Разработка и исследование средств контроля динамических режимов работы камерных питателей тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

Введение.

1. Научно-производственные предпосылки создания средств контроля работы камерных питателей.

1.1. Сферы применения и пути совершенствования пневматического транспорта.

1.2. Классификация пневматических и транспортных установок по принципу действия и назначению.

1.3. Физико-механические свойства транспортируемых материалов.

1.4. Анализ и классификация динамических средств контроля точности пневмотранспорта.

1.5. Выводы и задачи научного обоснования новых технических решений по средствам контроля точности пневмотранспорта.

2. Динамический анализ сигнализатора уровня с учетом взаимодействия контактного узла с транспортируемым материалом.

2.1. Рычажный сигнализатор уровня загрузки камерного питателя с помощью пневмотранспорта.

2.2. Обоснование выбора динамической системы - модели рычажного сигнализатора.

2.3. Экспериментальное определение силы, действующей на контактный узел сигнализатора.

2.4. Методика динамического анализа сигнализатора уровня.

3. Расчет параметров сигнализатора с учетом упругости несущего органа

3.1. Выбор конечно-элементной модели.

3.2. Построение системы дифференциальных уравнений, описывающих поведение несущего органа, на основе метода конечных элементов.

3.3. Алгоритм интегрирования системы дифференциальных уравнений перемещений узлов несущего органа

3.4. Исследование динамики сигнализатора в области упругих колебаний несущего органа.

4. Инженерная методика расчета и практическая реализация полученных результатов.

4.1. Параметрическая оптимизация элементов устройства регистрации уровня загрузки.

4.2. Экспериментальное определение угла откоса насыпи при загрузки материала в емкости.

4.3. Оптимизация местоположения сигнализатора.

4.4. Методика экспериментальных исследований процессов в камерных питателях.

4.5. Экологическая и экономическая эффективность внедрения устройства контроля уровня сыпучих горячих влажных материалов в камерных питателях, расходных бункерах и силосах АПТК ФОК МГОКа.

Выводы.

Разработка средств диагностики технологического контроля пневмотранс-портных систем является важной научно-производственной задачей. Это в равной степени относится к комплексам горных предприятий для транспортирования известняка, бентонита, апатитового концентрата, бокситной руды, калийной соли, фосфоритной муки и целого ряда других минералов. Основными требованиями, предъявляемыми к технологии и оборудованию комплексов пневмотранспорта, являются экологическая безопасность, соблюдение санитарных норм при их эксплуатации. Для достижения экологической безопасности комплексов необходимы новые средства контроля технологического потока сыпучих материалов в динамических системах пневмотранспорта, инженерные методики их расчета. В настоящее время отсутствуют научно- обоснованные методы расчета и практического использования средств контроля технологических потоков горячих влажных аэросмесей в камерных питателях, что ставит в качестве неотложной задачу разработки конструктивной схемы устройства для контроля уровня загрузки камерного питателя, её обоснование, исследования закономерностей взаимодействия с сыпучим материалом. Этому вопросу посвящена настоящая работа, что подтверждает её актуальность и своевременность.

Целью настоящей работы является повышение надежности технологического процесса динамической пневмотранспортной системы.

Для достижения цели необходимо решение следующих задач:

1. Систематизация и анализ научно-производственных предпосылок совершенствования средств контроля в системах пневмотранспорта и разработка контурных схем новой аппаратуры для технологического контроля рабочего процесса камерных питателей.

2. Научное обоснования процесса формирования из аэросмеси конуса осаждения горячего влажного сыпучего материала в камерном питателе и опреде5 ление размерных и режимных параметров устройства для контроля уровня загрузки.

3. Разработка динамической модели сигнализатора уровня загрузки камерных питателей, исследование влияния параметров среды и устройства на режим его работы и решение задачи оптимизации параметров устройства.

4. Разработка методики инженерного расчета устройства и построение ее конструктивной схемы.

5. Внедрение результатов исследований в производство.

Проведенный обзор и анализ конструкций показал целый ряд задач, нерешенных конструкторами из-за отсутствия результатов исследования по многим аспектам динамики процессов аэросмесевого пневмотранспорта, несовершенства инженерных методик расчета, соответствующих современным высоким технологиям производства пневмотранспортного оборудования.

Следовательно, постановка поисковых исследований в этом направлении является частью решаемой проблемы автоматизации процесса пневмотранспор-тирования горячих влажных сыпучих материалов.

Выводы:

1. На основании метода оптимального синтеза получены величины параметров сигнализатора, обеспечивающие наименьшие значения угла его отклонения.

2. Экспериментально установлены зависимости угла откоса насыпи в ёмкости от высоты загрузки и расстояния от стенок загружаемого бункера.

114

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведенных исследований и обобщений в диссертации были получены следующие научные и практические результаты:

1. Решена задача создания аппаратуры для контроля технологического процесса работы камерных питателей пневмотранспортной системы.

2. Установлены закономерности физического процесса формирования конуса сыпучего материала и определены размерные параметры прибора для определения уровня сыпучего материала в емкости бункера-накопителя. Определены три этапа взаимодействия контактного узла регистратора уровня с сыпучим материалом. Угол естественного откоса формируемой насыпи для широкой гаммы транспортируемых материалов находится в диапазоне от 20°до 45°.

3. Разработана математическая модель сигнализатора уровня, учитывающая случайный характер его взаимодействия с многофазной средой, нелинейные свойства подвески. Определена степень влияния параметров среды и сигнализатора на максимальный угол отклонения рычага сигнализатора. Разработана методика оптимизации параметров, предложенного устройства. С ее помощью определена область параметров сигнализатора уровня загрузки для целого ряда типоразмеров камерных питателей, обеспечивающая его гарантированное срабатывание.

4. Разработана методика расчета сигнализатора уровня и создан пакет прикладных программ в среде МАТНСАЕ), которая может быть частью автоматизированного рабочего места проектировщика.

5. Проведены промышленные испытания предложенного устройства. Испытания показали, что не отмечено ни одного отказа в виде регистрации ложного уровня, сократился выброс вредных веществ в атмосферу на МГОКе, что способствовало выполнению требований экологической безопасности. Результаты исследований используются при проектировании крупных пневмотранспортных комплексов для фабрик окомкования железорудного концентрата и других проектов совершенствования пневмотранспортного оборудования.

1.Справочник по транспортирующим и погрузочно-разгрузочным машинам / Ф.Г.Зуев, H.A. Лотков, А.П.Полухин, А.В.Тантлевский. - М.:Колос, 1983. - 319 с.

2. Картавый Н.Г., Топорков A.A. Шахтные стационарные установки. М.: Недра, 1978. -263 с.

3. Малевич И.П., Матвеев А.И. Пневматический транспорт строительных материалов. -М.: Стройиздат, 1979. 143 с.4,Островский Г.М. Пневмотранспорт сыпучих материалов в химической промышленности. —.:Химия. 1986. -104 с.

4. Планотов П.Н., Куценко К.И. Подъемно-транспортные устройства. М.: Колос, 1972.-c.214.

5. Скрыптиков В.Б. Тепловажностные параметры отработанного воздуха. Изв.вузов. Горный журнал, 1974, №10, с.123-128.

6. Смолдырев А.Е. Трубопроводный транспорт. М.: Мосгортехиздат, 1961.-226 с.

7. Шевякин В.Н. Синхронная сушка сжатого воздуха в пневмотранспортных системах горных предприятий КМА. ВГУ Воронеж.-1978.-2 с.

8. Ушаков В.И. Из опыта осушения сжатого воздуха в компрессорных установках. Промышленная энергетика, 1971, №7, с.23-24.

9. Эффективный способ осушения сжатого воздуха / Ушаков В.И., Сычев Г.Т., Глушаков A.A., Марьянов М.Ф. Информационный листок №7979. Курский межотраслевой ЦНТИ, 1971.

10. Ушаков В.И. К вопросу осушения сжатого воздуха в системах пневмотранспорта цемента. Изд.вузов. Строительство и архитектура, 1978, №4, 160-162 с.

11. Рыбьев В.И. Пневмовакуумное удаление твердых бытовых отходов. -Докт.дис.-М., 1992. -477 с.

12. Малевич И.П., Серяков B.C., Мишин A.B. Транспортировка и складирование порошкообразных строительных материалов М.:Стройиздат, 1984.- 184 с.

13. Броунштейн Б.И., Тодес О.М. Техническая физика. Т.23, 4.1 М., 1953. -297 с.

14. Barth W. Physikalische und wirtschaftliche Probleme des Transports von Festteilchen in Flussigkeitsten und Gasen Chemie - Ingenieur - Technik, Nr 3S 164- 171,1960.

15. Шевякин В.H. Исследование проблем автоматизации крупных пневмотранспортных комплексов. Депон., М.: ВЦНТИ, № Б 945754, 1990, -с.17.

16. Шевякин В.Н. Синхронизация процессов в пневмотранспортных и сопряженных вентиляционных системах горных предприятий // Технология и техника разработки железорудных месторождений КМА. ВГУ Воронеж. -1981.-114-117 с.

17. Малевич И.П. , Матвеев А.И. Пневматический транспорт сыпучих строительных материалов. М.:Стройиздат, 1979. 143 с.

18. Руководство по организации работ на складах цемента в строительстве. М.гСтройиздат, 1977. 64 с.

19. Пневмотранспортное оборудование: Справочник / М.П. Калинушкин, М.А.Коппель, В.С.Серяков. Под общ.ред.М.П.Калинушкина. -JI. Машиностроение. Ленингр.отд-ние, 1986. с.286.

20. Василенко В.П. и др. Опыт работы пневмотранспорта потоком высокой концентрации. Химия и технология топлива и масел. №6, 1962.-С.49-56.

21. Велыпор Г. Пневматический транспорт высокой конструкции перемещаемого материала. Изд. Колос, М., 1964.-е. 171.

22. Воробьева A.A.: Матвеев А.И., Носко Г.С., Шапунов М.М. Пневмотранспортные установки. Справочник, Л., Машиностроение, 1969.-с.287.

23. Власов П.А. Аэрационное транспортирование цемента в условиях строительства. Госстройиздат , 1954. -169 с.

24. Гастерштадт И.П. Пневматический транспорт. Л., 1927.

25. Дмитриев П.Н., Матвеев А.И. Расчет и исследование установок для пневматического транспортирования цемента ВНИИ СТРОЙДОРМАШ, Москва, 1965.- 112 с.

26. Резников В.Ю., Ривкин М.Б. Пневмотранспорт аппатитового концентрата с высокой концентрацией смеси по вертикальной трубе. -Л.:Труды ЛИВТА, вып.89, 1967. С.131-135.

27. Серяков B.C., Копель М.А. Исследование работы пневмовинтовых подъемников цемента. М.:Стройиздат, 1980, 400 с.

28. Успенский В.А., Кузнецов Ю.М. Струйные вакуумные насосы. М. Машиностроение, 1973 144 с.

29. Шапунов М.М., Коппель М.А. Пневматическое транспортирование сыпучих материалов .- Л.:ЛДНТП, 1982. -29 с.

30. Смолдырев А.Е., Тантлевский A.B. Пневматический транспорт штучных грузов . М.Машиностроение, 1979. 158 с.

31. Контейнерный трубопроводный пневмотранспорт / А.М.Александров, В.Е.Аглицкий, П.В.Кованов и др. М.Машиностроение, 1979. 263 с.

32. Положение о планово-предупредительном ремонте и эксплуатации оборудования предприятий промышленности сборного железобетона. М.: Стройиздат, 1979. 286 с.

33. Пневматические устройства и системы в машиностроении: Справочник / Е.В.Герц, А.И.Кудрявцев, О.В. Ложкин и др.; под ред. Е.В.Герца. М. Машиностроение, 1981. 408 с.

34. Дмитренко Л.П. Приборы контроля и регулирования уровня сыпучих материалов. М.:Энергия, 1978. - 96 с.

35. Зенков Р.Л., Ивашков И.И., Колобов Л.Н. Машины непрерывного транспорта. М.Машиностроение, 1987. -304 с.

36. Евневич A.B. Грузоподъемные и транспортирующие машины. М.: Машиностроение. 1977. 303 с.

37. Ильюшин A.A. Механика сплошной среды.—М.:Изд-во МГУ, 1978.287с.

38. Урьев Н.Б. Физико-жимические основы технологии дисперсных систем и материалов. -М.: Химия, 1988. -256 с.

39. Членов В.А., Михайлов Н.В. Свойства виброкипящего слоя //ИФЖ. 1985.-Т.9.№2.-С.79-82.

40. Кищенко A.A., Аудзе П.П. Определение оптимальных законов движения механизмов на ЭВМ, используя поиск с планированием эксперимента // Вопросы динамики и прочности. -Рига: Знание . 1980. Вып.37.- С.24-35.

41. Ливендел Э.Э. Синтез оптимальных вибромашин.- Рига: Зинатие, 1970. -252 с.

42. Голобурдин А.И., Донат Е.В. Пневмотранспорт в резиновой промышленности. М.:Химия. 1983. 160 с.

43. Костанди Ф.Ф. Склады миниральных удобрений. М.: Стройиздат, 1983. 184 с.

44. Волошин А.И., Пономарев Б.В. Одномерный двухфазный поток "газ-твердые частицы" в пневмотранспортной системе угольной шахты // Проблемы пневмотранспорта: Тез.докл.республик.науч.-техн.конф. Севастополь, 1989. -с.8-9.

45. Заборсин А.Ф., Васильева Т.К. Пневмотранспорт сахара в пищевой промышленности. М.:Пищевая промышленность, 1979. -279 с.

46. Житков A.B. Механизация на складах целлюлозно-бумажной промышленности. М.:Лесная промышленность, 1979. 264 с.

47. Механизация и автоматизация перемещения и складирования сыпучих и жидких материалов. -В кн.: Материалы краткосрочного семинара /Под ред. М.М.Шапунова. Л.ЛДНТП. 1983.- 83 с.

48. Клячко Л.С., Одельский Э.Х., Хрусталев Б.М. Пневматический транспорт сыпучих материалов. Минск, Наука и техника, 1983.-216 с.

49. Малевич И.П. Машины и оборудование для пневматического транспортирования цемента на заводах сборного железобетона. М.:ЦНИИТЭстроймаш, 1982. -44 с.

50. Положительное решение ФИПС на заявку №5815218 от 06.08.98.

51. Бидерман В.А. Теория механических колебаний: Учебник для вузов.-М.Высш.школа, 1980. 408 е., ил.

52. Бабаков И.М. Теория колебаний. М.:Наука, 1968. 560 е., ил.

53. Теория автоматического управления: Нелинейные системы управления при случайных воздействиях: Учебник для вузов / Нетушил A.B., Балтрушевич A.B., Бурляев В.В. и др.: Под ред. А.В.Нетушила. М.Высш.школа, 1983. -432.е., ил.

54. Ланда П.С. Нелинейные колебания и волны. М.:Наука. Физматлит, 19977.-496 с.

55. Светлицкий В.А. Случайные колебания механических систем.-М. Машиностроение, 1991. 320 е., ил.

56. Свешников A.A. Прикладные методы теории случайных функций. -М.:Наука, 1968. -464 е., ил.

57. Макаров Б.П. Нелинейные задачи статистической динамики машин и приборов. М.Машиностроение, 1983. - 264 е., ил.

58. Гусев A.C., Светлицкий В.А. Расчет конструкций при случайных воздействиях. М. Машиностроение, 1984. -240 с.

59. Combes J.M., Grossmann A., Tchamitchian Ph.,eds.Wavelets, Time-Freguency Methads and Phase Spase, Berlin: Springer, 1989.

60. Engelbrecht J., Tonias T. "On a model stationary nonlinear wave in an active midium", Proc.R.Soc.(London),1987, v.A411.

61. Болотин B.B. Случайные колебания упругих систем. М.:Наука, 1979. -336 с.

62. Макаров Б.П. Нелинейные задачи статистической динамики машин и приборов. М. Машиностроение, 1983. 262 с.

63. Мэнли Р. Анализ и обработка записей колебаний / Пер. с англ. М. Машиностроение, 1972. 368 с.

64. Дьяконов В.П., Абраменкова И.В. Mathcad 7.0 в математике, физике и Jnternet. М.:"Нолидж", 1998. - 352 е., ил.

65. Численые методы: Учеб.пособие для студентов физ.-мат.спец. пед.ин-тов / В.М.Заварыкин, В.Г. Житомирский, М.П.Лапчик. М.:Просвегцение, 1990. -1976 с, ил.

66. Харкевич A.A. Спектры и анализ. -М.:Наука, 1962. -236 с.

67. Математические основы теории автоматического регулирования /Иванов В.А., Медведев B.C., Чемоданов Б.К. и др.; под.ред. Б.К.Чемоданова. -М.:Высш.школа, 1977. -455 е., ил.

68. Математическая энциклопедия. М.:Советская энциклопедия, т.4, 1977. 1152 стб., ил.

69. Бендан Дж., Пирлос А. Применение корреляциооного и спектрального анализа: Пер. с англ. М.:Мир, 1983. - 312 е., ил.

70. Rombeg T.M. An Algorithm for the Multivatiate Spectral Analysis of Linear Systems, Journal of Sound and Vibration, 59, № 3, 395 (1978).

71. Papoulis A. Signal Analysis, Mcgraw Hill, New-York, 1977.

72. Lyon R.H. Statistikal Energy Analysis of Dynamical Systems, the MIT Press, Gambridge, Massachusetts, 1975.

73. MATHCAD 6.0 PLUS. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде WINDOWS 95. / Пер. с англ. М. ¡Информационно-издательский дом "Финилъ", 1996.-712 с.

74. Диментберг М.Ф. Нелинейные стахостические задачи механических колебаний.- М. Наука, 1980.

75. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация: Пер. с ангд.- М.:Мир, 1986. 318 е., ил.

76. Gago J.P. de S.R. A posteriori error analysis and adaptivity for the finite element methd.-Ph. Thesis, Univ.of Wales, 1982.

77. Huebner K.H., Thornton E.A. The finite element method for engineers.- 2 nd ed.-New Jork: Wiley, 1982.

78. Разин JI.A. Задачи теории упругости и численные методы их решения. СПб.: Изд-во СПб ГТУ, 1998. 532 с.

79. Стренг Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов. М.:. 1977.

80. Kikuchi N. Finite Element Methods in Mechanics. Gambridge University Press, 1986.

81. Корнеев В.Г. Схемы метода конечных элементов высоких порядков точности. Л., 1977.

82. Джрсон, Норман, Лион, Фред. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке: Методы планирования эксперимента / Перед с англ.под ред Э.К.Лецкого, Е.В.Марковой М.:Мир, 1981.-516 е., ил.;22 см.

83. Красовский Г.И., Филаретов Г.Ф. Планирование эксперимента. Минск: Изд-во БГУ, 1982.-302 е., ил.; 20 см.

84. Бримкулов У.Н. и др. Планирование экспериментов при исследовании случайных полей и процессов / У.Н.Бримкулов, Г.К. Круг, В.Л.Савонов;122

85. Отв.ред. В.Г.Горский; АН СССР, Научн. совет по комплекс. Пробл. «Кибернетика».- М.: Наука, 1986. -152 с ,ил.;

86. Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях.-2-е изд., перераб. и доп. М.: Финансы и статистика. 1981. - 263 е., ил.; 21 см.

87. Корн Г. Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Определения, теоремы, формулы. Под общ.ред. И.Г.Арамановича. М.: Наука, Гл.ред.физ.-мат. лит., 1973. -832 с.

88. Вентцель Е.С., Овчаров Л. А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. -М.:Наука, Гл.ред. физ.-мат.лит., 199 384 с.

89. Шевякин В.Н., Дроздов В.И., Карачевцева Л.В. Оптимизация параметров рычажного сигнализатора уровня // Вибрационные машины и технологии: Сборник докладов IV Международной научно-технической конференции. Курск, 1999. - с.300-306.

90. Алабужев П.М. Теория подобия и размерностей. Моделирование. -М. :Высш.школа, 1968. 273 с.

91. Основы теории подобия, размерности, моделирования. П.М.Алабужев, М.Ш.Кирнарский, О.В.Летуновская и др. Курский политехнический институт, 1988.-84 с.

92. Карачевцева Л.В., Дроздов В.И. К вопросу оптимального расположения маятников сигнализатора уровня. Деп. в ВИНИТИ № 3257-В99,03.11.99-5с. 1999.123