badanie transportu wstrzasowego

BADANIE ZJAWISK PRZEMIESZCZANIA WSTRZĄSOWEGO
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie kinematyki i dynamiki ruchu w procesie przemieszczania wstrząsowego oraz wyznaczenie charakterystyki użytkowej przenośnika wstrząsowego.
2. Podstawy teoretyczne
Przenośniki wstrząsowe mają zastosowanie do transportu materiałów sypkich, drobno i średnioziarnistych w płaszczyźnie poziomej i lekko pochyłej.
W działaniu tych przenośników wykorzystano zjawisko bezwładności. Rynna; element nośny
takiego przenośnika wykonuje drgania harmoniczne w kierunku nachylonym pod określonym kątem
do jej powierzchni i o symetrycznej zmianie prędkości i przyspieszeń. Wyróżnia się dwa rodzaje
przenośników wstrząsowych:
- bez podrzutu (przenośniki bezwładnościowe),
- z podrzutem materiału (przenośniki wibracyjne).
Różnica między nimi jest uwarunkowana parametrami ruchu powierzchni nośnej i wynikającym
z nich charakteru przemieszczenia transportowanego materiału. Wielkością charakteryzującą ruch
przenośnika jest współczynnik Γ stanowiący stosunek składowej maksymalnego przyspieszenia powierzchni nośnej i składowej przyspieszenia ziemskiego skierowanego prostopadle do drgającej powierzchni (rys. 14.1).
rω 2 sinβ
Γ = g ⋅ cosα
(14.1)
gdzie:
r - amplituda drgań powierzchni nośnej
ω - częstotliwość drgań
β - kąt nachylenia kierunku drgań
α - kąt nachylenia przenośnika
g - przyspieszenie powierzchni nośnej (koryta)
Przenośniki wstrząsowe dla których Γ<1 zaliczane są do prze-nośników bez podrzutu, w których materiał przemieszcza się ruchem ślizgowym po powierzchni nośnej.
1
Rys. 14.1. Schemat przyspieszeń działających na cząstkę materiału w przenośniku wstrząsowym
pochylonym
Przenośniki dla których Γ>1 przemieszczają materiał z podrzutem i wtedy składowa normalna
maksymalnej wartości przyspieszenia koryta jest większa od przyspieszenia ziemskiego. Wskutek
tego transportowany materiał odrywa się od powierzchni nośnej i przez cały okres lub jego część
przebywa drogę w powietrzu przemieszczając się skokami. Przemieszczanie materiałów z podrzutem
wpływa na zmniejszenie oporów tarcia, a tym samym na ograniczenie zużycia powierzchni nośnej
przenośnika oraz zwiększenie prędkości przemieszczania materiału.
W skład każdego przenośnika wstrząsowego wchodzą: element nośny (otwarta rynna lub rura);
mechanizm wzbudzający ruch drgający oraz rama (rys. 14.2).
Analiza pracy przenośnika wstrząsowego
Analizując zachowanie się cząstki materiału znajdującej się na powierzchni rynny wykonującej
drgania harmoniczne, zauważyć można, że przy małej częstotliwości drgań składowa pozioma siły
bezwładności jest mniejsza od siły tarcia wskutek czego materiał porusza się razem z rynną bez dodatkowego przemieszczenia. Z chwilą gdy częstotliwość drgań przekroczy wartość graniczną przy
której składowa pozioma siły bezwładności jest równa sile tarcia, cząstka zacznie przesuwać się po
rynnie.
2
Rys. 14.2. Schemat przenośnika wstrząsowego: 1 - koryto, 2 - sprężyny, 3 - wzbudnik drgań, 4 rama
Siły oddziaływujące na cząstkę materiału w chwili rozpoczęcia przez nią ruchu przedstawia
rys. 14.3. Po przekroczeniu wartości granicznej cząstka zacznie się przemieszczać po powierzchni
rynny przez część jednego okresu odpowiadającego ruchowi rynny. W miarę wzrostu częstotliwości
wymuszeń, czas ruchu przemieszczanej cząstki będzie się wydłużał.
Po osiągnięciu określonej wartości prędkości kątowej ω cząstka zacznie się przesuwać po rynnie
również przy powrotnym ruchu rynny. W miarę dalszego zwiększania częstotliwości drgań prędkość
kątowa osiągnie taką wartość, przy której składowa pionowa przyspieszenia rynny będzie równa
przyspieszeniu ziemskiemu. Nastąpi wówczas odrywanie cząstki materiału od powierzchni rynny i jej
podrzut do góry (rys. 14.4).
Rys. 14.3. Siły działające na cząstkę w chwili rozpoczęcia ruchu
3
Rys. 14.4. Siły działające na cząstkę w chwili całkowitej utrat kontaktu z rynną
Oderwanie materiału nastąpi, gdy zostanie spełniony warunek:
g
ω ≥ rsinβ
(14.2)
gdzie:
r - amplituda drgań powierzchni nośnej,
β - kąt nachylenia kierunku wymuszeń drgań.
Aby zapewnić ciągły ruch cząstki do przodu, również przy ruchu powrotnym rynny, powinien
być spełniony warunek:
μo ⋅ g
g
<ϖ 2 <
r (cosβ − μ o sinβ )
rsinβ
(14.3)
Częstotliwość drgań przenośników wstrząsowych bez podrzutu nie przekracza 6,5 Hz, a amplitudę dobiera się w zakresie r = 10-20 mm. Badania wykazały, że zwiększenie amplitudy drgań pozwoliło uzyskać większy wzrost prędkości materiału, a tym samym i wydajności, niż zwiększenie
częstotliwości drgań.
Przy transporcie materiałów drobnoziarnistych i pylistych należy dobierać możliwie duże amplitudy, a przy transporcie materiałów kawałkowych stosuje się mniejsze wartości amplitud. Wyniki
badań prędkości przemieszczania się ziaren pszenicy w funkcji szerokości rynny i amplitudy drgań
przedstawia rys. 14.5.
Elementem napędowym każdego przenośnika wstrząsowego jest wzbudnik drgań. Rodzaje stosowanych wzbudników oraz sposób ich połączenia z elementem nośnym przenośnika przedstawia
rys. 14.6.
4
Rys. 14.5. Zależność prędkości przemieszczania się ziaren pszenicy od szerokości rynny i amplitudy
drgań
5
Rys. 14.6. Schematy wzbudników drgań stosowanych do napędu przenośników wstrząsowych: a,
b) wzbudniki bezwładnościowe, c,d) wzbudniki korbowe, e) wzbudnik elektromagnetyczny, f) wzbudnik hydrauliczny
3. Schemat stanowiska laboratoryjnego
Schemat stanowiska do badania parametrów użytkowych przenośnika wstrząsowego przedstawia rys. 14.7.
6
Rys. 14.7. Schemat stanowiska pomiarowego
Rynna 1 połączona jest za pomocą wahaczy 2 z ramą 3. Siłownik 4 hydraulicznego wzbudnika
drgań zamocowany jest jednym końcem do ramy 3, a drugim do pary wahaczy. Połączenie z ramą
jak i z wahaczami są typu przegubowego.
Siłownik sterowany jest obrotowym zaworem rozdzielczym 5. Konstrukcja przenośnika zapewnia możliwość zmiany kąta pochylenia rynny przez zmianę mocowania na wahaczach. Zmienną amplitudy uzyskuje się przez zmianę skoku tłoka siłownika 4, a zmianę częstotliwości przez zmianę
prędkości obrotowej elementu sterującego, w zaworze obrotowym. Zmianę kierunku wymuszeń
drgań uzyskuje się przez zmianę miejsca mocowania siłownika z wahaczem. Na stanowisku zamontowane są mierniki: amplitudy, częstotliwości, prędkości przemieszczenia masy.
4. Przebieg ćwiczenia
W celu wyznaczenia charakterystyki użytkowej przenośnika należy wyznaczyć zależność pomiędzy amplitudą, częstotliwością wymuszeń, kątem pochylenia rynny i kierunkiem wymuszeń amplitudy, a prędkością przemieszczenia masy (wydajnością przenośnika).
υ = υ (A, ω, α, β)
Kolejność realizacji ćwiczenia:
a) zapoznać się z instrukcją obsługi,
b) uruchomić stanowisko i wykonać wstępne próby zmiany parametrów sterujących (A, ω, α, β),
c) wyznaczyć prędkość graniczną ω,
d) realizować kolejne próby zmieniając parametry,
e) wyniki pomiarów zamieścić w tabeli 14.1.
5. Analiza pomiarów i wnioski
7
Odczytane z mierników wartości badanych parametrów zamieścić w tabeli 14.1. Na podstawie
otrzymanych zależności sporządzić wykresy (charakterystyki).
Tabela 14.1. Tabela pomiarowa
Kolejny
β
A
α
pomiar
rad
rad
β1
α1
β2
α1
β3
α2
mm
ω
υ
Q
1/s
m/s
kg/s
UWAG
I
β - kąt wymuszeń siły
α - kąt pochylenia rynny
A - amplituda
ω - częstotliwość
υ - prędkość przemieszczenia masy
Q - wydajność
6. Literatura
[14.1] Dmitrewski J.: Teoria i konstrukcja maszyn rolniczych. Tom 3. PWRiL. Warszawa 1978
[14.2] Orłowski R.: Optymalizacja parametrów przenośników wibracyjnych przeznaczonych do
przenoszenia ziarna zbóż. Praca doktorska. Warszawa 1968
8