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斗式提升机内物料滑动 卸出时料斗相位角的确定

点击数:8时间:2015-09-22 10:39:17 来源:百盛机械

摘要:斗式提升机简称斗提机,它是一种在垂直或接近垂直方向上向上提升粉状、粒状或小块状物料的连续输送机械。在粮油食品工业、化工、矿山、制药等行业都得到了广泛应用。

1 概述

斗式提升机简称斗提机,它是一种在垂直或接近垂直方向上向上提升粉状、粒状或小块状物料的连续输送机械。在粮油食品工业、化工、矿山、制药等行业都得到了广泛应用。

斗式提升机主要由机座(包括进料斗、底轮和张紧装置),机筒(包括牵引构件和承载构件即料斗)和机头(包括传动机构、头轮、止逆装置、机头罩壳等)三大部分组成。斗提机工作时,料斗随牵引构件进人底座,被装满物料;然后料斗随牵引构件向上运行,料斗及料斗内物料得到提升;料斗继续向上运行,绕上头轮,开始作圆周运动,斗内物料受力状态发生变化。当料斗继续向上运行,绕上头轮时,斗内物料处于受力平衡状态,无相对运动。当料斗绕头轮转过一定角度时,物料受力平衡状态受到破坏,斗内表层物料相对于下层物料发生相对滑动,当滑动到料斗边缘时即被卸出。料斗继续绕头轮回转,斗内物料逐层发生相对滑动并逐渐卸出。

要彻底了解卸料过程,就必须首先确定卸料过程的起点,即确定当料斗转到什么位置料斗内的物料开始滑动。此位置即为斗内物料颗粒开始滑动时料斗的相位角。该相位角决定了料斗内物料卸出时的抛料曲线起点、抛料曲线形状,最终决定了斗内物料能否"卸净",直接影响到斗提机工作性能,同时还影响到斗提机机斗罩壳的形状、尺寸。必须准确确定该相位角。

本文通过分析斗内任一物料颗粒的受力状态,确定受力平衡临界状态,借助于计算机,精确确定斗内任一物粒颗粒开始滑动时料斗的相位角,为理论分析、产品设计提供理论基础。

2 卸料过程中料斗内物料运动状态描述

2.1 卸料过程

当料斗经过提升绕上头轮后,开始作匀速圆周运动,此时料斗内物料的受力状态发生变化,到一定程度后其运动状态也随之相应变化,料斗刚绕上头轮时,物料颗粒与料斗保持相对静止,当料斗转过一定角度后斗内物料颗粒产生相对运动,逐渐向料斗边缘滑动,直至越过边缘脱离料斗,进人机头罩壳上的卸料管,该过程即为斗式提升机的卸料过程。

2.2 卸料时物料的受力状态

取料斗内物料表面的物料颗粒为研究对象,分析物料受力状态。当料斗在直线区段作匀速直线运动上升时,斗内物料表面上的物料颗料M受到重力G=mg,下层支反力N,下层物料摩擦力F=fN的作用,处于相对静止状态。

当料斗刚刚绕上头轮、开始绕头轮中心作匀速回转运动时,料斗内物料仍处于相对静止状态,料斗内物料表面上的颗粒M除受上述G、N、F三个作用力外,还受到离心惯性力Pe=mω2RM作用。

如图所示,设M(XM,YM)是料斗内任意一点处的物料颗粒,该颗粒所受重力G和离心力Pe的合力T的作用线的反向延长线与头轮垂直中心线的交点为P,该点称极点,极点P到头轮回转中心的距离称为极距h。

物料颗粒受力分析

图1 物料颗粒受力分析

由图中两个有阴影的三角形相似可得:

QQ图片20150922104232.png

可见h之值仅与头轮转速n有关,而与料斗相位及物料颗粒位置无关。当头轮转速n一定时,h值为定值,极点P为定点。随着转速n的增大,极距h将减小,离心力与重力的比值就增大;反之,重力与离心力的比值将增大。

由于极距大小可确定物料所受离心力和重力的比值,故可根据极距h的大小判断一台斗式提升机的卸料方式。

当h≤(Ra(头轮半径),即极点P位于头轮的圆周以内时,离心力远远大于重力,料斗内的物料颗粒向料斗外边缘移动并从外缘点A处卸出,这种卸料方式称为离心式卸料。

当h>RA(料斗外缘点A所在圆半径),即极点P位于料斗外缘点八的轨迹圆以外时,重力大于离心力,料斗内的物料颗粒向料斗边缘移动并从内缘点B处卸出。这种卸料方式称为重力式卸载。

当Rb<h<Ra,即极点P位于头轮圆周与料斗外缘圆周之间环形区域时,料斗内的物料分成二部分,分别按离心式和重力式卸料,物料从料斗内整个物料表面倾卸出来,这种卸料方式称为混合式卸载。

3 斗式提升机斗内物料开始相对滑动时的料斗相位角φh的确定

斗式提升机卸料方式不同,物料从料斗内卸出的速度矢量(速度大小和方向)不同,物料从料斗卸出后的运动轨迹也就不同。为了保证斗提机卸料时能够卸得干净,无物料反洒,同时也为了合理确定斗式提升机机头罩壳的结构和尺寸,必须合理确定物料从料斗卸出时的速度矢量。而物料何时何处(指料斗相位角)从料斗卸出,取决于料斗内物料开始发生相对滑动时的料斗相位角。

下面以离心卸料为例,分析确定斗内物料开始相对滑动时的料斗相位角。

如图1所示,设M(XM,是斗内任一物料颗粒。连接AM,则MA所在平面即为M点颗粒离心式卸料的滑移平面。

由于斗内物料是自上而下逐层发生相对滑动而逐层卸出的,对料斗内任一物料颗粒M(XM,YM),只有当其处于物料外表面(或靠近外表面时)才能发生相对滑动,才能被卸出。

分析颗粒M(XM,YM)的受力时,认为颗粒M开始相对滑动时位于物料外表层或很靠近外表层,不受(或受力很小,忽略不计)上层物料的作用力(包括正压力和摩擦力),且位于同一滑移面上的前后物料无相互作用。根据动静法,当物料颖粒处于相对静止状态时,物料颗粒M受力情况如下:

(1)颗粒重力G=mg[N〕;

(2)离心惯性力Pc=mω2RM[N]

(3)下层物料与反力N〔N〕

(4)下层物料摩擦力F=fN(f为物料颗粒M与滑移平面间的摩擦系数,f=tgρ,ρ为物料内摩擦角)

由质点的达朗伯原理

G十Pe十N十F=0      (1)

以颖粒M所在滑移平面为X轴、法向反力方向为Y轴,建立坐标系,将矢量式(l)分别向X一Y坐标系投影,可得下列受力平衡方程式:

1442890300426186.png

当物料颗粒处于将要滑动但尚未滑动的临界状态时,F=fN,式(6)取等号。在式(6)中,令:

QQ图片20150922104317.png

则式(6)化为:mFx≤0

将a1=a0+φ1,,a2=a0+φ,f=tgρ代人式(7),整理得:

QQ图片20150922104333.png

上式中,对取定的任一颗粒M(XM,YM),a0,φ1,ρ,ω,Rm,g均为常数,仅有料斗外缘点A的相位角甲为变量,我们总可以求得一个适宜的φ=φh,使得滑移平面上向外的切向力分量Fx=0,此时物料颗粒处于受力平衡的临界状态,颗粒仍保持相对静止状态。当料斗继续回转,料斗相位角φ>φh时,物料颗粒受力平衡状态即被破坏,即开始相对滑动。我们把叭称为颗粒M开始相对滑动时的料斗相位角。

较好的办法是采用计算机高级语言编程,确定任一选定的物料颗粒M(XM,YM)开始相对滑动时的料斗相位角φh

4 实例

如图1所示,头轮直径D=60Omm,料斗提升时线速度V=2.5米/秒,采用DS230X125型料斗,其尺寸C=125mm,y=420,h=150mm,hl=75mm,r1=40mm,输送小麦,物料内摩擦角ρ=33°,物料对斗壁摩擦角ρW=22°,求料斗中M点(斗内任一物料颗粒)开始相对滑动时的料斗相位角。

解答:用QB八SIC编程(框图及程序从略),取M点坐标X=一354,Y=一42,可得该点物料开始相对滑动时的料斗相位角φh=60°。

5 结论

5.1通过受力分析,借助于计算机,解决手工难以解决的计算过程,运算速度快,数据准确。

5.2既然料斗内任一物料颗粒M开始相对滑动时的料斗相位角可以确定,料斗内的任何特殊点处的物料颗粒开始滑动的料斗相位角均可j顶利确定。

①假设料斗刚绕上头轮时物料处表面为AE,则该表面上A点的颗粒(X,Y)开始相对滑动时的料斗相位角即为料斗开始卸料的初始卸料角甲。。

②斗底部F点处的物料颗粒F(XF,YF)开始相对滑动时的料斗相位角即为料斗的理论卸空点φL

③料斗的初始卸料点和理论卸空点决定了料斗卸料的起始范围,适当控制甲。和的,即可控制卸料过程,保证良好的卸料效果。

④对离心式卸料,当φ0≥30°,φL<135°时料斗卸料状态好,无回流物料。

5.3可采用类似办法求解重力式卸料时的相应料斗相位角。

5.4利用该方法,可适当调整头轮半径、转速,料斗尺寸,保证卸料状态好,无回流,有效地指导工程实际。在进行技术转让时,证明该方法十分有效。

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