Модель потокового транспортування сипкого вантажу вертикальними гвинтовими конвеєрами

Abstract

Розглянуто модель транспортування сипкого вантажу потоком вертикальним швидкісним гвинтовим конвеєром. Розкрито особливості взаємного руху зв’язних та дрібнодисперсних вантажів, зокрема в умовах пошарового їх руху, з використанням моделі суцільного середовища, в якій для сухих сипучих нев’язких матеріалів взаємні переміщення частинок зумовлюється закономірностями розподілу внутрішнього тертя згідно з законом Амонтона-Кулона. При цьому, для переміщення сипких вантажів в умовах гвинтового високошвидкісного динамічного потоку, приймалось допущення, що нормальні напруги на поверхнях виділеного об’єму визначаються тільки середньостатичним тиском. Для аналізу напружено-деформованого стану сипкого вантажу в умовах гвинтового транспортування використано спеціальну гвинтову систему координат, осі якої спрямовані, відповідно, по нормалі, бінормалі та дотичній до гвинтової твірної спіралі шнека, що дозволило суттєво спростити розв’язок задачі. Показано, що в умовах пошарового руху осьова швидкість довільної частинки потоку описується інтегральним параметром, що є сумою нормальної та бінормальної координати гвинтової системи координат. Виведено залежності для описування форми гвинтової поверхні з параболічною твірною, що обмежує потік вантажу за умови неповного заповнення робочого простору, об’єму елементарного сектора потоку та центру його ваги. Обґрунтовано використання моделі пошарового руху матеріалу, встановлено розподіл лінійних та кутових швидкостей частинок у потоці та, відповідно, відцентрових сил. Показано, що для вертикальних швидкісних конвеєрів потік у цілому та рух окремих його частинок характеризуються закономірностями гвинтового транспортування, що робить можливим використання моделі матеріальної частинки з приведеними параметрами за умови врахування розподілу кутових швидкостей по шарах. Отримані закономірності швидкісного транспортування вантажів вертикальними гвинтовими конвеєрами дозволяють проводити уточнений розрахунок їх режимів роботи.

The article considers the model of transporting bulk cargo by flow by vertical high-speed screw conveyors. The peculiarities of mutual movement of cohesive and fine cargoes, in particular, in the conditions of their layer-by-layer movement, are revealed. To analyze the stress-strain state of bulk cargo in the conditions of screw conveying, a special helical coordinate system was used, which made it possible to significantly simplify the solution of the problem. The dependences for describing the shape of the helical surface that restricts the flow of cargo under the condition of incomplete filling of the working space, the volume of the elementary sector of the flow and its center of gravity are derived. The use of the model of layer-by-layer material motion is substantiated, and the distribution of linear and angular velocities of particles in the flow and, accordingly, centrifugal forces is determined. It is shown that for vertical high - speed conveyors, the motion of the flow as a whole and its individual particles retains the laws of helical transporting, which makes it possible to use the model of a material particle with the given parameters to calculate the design and operating modes of the conveyor.