Вопрос №3 винтовой транспортёр (шнек)

«Транспортирующие машины без тягового органа»

К транспортёрам без тягового органа относятся следующие виды машин.

Винтовой транспортёр (шнек).

Винтовые транспортёры служат для перемещения груза в горизонтальном, наклонном и вертикальном направлении. В основном их используют для перемещения сыпучих грузов, но также возможно перемещение штучного груза и жидких продуктов.

Основными конструктивными элементами транспортёра (рис.21) являются шнек 1 (винт), расположенный по оси желоба 2. Насыпной груз подаётся в желоб и при вращении шнека перемещается вдоль желоба, подобно гайке, на вращающемся винте удерживаемой от вращения. Силой удерживающей груз от вращения служит его вес и сила трения о стенки желоба.

Рисунок 21 – Схема шнекового транспортёра

Шнековые транспортёры обладают простой конструкцией, небольшими габаритами. К недостаткам относят: истирание и дробление перемещаемого груза и самое главное высокий расход энергии который связан со способом перемещения груза (т.е. большие затраты на трение).

В зависимости от конструкции рабочего органа шнеки классифицируются по следующим признакам:

1. Направление навивки:

- левая (если смотреть со стороны выгрузного окна вал вращается против часовой стрелки);

- правая (если смотреть со стороны выгрузного окна вал вращается по часовой стрелки).

2. По количеству витков:

- однозаходные (одна винтовая навивка);

- многозаходные (двух- и трёхзаходные).

3. По форме поверхности витков:

- сплошные (сплошная лента) - применяется для перемещения зернистых, мелкокусковых и порошкообразных грузов;

- ленточные (серпантин) - для корнеплодов, крупнокусковых и слипающихся грузов;

- лопастные (на валу установлены лопатки по винтовой линии и развернут на определённый угол) – для перемещения и перемешивания слёживающихся грузов;

- спиральные – для перемещения гибких шлангах по пространственной траектории.

4. В зависимости от траектории движения груза шнеки бывают:

- тихоходные (горизонтальные);

- быстроходные (вертикальные)

В тихоходных шнеках (рис.22) частица груза совершает колебательное движение (вверх и вниз) с одновременным осевым перемещением вдоль желоба

Рисунок 22 – Схема траектории движения частицы в тихоходных шнеках

В быстроходных шнеках (рис.23) груз, внутри желоба, размещается под действием центробежной силы концентрично и частицы перемещаются по спирали. Такое перемещение связано с тем что угловая скорость груза меньше угловой скорости винта из-за трения груза о стенки желоба.

Рисунок 23 – Схема траектории движения частицы в быстроходных шнеках

Траектории зависят от частоты вращения шнека. Если при заданной частоте вращении шнека:

m·ω²·R<m·g - шнек тихоходный

m·ω²·R>m·g - шнек быстроходный

где, ω – угловая скорость винта, рад/сек;

R – радиус винта, м.

Расчёт производительности шнека.

Погонная нагрузка равна (рис.24):

, (кг/м)

где, V – объём занимаемый грузом, м³;

D – наружный диаметр шнека, м;

d – диаметр вала шнека, м;

ψ – коэффициент заполнения;

ξ – коэффициент учитывающий угол наклона шнека;

γ – объёмная масса груза, кг/м³.

Рисунок 24 – Схема к определению погонной нагрузки винтовых транспортёров

Осевая скорость перемещения груза определяется приняв условие, что за один оборот шнека груз перемещается на величину шага между витками (как при вращении гайки):

(м/сек)

где, S – шаг шнека, м;

n – частота вращения шнека, об/мин;

60 - коэффициент перевода минут в секунды.

Тогда:

, (кг/ч)

Гравитационные (самотёчные) транспортёры.

В гравитационных транспортёрах перемещение штучных и сыпучих грузов осуществляется в горизонтальном или вертикальном направлении под действием силы тяжести.

В качестве гравитационного транспортёра для перемещения штучных грузов используют спуски в виде наклонных или винтовых лотков, а также роликовые наклонные или винтовые спуски (рольганги).

Для перемещения сыпучих грузов используют желоба и трубы.

Если рассматривать груз на наклонной плоскости (рис.25), то на него действует сила тяжести G=mg. Данную силу можно разложить на две силы G=T+N движение груза по наклонной плоскости происходит под действием силы T=G·Sinα=m·g·Sinα (Sinα – отношение противолежащего катета к гипотенузе).

Рисунок 25 – Схема к расчёту гравитационного транспортёра

Данной силе противодействует сила трения которая равна F_тр=f·N=f·m·g·Cosα где, f – коэффициент трения груза о материал лотка.

Движение груза будет происходить при соблюдении следующего неравенства:

T>F_тр→m·g·Sinα>f·m·g·Cosα→Sinα>f·Cosα→ Sinα/Cosα>f→tgα>f

Так как f=tgφ, где φ – угол трения, то движение груза возможно при условии:

α>φ

Расчёт производительности гравитационных транспортёров.

Производительность спусков при перемещении штучных грузов определяют по формуле:

(кг/ч)

где, G – масса груза, кг;

a – расстояние между грузами (шаг), м;

v – скорость движения груза, м/сек.

Производительность гравитационных транспортёров для сыпучих грузов определяется по формуле:

(кг/ч)

где, F – площадь поперечного сечения груза, м²;

ψ – коэффициент заполнения;

γ – объёмная масса груза, кг/м³.

Сложность заключается в определении скорости движения груза v, так как груз по наклонной плоскости двигается, как правило, с ускорением, то есть скорость не является величиной постоянной.

При спуске груза из т.1 в т.2 совершается работа (рис.26), которая равна приложенной силе на путь:

А=(Т-F_тр)·S

Рисунок 26 – Схема для определения скорости груза

Так же работа равна разности кинетической энергии в т.1 и т.2

Соответственно можно записать:

После сокращения m выразим v_K:

(м/сек)

Конечная скорость не должна превышать критического значения, при которой может произойти разрушение груза.

В формуле для определения производительности гравитационного транспортёра, при перемещении груза по трубопроводу состоящему из нескольких колен с различным углом наклона, подставляется скорость посчитанная для первого метра последнего прямолинейного участка.