РЕЗУЛЬТАТЫ  ИССЛЕДОВАНИЙ  ДАВЛЕНИЯ  В  CЛОЕ  СМЕСИ  ПОД  ВАЛКОМ  ТАРЕЛЬЧАТО-ВАЛКОВОГО  АКТИВАТОРА

Савченко  Александр  Григорьевич

канд.  техн.  наук,  проф.  кафедры  механизации  строительных  процессов  Харьковского  национального  университета  строительства  и  архитектуры,  г.  Харьков

E-mail: 

Буцкий  Вячеслав  Александрович

канд.  техн.  наук,  доц.  кафедры  механизации  строительных  процессов  Харьковского  национального  университета  строительства  и  архитектуры,  г.  Харьков

E-mail: 

Супряга  Дмитрий  Викторович

ассистент  кафедры  механизации  строительных  процессов  Харьковского  национального  университета  строительства  и  архитектуры,  г.  Харьков

E-mail: 

Супряга  Андрей  Викторович

аспирант  кафедры  механизации  строительных  процессов  Харьковского  национального  университета  строительства  и  архитектуры,  г.  Харьков

E-mail: 

">

RESULTS  OF  RESEARCH  PRESSURE  IN  LAYER  OF  MATERIAL  UNDER  THE  ROLL  OF  PLATE-ROLLER  ACTIVATOR

Savchenko  Aleksandr  Grigorievich

candidate  of  technical  Sciences,  prof.  department  of  mechanization  construction  processes  of  Kharkov  National  University  of  Construction  and  Architecture,  Kharkov

Butsky  Vyacheslav  Aleksandrovich

candidate  of  technical  Sciences,  prof.  department  of  mechanization  construction  processes  of  Kharkov  National  University  of  Construction  and  Architecture,  Kharkov

Supryaga  Dmiriy  Victorovich

assistant,  department  of  mechanization  construction  processes  of  Kharkov  National  University  of  Construction  and  Architecture,  Kharkov

Supryaga  Andrey  Victorovich

postgraduate,  department  of  mechanization  construction  processes  of  Kharkov  National  University  of  Construction  and  Architecture,  Kharkov

АННОТАЦИЯ

С  целью  экономии  ресурсов  в  производстве  кирпича  предложен  тарельчато-валковый  активатор.  Проведены  теоретические  и  экспериментальные  исследования  распределения  давления  в  обрабатываемом  слое  материала  под  валком  тарельчасто-валкового  активатора.

ABSTRACT

In  order  to  save  resources  in  the  production  of  bricks  proposed  plate-roller  activator.  Theoretical  and  experimental  research  of  the  pressure  distribution  in  the  treated  layer  material  under  the  roll  of  plate-roller  activator.

Ключевые  слова:  валок;  тарельчато-валковый  активатор;  прокатка;  давление.

Keywords:  roller;  plate-roller  activator;  rolling;  pressure.

Актуальность.  Все  более  широкое  распространение  приобретают  активаторы  валкого  типа  для  подготовки  сырьевых  смесей  перед  формированием  при  производстве  мелкоштучных  изделий.  В  агрегатах  валкового  типа  частицы  материала  в  преобладающем  своем  количестве  взаимодействуют  между  собой,  и  только  в  второю  очередь  —  с  рабочими  органами  —  валком  и  основой,  на  которой  лежит  толстый  слой  материала,  что  обеспечивает  наименьший  износ  рабочих  органов  в  сравнении  с  другими  механоактиваторами  в  случае  одинаковых  уровней  силового  действия  и  количества  циклов  этих  действий.  Нами  предлагается  активатор  тарельчато-валкового  типа  (дальше  —  ТВА)  —  рис.  1  [2].

Принцип  действия  состоит  в  многократной  прокатке  под  валками  3,  шарнирно  прикрепленных  к  вращающемуся  валу  4,  толстого  слоя  смеси,  которая  подается  в  зону  загрузки  на  периферию  неподвижной  тарели  1  диском  2.  После  многократной  прокатки  слой  смеси  выдавливается  через  внутреннее  кольцо  тарели  1  и  разгружается  по  лотку  5,  за  счет  градиента  давления  создаваемого  беспрерывным  питанием. 

Рисунок  1.  Лабораторный  образец  ТВА:  а)  Принципиальная  схема  ТВА  с  установленным  тензодатчиком;  б)  Размещение  тензодатчиков  на  тареле;  в)  тензодатчик  под  тарелем

Цель  работы.  Решалась  задача  по  определению  распределения  скоростей  движения  смеси  и  распределения  давления  под  валком  ТВА.

Основной  материал.  Эффективность  ТВА,  подтвержденная  экспериментально,  составляет  не  менее  30  %  экономии  цемента  без  потери  прочности  изделий  [3,  с.  106—111].  Характер  движения  смеси,  которая  активируется  в  ТВА,  имеет  много  общего  с  закономерностями  движения  материала  в  тарельчато-валковой  мельнице  ведущей  мировой  фирмы  “FlSmidth”  (рис.  2)  [5,  c.  2707—2719].  На  рис.  3  приведена  общая  схема  движения  материала  под  валком  ТВА.  На  ней  можно  с  определенным  количеством  допущений  выделить  условный  канал  течения  в  радиальном  направлении.  Этот  «псевдо  канал»  ограниченный  снизу  —  поверхностью  неподвижной  тарели,  сверху  —  подвижной  поверхностью  вращающегося  валка. 

Рисунок  2.  Характер  движения  материала  под  валком

Рисунок  3.  Общая  схема  течения  слоя  смеси  под  валком  ТВА,  1  —  валок;  2  —  тарель;  3  —  условный  «псевдо  канал»  течения;  4  –  уплотненный  слой  смеси  вместе  с  «волной»;  5  —  начало  условного  «псевдо  канала»  течения  —  зона  высокого  давления  создаваемая  загрузкой  смеси

Движение  смеси  вдоль  тарели,  необходимое  для  обеспечения  сотен  прокатывании,  обуславливается  градиентом  давления,  создаваемого  беспрерывным  питанием  смеси  в  зону  загрузки.  Активация  осуществляется  во  время  многократного  прокатки  толстого  слоя  под  валками  за  счет  интенсивного  сдвига  слоев  смеси  один  относительно  другого.  Движение  каждой  частицы  смеси  в  радиальном  направлении  имеет  дискретный,  пульсирующий  характер  и  состоит  из  разгонки  и  замедления  во  время  прокатки  каждым  валком,  а  также  паузы,  который  длится  к  прокатке  следующим  валком  (рис.  4).

Рисунок  4.  Характер  движения  слоя  смеси  в  радиальном  направлении

Для  описания  закономерностей  радиального  движения  слоя  смеси  по  тарели,  от  внешнего  до  внутреннего  диаметра  тарели,  как  напорного  градиентного  вязкого  течения  не  неньютоновской  жидкости,  нами  выбрана  модель  Оствальда-де-Виля:

                     (1)

где:  γ  —  градиент  течения; 

μ  —  эффективная  вязкость  смеси; 

n  —  индекс  течения; 

Выделим  три  зоны,  характерные  для  вязкого  движения:  I  —  зона  вязких  деформаций;  III  —  зона,  ограничивающая  движение  смеси,  IV  зона  —  зона  седиментационно-неустойчивого  слоя  смеси  (рис.  5).  А  зону  II  —  ядра  течения,  по  результатам  экспериментальных  исследований  [1,  с.  150—156],  можно  не  учитывать.  Распределение  скоростей  по  глубине  слоя  смеси:

,          (2)

где:  Q  —  производительность  питания; 

h₀  —  толщина  основного  слоя  смеси; 

υ_с  —  скорость  седиментации  смеси; 

D  —  средний  диаметр  тарели.

Толщина  седиментационно-неустойчивого  слоя  смеси  h_c:

          (3)

Рисунок  5.  Схема  к  определению  эпюры  скоростей  в  слое  смеси  ТВА,  1  —  валок;  2  —  тарель;  3  —  обрабатываемый  слой  сырьевой  смеси;  4  —  кольцо  регулирования  толщины  слоя

Песчано-цементная  и  подобные  смеси  считают  нестабильными  суспензиями,  поэтому  минимальную  скорость  движения  таких  смесей  рекомендовано  ограничивать  уровнем  так  называемой  скорости  седиментации  [4,  с.  343—346].  Смесь  будем  рассматривать  как  дилатантную  жидкость,  вязкость  которой  уменьшается  по  мере  уменьшения  давления: 

,                                          (4)

где:  μ  и  μ₁  —  значение  вязкости  МПа·с  при  давлениях  P  та  P₁  в  МПа; 

α  —  пьезометрический  коэффициент  вязкости.

Получено  уравнение  распределения  давления  q  по  ширине  валка  L:

,  (5)

где:  ν  —  коэффициент  Пуассона; 

μ₀  —  начальная  вязкость  смеси.

Для  подтверждения  адекватности  предложенных  зависимостей  проведены  экспериментальные  исследования  на  лабораторном  ТВА  (рис.  1а).

Адекватность  уравнения  распределения  скорости  по  глубине  слоя  (2)  подтверждена  экспериментальными  исследованиями  с  использованием  крашенных  смесей  [1,  с.  150—156].

Для  замеров  давления  под  валком  ТВА  использовали  тензоизмерительную  систему  состоящую  из  тензоусилителя,  тензобалки,  АЦП  и  ЭВМ.  Схема  размещения  тензодатчиков  на  тареле  приведена  на  рис.  1б,в.

На  рис.  6  приведено  распределение  нормального  давления  q  по  ширине  валкая  L.  Распределение  давление  получено  аналитически  согласно  уравнению  (5)  хорошо  коррелируется  с  экспериментально  полученным  распределением  давления  под  валком  ТВА.  На  рис.  7  приведено  распределение  давления  под  валком  тарельчато-валковой  мельницы  FlSmith,  которое  имеет  похожий  характер  с  распределением  давления  под  валком  ТВА.

Уровень  давления  под  валком  ТВА  для  обеспечения  эффективной  активации  должен  быть  достаточным  для  обдирания  поверхности  частицы,  но  недостаточным  для  её  разрушения.  Поэтому  уровень  максимального  давления  является  основным  показателем  эффективности  активации  в  ТВА  и  определяется  для  каждой  смеси  на  основе  проведения  регламентных  испытаний  на  лабораторном  ТВА  [3,  с.  106—111].

Рисунок  6.  Распределение  давления  по  ширине  валка  ТВА

Рисунок  7.  Распределение  давления  под  валком  мельницы  FlSmith

Выводы.  Теоретически  и  экспериментально  определено  распределение  давления  под  валком  ТВА.  Доказано,  что  зона  максимального  давления  и  соответственно  зона  наибольшего  износа  валка  совпадает  с  зоной  загрузки  смеси  на  периферии  тарели.  Результаты  подтверждают  гипотезу  о  движении  материала  от  периферии  тарели  к  центру  за  счет  градиента  давления,  создаваемого  беспрерывным  питанием  ТВА.  Полученное  распределение  давления  под  валком  ТВА  позволяет  определить  оптимальный  уровень  давления  необходимый  для  обеспечения  эффективной  активации  в  ТВА.

Список  литературы:

1.Визначення  закономірностей  руху  суміші  в  тарілчасто-валковому  активаторі  /  Савченко  О.Г.,  Федоров  Г.Д.,.  Крот  О.Ю.,  Буцький  В.О,  Супряга  А.В.,  Збірник  наукових  праць.  Серія:  галузеве  машинобудування,  будівництво.  —  Вип.  1  (31)  —  Полтава:  ПолтНТУ,  2012.  —  150—156  с.

2.Пат.  №  а  94161.  МПК  В02С  15/04.  Тарілчасто-валковий  агрегат  /  Савченко  О.Г.,  Федоров  Г.Д.,  Болотських  М.С.,  Крот  О.Ю.,  Супряга  А.В.,  Супряга  Д.В.  —  №  а200911157,  Бюл.  —  №  7. 

3.Супряга  А.В.  Регламентні  іспити  цементно-доломітової  суміші  на  активаторі  тарілчасто-валкового  типу  /  Супряга  А.В.  //  Вісник  НТУ  «ХПІ»  Збірник  наукових  праць.  Тематичний  випуск  «Хімія,  хімічна  технологія  та  екологія».  —  Харків  НТУ  «ХПІ.  —  2012.  —  106—111  с. 

4.Шубин  А.А.  Течение  нестабильных  высококонцентрированных  суспензий  в  подземных  пустотах  /  материалы  семинара  №  18  симпозиума  «Неделя  горняка  —  2007»,  МГГУ,  М.  —  2008,  343—346  с.

5.Lucas  R.D.  Jensena  Wear  mechanism  of  abrasion  resistant  wear  parts  in  raw  material  vertical  roller  mills  /  Lucas  R.D.  Jensena,  Erling  Fundalb,  Per  Møllerc,  Mads  Jespersena  //  “Wear”  an  international  journal  of  science  and  technology  of  friction  lubrication  and  wear.  —  Volume  271,  Issues  11—12,  2  September  2011,  Pages  2707—2719.