скорость частицы еще равна угловой
сьирости винта. Таким образом, при критической угловой
скорости винта йгп-0 , а следовательно, с~0.
- 15 -
so0 a
Фиг. 3. График функции
2 - кривая уравненье /6/ или /6а/ для общего случая
наклонного быстроходного шнека;
2вер'г ” для вертикального шнека;
2гор. " для гсРиа°итального шнека.
- 16 -
дя за граничные кривые 2gepm ( у = 0) и 2 гор ( у = 90°).
С увеличением угловой скорости винта кривые 2,2geprna 2гор
увеличивают свои максимумы, а с уменьшением угловой ско-
рости - уменьшают их. Левые ветви кривых Vz ср = (рг(о()
исходят из начала координат 0, а правые отсекают на оси
абсцисс отрезки, соответствующие критическим углам dкр ,
ckKpg и крг наклонного, вертикального и горизонталь-
ного шнеков. При этом всегда o^.ag = 90°-^.
Из совместного анализа кривой I (фиг.2) и кривой 2
(фиг.З) следует, что увеличение угла оС свыше значе-
ния ex max » соответствующего максимальней осевой ско-
рости (см. точку а2 на фиг.З), явно негр лесообразно,
так как при э гом с уменьшением средней осевой скорости
(следовательно, и с уменьшением производительности
П ) одновременно происходит увеличение потребляемой
мощности Н . Таким образом, оптимальное значение
угла из условия минимального значения удельной
энергоемкости находится между о < o<0nm <oimax
Имея кривую I функции к| = (о<) и кривую 2 функ-
ции П - (©Q , находим ряд значений функции N/n = %(oZ)
и по ним строим кривую 3 (фиг.4), минимум которой (точка
Q..] ) соответствует оптимальному значению угла о< Опгп
подъема периферийной винтовой линии из условия минималь-
ного значения удельной энергоемкости. Левая ветвь кривой
3 асимптотически приближается к оси ординат, а правая
ветвь асимптотически приближается к ординазч, соответствую-
щей критическому углу о^р . При изменении угла у
кривая 3 ограничивается положениями 3gepm (=0) и Згор
(У = 90°).
По найденному значению сХ0Пгп определяем соответ-
ствующий этому углу оптимальный шаг:
S опт = 2 % Z опт • (?)
В ряд1 случаев, однако, может оказаться целесообраз-
ным ,нвввирая на повышение удельной энергоемкости,принять
угол подъ. ма периферийной винтовой линии ск , соответ-
- 17 -
Фиг. 4. Гиафик функции hl/П = i
8 - кривая, построенная путем совместной обработки
кривш I и 2 (фиг. 2 и 3);
‘’нерт ~ то жв длй веРтикальН0Г0 инека;
Иров “ то же для г°Ри30НтальНиг0 инека.
?4аг <»‘j№ -’/г."
*JW*
- 18 -
ствуп;им максимальному значении средней осевой скорости
h flQ ОС т>
V-icp t т.е. принять o4mQX . Рас-
смотрим этот вопрос подробнее.
Из анализа кривых функции ср = у2 (oQ (фиг.2)
построенных для различных углов у , следует, что они
практически симметричны относительно своих максимумов. Та-
ким образом, угол сх тах , соответствующий максимально-
му значению средней осевой скорости, может быть определен
аналитически как
. - °^кр
°*' max 2 ’
где ex'«р - критическое значение угла cZ , прг ко-
тором, как было указано выше, отсутствует осевое перемеще-
ние точки, т.е. о = q , с =Q , а, следовательно,
П = 0 • СР Z'CP
При J3cp = 0 из уравнения (2) получаем фор-
мулу средней критической угловой скорости материальной точ-
ки в общем случав наклонного оыстроходного шнека:
^ср.кр \J
Для вертикального шнека выражение (8) принимает из-
вестный /2,5/ ВИД;
Так как при критической угловой скорости винта
=0)^10, подставляя в выражение (8) данную угловую
скорость Транспортирующего винта рассматриваемого шнека,
определяем значение угла о< кр , при котором угловая
скорость винта ujf будет являться критической угловой
короотью GJg к} . Формула (8) при этом принима-
ет лад:
- 19 -
откуда
= <jJz
О.кр
V 7^
и
<кр ^(xzcto —
Р Г*°5 Х
+
_°<кр = эcosy _ Ч>, .
птах 2 2 2 1U^
В случав вертикального шнека равенство (10) запишется:
х «Ыг
« ?__________________________________
птах, о “ о о
Выражение (II) дает значения угла о( mQX g , хо-
рошо совпадающие с его значениями, определенными по фор-
муле
max.& = f । +
-2J ... ,
которая предложена М.Е.Никифоровым и А.М.Григорьевым /I/
для вертикального шнека, где
Для горизонтального шнека из фогиулы (10) следует:
_ №ct£O= _ JP,
птах.г. ~ 2 ~ 2 ’ 'i2'
т.е. получили результат, совпадающий с выражением, выве—
денным А.М.Григорьевым /3/ аналитически.
То же получаем непосредственно из графика фиг.З:
с^кр.г 900 %
^тах.г = —Т-------=------~ V
20 -
Оптимизация угловой ско-
рости винтового рабочего
органа
Предварительно строим два графика: график мощности
N=% (cog ) (фиг.5) и график производительности
(фиг.6)
Фиг. 5. График функции М =4^ (GOg) :
I - кривая уравнения (5) для общего случая наклон-
ного быстроходного шнека;
I -вопт _ для вертикального шнека;
лирт«
I гор. - для горизонтального шнека;
точки S' и К - предельные значения кривых соответ-
твенно из первого и второго условии быстроходности
На графике М =^(ojj) (фиг. 5) кривая I общего слу-
чая в зависимости от угла наклона шнека к вертикали огра-
ничивается положениями ] 10pt. (J =0) и 1гор. ( К « 90°).
Кривые исходят из начала координат Q и образуют по
- 21
мере увеличения угловой скорости винта бесконечно рас-
ходящийся веер.
ФПГ. 6. График функции # ср = (u?g) :
2 - кривая уравнения (6) или (6а) для общего
случая наклонного быстрохпдногз шнека;
2„£ап,п _ Для вертикального шнека;
БирТ •
2ГОр# - для горизонтального нека.
Способом, изложенным выше, определяем ряд значений
Vz ср = (.COg) • Построенная по этим значениям кривая
2 на графике ХГг с ='+'г(СОБ) (фиг.6) в зависимости
от угла изменяет свое положение, не выходя за кривую 2В0рТ
( % = 0) и за прямую 2гор (Jf = 90°) данного шнека. Ле-
вые ветви кривых отсекают на оси абсцисс отрезки, соответ-
ствующие критическим угловым скоростям транспортирующего
винта, а правые ветги асимптотически приближаются к пря-
мой 2гор • График ^г.ср=%(С08г является од-
- 22 -
Фиг. 7. График функции N/fl = (Сбк) :
3 - кризах, достроенная утей совместной обра-
ботки кривых 1 и 2 (фиг.5 и 6);
^пер< го ** для вертикального шнека;
^гор, ’ то *е Для горизонтального шнева.
повременно (лишь в другом масштабе) и графиком производи-
тельности.
По кривым I и 2 (фиг. 5 и б), задаваясь значениями
угловой скорости винта о. g , определяем ряд значений
Функции М/П = ^(GOg) и по ним в прямоугольной си-
стеме координат строим кривую 3 (фиг.7). Минимум кривой
3 (точка Q. ) определяет собой на оси абсцисс оптимальное
значение угловой скорости опгп винта из условия ми-
нимального значения удельной энергоемкости. Левая ветвь
кривой 3 асимптотически приближается к ординате, соответ-
ствующей критической угловой скорости винта Co)g кр . При
изменении угла у кривая 3 ограничивается положениями
3gePm(Y = 0) и З^р ( у = 90°). Более подробный анализ кри-
вьпс приведен в работе /б/.
Рассмотренные в настоящей статье принципы оптимизации
параметров быстроходных шнеков были использованы при об-
работке большого количества результатсв экспериментов по
исследованию односпирального гибкого шнека и получили хо-
рошее практическое подтверждение.
ЛИТЕРАТУРА
I. М.Е.Н и к и ф о р о в, A.M.I ригорьев.
Труды КХТИ им. С.И.Кирова, вып. 18, 1953.
'-.А.М.Г ригорьев. Б.В.Ш и т и к о в. Труды
КХТГ им. С.М.Кирова, вып. 19-20, 1954.
* Практически эта зависимость справедлива лишь до оп-
ределенной угловой скорости транспортирующего винтового
органа, так как на производительность начинают влиять не-
которые дополнительные факторы (ухудшение условий питания
шнека в зочеэагрузки, ум^ньшени" ооьгмноЗ плотности тран-
спортируемого материала в шнеке вследствие его аэрирования
и пр.). Нспример для одноепиральвого гибкого шнека о ра-
бочим диаметром кожуха Ир = 38 мм эта зависимость
справедлив? до rig = 1200 об/мин.
- 24 -
3. 4.И.Г ригорьвв. Элементы теории винтовых
конвейеров. Изд. КХТИ им. С.М.Кирова, Казань, 1956 -57.
4. П.А.П реображенский. Труды ШИ им
С.М.Кирова, вып. 31, 1963.
5. П.А.П реображенский. Труды КХТИ им
С.М.Кирова, вып. 32, 1964.
6. П.А.П реображенский. Труды КХТИ им
С.М.КЕиова, вып. 35, 1965.
- 25
П.А.Преображенский, А. М.Григорьев
ОДНОСПИРАЛЬНЫЙ ГИБКИЙ ШНЕК
За последнее время в СССР и за рубежом для перемеще-
нии порошкообразных и мелкозернистых материалов, а также
низко-пластических масс начинают применяться гибкие шне-
ки (спирально-гинтовые транспортеры). Гибкий шнек пред-
ставляет собой одну, две или даже три вращающиеся цилинд-
рические винтовые пружины (проволочные спирали), вставлен-
ные одна в другую и помещенные в гибкий кожух. Смежные
пружины двух- и трехспиральных шнеков изготовляются с
взаимно противоположным направлением подъема витков (пру-
жины правой и левой навивок) и, следовательно, вращаются
и разные стороны.
Гибкий шнек отличается простотой конструкции, компакт-
ностью, .и может быть выполнен как в стационарной, так и в
п недвижном вариантах. Наряду с основным свойством - гиб-
костью, позволяющей проектировать сложные пространствен—
иые трассы транспортирования, он обладает способностью на-
дежно герметизировать материал. В ряде спацпроизводств
гибкий шнек может оказаться незаменимым при транспортиро-
вании материалов, не допускающих контакта с маслом, пото-
му что у обычйых шнеков через каждые 2,5 + 3,0 метра не-
ооходимо ставить промежуточное подшипники.
На фиг. I изображен вариант схемы односпирального гиб-
кого шнека с заборным и транспортирующим участками,трассы
которых соединены пер «грузочным“ бункером. Отсюда можно по-
лучить два самостоятельных шнека, транспортирующих ма-
териал в бункер или из бункера.
Фиг. I. Вариант схемы гибкого шнека:
I - заборная спираль; 2 - заборный участок гибкого кожу-
ха; 3 - стальная труба заборного участка (внутреннюю по-
верхность желательно гуммировать); 4 - поворотная голов- ।
ка перегрузочного бункера; - - наконечник заборной спи-
рали; б - электродвигатель (или мотор-редуктор); 7, 8, 9,
II и 12 - соответственно то &е для транспортирующего
участка; 10 - неподвижная часть перегрузочного бункера.
Отсутствие метода расчета и некоторых практических
данных по гибким шнекам сдерживало их распространение. В
настоящей работе изложены результаты теоретического и
экспериментального исследований односпирального гибкого
анека, приведены необходимые данные по их расчету и кон-
струированию - все это может способствовать более широко-
му освоению гиоких шнеков различными отраслями промышлен-
ности (химической, пищевой, строительной и др.) и сельско-
хозяйственного производства.
Краткая историч еская
справка
Идея транспортировать материал вращающейся цилиндри-
ческой винтовой спиралью, помещбаной в гибкий кожух, воз-
никла сравнительно давно и принадлежит Г.Плюсту и Ф.Арен-
су, которые в 1926 году заявили в Германии о своем прио-
рит' те и в 1928 году получили патент /I/ на указанный вид вин.
нового конвейера (инека) для перемещения цементных и бетонных
- 27 -
пмпиий. Позднейшие патенты по односпиральному гибкому
ноку - как иностранные /2 и др./» так и отечественные
J и др./ - распространили область его применения на сы-
пучие материалы, однако касались скорее вопросов кон-
।труктивных усовершенствований, чем принципиальных из-
менений.
Дальнейшим развитием односпирального гибкого шнека
являются одно- и даже трехспиральные шнеки. Некоторые ав-
торы /4,5/ предлагают комбинировать гибкие шнеки с пнев-
монодпором.
йз отдельных информационных заметок в«днэ, что гиб-
кий шнек начинает находить все большее распространение.
И нее же в технической литературе очень мало практичес-
ких данных по его испытанию. Что касается теоретических
исследований гибких шнеков, то до последнего времени они
вообще отсутствовали.
Из экспериментальных отечественных работ по односпираль-
ному гибкому шнеку известны отчеты ЦНИЛпищестроя и ВНИИОМСа
за 1952 год /12/, где приведены результаты экспериментов по
«го производительности, потребляемой мощности и износу при
транспортировании цемента. В 1961 году был опубликован по-
ложительный опыт ГрузНИИСХОМа /13/ по использованию гибко-
го шнека в качестве кормораздатчика на механизированных
птицеводческих фермах. Рекламные объявления и данные ка-
талогов заграничных фирм, как правило, ограничиваются лишь
.указанием производительности и потребляемой мощности, не
приводя конструктивных параметров гибких шнеков. Да и эти
данные почти всегда противоречивы и зачастую не подтвержда-
ются проводимым»: проверками.
Комплексное теоретическое и экспериментальное исследо-
пнние односпирального гибкого шнека проведено в 1958-64 гг.
на кафедре деталей машин Казанского химико-технологическо-
го института имени С.М.Кирова /9, 10/. На основании ре-
зультатов канд. техн, наук П.А.Преображенским рекомендова-
ны конструктивные и режимные параметры этого шнека и раз-
работан порядок его расчета.
В настояшее время в КХТИ им. С.М.Кирова ведутся большие
- 28 -
работы как по дальнейшей разработке теории односпирально-
го гибкого шнека, так и по исследованию двухспирального
шнека при транспортировании порошкообразных и мелкозернис-
тых материалов, начаты эксперименты по транспортированию ч
гибкими шнеками вязко-пластических масс и изучаются сме-
шивающие свойства вращающихся винтовых спиралей.
К решению ряда специфических вопросов соответствующих |
производств приступают также новые группы исследователей
различных организаций (ВИЭСХ, БИМ и др.).
Экспериментально-промышлен - '
ная установка
Основной эксперимент по занеру производительности одно-
сдирального гибкого шнека и потребляемой им мощности про-
водился на двух проиышленных установках, работающих Jn
замкнутому циклу (фиг.2). На установке I замерялась про-
изводительность и мощность гибкого шнека при различных его
конструктивных и режимных параметрах, а установка П работа-
ла на обратной перегрузке материала. Рабочий диаметр гиб--
ких кожухов этих установок Dp • = 38 мм.
Транспортирующая спираль основной установки I приводи-
лась во вращение электродвигателем =1 квт и ngg =
1410 об/мин. через клиноременнув передачу профиля fl при I
одном ремне и контрприводном вале. Ступенчатые шкивы по- I
зволяли давать транспортирующей спирали четыре угловые ско- i
рости в пределах Hg = 430 ♦ 350; 655 + 590; 930 *875 г
1485 + 1390 об/мин. в зависимости от потребляемой мощности.
Время поступления материала в мерную емкость 4 (при
транспортировании по горизонтальному прямолинейному направ-П
лению) и время расхода материала из бункера I (при транспор-
тировании по 5 - образной трассе на высоту Р = 2,75 м) ре-
гистрировалось секундомером, после чего делали пере-
счет на производительность. И в том и в другом случае длина]
транспортирования была одинакова и равнялась Д, = 4,5 м. I
В ходе эксперимента открытые витки транспортирующих спр-j
ралей, непосредственно заби41 ющие материел, находились па
горизонтальном участке гибкого шнека, • причем всегда га-1
- 29 -
Фиг. 2. Схема экспериментально-промышленной уста-
новки гибкого шнека:
I - установка для количественных экспериментов;
П - установка для качественных экспериментов и
для обратной перегрузки материалов.
I - мерный бункер расхода; 2 - транспортирующая
винтовая спираль; 3 - гибкий кожух (рези, овый рукав);
4 - приходная мерная емкость; 5 и 6 - заборный *
транспортирующие участки установки П; 7 - поддер-
живающая стальная труба; 8 - стойки; 9 - бункер для
вертикального транспортирования по S - образной
трассе; 10 - патрубок; II - перегрузочный бункер;
12 - вибоатор; 13 - электродвигате ,ь; 14 - клиноре-
менная передеча; 15 - контприводной вал с захватом
для h3koh“4Hhkoj испытывав!х транспортирующих
винтовых спиралей.
рантровагось многократное превышение свободного поступле-
ния материала на спираль по сравнению с максимальной произ-
водительностью шнека.
Для всестороннего исследования конструктивных параметров
рабочего шнека было изготовлено 24 спирали из стальной пру-
жинной проволики марки П-I по ГОСТу 5047-49л, различав!" ie-
В настоящее время на стальную углеродистую холодно-
тянутую проволоку следует руководствоваться ГОСТом 9389-60,
по которсиу проволока подразделяется на 1,2,2а и 3-й класс
прочное и.
Проволока марки П-I изготовленных спиоалей по своим ме-
ханических свойствами (поеделу пучности на растяжение
числу перегибов и скручиваний} по ГОСТу 9389-?п соответствуй
ет проволоке 3-го класса прочности.
- 30 -
ся друг от друга наружным диаметром о, , шагом s
и диаметре»1 проволоки §
Кроме описанной установки, для всестороннего исследо-
вания работы гибких шнеков было изготовлено еще несколько
установок с рабочими диаметрами ксжухов Dp = 26 и 51 мм.
Как хорошосыпучие мелкозернистые материалы использова-
лись кукурузная крупа и кварцевый песок. С указанными ма-
териалами на гибких шнеках проводился количественный и ка-
чественный эксперимент. Кроме того, экспериментами на квар-
цевом песке проверялась экономическая сторона возможности
транспортирования гибким шнеком высокоабразивных материа-
лов.
В качеств” плохосыпучего слеживающегося материала приме-
нялся порошкообразный хлористый калий ( кс£ )•
Для исследования тслько качественного вопроса транспор-
тирования применялись следующие сыпучие материалы: тальк,
актинап, каолин, цемент, магнезит, мел и поваренная соль.
Эффект транспортирования гибким шнеком вязко-пластических
матеоиалов проверялся на солидоле.
Производител ьн ость одно-
спирального гибкого шнека
Поскольку благодаря специфике транспортирующего винто-
вого рабочего органа гибкого шнека периферийный слой тран-
спортирующей массы сыпучего материала прижимается к кожуху
наряду с центробежной силой и распорными силами внутренне-
го давления, обеспечивающими при постоянном питании шнека
в зоне его загрузки быстроходный режим транспортирования,
в основу теоретическсго исследования производительности гиб-
кого шнека положены некоторые вопросы теории быстроходных
шнеков, изложенные в /6,7,8,9,10/.
Проведенные эксперименты позволили далее совместить тео-
рию движения изолированной материальной точки в быстроходном
шнеке с законон“рностями движения массы материала в конвей-
ерах с погруженными скребками /II/.
лормулу производительности гибкого шнека можно записать
- 31 -
н.срм
П - Кп F j г ср.м ’
- коэффициент производительности;
(I)
- рабочая площадь поперечного сечения коцуха;
- средняя осевая скорость транспортируемой
массы материала;
- объемный (насыпной) вес транспортируемого
материала.
Многочисленные эксперименты показали, что практически
наружно-
материал перемещается
му диаметру спирали
потоком с диаметром,равным
d, и следовательно,
7Гс12 4
К" " 45iDp
d2
(2)
W Кп
о
Рабочая площадь рукава (плошадь нетто)
Fp =
4 4sln«l
Р Slncx.
(3)
где
оС=агс!о-4-
v UToLcp
- угол наклона винвовой линии оси проволоки
спирали (о!( =cL-8 - средний диаметр спи-
рали).
Строгое теоретическое определение средней осеьой ско-
рости т7г cpiM в o0u*ek слуиае наклонного шнека свя-
зано с вычислительными трудностями. Этого, однако, удалось
избежать, воспользовавшись тем, что при оптимальных пара-
метрах гибкого шнека и при горизонтальном расположении его
заборного участка процентная разница в экспериментальных
производительностях при транспортировании в горизонталь-
ном, наклонном и вертикальном направлениях не превышает
12 + 15£, и произведя обобщение выражения для 1Гг ср м п0
- 32-
1
горизонтальному шнеку.
сообщенное выражение для средней осевой скорости
транспортируемой массы материала имеет вид:
51п«рС05(Лр+<Р4)
^E.cp.M =^8*p-------------------
(4)
COS
где GOg “ угловая скорость спирали;
Rp=-^£- - радиус гибкого кожуха;
схр = o/pcta —-расчетный (рабочий) угол наклона винто-
вой линии оси проволоки спирали по ко-
муху диаметром Ер ;
^4 - угол трения скольжения между транспортируе-
мым материалом и спиралью.
Подставляя далее равенства (2), (3) и (4) в уравнение
(I) и выражая угловую скорость транспортирующей спирали
через rig [об/мин,] , получаем при соответствующих раз-
мерностях обобщенную формулу производительности одниспи-
рального гибкого шнека, рекомендуемую для практического
применения;
iWS г 6 2
r,=IM
SlnolpCOSCcZp^)
COS^ u L 4HCJ
Проверка показывает, что расхождения в значениях про-
изводительностей гиокого шнека, определенных по формуле
(5), с экспериментальными их значениями при транспортиро-
вании порошкообразных и мелкозернистых материалов находят-
ся в пределах 12 < 15%, что хорошо отвечает требованиям ин-
женерной практики на производительность конвейеров.
Для определения (или уточнения) требуемой угловой ско-
рости транспортирующей спирали в зависимости от заданной
производительности и выбранных конструктивных параметров
гибкого инека формула (5) приводится к виду:
— ------------------------------1(6)
ISC d.-;Dp- stnoi p COS (&: P+%) y0
- 33 -
п
Для проведения предварительных расчетов можно реко-
мендовать также более простой вид формулы производитель-
ности односпирального гибкого шнека:
n=35dI 2SngXo (7)
С некоторым приближением выражение (7) можно предста-
вить в более удобном для запоминания виде:
П -«•-AsniK.z.AOFjSniJ', [%,], (8)
т.е. производительность односпирального гибкого шнека в
тс/час равна сорока площадям поперечною сечения, описи- -
ваемым вращающейся транспортирующей спиралью, умноженной
на шаг спирали, ее число оборотов в минуту и на объемный
вес транспортируемого материала.
Мощность, потребляемая
гибким шнеком
Задача определения мощности N иех » затрачиваемой на
вращение транспортирующей спирали, строго теоретически не
решается. Раздельное же определение некоторых составляющих
этой мощности достаточно сложное.
Учитывая это, представляется более целесообразным мощ-
ность, потребляемую гибким шнеком, определять по широко
распространенгой методике: введением коэффициента сопротив-
ления перемещению материала . , который учитывает все
потери энергии в шнеке, т.е.
= + -П-Н—+ [кбгп],
мех - 367 г 367 L -I-’ (9)
I Выражение (7) получено из основной формулы произво-
дительности (5) при средни: значениях рекомендуемых далее
онструктивных параметров транспорт 1рующей спирали и пры
среднем значении рла if. = 30° для большинства транспор-
иртгемых материалов.
- 34-
где П “ производительность шнека;
И [И] - высота подъема (или опускания) транспортиоуе-
мого материала;
Дтр[м]- длина трассы транспортирования;
ц- - коэффициент сопротивления перемещению мате-
риала в гибком шнеке.
Коэффициент сопротивления tif перемещению мате-
риала в гибком шнеке определялся по известной формуле
36 7 N мех+ ПН
П тр
(Ю)
полученной из выражения (9).
При экспериментировании электрическая мощность, по-
требляемая электродвигателем, замерялась трехфазным ватт-
метро» , после чего по графику кривых привода ^мех=|(Мэл),
снятых для четырех вышеуказанных угловых скоростей на ба--
лансирной электрической машине, определялась мощность
Нмех » идущая непосредственно на вращение транспортирую-
щей спирали.
На фиг. 3 приведены некоторые кривые графиков
n=^(o<), 0Г=Т3(о<)
нри транспортировании хлористого калия гибким шнеком юр=
= 38 мм по прямолинейной горизонтальной трассе.
Обобщая результаты экспериментов, можно сделать вы-
вод, что при оптимальных параметрах гибкого шнека значения
величины коэффициента сопротивления "ЦТ в большей сте-
пени зависят от направления транспортирования, вида трассы,
транспортируемого материала и практически не зависят от его
диаметра Dp .
Согласно делению транспортируемых гибким шнеком материа-
лов на легкоперемещаемые, средней трудности перемещения и
трудноперемещаемые, в табл. I приведены средние значения коэс;
фицлента сопротивления для различных трасс.
Саределив по формуле (9) Ммех и учитывая к.п.д. при-
ада V) , находим требуемую мощность двигателя
- 35 -
Фиг. 3. Графики производительности, потреб-
ляемой мощности и коэффициента сопротивления дтя не-
которых транспортирующих спиралей (характерный образ
кривых) в зависимости от угла наклона винтовой линии
оси проволоки спирали.
^дб - । пео 1 кбт] , 4^
где Кпер = 1,3 + 1,5 - коэффициент возможных перегрузок.
Конструктивные параметры
Обобщение теоретических и экспериментальных исследо-
ваний, а также ппактических данных по транспортированию
1ибким шнеком различных материалов (хлористый калий, хло-
ристый натрий, магнезит, цемент, кукурузная крупа, просо,
тальк, актинап, кварцевый песок, мел и гипс) в лаборатор-
ных производственных условиях позволяет ре-
комендовать следующие конструктивные параметры транспор—
тирующих винтовых спиралей:
- 36 -
наружный диаметр опирали cl = (0,75 ♦ 0,90) Dp ;
диаметр проволоки спирали 6 = (0,15 ♦ 0,20) d ;
шаг винтовой линии спирали g = (0,75 + 1,40) ot ,
т.е. oi = 15 + 30°.
Изложим некоторые соображения по уточнению конструк-
тивных параметров гибкого шнека.
I. Выбор диаметра гибкого кожуха Dp
Таблица I
Средние значения коэффициента сопротивления
перемещению -ЦТ для различных материалов и
трасс транспортирования
Трасса транспортирования . । Транспортируемые мате^ шалы
Легкопере-Юредней труднос- мещаемыв 1ти перемещения Труднопер мещаемые
I 1 го — 1 1 I 1 1 1 04 | 1 1 I 6 1 1 4
Прямолинейная гори- зонтальная 7-10 10-15 15-18
Горизонтальная с одним изгибе . в 90° на длине 5 м минимально допусти- мым радиусом 10-12 12-18 18-20
S -образная гори- зонтальная, с двумя изгибами по 90° на длине 5 + 6 м мини- мально допустимыми радиусами 12-15 15-20 20-22
Естественно-произ- вольное положение 5-ти метрового участка шнека в ру- „ах 15-18 18-22 22-25
ГомИ&онтальная с двумя изгибами по 1600 на длине 5 м минимально допустимыми радиусами 18-20 20-25 25-30
- 37 -
_ - 2 J 4
- образная или
С -образная верти-
кальная с двумя из-
иоами по 90<з на
клине 5 ♦ 6 м минм-
цильно допустимыми
юлиусами 25-30 30-40 40-50
В зависимости от требуемой объемной производительиос-
|'ь п0 можно рекомендовать следующие рабочие диаметры
"жухов Dp (табл.2):
Таблица 2
Значегия рабочих диаметров кожухов в зависимости от объемной производительности По гибкого шнека
[м8/час]| до 0,5 1,2 2,5 5,0 7,5
П П( [мм] ! 25 1 40 50 75 100
При транспортировании зернистых материалов для получе-
ния возможна большего абсолютного значения зазора на сторо-
му меду вращающейся спиралью и кожухом (и тем самый--умень-
лпин вероятности з .слинивания спирали) диаметры кожухов
-лолует принимать на ступень больше, чем рекомендовано в
гибл.2. Однако диаметр гибкого кожуха не следует принимать
лине 100 ♦ НО мм, так как при этом уменьшится манегрея—
поить шнека, и, вследствие получавшихся при этом тяжелых
ринспортирующих спиралей, шнек довольно быстро иэнашиврет-
ои.
2. Назначение наружного диаметра тргнспоогируюшей
о|ли d .
Меньшие значения диаметров винтовых спиралей (X
।имчются при транспортировании материалов с больше?
шнью уплотняемости (мел.гипс) и абразивности (кварцевый пе-
сит-
при-
оте-
38 -
процесс
грануломвт-
исключ.аю—
сок). Наоборот, при транспортировании материалов с ма-
лой степенью уплотинемости и отсутствии "намазывания" на
кожух (хлористый калий, кукурузная крупа) можно рекомен—
девать большие значения &
Качественная характеристика сыпучести; хорошосыпучий
или плохосыпучий ("связный") материал имеет большее зна-
чение в обеспечении разномерного, постоянного питания гиб'
кого шнека в зоне его загрузки, чем влияние на
транспортирования.
Назначение размера d в зависимости от
рического состава производится из соображений,
щих вероятность заклинивания частиц транспортируемого ма-
териала между вращающейся спиралью и гибким коаухоы. Прак
гически эазср на сторону должен Сыть равен не менее 3-х
кратного поперечного размера наибольшей частицы.
При сложной пространственной трассе гибкого шнека с
несколькими изгибами с точки зрения уменьшения пускового
момента и минимального износа необходимо принимать средние
значения d . То жэ можно сказать и при малых радиусах
изгиба шнека и большой обшей его длине
3. Назначение диаметра проволоки спирали 8
Меньшие значения 5 , согласно вышеприведенному
подразделению материалов по транспортным свойствам на три
категории, мохнс рекомендовать для транспортирования лег-
коперемешаемых материалов при малых радиусах изгибов шне-
ка и малой его общей длине.
При средней и большой длине шнека, а также при транспзр
тировании трудноперемещаемых материалов исходя из условия
прочности транспортирующей спирали приходится переходить
на бодыаие значения б . Большие значения д' увели-
чивают изгибную жесткость спирали, что ведет к уменьшению
маневренности гибкого шнека, ускоряет износ спирали и кс
Гибким шнеком малой длины считаем шнек с длиной тра
сы д tmp = 5 м; средней длины - L^p = 5 + [0- и
большой длины - = 10 t 15 м.
- 39 -
духа, а также увеличивает потребляемую мощность.
Величина диаметра проволоки спирали 5 в рекомен-
дуемых пределах на производительность шнека практически
не влияет.
4. Определение шага g винтовой линии спирали (т.е.
угла наклона об винтовой линии оси проволоки спирали).
Как показывают теоретические и экспериментальные °с~
следования, для обеспечения максимальной производитель—
сги гибкого шнека при прочих неизменных его конструктив-
ных и режимных параметрах угол необходимо прини-
мать равным
"'««-W-f- (12)
Однако транспортирующие спирали, имеющие угол подъема
витков o4mQX , обладают большой изгибной жесткостью в
довольно быстро выходят из строя вследствие усталостных
поломок. Поэтому навивка спиралей с шагом Sma^ ♦ со-
ответствующим о4тах , возможна только для гибких яяе-
ков, имеющих небольшие изгибы трассы. Необходимо также
помнить, что при cZ имеет место повышенная удель-
ная энергоемкость по сравнению с энергоемкостью яри оп-
тимальном значении угла подъема витксв с/епт •
Значение угла ©Z опт » ПГЯ котором гибкий шнек
имеет наименьший коэффициент сопротивления перемещению
материала W , хорошо совпада ет с теоретическим оп-
ределенным значением с<0Г1ГГ. , найденным из минимального
значения удельной энергоемкости.
Для большинства транспортируемых материалов «
= 18.+ 25°, чему соответствует 50пт*(1,0 + 1,2) ct . Это-
му же значению 50пгп хорошо удовлетворяет и усталостная
прочность спирали.
Таким образом, практически шаг транспортирующей спи-
рали следует принимать в пределах от 5 - м. до
5 = Dp , ot^ S=SDP •
- 40 -
Режимный параметр гиб-
кого шнека
Значения режимного параметра - угловой скорости вин-
товой транспортирующей спирали - практически находятся в
пределах rig = 300 * 1000 об/мия. Ьеньшие значения rig
следуof принимать при больших значениях диаметров кожу-
хон ( Dp = 75 4 100 мм), а большие значения ng допусти-
мы при меныаих значениях Dp
Как показали исследования, скорость осевого х о д i
витков
ту о _ -LJ21
L г б' 60
вращаюцейоя спирали для различных материалов не должна
превышать g =s 0,30 + 50 м/сек, что ориентировочно со-
ответствует следующим зе предельным угловым скоростям (см
табл.З):
Таблица 3
Предельные значения угловых скоростей
транспортирующих спиралей гибкого шнека
П^Гоб/мин)
т т—-— 1-ДЭ 2ч . 1 35-44 1 — - 46-60
1 1500 i 1200 1000 г — 750
61-75
500
Исходя из требований надеж! сти и возможно большей до.
говеЧности, рабочие значения pig следует принимать ра
ными 0,50 + 0.75 от указанных предельно допустимых.
Труд, ^перемещаемые и абразивные материалы рекомендуе'
ся транспортировать при пониженных угловых скоростях cnnpi
ми, компенсируя уменьшение вследствие этого осевой скорое
транспортируемого материала увеличением диаметра кожуха D
следовательно, и конструктивных параметров винтовой спи
ради. Таким ооразом, гибкий шнек в этом случае получается
хотя к дорогим, но более долговечным.
Для гибкою шнека характерна то, что критические угле-
- 41 -
иые скорости для вертикального и крутонаклонного переме-
щения массы материала в случае обеспечения постоянного рав-
номерного его питания равны нулю, т.е. при любой самой не-
большой угловой скорости винтовой спирали наблюдается тран-
спортирование материала.
Порядок расчета
гибкого шнека
Можно рекомендовать следующий порядок расчета гг5кого
шнека.
I. Заданную весовую производительность гибкого шнека
П [ ] необходимо перевести в объедную проиэвсдительнзсгь
По [*%яс] и по табл. 2 выбрать рабочий диаметр г)р гиб-
кого кожуха.
2. В зависимости от диаметра кожуха шнека Dp , физи-
ко-механических свойств транспортируемого материала, вида
и длины трассы назначить все конструктивные параметры тран-
спортирующей спирали.
3. По формуле (6) определить требуемую угловую ско-
рость ng [об/мин.] спирали для обеспечения заданной
производительности. При этом рабочие значения Пg дол-
жны находиться, как было указано ранее, в пределах 0,50 +
0,75 от предельно допустимых максимальных угловых скоростей
спирали rig mQX » приведенных в табл. 3.
Если угловая скорость спирали ng выходит за рекомен-
дуемые пределы для выбранного Dp ~ и поправить положение
изменением только параметров спирали на удается, то необхо-
димо увеличить (или уменьшить) Dp » а затем изменять вое
параметры спирали, после чего вновь определить ее угловую
скорость.
Однако на практике могут быть случаи, когда можно сми-
риться с несколько повышенной против рекомендации угловой
скоростью спирали или, наоборот, следует принять (хотя бы
из соображения износа при транспортировании иысоксабразкв-
ных материалов) заведомо малую угловую скорость ng
4. В зависимости от перемещаемого материала, направления
транспортирования и вида трассы по таол. I выбрать коэффи-
- 4?
циент сопротивления иГ
• 5. По формуле (9) определить мощность N мех , идущу]
непосредственно на вращение спирали.
6. Введя коэффициент возможных перегрузок KnSp «
к.п.д. привода 2пР ’ 110 Ф°Р“Уле (Ш определить не-
обходимую мощность электродвигателя.
7. Произвести проверочный расчет спирали на прочность,
упрощенный расчет которой приводится ниже, и, если необхо-
димо, изменить диаметр проволоки S
Расчет на прочность тран-
спортирующей винтовой спирал
Транспортирующая винтовая спираль гибкого шнека нагру
жается по всей своей длине от свободного конца к месту ее
закрепления на приводном валу возрастающими скручивающим
(раскручивающим) моментом и осевой силой сжатия (растяже-
ния). Кроме того, исходя из отличительной особенности рас-
сматриваемого шнека, спираль подвергается изгибу. В общем
случае этот изгиб вращающейся спирали может быть вблизи
ее заделки на приводном наконечника, т.е. там, где дей-
ствуют максимальные скручивающий момент и осевая сила.
Расчет спирали при указанных внешних нагрузках н<
усталостную прочность, приведенный в /9/, достаточно тру-
доемок. Здесь приводится упрощенный расчет спирали, год-
ный для многих случаев инженерной практики, когда радиус
изгиба шнека R = (30 + 35)Dp и более.
Упрощенный расчет на прочность ведётся с учетом толь
ко крутящего момента, действующего на спираль (которая
транспортирует винтовую поужину) и изгибающего вигок,
плз плз Миях г п
МИ1Г = Мег1р coso4 * Мспр = 97500 - — [кгсм]
и осевого усилия
1 оЦрЦСх+Н’ч)
- 43 -
скручивающего виток, т.е.
Мкр._^^-С03о^^ •
Jcr.ojne прочности при совместном действии изгиба и
кручения для незакаленной спирали имеет вид:
г—2----г- /Мплзг+ ( Piokg.V
рг' - ПР — * ^изг'*' МкР _ V СПР * 2 * <Ор
np~w3 “ “ 0/;з н
где gp - предел пропорциональности при растяжении для
проволоки спирали;
П = 1,8 + 2,2 - коэффициент запаса.
Зсли транспортирующая спираль будет подвергнута за-
калке(что маловероятно, так как это сопряжено со значитель-
ными трудностями), следует пользоваться второй теорией
прочности и вместо предела пропорциональности <Зр для про-
волоки спирали необходимо ввести предел прочности gg .
Максимально нагруженные витки вблизи места заделки спи-
рали следует также проверить на изгиб под действием мак-
симально допустимого пускового момента, скручивающего спи-
раль (т.е. изгибающего виток)
плз
1 из?. тах= К пуск М спр ’
где к туск = + 2,0 - коэффициент пусковой перегрузки,
зависящий от вида трассы и длины транспортирования.
При вышеприведенном значении коэффициента запаса
. _ ^иэг.max _ (1,5 ~ 2,0) Мслр б'р
“зг~ W3 ’ 0,1<S3 П
Необходимо помнить, что вследствие специфики работы рас-
считываемой спирали последняя подвергается износу, а отсюда
диаметр проволоки спирали 0 необходимо увеличить протии
прочностного на 20+30% с обязательной проверкой индекса спи-
- 44 -
ради с = - • КОТ°Р“^ не долязн быть меньше
4-х.
Конструктивные особенности
гибкого шнека
При конструировании гибкого шнека необходимо помнить,!
что витки транспортирующей спирали, непосредственно за-
бирающие материал, должны находиться на горизонтальном
участке. Проведенные эксперименты показали, что при на- I
клонных и тем более при вертикальных заборных участках I
производительность гиокого шнека (как и обычного, с жест-1
ким винтом) уменьшается более чем вдвое. Равномерность
подачи материала гиоким шнеком лимитируется исключитель-j
но постоянным его питанием в зоне загрузки.
Общая длина транспортирования гибким шнеком с забор-
ным и транспортирующим участками для некоторых сыпучих
материалов может быть доведена ди 15 + 18 метров при
горизонтальной или пологонаклонной трассах и до 4 + 5 мет
ров при транспортировании по крутонаклонному или верти-
кальному направлениям.
Максимальная производительность гибкого шнека при на
ибольшем возможном рабочем диаметре гибкого кожуха Ер =
- 100 мм равна По = 10 + 12 м3/час. В качестве гибких I
кожухов следует применять резино-кордовые или металлору-
кава, не искажающие при изгибе поперечного сечения про-
света в виде круга и усиленные по внутреннему диаметру
слоем износоустойчивой резины или пластика. Транспортиру!
щие винтовые спирали необходимо изготовлять из высокопроч
ной стальной пружинной проволоки.^-
Опыт работы по транспортированию сыпучих материалов
показывает, что вследствие практически ограниченного мак
При транспортировании высококорроэионных материа-
лов и соответствующем сокращении длины транспортирования
возмогво применение и бронзовой пружинной проволоки ис-
ходя из условия прочности исследнеи.
- 45 -
симального диаметра кожуха гибкого шнека можно рекомендо-
вать транспортировать им лишь порошкообразные и мелкозер-
нистые материалы, которые, как было указано выше, по
транспортным свойствам подразделяются на три категории:
I) ллгкопереметаемые (тальк, хлористый калий, куку-
рузная крупа, просо);
2) средний трудности перемещения (цемент, магнезит);
3) трудноперемещаемые (мел, гипс, кварцевый песок).
Отнесение сыпучих материалов к соответствующим кате-
гориям зависит от степени уплотняемости при перемещении,
величины начального сопротивления сдвигу, абразивности,
слеживаемости, степени налипания на спираль и на кожух,
от сводообразования.
Из соображения износа область применения гибких шне-
ков ограничивается транспортированием малоабразивных ма-
териалов. Материалы с повышенной липкостью и вязкостью
гибким шнеком не транспортируются.
Поскольку гибкий шнек наряду с указанными выше особы-
ми положительными свойствами имеет и отрицательные сторо-
ны: довольно значительную (в 2,5 + 3,0 раза большую по
сравнению с обычным шнеком) удельную энергоемкость; по-
вышенный износ при транспортировании абразивных материа—
лов (срок службы стальной спирали при транспортировании
кварцевого песка и цемента не превышает 100 + 120 часов);
ограниченную длину транспортирования одной спиралью (до
12 + 15 метров при перемещении в горизонтал!ной плоскости
и до 3 * 4 метров при транспортировании в вертикальном и
крутонаклонном направлениях) и ограниченную производитель-
ность (Птах= 10 ♦ 12 м3/час), его следует использовать там,
где необходимы гибкость и надежная герметизация перемещае-
мого ьатериала.
Универсальных транспортирующих устройств пока не су-
ществует: все они имеют свои диапазоны оптимальных парамет-
ров, и конструктор перед окончательным решением вопроса о
выборе вида конвейера должен тдательно проанализировать
все "за" и "против".
- 46 -
а) вариант задорной труды по ЯБ
Фиг. 4. Примеры конструкций заборного участ-
ка гибкого шнека при транспортировании из бункера.
Основной вариант: I - приводной вал; 2 - крепежный
винт (или шпонга); 3 - нак_1нечник приводного вала; 4 -
уплотнение; 5 - конический крепежный шрифт; 6 - наконеч-
ник спирали (прикрепляется к последней электросваркой
или специальными накладками); 7 - тоанспортирующая вин-
товая цилиндрическая спираль; 8 - бункер; 9 - заборная
-тальная труба (внутренне повеохность гуммировать или
покрывать износостойким пластиком); 1и - хомут; IT - гиб-
кий кожух; 12 - дополнительные наклонные плоскости.
Рариант " Ц. ‘ : в отличие от загрузочной щели основно-
го варианта здесь сплошной регулируемый разрыв вежду участ-
ками 5 и 7 заборной трубы. Осталгвое аналогично основному
варианту.
- 47 -
При конструировании, изготовлении и эксплуатации
гибких шнеков необходимо помнить об основных треоова-
ниях, обеспечивающих их безаварийную, достаточно про-
должительную работу:
Фиг. 5. Конструкция гибкого шнека с переменными
точками забора и ьыгрузки материала:
I - заборный участок транспортирующей спирали; 2 - за-
борный участок гибкого кожуха; 3 - хомут; 4 - стальная
труба - стойка; 5 - приводная головка; 6 - транспортирую-
щий участок гибкого шнека; 7 - натяжная плита для регули-
рования клиниремснной передачи; 8 - электродвигатель;
9 - четырехступенчатая клигоременная передача; 10 - рама;
II - крышка приводной головки; 12 - винт крышки: 13 - под-
шипник качения; 14 - корпус приводной головки; 15 - уплот-
нение; 16 - захват спирали; 17 - гайка; 18 - шпилька за-
хвата.
I. Винтовая спираль в заборной шнеке (фиг. 1,5),т.е.
при транспортировании "на привод'1, работает на раскручи-
вание и под нагрузкой несколько увеличивается в диамет—
ре. Во избежание вследствие этого саыозаклинивания спи-
рали в кожухе заборный шнек следует делать по возможнос-
ти коротким (не более 3 + 4 метров).
Вообще, при конструировании гибкого шнека йеобходи—
мо всегда стремиться к тому, чтобы материал перемещался
"от привода", так как спираль в этом случае работает на
скручивание, что исключает ее самозаклинивание при воз-
можных перегрузках.
2. Радиусы изгиба шнека с точки зрения его износа
усталостной прочности спирали и потребляемой мощности
необходимо принимать возможно большими. Минимально до-
пустимый радиус изгиба шнека = (20+ 25) Ер •
3. Длину заборного участке Lr£3 (фиг , 4,5), т.е
число открытых витков спирали, следует принимать равной
4+6 виткам, и находиться они должны, как это оыло ска-
зано выше, на горизонтальном или пологонаклонном шнеке.
4. Ширину загрузочного окна S заборной трубы
(фиг 4) необходимо делать меньше наружного диаметра спи-
рали во избежание ее выпучивания под нагрузкой и по-
следующей поломки.
5. Опыт работы показал, что наибольший износ спирали
происходит в месте контакта ее с металлической заборной
трубой 9 и 7 (фиг 4).
Для уменьшения износа рабочие поверхности этих труб,
а также труб-стоек 4 (фиг.5) необходимо гуммировать или
.покрывать износоустойчивым пластиком. В заборной метал—
лической трубе заведомо оольшего диаметра можно также на
дехно закрепить участок рукава.
6. Пусковой период с 1,3 + 1,5 - кратной перегрузкой
(особенно у длинных шнеков со сложной трассой и у шнеков
имеющих транспортирующую спираль с малым шагом) может
длиться 10 ♦ 15 секунд.
Во избежание чрезмерно большой нагрузки на спираль 1
момент пуска необходимо в конце работы по возможности
- 49 -
лучше очищать шнек от транспортируемого материала, ос-
тавляя его на короткое вреыя (1+2 минуты) включенным
при закрытом питающем затворе. Следует при этом заметить,
что полностью освободить вертикальные и крутонаклонные
участки шнека от перемещаемого материала не удается.
примеры конструктивного
оформления основных J 3, -
лов гибкого шнека
На фиг. 4 изображены варианты конструкции адДорной
части гибкого шнека при транспортировании материала из
бункера. Конструкция ясна из чертежа и из подрисуночной
расшифровки позиций. Здесь следует отметить, что дополни-
тельные наклонные плоскости 12 улучшают поступление не-
которых сыпучих материалов на вращающуюся спираль и поз-
воляют полностью опорожнить бункер, сведя к минимуму его
ручную зачистку. Угол наклона плоскостей 12 сле-
дует принимать больше угла трения сыпучего материала по
их поверхности. Расстояние в варианте "а" во избежа-
ние выпучивания спирали и последующей поломки не следует
принимать оольше 5+6 витков спирали. В основном вариан-
те длину загрузочной щели можно делать по всей дли-
не бункера, так как вследствие того, что & < ct (это
требование подчеркивалось выше) выпучивание спирали ис-
ключается. Длинная же щель позволяет полностью разгрузить
бункер.
При транспортировании в бункер конструкция принципи-
ально остается той же. Естественно, что в этом случае^ в
основном варианте прорезь делается в нижней части трубы.
На фиг. 5 представлена переносная конструкция гибко-
го шнека, допускающая большую маневренность и позволяю—
щая осуществлять переменные точки забора и выгрузки ма-
териала. Здесь следует обратить особое внимание на уп-
лотнение подшипников качения приводной головки, гаранти-
рующее от попадания в них транспортирующего материала.
Необходимо также помнить, что в дачной конструкции за-
борная часть спирали (от правого заборного конца до мес-
- 50
та ее закрепления в приводной головке, т.е. при транспо^
тировании "на привод") работает иа раскручивание. Следов
тельно, этот участок шнека не следует делать более 3 ♦ 4
метров.
На фиг. 6 изображено
крепление гибкого кожуха ।
большого диаметра. Оно
значительно сложнее креп-
ления хомутом (см.фиг. 4
и 5), но зато предохраня-
ет От соскальзывания гиб-
ких кожухов со стальных '
труб, которое происходит
под воздействием оольшого
осевого усилия, развиваю-
щегося при транспортиро-
вании материала.
Приведенные конструк-
ции, излагая принципиаль-
ное устройство основных
узлов гибкого шнека, не
претендуют на единствен--
Фиг. 6. Вариант крепле- ность решений и предостав
ния гибкого кожуха. ляют КОНСТруКТОра111 широко
поле деятельности для оригинального конструктивного bi
полнения нового транспортирующего шнека.
Фотография транспортиоующих спиралей с различными ко
структивными параметрами дана на фиг. 7.
Для быстрой замены вышедшей из строя спирали сущест-
вует несколько способов ее присоединения к приводному ва
лу. Хорошо зарекомендовала себя приварка конца спирали
специальному наконечнику 6 (фиг.4), хвостовик которого
вставляется в отверстие переходного наконечника 3 привод
ного вала и закрепляется коническим штифом 5 или винто
Этот конец спирали лучже навить виток к витку (5 + 8 вит-
ков) с постепенным переходом на требуемый шаг спирали. I
Диаметр участка наконечника, сопрягаемого со спиралью,
- 5Т -
Фиг. 7. Транспортирующие винтовые спирали,
подготсвленные к экспериментированию.
делается равным внутреннему диаметру спирали; длина
ртого участка равна 2+ 3 его диаметрам.
Конструктивно сложнее закрепление спирали ее соед-
ней частью в приводной головке (фиг. 5). По этой кон-
струкции к спирали припаивается фасонная гайка, в кото-
рую ввинчивается шпилька 18. В приводной головке несколь-
ко иной конструкции с помощью специальных втулок можно
ннкреплнть раздельно изготовленные заборную и транспор-
тирующую спирали.
Для исключения несчастных случаев необходимо преду-
<матривать ограждение заборного участка спирали 63
(фиг.5)'решеткой (фиг.8а), изготовляемой из проволоки
или полосового проката. В качестве ограждения можно ис-
пользовать большого диаметра спираль (фиг. 86), закреп-
/н иную на конце кожуха. При больших диаметоах шнека еле-
- 52 -
Фиг. 8. Ограждающие наконечники:
а) решетчатый наконечник;
б) спиральный наконечник.
дует применять специальный совок - ограничитель спирали, -1
а для облегчения маневрирования заборным участком к кожуху
рекомендуется прикреплять рукоятки (фиг.9)
Изготовление и эксплуатация
гибких шнеков
Гибкий шнек прост по своему конструктивному оформлению
и может быть изготовлен в небольшой механической мастерской
Транспортирующие винтовые спирали любой практически
требуемой длины могут оыть навиты на токарных станках, со-
ответствующих ДИП-300 (при диаметре проволоки S' - 4 +6 мм
й ДИП-5ОО (при 8" =7+10 мм). Спираль навивается на оп-
- 53 -
равке по участкам с пропусканием навитой части через по-
лый шпиндель передней оабки токарного станка. Схема на-
фиг. 9. Оформление заоорного конца гибкого ко-
жуха cobkoi - ограничителем спирали и рукоятками
маневрирования.
вивки представлена на фиг. 10 и в пояснении не нуждается.
Одг'ко невзирая на простоту устройства, гибкий шнек
трео^ет постоянного наблюдения за своей работой и техни-
чески грамотной эксплуатации.
Основным условием нормальной работы гибкого шнека
является непрерывное равномерное поступление материала в
месте его загрузки на открытые заборные витки вращающей-
ся спирали. Получение наибольшей производительности шне-
ка достигается горизонтальным расположением заборных,,
витков спирали с обязательным последующим подпорным
участком, равным не менее 10 + 15-кратноыу рабочему диа-
- 54 -
метру кожуха.
Наиболее частой причиной выхода гибкого шнека из строя
является поломка транспортирующей спирали, происходящая
вследствие перегрузки в области ее закрепления на наконеч-
нике или вследствие усталостного перенапряжения в месте
большого изгиба шнека.
Для исключения поломе вследствие перегрузок транспор-
тируемый материал по трудности своего перемещения (по коэф-
фициенту сопротивления W ) должен соответствовать рас-
четному. В нем не должно быть посторонних включений, мо-
Фи1 . 10. Схема навивки транспортирующей винтовой
спирали (пружины) на токарном станке:
I - передняя бабка станка; 2 - шпиндель станка (полый);
3 - патрон кулачковый; 4 - кулачки патрона; 5- участок на-
витой спирали, пропущенный сквозь полый шпиндель; 6 - eyi -
порт; 7 - натяжное приспособление; 8 - люнет подвижный;
? - резцедержатель; 10 - оправка; II - центр задней бабки;
12 - задняя бабка станка.
гущих повлечь заклинивание спирали. Следует еще раз под-
черкнуть необходимость срабатывания материала из шнека(хо-
- 55 -
тя бы частичного для вертикальных и крутонаклонных участ-
ков) перед его остановкой в конце работы. Загрузку шне-
ка перемещаемым материалов можно производить лишь после
пуска на холостом ходу. При больших диаметрах гибких шнеков
п кинематическую схему привода целесообразно включить предо-
хранительную муфту.
Возможно больший радиус изгиба шнека является луч-
шей гарантией от усталостных поломок транспортирующих спи-
ралей.
Для предупреждения поломки спирали вследствие ее из-
носа необходим регулярный осмотр шнека, периодичность ко-
торого зависит от степени абразивности транспортируемого
материала и от интенсивности эксплуатации гибкого шнека.
Фиг. II. Соединение концов юломанной ,
спирали электросваркой.
Поломанные спирали можно ремонтировать электросваркой
по внутреннему диаметру (фиг. II), соединив внахлестку
концевые витки с перекрытием 40-50 мм для малых диаметров
и 50-80 мм для больших диаметров спиралей. С целью умень-
шения сопротивления перемещаемому материалу по этому участ-
ку производился предварительная косая опиловка концов и
- 56-
последующая зачистка электросварки. Все это необходимо
выполнять качественно и аккуратно, не допуская подре-
зов при сварке и не подвергая механическим повреждениям
проволоку спирали при окончательной зачистке.
Перед присоединением к приводному ючу спираль долж-
на быть тщательно выправлена и устранено малейшие ее ис-
кривления, так как они приводят к резкому местному из-
носу спирали и кожуха, а также к повышенному расходу
мощности. Критерием ровной спирали практически может слу-
жить спокойное ее перекатывание по гладкому полу. Неизбеж-
ные небольшие нарушения шага спирали (особенно часто по-
лучающиеся в местах перехода от участка к участку в про-
цессе навивания на токарных станках) допустимы.
Внутренняя рабочая поверхность гибкого кожуха должна
быть гладкой, а поперечное сечение просвета - представ-
лять собой круг. Конструкция кожуха должна обеспечить со-
хранение поперечного сечения просвета в виде круга и при
его изгибе.
Во избежание срыва гибких кожухов со стальных забор-
ных труб необходимо следить за надежным их закреплением
обычными хомутами (при малых диаметрах кожухов) или на-
кидной гайкой с разрезной конической втулкой (фиг. 6) при
больших диаметрах кожухов и большой длине транспортирова-
ния, т.е. тогда, когда возникает большая осевая сила, мо-
гущая привести к соскальзыванию кожуха.
После окончательной сборки необходимо сначала произвес-
ти пробное включение при отсеченном питании и, убедившись
в правильном направлении вращения спирали, приступить к
опробованию установки гибкого шнека Пид нагрузкой. Сле-
дует заметить, что при загрузке транспортируемым материа-
лом вращающаяся спираль ведет себя значительно спокойнее,
чем при работе вхолостую, когда появляются значительные
сотрясения и шум. Так как при этом наблюдается повышен-
ный износ кожуха, то холостыми пусками спирали злоупотреб-
лять не следует.
Осмотр, регулировка и смазка узлов привода производит-'
ся в соответствии с общими нормами ухода за конвейерными
- 57 -
установками.
При работе с гибкими шнеками ремонтно-обслуживающий
персонал должен строго соблюдать правила техники безо-
пасности: ограждение всех вращающихся деталей, надежное
закрепление гибких кожухов, заземление установки и про-
чее. Осооую опасность представляют открытые витки вы-
ступающего из кожуха конца вращающейся спирали, которые
охватывают материал из насыпи. Здесь необходимо следить
»а исправным состоянием ограждающих наконечников (фиг.8,
9), не допускать их снятия, хотя они и могут в отдельных
случаях уменьшить маневренность гибкого шнека, а, следова-
тельно, и несколько снизить его производительность.
Гибкий шнек является орудием повышения уровня про-
мышленной санитарии и культуры работы с пылящими порошко-
образными и мелкозернистыми материалами.
Четко разработанные, технически грамотные инструкции
по обслуживанию каждой конкретной установки, их неуклон-
ное выполнение являются залогом надежной и безопасной ра-
боты гибких шнеков.
Пример расчета
гибкого шнека
Определить конструктивные размеры гибкого шнека, угло-
вую скорость транспортирующей спирали и потребляемую мощ-
ность при следующих данных:
I) транспортируемый материал - хлористый калий (4^=36°;
у0 - 1,0 тс/ гранулометрический состав - порошкооб-
разный; гигроскопичный, склонный к слеживанию; коррозион-
ный; взрыво- и огнебезопасный),
2) производительность П = 1,5 .с/час;
3) вариант исполнения - передвижной (см. фиг.5);
4) общая длина транспортирования L тр = 12 м (3 мет-
ра - заборная часть и 9 метров - транспортирующий участок);
5) схема трассы - произвольное положение гибкого ко-
«уха шнека в руках.
Следуем вышеприведенному порядку расчета.
I. Объемная производительность
- 58 -
П«=-7--Т7Г =I.5“3/«ac.
оо 1 > и
По табл. 2 принимаем рабочий диаметр гибкого кожуха
Dp = 51 мм.
2. Исходя из стоимости пружинной проволоки, выбор ос-
танавливаем (несмотря на коррозионный транспортируемый
материал) на стальной углеродистой холоднотянутой пру-
жинной проволоке 3-го класса прочности (ГССТ 9389-60).
Бронзовую же пружинную проволоку следует применять в осо-
б ответственных случаях, связанных с повышенной кор-
розионностью и взрыве- или огнеопасностью.
Согласно рекомендациям, изложенным выше, принимаем
следующие конструктивные параметры транспортирующей спи-
рали:
d = 0,8 • Dp = 0,8 - 51 = 41 мм;
5 = о,17 • d, = 0,17 .41 = 7 мм;
угол наклона осевой линии витка спирали, обеспечиващий
максимальную производительность
о< = 45° — -—4- = 45° - 27° •
соответствующий ему шаг
5|пах = IJi'dcp$27 = 5Гз4’0,51 = 54 мм ,
где den = cl - 5 = 41 - 7 = з4 ММ.
Исходя из подвижных условий работы рассчитываемого гиб-
кого шнека, для обеспечения большей гибкости спирали, сни-
жения ее износа и повышения усталостной прочности уменьша-
ем шаг Smax = ^4 мм» соответствующий максимальной произ-
водительности на 25%, т.е.:
S = 0?5 • 5^,.= 0,75-54 = 40 мм.
Такиц образом, получили S^cL.
3. По формуле (8) определяем требуемую угловую скорость
- 59 -
транспортирующей спирали
П Dp COS %
о 2
150 d.2 ,(Dpa_ Bine/) sLnoZPCgs (°^P+ Wo
1,5 - 0,051 COS 36°
p
150 0 041 (оо512--^—г—r) s'inl4ecos(i40+36°)1fo
4 sin 20 30 ! '
1,5 0,051- 0 8090
-
150-0,04l2l 0,0512- — )0,2419 0,6428-1,0
' 0,3502/
o^-
'мин ’
= 645
где
-^r- =a/ictq 0,375 = 20°30' •
JTGLcp 0 fr'34 «
ckp = curct^-jj^- = anct^ Y^- = azct^0,250 =l4°oo';
P + *P| = 14" + 36° = 5(
Вычисленная угловая скорость спирали i~j, = 645 об/мин.
хорошо согласуется с угловыми скоростями, рекомендуемыми в
табл. 3 для d = 41 мм и находящимися ь пределах
Пр = (0,50 + 0,75) 1000 = 500 + 750 об/мин.
Следовательно, изменять Dp и производить соответствую-
щие пересчеты не требуется.
4. По табл. I для хлористого калия, как для легкопереме-
щаемого неабразивного материала, при произвольном положении
кожуха шнека в руках принимаем коэффициент сопротивления
- 60 -
иг = 18.
5. По формуле (9) определяем мощность, идущую на вра-
щение спирали ( н = 0 м)
NMex = ±
Мел
пн
367
ntmpur_ ' 1,5 О
367 ~ 367
1,5-1218
367
=0.85
+
6. Приняв ориентировочно к.п.д. привода £ = 0,85,
по формуле (II) определяем потребную мощность электродви-
гателя ।
N,J-' (*.Э ^1,5) -1,35 -1,36 к8т.
?. Поскольку гибкий шнек передвижный, с переменными
местами изгибов ковдха, которые к тому же практически бу-
дут иметь радиусы изгибов большими минимально допустимо-
го значения, ограничиваемся проверочным расчетом транспор-
тирующей спирали ча прочность с учетом только изгибающе-
го и крутящего моментов, действующих в поперечном сечении
витка.
Определяем максимальный изгибающий момент, действующий
на винтовой спирали в месте ее закрепления в приводной го-
ловке. Исходим из длины транспортирующего участка 9 м,
т.е. 0,75-4.
Мнзг =0,75М^р=0,75 97500^^ =0,75-97500 = Ю0кГсм
Момент, скручивающий виток,
„.„ = £^=2?^* =66,5 кГсм ,
где
2-0,75 Мспр _ 2 100__________2-100
Z-dc?^(o(+^)“3,4t^(20030'-t-36e) ~ 3,4 1,5108
Отсюда по третьей теории прочности для незакаленной вин-
товой опирали:__________
1, _ Мпр . 7м*зг + МкР
51р V/э 0,1 <53
\/100^+66,5 2
0,1- 0,73
= 3500
- 61 -
что допустимо для незакаленной стальной углеродистой
дружинной проволоки диаметром 6^ = ? мм 3-го класса
прочности.
Действительно, предел прочности <£ для пружин-
ной проволоки 3-г<? класса прочности равен 6g =12000 кг/см^.
По табл 13 crpt 658 /14/ для незакаленной поужинной про-
волоки
= 0,6 + 0,7, т.е.
И
6р = (0 6+0,7) 6g ={0,6 + 0,7)12000 = 72С0+04-00
и допускаемое напряжение равно
<оР 8000
п г
* 4000 *%М2
где и = 1,8 ♦ 2,2 - коэффициент запаса.
Учитывая эксплуатационный износ спирали, увеличивав i
диаметр проволоки на I мм, т.е. окончательно при-
нимаем Л = 8 мы.
Индекс спирали
1 ‘Р -3 ч-
С = /^ — =4,25.
что допустимо, но на предзле.
Окончательно принятый диаметр проволоки спирали про-
веряем на прочность по максимальному пусковому моменту,
скручивающему спираль и, следовательно, изгибающему ви-
ток,
ПЛЗ
'изг.тах = 1' пуск Мспр •
Коэффициент пусковой перегрузки принимаем равным Кпускж
= 1,8, так как транспортирующий участок спирали (9 метро;.)
для горизонтальных и пологонаклонных трасс можно отнести ж
средней длине.
Таким образом, имеем
- 62 -
MMSr.max_ 1,8 0,75 Mc%3 _ UM00 Kf/
^’r:—wT ~~ojs~2 ~oj^T5 = /cM '
Поскольку полученные напряжения допустимы, ограничи-
вать длину транспортирования не требуется. Однако на зто
пришлось бы пойти в том случае, если бы напряжения пре-
высили допускаемые, так как снизить их дальнейшим увели—
чевием диаметра проволоки невозможно вследствие того, но
значение индекса винтовой спирали находится уже на пре-
деле.
ЛИТЕРАТУРА
I. J’Lost andflhzens эзатеЛп einem
SchC.ciu.cbi aMeitende Jozde^zschneske.
Немецкий патент *> 462082, 3 ил^я 1928 г.
2. Зап AdzLaan <Ba/tte£ Smit. Fozdezschпеске
fuz putitezfdzmlge stof^e .
Немецкий патент ft 483691, II октября 1929 г.
3. В.Н.Д и д ы к. Устройство для перемещения сыпучих
материалов, а также эастворов пластических .месей. Авт.
свидетельство СССР № 94475, заявлено 7 м<рта 1952 г. >а
te 2859/444965 в Министерство пищевой прогышленности СССР.
4.. С.В/ . е з д о в и В.Г.А н т и п и и. Устрой-
ство для перемещения сыпучих иатериа;ов. Авт. свидетель-
ство СССР № 100066, ваявлено 26 мая 1954 г. за № IJ 544/
449362 в Министерство сельского хоз. СССР.
5. Tcuzpln A-Slspositlf tzanspozteuz dtuSe $£ех .°)le
Французский патент № II9637, 15 декабря 1959 г.
6. А.М.Г ригорьев. Элементы теории винтовых
конвейеров. Изд. КХТИ им. С.М.Кирова. Кг.ань, 1956-57.
7. П.А.П реображенский. Труды КХТИ им.
С.М.Кирова, вып 31, 1963.
8. П.А.П р е • браженский. Труды КХГИ им.
С.М.Кирова, вып. 32, 1964.
9. П.А.П реображенский. Транспортирование
порошкообразных и мелкозернистых материалов гибким шнеком.
Канд, диссертация и автореферат, 1964.
- 63 -
10. П.А.П реображенский. Труды КХТИ им.
С.М.Кирова, Вий. 35, 1965.
II. Р.Л.З е н к о в, В.0.0 с t b I ь с к к 8. Кон-
вейеры с погруженными скребками0 Машгиэ, 1953.
12. Рационализаторские и изобретательские предложения
в строительстве. Погрузочно-разгрузочные механизмы и уст-
ройства. Гис. изд. 1ит. по строительству и архнтектурае
13. ВДНХ СССР. Механизация работ на птицеводческих
фермах. Россельхоэтехника, 1961
14. Машиностроение (энциклопедический счоавочник)t т.2,
Машгиз, 1948.
- 64 -
С.Н.Михайлов, К.Д.Вачагин
К ВОПРОСУ О ПОСТУПАТЕЛЬНОЙ СКОРОСТИ ДТИЖЕНИТ
МАССЫ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ОДНО-
СПИРАЛЬНОМ ГИБКОМ ШНЕКЕ
Теоретические работы по транспортированию сыя4-мвх ма-
териалов шнеками ( /I/ и другие) не в полной мере1 отража-
ют реальные условия движения массы материала. Полученные
в них дифференциальные уравнения движения изолированной
материальной точки не учитывают осооенностей движения по-
тока в целом, и в общее виде не решены-
В настоящей статье делается попытка дать определение
поступательной скорости движения массы сыпучего материа-
ла в горизонтальном односпиральном гибком шнеке с учетом
взаимодействия частиц между собой и с кожухом.
Визуальное наблюдение за поведением материала в шне-
ке с прозрачным кожухом позволило сделать вывод о том,
что при транспортировании сыпучий материал ведет себя
как псевдояидкость. В связи с этим представляется воз-
можным предположить, что поступательное перегещение мас-
сы сыпучего материала можно свести к задаче движения вяз-
кой жидкости в пространстве между двумя зкецентрично рас-
положенными цилиндрами, которое вызвано равномерным дви-
жением внутреннего цилиндра со скоростью Цо (фиг.1).
Уравнение движения массы материала в пиполярной си-
стеме коордийат (фиг.2) /2/ принимает вид /3/:
Э2Ы , d2U
(I)
- 65 -
Фиг. I. Модель nocTjнательного движения
массы материала в односпиральном гиб-
ком шнеке.
Фиг. 2. Биполярная система координат.
- 6fe -
Поскольку мы имеем дело с областью, ограниченной
двумя координатными линиями сЧ = const (фиг.2),
то в силу периодичности по переменной координате j3
интеграл гармонического уравнения можно искать в ви-
де тригонометрического ряда:
U. = Я + ВоК Z4cnchnc^ + DnshnoQx
xcosnjb t-(Enchno4 + Fnshnoi) slnnpj , (2)
где fl,B,Cn,Dn,En,Fn " постоянные коэффициенты.
Учитывая, что скорость движения материала на стен-
ке внутреннего цилиндра равна Uo , а на стенке
внешнего - Ucm (фиг.2), граничные условия мож-
но записать в следующем виде:
U №,j3) = Worn , С3)
U(o(2, j3) = Uo •
Так как скорость скольжения материала Ucm относи-
тельно кожуха неодинакова (®иг.1), то с целью упрощения
задачи принято, что UCm “ постоянна и равна ее сред-
нему значению.
Используя формулы разложения функции в ряд Фурье /4/
и ограничиваясь первой гармоникой, имеем
Я + ВсС=|- f U ;
о т
^dio^-H^shot = j-J" UC^^)cosj3otj3;
° IT
E^cheZ + F4 shc4 = J? J U (c<J3) Si.ny3 d,& .
Принимая во внимание (3), получим:
/r +Bo4t = 2Ucm ; ( E^hc^^sho^A-^ ;
.R+Bo/z = 2U0- [E(cho^+Fisho^ = 4
- 67 -
Отсюда значения постоянных R,B, равны
2Ucmo^2.-2U0o(^ n 2(U0~ Ucin)
Д --------------в —-----------------* 1
СУг - odj O<2 - Oil
4 Ubmshoi2-U0shoi^
E,= 5Г sh(oi2-oi0 ,
4 Uо 4 “ LI cr । ch oi
F| "tF sFT^T-^D
Теперь скорость поступательного движения массы ма-
териала в горизонтальном односпиральном гибком шнеке мож-
но записать в виде:
u (oi,ft) = yrdtfe+-(u° Ucm:> o< +
J O(f2 —oi.| oia— c/4
Г4 Ucm bh«2-UoShoi4 I 4 Upohoit-UemChc-'a
4ft Sh(ci2-oi4) И ft
xshoi"j S.nj, (4)
В связи с этим возникает необходимость в определении
средней скорости скольжения материала Ucrn по стен-
ке кожуха.
На основании закона Ньютона-Петрова для выбранной мо-
дели /3/:
(5)
где
4 - касательное напряжение;
ft - эффективная вязкость;
j - градиент скорости.
Вопрос об эффективной вязкости будет рассмотрен особо.
В биполярных координатах уравнение (5) имеет вид:
- 68 -
_ cho^+COS/3 I / du \2. / dll
На основании зависимости (I) и принятого условия о
постоянство скорости скольжения материала по кожуху
_ _ сЬсУ + созр / 2(u0-Ucm) Г4 UcmSho/a-UoShoG х
L / a I cQ-0^4 L% Sh(c<2-o^i)
veL 4 uoch0^4-Ucmcho/г. L-vleina /CA4
xsho't jT------sifel^T" chc4stn# ’ <5e>
где а = \Г(Ър +<snp“b2)2-4 Zp2^p - фокусное рас-
стояние биполярной системы координат;
Dp Q.
^=^-paWC
~ °-
<ПР“ 2 “shoZe
спирали; ®псч2
кожуха шнека;
- радиус проволоки транспортирующей
h = ot-4~d2 = —= a (cthc^ -cthoQ) ~~
— средний радиус спирали;
Den “ ее ДиаметР«
По формуле (5б)' можно определить Т в любой точ-
ке сечения рукава. Значение средней скорости скольжения ма-
териала относительно кожуха будет иметь место при осреднен-
ием значении Т по контуру последнего.
Поэтому:
(Г —ли Г 2(Uo~Ucm) ,____________8Up________ _
tcP_J a L о<г-о<4 %2sh(^a-^i)
. о "I
— Ucm ctH (c^g—O^4)
По закону Кулона величины Тср и Т в тангенци-
альном направлении будут одинаковыми.
Принимая во внимание вышесказанное, имеем
д'Ргу о
Зг г
(7)
- 69 -
Решаем уравнение (6) и получаем
(8)
г
(9)
Подставляя выражение (8) в уравнение (9) и решая его,
получим
С| = —2 ZyMV'y-2С2гг , (10)
откуда
irf=--^ (И)
f 2гуи уи
где - тангенциальная скорость материала;
Z - текущая координата;
уи - эадективная вязкость сыпучего материала;
С4 и С£ - постоянные интегрирования.
Известно, что по закону Кулона
^ = P-f ,
(12)
где 2 j- - давление; - коэффициент трения.
Даьление р можно определить из выражения:
Г _ АГ = дг г (В)
Учитывая соотношение (II) получаем, что
I I Cf Со п Со 0
РУ8^+~гпг+2^-г+Сэ' W
- 70 -
Примем схему вращения массы материала в шнеке изо-
браженную на фиг. 3:
vrm
Фиг. 3. Модель вращательного движения
массы материала в односпиральном гибком шнеке.
I) в кольцевом зазоре между спиралью и кожухом ско-
рость материала изменяется от Vo Д° Vcm »
2) внутри спирали материал вращается вместе с послед-
ней с угловой скоростью СО
Для определения постоянных интегрирования напишем гра
ничные условия
^г<Р - Ppfmp
'C’zif = 1 >9 jвн
при
при
„ „ Dp
^"?р= г ,
г = ген = ’
2
где рр
Ряд
*Р(Dp)
- нормальное давление на кожухе (зона I);
- нормальное давление на границе ядра (зо-
на 2);
- радиус (диаметр) рукава;
L
сг си )
8н
f тр
Учитывая
- радиус (диаметр) пружины;
- коэффициент внутреннего трения сыпучего
материала;
- коэффициент трения материала о кожух.
граничные условия и уравнения (10), (II) и
(14), получаем
= БС\? + вС^г + ГС| ;
где j 1
Р Zpfmp Zcnfcn^ ’
Б = _1_ ^Р-^СП ;
8V‘ Zp-z2n
О _ Р. гР • г = гР~Ъ
в " 7Г2"tn гсп 7
Принимая во внимание выражение‘'ю), получаем
С2
Рр Дсп Реп Р Др | Дсп
}JMZ 2уиг Реп бух2
J Др~Реп Den Реп ip
D?~ °
2 -Г-Л
Др Дсп
Реп
+
(15)
Дсп (
Г Др-Дсп
. 2 Рр
1Гог +
^Сг
1
Пр'-' определении из полученного уравнения Сг не
представляет трудности найти коэффициент по зависи-
мости (Ю), скорость и касательное напряжение
Зная величину на кожухе при Z = Zp и
приравнивая его ТГср /из уравнения (6)/,определяем зна-
чение скорости материала на стенке
.. / 2^о . 8-Jq_________4С.|0.
JMDpch©V (i6)
х ------------------------ •
5^7 + T^dh^-'y')
-72 -
Определение значения поступательной скорости массы
сыпучего материала с учетом условий взаимодействия час-
тиц между собой и с кожухом на основании выражения (4)
не представляет особых трудностей.
ЛИТЕРАТУРА
I. П.А.П реображенский. Транспортирова-
ние порошкообразных и мелкозернистых материалов 1 некими
шнеками. Кандидатская диссертация и автор рерат. Изда-
тельство КХТИ им. С.М.Кирова, г.Казань, 19м
2. Я.С;У Ф л я н д. Биполярные координаты в теории
упругости. 1950.
3. С-М.Т а р г. Основные задачи теории ламинарных те
чений. Москва, 1961.
4. Р.К у р а н т. Курс дифференциального и интеграль
ного исчисления, т.1 .
- 73 -
С.Н.Михайлов, К.Д.Вачагин, А.А.Труфанов
К ВОПРОСУ О ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОДНОСПИРАЛЬНОГО
ГИЬкОГО ШНЕКА ПРИ ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ТРАНСПОРТИРО-
ВАНИИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
Вопрос об определении производительности гибкого шне-
ка был разработан П.А.Преображенским. Он сравнил теорию
изолированной материальной точки с некоторыми закономер-
носями движения массы материала в конвейерах с погружен-
ными скребками. При этом средняя осевая скорость движения
периферийной точки шнека была равна скорости перемещения
контурного скребка, на основе чего и предложена формула
производительности шнека.
На наш взгляд, использованный П.А.Преображенским ме-
тод недостаточно корректен, так как поведение сыпучего
материала в шнеке и в конвейере с погруженными скребка-
ми различно в силу различия условий взаимодействия мас-
сы материала с рабочим органом.
В настоящей работе делается попытка определить произ-
водительность гибкого шнека по поступательной скорости
массы материала с учетом взаимодействия частиц последне-
го между собой, с рабочим органом и кожухом.
В предыдущей работе (см. стр. 67 ) было показано,
что поступательная скорость материала Ц. определяет-
ся зависимостью:
_ 2UcmO<2 ~ 4 + 2 (Lo~ Ucm)
о<2. - <^-г
- 74 -
4- UcmSho^-Uosho^ 4 Upchoit-иСт^<^г y
XLj Sh^a-o^j 5Г ‘'sh^a-c^
xShck] slny3 .
Соответственно выражение для производительности шнека в
биполярных координатах запишется:
2
doidfi- (г)
Принимаем во внимание выражение (I). Тогда уравнение
(2) получает вид:
П _ ГГ [ ^Ucm C^a~2Uo°^i 2(,Ыр~
•' J 1 о< 2 - d । ck г - d ।
JJcmShcfc UpShgk +
1Л sh^-ck,) (2
4 UqC ’о4 ЫстсЬо<а । /I г- Л] О- iii
+ т-----е L —ЗТ SinPl т---------T&do/ '°tb-
jt sh (®<a"c^i) -1 J) (chck+cosj3)z J
Здесь c< изменяется от до ck2 » a
до +JT • Тогда, в силу симметричности по , имеем
л _ о [ ( f f 2Ucmc^a_2llpO<^ 2(Uq -Ucm) ,
Ч-^J U I + cka-ok.
, Г _ч_ UcmShc^a-^oSbo^i +
L 9Г sh (окг-с*^ )
. g
A_ Uochoct-Ucrnch^a S^1------------------- otfljotck 1
ЗГ sh(ok2-c<) J ZJCchcOcosp)2
- 75 -
При последовательном интегрировании по р и по об с уче-
том, что h = 0. (Cthcxj-cthc^/ , пилучим
Q-г
Ucrno^a Ujo^
sh Очг-sh-^ + Up -Ucm х
Sn2oQsh:o^ C^2.-C<4
Sh2c^a
°<a -о<<
+ Sh4
(UvCho^-U^cho/g^Enth Ц- -Cnth^-)-
оЛт+
+ W
jrsh(o<2-oi,)l'
-(UcSh^-Uoshoi,) .
SncZ । S ( p_
Это выражение определяет производительность гибкого шне-
ка на горизонтальном участке транспортирования.
- 76 -
С.Н.Михайлов, К.Д.Вачагин, А.А.Труфаноь
О МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ОДНОСПИРАлЬНЫМ ГИБКИМ
ШНЕКОМ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ ПОРОШКООБРАЗНЫХ И МЕЛКО-
ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ТРАССЕ
ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ
Известно, что мощность, потребляемая гибким шнеком
при транспортировании порошкообразных и мелкозернистых
материалов, расходуется:
I) на транспортирование материала;
2) на его перемешивание;
3) на истирание частиц материала;
4) на их удар о вращающуюся спираль в месте загрузка;
5) на трение пружины о рукав в месте его изгиба.
Определение всех составляющих расходуемой мощности
вследствие недостаточной изученности вопроса не представ-
ляется возможным. Поэтому П.А.Преображенским для опреде—
ления потребляемой мощности оыл введен коэффициент со-
противления перемещению транспортируемого материала.
В настоящей статье предлагается определять мощность,
“дущую на транспортирование материала, о учетом взаимо-
действия частиц между собой, с кожухом и со спиралью, ко-
торая является основной составляющей расходуемой мощности.
Эту мощность предлагается рассматривать как сумму.'
I) мощности, расходуемой на поступательное перемеще-
ние массы материала;
2) мощности, идущей на сообщение вращательного движе-
ния всей массе материала относительно оси шнека.
- 77 -
Рассмотрим отдельно каждую из перечисленных слагае-
мых.
Мощность, расходуемая
на сообщение материалу
поступательного движе-
ния
Поставленная задача решается в биполярных координа-
тах^.
Очевидно, искомая мощность будет определяться интег-
ралом
р / Л
=— zads, (i)
О ~
где
- площадь свободного сечения
шнека;
a7ch o/-cosI 26
Z = —г—---------~ текущий радиус;
Спех; 4- COSJ5
U. - скорость поступательного движения массы
ма-
териала.
Зная выражение для поступательной скооости Ц , за-
пишем уравнение (I) в развернутом виде
(1а)
X z UcmC/a Upotd + Uo-Ucrn,^ \ dol-d?).
\ <хг-о4.| '
I Все рисунки и обозначения смотри в предыдущих сообще-
ниях данного сборника.
- 78 -
Или,в пределах интегрирования
oZg
М f Uo-U cm f / Ucrr°^2 ~ Uo°4
П ~ S o^-o^ [\ с/г -cx!<
+ '/ch^-c°sa#
(2)
После последовательного интегрирования попеременным с 1
разложением, подинтегральной функции '/chec<-cos2p в I
биноминальный ряд вида + х определяем мощность,
затрачиваемую на поступательное движение материала
(Л-'*?)2’ {(Uo + UcrT1)^<_^^
— a/vct^ (shcJf)] + (tfa-oQ^Uoshofg-
- UcmSh^^-^Uo-Ucm)^'^-сЬоСц) [ . (J)
Мощность, затрачиваемая
на вращательное движение
материала относительно
оси шнека
В предыдущем сообщении настоящего сборника была пред-
ложена схема вращательного движения массы материала в шнеке
и определена скорость вращения любого кольцевого слоя ма-
териала
_ _ Q_____________Сг ъ
2гуи /и
Искомая мощность, очевидно, будет определяться интегра-
лом
79 -
Нй = [г vzds .
op S J
Принимая во внимание сказанное выше и то
напишем выражение (3) в следующем виде
(3)
zfi ’
s JJ 2ZJV. J* )
Расставив пределы интегрирования, получим
2 1
Ы, =-'^£с< [ Г(-^- +
°Р £ 1Л2гуУ уИ </ J (4)
"г*
Последовательно интегрируя по переменным <р и Z ,
получаем мощность, затрачиваемую на вращение материала от-
носительно оси шнека
к1 2 С, р Den CjС? z'-n^ i-|2 >1
Nep—Г .'Л ’ 17 ' г/!Г • р ' “’г (Л)
Таким образом, определив составляющге суммарной
мощности по формулам (I) и (П),можно найти полную мощность,
идущую на перемещение массы материала в односпиральном
ибком шнеке на горизонтальной трассе транспортирования.
- 80 -
П.А.Преображенский, В.В.Курманаевский
ПР0ИЗВСЛИТ£ЛЬН0С1Ь ДВУХСПИРАЛЬНОГО ГИБКОГО ШНЕКА
Двухспиральный гибкий шнек является дальнейшим раз-
витием односпирального и представляет собой две вращаю—
щиеся цилиндрические винтовые спирали, вставленнье одна
в другую и помещенные в гибкий кожух. Транспортирующие
спирали изготовляются из пружинной проволоки с противо-
положным направлением подъема витков (спирали правой и
левой навивок), и из условия воздействия винтового рабоче-
го Органа на массу перемещаемого материала они вращаются
во взаимно противоположных направлениях.
Исследования двухспирального гибкого шнека, проведен-
ные в лаборатории кафедры деталей машин КХТИ им. С.М. Ки-
рова, показали, что по сравнению с односпиральньм шнеком
того же диаметра в нем обеспечивается довольно значитель-
ное увеличение производительности, достигающее при опти-
мальном; соотношении угловых скоростей наружной и внутрен-
ней транспортирующих спиралей 30 + 35%. Увеличение произ-
водительности этого гибкого шнека происходит из-за спрям-
ления движения частиц потока. Если частицы транспортируе-
мой массы в односпиральном гиоком шнеке двинутся по вин-
товым линиям, то в двухспиральном шнеке, при определенном
соотношении угловых скоростей наружной и внутренней спи-
ралей, наблюдается осевое движение частиц перемещаемой
массы. При данном соотношении угловых скоростей практичес-
в» наблюдается и минимальное значение удельной энергоем-
кости, вследствие чего это соотношение угловых скоростей в
дальнейшем будем называть оптимальным.
Результаты проведенных экспериментов показали, что
как и в односпиральном гибком шнеке /1,2/, при горизон—
тальном расположении заборного участка и при превышении
свободного гравитационного поступления материала на от-
крытые витки вращающихся спиралей дальнейший пространст-
венный вид трассы двухспирального шнека на производитель-
ность практически не влияет и в этом случае достигается
максимальная его производительность. Выведем формулу ".''иа-
водительности двухспирального гибког’о шнека для оптималь-
ного соотношения угловых скоростей спиралей, соответствую-
щую именно горизонтальному заборному участку.
По аналогии с односпиральным шнеком /1,2/ формулу
производительности двухспирального гибкого шнека можно
записать
П — p^g.cp.M <^О ’ (I)
где Кп - коэффициент производительности;
Fp - рабочая площадь поперечного сечения кожуха;
^zcpm” срьдняя 0C6jjaH скорость транспортируемой
массы материала;
Хо - объемный (насыпной) вес транспортируемого
материала.
Эксперименты, проведенные нами, показали, что прак-
тически материал перемещается потоком, который ограничен
цилиндрической поверхностью с диаметром, равным наружному
диаметру (1^ наружной спирали (фиг.1). Следовательно,
коэффициент производите гости, показывающий часть ра-
бочей площади поперечного сечения рукава Гр , в ко-
торой условно перемещается весь транспортируемый ма-
териал со средней осевой скоростью V"z _р м , мож-
но определить как отношение площади круга с наружным ди-
аметром спирали оЦ — к площади круга с рабочим
диаметоом рукава Dp , т.е.
- 82 -
_ UFd?-4 Л? .
| 4-Я Dp ~Dp~
(2)
Рабочая площадь поперечного сечения рукава (площадь
Фиг. I. Участок кожуха двухспираль-
ного гибкого шнека:
I - наружная спираль; 2 - внутренняя спираль;
3 - гибкий кожух; 4 - транспортируемый I атериал.
нетто) равна площади круга диаметром цр данного се
чения за вычетом площадей сечения проволок диаметра и J
и i'g’ под соответствующими углами наклона ск и cZ2 I
винтовых линий осей проволок наружной и внутренней спи-
ралей:
г = _ JL1L. _ =
р 4 4SLnof, 4SLnck2
Я^С < ( . (3)
“ 4 I Bj\SlncZ{ Г Sino(2/J
В нашем случае выводится формула производительности
двухспирального гибкого шнека для оптимального соотноше-
ния угловых скоростей наоужной и внутренней спиралей.
Здесь удельная энергоемкость шнека минимальна и, как б*,
ло сказано выше, одновременно наблюдается осевое дви-
жение частиц перемещаемой массы. Поэтому среднюю осе-
вую скорость массы 1Ггср.и практически можно опреде-
- 83 -
лить по формуле тихоходного режима транспортирования.Про-
веденные исследования показали возможность принятия за
основной транспортирующий орган именно наружную спираль.
Следовательно, в первом приближении необходимо считать
среднюю осевую скорость частиц lTgcpv равной осевой
скорост! витков V'h.Bj вращающейся наружной спирали,т.е.
^2.ср.м S< ' п6.1 ’ (Q
где - шаг наружной спирали;
ng - угловая скорость наружной спирали.
Подставляя равенства (2), (3) и (4) в уравнение ^1),
получаем при соответствующих размерностях формулу
производительности двухспирального гибкого шнека
П =60
Dp
2 Dp Г, 1 /
4 I D* \SLnaf<
S-unoZjJ51^^^0’
= 47 1-
—T l —7----1--:--7“
DpXSLncxI^ SLno(£ 5 * * * * * * * * * * * * *
s*'"6.4. Ko | %ac]
(5)
дающую, как это видно из табл.1, вполне удовлетворитель-
ную точность при транспортировании по вертикальному ь
крутонактонным направлениям (но при непременном питании
шнека и. горизонтальном подпорном участке трассы, как это
подчеркивалось выше).
При горизонтальном расположении трассы шнека из табл.2
следует, что формула (5) дает приемлемую (в пределах 12+15%)
точность только при осевой скорости витков наружной спи-
рали 20 + 30 м/мин. Поскольку практически осе-
кая скорость витков Vz g < может быть и несколько мекь-
|е указанной, то при горизонтальном транспортировании,как
это следует из табл.2 и фиг.2, формула (5) дает занижен-
ные значения теоретической производительности.
Т а б л ц а I
Сравнительная таблица экспериментальных и теоретических производительностей
при транспортировании по вертикальному направлению на высоту Н=2,5 м (загрузка шнека
на горизонтальном участке трассы)
Транспор- тируемый Шаги спира- лей /мм/ Угловые ско- рости /об/мин/ •дкспер '“нт«[Теоретич •произгодит.J производит. П- г [тс/час]и расхожд.Д %
материал s2 Пбз >n3lm%aej iLC фОР- ;мула (5) :муле (7) .но фор- муле (18) Д %
I 2 3 4 5 ! 6 ! 7 8 ! 9 10 ! 11 12
400 860 0,980 0,930 -5 1,110 +13 0,840 -14
Просо 40 30 500 1075 1,120 1,т60 +4 1,300 +Г_ • 1,050 - 6
600 1290 1,270 1,40и +10 1,455 +15 1,260 - I
400 S90 1,130 1,130 0 1,285 +14 1,010 -11
Просо 48 35 500 III5 1,300 1,410 +6 1,46 +13 1,270 - 2
600 1340 1,470 I.7G0 +16 1,560 + 6 1,-30 + 4
Гранулирсв. <100 720 1,690 1,630 1,890 +12 1,490 -12
суперфссфа т45 42 500 910 1,830 2,030 +11 2 170 +19 1,865 + 2
600 1080 2,030 2,430 +2® 2.390 +18 2,234 +10
Полиметил - 400 990 I 153 1,130 - 2 1,315 +14 1,038 -10
метакри- 45 30 500 1235 1,343 1,410 + 5 1,510 +12 1,290 - 4
лат (ПММК) 600 3480 1,580 1.690 + 7 1,660 + 5 1,543 - 2
Примечание: Рабочий диаметр кожуха Dp = 51 мм: диаметр наружных спиралей d<= 45 мм
диаметр.внутренних' спиралей аг = 30 мм; диаметр проволоки наружных спи-
о< = $ о»амьдр проволоки внутренних спиралей О? - ч мм.
Таблица 2
Сравнительная таблица экспериментальных и теоретических
производительностей при транспортировании в горизонтальном
направлении
Транспор-! Шаги спира- Угловые ПППФИ ско- ! । Экспери- ! Теоретич. производит. Пт[тс/час.] ирасхожд.д%
материал 1 1об/минП ! изводит. ! По фор-! Д $ !По фор-! Д % !По фор-! Д %
I т у I Пэ муле ! !муле ! !муле !
1 - -L S < ! S« i а п8.1 •' п6.г ! Ст5^яс] ; (5) 1 1 (?) 1 1 (18) 1
I ! 2 ! 3 4 ! 5 ! 6 ! 7 i 8 ! 9 i 10 ! II ! 12
400 860 1,125 0,930 -17 I,НО -I 0,840 -25
Просо 40 30 500 1075 1,292 1,160 -10 1,300 +1 1,050 -19
600 1290 1,470 1,400 - 5 1,455 -I 1,260 -14
400 890 1,273 1,130 -Il 1,285 +1 1,010 -21
Просо 48 35 500 III5 1,466 1,410 -4 1,465 0 1,270 -13
600 1340 1,660 1,700 + 2 1,560 -6 1,530 - 8
Гранулиров 400 720 1,980 1,632 -18 1,895 -4 1,490 -25
суперфос- 45 42 500 900 2,240 2,030 - 9 2,170 -3 1,865 -17
фат 600 1080 2,440 2,440 - 3 2,390 -5 2,234 -II
Полиметил- 400 990 1,310 1,132 -14 1,315 0 1,038 -21
метакои- 45 30 500 1235 1,525 1,410 - 8 1,510 -I 1,290 -15
лат (ПММК) 600 1480 1,790 1,693 - 5 1,660 -7 1,548 -14
Примечание: Рабочий диаметр кожуха шнека Dp = 51 мм; диаметр наружных спиралей
CLi =45 мм; диаметр внутренних спиралей о(а = 30 мм; диаметр проволо-
ку наружных спиралей о\ = 5 мм; диаметр проволоки внутренних спиралей
- 86 -
Фиг. 2. Обобщающий график Kv = 1|(V'zg1).
С целью повышения точности формулы (5) для случая го-
ризонтального транспортирования путем обработки результа-
тов большого числа экспериментов был построен ибобщаюший
график Ку- =£ (tfyg.<) (фиг.2), где Ку. = по-
казывает отношение экспериментальной производительности
к теоретической, полученной по формуле (5). Вышеуказанная
зависимость на графике представляет собой прямую, уравне-
ние которой имеет вид:
Ky.=i-aO2(Vz.gH-25) . (6)
Нетрудно видеть, что выражение (6) является одновре-
менно поправочным коэффициентом, который необходимо вво-
дить в качестве множителя в формулу (5) при горизонтальной
трассе гибкого шнека:
П = 47КуГ(-Л-( + --’=—) 1(7)
L Dp\Sin©(| sino^2/j i 1 03 0 L
- 87 -
Требуемую угловую скорость наружной транспортирующей
спирали для обеспечения заданной производительности при
выбранных конструктивных параметоах гибкого шнека в за-
висимости от вида трассы следует определять из формулы (5)
или (7), решая их относительно ngH .
Зная ng i , по выражению
Пё,2 =КР-Пв.1 > (8)
где Кр - режимный коэффициент, находится оптимальна^
угловая скорость ng 2 внутренней спирали.
Ранее /3/ нами из предположения, что материал пере-
мещается по всему поперечному сечению кожуха,была выведена
теоретическая формула режимного коэффициента
_ slno^H sin(o^^^)CQ5«Pg // Dp
р slnoij, sin (©<.> +cosV ' d£ '
где й M’a " УГЛь| т₽ения скольжения транспортируемого
материала соответственно по наружной и внутренней спиралям.
Практически, особенно при большом зазоре между кожухом
и наружной спиралью, выражение (9) дает в случае сыпучих
материалов несколько завышенные значения коэффициента Кр- .
Это можно объяснить тем, что сыпучие материалы в двухспи—
ральном гибком шнеке, по аналогии с односпиральным, факти-
чески перемещаются потоком, ограниченным наружным диаметром
d< наружной спирали.
Таким образом, формулу для Кр при транспоотировании
сыпучих материалов следует записать с заменой Dp на d^ :
При = Ч’а
кр -
Slnold Sin (p<d ) COS Ч>2 I/
slne^oSin(pGfMVJcos^ V' dg'
(10)
, что практически почти всегда имеет место,
sinoiLs• п(о^ + %) /,. (пч
slnckgsin (о<г + ) V'da'
- 88 -
Если к атому еще добавляется частный случай, когда
ТО
(12)
Поскольку обычно сЦ =^5< и с(гв5г > опускаем в под-
коренном выражении формулы (12) единицу и с некоторый при-
ближением получаем
Выражением (13) рекомендуется пользоваться для опреде-
ления коэффициента Кр в случае транспортирования порош-
кообразных и мелкозернистых материалов.
Значения угловой скорости ngH наружной спирали пр нс—
тически находятся в пределах от 300 до 800 об/мин. Меньшие
значения ng следует принимать при больших значениях
диаметров рукавов ( Dp = 75 ♦ 100 me), больше
допустимы при меньших Dp
Для определения производительности двухспиральноп гиб-
кого шнека можно также рекомендовать иной вид формулы, по-
лученный из упрощенного выражения производительности одно-
спирального гибкого шнека, приведенного на стр. 33 j
n=4OFdSngtfo [тХяс] * (14)
Пооивводительность двухспирлльного шнека в зт< м случае
может быть выражена
П = П .| + I I 2 ?
где
nf ' раг) sd пS-l tfo
- производительность наружной спирали,
условно перс мещающей
материя* в кольцевом пространстве, ограниченной наружныг
- 89 -
диаметром наружной спирали и наружным диаметром внутрен-
ней спирали;
2 ^d-2 5 2 Пё.2 О
Гтс^ 1 _
L ^чяс J
(17)
- производительность внутренней спирали, условно переме-
чающей материал в круге, ограниченном наружным диаметром
внутренней спирали.
Подставляя выражения (16) и (17) в равенство (15),по-
лучаем упрощенный вид формулы производительного двухспи—
рального гибкого шнека
П - 40[(Fd.1 ~ WS<+Fd г5гп8.г] о
/Хяс] ,
w r 9rd22
Fd.i = — ; у
дающей вполне приемлемую точность (см.табл.I) при верти-
кальном транспортировании.
При горизонтальном расположении трассы эта формула
дает заниженные значения производительности (табл.2) с
lia с хождениями, доходящими до 25%. Однако если учесть.что
при произвольном положении гибкого шнека в руках забор—
ной участок в какие-то периоды работы неизбежно будет на-
ходиться в наклонном по отношении к горизонту положении
и, как показывают исследования /4/, рабочая производитель-
ность при этом значительно падает, то формулу (18) можно
рекомендовать для ориентировочных расчетов при переменном
н процессе работы расположении заборного участка. Формула
(18) позволяет также с достаточной точностью определять
производительность двухспирального гибкого шнека при со-
отношениях угловых скоростей спиралей, несколько отличных
от оптимального.
- 90 -
ЛИТЕРАТУРА
I. П.А.П реображенский. Транспортирование
юрошкообразных и мелкозернистых материалов гиоким шнеком.
Автореферат и канд. диссертация , 1964.
2. П.А.П реображенский. Транспортирование I
порошкоиоразных и мелкозернистых материалов гибким шнеком.
Тргды КХТИ им. С.М.Кирова, выл. 35,1965.
3. П.А.П реображенский, В.В.К у р м а -
наевский. Исследование конструктивных и режииных
параметров двухспирал!ного гибкого шнека. Труды КХТИ им.
С.М.Кирова, вып. 37, 1968.
4. П.А >1 ре ображенский, С.Н.М и х а й - ।
лов. Влияние угла уклона заборного участка гибкого
шнека на его производительность. Труды КХТИ им. С.М.Киро-
ва, вып. 37, 1968 .
- 91 -
В.В. Курманаевский, П.А.Преображенский ,
A.U.Григорьев
РАСЧЕТ ДВУХСПИРАЛЬНЫХ ГИБКИХ ШНЕКОВ
о В двухспиральном гибком шнеке наряду с увеличением
производительности обеспечивается лучшее по сравнению с
односпиральным шнеком /I/ транспортирование некоторых
трудноперемещаемых материалов (мел, гипс). Кроме toj о, в
нем можно совмещать перемещение материалов с их эффектив-
ным перемешиванием.
Конструктивные параметры
Экспериментальные исследования двухспиральных гибких
шнеков (фиг.1) с рабочими диаметрами кожухов Пр ▼ 38 и
51 мм позволяют рекомендовать следующие конструктивные
параметры транспортирующих спиралей (за основу берется
рабочий диаметр кожуха Пр )г
Наружная спираль
d< = (0,80 + 0,90) Бр ;
S| = (0,80 + 1,20) d1 ,
т.е. 15 + 25° ;
<5\ = (0,15 + 0,20) d] .
Внутренняя спираль
de = (0,75 + 0,85) ;
sz = (1,00 ♦ 1,40) d, ,
т.е. ol2= 20 + 30°
- 92 -
Sz = (0,15 + 0,20) dz
fl
Фиг. I. Участок кожуха двухспирального
гибкого шыекс :
I - наружная спираль; 2 - внутренняя спираль; 3 - гибкий
кожу/; ч - транспортируемой материал.
Конструктивные параметры:
Dp - рабочий диаметр кожуха; dj и dz - наружные див
метры наружной и внугоеннеи спиралей; и 5г- шаги 1
наружной и внутренней спиралей; и <5г - диаметр
поперечных сечений витков наружной и внутренней спиралей.
Режимнне параметры:
WijHne,) - угловые скорости наружной и внут-
ренней спиралей; cOmi и <л-)мг ~ угловые скорости масс
материала, перемещаемя соответственно наружной и внутрен-
ней спиралями.
Здесь dи d2 - наружные диаметры спиралей;
и S2 - шаги спиралей ( и с^2 - углы наклон
винтовых линий их витков); и dz - диаметры попев»
них сечений витков спиралей.
Поскольку поиведенные параметры имеют довольно широкю
пределы и зависят от многих эксплуатационных факторов, це-
лесообразно изложить некоторые соображения по их выберу.
I. Ориентировочные значения рабочих диаметров кожухе*
- 95 -
рр в вависимости от требуемой объемной производитель-
ности 'По приведены табл. ,1.
Таблица I
'Значения рабочих диаметров кожухов Гр в
зависимости от объемной производительности
По двухспирального гибкого шнека
П0[м3/ч] [ т 1 i До 1,5 J 3,0 j ! ' 1 1 5’° ! I ' 1 7,5 j г 10,0
Г Т 1 ! 40 ! 50 ! I ! | । I 60 i ! [ " “1 ! 75 1 1 ! — ! 100
При транспортировании зернистых, а также абразивных
материалов диаметры кожухов следует принимать на ступень
бзлыпе. Для первого случая это допустит назначение воз-
можно большего зазора между наружной спирапью и кожухом,
а во втором случае - позволит снизить угловые скорости
спиралей и уменьшить тем самым износ, т.е. увеличить долго-
вечность шнека.
2. Уточнение диаметров dj и ct2 соответственно
наружной и внутренней транспортирующих спиралей производит-
ся из тех же соображений^ чтс и в односпиральном гибком
шнеке (см. стр.37 ). Здесь следует еще учесть, что при
большой длине шнека иля при вертикальном расположении его
трассы, когда спирали'испытывают большие напряжения и зна-
чительно изменяют свои диаметры, появляется опасность их
самозаклинивания.Во избэжание этого при транспортировании
"от привода" зазор и .жду спиралями необходимо делать воз-
можно большим. При перемещении же материала "на привод”,
как и в олноспиральном шнеке, возможно большим необходимо
назначать зазор между наружной спиралью и кожухом.
3. При определении шагов 5^ и g2 • т-е- Угл°в на-
клона сХ < и сх2 винтовых линий осей проволок (витков)
наружной и внутренней спиралей к сказанному ранее для
односпирального гибкого шнека следует только добавить, что,
- 94 -
исходя из возможно меньшей угловой скорости внутренней
спирали, определяемой расчетом, угон oLz следует при-
нимать несколько больше угла сЧ .
Таким образом, шаги транспортирующих спиралей практи-
чески следует принимать в пределах s1 = (0,8 + 1,0) dj
и 5г = (1,0 + 1,2) d2 .
4. Предварительно назначенные диаметры витков спира- I
лей <5\ и (У2 , как и в односпиральном шнеке, уточняют- |
ся расчетов на прочность.
Режимные параметры
транспортирующих спиралей
Значения первого режимного параметра - угловой скорос-
ти наружной транспортирующей спирали - следует принимать в
пределах Hg < = 300 + dUO об/мин. Меньшие значения ng^ 4
соответствуют большим диаметрам кожухов ( Гр= 75 + 100 м»
а большие ng * - меньшим Do «В табл. 2 приведены пре-
дельные значения углевой скорости наружной спирали ngH
в зависимости от ее де метра di .
Т а б л и ц а 2
Предельные значения угловых скоростей ng1rnax
наружной транспортирующей спирали в зависимости от ее
диаметра d < .
d< [мм] |з0 + 34 35 ♦ 40 |41 + 50 51 + 64 65 + 85
[о^/ми1§!| 1200 “I 1 1000 ! 800 1 600 500
Если транспортируемый материал обладает повышенной
абразивностью, то рабочие значения ng j следует при-
нимать не выше половины от указанных предельно допустимых.
Для некоторых легкоперемещаемых материалов, наоборот, до-
пустимо некоторое превышение ng по сравнению с
их значениями, приведенными в табл. 2.
- 95 -
Значения второго режимного параметра - угловой ско-
рости внутренней спирали,- определяем по равенству
П6.г = Кр ng < , (I)
где Kp - режимный коэффициент, общая формула для ко-
торого
= Ь1по^,ь1п(с<л^)со5 Рг 17 ПР , (2)
Р 51По(г51П(о^г + ‘Рг)С05^ V '
была выведена в /2/, а различные выоажения при транспор-
тировании сыпучих материалов получены в предыдущей статье
настоящего сборника:
к _ Slnc^SLnfoj + ^COSiPa 1(^17
Slno(2SLn(p(2 + 4’2)C0S^ v'ot2'
(3)
к slno(dsLn(o(4+^) // dj
p sino<2sLn(o(2 + y>1) V ч с[г/
(5)
=- 'h (6)
d.2-Sa (?)
В формулах (2) и (3) и <р2 -углы трения сколь-
жения транспортируемого материала соответственно по наруж-
ной и внутренней спиралям. Постольку практически _ <р2 ,
то из выражения (3) получено уравнение (4).
Естественно, из приведенных выражений для Кр необ-
ходимо выбрать формулу, дающую величину режимного коэф-
фициента, наиболее соответствующую минимальному значению
коэффициента сопротивления перемещению ц>- , т.е. ми-
нимальной удельной энергоемкости.
- 96 -
Фиг. 2. Экспериментальный график Ц/= (Кр) г
I - гранулированный суперфосфат при ng = 400 об/мин.;
2 - гранулированный суперфосфат при Пе, = 600 об’мин.;
3 - поличетилметакрнлат (ПмМК) при пя\ = 60' об'мин.;
4 - зерновая смесь (пшеница-присо) при ng =600 об/мин.
На графике фиг.2 видно, что минимумы кривых йГ=^(Кр)
для различных материалов и угловой скорости наружной спи- |
ради соответствуют довольно шиооким пределам значений ре-
жимного коэффициента Кр (кривые с тупыми минимумами).
Исходя из этого и учитывая простоту вычисления Кр ,для
определения режимного коэффициента следует р_комендовать
формулу (7), которая также, по существу, отражает основ-
ные конструктивные параметры спиралей, влиямцие на произ-
водительность (наружные диаметры и шаги).
Эксперименты показали (см. табл.З и соответствующий ей
график фиг.2), что при средних значениях рекомендованных
выше конструктивных параметрах транспортирующих спиралей и
при значениях = 15 + 25° для многих транспортируемых |
материалов практическое значение режимного коэффициента
можвю принимать Kj. = 2.
Производительность
Поскольку оптимальное соотношение угловых скоростей,
т.е. оптимальное значение режимного коэффициента Кр ,
Экспериментальные значения коэффициента сопротивления пеоемешению "UT
при различных режимных параметрах транспортирующих спиралей двухспирального гиб-
киго шнека Е" = 51 мм; Oij = 45 мм; = 50 мм; сц = 5 мм; (1г =30 мм;
5- = 40 им; ог = 4 нм. Длина трассы 2,5 м; напоавление транспортиро-
вания - горизонтальное прямолинейное; материал рабочей Пиверхности рукава-резина
z- — “Г Трансяортируе- । Угловые скорости ^Эксперимент J Потребляемая Коэфф. 1 т, ; Режимный
мый материал j /об/мин / [ПРОИЗВОДИТ. j мех.мощность ; сопрот. 1 коэфф’.
i i : з'| । 1- 1 1 1 1 1 1- 1 1 1 { пэ [тс/час i N мех [кёп-ij ! 1СГ ! Кр
I ! 2 ! 3 ! 4 ! 5 ! о 1 1
600 1,88 0,216 16,9 1,5
800 2,06 0,230 Т£ 4 ! 2 0
Гранулирован-
ный суперщос- 400 1000 2,14 0,250 17,2 2,5
фат 1200 2,22 0,278 18,3 3,0
1400 2,31 0,290 18,4 3,5
1600 2,41 0,310 18,9 4,0
800 2,32 0,310 19,4 1,33
Гранулировав- ।пл -ОС 0 2,47 0,300 17,6 1,66
ный супзрфос- 1200 2,62 0,290 17,0 2,00
лат 1400 2,73 0,355 19,0 2,34
1600 2,87 0,44 20,4 2,67
I 2 5 800
Полиметялмета- рилат (ШШК) 1000 600 1200 1400' 1600 800
Зерновая смесь (пшенеца-просо) 1000 600 1200 1400
1600
4 5 6 7
1.62 0,138 П.7 1,33
1,73 0,124 10,6 1,66
1,83 0,128 10,3 2,00
1,91 •0,152 11,8 2,34
2,01 0,201 20,0 2,67
1,71 0,212 18,2 1,33
1,80 0,209 17,1 1,66
1,90 0,209 16,2 2,00
1,94 0,208 15,8 2,34
2,00 0,227 16,7 2,67
- 99 -
не всегда удается практически выдержать точно, приводим
несколько выражений формулы производительности двухспи-
рального гибкого шнека.
I. Рабочее значение режимного коэффициента точно рав-
но рекомендуемому оптимальному Кр » вычисленному по
форму." (7). В этом случае, исходя из общего выражения
производительности винтовых конвейеров,
П К п Fp V"2 м $ 0 ,
(8)
П0 = 47[<-
где к г, ~ коэффициент производительности ;
- рабочая площадь поперечного сечения кожуха;
IZ2 м - осевая скорость транспортируемой массы ма-
териала;
Хо - объемный вес транспортируемого материала,
в предыдущей статье настоящего сборника получена фор-
мула производительности двухспиралвного гибкого шнека,
. г 2 ог
дьющан, правда, несколько заниженную производительность
при горизонтальном расположении трассы. Однако эго не
должно настораживать, ибо в процессе эксплуатации кон-
вейеров практическая производительность всегда несколько
ниже экспериментальной, полученной в лаборатории.
Формула (9) выведена из условия осевого движения частиц
с осевой скоростью, одинаювой по всему поперечному сече-
нию и равной осевой скорости витков наружной спирали, т.е.
^2М = ^гё1 =5<Г)6,|. (Ю)
2. Если соотношение угловых скоростей несколько ( ж
пределах 20-25%) отлично от оптимального, то осевую ско-
рость массы можно принять равной средней осевой скорости
осевого хода витков наружной и внутренней спиралей, т.е.
- 100 -
_ ^е.Л^гб.г _ S<n6 d + S2n'& г I
и2.м~ г г ’ ^П'
и из выражения (8) по аналогии с предыдущей статьей по-
лучить при соответствующих размерностях обобщенную фор-
мулу производительности
п=гос^-^(^+ к.Ц;J
дающую расхождения с экспериментом не выше 12 + 15%.
Для определения ng в зависимости от заданной пр
изводительности п формулу (12) целесообразно привес!
к виду:
г । £-2 Л ’ т
n = 20d;[f-^(-^L_(+ -^J(5^KPS2)ng j0 [mcqP,\(I3)
откуда
Г°£' 1
L^mwhJ ц/Л
204-5r(^+s^)]'5itKP^«»
В этом случае можно также пользоваться формулой (9)с вве-
денным в нее поправочным скоростным коэффициентом ,
т-е.
. о g 0 2
П = 47М1-- г-(—J-,~ •+ с- 2/ Ж|5.Пе ,jfn ["X-lrdl)
L D^Agino^ Smo!2/J 1 1 ен«о ।
где
Ку- = 1 -002OZ .6.1 -
(16)
g ^[м/мин ] - скорость осевого хода витков наружной
спирали.
5. При соотношении угловых скоростей, значительно
отличном (на 50% и более) от оптимального, условно по-
лагаем, что обе спирали перемешают материал независимо
друг от друга, каждая в своей зоне рабочей площади по-
101 -
перечного сечения кожуха: наружная - в кольцевой, огра-
ниченной диаметром кожуха Dp и наружным диаметром
внутренней спирали, и внутренняя - в круглой зоне с
диаметром d2 (см.фиг.I). Исходя из этого условного по-
ложения, а также учитывая, что материал в двухспиральном
шнеке, как и в односпиральном, перемещается потоком,огра-
ниченным наружным диаметром наружной спирали, формулу ве-
совой производительностиfнаружной спирали при соответст-
вующих размерностях можно записать:
(п2-Н2- -IL') sino^CQSlo^H^y г а
Dp ^Dp 2 SlnoiV cos % ° °
J- Si
где c/.-Cozclo --— - угол подъема витка наружной спира-
ЗШср.1 ли;
с£ср= d( -(S| - средний диаметр наружной спирали;
S। - расчетный угол подъема витка на-
JJTDp ружной спирали по кожуху диамет-
ром Dp .
Пооизводительность внутренней спирали определяется по
формуле односпирального гибкого шнека, которая несколько
видоизменяется с учетом того, что в данном случае диаметр
естественного кожуха равен наружному диаметру этой ге спи-
рали, т.е.
Я2
пг=150П^гр^г 51пУ
Sino(p.2c05(o<'p.a-BTi)
COS %
где с\2=ал,сЦ —— - угол подъема витка внутренней
% соерг. спирали;
dcp£ = c(,2 ~ сРеДниИ диаметр внутренней спи-
ради;
с<р2 — aroctej J— - расчетный угол подъема витка вну*1-
' - ренней спирали по естественному
кожуху диаметром d2 •
Отсюда общая теоретическая производительность двух-
спирального гибкого шнека равна
- 102 -
П = п< + пг . (19)
С учетом хе возможного экспериментального коэффициен-
та Кэ
П - КЭ(П( + П2) • (20)
Достаточную точность обеспечивает и метод расчета,
основанный на применении более простой формулы (8) произ-
водительности односпирального гибкого шнека (см.стр. 33 ),
пользуясь которой можно определить производительность на-
ружной
n)-4O(Fd|-Fd2)S,njlJ-o [%], (21)
да r . г
’ cL.i 4] ’ 4г 4
и внутренней
П2 = 40 г S2 Иg 2 Уо [>4flC] (22) I
транспортирующих спиоалей двухспирального гибкого шчека.
Мощность, потребляемая
двухспиральным гибким шнеком
Общая мощность, потребляемая двухспиральным гибким
шнеком, определяется по распространенной методике, ко-
торая ранее была использована при расчете односпи>дльного
гибкого шнека (см.стр.ЗЗ), т.е. введением коэффициента
сопротивления перемещению материала цг , учитывающего
=се потеои энергии в шнеке, а именно:
^мех = ^т4~Р1лГ±^ ' (23> I
Эксперименты показали, что значения коэффициента со-
противления перемещении к)' для двухспирального гибкого
шнека в первом приближении можно принимать по соответствую-
ней таолице односпжрального гибкого инека (стр.36).
- 103 -
Для прочностного расчета спиралей необходимо определить
мощности, приходящиеся на каждую спираль и отдельности. По-
лагаем, что общая мощность шнека распределяется между спира-
лями пропорционально их производительности. В таком случае
задача сводится к определению производительности каждой спи-
рали.
1'з проверочных расчетов следует, что при оптимальном со-
отношении угловых скоростей спиралей имеет место практичес-
кое равенство осевых скоростей масс материала, перемещаетх
наружной и внутренней спиралями. Таким образом, производи-
тельности наружной и внутренней Г] - спиралей про-
порциональны площадям рабочих областей воздействия спира-
лей на транспортируемый материал в поперечном сечении шне-
в дальнейшем будем называть конструктивным коэффициентом.
Далее,
П 11<^П£ П{ j 1^2 . . 1,2
пг-"Г~-ъ d ~ d
или
л2 = -Я- .
11
Зная / /g , определяем производительность наружной
спирали
П1 = П-П2 . (27)
Теперь. исходя из вышеизложенного, можно записать:
и к / Ммех пмек.2 ~~ ,2 (28) ! ’мех.{~ NMex~~NMex.2 ’
По NMex< и NMex? производится проверочный расчет
спиралей на прочность так же. как это делается для одно-
спирального шнека.
- .1,84 -
При индивидуальных приводах спиралей, приняв ориенти- I
ровочно их к.п.д.£п = = 0,80 + 0,85 и назначив коэф-
фициенты возможных перегрузок для обеих спиралей к 1п=к =
=1,3 + 1,5, определяем требуемые мощности электродвигато— 1
лей
^96.1 ~ Knep.i гГ* 1 ’ (3°) |
С пр. 1
(51) I
с пр. г
При общем редукторном приводе с двумя выходными ва-
лами для наружной и внутренней спиралей мощность на валу
электродвигателя равна
N9J. =кпвр (32) I
С пр
Порядок расчета двухспи-
рального гибкого инека
Можно рекомендовать следующий порядок расчета:
I. По заданной объемной производительности П [м3/час ।
в табл.1 выбираем рабочий диаметр кожуха Dp •
2. В зависимости от Dp назначаются конструктивные I
параметры транспортирующих спиралей (см. стр.£И).
3. По выражению (.14) определи.и требуемую угловую ско-
рость |"ig 1 [об/мин.^ наружной спирали. При этом ра-
бочие угловые скорости ng не должны превышать их пре-
дельные значения, приведенные в табл.2.
Для определения угловой скорости наружной спирали мож-
но также пользоваться формулами (9) или (15), решенными от-
носительно rig4 -
4. Зная rig ( , по выражениям (I) и (7) находим уг-
ловую скорость пgс внутренней спирали.
5. При заданных значениях pg < и Пе, 2 для опреде-
ления производительности удобно пользоваться формулами
(17), (18) и (19) или, в случае ориентировочного расчета, I
- 105 -
Фиг. 3. Приводная головка двухспирального
гибкого шнека
Фиг. 4. Второй вариант приводной головки
- 106 -
формулами (19), (21) и (22).
6. В зависимости от транспортируемого материала и ви-
да трассы значения коэффициента сопротивления перемещению
ЪУ в песвом приближении выбираем по соответствующей таб-
лице I односпирального гибкого шнека (см. стр.35).
7. По формулам (23), (25), (28) и (29) определяем об-
щую мощность NMex шнека и мощности, идущие на вращение
наружной Nwex.i и внутренней hj мех,г спиралей.
8. По формулам (30) и (31) определяем необходимые мощ-
ности двигателей наружной Ngfj и внутренней h/jg,2
спиралей в случае индивидуальных приводов. При общем ре- ,
дукторном приводе требуемую мощность двигателя находим по ।
формуле (32).
9. Производим проверочные расчеты спиралей на прочность
Общие конструктивные соображения для двухспирального
гибкого шнека остаются в основном теми же, что и в случае I
односпирального гибкого инека (см. стр. 44). Особое вни- I
мание конструктора здесь должно быть обращено на оригиналь-
ное решение конструкции приводной головки, обеспечивающее
удобную разборку и надежность в эксплуатации.
На фиг. 3 и 4 приведены примеры конструктивного оформле
ния приводных головок двухспирального шнека. Однако лучшим I
вариантом следует считать применение двухроторных электро-
двигателей.
ЛИТЕРАТУРА
[. А.Ы.Г ригорьев, П.А.П реоораженс-
к и й. Теория, расчет и эксплуатация односпирального гиб- I
кого шнека. Изд. общ. "Знание" УССР, Киев, 1967.
2. П.А.П реображенский, В.В. Курма-
наевский. Исследование конструктивных и режимных
параметров двухспирального гибкого шнека. Труды КХТИ
им. С.М.Кирова, вып. 37, 1968.
- 10? -
П.А.Преображенский
ТРЕХСПИРАЛЬНЫЙ ГИБКИЙ ШНЕК
Гибкие шнеки, являясь разновидностью винтовых кон-
вейеров, наряду с некоторыми недостатками (повышенная
удельная энергоемкость, сравнительно небольшая произво-
дительность и длина транспортирования) имеют ряд бесспор-
ных преимуществ.
Наиболее существенные из них - возможность создания
сложной пространственной трассы транспортирования, осу-
ществление переменных точек забирания и выгрузки переме-
щаемого материала, обеспечение в необходимых случаях его
герметизации и т.д. Желая, с одной стороны, увеличить
производительность гибких шнеков, а с другой стороны,стре-
мясь распределить общую мощность, потребляемую шнеком
между несколькими транспортирующими спиралями, переходят
на двух- и трехспиралъные шнеки.
В предыдущих статьях сборника достаточно подробно бы-
ли рассмотрены одно- и двухспиральныо шнеки. В данной
статье разберем основные вопросы транспортирования порош-
кообразных и мелкозернистых материалов трехспиральным гиб-
ким шнеком (фиг.1).
Поскольку гибкие шнеки имеют указанные разновидности,
следует, на наш взгляд, привести таблицу рекомендуемых
областей производительностей и рабочих диаметров кожухов
одно-, двух- и трехспиральных шнеков.
- 108 -
Фиг. I. Участок кожуха трехспирального гибкого
шнека:
I - наружная спираль; 2 - средняя спираль; 3 - внут-
ренняя спираль; 4 - гибкий кожух; 5 - транспортируемый
атериал.
Конструктивные параметры :
Dp - рабочий диаметр кожуха; do и (Хз - наружные
диаметры наружной, средней и внутр !няеи сриралей; S-i, S а и
S3 - соответственно шаги спиралей; ®о°г и о3 - диамет-
ры поперечных сечений витков соответствующих спиралей.
Режимные параметры:
Wg.iCnjj), Wg.jtng.a) и ;П|3) - угловые ско-
рости нару ;нои, средней и внутренней спиралей;
Wm.i ,00мг. и cUm-з “ угловые скорости масс материала,
перемещаемых соответствующими спиралями.
- 109 -
Таблица I
Значения рабочих диаметров кожухов Dp
и рекомендуемое число транспортирующих спиралей
в зависимости от объемной производительности
по гибкого шнека
По !Д0 0,5 4- Dp [мм] ! 25 1 12-3 4. 40 j 50 5 ~ 7 -I 75 1 10 j 12 4 100 125 15 — 150 J8 200
число j 1 j 1
, т т Спиралейj j i i Г 2 2 1 2 — 2 1 r— ~
1 1 i i 1 3 3 3 3
Из табл.1 видно, что некоторые диаметры кожухов пе-
рекрываются возможностью применения того или иного гибко-
го шнека. В этом случае окончательное решение принимается
в зависимости от транспортируемого материала, а также от
длины и вида трассы шнека. При хорошосыпучих, легкопере-
мещаемых материалах следует ограничиваться меньшим из ре-
комендуемых числом спиралей. В случае транспортирования
трудноперемещаемых материалов, а также при большой длине
шнека или при вертикальном транспортировании принимается
большее число спиралей.
Таким образом, трехспиральныи шнек является шнеком
больших диаметров кожухов. Он уже достаточно тяжел и ско-
рее всего будет использоваться только для стационарных
пространственных грасс, а не в качестве мобильной установ-
ки. Кроме того, в нем так же, как и в двухспиральном шне-
ке, можно совмещать транспортирование материален, с их аф-
фективным перемешиванием.
Конструктивные параметры
Введем обозначения: cl< , Cig. и d 3 - наружные дна-
- но -
метры спиралей; > 5г и 53 шаги спиралей;
с/(;о(г и с< 3 - углы подъема витков спиралей; ,
6’г и диаметры поперечных сечений витков спира-
лей.
По аналогии с одно- и двухспиральными шнеками можно
рекомендовать следующие конструктивные параметры тран-
спортирующих спиралей трехспирального гибкого шнека, све-
денные в табл.2.
Таблица 2
Конструктивные параметры транспортирующих спира-
лей трехспирального гибкого шнека
Индекс । Спираль 1 । Конструктивные параметры _ __ 1 с^= (0,80 + 0,90) Dp
I Наружная сС< = (0,80 + 1,00) di ,т.е. 15 ♦ 20°
(0,12 + 0,15) Ct^
(0,75 + 0,85) ( di - 2$i)
2 Средняя II й « (1,00 + 1,20) d2 , т.е. z = 20 + 25° (0,15 + 0,I8)d2
3 Внутренняя d3 = s3 = %: (0,75 + 0,85) (d2-2<5"2 (1,20 + 1,40) CL3 , т.е. 1 25 + 30° (0,18 + 0,20) d3
При уточнении данных конструктивных параметров остают»
ся в силе все соображения, ппиведенные ранее / 1,2,3,4/1
для одно- и двухспиральных шнеков и изложенные в предыду
щих статьях настоящего сборника.
- Ill -
Режимные параметры
Угловую скорость наружной транспортирующей списали
следует принимать в пределах Hg = 250 + 500 об/мин.
Меньшие значения ng । соответствуют большим диаметрам
кожухов ( Бр= 150 + 200 мм), а большие ng - меньшим
Рр . В табл. 3 приведены предельные значения угловой
скорости наружной спирали |-)g в зависимости от ее
диаметра oij
Таблица 3
Предельные значения угловых скоростей ng1rr,QX
наружной транспортируощей спирали трехспирального
шнека в зависимости от ее диаметра cL । .
oL^ [мм] ! Г 1 !80+90 ; । . . । Г Т 1 1 91+ I00IIII+ 130 ! I t - ... ... । Г “ “1 1131 +150 1 г .. 1 г 151+ 180
8.1 max 1 600 ! 500 j 450 ] 400 J 350
Окончательное назначение угловой скорости ng не-
обходимо производить с учетом всех замечаний, сделанных
для одно-и двухспиральных шнеков.
Угловые скорости средней ng 2 и внутренней ng3 спи-
ралей находим по соответствующим равенствам
ng.2 = Kp.(ngj . (I)
и
= Кр.г.пв.а >
где । и Кр,2 - режимные коэффициенты, выражения для
которых будут предложены далее.
Смежные спирали трехспиралгных шнеков изготовляются с
взаимно противоположными направлениями подъема витков (фиг.
I) и следовательно, из условия их воздействия на массу
перемещаемого материала, должны вращаться во взаимно про-
тивоположных направлениях.
- 112 -
Производительность
трехспирального гибкого шнека
В основу выводимой формулы производительности трех-
спирального гибкого шнека и предлагаемых выражений для
режимных коэффициентов kPj и кр.2 принимаем условие,
при котором средние осевые скорости масс материала, пере-
мещаемых наружной • средней 1Гг.м.г и внутрен-
ней м 3 спиралями, равны между собой, т.е.
Ч М.| " Чм£ = m3 = ^Z И ’ ) ।
Тогда, связав угловые скорости всех спиралей через
режимные коэффициенты условием (3), производительность
трехспирального шнека удобнее всего выразить через пара-
метры одной из спиралей, а именно наружной.
Здесь следует отметить, что в трехспиральном шнеке
ориентироваться на условие осевого перемещения частиц мас-
сы (как это делалось в некоторых вариантах определения
производительности двухспирального гибкого шнека) нельзя,
так как средняя спираль имела бы очень большую, практичес-
ки неприемлемую, угловую скорость.
По аналогии с двухспиральным шнеком рабочую площадь
поперечного сечения кожуха разбиваем на области воздейст-
вия каждой из спиралей на транспортируемый материал: коль-
цевую, ограниченную диаметром кожуха Вр и наружным
диаметром d2 средней спирали; кольцевую, ограниченную
диаметром с1г и наружным диаметром d3 внутренней
спирали; и третью зону в виде круга с диаметром d3 (см.
фиг.1).
Есть основание полагать, что так же, как и в одно- и
двухспиральном шнеках, материал в трехспиральном шнеке
(особенно в вертикальном и крутонаклонных участках) пере- I
метается потоком, ограниченным наружным диаметром ct^ на- I
ружной спирали. Поэтому и формулу весовой производитель— I
ности наружной спирали при соответствующих размерностях
- ш
uuzho записать
п =|5Q (т)2-^2_____
"1 ,bU Dp 2 SinoZ,
где с/
Stncyp^COSfo/pj + 'P',)
COS d°
- угол подъема витков наружной спира-
ли;
d — “ средни# диаметр наружной спирали;
1 q/octa “ расчетный утол подъема витков на-
рн ^ГВр ружной спирали по кожуху диаметром
Do »
ip - угол трения скольжения между транспортируемым ма-
териалом и спиралью;
" объеинЬ|й (насыпной) вес транспортируемого ма-
териала.
Производительности средней П2 и внутренней П3
спиралей несколько видоизменяются с учетом того, что в
данных случаях диаметры естественных кожухов равны на-
ружным диаметрам соответствующих спиралей, т.е.
Г- 2
Пг-150П8.го!г(^-^-^Д
Sing г,СО5(с/р.гг^) у
cos
П3=150ng 3ot5 ictj —
где су2
ЛЕ'
slnc<:3
^d-cp.2.
Si-По/р.з.С05(р<р.з-ь
ог <6>
cos Чч
- углы подьема витков соответ-
ственно средней и внутренней
спиралей;
- ср. з ;
2 - Л I
ср г
ср 3 = ^3 ~ и3
P2
- средние диаметры средней и
внутренней спиралей;
- расчетный угол подъема вит-
ков средней спирали по ес-
тественному кожуху дианет—
ром d2 ;
- 114 -
cLp3=a.'lcta-^~T- - расчетный угол подъема витков
° J'U-S внутренней спирали по естест-
венному кожуху диаметром
Из уравнений (д) и (5, (5) и (б) соответственно имеем:
п„
— в™ - .. g - -..- - - С *7
nei ~
Чг ~ пДз 3&)s^3 ,С0^3 *
Выразим отношения производительностей в формулах (7) и
(8) через диаметры спиралей, предварительно введя
<бозначения на конструктивные коэффициенты:
Поскольку из условия (з) следует, что производительно-
сти каждой из спиралей пропорциональны рабочим площадям
Умножая два последних равенства друг на друга, получаем
(ТО)
Далее, решая совместно выражения (9) и (ю), имеем
- 115 -
П1 _ ^d-z(Kdi LL (II)
u °3 K^-1
Нам необходимо также выразить произьодительности каж-
дой из спиралей через общую производительность шнека и
конструктивные коэффициенты.
Для первой спирали можно записать
П( П1 П| п<
, i_________
откуда
Z ?
П'=ККУ^° °
Kd.,1 Кс > ' КоН
Аналогично получаем
и
П
П з — 2 2.
3 KL
(14)
Подставляя равенства (II) и (9) соответственно в
формулы (7) и (8) и расписывая их, получаем окончатель-
ные выражения для режимных коэффициентов
- 116 -
^_^4-^3>p-dr^)sLn^p.icos^P.^^)
Мг^-о1|)(с12-а2-^Д^)51по(р2(о(Р2+^) (I5)
с-г
M5(<cl^„fe)sino<B2cos(<WW
(^-oL^)(^- Sino(RJC0S(o(p.3 + <P1)
Таким образом, если рабочие угловые скорости спира-
лей гыдеожаны соответственно их режимным коэффициентам,
определяемым выражениями (15) и (16), то средние осевые
скорости масс материала, перемещаемых всеми спиралями ,
равны между собой и производительность трехспирального
гибкого шнека мскет быть выражена через параметры на-
ружной спирали:
П =150
(па
Dp \Р
Л_
sLnc^
2.L
51По(г
_*L
51По(з
х
51П о/рл COS р.1 + 4М •
COS Ti
[mcAc] .
(I?)
^0
Для определения (или уточнения) требуемой угловой
скорости ng( наружной транспортирующей спирали в за-
висимости от заданной производительности выбранных кон-
структивных параметров трехспирального гибкого шнека и
соответствующих им режимных коэффициентов формула (17) ,
приводится к виду
и ______________ПРРСО5?1 ________________________ I
.|5°di(.’p- Д - A.-
Если по каким-либо причинам соотношения между угловы- I
ми скоростями спиралей, диктуемыми режимными коэффицентами!
- IT7 -
КР1 и кр.г • выдержать не удается, то необходимо по
выражениям (4),(5) и (6) определить производительность каж-
дой из транспортирующих спиралей, а затем определить их
суммарную производительность, т.е. общую производительноеть
шнека:
П=П( + Пг + П3. . (19)
С учетом возможного экспериментального коэффициента:
П = кДп, +п2 + П3) . (20)
Достаточную точность ожидать можно и при расчете, ос-
нованном на применении более простой формулы производитель-
ности односпирального гибкого шнека (см. стр.33), поль-
зуясь которой можно определить производительность наружной
П, = 35 (Olf-0t| ) S1 Pig JD ^%яс], (21)
средней
na = 35(oL^-d^)s2ng2yo (22)
и внутренней
n.3=35d*s3ne 3if0 [т%Яс] , (»>
транспортирующих спиралей трехспирального гибкого шнека.
В случае приближенного расчета, учитывая равенства (II) и
(9), последовательно имеем
_ г _ 35пД^-d 1)3^0 = =
р3" n6j “35njcQ-cl23)Sj0
(oL2-d|)(d2-ol|)5( _ _Sj_
= (с1Г-о1|)(с12-о132) 52 “ S? ' (24)
- II8 -
= Чз = 35Ма1 =
рг Чг 35П2оЦ5з^о
(otl-d|)s2 . otf(oli-oL|)Sa; _ Sa , (25)
~ <Kh‘l)ct3S3 (ctf-d23)d| 53 S3 ’
т.з. угловые скорости спиралей обратно пропорциичальны
их шагам.
Если условия (24) и (25) выдерживаются, то прои.ро-
дительность трехспирального шнека можно выразить через
параметры только наружной спирали:
П — 35 сЦ l"lg ,j(j ( [т>чяс] (26)
или
П = 40 Fd f 51 [_^с] >
-
где F^^ = у— - площадь поперечного сечения,
описываемая наружной транспор
тирующей спиралью.
Соответственно формула для ng
принимает вид
и6., =- Н <г8>
ЙЛИ
П6'' ’ Vo Fd £, U (28>
Мощность
Для определения мощности, потребляемой трехспираль-
ным гибким шнеком, так хе, как и в случаях одно- и двух-
спирального шнеков, вводим коэффициент сопротивления пе-
ремещению материала , учитывавший все потери энер-
гии в шнеке, т.е.
rJMex = (4гпр i н) D<M , (5°)
- 119 -
наружной
(31)
(32)
(33)
иняв орменти-
85 и назна—
где П - производительность шнека;
Lmp [м ] - длина трассы транспортирования;
1-1 [м] ~ высота подъема (или опускания)
транспортируемого материала;
U7 - коэффициент сопротивления перемещению материала в
гибком шнеке.
В первом приближении по аналогии с двухспиральным
гибким шнеком значения коэффициента сопротивления W для
трехспипального шнека можно выбирать по соответствующей
таблице однослирального гибкого шнека^ (см. стр. 36 ).
Для расчета транспортирующих спиралей на Прочность
необходимо знать мощность, потребляемую каждой спиралью
в отдельности. Полагая, что общая мощность шнека рас-
пределяется между спиралями прямо пропорционально их
производительностям и пользуясь равенствами (12), (13) и
(14), можно записать: мощность, потоебляемая наружной
спиралью
мех f = О- к 2 ’
о(. f
мощность, потребляемая средней спиралью
^мех.г к г /^мех \
ef.f 'll
мощность, потребляемая внутренней спиралью
. _ ___’ мех
NMex3 " kz .’ г
ко(.| Kd 2
При индивидуальных приводах спиралей, пр
ровочно их к.п.д. £пр =рпрг=£прз= 0,80 + 0,
чив коэффициенты возможных перегрузок для всех спиралей
Здесь следует отметить, .что данное приближение
требует дополнительного экспериментального уточнения.
- 120 -
Knepi=Knep.2= Кперз = 1,3 ♦ 1,5, определяем
треоуемые мощности электродвигателей;
(«> I
< пр.1
Ngt, = Kn.P,^; <зз) I
N98.3 = km,,^. («) I
При общем редукторном при~оде с выходным! валами
для каждой спирали мощность на валу двигателя равна
N,6=Knep^- (3?)
С пр
Порядок расчета
трехспирального гибкого шнека
Можно рекомендовать следующий порядок расчета:
I. По объемной производительности По [мэ/час] , со-
ответствующей трехспиральному шнеку, в табл. I выбираем
рабочий диаметр кожуха Dp •
2. В зависимости от Dp назначаются конструктивные
параметры транспортирующих спиралей (см. табл.2).
3. По формуле (18) определяем требуемую угловую
скорость tig । [об/мин.] наружной спирали. При этом ра-
бочие угловые скорости rig ь не должны превышать их пре-
дельных значений, приведенных в табл. 3.
4. Зная , по выражениям (I) и (15), (2) и (16)
находим требуемые угловые скорости средней П g г и внут-
ренней ng3 транспортирующих спиралей.
5. По окончательно назначенным угловым скоростям спи-
ралей с учетом рабочих параметров привода по формуле (17)
или по формулам (4), (5), (6) и (19),если действительные
угловые скорости спиралей не соответствуют расчетным, ре-
комендуется определить рабочую производительность внека.
- 121 -
Если эта производительность значительно отличается от
заданной и не удовлетворяет техническим условиям, то не-
обходимо ввести соответствующие коррективы.
6. При ориентировочных расчетах 3-й, 4-й и 5-й пунк-
ты следует выполнять, пользуясь соответствующими упрощен-
ными зависимостями (28) или (29); (I) и (24), (2) и (25);
(26; илг (27); (21), (22), (23) и (19).
7. В зависимости от транспортируемого материала и вида
трассы по табл. I односпирального гибкого шнека (см.стр.
36 ) выбираем коэффициент сопротивления перемещению W .
8. По формулам (30), (31), (32) и (33) определяем об-
щую мощность Имех шнека и мощности, идущие на враще-•
ние наруж1 ой NMex J , средней ь1 мех 2 и внутренней
hlMex з. спиралей.
9. В случае индивидуальных приводов по формулам (34)
и (36) определяем необходимые мощности электродвигателей
наружной Nggj , средней Ngg, г и внутренней Ny£ 3
спиралей.
10. При общем редукторном приводе требуемую мощность
двигателя находим по формуле (37).
II. Производим проверочные расчеты спиралей на проч—
ность так же, как это делалось в случае односпирального
гибкого шнека (стр. 42 ), или более уточнение /I/ (см.
также в настоящем сборнике специальную статью по данному
вопросу).
12. Кимпануем приводные головки спиралей и рассчитыва-
ем остальные детали.
Оси>вные соображения по конструированию и эксплуатации,
приведенные ранее для одно- и двухспиральных шнеков /3,4/,
остаются в силе и для трехспирального гибкого шнека.
ЛИТЕРАТУРА
I. П.А.П реобр а-женский. Транспортирование
пориШпообразных и мелкозернистых материалов гибким шнеком.
Канд, диссертация и автореферат, 1964.
2. П.А.П реображенский. Транспортирование
- 122 -
порошкообразных и мелкозернистых материалов гибким тне-
ком. Труды КХТИ им. С.М.Кирова, вып. 35, 1965.
3. А.М.Г ригорьев, П.А.П реображен-
ский. Теория, расчет и аксплуатэц одпоспйрального
гибкого шнека. Изд. Общ. "Знание", УССР, Киев, 19^?.
4. П.А. Преображенский, В.В.К у р м а-
наевс кии. Исследование конструктивна* и р^«ичных
параметров двухспиральпого гибкого шнека. Труды КХТИ
ич. С.М.Кирова, вып. 37, 1968.
- 123 -
А.А.Александровский, Ь.Ю.Ланге,
П.А.Преображенский, Ф.Ф.Зигмунд
СМЕШЕНИЕ В АППАРАТАХ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ ВИН-
ТОВЫМИ СПИРАЛЯМИ
Смешение твердых сыпучих, высоковязких жид,их и па-
стообразных материалов широко применяется во многих от-
раслях промышленности (химической, строительной, фарма-
цевтической, пищевой) и сельскохозяйственного производ-
ства. В ряде случаев этот процесс является подчиненным.
Тем не менее он имеет большое значение для основных тех-
нологических процессов и, в конечном счете, часто опреде-
ляет качество готовой продукции. В связи с этим часто не-
обходимо иметь высокопроизводительный, простой по конст-
рукции и надежный смеситель непрерывного действия. В ка-
честве такого аппарата могут быть применены смесители с
цилиндрическими винтовыми спиралями, конструкции которых
разрабатываются и исследуются в КХТИ им. С.М.Кирова.
При транспортировании твердых сыпучих материалов, вы-
соковяз 1х жидкостей и суспензий применяются винтовые
транспортеры с рабоч м органом в виде гибких цилиндричес-
ких спиралей /I/. Такие транспортеры обладают существенны-
ми достоинствами, о чем говорится в соответствующих рабо-
тах /2,3/.
Изучение работы транспортеров с гибкими винтовыми спи-
ралями показало, что при перемещении материалов имеет мес-
то одновременное перемешивание, которое уменьшает тран-
спортные возможности устройства и увеличивает энергозатра-
ты. Визуальные наблюдения позволили предположить, что транс-
- 124 - .
портеры с цилиндрическими спиралями могут быть примене-
ны для осуществления процесса смешения, и в этой облас-
ти были проведены соответствующие исследования.
На фиг.1 представлена принципиальная схема установ-
ки для испытания двухпружинного спирально-винтового сме-
сителя, в котором перераспределение компонентов осущест-
вляется двумя вращающимися цилиндрическими винтовыми спи-
ралями, вставленными одна в другую и помещенными в труб-
чатый кожух.
Смешивающие цилиндрические винтовые спирали I и 2 из-
готавливаются из стальной или бронзовой пружи>пых прово-
лок с противоположными направлениями подъема витков, что
исключает их сцепление во время вращения. Шаг навивки
каждой из спиралей и их угловая скорость определяется из
оптимальных условий процесса смешения. Направление враще-
ния наружной спирали I необходимо назначить таким, чтобы
смешиваемые материалы перемещались от загрузочного пат-
рубка 4 к зоне выгрузки. Внутренняя спираль 2 может вра-
щаться как в том ле направлении, что и наружная спираль I,
так и в противоположную сторону.- Выбор того или иного на-
правления вращения внутренней, спирали 2 обусловливается
оптимальным процессом смешения, производительностью сме-
сителя и зависит от Физических свойств смешиваемых ма-
териалов.
Спирали I и 2 приводятся во вращение от соответствую-
щих приводов через клиноременные передачи. Длина смесите-
ля зависит от требуемого качества смешения, но лимитирует-
ся прочностью спиралей. Диаметр смесителя возрастает с
увеличением заданной производите явности. Можно использо-
вать в смесителе не две спирали, а одну, или сочленить
две спирали и приводить их во вращение от одного, привод-
ного вала.
Рассмотренные вариации позволяют иметь три варианта
смесителя: I) односпиральный, 2) двухспиральный, 3) со-
члененный двухспиральный с приводом от одного нала.
Смесители, выполненные по данному принципу, отлича-
ются простотой изготовления (отсутствие внутри корну-
- 125
са вращающихся валив, промежуточных подшипников и т.д.)
компактностью и высокой интенсивностью процесса смете—
ния. Последнее объясняется тем, что угловые скорости спи-
ралей могут достигать 1000-1500 об/мин.
В любой точке смешиваемой массы, находящейся внутри
объема смесителя, имеют место значительные градиенты ско-
ростей, в результате чего происходит быстрое и качествен-
ное смешение. Это важное свойство и позволяет изготовлять
подобные смесители малогабаритными, с небольшим количест-
вом массы, находящейся в них.
Спирально-винтовые смесители были испытаны для сме-
шивания сыпучих порошкообразных материалов (кварцевый
песок - поваренная соль или хлористый калий в весовом
соотношении соответственно 3:2) и порошкообразных ма-
териалов с вязкой жидкостью (10-11% водный раствор натрие-
вой соли карбоксиметилцеллюлозы ЫаКМЦ) в соотноше-
нии 1:1 + 4:1 в одно-и в двухспиральных смесителях.При
этом средние размеры частиц материалов составляли: квар-
цевый песок - 250мк, поваренная соль - 240мк . Вязкость
водных растворов Na К ИЦ определялась на вискозиметре
Кеплера, при этом вязкость 10%-ого раствора ИаКМЦ при
16(С составляла 60,7 пуаз (р = 160 г/см^) и 11% раство-
ра NoKMU, при той же температуре - 70 пуаз ( р = 160 г/см^).
На экспериментальной установке, приведенной на фиг.1,
можно проводить как смешение сыпучих материалов между
собой, так и сыпучих материалов с высоковязкими жидкое—
тями. Дозирование сыпучих материалов осуществляется спи-
ральными винтовыми питателями 10 и II из соответствующих
емкостей 8 и 9. Дозирование вязкой жидкости производится
шестеренчатым насосом 15 из емкости 14. Подшипниковый
узел 7 выполнен так, что он позволяет производить сме-
шение в смесительной трубе 3 как с двумя, так и с одной
вращающейся спиралью. В последнем случае внутренняя спи-
раль демонтируется. На этой же установке смешение может
быть осуществлено двумя сочлененными спиралями, закреп-
ленными на одном валу и- вращающимися с одной и той же
- 126 -
Фиг.I. Схема экспериментальной установки
спирально-винтового смесителя:
I - наружная смешивающая спираль; 2 - внутренняя сме-
шивающея спираль; 3 - трубчатый смесительный кожух
(для взятия проб смеси разрезан в горизонтальной плос-
кости на две части); 4 - загрузочная воронка; 5 и 6 -
электродвигатели юивода наружной и внутренней спиоа-
лнй; 7 - подшипниковый узел приводной головки; 8 и 9 -
бункеры смешиваемых сыпучих компонентов; 10 и II - спи-
рально-винтовые питатели; 12 и 13 - электродвигатели
питателей; 14 - емкость смешиваемого жидкого компонен-
та; 15 - шестеренчатый насос; 15 - емкость готовой сме-
си.
скорости). При этом воащение спиралей осуществляется от
одного электродвигателя.
В результате проведенных опытов оценивался ряд фак-
торов, которые определяют экономичность работы подобных
устройств. Качество смеси определялось через относитель-
ное квадратичное отклонение <отгн=-^—100% , где бч -
среднее квадратичное отклонение в смеси до начала пр<"
цесса и <о ~ среднее квадратичное отклонение в смА
- 127 -
си в данный момент времени и коэффициент неоднородности
смеси Vc = ц <00 % , где С - средняя концент-
рация компонента в смеси.
На основании данных о качестве смеси в сечениях 1-УШ
Фиг. 2. График кинетической зависимости
при смешении кварцевого песка с поваренной солью:
I - кривая \/с=^(4см) ; 2 - кривая
(фиг.2 и 3) строились кинетические зависимости VC=^(LCM)
(кривая I) и б=^г(Дсм) (кривая 2), характеризующие
качество смеси в зависимости от длины рабочей зоны сме-
шивания LCM •
Опыт А (см. фиг.2) произведен при смешении кварцево-
го песка с поваренной солью при соотношении 3:2 с угловой
- 128 -
скоростью вращения наружной спирали ngj = 645 об/мин.
и внутренней rigг = 550 об/мин. (опыт 5, таол.1).0пыт
Б (см. фиг.З) - ри смешении 11% раствора НаКМ^ с
кварцевым песком в соотношении 1:3 при = 620 об/мин
и rig2 = 500 об/мин (опыт 5, таол.2). По виду кинети-
ческих кривых смешения можно судить о ходе процесса и опре-
делить воемя смешения, длину смесительной эоны, неооходи-
мые для получения смеси определенного качества. Сопостав-
ление кинетических кривых для различных режимов работы ап-
паратов различных конструкций позволяет определить наиболс
предпочтительные варианты конструкций и режимов работы.
{00 ^0 200 250 £00 'зос '{О_
Фиг. 3. График кинетической зависимости
при смешении 12 процентного водного раствора
NaKMU, с квар евым песком:
I - кривая Vc = {<(,Um) 5 2 - кривая б =Га(^см
- 129 -
Из кривых кинетики в.идно, что в первоначальный мо-
мент процесс идзт весьма интенсивно, затем замедляется
и, наконец, наступает момент, когда качество смеси в
данном смесителе уже не улучшается, т.е. 60ТН не за-
висит от LCM .
Наступление этого момента говорит о том, что в дан-
ном смесителе процесс смешения закончился. Поэтому точ-
ка кинетической кривой, соответствующая началу участка,
где <оотн не зависит от LCM или t - времени,опре-
деляла рабочую длину смесительной трубы или время сме-
шения.
Рассматривались удельная объемная производительность
(|,0 [ м3/час • м3 ] - т.е. производительность в м3/час.
готовой смеси на I м3 необходимого объема зоны смешения
и удельная весовая производительность Og [’кг/час.кг] ,
т.е. производительность в кг/час. готовой смеси на I кг
смеси, находящейся в зоне смешения. Первая из них ха-
рактеризует съем продукции с данного объема, вторая -
долю продуктов, находящихся в зоне смешения.
Определялись удельные энергозатраты в квт.ч на тон-
ну готовой смеси.
Результаты исследования работы трех вышеописанных
смесителей приведены в таолипах I и 2. В табл.1 для
сравнения даны также технические показатели лучших кон-
струкций смесителей непрерывного действия [4] .
Обозначения, принятые в табл. I и 2: ng - угло-
вая скорость спирали односпирального смесителя (и угло-
вая скорость обоих спиралей в случае двухспирального
смесителя с сопряженными спиралями, т.е. закрепленными
на одном валу); Пg - угловая скорость наружной
спирали двухспирального смесителя; |ц g - угловая
скорость внутренней спирали; П - весовая про-
изводительность смесителя ; Кн - коэффициент на-
полнения; - удельная объемная производительность;
^,g - удельная весовая производительность; 60ТН- от-
носительное равновесное отклонение; \ZC ~ коэффициент
вариации (коэффициент неоднородности); L-M - длина ра-
- 130 -
бочей зоны смешения, в конце которой процесс практически
завершен; f, - время вышеуказанного процесса смешения;
NMex/n “ удельные энергозатраты ( NMex - мощность,
непосредственно идущая на вращение смешивающих спиралей в
пределах длины зоны смешения).
Обозначения конструктивных параметров смесителей:
Dp - рабочий диаметр кожуха; L^p- общая дли-
на кожуха (длина транспортирования материала); d - на-
ружный диаметр спирали односпирального смесителя; cL-
наружный диаметр наружной спирали двухспирального смеси-
теля; d2 - наружный диаметр внутренней спирали; S ,
и Sг “ шаги соответствующих спиралей; S',
(Sj и (5^2 - соответственно диаметры поперечных сечений
их витков.
В таблице I приведены данные по смешению сыпучих мелко-
дисперсных материалов. При этом внутренний диаметр трубы
смесителя изменялся в пределах 50 ♦ 70 мч при длине
1500 + 1800 мм. Диаметр спиралей изменялся от 27 до 50 чм,
шаг от 22,5 до 75 мм. Производительность модельных смеси-
телей изменялась от 45 до 674,4 кг/час, коэффициент за-
полнения - 10 + 90%.
Рассмотрение работы смесителей показывает, что одно-
спиральный вариант обеспечивает коэффициент вариации сме-
шиваемых компонентов Vc = 3, 25 + 5%, относительное
равновесное отклонение 4,3 + 6,5%, удельную производитель-
ность 50 + 120 м3/ ч.м3 при энергозатратах 0,06 + 0,15 квт-1
ч/т. Двухспиральный вариант при при существенной
разнице окружных скоростей вращения спиралей дает Vc =
1,4 + 5,8%, <30mH = I»6 * 5,87%, удельную производитель—
ность 45 + 670 кг/час при энергозатратах 0,075 + 0,34 квт-
ч/т продукта.
Из таблицы следует, что на качество смешения существен-
ное влияние оказывает шаг спирали. Так, если при = 40 мм,
ng,| = 640 об/мин. и ng г = 500 об/мин. производитель—
ность смесителя П = 168 кг/час, Vc = 3,38% и <сотн =
3,66%, то при шаге = 75 мм и тех же угловых скоростях
спиралей производительность П = 400 кг/час, Vc ~ |
Таблица I
Таблица экспериментальных значений при смешении кварцевого
песка с поваренной солью
onbi ! тоб ! ПЛ Пв.2 Кн % : Я о i Яб ! [м 'чяс.м3]! ^/чйс.кг_ i 60th ! % 1 Ve ! 0/ • /о Г tcT [ ! [cm] 1 t [мин] . “cm “ i ^мех/П
I ! .... 1. 2 3 ! 4 ! 1. 1 5 ! 6 1 ! 7 .J.... ! 8 I ! 9 1 ! 10 ! J J II ! 12 .. J
Односпиральный смеситель ( Вр S = 50 = 23 мм; мм; ^mr ~ 5 p = 1560 mm; 5 mm) Qi = 27 мм;
I 340 181 38,6 53 74 6,48 4,99 137 0,81 0,145
2 530 179 27,3 104 210 5,99 4,15 69 0,29. 0,101
3 1100 186 15,8 120 421 4,29 3,25 61 0,14 0,066
Двухспиральный смеситель (Вр = би = 70 мм; 5 мм: tmp= 1800 мм; di d2 = 35 мм; S2 = 51 mm; S = 26 mm; i = 43 mm; 2 = 4 MM)
4 ь45 270 201 12,9 44 196 3,32 2,60 90 0,31 0,146
5 645 550 213 18,7 87 260 2,24 1,47 50 0,24 0,164
6 645 925 188 20,7 107 286 3,45 2,93 36 0,22 0,096
7 645 1390 192 14,4 127 490 4,27 3,37 30 0,12 0,075
8 923 932 364 31,0 282 911 4,20 3,10 24 0.06 0,091
Двухспиральный смеситель (LP. □ J - 55 мм; 5 мм; Lmp= 1590 мм; cL = d2 = 28 mm; s2 = 44 mm; S 22 их-; = 40 mm; = 4 mm)
9 950 750 168 10,5 212 2040 4,26 4,28 24 0,03 0,340
I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II 12
10 640 500 168 17,6 212 1123 3,66 3,38 24 0,05 0,127
II 338 500 45 14,5 57 240 3,53 3,53 24 0,15 0,251
12 1010 1050 298 18,8 196 1500 4,80 2,75 46 0,06 0,175
Двухспиральный смеситель ( = ЧТО 1 32 мм; осталь we и в опытах 9-J2) конструктивные параметры те те,
13 338 337 60 7,65 26 48 3,34 2,54 69 1,76 0,720
14 640 500 166 19,4 109 564 3,19 2,95 46 0,11 0,244
15 64С 710 2ь9 39,1 17? 452 4,90 2,68 46 0,13 0,215
16 640 500 396 Двухспиральный смеситель 49,5 260 525 ( 5^ = 75 'м; S2 = 45 Mti параметры те же, что и 4,15 2,60 i; осталь“ые i в опытах 9-12) 46 0,12 конструктивные 0,102
17 640 500 162 22,4 72 320 5,87 5,77 56 0,19 0,399
18 1010 1080 287 24,5 188 769 3,43 1,95 46 0,08 0,232
19 640 500 404 71,3 276 393 1,62 1,45 46 0,16 0,114
20 640 500 502 90,3 336 372 2,07 2,06 46 0,16 0,115
21 1010 1080 520 54,6 331 605 2,44 1,37 46 0,10 0,094
22 1010 1080 674 71,3 857 1205 3,07 2,27 24 0,С5 0,074
Гравитационный смеситель (по литературным данным)
132
I 5-ТО 5-5
0.56
3 4 5
I 2
6 ? 8 9 10 II 12
Центробежный прямоточный смеситель (по литературным данным)
I Ю 3-5
Центробежный каскадный смеситель (по литературным данным)
50 Ю 2-4
0,18 0,2
3,00 0,2+0,5
Примечание: I. Весовое соотношение кварцевого песка к поваренной соли
в среднем coca алл?ло: в опытах 9, 10, II 14, 17 и 19 - 1,2:1;
в опытах 1,3, 4 5, 6,7, 13 и 20 - 1,5:1; в опытах 2,8 и 22 -
2:1; в опытах 12, 15, 16, 18 и 21 - 3:1.
2. Направление вращения наружной и внутренней спиралей во
всех опытах односторонее.
।
1
- 134 -
= 1,45% и <30Тц - 1,62% при практически равных удельных
энергозатратах.
Очевидно, шаг или, точнее, угол подъема витков спи-
рали предопределяет усиленную пульсацию скоростей макро-
объемов частиц, что обеспечивает хорошее качество сме-
шения при высокой производительности. Хорошее качество
смешения можно получить при больших коэффициентах запол-
нения. Следует отметить, что с увеличением коэффициента
заполнения смесителя увеличивается его производительность,
и,как правило, улучшается качество смеси, что можно объ-
яснить уменьшением сепарационного эффекта в силу стеснен-
ных условий движения. При этом оптимальный коэффициент
заполнения составляет Кн = 60 + 90%.
При смешении сыпучих материалов в качестве оптималь-
ного варианта смесителя может быть поинят двухспиральный
смеситель с сочлененными спиралями, вращающимися от од-
ного вала. При этом оптимальными технологическими пара—
метрами такого смесителя являются: коэффициент заполне—
ния 60 •» 90%; качество получаемой смеси Vc = 1,5 + 2,5%,
удельная объемная производительность 400 + 1000 м8/час м8
объема смесителя, затраты электроэнергии % 0,1 квт ч/т
смеси.
В конце таблицы приведены данные по гравитационному и
центробежным каскадному и прямоточному смесителям, ис-
пытанным на тех же компонентах /4/. Очевидно, что по всем
основным показателям смесители с гибкими цилиндрическими
спиралями не уступают этим высокоэффективным конструкциям.
В таблице 2 прьведены основные технологические дан-
ные по смешению кварцевого песка с 10 ♦ 11% водным рас-
твором NaKMU, в спирально-винтовых смесителях. Со-
отношение смешиваемых компонентов: раствор No к мц-квар-
цевый песон соответственно составляло 1:1 + 1:4.
Из данной таблицы можно сделать вывод, что наиболее
благоприятные условия работы наблюдаются в смесителе со
спаренными спиралями, закрепленными на одном валу. При
этом основные технологические показатели соответствуют
экспеоииентальным данным, приведенным в опытах 13 и 14
Таблица 2
Таблица экспериментальных значений при смешении водных растворов
карбоксиметилцеллюлозы (|чаКМЦ) различных вязкостей с кварцевым
песком
0HDH j mog i1 П Кн I % ! % Мм8. ! 3х? 1 ®отн К%м3]; % vc °/ /о ^см ! Сем] | t [мин] ,, см , ^мех/П [к8т.ч/т]
Т[ 2 3 • 4 1 6 ! п I о п - .Л?...! .??
Односпиральный смеситель ( Б р = 50 мм; d = ....... 27 мм; 5 = 23 мм; 5" = 5 мм )
I 500 145 — 32 5,16 2,60 122 - 0,968
2 960 137 64.3 49 76 3,65 1,92 73 0,80 0,170
3 1500 146 40 57 141 2,73 1,625 73 0,43 0,957
Двухспиральный смеситель ( ?Р = 70 MM;tm0= 1800 мм; cL = 51 мм; S = 43 мм;
= 5 мм; с(2 = 55 мм; S, = 26 им, £г = 4 мм)
4 647 270 141 61,1 29 44 2,09 1,20 69 1,37 0,883
5 620 500 140 70,9 36 50 2,11 1,24 57 1.20 1,100
6 650 •830 169 54,7 57 105 1,85 1,15 34 0,57 0,880
Двухспиральный смеситель ( в? = 55 мм; ^р= 1590 мм; dj = 44 мм; S = 40 мм
= 5 мм; oL, = 28 мм ; S2 = 22 мм; 0 г = 4 мм
7 740 720 131 44,2 42 95 2,26 1,42 69 0,64 1,817
8 280 280 37 87,5 32 36 2,175 1,29 24 1.67 2,241)
I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II 12
Двухспиральный смеситель ( S2 = 32 мм; остальные конструктивные те же, Вт о и в опытах 7,8) параметры
9 615 500 112 7,26 36 48 1,57 0,96 69 1,20 2,150
Двухспиральный смеситель ( Si = 75 мм >; Sj. = 45 мм; остальные конструктиьные
параметры те же, что и в опытах 7,8)
10 615 500 103 30,0 21 69 3,50 1,39 92 0,87 1,560
II 615 500 150 43,6 39 90 2,09 1,56 92 0,67 1,460
12 950 850 154 38,5 74 193 2,61 1,66 46 0,31 1,030
13 Б60 181 29,2 51 163 1,91 1,44 92 0,38 U,670
14 660 180 35,3 59 168 2,03 1,35 69 .0,36 0,860
tx
Примечание: I. Весовое соотношение кварцевого nect. к IQ 11% веяному NaKMu 04
раствору в среднем составляло: в опытах II и 13 - 1,о:1; в 1
опытах 6, 7, 9, 12 и 14 - 2,5:1: в опытах 4 и 5 - 3:1; в опы-
те 8 - 3,5:1; в опытах I и 2 - 4:1; в опыте 3 - 4,5:1; в опы-
те 10 - 6,35:1.
2.Направление вращения наружной и внутренней спиралей во
всел опытах одностороннее.
157 -
Эти смесители характеризуются с наилучшей стороны и поа-
тому могут быть рекомендованы для обработки суспензий,
имеющих вязкость 2000U-S0GGO пуаз.
Таким образом, проведенные модельные испытания по
смешению сыпучих материалов между собой и вязких жидкое-
тей с с-щучими материалами в смесителях с цилиндрически-
ми спи. .лнми показ гли целесообразность внедрения их в
химическую промышленность.
ЛИТЕРАТУРА
I. ^andmaschlnenEiste оЬгг 2X051.VEB гЯад Technic,
Яегббг . 1955. d
2. П.А.Преображенский. Транспортирова-
ние порошкообразных и мелкозернистых материалов гибких
шнеком. Канд, диссертация и автореферат, Казань, 196%
7. П.А.П ре о б р а ж е нс кий. Тоуды КХТИ им.
C.U.Кирова, вып. 35, 1965.
4. Ю.И.М а к а р о в, Б.М.Л о и а к и н, В.В.Х а -
р а к о з. Отечестьенг зе оборудование для смешения сы-
пучих материалов. Сб. ЦИНГИАМОС-УШ. Химическое и не-
фтяное машиностроение, 1964.
- 138 -
П.А.Преображенский, Б.Ю.Ланге,
А.А.Александровский
1АСЧЕТ ГВУХСПИРАЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ
С СОПРЯЖЕННЫМИ СПИРАЛЯМИ
При исследовании транспортирования гибкими шнеками
различных материалов - сыпучих, жидких, пастообоазных -
было отмечено при определенных условиях их интенсивное
перемешивание. Но, как известно, задачи транспортирова-
ния и перемешивания противоположны, т.е. только те тран-
спортирующие машины (в том числе гибкие шнеки, или спи-
рально-винтовые транспортеры) представляют интерес как
устройства для перемещения материалов, в которых пере-
мешивание минимально, так как только в этом случае обес-
печивается минимальная удельная энергоемкость.
В задачу же смешения входит перераспределение ком-
понентов с целью снижения градиентов концентраций и тем-
ператур по всем осям координат с тем, чтобы получить
продукт, однородный по своим качествам. В известных оп-
тимальных вариантах /1,2,3/ гибкий шнек как транспорти-
рующая машина не обеспечивает достаточно эффективного сме-
шения.
Для получения высококачественного смешения необходи-
ма пульсация векторов скоростей частиц смешиваемых материа
лов по всем направлениям относительно главного вектора ско
рости движения потока. Это надежно достигается в предложен
ном двухспиральном смесителе с взаимно противоположным дни
жением слоев материала, перемещаемого наружной и внутренней
спиралями.
159 -
Фиг. I. Схема двухспирального смесителя с сопря-
женными спиралями:
I - наружная смешиващая спираль; 2 - внутренняя сме-
шивающая спираль; 3 - смесительны1* кожух; 4 - смешиваемые
материалы; 5 - электродвигатель; 6 - клилоременная переда-
ча; 7 - подшипниковый узел контроприводного вала: 8 - за-
грузочная воронка; 9 - выгрузочный наконечник; 10 - гото-
вая смесь; II - приемная емкость.
Конструктивные параметры:
Dp - рабочий дианстр кожуха; 'ii и dz - наружные диа-
метры наружной и внугренв=и спиралей; s< и 52 - жагж
наружной и внутренней спиралей; Oi - диаметры по-
пер1 чных сечений витков наружной и внутренней спиралей.
Режимные параметры:
COg - угловая скорость сопряженных спиралей;
и)м.< и сомг - угловые скорости масс материала, перемещае-
мые соответственно наружной я внутренней спиралями; ,
Vy 1.2 - осевые скорости масс материала, перемещаем»
соответственно наружной и внутренней спирсжямж.
L'lf’ -
Как видно из схемы смесителя (циг.1), наружная и
внутренняя спирали вращаются от одного вала и, следова-
тельно, для обеспечения встречных потоков смешиваемых
материалов должны иметь взаимно противоположное направ-
ление подъема витков (спирали правой и левой навивок).
При этом направление вращения наружной спирали I необхо-
димо назначать такое, чтобы перемещаемый ею материал дви-
гался к месту вытруаки. Внутренняя спираль 2 соответствен-
но перемещает материал к месту загрузки, благодаря чему
создается не только интенсивное смешение в радиальном на-
правлении, во и обеспечивается многократная рецеркуляция
смешиваемых материалов по оси кожуха смесителя 3. Смен-
ными коническими наконечниками 9 можно в определенных
пределах регулировать коэффициент наполнения смесителя и
тем самым оптимизировать режим смешения. Остальное ясно
из представленной схемы.
Эксперименты, проведенные в КХТИ им. С.М.Кирова с
ааэличными конструктивными и режимными вариантами раздель-
ного привода спиралей, привели к указанной схеме как от-
вечающей по своим данным всем основным треоованиям со-
временного смесительного устройства.Кроме того она наиболее
проста в конструктивном оформлении приводной головки сочле-
ненных спиоалей,вращающихся от одного вала.Некоторый эффект
следует ожидать при наклонном расположении оси смесите-
ля, но пока нами исследовался только горизонтальный сме-
ситель. Необходимо подчеркнуть, что в рассматриваемом
сесителе достигается очень большая удельная производитель-
ность, т.е. производительность с единицы рабочего объема
смесителя, что особенно важно в ряде химических производств.
Более того, данный смеситель можно использовать в качест-
ве реакционного аппарата непрерывного действия для про- I
ведения реакций в гетерогенных средах, в качестве тепло—
обменного аппарата, а также для проведения различного ро-
да массообменных процессов.
Конструкция смесителя, выполненная по схеме фиг. I,бы-
ла испытана на смешение сыпучих веществ (поваренная соль - I
кварцевый песок) и сыпучего вещества с вязкой жидк< ью
1'41 -
(кварцевый песок - 10-12% водный раствор карбоксиметил-
целлюлозы HqKMU, вязкостью 60 + 80 пуаз). В послед-
нем случае вязкость готовой смеси находилась в пределах
3000 + 4000 пуаз. При этом были получены хорошие ре-
зультаты как по качеству смешения и удельной энергоем-
кости, так и по удельной производительности.
В предыдущей статье настоящего сборника описан ход
этого эксперимента и приведены технологические показате-
ли работы смесителей с цилиндрическими спиралями. Здесь
будут рассмотрены вопросы расчета указанного смесителя
для смешения сыпучих материалов с вязкими жидкостями и
для смешения только сыпучих или только вязких жидкостей
между собой в любых пропорциях одних веществ по отноше-
нию к другим.
Конструктивные
параметры
Экспериментальные исследования двухспиральных сме-
сителей с сочлененными спиралями, вращающимися от одного
вала, проведенные на диаметрах кожухов Dp = 50J55 и
70 мы по смешению вышеуказанных материалов, дают
основания рекомендовать следующие конструктивные па-
раметры винтовых смешиввюших спиралей. При этом исходят
из рабочего диаметра Dp кожуха смесителя (фиг.1):
Наружная спираль Внутренняя спираль
= (0,75+0,90) Бр ; cL = (0,85+0,95) (ф - 2S, ) ;
S< = (1,20+1,40)d< , S2 = (I,40+I,60)d2, т.е.
т.е.с^ = 25+30° ; = 30+35°;
= (0,12+0,18) d। . S2 = (0,I5+20)d2 .
Здесь: dj и d2 - наружные диаметры спирален;
и s2 - шаги спиралей (сх1 цо'2 - углы подъема их
витков);
di и S'2 - диаметры поперечных сечений витков спиралей.
Меньшие значения диаметров спиралей и большие значения
диаметров поперечных сечений их витков следует принимать
для трудносмешиваемых вязких и зернистых материалов.При
легкосмешиваемых жидких и порошкообразных материалах с
малой степенью уплотняемости и отсутствием коркообразо-
вания на кожухе и на спиралях можно переходить на боль-
шие (из рекомендуемых значений) диаметры спиралей.Одно-
временно следует заметить, что при небольшом зазоре меж-
ду кожухом и наружной спиралью сам процесс смешения идет
лучше и уменьшается вероятность выгрузки непромешанных
частиц. Однако с другой стороны при малых рабочих зазо-
рах возрастает удельная энергоемкость.
В таол.1 приведены ориентировочные значения диамет-
ров кожухов Вр в зависимости от требуемой объемной
производительности По смесителя.
Таблица I
Значения рабочего диаметра кожуха Dp
двухспирального смесителя с сопряженныни спираля-
ми в зависимости от объемной производительности По,
По [м3/час] Смеси 1 сыпучих!до 0,3 0,7 ... 1 i i 1.5 2,0
Пасты и! смеси ! жидкое-!А тей 1 0,2 0,3 0.5 I i i i 0,7 1,0
D Р [““] ! 1__ 40 50 60 I i i 75 100
Длину рабочей зоны смешения следует определяй
из выражения
к , о
Fp
где
о г* Ji
см = —— |_и J” необходимый объем зоны смешения
> ?’я получения качественной смеси;
- 145 -
r JT z _ 2 8 \ r г, x
FP = V <Dp- рабочая площадь по-
перечного сечения кожуха;
[м/ч и3] ~ Удельная объемная производительность сме-
сителя.
Исследования рассматриваемого смесителя показали,что
при смешении сыпучих материалов между собой удельная объ-
емная производительность при оптимальных условиях со-
ставляет (J, = 200 + 300 мэ/час.м3, а при смешении
дежду собой жидкостей и жидкостей с сыпучими материалами
(|о = ДО + 70 м /час.м .
Проведенные расчеты показали, что рабочую длину сме-
сителя следует принимать 4,см = (20* 30) Dp при по-
лучении сыпучих смесей и 4,си = (30+ 40)Dp для жид-
ких смесей и паст. При смешении жидкостей повышенной вяз-
кости (I50+2U0 пуаз) с сыпучими материалами и получении
при этом высоковязких паст (1000+ 12000 пуаз) для воз-
можного уменьшения нагрузки на смешивающие спирали дли-
ну смесителя можно сократить на 20+25%, что допустимо и
при смешении между собой жидкостей большой вязкости. Са-
мо собой разумеется, что при слишком малой длине смеси-
теля ухудшится качество смешения, а завышенная длина при-
ведет к повышению удельной энергоемкости.
Режимный параметр
Угловая скорость смешивающих спиралей практически на-
ходится в пределах rig = 300+1000 об/мин. Меньшие зна
«рения rig следует принимать при больших диаметрах ко-
жухов , а большие rig - при меньших значениях j)© •
При заниженной угловой скорости спиралей не только не-
рационально уменьшается производительность смесителя, но и
ухудшается процесс смешения. Слишком же большие угловые
скорости увеличивают удельную энергоемкость.
Производительность
смесителя
Формулу производительности рассматриваемого двухспи-
- IU -
рального смесителя получаем для свободного гравитацион. -
го его питания, многократно превышавшего максимальную про-
изводительность смесителя, но без подпора в зоне загруз-
ки, т.е. при коэффициента заполнения смесителя, равном или
близком к единице. При ограниченном питании производитель-
ность смесителя, естественно, будет лимитироваться сум-
марной производительностью доэеров-питателей смешивае.ых
компонентов.
Поскольку наружная и внутренняя спирали перемещают сме-
шиваемые материалы во взаимно противоположных направлениях,
теоретическую производительность двухипирального смесителя
с сопряженными спиралями приолизительно можно определить
как разность производительностей наружной ГЦ и внутрен-
ней П2 спиралей,1' т.е.
П = ГЦ - П2 > (2)
а с учетом экспериментального коэффициента
П -Кэ(П<-П2). (3)
По аналогии с гибкими шнеками (спирально-винтовыми
транспортерами) /1,2,3/ производительность каждой спира-
ли 1 ри соответствующих размерностях равна
П,^50^^-Игг- -Д- ) *1по<р,С05^р^)
Dp ' р 2 Sin£^ COS % °Гтс, I
L '-чяс)
И
ПгЮ50пЖ-ДЬ Sinc/pzCOS^y.,) -
где
Hg [об/мин] - угловая скорость сопряженных между со-
, . бой смешивающих спиралей;
о((=а/гси^ jrdcp.il- углы подъема витков соответственно на-
ружной и внутренней спиралей;
При диаметрах Dp$ 100 мм производительность наружной
сайрах практически всегда больше внутренней.
2 См. также предыдущие статьи настоящего сборника.
- 145 -
ct-cp^ — ot.| - 3"^
^ср.2~ о(-2~^г
% - угол трения
- средние диаметры наружной и внут-
ренней спиралей;
с/ p^=azcTc - - расчетный угол подъема наружной спи-
1 рали по естественному кожуху диамет-
ром oLf ;
- расчетный угол подъема витков внут-
ренней спирали по естественному ко—
ьуху диаметром с!г ;
скольжения между готовой смесью и спи-
ралями (считаем, что практически всегда = Н’г *
где ^2 “ Угол трения скольжения между внут-
ренней спиралью и полученной смесью); Уо з]-
- объемный вес готовой смеси.
Из выражений (2), (4) и (5) получаем формулу для оп-
ределения требуемой угловой скорости п> смешивающих
спиралей в зависимости от заданной производительности и ।
выбранных конструктивных параметров смесителя:
ПОр COS fl
--------------jr-j------- - •
150p<(Dp-0L|--^ )SLno4p.1COS^pj + 4’J~.
^P^2 a
SLCIC^j
) Sl.no(p2cos(o(p,2.+ ^
(6)
сум-
Как было отмечено выше, при меньшем значении
парной производительности дозеров-питателей^определяемой
(юрмулами (2), (ч) и (5), коэффициент наполнения смесите-
ля будет меньше единицы. Таким образом, вопрос о том,под-
ставлять ли в формулу (б) суммарную производительность
нитателейПи получить при этом коэффициент наполнения,тео-
сетически равный единице, или заведомо подставлять боль-
ее значение П и получать действительный коэффициент
«алолнения меньше единицы, требует специального экспери—
нентального исследования с точки зрения качества смешения
I минимальных удельных энергозатрат.
- 146 -
Предварительные эксперименты показали, что наилучшие
результаты по вышеуказанным категориям для сыпучих ма-
териалов получаются при коэффициенте наполнения смесите—
ля кн = 0,7 ♦ 0,8, а для вязких жидкостей и паст при
Кн = 0,4 + 0,5. Отсюда следует, что в формуле (6) под П
необходимо понимать при смешении одних лишь сыпучих ма-
териалов 1,5-кратное значение суммарной производительнос-
ти дозеров-питателей, а при смешении сыпучих материалов с
жидкостями и жидкостей с жидкостями - приблизительно 2-Х
кратное их значение. Это равносильно тому, что в знамена-
тель формулы (6) в первом случае вместо 150 поставить
коэффициент 100, а во втором случае - 75.
При ориентировочных расчетах для определения и П2
можно пользоваться также упрощенными формулами гибких
шнеков (см. стр.вбивЭ):
п, =W(Fcl|-Folj5,n8y0 (7)
И
П2= Fd.a sa Г1б/о [тХяс] > (8)
ГД9 Fd.i = -4 ; ^.г= 7Г-’
Откуда, учтя выражение (2), по аналогии с формулой (6)
получаем
П
"8 - ‘KW-’vPS(-Fd.2S2]уГ
где остаются в силе все замечания, сделанные выше относи-
тельно оптимального значения коэффициента наполнения
смесите?1Я. •
Мощность
Для определения мощности, потребляемой рассматриваемым
дв^хспиральным. смесителем по анало!ии с гибкими шнеками
удобнее всего ввести коэффициент сопротивления перемешива
hi i материала if , который учитывает все потери энергии
в смесителе, т.е.
- 147 -
П Т)
^ex=^tCMV (10)
где
П “ производительность смесителя;
LCM [м] - длина области смешения;
tC" - коэффициент сопротивления перемешиванию ма-
териалов в смесителе.
Здесь следует отметить, что в случае наклонного сме-
сителя составляющая общей мощности, затрачиваемая на подъем
или приобретаемая при опускании материала, настолько ма-
ла по сравнению с мощностью, идущей на перемешивание, что
ею можно пренебречь.
Эксперименты показали, что при оптимальных конструк—
iивных и режимных параметрах смесителя, которые приведены
две, значения коэффициента сопротивления в основном за-
висят от физико-механических свойств получающейся готовой
При смешении кварцевого песиа с поваренной солью(объем-
ный вес смеси уо = 1,35 тс/м3 нами получены значения
акспериментального коэффициента сопротивления перемешиванию,
заводящегося в пределах "и/с.э = 100 ♦ 150, а при смешении
водного раствора натриевой соли карбоксиметилцеллюдозы
(МаКМЦ) с кварцевым песком (удельный вес смеси уУ9 =
г,75 тс/м3; вязкость смеси уМ = 3500 пуаз)г^|с,э= 400+600.
Ченьшие значения относятся к средним величинам из ре-
|омендуемых выше пределов конструктивных и режимных перемет-
ов смесителя и его оптимальных коэффициентах наполнения.
Полагая, что так же, как и в смесителях других кон-
трукций, потребляемая мощность данного смесителя прямо
ропорциональна объемному весу в случае сыпучей массы и
сдельному весу и вязкости в случае жидкой смеси, в первом
приближении можно предложить следующий пересчет коэффициен-
^Поскольку рассматриваемый нами смеситель горизонталь-
ный, то составляющая мощности подъема или опускания груза
|а высоту Н отсутствует.
- 148 -
та сопротивления перемешиванию.
Смеси сыпучих материалов:
< Г «У.о Кэ ’ (П)
где
у
= °0 - - весовой объемный коэффициент пересчета;
о-О i,35
у0 [rnjz, _ объспный (насыпной) вес смеси;
1V" =• 400^50 - экспериментальный коэффициент сопротив-
ления перемешиванию испытанных сыпучих
материалов.
Пасты и смеси жидкостей:
Худ
К XУ9 = TJ5 ~
7й
“ 3500
/И -
Уу9 Lm%3] -
Чс.э =40° +
- К у, уд ^уи ^э|с.э ’ (12)
весовой удельный коэффициент пересчета;
вязкостный коэффициент пересчета;
коэффициент вязкости смеси в пуазах;
уделтный вес смеси;
СЗО - экспериментальный коэффициент со-
противления перемешиванию при получении
испытанных паст.
Проверочные расчеты показали, что указанный способ
опоеделения коэффициента сопротивления перемешиванию uJ~ ,
а затем и потребляемой мощности смесителе NMex ПРИ ДРУ~
гих физико-механических параметрах (свойствах) готовой сме-
си дает удовлетворительные результаты по сравнению с ре-
зультатами эксперимента.
Так, например, при изготовлении пастообразной смеси о
вязкостью 12000 + 16000 пуаз (смесь тиокола с хлористым
калием) удельная энергоемкость была приблизительно в 4 ра-
за больше, чем при получении смеси с вязкостью 3500 пуаз
(смесь 10 ♦ 12% раствора МаКМЦ с кварцевым песком) в од
- 149 -
них и тех же условиях и при одинаковых удельных весах
смесей.
Дальнейшие исследования в этом направлении предпола-
гают уточнить и сузить рекомендуемые пределы коэффициента
сопротивления перемешиванию.
Таким образом, определив по формуле (10) NMex и при-
няв ориентировочно к.п.д. привода 2пр = °’80 * °»85» а
также учтя коэффициент возможных перегрузок кПер =
1,3 ♦ 1,5 » 2,0, определяем требуемую мощность двигателя:
=Кпер ' (13)
с пр
Здесь оольшее значение к пер относится к пастам и
смесям жидкостей повышенной вязкости (8000 ♦ 10000 пуаз).
Для расчета смесительных спиралей на прочность нам
необходимо уметь определять мощности, потребляемые каж-
дой спиралью в отдельности. Так же, как и в двухспираль—
ных гибких шнеках, считаем, что общая мощность смесителя
распределяется между спиралями пропорционально их произ-
водительностям.
Введя обозначение
к'/2 = -Н7 ’
из выражения (2) имеем
П = П1-Пг = Ку2П2-П2 = (К^/2-0 П г •
Откуда
п П
п,-п-пг. ' (1«)
Учитывая вышеприведенное замечание, имеем
И V2 1
- 150 -
Ь^мехл — ^мех ^мех.а • '
С достаточной для практики точностью коэффициент оп-
ределяем из формул (7) и (8), т.е.
_ Hi._ ^ofa.<-Fol.a)SiMc> = (df-di)s4 .
Пг" 40Fd2s2n& tfo d|-S2 (19)
Расчет спиралей на прочность производится так же,как
зто делается в гибких шнеках (см. стр. ^2 и 153 настоя-
щего сборника).
Порядок расчета двухспи-
рального смесителя с со-
пряженными спиралями
Рекомендуем следующий порядок расчета.
I. Заданную весовую производительность смесителя П [т^,с
переводим в объемную производительность
По=ТГ
для смеси сыпучих материалов или
П„ = у- [мМ
о 99
для паст и смеси жидкостей и по табл. I выбираем рабочий
диаметр Dp смесителя.
2. В зависимости от диаметра кожуха смесителя Dp и
физико-механических свойств смешиваемых материалов и сме-
си определяются все конструктивные параметры смешивающих
спиралей (см. стр. Щ1 ) и назначается длина смесителя.При
этом рекомендуется по равенству (I) уточнить длину смеси—
тельной зоны с учетом смесительных особенностей компонен-
тов и требуемого качества смешения.
3. По формуле (6) или (9) в случае ориентировочного рас-
чета определяем требуемую угловую скорость Hg [об/мин.] еме-
шивяюших спиралей.
4. В зависимости ст вида смешиваемых материалов и ка-
- 151 -
тегории готовой смеси по выражению (II) или (12) опреде-
ляем коэффициент сопротивления перемешиванию иЛ •
5. По формуле (10) определяем мощность Ымех • идущую
на вращение обеих спиралей.
6. Введя коэффициент возможных перегрузок Кпер и
к.п.д. г., и в ода *?п0 , по формуле (13) находим мощность
двигателя.
7. По фоомулам (19), (17) и (18) определяем мощности,
идущие на вращение наружной hlMex । и внутренней ь1мех.£
спиралей.
8. Производим проверочный расчет спиралей на прочность
и, если необходимо, изменяем диаметры поперечных сечений
их витков 5 и <3“2 с обязательной проверкой индексов
спиралей
которые не должны быть меньше 4-х.
9. Конструируем смеситель в целом и рассчитываем ос-
тальные детали.
10. По окончательно назначенным рабочим конструктивным
и режимным параметрам, используя формулы (2)^, (4) и (5),
рекомендуется определить максимальную производительность
смесителя^.
На сегодняшний день i ы еще не располагаем достаточ-
ный! опытными данными, чтобы рекомендовать уточненный
расчет frpxvзв^дительности смесителя ио формуле (3) с вве-
дением экспериментального поправочного ко эффициента к а •
2 -----— *
При высоковязкой смеси, лимитируюгим коэффициент на~
п«'Ленин Км , а.следовательно, и производительность сме-
сителя, фактором может окаэаться прочность чпирадег
- 152 -
ЛИТЕРАТУРА
I. П.А.П реображенский. Транспомирование
порошкообразных и мелкозернистых зтериалс. гибким шнеком.
Канд, диссертация и автореферат. Казань, 1964.
2. П.А.П реображенский. Транспортирование
порошкообразл а и мелкозернистых материалов игбклм шнеком.
Тгуды КХТИ им. С.И.Кирова, вып. 35, 1965.
3. А М.Г ригорьев, П.А.П реображен-
ский. Теория, расчет и акедлуатециа односпиральнсго
гибкого шне’я. Изд. Общ. "Знанше* УССР, Киев, 1967.
- 153 -
Г.В.Нестеров, а.А.Труфанов, П.А.Преображенский
РАСЧЕТ ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ СПИРАЛЕЙ (ПРлХИН)
ГИЬКИХ ШНЕКОВ И СМЕСИТЕЛЕЙ
В настоящей работе рассматриваются внутренние сило-
вые факторы в поперечных сечениях витков транспортирующей
пружины гибких шнеков и приводится методика ее расчета по
сложному напряженному состоянию.
Транспортирующая винтовая пружина гибкого шнека на-
гружается по всей своей длине от свободного конца к мес-
ту ее закрепления на приводном валу возрастающими скру-
чивающим (раскручивающим) моментом и осевой силой сжатия
(растяжения). Кроме того, в зависимости от особенности
рассматриваемого шнека, пружин? подвергается еще и изгибу,
В общем случае изгиб вращающейся пружины может быть вбли-
зи ее заделки, на приводном наконечнике, т.е. там, где
действуют максимальные моменты и осевая сила.
Рассмотрим винтовую цилиндрическую пружину с круглым
поперечным сечением витка, нагруженную сжимающей силой р
и парами закручивающего и к и изгибающею момен-
тов.
Если пружина подвергается действия указанных нагрузок,
то по условиям круговой симметрии /I/ все поперечные сече-
ния витков равноправны, и для исследования внутренних сил
достаточно рассмотреть одно из сечений.
Воспользуемся методом сечений (фиг.1). В выбранном се-
чении пружины fl ) под действием внешних нагрузок воз-
никают внутренние силы. Напишем условия равновесия нижней
части пружины Г)А относительно системы координат tД,ПЯ
- 154 -
Фиг. I. Схема нагрузок, действующих на витки
спирали гибкого шнека.
в точке fl оси витка пружины.
Внутренние силы в сечении, уравновешивающие эти на-
грузки, приводятся к равнодействующей силе р в паре
/*Я = Д'к + ^-'Р+^- UX '^'ип •
Внутренняя сила Р может быть разложена в направле-
нии осей tfl и 6Й .
Составляющая в направлении оси 'Ьд , называемая нор-
мальной силой,
М - - Р sino<, U)
где
об - угол подъема оси витка пружины;
- 155 -
в направлении оси 6Я « называемая поперечной силой,
Q = - Р COS о/. (2)
Все составляющие вектора также могут быть рае-
ложены в направлении осей £я , 6Я и Пя
Составляющие Дя в направлении оси tR являют-
ся крутящими моментами рассматриваемого сечения витка,
а в направлении вя и пя - изгибающими моментами
M*Kt = Mk. SLHoC COS ©Л (3)
где
dcp - средний диаметр пружины;
=-Мц-СОЗУ-C0Sc4 , .
где ‘f - координата точки Я ;
Р ci
М'и& = Мк С05О4+— g-^ Slnot , (5)
M„g ^-MuCOS'f ^’ncX; (6)
Mun = Mu -Sll-HP. (7)
Напряжения в сечении fl , соответствующие этим силам,
выразятся из (I)
где S - диаметр витка пружины;
из (2)
т 4уз>Р'cosol
Lcp =- s-
- коэффициент, учитывающий распределение по попереч-
ному сечению витка касательных напряжений (для круглого се-
- 156 -
ЧОНИЯ ft = 1,23).
Из (3) и (4) касательные напряжения от закручивав»
витка
?кр =
(Ю)
(П)
(12)
К, Мк sino( _ K,PcLCpC05o(
Л'р 2Wp
где Wp - полярный момент сопротивления
сг“ _ Ь-Mu COS^-COSoi
-кр-----------------
Из (5), (6) и (7) выражаем нормальные напряженья из-
гиба:
। _ Ка Мх С05о{ , Ка-Р dcp-slno<
W 2W
где W - момент сопротивления изгибу,
Ка-Мц COS^-SlnoZ .
б =------------ _ , (п)
_,ш KgMuSlH'P fT,<
® ‘—W ‘ 1 '
Коэффициенты К|>1 и Ка>4 отражают влияние кри-
визны витка. Практически можно принимать /2/
4г - j
К-К,»Кг=^-1- , (15)
о( ГО
где С = ~ индекс пружины.
Ив /3/ известно, что осевая нагрузка на пружину
-
Р dcptg(^ + 4,l)
где
j - угол трения скольжения между транспортирую-
ии материалом и материалом пружины.
Из /3/ известно, что угол подъема витка об транспср-
- 157 -
тирующей пружины, обеспечивающий максимальную прсгзводи-
тельвость,
*Pi
с< =45- ’ (16)
откуда пссле преобразований
т.е.
р = . (17)
dcp о4
Поскольку пружины с меньшими углами подъема вспытыва
ют меньшие напряжения, анализ напряженного состояния по
перечных сечений в дальнейшем будем проводить для тран-
спортирующей пружины с с< = 45 —Jj— . Пружины с мень
шими углами подъема будут иметь несколько повышенный за-
пас прочности.
Учитывая формулу (17) и выражение (10),имеем
кМк51-псх 2KMKdcpC0Sp(
<г 1 —___________________,______L_____-п (тя)
КР W р 2 dcp ’Wp Ch|
После подстановки (17) в (12) получаем
( КМк <OScZ t 2KMK'dCpSino( К-Мк_
W 2dtp W-ctgo< “ W-C0Sc< (19)
Суммарное напряжение изгиба в направлении орта
<О = <О ' + <ОС0|с <о " ,
или
s _ K-м К 4P.5inc( K-Mu-COSf'Si-flcZ
' W.COSoi 7Г (У2 W ~
К- Мк '. _ 81Пго( )_ К Mu COS^ Slnoi
~ WCOSoC V 4С-К / W *(20)
Суммарные касательные напряжения в направлении опта
- - 158 -
-и 4РЛ51ПО4 К-Mu C0S4,'C0Soi_
lT = Tcp+eKp=--^------------------—--------
>Mk-SU1 об _ K MuCOS<f COS06 .
2cWpC0So6 vvp
(21)
Эквивалентное напряжение определяем по теории наиболь-
ших касательных напряжений:
=(S^)2+(^,")2 + 4.(ST)2 =
= (| 51Пго<.-)2 2КгМк Г m-COsysindz. SIH об V
w*се*2** V 4с-к / и/гсо5сб V 4с.к /
КгМиСО$г‘Р-<Пгоб , K2M^Sln2<f , 4дм к sin ^сб
+ — 7------------+ + 4Ь1^С05г’6Г" +
+ 8К> Иц МкС054 Sln^6C0So( . 4K2-M5cOS2<PCOS2o6 .
г с со$©<- 7 \V J
После рдда преобразований имеем
? ? - K* mk A- 4- sinM<-4j32H _
sk6 ~ W2.со^ V 2С-К r I6C2 К2 /
2K2M'i<MuCQS^-Siing<Sin^+jS ^nZoZ \ K2Mu. .
W • 4 с. К J W
Для -’грактиче&кжк расчетов выражения, заключенные в
скобки^ с достаточной точностью могут быть приняты равны-
ми едиимцэ. Так, при практически максимально возложном ©б =
30° » С = 4 разница в конечных результатах составляет
ьеего и при этом в сторону повышения запаса прочности.
Саоачательно имеем
Гк2-М%____2КгМк-Мц-СОб^об
\ \*/гС05^эб Wa
К 2 ма
шг
L59 -
/ / 2.
__ К Mnp (22)
~ ~ \л'
где пьигеденный момент
_
Ипр-у ^^-2Мк MuC05<f ^о( +Mu (23)
Из (22)видно, что наиболее нагруженными с>ченинии
являются сечения, ближайшие к оси изгиба:
max
max к Мир
^экб =-------v/- ’
где
/ . . 2
мпрХ=у м* • (24)
У ЧИТЫЬаЯ,ЧТО
W 0,1 £3
з/ к-<Рах
V oj[6]
При ориентировочном расчете и в случае прямолинейной
трассы транспортирования пружина рассчитывается по кру—
тящемз моменту
& экб
К.Мк
W СО Sot
И-
(26)
Пример расчета
Рассчитать транспортирующую пружину гибкого жнека
для транспортирования хлористого калия ( ip( « %0)
при следующих данных:
диаметр гиокого кожуха Dp =51 мм;
мощность, идущая на вращение пружины,
160 -
Nmpx = °»665 квт;
скорость вращения Пд = 645 об/мин;
максимальный радиус изгиба трассы R = 2,0 м.
Расчет
Принимаем углеродистую холоднотянутую пружинную про-
волоку П класса по ГОСТу 9589-60.
Допускаемое напряжение /I/ для пружин 2-й группы
[е]=Цг^; 1
где
(5g z - временное сопротивление на расстояние;
К = 1,9 - коэффициент запаса прочности
[g] = MJA0-=44;2 кг/миг. 1
Ориентировочно, по крутящему моменту, определяем диа-
метр проволоки пружины
К.Мк ,
V 0,1 [<ojcosc<
где угол подъема = 45 —= 27° ;
Коэффициент учитывающий кривизну, принимаем к = 1,2
Следовательно,
г з/ 1,2 юоЛ г, „
О = \ I — ------туг = 0,68 см 7,0 м1*1.
V 0,1-4420-0,89 ’
Определяем момент от изгиба трассы по /I/
Ми =
Е
R X
где
Е = 2,16-10 кг/см^ - модуль упругости;
д _ -QQi nCM4 _ момент инерции сечения витка пру-
жины;
- 161 -
2 -h/l-rC-0S2c4
2 Si no!
- коэффициент изгибной жесткос-
ти;
0,3 - коэффициент Пуассона;
у 2+0,30,79
X-“FoA5S-------=2'45-
Следовательно,
Мц =
21 60000- 0,01-17 — 5 | 5 к г. см.
200- 2,45
Наружный диаметр пружины /3/
DH = 0,8 Dp = 41 *м;
средний диаметр пружины
oUp = DH-8 = 34 мм;
индекс пружины
-4,86;
коэффициент, учитывающий кривизну ритка
По формуле (25) уточняем
Окончательно принимаем
=0,77 см.
'0,1 4420
8" = 8 мм .
С
Уточняем средний диаметр пружины
olep = 41 - 8,0 = 33,0.
Уточняем индекс пружины
С = ~~ = 4,12.
О
Уточняем коэффициент
К = -£+-С-4Ц— = 1,24.
4С-4
Производим проверку опасного сечения по сложному напряжения;
15? -
. max
max _ к. M нр = 1,2^-171,0
“ W 0,1-0,512
2
что меньше допускаемого [<5 j = 4420 кг /см3 4-.
Окончательно принимаем стальную углеродистую холодно-
тянутую проволоку П - 8,0 по ГОСТу 9389-60. Средний диа-
метр пружины dcp = 33 мм с углом подъема о< = 27°.
ЛИТЕРАТУРА
1 .С.Д.П ономарев, В.Л.Б идерман и др.
Расчеты нс прочность в машиностроении, том. I, М., Машгиэ,
1956,
2 .Машиностроение (энциклопедический справочник),том 2,
1948.
3. П.А.П реображенский. Транспортирование
порошкообразных и мелкозернистых иатериал"п гибким шнеком.
Кпнд. диссертация и автореферат. Казань, 1964.
- 163
И.М.Краснов, П.А.Преоораженский, А.А.Труфанов
РАБОЧИЕ ОРГАНЫ СПИРАЛЬНО-ВИНТОВЫХ ТРАНСПОРТЕРОВ
(ГИБКИХ-ШНЕКОВ) И СМЕСИТЕЛЕЙ
Как известно из предыдущих статей настоящего сборника,
рабочими органами гибких шнеков /I/ и смесителей являются
одна или несколько (две, три) вращающихся цилиндрических
винтовых спиралей. Эти спирали при работе подвержены зна-
чительным внешним рабочим нагрузкам (кручение, сжатие-рас-
тяжение, изгиб) и истирающему воздействию со стороны пе-
ремещаемого материала. Поэтому спирали наряду с высокой
прочностью, упругостью и сопротивлением ударным нагрузкам
должны также обладать высокой износостойкостью.
Качественные спирали можно получить из стальной угле-
родистой холоднотянутой проволоки по ГОСТу 9398-60, кото—
рая уже в состоянии поставки обладает механическими свой-
ствами, требуемыми в готовых спиралях (см. табл.1). Указан-
ный стандарт предусматривает выпуск проволоки 1,2,2а и 3-го
классов прочности при максимальном диаметре проволоки 6” =
8 мм. Навивку спиралей из данной проволоки следует произво-
дить в холодной состоянии без дальнейшей термической обра-
ботки. Это удобно I ои индивидуальном и мелкосерийном из-
готовлении спиралей.
Спирали диаметром 5" = 9 ♦ 12 мм следует навивать из
стальной легированной пружинной проволоки по ГОСТу 1769-53.
Навивка может производиться как в холодном* так и в горячем
состояниях, но с желательной последующей термической обра-
Таблица I
кехавические свойства стальной холоднотянутой проволоки (ГОСТ 9389-60)
Диаметр ! проволо- 1 Класс ! I ! Класс 2 *
км 1 1Воеменное ! Число пе-! Число 'Временное I Число пере- ! Число скоучи-
1 !сопротивле~! регибов, ! скручива- нии, не 'сопротивле- ! ! гибов,не ме-! Воний не ме-
i Ihmj б8р, ! 1 [кг/мм2] ! не менее ! !ние JcbP ! ! нее ! нее
1 । менее ! [кг/мм^] I । !
?;2°8 №88 4 ч 18 165-195 155-185 5 5 13 13
3,4С 165-190 3 9 155-180 5 13
3,50 165-190 3 8 155-180 5 13
3,60 165-19© 3 7 155-180 5 13
4,00 160-185 4 6 : зо-i/ 6 13
4, >0 150-175 4 ' 6 40-165 5 12
5,00 150-175 3 4 140-165 4 9
5,60 I45-170 5 4 135-160 6 6
5,00 145-170 3 2 135-160 6
6,30 — — — 126-145 6 —
7,00 — — 125-145 6 —
8,00 — - - 125-145 - —
Диаметр I проволо- ! 1 Класс 2 А 1
ни ! Временное ! 'сопротивле- ! !ние 6gp । ! Гкг/мм2] I I Число пеое ! гиоов, но ! менае !
165-195 165-19;? 155-185 155-180 I55-I8C 155-181) I50-I25 I40-165 I40-165 135-260 135-160 5 5 5 5 5 6 5 4 6 6
Таблица I
(продолжение) 1 К л а с с 3 Число скручи'Воеменное 'Число пере-'Число скручи- ваний, не [сопротивление[гибов , не !ваний, не ме- менее ,'Екг/мм2]®£р [менее ! нее
18 18 13 10 18 18 16 13 8 6 130-165 7 13 I2C-I55 7 13 120-155 6 13 120-155 5 I. 12СЫ55 5 13 II5-I50 6 II5-I45 5 12 £ II0-I40 4 9 оп । 105-135 ь 6 105-135 t- 4 100-125 6 IC0-I25 6 IOC -125 5
- f ОП -
Соткой (закалка и отпуск) для полного использования воз-
можных механических свойств материала. Однако термическая
обработка спиралей длиною 10-15 метров требует специально-
го оборудования (установок ТВЧ, током сопротивления или
нагревательных соляных ванн) и при мелкосерийном производ-
стве не всегда экономически целесообразна.
Легконагруженные короткие спирали, перемещающие хсрошо-
сынучие и жидкие неабразивные материалы, можно изготовлять
из конструкционной среднеуглеродистой проволоки по ГОСТу
1982-50.
Для изготовления спиралей, работающих в высококоррозион-
ных средах, можно применять проволоку из высоколегированной
кэррозионностийкий стали для пружин (ГОСТ 55ч8-50, стали
марок XI8H9 и 4X15), проволоку из кремнистой бронзы для
пружин (ГОСТ 5222-50, бронза марки БрКМу 3-1), проволоку из
оловянно-цинксвой бронзы для. пружин (ГОСТ 5221-50, бронза
марки Бр 0Ц 4-3).
Необходимо обращать внимание на состояние поверхности
проволоки, из которой навивается спираль. Она должна быть
гладкой, без плен, раковин, трещин, окалин, вмятин и других
дефектов. Перед изготовлением спирали проволоку необходимо
испытать путем навивки образца плотно прилегающими витка-
ми на цилиндрический стержень, диаметр которого оговорен
указанными ГОСТами. Образцы проволоки на испытание должны
быть взяты от обоих концов мотка (бухты).
Диаметр стеожня olCrri для нашего случая навивки ра-
бочих спиралей гибких шнеков и смесителей можно также на-
значать из того, что индекс спирали (цилиндрической винто-
вой пружчны)
<*ср=С1(ст + <* ,
не должен быть ыеньае 4*-х.
- к? -
„ cUV#
Следователь®©, ------------- = 4
и dcm = 45'-3'=3S',
т.е. диаметр стержня можно принимать равным трем диаметрам
испытуемой проволоки.
Испытание считается удовлетворительным, если образцы
проволоки не лопнули и после навивки на их поверхности от-
сутствуют трещины и расслоения.
В зависимости от требуемого количества спиралей ах
навивка может производиться на токарных станках обычного
типа, на специально приспособленных токарных станках и на
пружинонавивочных автоматах.
Для выполнения индивидуальных заказов используют то-
карные станки, имеющие пустотелый шпиндель для пропуска
навитой части спирали, а также ходовой винт и двигатель до-
статочной мощности. Последний выбирается в зависимости от
диаметра проволоки навиваемой спирали: до 5 квт - при
8" = 3-4 мм; до 10 квт - при S’ = 5-7 мм; дл 15 квт -
при 5 = 8-II2 мм. Спираль навивается на оправке по участ-
кап с пропусканием навитой части через полый шпиндель пе-
редней бабки токарного станка (см. фиг./О на сто.54 на-
стоящего сборника). Для станков, у которых проходное се-
чение шпинделя меньше диаметра навиваемых спиралей, можно
изготовить специалвную заднею бабку (фиг.1) и производить
навивку, пропуская спираль через ее пустотелый шпиндель. В
обоих случаях процесс навивки аналогичен и заключается в
следующем.
Конец проволоки пропускают через приспособление для ре-
гулировки натяжения и каким-либо способом закрепляют на оп-
равке (зажимом кулачками патрона совместно с оправкой в
специальный паз оправки или с помощью хомута), ’после чего
на малых оборотах шпинделя навивают плотно друг к другу пер-
вые 5-6 витков спирали, регулируя при этом натяжение про-
волоки. Затем вручную производят плавное увеличение шага
с одновременным включением ходового винта станка, предвари-
тельно установленного на заданный шаг. После навивки спи-
- 168 -
ради на полную длину оправки навитый участок пропускает-
ся в отверстие шпинделя и процесс повторяется.
Бухта проволоки должна крепиться на подставке, обес-
печивалцей свободное ее разматывание. В целях безопасности
навитый участок спирали, выходящий иа пустотелого шпинде—
ля, следует помещать или в кожух изготовляемого гибкого
инека, или в какую-либо трубу подходящего диаметра и со-
ответствуюмей длины. Отделение изготовленной спирали от
бухты лучше всего производить резкой вулканитовым кругом.
Для исклкчения деформироьания витков готового участка
спирал." пои перехватах кулачками патрона оправку можно
заготовлять с некоторым утолщением на одном конце (фиг.2),
Фиг. 1. Задняя бабка токарного станка для навивки
спиралей:
I - корпус- 2 - полый шпиндель; 3 - подшипник; 4 - кулач-
ковый патрон.
диаметр которого равен или несколько меньше внутреннею
диаметра спирали в ее свободном состоянии.
• Определение диаметра оправки в зависимости от внутрен-
- 169 -
него диаметра G_»H готовых спиралей при их получении
аз предварительно подготовленной проволок" можно про-
изводить по равенству:
^опр ~ ’
приведенному в /2/. Там же дается формула для определения
Actep в зависимости or конструктивных параметров спи-
рали и механических характеристик проволоки.
Фиг. 2. Оправка для навиик i транспортирующих спи-
ралей (пружин).
В условиях единичного производства спиралей диаметр
оправки удобнее определять по амлирической формуле /3/:
Опр к ’
где к - коэффициент, зависящий от предела прочности
проволоки 6gp при растяжении (см.табл.2)
Т а б л 1 ц а 2
Значение коэффициента К в зависимости
от предела прочности пропололи <ogp пр растяжения
1,16
I00-I5U
I иь
22S-250
- 170 -
“г:::::*......
150-175 1,10 250-275 1,18
175-200 I.I2 275-300 1,20
200-225 1,14 более 300 1,22
В обоих случаях диаметр ояравки корректируется пробны-
ми наливками спиралей, так как значительное влияние на
увеличение диаметра спирали после навивки (на "роспуск"
спирали) имеет величина ее шага и сила натяжения проволо-
ки в самом процессе навивки, которая регулируется натяжными
приспособлениями (фиг.З и 4), устанавливаемыми в левой час-
ти резцедержателя станка.
Фиг.З. Первый вариант направляющего
ча»яжного приспособления (бронза или
латунь).
фиг. 4. Второй вариант направляющего натяжного
приспособления:
I- корпус; 2 - наконечник сменной (бронза или латунь);
3 - вкладыш текстолитовый
- 171 -
Для предохранения оправки от изгиба следуем применять
приспособления типа подвижного люнета (фиг.5 и 6). Они
помещаются в правой части резцедержателя.
Фиг. 5. Первый вариант подвижного люнета:
I - корпус; 2 - втулка сменная; 3 - кольцо разрезное пру-
жинное.
В зависимости от конкретных условий эксплуатации гиб-
ких шнеков и смесителей иногда целесообразно применение в
них спиралей с переменным диаметром. Навивка таких спи-
ралей производится при единичном их изготовлении на спе-
циальную оправку (фиг.7) со сменными формующими втулками.
Длина втулок равна приблизительно шагу спирали и выбирае"0-
ся из условия возможности их отсоединения от навитой спи-
рали. Диаметр же втулок определяют по вышеприведенным фор-
мулам.
При навивке спиралей из проволоки прямоугольного се-
чения на суппорте токарного станка дополнительно устанавли-
вается специальное приспособление (фиг.8), в батьке ко-
торого имеется направляющий паз, соответствующий профилю на-
виваемого материала. Такой же формы паз должен быть в при-
способлении для натяжения проволоки. •
В мелкосерийном и серийном производстве навивка спира-
лей в холодном состоянии производится на автоматах типа
А—512, позволяющих изготавливать списали правой и левой
- 172 -
По Д-Д
Фиг. 6. Второй вариант подвижного люнета:
I - корпус; 2 - ось; 3 - винт; 4 - шарикоподшипник; 5 -
шайба торцевая; 6 - кольцо дистанционное.
Фиг. 7. Оправка лля навивки спиралей с переменным
диаметром:
I - стяжной болт (несущий центоальный стержень); 2 - втул-
ка малая; 3 - втулка большая; '< - шайба; 5 - гайки.
- 173 -
Фиг. 8. Дополнительное приспособление для навивки
спиралей из проволоки прямоугольного поперечного
сечения:
I - стойка; 2 - рычаг; 3 - сменный башмак; 4 - болт;
5 - пружина; 6 - фасонная шайба; 7 - гайка; 8 - при-
способ ение с прямоугольным пазом, которое направляет
натяжение проволоки.
навивки с различным шагом витков, в том числе и с пере-
менным.
Схема безоправочной навивки спиралей на автоматичес-
ких станках изображена на фиг.9. Проволока фрикционными
роликами проталкивается через направляющую между непод-
вижным шпинделем и павивочными пальцами или роликами,за-
виваясь в спираль. Диачетр спирали определяется соответ-
ствующим радиальным перемещением пальцев или роликов.При
помощи специальных пластин с кулачками, автоматически
разводящих или сводящих навивочные пальцы, можно полу-
чить спирали самой различной формы. Шаг витков регулирует
ся с помощью шагового механизма, работа которого согласо-
вана с работой других механизмов.
Навивка спиралей на автоматах отличается высокой точ-
ностью и производительностью, и по возможности следует
- 174 -
Фиг. 9. Схема безоправоиной навивки пружины на
автомате:
I - правильный аппарат; 2 - транспортирующие рилики; 5 -
напоавляющан между роликами; ч - накладка; 5 - крышка;
6 - навивальный механизм; 7 - нож; 8 - оправка; 9 - на-
правляющая за роликами; 10 - накладки.
всегда ориентироваться на этот прогрессивный способ.
ЛИТЕРАТУРА
I. П.А.П реображенский. Транспортирование
порошкообразных и Мелкозернистых материалов гибким шнеком.
Труды КХТИ им. С.М.Кирова, вып. 35, 1965. -»
2. Энциклопедический справочник "Машиностроение", т.2,
Машгиз, 1948
3. М.В.Б а 1 а н о в, Н.В.П е т р о в. Пружины Изд.
"Машиностроение", Ленинграл. 1988.
- 175 -
СОДЕРЖАНИЕ
Введение.......................... 5
I. П.А.П реображенский,
А.М.Григорьев . Оптимизация параметров
быстроходных шнеков .................. 8
2. П.А.П реоораженский ,
А.М.Г ригорьев. Односпиральный гибкий
шнек 25
3. С.Н.М и х а й л о , К.Д.В а ч а г и н .
К вопросу о поступательной скорости движения
массы сыпучего материала в горизонтальном одно-
спиральном гибком шнеке ............. 6ч
4. С.Н.М и х а й л о в , К.Д.В а ч а г и н ,
А.А.Т руфанов .К вопросу о производитель-
ности односпирального гибкого шнека при горизон-
тальном транспортировании сыпучих материалов . . 73
5. С.Н.М и х а й л о в , К.Д.В а ч а г и н ,
А.А.Т руфанов.О мощности,потреоляемой
односпкральным гибким шнеком при перемещении
порошкообразных и мелкозернистых материалов на
горизонтальной трассе транспортирования .... 76
6. П.А.П реображенский , В.В.К у р -
м а н а е в с к и й .’ Производительность двух-
спиралъного гибкого шнека.......... 80
7. В.В.К урманаевский , П.А.П ре-
ображенский , А.М.Г ригорьев .
Расчет двухспиральных гибких шнзков . 91
8. П.А.П геображенский. Трех-
спиральный гибкий шнек...............107
9. А.А.А лександровский ,
Б.И. Ланге, П.А.П реображенский ,
Ф.Ф.З и г м у н д . Смешение в аппаратах с ци-
линдрическими винтовыми спиралями .. 123
ТО. П.А.П реображенск ий , E.L.
Ланге, А.А.А лександровский .
Расчет двухспипального смесителя с сопряженными
- 176 -
спиралями...................................... J 38
II. Г.В.Н е с т е р о в , А.А.Т р у d а -
нов, П.А.П реобрахенск1 и. Рас-
чет транспортиоующих спиралей (пружин) гибких
шнеков и смесителей ............................. 153
12. И.М.К р а с н о в . П.А.П реобра-
женский , А.А.Труфанов . Рябс“че
органы спираль .а-винтовых транспортеров (гибких
п'^а^ов) и смесителАЙ............................ 163
СПИРАЛЬНО-ВИНТОВЫЕ ТРАНСПОРТЕРЫ
(ГИБКИЕ ШНЕКИ) И СМЕСИТЕЛИ
под общей редакцией
П.А.Преображенского
и
А.А.Т р у ф а н о в а
Редактор В.Т.Б е р е н с
Заказ 410. ПФ 08388. Тираж 850.Цена 50 к
Офсетная лаборатория КХТИ ич. С.М.Кирова