Inžinerinių technologijų projektavimas

Transcript

1 0 7

2 ALEKSANDRO STULGINSKIO UNIVERSITETAS Žemės ūkio inžinerijos fakultetas Šilumos ir biotechnologijų inžinerijos katedra Henrikas Novošinskas Inžinerinių technologijų projektavimas Mokomoji knyga AKADEMIJA 01 1

3 UDK 69.1: Henrikas Novošinskas Inžinerinių technologijų projektavimas Mokomoji knyga Recenzavo: doc. dr. Egidijus Zvicevičius, Šilumos ir biotechnologijų inžinerijos katedra, dr. Aurelija Paulauskienė, Sodininkystės ir daržininkystės katedra. Aprobuota: Šilumos ir biotechnologijų inžinerijos katedroje, , protokolo Nr. 11/1-18. Agronomijos fakulteto metodinėje komisijoje, , protokolo Nr. 0(90), Universiteto metodinėje komisijoje, , protokolo Nr. 54. Kalbą redagavo Vita Siaurodinienė Maketavo Aldona Bagdonienė Viršelio dizainas Danguolė Raudonienė Henrikas Novošinskas, 01 Aleksandro Stulginskio universitetas, 01 ISBN

4 Turinys Įvadas Maisto žaliavų laikymo ir perdirbimo mašinų ir įrengimų veikimo bendrieji dėsningumai Masės, energijos ir impulso tvermės dėsniai Sistemos pusiausvyros sąlygos Procesų optimizavimas Inžinerinių technologijų fizinis modeliavimas Panašumo teorija Matematinis modeliavimas... 0 Kontroliniai klausimai ir kontrolinės užduotys Mechaninių procesų projektavimo pagrindai Smulkinimas Smulkinimo rodikliai Medžiagos smulkinimo būdai Teoriniai smulkinimo pagrindai Valcų projektavimo pagrindai Valcai Valcų skersmens nustatymas Valcų našumas Krovinių transportavimo pagrindai Transportuojamų krovinių charakteristikos Transporterių našumas Transporterio galia Juostinių transporterių projektavimas Grandiklinių transporterių projektavimas

5 ..6. Kaušinių elevatorių projektavimo pagrindai Sraigtinių transporterių projektavimas Pneumatinių transporterių projektavimas Kontroliniai klausimai ir kontrolinės užduotys Šiluminių procesų projektavimas Šiluminių procesų teoriniai pradmenys Šilumos laidumas Konvekciniai šilumos mainai Šilumos mainai spinduliavimu Sudėtiniai šilumos mainai Šilumokaičiai ir jų klasifikacija Šilumokaičių technologinis projektavimas Kontroliniai klausimai ir kontrolinės užduotys Literatūra

6 Įvadas Maisto produktų gamyboje naudojami našūs ir energijai imlūs įrengimai. Jų projektuoti ir tobulinti neįmanoma gerai nežinant įrengimuose veikiančių procesų. Visi technologiniai procesai, vykstantys maisto produktų gamyboje, skirstomi į, hidromechaninius, mechaninius, šiluminius, difuzinius (masės mainų) ir cheminius. Hidromechaniniai procesai vyksta technologinėse operacijose, kurių metu transportuojami skysčiai, dujos arba suspensijos ar maišomos šios terpės. Tokių technologinių procesų greitis nusakomas hidrodinamikos dėsniais. Mechaniniai procesai vyksta sąveikaujant medžiagos struktūroms, kur molekulinės sąveikos jėgos tarp medžiagos dalelių išlaiko medžiagos formą, jei medžiagos neveikia jėgos sukeliančios vidinius įtempimus, didesnius nei medžiagos stiprumo riba. Sąlyginai technikoje tokios medžiagos vadinamos kietosiomis medžiagomis. Maisto produktų gamyboje kietosios medžiagos smulkinamos, dalijamos į atskiras frakcijas, transportuojamos ir maišomos. Šiluminiai procesai vyksta kūnus šildant ir aušinant. Maisto produktų gamyboje termiškai veikiamos skystos, dujinės arba kietosios terpės arba jų mišiniai. Šilumos mainų procesai vyksta pernešant šilumą kondukciniu, konvekciniu arba radiaciniu būdais. Šilumos mainų greitis nusakomas šilumos pernašos dėsniais. Šiluminiai procesai vyksta produktų šildymo, aušinimo, džiovinimo, laikymo metu. Difuziniai (masės mainų) procesai vyksta maisto produktų džiovinimo ir laikymo technologijose. Masės mainų greitis paprastai nusakomas masės pernašos iš vienos fazės į kitą per jas skiriančius paviršius dėsniais. Cheminių procesų vyksmas paklūsta cheminės kinetikos dėsniams. Tai procesai, kurių metu vyksta cheminė reakcija. Inžinerinių technologijų projektavimo kurse šie procesai beveik nenagrinėjami. 5

7 Šiluminių ir masės mainų procesų veikimas dažniausiai yra susijęs tarpusavyje ir su hidromechaniniais bei mechaniniais procesais. Visi technologiniai procesai skirstomi į nuostoviuosius (stacionarinius) ir dinaminius. Dinaminiuose procesuose procesus apibūdinantys veiksniai (slėgis, šilumos srautas, jėga, energijos kiekis, temperatūra, drėgnis, tankis ir kiti) kinta skirtingais laiko tarpsniais. Dinaminio proceso pavyzdžiai kieto kūno įkaitimas, grūdų džiovinimas aktyviosios ventiliacijos aruode, juostinio transporterio paleidimas, arba stabdymas, birių medžiagų maišyklės paleidimas ir kiti. Nuostuoviuosiose procesuose veiksniai, apibūdinantys procesą, nekinta pakankamai ilgą laiką, pavyzdžiui, pastovios masės įrenginio, dirbančio ceche, slėgis į cecho grindis, pastoviu greičiu dirbančio transporterio galia, sukimo momentas, šilumos srautas per sienelę esant pastoviom sienelės vidaus ir lauko temperatūroms ir kiti. Projektuojant maisto žaliavų perdirbimo ir laikymo inžinerinius technologinius įrengimus, kurių veikimas paremtas gamtos dėsniais, apskaičiuojami įrenginių pagrindiniai technologiniai parametrai: našumas, galia, energijos ir medžiagų sąnaudos, nustatomi mašinos ir jos sudedamųjų dalių matmenys, parengiamos schemos ir brėžiniai. Mokomoji knyga apima tik pačius paprasčiausius technologinius procesus, naudojamus maisto žaliavų perdirbimo ir laikymo technologijose. Knyga skirta Agronomijos fakulteto Maisto žaliavų kokybės ir saugos studijų programų studentams, studijuojantiems Inžinerinių technologijų projektavimo kursą. Todėl, pateikdamas medžiagą, autorius stengėsi išvengti sudėtingesnių matematinių skaičiavimų, dėl to kai kurie dalykai knygoje išdėstyti supaprastintai, pagrindinį dėmesį skiriant ne formuluočių tikslumui, o proceso esmei paaiškinti. Autorius dėkoja recenzentams už vertingas pastabas, pagerinusias mokomosios knygos kokybę. 6

8 1. Maisto žaliavų laikymo ir perdirbimo mašinų ir įrengimų veikimo bendrieji dėsningumai Projektuodamas maisto žaliavų perdirbimo ir laikymo įrengimus, technologas sprendžia šiuos uždavinius: 1. Nustato technologinio proceso galutinio produkto kiekį, žinant sunaudojamos žaliavos kiekį. Pavyzdžiui, laikant sultinguosius žemės ūkio produktus, svarbu žinoti, kiek produkcijos liks iškraunant produktus iš sandėlio. Gaminant bulvių traškučius reikia žinoti jų išeigą. Dažnai sprendžiamas atvirkščias uždavinys žinant reikiamą galutinio produkto kiekį arba srautą, nustatomas žaliavos poreikis;. Apskaičiuoja energijos sąnaudas; 3. Nustato optimalias technologinio proceso darbo sąlygas; 4. Apskaičiuoja technologinių įrengimų darbo parametrus: matmenis, darbinius plotus, tūrius, fluido judėjimo greičius ir kitus. Šie uždaviniai sprendžiami remiantis šiais dėsniais ir principais: 1. Masės, energijos ir impulso tvermės dėsniai. Jais remiantis apskaičiuojamos žaliavų, elektros energijos, šilumos sąnaudos;. Termodinaminės pusiausvyros dėsniai. Termodinamine pusiausvyra laikoma tokią sistemos būsena, kuri neveikiant išoriniams poveikiams (nėra grynojo medžiagos ar energijos srauto) nekinta. Esant termodinaminei pusiausvyrai, sistemos makroskopiniai veiksniai ( temperatūra, slėgis, entropija) išlieka pastovūs pakankamai ilgą laiką. Termodinaminė pusiausvyra apima terminę (šiluma, temperatūra), radiacinę (spindulinę), mechaninę (darbas, slėgis) ir cheminę pusiausvyrą. Pusiausvyra pasiekiama esant tam tikroms sąlygoms. Jas žinant galima nustatyti masės ir energijos mainų (pernašos) kryptį, sklidimo intensyvumą, apskaičiuoti procesą veikiančią jėgą. 3. Šilumos ir masės mainų (pernašos) dėsniai. Žinant apie projektuojamame įrenginyje vykstančius šilumos ir masės mainus, galima nustatyti ir optimizuoti projektuojamų įrengimų medžiagas ir gabaritus. 7

9 4. Procesų optimizavimo principas. Žinant projektuojamoje inžinerinėje sistemoje vykstančius pagrindinius dėsningumus, galima optimizuoti technologinį procesą. 5. Modeliavimo principas. Modeliavimu galima suformuluoti inžinerinės sistemos valdymo ir optimizavimo metodus pagal tos sistemos modelio elgseną Masės, energijos ir impulso tvermės dėsniai Masės tvermės dėsnis suprantamas kaip viena iš materijos tvermės dėsnio formuluočių. Pirmasis šį dėsnį išaiškino senovės Graikijos filosofas Empedoklis penktame amžiuje prieš mūsų erą. Tai fizikos dėsnis, pagal kurį masė, kaip medžiagos kiekio matas išsaugojama visuose gamtiniuose procesuose, t. y. medžiagos masė nesukuriama ir nesunaikinama. Šiuolaikinis mokslas yra nustatęs keletą išimčių, kur šis dėsnis negalioja, pavyzdžiui, esant radioaktyviam medžiagų skilimui, medžiagos masė mažėja. Šiuolaikinėje fizikoje masės tvermės dėsnis yra dalinis energijos tvermės dėsnio atvejis. Jis veikia tik konservatyviosiose fizikinėse sistemose, kai nėra energijos mainų su išorine aplinka. Masės tvermės dėsnis teigia, kad uždaroje sistemoje kintant kiekvieno komponento masei jos bendras kiekis išlieka pastovus. Remiantis masės tvermės dėsniu sudaroma medžiagų balanso lygtis. Tarkim, technologiniame procese dalyvauja i žaliavos komponentų. Kiekvieno technologinio komponento masė m 1i. Technologinio proceso metu iš technologinės įrangos pašalinta j komponentų, kurių kiekvieno masė m j. Iš įrangos pašalinami elementai : pagamintas gaminys, gamybos atliekos, produkcijos ir žaliavos nuostoliai, patiriami gamybos procese. Tuomet и i1 й m1 i m j, (1.1) й1 čia m 1i gamybos procese sunaudojamos žaliavos i tojo komponento masė; m j pagaminto produkto, j tojo komponento masė; i žaliavos komponentų skaičius; j pagaminto produkto, gamybos atliekų, nuostolių komponentų skaičius.

10 Medžiagos masė periodiniuose procesuose skaičiuojama gamybos ciklui kg, nenutrūkstanuose laiko vienetui (kg/s, kg/h). Turėdami medžiagos balansą galima apskaičiuoti inžinerinio įrenginio našumą, medžiagų sunaudojimą, žaliavų nuostolius, šalutinius gamybos produktus. Medžiagų balanso lygtis sudaroma atskiram inžineriniam įrenginiui, technologinei linijai, cechui, gamyklai. Žinant įrenginio medžiagų balanso lygtį galima apskaičiuoti technologinio proceso išeigą, t. y. gamybos proceso metu gauto naudingo produkto ir sunaudotų žaliavų kiekių santykį %: m 100, (1.) m1 i čia m gauta naudingo produkto masė (srautas) kg (kg/s); η gamybos proceso išeiga %. Kitas svarbus gamybinį procesą įvertinantis rodiklis proceso intensyvumas. Tai proceso našumas, tenkantis mašinos ploto arba tūrio (masės) vienetui. Didėjant proceso intensyvumui, mažėja gamybinis plotas arba tūris, gamybos savikaina ir kapitaliniai įdėjimai, gerėja darbo našumas. Pagal energijos tvermės dėsnį, energijos kiekis arba srautas izoliuotoje fizikinėje sistemoje išlieka pastovus, tačiau energijos formos gali kisti. Vadinasi, kad energija iš niekur neatsiranda ir niekur neišnyksta, o vienos rūšies energija gali virsti arba būti pakeista į kitos rūšies energiją. Termodinaminės sistemos vidinės energijos pokytis ΔU, atsiradęs keičiantis sistemos būsenai, lygus išorinių jėgų atliekamo darbo A ir sistemai suteikto šilumos kiekio Q sumai: ΔU = Q + A. (1.3) Termodinaminei sistemai perduotas šilumos kiekis naudojamas jos vidinei energijai pakeisti ir sistemos darbui atlikti įveikiant išorines jėgas: Q = ΔU + A. (1.4) Remiantis energijos tvermės dėsniu, projektuojant inžinerines sistemas, sudaroma mašinos ar proceso energijos balanso lygtis: Q Q Q Q, (1.5) 1 0 čia Q 1 į mašiną patenkantis šilumos srautas J/s; n 9

11 Q 0 darbo metu išsiskiriantis šilumos srautas J/s; Q iš mašinos pašalinamas šilumos srautas J/s; Q n šilumos nuostoliai J/s. Į mašiną ar įrenginį šiluma patenka per mašinos atitvaras, su kuru, medžiagomis arba žaliavomis, kurios perdirbamos technologinio proceso metu. Darbui reikalinga šiluma Q 0 gali būti tiekiama į mašiną arba pagaminta mašinoje deginant kurą, ar kitais būdais. Iš mašinos pašalinamas šilumos srautas su degimo gamybos produktais, atliekomis. Šilumos nuostoliai prarandami per atitvaras, nutekėjimus ir kitur. Energijos balanso lygtis dažniausiai sudaroma siekiant nustatyti trūkstamą energijos kiekį ir parinkti šildymo prietaisų pajėgumus. Impulso tvermės dėsnis gaunamas iš pirmojo termodinamikos dėsnio, išreikšto apibrėžtam kontroliniam tūriui. Apibrėžtame tūryje impulsas, išreikštas masės ir judėjimo greičio vektoriaus sandauga, lieka pastovus Sistemos pusiausvyros sąlygos Dažniausiai technologinio projektavimo objektų sistema, yra uždara, vykdanti šilumos ir masės mainus su aplinka per medžiagas ir pertvaras arba perdirbamos medžiagos fazinius pokyčius. Tokia sistemos būsena, kuri nekinta, yra vadinama pusiausvyra. Dažniausiai technologiniai procesai vyksta sąveikaujant fazėms. Skiriama termodinaminė, mechaninė ir cheminė pusiausvyra. Termodinaminėje pusiausvyroje, sistemos makroskopiniai veiksniai (temperatūra, entropija) išlieka pastovūs pakankamai ilgą laiką. Mechaninės pusiausvyros metu slėgis abiejose fazes skiriančios pertvaros pusėse išlieka pastovus. Cheminės pusiausvyros atveju skirtingose perdirbamos medžiagos fazėse cheminis potencialas nesikeičia. Pusiausvyra pasiekiama esant tam tikroms sąlygoms. Jas žinant galima nustatyti masės ir energijos mainų (pernašos) kryptį, sklidimo intensyvumą, apskaičiuoti procesą veikiančią jėgą. Termodinaminės pusiausvyros sąlygos nustatomos matuojant sąveikaujančių mašinos vietų temperatūrą. Medžiagos srautų pusiausvyra, atsirandanti tarp sąveikaujančių medžiagos fazių, nustatoma matuojant atskirių fazių slėgius. Dažniausiai esant pusiausvyrai tarp fazių nusistovi paslankioji pusiausvyra. Jai būdinga tai, kad per fiksuotą laikotarpį iš pirmos fazės į antrąją pereina tiek medžiagos ar šilumos, kiek iš antro-

12 sios į pirmąją. Taigi pusiausvyros metu nėra vyraujančios pokyčio (medžiagos, šilumos) krypties. Pusiausvyra įvyks, jei sistemos parametrų (temperatūros, slėgio, koncentracijos) gradientai ir nuo jų priklausantys srautai bus lygūs nuliui: dt 0 ; (1.6) dp 0 ; (1.7) d 0, (1.8) i čia T temperatūra; p slėgis; µ i i-tojo komponento cheminis potencialas. Technologinio proceso metu kryptingai keičiamos procese dalyvaujančių medžiagų savybės: medžiagos agregatinė būsena, temperatūra, sudėtis, slėgis. Pakeitus bent vieną savybę, pavyzdžiui, padidinus medžiagos temperatūrą, temperatūros kitimo metu sistema sužadinama ir pusiausvyra išnyksta. Iš pusiausvyros išėjusioje sistemoje prasideda pokyčiai, nukreipti ta linkme, kad sistema grįžtų į pusiausvyrą arba į pradinę būseną Procesų optimizavimas Mašinos ir įrengimai paprastai atlieka tam tikrą technologinį procesą. Maisto pramonėje maisto produktų gamyba yra procesas. Galimi keli kiekvieno proceso variantai. Inžinierius, projektuodamas technologinį procesą, ieško geriausio. Paieškos procesas vadinamas optimizavimu. Paprastai technologinis procesas optimizuojamas pasirinkus tam tikrą techninį arba technologinį sprendimą, siekaint gauti didžiausią naudą. Toji didžiausioji nauda, išreikšta skaičiumi, yra vadinama išėjimo parametru. Optimizavimo metu paprastai randamas didžiausias arba mažiausias išėjimo parametras. Labai dažnai tam pačiam procesui optimizuoti naudojami keli išėjimo parametrai, pavyzdžiui, minimali proceso trukmė ir minimalios žaliavų sąnaudos. Yra daug būdų optimizuoti technologinį procesą, tai: nuolatinių procesų naudojimas, priešpriešinių srautų projektavimas, turbulentinių srautų fazių paviršiuose užtikrinimas, šilumnešio pakartotinis naudojimas, proceso modeliavimas ir modelio optimizavimas naudojant matematinės analizės metodus ir kiti. 11

13 Procesai, naudojami žemės ūkio produktams perdirbti, esti periodiniai, nuolatiniai arba mišrūs. Periodiniame procese visos operacijos vyksta vienoje vietoje, bet skirtingu laiku. Į įrenginį įkraunama reikiamų medžiagų, vyksta procesas, po to iškraunama. Nuolatinio proceso metu visos operacijos vyksta vienu metu, bet skirtingose vietose. Taip pasiekiamas didesnis našumas, mažėja įrenginio lyginamosios eksploatacinės sąnaudos. Šilumos ir masės mainų procesuose šilumnešių srautai vienas kito atžvilgiu gali judėti ta pačia kryptimį, priešpriešiais, kryžmai arba mišriai. Intensyviausiai šilumos ir masės mainų procesai vyksta priešpriešiniuose srautuose. Didelę įtaką šilumos masės mainų procesui turi skysčių tekėjimo režimai. Skiriami laminarinis, turbulentinis ir mišrus skysčių judėjimas. Tyrimais įrodyta, kad optimaliausias yra toks įrengimas, kurio fazių sąlyčio paviršiuje sudaromas turbulentinis srauto judėjimas. Tada gaunamas didžiausias ir nuolat atnaujinamas fazių sąlyčio paviršiaus plotas ir didžiausias šilumos ir masių srautas tarp fazių. Daugkartinis šilumnešio panaudojimas skirtingose operacijose naudojant rekuperatorius, šilumos siurblius ir kitas priemones taupo energiją ir atpigina gamybą Inžinerinių technologijų fizinis modeliavimas Projektuojant technologinius procesus dažnai naujiems objektams projektuoti naudojamas objektų modeliavimo metodas, kurio metu nustatomos optimalios objekto parametrų reikšmės. Modeliuojama naudojant fizinius arba matematinius nagrinėjamo objekto modelius. Fizinis modelis daug kartų padidintas arba sumažintas originalas. Paprastai naudojamas tada, kai modelio pagaminimas ir tyrimas yra daug pigesnis negu originalo. Matematinis modelis tiriamojo proceso reiškimas matematinėmis lygtimis ir šių lygčių sprendimas. Modelis turi adekvačiai atspindėti nagrinėjamą procesą. Pagrindinis modeliavimo tikslas iš anksto nustatyti, kokios bus originalo savybės realiomis darbo sąlygomis. Tai įmanoma, jei modeliai atitinka šiuos reikalavimus: 1

14 1. Bandymai su modeliais atliekami greičiau, patogiau ir ekonomiškiau.. Žinomos tapatumo (vienareikšmiškumo) taisyklės algoritmai, kuriais naudojantis pagal tyrimų su modeliu rezultatus galima apskaičiuoti originalo reikšmes. 3. Modelis turi atitikti svarbiausius modeliavimo tikslus. Kiekvienas modeliavimas yra dalinis, nevisiškai atitinkantis originalą. Todėl priklausomai nuo tikslo tam pačiam objektui tirti gali būti naudojami keli modeliai. Fizinio modeliavimo atveju vienareikšmiškumas galimas, jei modeliavimas atliekamas remiantis panašumo teorija. Panašūs procesai reiškiami tomis pačiomis diferencialinėmis lygtimis arba diferencialinių lygčių sistemomis. Skiriamos šios panašumo rūšys: geometrinis, fizikinių reiškinių, ribinių sąlygų bei proceso trukmės. Geometrinis panašumas pasiekiamas tada, kai yra vienodos dviejų įrenginių (originalo ir modelio) atitinkamų dydžių panašumo konstantos. Tarkim, turime du įrenginius pateiktus 1.1 paveiksle: a modelis, b įrenginio orginalas. a 1.1 pav. Fizinio modelio pavyzdys: a panašus fizinis modelis; b orginalas Jeigu modelyje ir originale nagrinėjami judantys skysčiai, tai skysčių judėjimas bus panašus, jei atitiks šias sąlygas: b 13

15 k m tm vm k ; kt ; kv, (1.10) t v m ; o o čia ρ, μ, t, v medžiagos tankis, dinaminė klampa, temperatūra, judėjimo greitis; indeksai m modelyje, o originale; k r, k m, k t, k v - išvardintų fizikinių dydžių panašumo konstantos. Proceso trukmė yra panaši, kai yra pastovus šių procesų sugretinamųjų etapų trukmės laikas.tarkim, projektuojamame įrenginyje technologinis procesas vyksta keliais būdingais etapais: įkaitinimo, atšaldymo, išlaikymo, iškrovimo ir kitais. Proceso panašumo sąlyga: m1 m m3 mi... k (1.11) o1 o o3 čia m1, m, m3, mi laiko trukmė modelio pirmajame, antrajame, trečiajame,.. i-tajame etapuose; o1, o, o3, oi laiko trukmė orginalo pirmajame, antrajame, trečiajame,.. i-tajame etapuose; k laiko panašumo konstanta. Žinant laiko panašumo konstantą ir laiko trukmę modelyje galima apskaičiuoti proceso trukmę projektuojamo originalo bet kuriame įrenginio etape i: mi oi. (1.1) k Proceso trukmės panašumas dar vadinamas homochroniškumu. Jeigu proceso trukmės konstanta k =1, procesas yra sinchroniškas. Panašumo kriterijai. Realiame įrenginyje dažnai tenka naudoti kelias panašumo konstantas. Nustatyta, kad įvairūs procesai paprastai gali būti aprašyti tam tikrais bedimensiais procesus apibūdinančių dydžių santykiais, kurie panašiuose įrenginiuose turi tą pačią skaitinę reikšmę. Tai panašumo kriterijai arba invariantai. Panašumo kriterijus įprasta vadinti žymių mokslininkų pavardėmis ir žymėti jų pavardžių pirmosiomis raidėmis: Re Reinoldso kriterijus, Ne Niutono kriterijus ir kt.(1.1 lentelė). Žemės ūkio inžineriniuose procesuose panašumo kriterijai dažniausiai grupuojami į tris grupes: 1 hidrodinaminių procesų panašu- o oi o 14

16 mo kriterijai, šiluminių procesų panašumo kriterijai, 3 masės kaitos procesų panašumo kriterijai. Įrenginiuose vykstant cheminiams procesams naudojami cheminių procesų panašumo kriterijai. 1.1 lentelė. Dažniausiai naudojami panašumo kriterijai Panašumo Kriterijaus simbolis Kriterijaus fizikinė reikšmė kriterijai Hidrodinaminių procesų panašumo kriterijai Niutono F Jėgos impulso ir judėjimo kiekio Ne m v santykis. Čia F jėga N, - proceso trukmė s, m masė kg, v srauto greitis m/s. Eulerio p Statinių ir dinaminių jėgų santykis. Atspindi hidrostatinio slėgio Eu v pokyčio įtaką skysčio judėjimui.čia p slėgio pokytis Pa, ρ skysčio tankis kg/m 3. Reinoldso v l v l Inercijos ir klampio jėgų, veikiančių judančias srauto daleles, san- Re tykis. Apibūdina skysčio ar dujų judėjimo režimą. Čia l būdingas geometrinis dydis (pavyzdžiui, vamzdžio, kuriame juda srautas, skersmuo) m; μ dinaminė klampa Ns/m ; - kinematinė klampa m /s. Frudo W Išreiškia sunkio jėgų lauko įtaką Fr skysčio tekėjimui. Čia g laisvo g l kritimo pagreitis m/s ; W srauto greitis, išreikštas kg/(m s). Galilėjaus 3 Re g l Tai sunkio ir klampio jėgų lauko Ga Fr santykis 3 Archimedo i g l ( i ) Ar Ga Aprašoma natūrali konvekcija dėl komponentų tankio skirtumo. Čia i skystyje panardinto kūno tankis kg/m 3. 15

17 Nuselto Bio Prandtlio Furje Pekle Grashofo 16 Šiluminių procesų panašumo kriterijai l Nusako šilumokaitos pobūdį veikiant konvekcijai ir laidumui. Nu- Nu selto kriterijus visada didesnis už vienetą. Čia α šilumos atidavimo koeficientas W/(m K), λ agento šilumos laidumas W/(mK). l s Įvertina stacionarius šilumos mainus tarp įkaitinto arba atšaldyto Bi s kūno ir aplinkos. Čia l s kieto kūno būdingasis matuo m, l s kieto kūno šilumos laidumas W/(mK). c Įvertina šilumos nešiklio šiluminių Pr a savybių įtaką šilumos mainams. Čia c šilumos nešiklio savitoji šiluminė talpa, esant pastoviam slėgiui J/(kgK), a temperatūrinio laidumo koeficientas m /s. Fo a l Pe Re Pr l Gr 3 g v l a a. c Apibūdina ryšį tarp šiluminių sąlygų kūno aplinkoje greičio pokyčio ir temperatūrinio lauko kitimo greičio kūno viduje. Nusako ryšį tarp šilumos perdavimo konvekcija ir laidumu Apibūdina šilumos mainų procesą šilumos nešikliui judant dėl gravitacinių ir Archimedo jėgų poveikio. Grashofo kriterijus santykis tarp Archimedo jėgos, atsirandančios dėl tankio pasikeitimo nevienalyčiame temperatūriniame lauke, ir trinties jėgų tarp skysčio ar dujų molekulių. Čia θ temperatūrų skirtumas tarp šilumokaičio siene-

18 Reilėjaus Nuselto Bio Prandtlio Furje Pekle Stantono l g Ra Gr Pr a 3 lės ir šilumos nešiklio K; β šilumos nešiklio tūrinio plėtimosi koeficientas 1/K. Dujų t Čia t šilumos nešiklio temperatūra. Apibūdina skysčių pokyčius atsirandančius dėl temperatūrinio gradiento ties šilumokaičio sienele. Difuzinių procesų panašumo kriterijai m l Nu m D Įvertina mases kaitos intensyvumą fazių sąlytyje. Čia α m masės atidavimo koeficientas m/s; D difuzijos koeficientas m /s. m ls m Įvertina stacionarinius masės mainus tarp kūno ir aplinkos. Čia Bi D s l s kieto kūno būdingasis matuo m, D s difuzijos koeficientas m /s. Pr Apibūdina skysčio (dujų) srauto m D D fizikinių savybių įtaką masės kaitai D Įvertina ryšį tarp difuzinių sąlygų Fom l kūno aplinkoje greičio pokyčio ir lauko kitimo greičio kūno viduje. v l Nusako ryšį tarp masės perdavimo Pe Re Pr St m m Nu Pe m m m D m v konvekcijos ir difuzijos. Turbulentinių srautų koncentracijų ir greičių laukų panašumo charakteristika masių atidavimo procesuose. Cheminiuose procesuose dažniausiai naudojamas Damklerio Da kriterijus, nusakantis vykstantį cheminės reakcijos greitį, Arenijaus (Arn) - įvertinantis temperatūros įtaką reakcijos greičiui, Margulio (Ma) arba kontakto (Ko) apibrėžiantis fazių lietimosi efektyvumą, Vėberio (We) nustatantis skysčio srauto paviršiaus įtempimo jėgų lauką ir kiti. 17

19 Panašumo teorija Fizinis modeliavimas galimas tik tuomet, kai žinomos tapatumo (vienareikšmiškumo) taisyklės algoritmai, kuriuos taikant pagal tyrimų su modeliu rezultatus galima apskaičiuoti originalo reikšmes. Tai pasiekti įmanoma tuomet, kai modeliuojant vadovaujamasi panašumo teorija. Panašumo teoriją sudaro trys panašumo teoremos, Bekingemo (π teorema) ir rečiau naudojamas dimensijų analizės metodas. Pirmoji panašumo teorema (Niutono teorema). Panašių reiškinių yra vienodos panašumo kriterijų reikšmės. Iš pirmosios panašumo teoremos išplaukia, kad bandant modelius reikia išmatuoti tik dydžius, kurie įeina į panašumo kriterijų lygtis. Antroji panašumo teorema ( Federmano ir Bekingemo teorema). Procesą apibūdinančios diferencialinės lygties sprendinį sudaro panašumo kriterijų priklausomybės lygtis. Panašumo kriterijų priklausomybės lygtis dažnai vadinama panašumo, arba kriterijų, lygtimis. Pagal antrąją panašumo teoremą, fizikinį reiškinį (procesą) apibūdinančių dydžių priklausomybė gali būti išreikšta iš šių dydžių sudarytų panašumo kriterijų priklausomybėmis. Tarkim, vyksta procesas, kuriame mus dominantis dydis, įeina į panašumo kriterijaus K 1 reikšmę. Šį dar nenustatytą panašumo kriterijų K 1 vadinsime apsprendžiamuoju panašumo kriterijumi. Tarkime, šis kriterijus priklauso nuo kriterijų K, K 3 ir K 4. Tuomet pagal antrąją panašumo teoremą galioja tokia priklausomybė: K f F, F F. (1.13) 1 3, 4 Iš algebros kurso žinome, kad bet kokią funkcinę priklausomybę galima išreikšti polinomu: b1 b b3 K a F F F, (1.14) čia a konstanta, b1, b, b3 laipsnio rodikliai. Konstanta a ir laipsnio rodikliai b1, b, b3 randami matematiškai apdorojant tyrimų rezultatus, gautus bandant fizikinį modelį žinomais matematinės statistikos metodais. Lemiamojo kriterijaus reikšmė K 1 pagal pirmąją panašumo teoremą originale yra ta pati. Pavyzdžiui šiluminiuose procesuose yra žinoma, kad: Nu = Ф (Re, Pr), (1.15)

20 čia Nu Nuselto kriterijus; Re Reinoldso kriterijus; Pr Prandtlio kriterijus. Tuomet tiek modeliui, tiek originalui galioja ši lygybė: b 1 b Nu а Re Pr, (1.16) čia a konstanta; b1, b, b3 laipsnio rodikliai, randami matematiškai apdorojant modelio tyrimų rezultatus. Trečioji panašumo teorema (Kirpičiovo ir Guchmano teorema). Panašūs tie reiškiniai, kurie reiškiami to paties tipo diferencialinių lygčių sistemomis ir nusakomi panašiomis tapatumo sąlygomis. Remiantis trečiąja panašumo teorema atsakoma į klausimą, kur gali būti taikomi modelio bandymo rezultatai, t. y. tokiems procesams, kurių panašios tapatumo (pradinės ir ribinės) sąlygos ir vienodi panašumo kriterijai. p teorema (Bekingemo teorema). Ja nustatomas minimalus panašumo kriterijų skaičius. Jei bendra funkcinė lygtis jungia m fizikinių dydžių, kurie išreikšti n skirtingomis dimensijomis, tai ši lygtis gali būti išreikšta p = m-n panašumo kriterijais. Iš fizikos ir šiluminės technikos kurso žinoma, kad skysčiui arba dujoms priverstinai judant vamzdžiu, šilumos mainų procesas priklauso nuo šių dydžių: šilumos atidavimo koeficiento tarp skysčio ir vamzdžio α W/(m K), skysčio šilumos laidumo λ W/(m K), vamzdžio skersmens d m, skysčio judėjimo greičio v m/s, skysčio tankio kg/m 3, dinaminės skysčio klampos m (N s)/m ir šilumos nešiklio savitosios šiluminės talpos, esant pastoviam slėgiui c J/(kgK). Iš viso yra 7 fizikiniai dydžiai (m=7). Žinant, kad darbo dimensija J išreiškiamas priklausomybe [J]=[N][m]=[kg] [m/s ][m]=[kg][(m/s) ], o galios vienetas W išreiškiamas [W]=[J]/[s]=[kg][m ]/[s 3 ], gaunamos keturios skirtingos dimensijos naudojamos šiuose dydžiuose: kg, m, s, K, t. y. masės matavimo vienetas M, ilgio matavimo vienetas L, laiko matavimo vienetas ir temperatūros matavimo vienetas T. Tuomet n = 4. Pagal p teoremą : p = m-n = 7-4 = 3. (1.17) Šilumos mainų procesas skysčiui judant vamzdžiu gali būti apibrėžtas trimis kriterijų lygtimis. Nustatyta, kad vamzdžiu priverstinai 19

21 judant skysčiui (Re>10 4 ) vidutinį šilumos atidavimo koeficientą galime apskaičiuoti taikant šią daugelio tyrinėtojų bandymais pagrįstą kriterijų lygtį: Nu 0,03 Re Pr. (1.18) Procesas reiškiamas trijų kriterijų lygtimi, kaip gavome pagal π teoremą Matematinis modeliavimas Tobulėjant skaičiavimo technikai ir skaitmeninei diferencialinių lygčių sprendimo metodikai atsirado neribotos galimybės matematiškai modeliuoti sudėtingus technologinius procesus. Plačiau apie matematinį modeliavimą kalbama II pakopos studijose. Čia aptarsime tik pagrindines matematinio modeliavimo sąvokas naudojamas technologiniame projektavime. Matematinis modeliavimas projektuojamo proceso savybių ir charakteristikų nustatymas, sprendžiant nagrinėjamą procesą nusakančių lygčių sistemą matematinį modelį. Matematinis modeliavimas atliekamas šias etapais: 1. Uždavinio suformulavimas. Čia nustatomas darbo tikslas ir uždaviniai.. Proceso teorinių pagrindų analizė. Nagrinėjant įvairiausius informacijos šaltinius išsiaiškinami visi pagrindiniai fundamentalūs dėsniai, nusakantys tiriamo proceso esmę. 3. Sudaromas proceso matematinis modelis. 4. Matematinio modelio algoritmizacija. Čia pagrindžiami matematinio modelio sprendimo būdai.taip pat šiame etape atliekama matematinė ir fizinė modelio analizė, kuri patvirtina, ar egzistuoja vienintelis modelio sprendinys. 5. Modelio parametrinis identifikavimas. Matematinio modelio parametrais vadinami koeficientai, kurie įvertina modelio elgseną keičiantis modelio aplinkos sąlygoms. Modelio parametrų skaičius optimizuojamas kiekvienam atvejui. Esant per mažai parametrų, nukenčia modeliavimo tikslumas, per daug, tokį modelį sunku panaudoti, jie labai jautrūs eksperimentų paklaidoms, dažnai tarpiniuose rezultatuose iškraipoma modelio fizikinė prasmė.

22 6. Matematinio modelio adekvatumo patikrinimas. Jo metu patikrinama, kiek modelio sprendinys skiriasi nuo eksperimento arba žinomo, patikrinto sprendinio. Paprastai lyginama naudojantis matematinės statistikos metodais. 7. Proceso modeliavimas. Čia asmeniniu kompiuteriu modeliuojamas sistemos elgesys, keičiant proceso parametrus iš anksto apibrėžtame tyrimų intervale. 8. Gautos informacijos analizė. Jos tikslas matematinio modelio rezultatų patikrinimas ir apibendrinimas. Kontroliniai klausimai ir kontrolinės užduotys 1. Kokie uždaviniai sprendžiami projektuojant maisto žaliavų perdirbimo ir laikymo įrengimus?. Paaiškinkite medžiagos balanso lygties esmę. 3. Kokios yra termodinaminės pusiausvyros sąlygos? 4. Kada projektavimo proceso metu naudojamas fizinio modeliavimo metodas? 5. Į kokia grupes skirstomi panašumo kriterijai. 6. Kada tikslinga naudoti matemtinio modeliavimo motodus projektuojant maisto žaliavų perdirbimo ir laikymo įrengimus? 1

23 . Mechaninių procesų projektavimo pagrindai Mechaniniai procesai vyksta pagal kietųjų kūnų fizikos dėsnius. Mechaninių procesų metu dažniausiai nekinta apdorojamų medžiagų cheminė sudėtis, tačiau keičiasi kūnų vieta (transportavimo procesai), dalelių dydis ( smulkinimas), frakcinė sudėtis (rūšiavimas), medžiagos dalelių pasiskirstymas (maišymas), medžiagos tankis (presavimas, granuliavimas) ir kitos medžiagų savybės, kurių pokytis įvyksta veikiant išorinėms jėgoms. Dalis mechaninių procesų nagrinėjami specialiuose kursuose (rūšiavimas, presavimas, granuliavimas). Todėl šiame skyriuje nagrinėsime tik smulkinimo ir transportavimo procesus..1. Smulkinimas Tai medžiagos suardymas iki reikiamo dydžio. Dažniausiai smulkinamos kietosios medžiagos. Tačiau maisto pramonėje, chemijos technologijose, kompozicinių medžiagų gamyboje, naudojant specialias technologijas smulkinamos žolių arba gelių pavidalo medžiagos. Kietosios medžiagos smulkinamos veikiant išorinėms jėgoms. Veikiant išorinei mechaninei apkrovai F medžiagoje atsiranda gniuždymo, tempimo, lenkimo, sukimo, kirpimo įtempimai. Medžiaga suyra, kai įtempimai medžiagoje viršija medžiagos stiprumo (trapios medžiagos) arba takumo ribą (plastinės medžiagos) bet kuriame medžiagos taške. Visi smulkinimo procesai sąlyginai skirstomi į trupinimą ir malimą (.1 lentelė).

24 .1 lentelė. Smulkinimo procesų klasifikacija [16] Eil. Didžiausių gabalų ir dalelių matmenys mm Proceso pavadinimas Nr. Prieš smulkinimą Po smulkinimo Trupinimas 1 Stambusis Vidutinis Smulkusis Malimas 4 Rupusis 1-5 0,04-0,1 5 Vidutinis 0,04-0,1 0,015-0,05 6 Smulkusis 0,04-0,1 0,001-0,005 7 Labai smulkus (koloidinis) 0,04-0,1 <0, Smulkinimo rodikliai Medžiagos dalelių dydis smulkinimo metu kinta. Pokytis įvertinamas medžiagos smulkinimo laipsniu. 1. Linijinis medžiagos smulkinimo laipsnis i: D i, (.1) d čia D vidutinis medžiagos dalelės skersmuo prieš smulkinimą m; d vidutinis medžiagos dalelės skersmuo po smulkinimo m.. Kai kada smulkinimo efektyvumas vertinamas tūrinio smulkinimo laipsniu a: V a, (.) V sm čia V vidutinis medžiagos dalelės tūris prieš smulkinimą m 3 ; V sm vidutinis medžiagos dalelės tūris po smulkinimo m. Vidutinis medžiagos dalelės skersmuo trupinimo atveju apskaičiuojamas kaip skersmuo rutulio, kurio tūris toks pat kaip ir smulkinamos arba susmulkintos dalelės. Tuomet dalelės skersmuo apskaičiuojamas pagal šią formulę: D 6 3 V. (.3) 3

25 Tuomet tūrinis smulkinimo laipsnis a: 3 D 3 V 6 D 3 a i. (.4) 3 3 Vsm d d 6 Stambių, sudėtingos formos gabalinių medžiagų gabaritai paprastai nustatomi matuojant jų plotį b, ilgį l ir aukštį h. Tokios medžiagos vidutinis skersmuo apskaičiuojamas pagal šią lygtį: D 3 b l h. (.5) Smulkių medžiagų gabalų vidutinis skersmuo nustatomas sijojant. Persijota pro skirtingų sietų rinkinį medžiaga suskirstoma į skirtingo stambumo frakcijas. Kiekvienos frakcijos vidutinis gabalų dydis: di1 di di, (.6) čia d i1 sieto, pro kuri prabyrėjo matuojamoji frakcija i skylučių skersmuo, d i sieto, ant kurio liko matuojamoji frakcija i skylučių skersmuo. Viso ėminio, kuris buvo tiriamas sietiniu klasifikatoriumi vidutinis skersmuo: d1 m1 d m d3 m3... di mi... d n mn d, (.7) m m m.. m.. m 1 3 čia m 1, m, m 3...m i..m n medžiagos kiekvienos frakcijos kiekis kg; n frakcijų skaičius..1.. Medžiagos smulkinimo būdai Medžiagos smulkinimo laipsnis priklauso nuo pradinių gabalų dydžių. Mažėjant šiems gabalams susmulkinimo laipsnis didėja nuo 3 iki 1000 ir daugiau. Pagal išorinės apkrovos pobūdį medžiaga gali būti smulkinama ją gniuždant, trinant, veikiant smūginei apkrovai (daužant), skeliant ir lenkiant (.1 pav.). Ilgastiebės ir labai elastingos medžiagos ( vaistažolės, žolių stiebai, šakniavaisiai) smulkinamos pjaustant. i n 4

26 a b c d e.1 pav. Medžiagos smulkinimo būdai: a gniuždant, b trinant, c veikiant smūginei apkrovai, d skeliant, e lenkiant Veikiant išorinei apkrovai F, priklausomai nuo medžiagos smulkinimo būdo, medžiagoje atsiranda normaliniai ir tangentiniai įtempimai. Kai nors viename trapių medžiagų medžiagos taške, šie įtempimai viršija medžiagos stiprumo ribą σ b, arba plastinių medžiagų takumo ribą σ t, medžiaga suyra suformuodama naujus paviršius. Įtempimai atsirandantys medžiagoje apskaičiuojami pagal šią formulę: F, (.8) S čia F jėga, veikianti smulkinamą medžiagą N, S medžiagos skerspjūvio plotas, kuriame atsiranda ribiniai įtempimai mm, σ įtempimai atsirandantys medžiagoje veikiant išorinei jėgai F MPa. Nėra tokio smulkintuvo, kuriame džiovinamą medžiagą veiktų vienas smulkinimo būdas. Dažniausiai medžiaga vienu metu veikiama keliais smulkinimo būdais. Pavyzdžiui, malant grūdus akmeninėmis girnomis, grūdus vienu metu veikia trinties (smulkinimas trynimu) ir gniuždymo jėgos, nes trinčiai susidaryti reikalinga normalinio spaudimo jėga. Girnų atveju tai girnų sunkio jėga. Plaktukiniame malūne dominuoja smulkinimas smūgiu kartu su skaldymu ir lenkimu. Valcuojant dominuoja gniuždymas ir trynimas. 5

27 .1.3. Teoriniai smulkinimo pagrindai Smulkinimas imlus energijai procesas. Smulkinimo metu energija naudojama medžiagos molekulinės sankabos jėgoms, trinčiai mašinos detalėse ir kitur nugalėti. Smulkinimo energija nustatoma remiantis dviem pagrindinėmis smulkinimo teorijomis: paviršiaus ir tūrio. Paviršiaus teorijos pagrindą sudaro P.Ritingerio 1867 m. suformuluotas naujų paviršių dėsnis: medžiagai susmulkinti sunaudotas darbas yra proporcingas naujai susidarančios smulkinamos medžiagos paviršiaus dydžiui. Tarkime, smulkinama medžiaga, kurios stiprumo riba σ b MPa (N/mm ). Veikiant išorinei jėgai F, medžiagoje susidaro įtemimai apskaičiuojami pagal.8 lygtį. Kai įtempimai viršija medžiagos stiprumo ribą, medžiaga deformuojasi pasislinkdama dydžiu Δl, ir suyra suformuodama papildomus paviršius ΔS. Tuomet smulkinimui sunaudotas darbas A: A F l b S l. (.9) Jei b l, (.10) Tai A S. (.11) Tarkime, smulkinamas medžiagos kubas, kurio briaunos ilgis 1 metras (. pav.). Smulkinant kubą per pusę pakanka vienos smulkinimo plokštumos. Smulkinimo metu atliekamas A J darbas, o smulkinimo metu suformuojamas m papildomas paviršius (ΔS= m ) (. pav., b). 6 a b c d. pav. Medžiagos kubo smulkinimas: a smulkinamas pradinis kubas, b smulkinama viena plokštuma, c smulkinama dviem plokštumomis, d smulkinama trimis plokštumomis

28 Smulkinant kubą dviem plokštumomis atitinkamai atliekamas A J darbas ir suformuojamas 4 m papildomas paviršius. Dalijant kiekvieną kubo briauną į dvi lygias dalis panaudosime 3 smulkinimo plokštumas, atitinkamai sunaudojant 3A J darbo bei suformuojant 6 m paviršiaus. Šiuo atveju medžiagos smulkinimo laipsnis i =. Jeigu kiekvieną kubo briauną padalinsime į 3 lygias dalis, kubą padalinsime į 7 lygias dalis, smulkinimo laipsnis padidės iki 3 (i = 3), o smulkinimui sunaudosime 6A J darbą, ir kubas bus dalijamas 6 plokštumomis. Esant bet kokiam smulkinimo laipsniui i 1, kiekvieną kubo briauną padalinsime į i 1 lygių dalių, kubą padalinsime į i 1 3 lygių dalių, smulkinimo laipsnis padidės iki i 1 (i = i 1 ), o smulkinimui sunaudosime 3A(i 1-1) J darbą, ir kubas bus dalijamas 3(i 1-1) plokštumomis, t.y. galios tokia lygybė: A 1 = 3А(i 1-1); S 1 = 3(i 1-1). (.1) Esant kitam smulkinimo laipsniui i : Tuomet A = 3А(i -1); S = 3(i -1). (.13) A A (.14) 3А( i 3А( i 1) 1) i i 1 1 Smulkinant dideliu smulkinimo laipsniu lygtyje.14 esančio vieneto galima nepaisyti. Tuomet A A S S i i S S (.15) Didžiausias paviršiaus teorijos trūkumas yra tai, kad neįvertinama ta energija, kuri sunaudojama medžiagai deformuoti smulkinimo metu. Tai tampa aktualu trupinant stambia gabalines medžiagas. Todėl energijai, sunaudojamai stambioms gabalinėms medžiagoms trupiniti, apskaičiuoti dažnai taikomas tūrių (Kirpičiovo ir Kiko) dėsnis. Pagal jį, energija, reikalinga sunaudoti trupinimui, gaunant panašios geometrinės formos medžiagos gabalus, kinta proporcingai gabalų tūriams arba masėms: 7

29 A A 1 1 1, (.16) V V m m čia A 1 ir A trupinimui sunaudota energija J; V 1 ir V medžiagos tūriai m 3 ; m 1 ir m medžiagos masė kg. Kirpičiovo ir Kiko dėsnis tinka tik stambiagabaritinėms medžiagoms trupinti, kai smulkinimo laipsnis i nedidelis, nes neįvertina energijos, sunaudojamos susidarant naujiems paviršiams. Malimo procesams skaičiuoti šis dėsnis netinka. P. Rebinderis pasiūlė universaliąją teoriją. Bandymais buvo įrodytas šio pasiūlymo efektyvumas. Pagal ją, darbas, sunaudojamas medžiagai smulkinti, apskaičiuojamas pagal šią formulę: A S K V, (.17) čia A darbas, sunaudojamas medžiagai smulkinti J, ΔS naujai susidarę medžiagos paviršiai m, ΔV medžiagos tūrio dalis, kuri buvo veikiama deformacijos smulkinimo procese m 3, S ir K koeficientai, nustatomi eksperimentais. Trupinimo metu daugiausia energijos sunaudojama tūrinei deformacijai. Naujų paviršių susidaro nedaug, todėl dydis K V yra daug kartų didesnis už S. Lygties narys S yra nykstamai mažas ir jo galima nepaisyti. Tuomet visas smulkinimo darbas sunaudojamas tūrinei deformacijai nugalėti. Tai Kirpičiovo ir Kiko dėsnio modifikuota matematinė išraiška: A K V. (.18) Smulkaus malimo metu susidaro daug naujų paviršių. Todėl dydis K V yra nykstamai mažas ir jo galima nepaisyti. Tuomet: A S. (.19) Tai P. Ritingerio paviršiaus teorijos matematinė išraiška. Taigi paviršiaus ir tūrio dėsniai yra P. Rebingerio teorijos atskiri atvejai. 8

30 .1.4. Valcų projektavimo pagrindai Valcai Valciniai trupintuvai plačiausiai naudojami ruošiant maistinius aukščiausios kokybės miltus. Tai patikimi, nesudėtingi, betriukšmiai, našūs įrenginiai, plačiai naudojami plastiškoms, nelabai kietoms medžiagoms smulkinti. Valciniame trupintuve medžiaga smulkinama traukiant ją į mažėjantį tarpą, susidarantį tarp dviejų priešingomis kryptimis besisukančių volų (.3 pav.). a b.3 pav. Valcai: a technologinė schema, b skaičiuojamoji schema Nuo tarpo tarp valcų volų b dydžio priklauso smulkinimo laipsnis. Kuo šis tarpas mažesnis, tuo smulkiau susmulkinama medžiaga. Todėl šis tarpas reguliuojamas. Valcų volai gaminami glotnūs, rifliuoti, dantyti, skylėti ir kitokie. Smulkinama medžiaga į tarpą tarp valco volų įtraukiama veikiant trinties jėgoms. Todėl valcai gali smulkinti drėgnas, plastiškas ir sausas medžiagas. Lygiais volais valciniai trupintuvai gali į tarpą tarp volų įtraukti medžiagas, kurių skersmuo 0 ir daugiau kartų mažesnis negu valcų volų skersmuo. Todėl valcų volai gaminami nuo 0, iki 1,5 metro skersmens. Volo ilgis sudaro 0,4 1 jo skersmens dalį. Valcinio trupintuvo smulkinimo laipsnis priklauso nuo smulkinamos medžiagos savybių, volų dydžio ir konstrukcijos. Lygių volų 9

31 smulkinimo laipsnis nebūna didesnis kaip 3 5, rifliuotų iki 15. Todėl norint, kad smulkinimo kokybė būtų gera, valciniai trupintuvai šiuolaikiniuose malūnuose jungiami į grupes, smulkinimą derinant su sijojimu ir pakartotiniu smulkinimu Valcų skersmens nustatymas Besisukant valcų volams priešinga kryptimi virš volų esanti medžiagos masė spaudžia medžiagos dalelę jėga F p kabinimo taškuose A ir A1 normalės kryptimi (.3 b pav. AO). Tokia pačia jėga valcai veikia smukinamąją medžiagos dalelę (atkarpa AB). Vertikali šios jėgos dedamoji yra jėga F k, kuri kelia medžiagos dalelę į viršų. Iš trikampio ABC išplaukia, kad F k = F p sinα. (.0) Besisukant valcų volams tarp valcų ir medžiagos daleles atsiranda trinties jėga F tr, kuri bando įtraukti medžiagos dalelę į tarpą tarp valcų: F tr = F p f, (.1) čia f trinties koeficientas tarp valcų volų ir medžiagos dalelės; F p valcus veikianti normalinio spaudimo jėga N. Horizontali trinties jėgos dedamoji (schemoje neparodyta) kompensuojama kito valco tokio paties dydžio, bet priešingos krypties jėga. Vertikalioji trinties jėgos dedamoji F trv bando įtraukti smulkinamąją medžiagą į tarpą tarp valcų volų. Iš trikampio ABC išplaukia, kad F trv = F tr cosα = F p f cosα. (.) Medžiagos dalelė bus įtraukta į tarpą tarp valcų volų, jei ji atitiko šią sąlygą: F k < F trv. (.3) Dvejetas.3 lygtyje atsiranda įvertinant antrąjį valcų volą, kurį veikia tokios pačios jėgos. Tuomet F p sinα < F p f cosα. (.4) Žinant, kad tgα = sinα/cosα, (.5) gauname tgα < f. (.6)

32 Trinties koefientas f: f = tgφ, (.7) čia φ trinties kampas tarp valcų volų ir medžiagos dalelės. Tuomet norint, kad smulkinamos medžiagos dalelė būtų įtraukta į tarpą tarp valcų volų, ji turi atitikti šią sąlygą: α < φ. (.8) Smulkinant sausas medžiagas ir esant lygiam plieniniam volui trinties koeficientas f = 0,3, kas atitinka trinties kampą φ = 3 o. Smulkinant drėgnas ir plastiškas medžiagas f = 0,45, o trinties kampas φ = 48 o. Kabinimo kampas α turi būti ne didesnis už šias reikšmes. Kabinimo kampas priklauso nuo smulkinamos medžiagos dalelės dydžio ir valcų volų skersmens. Kaip matyti iš.3 paveikslo, atstumas tarp ašių OO 1 gali būti išreikštas šia lygtimi: OO 1 = D+b = D cosα+d cosα, (.9) čia D valcų volų skersmuo; d medžiagos dalelės skersmuo; α kabinimo kampas; b tarpas tarp valcų volų. Įvertinus.8 sąlygą, gauname: D (dcosφ-b)/(1-cosφ). (.30) Lygiuose valcuose volai paprastai gaminami 0 ir daugiau kartų didesni už smulkinamos medžiagos dalelės skersmenį Valcų našumas Per vieną valcų apsisukimą iš tarpo tarp valcų išbyra medžiagos tūris m 3 : V D l b, (.31) čia D valcų volų skersmuo m; l valcų volų ilgis m; b tarpas tarp valcų m. Jeigu valcai per minutę apsisuka n kartų, o smulkinamos medžiagos tankis r (kg/m 3 ), tai valcų našumas (kg/h): 31

33 Q 60 n Dl b, (.3) čia n valcų volų sukimosi dažnis aps/min, μ purumo koeficientas, įvertinantis medžiagos tūrio padidėjimą po valcų. Malant grūdus purumo koeficientas pasirenkamas 0, 0,3. Kuo didesnis valcų būgnų sukimosi dažnis, tuo didesnis valcų našumas. Tačiau esant labai dideliam sukimosi dažniui valcų volai pradeda neleistinai vibruoti. Todėl maksimaliam leistinam valcų volų sukimosi dažniui apskaičiuoti taikoma modifikuota L. Levensono formulė: f n 6170, (.33) max d D čia f smulkinamos medžiagos trinties koeficientas į volo paviršių, d susmulkintų gabaliukų vidutinis skersmuo m; D valcų volų skersmuo m; ρ medžiagos tankis kg/m 3. Realus valcų volų sukimosi dažnis yra 1,5 kartus mažesnis už paskaičiuotą. Tada valcų volai mažiau dyla. Valcų volų paviršiaus linijinis greitis parenkamas nuo 1 m/s smulkinant kietas medžiagas iki 6 7 m/s smulkinant plastiškas, minkštas medžiagas. Valcų galia apskaičiuojama pagal šią formulę: P p lyg Q v, (.34) čia p lyg lyginamosios energijos sąnaudos, priklausančios nuo valcų tipo bei smulkinamos medžiagos savybių kw/(m 3 /h); Q v valcų tūrinis našumas m 3 /h. Q Q v, (.35) čia Q valcų našumas kg/h; ρ medžiagos tankis kg/m 3. Lyginamosios energijos sąnaudos valcams su lygiais volais trupinant sausas ir stiprias medžiagas yra 1,5 3 kw/(m 3 /h), plastiškas medžiagas (gipsą, kreidą, grūdus) 0,75 1,35 kw/(m 3 /h). Smulkinant briaunuotas valcais lyginamosios energijos sąnaudos 1,4 1,6 karto didesnės. 3

34 .. Krovinių transportavimo pagrindai Maisto pramonėje ir žemės ūkyje transportuojami birūs, vienetiniai ir skysti bei dujiniai kroviniai. Smulkūs kroviniai sustambinami juos sudedant į krovinių vienetą, paletes, konteinerius, paketus, ryšulius. Transportavimo mašinos skirstomos pagal konstrukciją, pagal veikimo principą, pagal krovinio judėjimą, paskirtį, energijos šaltinį. Jos gali būti savarankiškos (pernešamos, pervežamos ir stacionarios) ir įmontuotos į kitas sudėtingas mašinas. Pagal veikimo principą biriems kroviniams transportuoti skirti įrengimai skirstomi į transporterius su lanksčiu traukos elementu ir transporterius be lankstaus traukos elemento. Transporteriuose su lanksčiu traukos elementu kroviniai iš vienos vietos į kitą perkeliami judančia juosta (juostiniai transporteriai, juostiniai kaušiniai elevatoriai) arba grandine traukiamu darbo įrankiu (grandikliu, kaušeliu) (grandikliniai transporteriai, grandininiai kaušiniai elevatoriai ir kiti). Transporteriuose be lankstaus traukos elemento medžiaga pernešama Archimedo sraigtu sraigtiniuose transporteriuose arba fluido srautu pneumatiniuose arba hidrauliniuose transporteriuose. Projektuojamų transportavimo įrenginių tipas, jų konstrukciniai rodikliai priklauso nuo transportuojamų krovinių fizinių ir mechaninių savybių bei krovinių srauto...1. Transportuojamų krovinių charakteristikos Daugelio krovinių fizikinės savybės labai priklauso nuo jų drėgnio. Augalinės kilmės krovinių drėgnį derliaus nuėmimo metu lemia tuo metu vyraujančios gamtinės sąlygos, rūšis, veislė, branda. Sandėliuojamų organinių medžiagų drėgnį lemia supančios aplinkos gamtinės sąlygos, kadangi visos organinės medžiagos pasižymi higroskopiškumu. Medžiagos higroskopiškumas galimybė drėkti bei džiūti yra viena iš svarbiausių savybių, darančių įtaką ir kitų medžiagos fizikinių savybių kaitai. Perdirbimo technologijose krovinių savybės gali iš esmės keistis. Birius krovinius (grūdus, šakniavaisius, vaisius, daržoves, trąšas, žemes, smėlį ir kt.) apibūdina tankis, sudėtis, laisvojo byrėjimo kampas (vidaus trinties kampas), kuris yra skirtingas ramybės būklėje ir judant, 33

35 trinties koeficientas (ramybės būklėje ir judant), drėgnis, lipnumas, susigulėjimas, abrazyvumas, dulkėtumas. Vienetinius krovinius apibūdina vieneto masė, matmenys, forma, paviršių savybės, pažeidžiamumas, temperatūra. Prie vienetinių krovinių priskiriami ir supakuoti gaminiai, nors patys savaime jie būtų birūs ar skysti. Skystus krovinius apibūdina tankis, klampumas, lipnumas, polinkis susisluoksniuoti, užšalimo temperatūra. Dujinius krovinius apibūdina slėgis, tankis, temperatūra, agresyvumas. Transportavimo mašinų darbinių elementų matmenys priklauso nuo transportuojamų krovinių dalelių matmenų. Birūs kroviniai pagal dalelių matmenis skirstomi į šešias grupes: dulkantys, kai dalelių didžiausias matmuo a maks 0,05 mm; miltiniai, kai a maks = 0,05 0,5 mm; grūdiniai, kai a maks = 0,5 10 mm, smulkūs, kai a maks = mm; vidutinio rupumo, kai a maks = mm, ir gabaliniai, kai a maks > 160 mm. Birūs kroviniai dar charakterizuojami rupumo koeficientu k = a maks / a min, čia a maks ir a min didžiausios ir mažiausios dalelės matmuo. Kai k ne didesnis kaip,5, krovinys rūšiuotas ir jis apibūdinamas vidutiniu dalelių matmeniu a = 0,5 (a maks + a min ). Kitais atvejais krovinys nerūšiuotas. Žemės ūkio kroviniai grūdai, daržovės dažniausiai būna nevienarūšiai, o užteršti augalinės arba mineralinės kilmės priemaišomis, kurių savybės labai skiriasi nuo pagrindinės kultūros, tai turi įtakos ir bendros krovinio masės savybėms. Pavyzdžiui nuimamos daržovės yra ne tik skirtingų matmenų, bet ir užterštos žemėmis ir lapų liekanomis, nuimamų javų sėklos nevalyti nedžiovinti grūdai, būna ne tik didelio drėgnio, bet ir užteršti kitų augalų sėklomis, šiaudų ir varpų liekanomis. Bendroje krovinio masėje esančios priemaišos ir perteklinis drėgnis keičia ne tik krovinio savybes, bet ir trikdo normalų transportavimo ir technologinių įrengimų darbą. Tokius produktus tenka valyti, rūšiuoti, džiovinti. Perteklinis grūdinių kultūrų drėgnis > 14 %, o aliejinių kultūrų rapsų > 8 % esmingai keičia sėklų birumą, vidaus trinties kampą, sėklos linkusios susigulėti. Dėl drėgnų sėklų sampile intensyviai besivystančių biocheminių ir mikrobiologinių procesų sėklos dar derliaus nuėmimo kombaino bunkeryje pradeda kaisti, drėkti. Pagal tankį kroviniai skirstomi į keturias grupes: lengvi (ρ < 600 kg/m 3 ), vidutinio sunkumo (ρ = kg/m 3 ), sunkūs 34

36 (ρ = kg/m 3 ) ir labai sunkūs (ρ > 000 kg/m 3 ). Krovinių tankis didėja juos presuojant: šieno, šiaudų %, šienainio %. Kai kurių krovinių charakteristikos pateikiamos. lentelėje.. lentelė. Biriųjų krovinių charakteristikos [17] Krovinys Tankis ρ kg/m 3 Laisvojo byrėjimo kampas laipsn. Trinties koeficientas f ramybėje, tarp medžiagos ir paviršiaus paklotas iš plieno medžio gumos GRŪDAI IR JŲ PRODUKTAI: Kviečiai ,50 0,54 0,57 Rugiai ,58 0, Miežiai ,6 0,66 Avižos ,58 0,68 0,55 Žirniai ,5 0,7 0,36 Kukurūzai ,58 0,6 0,66 Miežiai ,65 0,70 0,75 Komb. pašarai ,65 0,70 0,75 Sėlenos ,44-1,0 DARŽOVĖS: Runkeliai ,48 0,53 0,74 Bulvės ,51 0,55 0,58 Morkos Kopūstai Agurkai KITI KROVINIAI: Presuotas šienas ,5 0,33 0,40 Šienas, šiaudai ,31 0, Silosas ,53 0,75 Javų pėdai Mėšlas ,68 1,80 1,90 Durpės ,75 0,80 0,80 Druska, trąšos ,49-0,63 Drėgnas smėlis ,65 0,56 Pastabos: 1. Laisvojo byrėjimo kampas (vidaus trinties kampas), judant = 0,4 0,7).. Trinties koeficientas judant f = (0,7 0,9)f. 35

37 Transportuojant ir nuimant žemės ūkio kultūras, jas perkraunant, kroviniai patiria smūgius ir nemaža jų dalis pažeidžiama. Ypač jautrios pažeidimams daržovės, nes dėl to jos netenka prekines išvaizdos, sandėliuojant blogai laikosi. Todėl ribojami jų kritimo aukščiai. Ribiniai kai kurių daržovių laisvojo kritimo aukščiai nurodyti.3 lentelėje. Siekiant išvengti žymesnių transportuojamų produktų pažeidimų, transportavimo įrengimų darbinių dalių susilietimo su daržovėmis rekomenduojamas ne didesnis kaip 0,65,0 m/s greitis ir tik išimtiniais atvejais leidžiamas iki 4 m/s. Skarda Medis Medinės Guma Daržovės Dirva 36.3 lentelė. Leistini daržovių kritimo aukščiai [17] Pagrindas Aukštis m Bulvės Runkeliai Morkos Kopūstai 0,30 0,40 0,60 0,90 0,10 0,30 0,15 0,5 0,5 0,50 0,4 0,75 0,5 0,35 0,15 0,5 grotelės 0,15 0,5 0,5 0,40 0,0 0,5 0,10 0,15 0,50 0,75 0,75 1,00 0,5 0,40 0,50 0,75 1,00 1,5 0,65 1,00 0,5 0,50 0,75 1,00,00,00,00 0,75 1,00 Įvairių žemės ūkyje transportuojamų krovinių aerodinaminiai duomenys yra skirtingi, todėl ir oro judėjimo greičiai pneumatinių transporterių vamzdynuose turi būti skirtingi ir didesni nei transportuojamų dalelių kritiniai greičiai. Oro srauto kritinis greitis tai toks greitis vertikaliame vamzdyje, kai transportuojamo krovinio dalelės dėl jas veikiančio oro srauto jėgos pakibs oro sraute. Keičiantis dalelės (grūdo) padėčiai oro srauto krypties atžvilgiu ir oro srauto turbulencijos, dalelės plaukios oro sraute. Oro srauto kritiniai greičiai nurodyti.4 lentelėje..4 lentelė. Dažniausiai oro srautu transportuojamų krovinių, oro srauto kritiniai greičiai [19] Krovinio pavadinimas v k m/s Krovinio pavadinimas v k m/s Kviečiai, miežiai 9,0 11,5 Miltai, pjuvenos 7,5 8.1 Rugiai, avižos 8,0 10,0 Šiaudai 6,4 8,7 Žirniai, vikiai 14,0 17,0 Pelai 0,67 3,1 Pupos, kukurūzai 1,5 14,0 Silosas 8,0 0,0 Linų sėklos, cementas 5, 5,3 Šiaudų pjaustinys 3,5 4,5 Soja, smėlis, trąšos 17,0 0,0 Saulėgrąžos, grikiai 7,0-8,6

38 Transportuojamų skrajumo fazėje krovinių kritinis oro srauto greitis priklauso nuo dalelių drėgnio. Didėjant medžiagos drėgnumui didėja ir kritinis greitis.... Transporterių našumas Bet kokios konstrukcijos transporterio našumas gali būti taip apskaičiuojamas: Q = q v kg/s (.36) arba Q = 3,6 q v t/h, (.37) čia q transportuojamo krovinio masė transporterio viename bėginiame metre kg/m; v krovinio transportavimo greitis m/s. Transportuojant juostiniu transporteriu, q = Aρ kg/m, (.38) čia A transportuojamo krovinio srauto skerspjūvio plotas m ; ρ transportuojamo krovinio supylimo tankis kg/m 3. Transportuojant vamzdžiais, q = ψ A 0 ρ kg/m, (.39) čia A 0 transportuojamo krovinio srauto skerspjūvio plotas m ; ψ vamzdžio skerspjūvio užpildymo koeficientas. Transportuojant kaušais, q = ψ i ρ/ a kg/m, (.40) čia i kaušo talpa l; a kaušų išdėstymo žingsnis m; ψ - kaušų užpildymo koeficientas. Transportuojamo krovinio masė viename sraigtinio transporterio metre (kg/m) apskaičiuojama taip: q = (πd /4) ρψ c, (.41) čia D sraigto skersmuo m; ρ transportuojamos medžiagos tankis kg/m 3 ; ψ užpildymo koeficientas; c koeficientas įvertinantis transporterio polinkį. Kai polinkio kampas β kinta nuo 0 iki 90º, c = 1 0,3. Grūdų užpildymo koeficientas ψ = 0,3 0,4, grūdams, trąšų 0,5. 37

39 Transportuojant vienetinius krovinius q = m / a kg/m, (.4) čia m krovinio vieneto masė kg; a atstumas tarp gretimų krovinių m...3. Transporterio galia Transporterių su lanksčiu traukos elementu kroviniui transportuoti reikiamas skaičiuotinas galingumas P sk apskaičiuojamas pagal formulę: P sk = (Σ W v)/η kw, (.43) čia Σ W pasipriešinimų judėjimui transporterio kontūre suma kn; η pavaros naudingumo koeficientas; v krovinio judėjimo greitis m/s. Pasipriešinimo judėjimui nugalėti energija paprastai gaunama iš variklio. Energija, reikalinga kroviniui pernešti, sunaudojama naudingam darbui (pasipriešinimams kylantiems dėl aukščio pasikeitimo) ir trinties pasipriešinimams nugalėti. Transportuojant krovinį horizontalia kryptimi visa energija sunaudojama trinties pasipriešinimams nugalėti, taip vadinamiesiems žalingiems pasipriešinimams. Apskaičiuojame kroviniu apkrautos juostos pasipriešinimus judėjimui, kai juosta pastoviu greičiu v slenka lygiu pasvirusiu pagrindu..4 pav. Skaičiavimo schema, kai apkrautas traukos elementas slenka lygiu pasvirusiu pagrindu: β pagrindo pasvyrimo kampas; q transportuojamo krovinio masė, viename transporterio metre kg/m; q j traukos elemento (juostos, grandinės, judančio strypo) vieno metro masė kg/m; g = 9.81 m/s. 38

40 mi: Pasipriešinimai juostos judėjimui W N apskaičiuojami šia lygti- W = ( ± W n +W ž ) L, (.44) čia W n naudingi pasipriešinimai (pasipriešinimai juostos judėjimui dėl aukščio pasikeitimo); W ž žalingi pasipriešinimai (pasipriešinimai juostos judėjimui dėl trinties tarp juostos ir pagrindo paviršių); L transportavimo atstumas m. + pliuso ženklas žymimas tuomet, kai juosta slenka lygiu pasvirusiu pagrindu į viršų, o - minuso ženklas žymimas tuomet, kai juosta slenka lygiu pasvirusiu pagrindu žemyn. W n = g ( q + q j ) sin β, (.45) čia W ž = g ( q + q j ) f cos β, (.46) f trinties koeficientas tarp juostos ir pagrindo. Praktiniuose skaičiavimuose vietoje fizikinio trinties koeficiento f taikomas pasipriešinimo koeficientas ω p, įvertinantis besitrinančių paviršių savybes ir transportavimo įrengimų darbo aplinkos sąlygas. Apytiksliai f ω p. Gumuotai juostai judant plieno paviršiumi ω p = 0,35 0,6, medžiu ω p = 0,4 0,7. Gautos naudingų W n ir žalingų W ž pasipriešinimų išraiškos įrašomos į.44 lygtį ir vietoje trinties koeficiento taikomas pasipriešinimo koeficients ω p : W = g ( q + q j ) ( ± sin β + ω p cos β) L. (.47) Apskaičiuojant pasipriešinimus traukos elemento judėjimui tuščioje šakoje, pasirenkama, kad q = 0. Apskaičiuojant pasipriešinimus traukos elemento judėjimui horizontalioje transporterio atkarpoje β = 0. Jeigu traukos elementas (juosta, grandinė arba strypas) juda palaikančiaisiais ritinėliais arba žvaigždutėmis, skaičiuojant traukos pasipriešinimą reikia įvertinti besisukančių dalių masę ir jų sukeliamą trintį tarp besisukančių dalių ir juostos bei trintį palaikančiųjų ritinėlių guoliuose (.5 pav.) 39

41 .5 pav. Traukos pasipriešinimo judėjimui skaičiavimo schema, kai apkrautas traukos elementas palaikomas ritinėliais arba žvaigždutėmis: β transporterio analizuojamos atkarpos pasvirimo kampas; q r ritinėlių (žvaigždučių) besisukančių dalių masė tenkanti vienam transporterio metrui kg/m; kiti žymėjimai kaip ir.4 paveiksle Naudingi pasipriešinimai apskaičiuojami taip pat kaip ir pirmuoju atveju,.45 lygtimi. Žalingi pasipriešinimai apskaičiuojami šia lygtimi: W ž = g ( q + q j + q r.d. ) ω r.d cos β, (.48) čia q r.d. ritinėlių (žvaigždučių) besisukančių dalių masė tenkanti vienam transporterio metrui kg/m, darbinėje juostos šakoje, f r.d. riedėjimo trinties koeficientas, darbinėje traukos elemento šakoje. Praktiniuose skaičiavimuose vietoje fizikinio riedėjimo trinties koeficiento f r.d. taikomas pasipriešinimo koeficientas ω r.d., įvertinantis pasipriešinimus juostos palaikančiųjų ritinėlių guoliuose ir transporterio darbo ir aptarnavimo sąlygas. Pasirenkama f r.d. ω r.d. Apskaičiuojant pasipriešinimus juostos judėjimui tuščioje šakoje pasirenkama, kad q = 0. Apskaičiuojant pasipriešinimus juostos judėjimui horizontalioje transporterio atkarpoje β = 0. 40

42 Juostai (grandinei) apeinant būgną arba žvaigždutę reikia papildomos jėgos juostos (grandinės) lenkimui (.6 pav)..6 pav. Vietinių pasipriešinimų skaičiavimo schema: F nub nubėgančios nuo būgno juostos šakos įtempimo jėga; F užb užbėgančios ant būgno juostos šakos įtempimo jėga Nubėgančios nuo būgno (žvaigždutės) traukos elemento įtempimo jėga priklauso nuo užbėgančios ant būgno (žvaigždutės) traukos elemento įtempimo jėgos dydžio ir vietinių pasipriešinimų apeinant būgną ar žvaigždutę: F nub = F užb + W v, (.49) čia W v vietiniai pasipriešinimai traukos elementui apeinant būgną ar žvaigždutę. Tuomet F nub = F užb K p, (.50) čia K p koeficientas, įvertinantis vietinius pasipriešinimus, tenkančius traukos elemento sulenkimui ir ištiesinimui, trinties nuostoliams būgno arba žvaigždutės guoliuose. Jis priklauso nuo būgno gaubimo kampo ir būgno guolių. Kai juosta gaubia būgną (90 180) kampu, o būgno veleno atramose sumontuoti riedėjimo guoliai, rekomenduojamos reikšmės K p = 1,06 1,09. Vietiniai pasipriešinimai transporterio apkrovimo vietoje W u naudojami krovinio inercijos jėgoms nugalėti, įgreitinant krovinio daleles iki transportinio greičio: W u = (v -v 0 ) q g /, (.51) čia v krovinio transportavimo greitis m/s; v 0 kovinio, patenkančio ant transporterio, greičio dedamoji, sutampanti su transportavimo kryptimi m/s. 41

43 ..4 Juostinių transporterių projektavimas Klasifikacija. Juostiniai transporteriai su lygia juosta skirti birioms medžiagoms ir mažagabaričiams kroviniams transportuoti horizontalia kryptimi arba kampu, mažesniu kaip trinties kampas tarp juostos ir krovinio paviršiaus. Tai paprastos konstrukcijos, mažo energijos imlumo, tyliai dirbantys įrengimai. Jais galima transportuoti dideliais atstumais, galimi dideli našumai. Šiuos transporterius sudaro: juosta tai nešantis ir traukos elementas, atraminiai ir palaikomieji ritinėliai, varantysis būgnas, juostos įtempimo mechanizmas su įtempimo būgnu, krovinio užkrovimo ir numetimo įrengimai, rėmas, esant reikalui - nukreipimo būgnai, juostos valytuvai, polinkio keitimo mechanizmas, ilgio keitimo mechanizmas, sukimosi krypties ribotuvai (.7 ir.8 pav.). Pagal naudojimo pobūdį juostiniai transporteriai skirstomi į stacionarius ir kilnojamus arba įmontuotus į kitas sudėtingas mašinas. Transporteriai būna horizontalūs ir pasvirę. Transporterių su lygia juosta maksimalus pasvirimo kampas 0,17 radiano mažesnis už transportuojamo krovinio laisvo byrėjimo kampą..7 pav. Juostinio transporterio bendras vaizdas: 1 juosta; perstumiamas nukrovimo vežimėlis; 3 nukreipiantysis būgnas; 4 varantysis būgnas; 5 transporterio pavara; 6 transporterio rėmas; 7 tuščią juostos šaką palaikantieji ritinėliai; 8 darbinę juostos šaką palaikantieji ritinėliai; 9 sraigtinis juostos įtempimo mechanizmas [4] 4

44 lt 9.8 pav. Grūdų sandėlio užkrovimo juostiniu transporteriu schema: 1 įtempimo būgnas; užkrovimo įtaisas; 3 juosta; 4 darbinės šakos palaikantieji ritinėliai; 5 nukrovimo vežimėlis; 6 varantysis būgnas; 7 transporterio pavara; 8 tuščios šakos palaikantieji ritinėliai; 9 juostos įtempimo įrenginys; l t atstumas tarp tuščios juostos palaikomųjų ritinėlių Projektuojant juostinius transporterius nustatoma: koks galimas transportuojamas krovinys; transporterio našumas, juostos judėjimo greitis, juostos plotis, būgnų skersmenys, juostos įtempimo mechanizmo eiga, elektros variklio galia, matmenys, transporterio masė. Transporterių juosta. Brangiausia ir svarbiausia juostinio transporterio detalė yra transporterio juosta. Ja pernešami kroviniai, transporterio juosta veikiama didžiausių apkrovų, ji amortizuoja perkrovas, užtikrindama sklandų ir betriukšmė transporterio darbą. Plačiausiai naudojamos bendros paskirties gumos juostos, skirtos dirbti aplinkoje, kur oro temperatūra svyruoja nuo -45 iki +60 C. Juostą sudaro guma sujungtas karkasas. Karkasas susideda iš keleto sluoksnių sintetinio ar kombinuoto audinio arba plieninių lynų. Kombinuotas audinys audžiamas iš medvilninių (75 %) ir lafsaninių (8 %) siūlų. Sintetinio audinio pagrindą sudaro kapronas. Siekiant apsaugoti audinį nuo drėgmės mechaninio poveikio, juosta padengiama apsauginiu gumos sluoksniu, kurio storis priklauso nuo juostos tipo ir paskirties. Svarbiausia juostos techninė charakteristika yra jos stiprumo riba (.5 lentelė). Juostos tipas paprastai parenkamas pagal juostos paskirtį. Abrazyvinėms ir stambiagabalinėms medžiagoms transportuoti 43

45 naudojamos stipresnės (storesniu gumos sluoksniu juostos darbinėje dalyje) juostos (.6.9 lentelės). Skaičiuojant juostų stiprumą pasirenkama, kad traukos jėgą perduoda tik juostos audinys. Juostos tipas.5 lentelė. Gumuotos juostos charakteristikos Stiprumo klasė Guma Stiprumo riba tempiant MPa Paskirtis 1 A; B 5; 0 Abrazyvinėms stambiagabalinėms medžiagoms (a< 500 mm) transportuoti B; D; C 0; 15; 10 Įvairioms birioms mažagabalinėms medžiagoms (a < 150 mm) transportuoti 3 D; C 15; 10 Mažai abrazyvioms, birioms ar mažagabalinėms medžiagoms (a<80 mm) transportuoti sausoje aplinkoje 4 C 10 Birioms, abrazyvinėms ir mažagabalinėms medžiagoms (a<80 mm) transportuoti. Plotis mm.6 lentelė. Gumuoto audinio sluoksnių skaičius z Juostos tipas Sluoksnio nominalinis stiprumas N/mm

46 .7 lentelė. Maksimali leistina vieno gumuoto audinio sluoksnio lyginamoji apkrova[k] sl N/mm Transporterio polinkio kampas 10 > 10 Sluoksnių skaičius z [K] sl kai sluoksnio nominalinis stiprumas N/mm lentelė. Gumuoto audinio sluoksnio storis δ mm Sluoksnio nominalinis Sintetinis audinys Kombinuotas audinys stiprumas 400 N/mm ,0 1,9 1,4 1,3 1, ; 1.6* 1.6; 1.3 * 1.15 Pastaba: * negumuoto audinio sluoksnio storis..9 lentelė. Juostų išorinių (apsauginių) gumos sluoksnių storis mm Darbinės pusės apsauginio sluoksnio storis Juostos tipas Gumos stiprumo klasė A B C D ; 4, ; 6; 4,5 8; 6; 4,5; ; 4,5; ; 3; ; 1 Atraminės pusės apsauginio sluoksnio storis, kai 1 3, = 1 ir kai 1 4,5, =. Pastaba. Juosta 3 neturi atraminės pusės apsauginio sluoksnio. Maisto perdirbimo pramonėje dažnai naudojamos tinklinės transporterių juostos. Jos gaminamos iš nerūdijančio plieno vielos (gali būti ir spec. plieno, pvz., karščiui atsparaus) ir yra naudojamos įvairiems produktams pervežti. Dažnai tinklinės juostos yra naudojamos ,5 45

47 tokiose užduotyse, kai vežamą produktą reikia apiberti ar apipilti kita medžiaga, pvz., džiūvėsėliais arba šokoladu, taip pat kai vykdomos produktų džiovinimo ar apipūtimo funkcijos ir norima turėti kuo atviresnę transporterinę juostą. Tai brangios juostos. Transporterio juostos vieno metro masė q j kg/m apskaičiuojama pagal šią formulę: q j = ρb, (.5) čia ρ juostos tankis (ρ 1100) kg/m 3 ; B juostos plotis m; bendras juostos storis m. = + 1 +, (.53) čia z gumuoto audinio sluoksnių skaičius (žr..6 lentelę); gumuoto audinio sluoksnio storis (žr..8 lent.); 1 darbinės pusės apsauginio sluoksnio storis; atraminės pusės apsauginio sluoksnio storis (žr..9 lent.). Juostiniuose transporteriuose su dideliu polinkio kampu naudojamos specialios juostos, kurių darbinėje pusėje tam tikru žingsniu tvirtinamos lystelės arba juostos darbinis paviršius daromas rifliuotas. Brėžiniuose transporterio juostos specifikacijų lentelėse pažymimos užrašant žodį Juosta bei nurodant juostos tipą, plotį mm, audinio sluoksnio markę, darbinės pusės juostos apsauginio sluoksnio storį mm, atraminės pusės juostos apsauginio sluoksnio storį mm ir juostos gumos stiprumo klasę. Tarkime, pasirinkome juostą, kuri yra bendros paskirties antro tipo, 800 mm pločio, aštuonių kaprono audinio sluoksnių TK-100, darbinės pusės apsauginio sluoksnio storis 4,5 mm, atraminės mm, guma B stiprumo klasės. Specifikacijų lentelėje juosta žymima taip: Juosta TK-100-4,5-- B. Juostą palaikančiosios detalės. Transporterių juostos paprastai remiasi į palaikančiuosius ritinėlius. Stacionariniuose transporteriuose kartais juosta remiasi į paklotą, t. y. metalo ar medžio lataką. Palaikantieji ritinėliai gaminami iš plieno arba ketaus, kai kuriuose transporteriuose jie dengiami guma ar plastiku, kad prie jų paviršiaus mažiau liptų transportuojamas krovinys. Paprastai juosta palaikantieji ritinėliai montuojami ant nesisukančių ašelių, o jų atramose naudojami uždarieji riedėjimo guoliai. 46

48 Rekomenduojamas palaikančiųjų ritinėlių skaičius atramoje pateiktas.10 lentelėje..10 lentelė. Rekomenduojamas ritinėlių skaičius atramoje Juostos plotis mm Ritinėlių skaičius atramoje Darbinės šakos Tuščios šakos arba arba Juostą palaikančiųjų ritinėlių matmenys parenkami pagal juostos plotį, transportuojamo krovinio tankį bei juostos judėjimo greitį. Kai kurie palaikančiųjų ritinėlių parametrai pateikti.11 lentelėje..11 lentelė. Pagrindiniai palaikančiųjų ritinėlių parametrai (žr..9 pav.) Juostos Šoninių ritinėlių Ritinėlių skersmuo Ritinėlių ilgis mm plotis polinkio kampas D mm mm l l 1 l α 1 α ;83;10; *;0; (45;60)** ;83;89;10;108;17; ;15;159;194;19; *;0;30; ;89;10;108;17;133: ;159;194;39; Pastabos. 1. Parenkant ritinėlių skersmenį, atsižvelgiama į transportuojamo krovinio tankį. Lentelėje nurodyti didžiausi skersmenys, pasirenkami, kai ρ > t/m 3.. * kampas α 1 =10 naudojamas pereinamose atramose prieš lygius būgnus. 3. ** kampai α = 45 ir 60 pasrenkami transportuojant grūdus arba jų perdirbimo produktus. 47

49 Palaikančiųjų ritinėlių išdėstymas pateiktas.9 pav. D l B D l B l D 1 l B.9 pav. Palaikančiųjų ritinėlių išdėstymo schema: D atraminio ritinėlio skersmuo, B juostos plotis, l ritinėlio ilgis, α šoninių ritinėlių ašies polinkio kampas Atstumas tarp palaikomųjų ritinėlių (atramų) darbinėje juostos šakoje priklauso nuo transportuojamo krovinio tankio ir juostos pločio (.1 lentelė)..1 lentelė. Rekomenduojamas palaikančiųjų ritinėlių išdėstymo žingsnis l d (mm) Krovinio tankis kg/m 3 < Žingsnis 1 d, kai juostos plotis B mm 400; ; ; ; Krovinio pakrovimo zonoje rekomenduojamas atramų išdėstymo žingsnis l d mažinamas dvigubai. Atstumas tarp tuščiosios juostos šakos palaikančiųjų ritinėlių l t ( l t = l d ). Transportuojant sunkius vienetinius krovinius, kurių masė > 0 kg, atstumas tarp atramų daromas mažesnis nei pusė transportuojamo krovinio ilgio. Transportuojant lengvus vienetinius krovinius (< 0 kg.) l d = mm. Išgaubtose transporterio atkarpose atraminių ritinėlių išdėstymo žingsnis daromas mažesnis nei tiesioje dalyje l diš 0,5 l d, t. y. taip, kad išilginis juostos polinkis ties kiekviena atrama neviršytų 3 5. Rekomenduojamas transporterio išgaubimo spindulys R 1B. Įgaubtose atkarpose transporteris dirba gerai, kai juosta remiasi į visas atramas, išdėstytas žingsniu l dįg. = l d. Tai pasieksime, kai įgaubimo spindulys yra pakankamai didelis. 48

50 Palaikančiųjų ritinėlių besisukančių dalių masė kg pytiksliai nustatoma pagal šią empirinę formulę; m r [A m +C m (B-0,4)]D 10-4, (.54) čia B juostos plotis m; D ritinėlio skersmuo mm; A m ir C m empiriniai koeficientai. Plokščios juostos ritinėlių A m = 6, C m = 14; lovinio profilio juostos: lengvų ritinėlių A m = 8, C m = 9; vidutinių A m = 10, C m = 10, sunkių A m = 15, C m = 1. Palaikančiųjų ritinėlių besisukančių dalių masė viename metre apskaičiuojama taip : darbinėje šakoje q rd = m r / 1 d kg/m; (.55) tuščioje šakoje q rt = m r /l t kg/m. (.56) Būgnai. Būgnai skirstomi į varančiuosius ir kreipiančiuosius. Būgno skersmuo D b mm priklauso nuo paskirties, juostos tipo ir nešančio audinio sluoksnių skaičiaus joje. D b = K a K b z, (.57) čia K a koeficientas, įvertinantis juostos tipą ir audinio stiprumą (.13 lentelė). Siauroms juostoms pasirenkamos mažesnės koeficiento reikšmės; K b koeficientas, įvertinantis būgno paskirtį: varančiųjų būgnų K b = 1; įtempimo būgnų K b = 0,8; kreipiančiųjų būgnų K b = 0,5; z darbinių sluoksnių skaičius juostoje..13 lentelė. Koeficiento K a priklausomybė nuo juostos audinio stiprumo Audinio stiprumas K a N / m m N/mm Apskaičiuotas būgno skersmuo parenkamas iš standartinių skersmenų eilės: 160, 00, 50, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 150, 1400, 1600, 000,

51 Būgno ilgis priklauso nuo juostos pločio mm pločio juostoms būgnai parenkami 100 mm, mm pločio juostoms 150 mm, o mm 00 mm platesni už juostą. Juostos centravimui gerinti būgnai daromi išgaubti. Išgaubimo dydis d priklauso nuo būgno skersmens, kai skersmuo D b 500 mm ( d 3 mm) ir kai D b 000 mm ( d = 11mm). Sukibimas tarp būgno ir juostos paviršiaus priklauso nuo besitrinančių medžiagų bei aplinkos sąlygų (.14 lentelė)..14 lentelė. Sukibimo koeficientas tarp būgno paviršiaus ir gumuotos juostos Būgno paviršiaus Sukibimo koeficientas Aplinka medžiaga f x Plienas, ketus Labai drėgna 0,10 Drėgna 0,0 Sausa 0,30 Medis, guma (padengtas būgnas) Labai drėgna 0,15 Drėgna 0,5 Sausa 0,40 Būgnų parinkimas įvertinamas nustatant lyginamąjį juostos spaudimą p į būgną 360 p = ( F užb F nub ) [ p ] BD, (.58) b čia α būgno gaubimo kampas juosta laipsniais, B juostos plotis, F užb ; F nub užbėgančios ir nubėgančios juostos šakų įrąžos N. Leistinas lyginamasis gumuotos juostos spaudimas [p] = 0, 0,3 MPa. Juostos įtempimo įtaisas. Juostoms įtempti naudojami sraigtiniai ir svoriniai įtempimo įtaisai. Sraigtiniai pervežamuose ir trumpuose iki 40 m ilgio stacionariniuose transporteriuose. Įtempimo mechanizmo apkrova nustatoma pagal formulę: F K( Fužb Fnub F0 ), (.59) 50

52 čia K = 1,1 koeficientas, įvertinantis galimus papikdomus pasipriešinimus; F užb ; F nub juostos šakų įrąžos; F 0 trinties jėga, kylanti tarp įtempimo mechanizmo besitrinančių paviršių. F 0 = m g f, čia g laisvo kritimo pagreitis 9,81 m/s ; m įtempimo mechanizmo judamos dalies masė kg; f trinties koeficientas. Įtempimo mechanizmas turi užtikrinti, kad juostos įlinkis neviršytu leistinos reikšmės [y] max = (0,015-0,05)l d. Transporteriams su gumuotomis juostomis įtempimo mechanizmo eiga S (m) nustatoma pagal formulę: S = (1-)B+0,00L, (.60) čia B juostos plotis m; L transporterio ilgis m. Įtempimo mechanizmo detalės projektuojamos remiantis žinomomis mašinų elementų stiprumo lygtimis. Krovinio užkrovimo ir iškrovimo mechanizmai. Krovinio užkrovimo metu birios medžiagos patenka ant transporterio juostos kitu greičiu, nei juda juosta. Siekiant apsaugoti transportuojamą medžiagą nuo nubyrėjimo užkrovimo vietoje naudojamas nukreipimo lovelis. Jis taip pat padeda suformuoti reikiamo skerspjūvio birių medžiagų srautą. Lovelio sienelių polinkio kampas α turi būti didesnis nei trinties kampas tarp sienelių ir transportuojamos medžiagos. Nukreipimo lovelio ilgis priklauso nuo juostos judėjimo greičio. Būtina, kad per lovelio ilgį krovinio ir juostos greitis išsilygintų. Paprastai lovelio ilgis pasirenkamas 1 1 = 1,5,0 m, aukštis h (0,3 0,5)B, lovelio plotis pradžioje B 1 0,5B, pabaigoje B 0,6B, čia B juostos plotis. Vienetiniai kroviniai ant juostos nukreipiami ritininiais nukreiptuvais arba tiekiami tiesiog ant juostos. Krovinys nuo transporterio juostos nubyra per galinį būgną transportavimo kelyje plūginiais skydelio pavidalo nužertuvais arba būgniniais nukrautuvais (.10 pav). 51

53 5 a b c.10 pav. Juostinio transporterio nukrovimo schemos: β plūginio nužertuvo pastatymo kampas; a plūginis nužertuvas; b - nukrovimas per galinį būgną; c nukrovimo vežimėlis Kad krovinys nesikauptų prieš plūginius nužertuvus, jų pastatymo kampas tarp juostos judėjimo krypties ir skydinio nužertuvo turi būti mažesnis nei 0,5. Čia trinties kampas tarp transportuojamo krovinio ir nužertumo skydelio. Krintančių biraus krovinio dalelių trajektorijos koordinatės apskaičiuojamos taip: x = v t i r y = 0,5gt, (.61) čia v juostos judėjimo greitis m/s; t kritimo laikas s; x koordinatė, kurios kryptis sutampa su būgno liestine, krovinio atsiskyrimo taške; y vertikali koordinatė; g laisvojo kritimo pagreitis m/s. Krentančių birių medžiagų nukreipimo latakas projektuojamas taip, kad krovinio srautas neatsimuštų į latako sieneles. Juostos pločio nustatymas. Transportuojant birias medžiagas juostos plotis B (m) apskaičiuojamas taip [18]: Q B 1,1 0, 06, (.6) KK čia Q transporterio našumas t/h; v juostos greitis m/s; ρ transportuojamos medžiagos tankis t/m 3 ; K koeficientas, įvertinantis transportuojamos medžiagos natūralaus byrėjimo kampą (žr..15 lent.),

54 K koeficientas, įvertinantis transporterio polinkį (žr..16 lent.). Transportuojant birias gabalines medžiagas nerūšiuoto krovinio B,5 a + 0,, rūšiuoto krovinio B 3,5 a + 0,, čia a' gabalo didžiausias matmuo m. Transportuojant vienetinius krovinius B b + (0,05-0,1), čia b didžiausias transportuojamo krovinio matmuo m..15 lentelė. Koeficiento K reikšmės Juostos forma Palaikomųjų ritinėlių polinkio Laisvojo byrėjimo kampas j judėjime deg. kampas 15 0 Plokščia Lovinė (palaikoma dviem ritinėliais) Lovinė (palaikoma trimis ritinėliais) lentelė. Koeficiento K reikšmės Transporterio polinkio kampas deg. iki K 1 0,97 0,95 Transporterio polinkio kampas deg K 0,9 0,89 0,85 Pagal apskaičiuotą juostos plotį parenkama standartinė juosta, juostos sluoksnių skaičius ir stiprumo riba. Lyginamasis juostos darbinės šakos apkrovimas q kg/m: q = Q/3,6v. (.63) Rekomenduojami juostos judėjimo greičiai v transportuojant : grūdus iki 4,5 m/s, šakniavaisius, šiaudus bei vienetinius krovinius iki 1,5m/s, miltus iki 1,5 m/s, mineralines trąšas, smėlį iki 3 m/s. Pasipriešinimai juostos judėjimui. Skaičiuojami norint patikrinti juostos stiprumą ir nustatyti transporterio sukti reikiamą galią. Sudaroma transporterio skaičiuojamoji schema, kurioje pasižymimas varoma- 53

55 sis būgnas schemoje dalį jo užštrichuojant. Skaičiavimo schemoje nurodomi transporterio posvyrio kampai, kontūras suskirstomas į charakteringas atkarpas, pažymimi jas skiriantys taškai, pradedant nuo varančiojo būgno nubėgančios šakos. Pažymimi atstumai tarp tų taškų. Skaičiuojami pasipriešinimai tarp taškų apėjimo apie kontūrą metodu pagal metodiką, pateiktą..3 skyriuje. Juostai apgaubiant įtempiamąjį ar nukreipiamąjį būgną, pasipriešinimai dėl trinties guoliuose ir juostos standumo įvertinami koeficientu K p. F nub = F užb K p, kai būgno gaubimo kampas α < 90, K p = 1,03; α = 90, K p = 1,04; α 180, K p = 1,07. Pasipriešinimai juostos apkrovimo vietoje: 54 W u = W u ' + W u ", (.64) čia W u ' pasipriešinimas dėl juostos trinties į apkrovimo latako sieneles; W u " pasipriešinimas dėl krovinio inercijos. W u ' 50 I 1, (.65) čia 1 1 apkrovimo latako ilgis m. W u " 0,1 (v v k ) q g, (.66) čia v k krovinio greičio dedamoji m/s, sutampanti su juostos judėjimo kryptimi; g laisvojo kritimo pagreitis m/s ; v juostos judėjimo greitis m/s; q krovinio masė viename transporterio ilgio metre kg/m. Pasipriešinimai juostos nukrovimo vietoje, kai krovinys nužeriamas plūginiu nužertuvu: W pn (7 36)qB, (.67) čia B juostos plotis m. Kai juosta nukraunama dviejų būgnu nukrautuvu, juostos įtempimas, praėjus nukrovimo būgnus, apskaičiuojamas pagal šią lygtį: F [ F ( q q ) gh] K, (.68) nub užb j p čia h juostos su kroviniu pakilimo aukštis, praeinant nukrovimo vežimėlį m; K p koeficientas, įvertinantis būgnų gaubimą. Juostą nukraunant per galinį būgną papildomų pasipriešinimo jėgų juostos judėjimui nebūna.

56 Juostos valytuvo pasipriešinimai: grandiklinio valytuvo W v = N/m, valant besisukančiu šepečiu W v = N/m. Pasipriešinimai juostai judant lygiu pagrindu apskaičiuojami pagal šią lygtį: W P = (q +q j ) (f cos ± sin) g L, (.69) čia L analizuojamos transporterio atkarpos ilgis (tai prilyginama transporterio ilgiui, kai transporterio polinkis visame ilgyje yra vienodas) m; transporterio arba transporterio analizuojamos atkarpos polinkio kampas; f trinties koeficientas tarp pagrindo ir gumuotos juostos; plieninio pagrindo f = 0,35 0,60, medinio f = 0,4 0,7. Minuso ženklas formulėje žymimas, juostai slenkant pasvirusiu pagrindu žemyn. Tuščiosios transporterio šakos q = 0. Pasipriešinimai juostai judant palaikančiaisiais ritinėliais: W r = [(q + q j + q rd ) w r cos ± (q + q j ) sin] g L, (.70) čia q rd palaikančiųjų ritinėlių besisukančių dalių masė viename metre (žr..55 ir.56 lygtis); w r pasipriešinimo judėjimui koeficientas, pasirenkamas.17 lentelėje. Pasirenkame, kad tuščiosios transporterio šakos q rt = 0 ir q = lentelė. Pasipriešinimo judėjimui koeficiento w r reikšmės Guolių tipas Riedėjimo Slydimo Darbo sąlygų charakteristika Geros. Švarios, sausos, apšildomos patalpos, patogus aptarnavimas. Vidutinės. Apšildomos, dulkėtos arba drėgnos patalpos, patogus aptarnavimas. Sunkios. Neapšildomos, drėgnos, dulkėtos patalpos, nepatogus aptarnavimas. Labai sunkios. Veikia visi neigiami faktoriai. Sunkus aptarnavimas, nėra apšvietimo. Vidutinės. w r atramoms Lygios Lovinės juostos juostos 0,018 0,0 0,0 0,03 0,04 0,06 0,0 5 0,04 0,06 0,07 Transporteriui dirbant žemoje temperatūroje (t -0 C) lentelėje nurodytos w r reikšmės didinamos 40 % 55

57 Rekomenduojamа juostinio transporterio projektavimo metodika. Žinant mechanizuojamų procesų technologinę schemą ir transporterio vietą joje, nustatomas projektuojamo transporterio našumas, kuris derinamas su technologinės linijos našumu. Išanalizuojamas transportuojamas krovinys, nustatant jo fizines mechanines savybės ir galimą jų kitimą, darbo sąlygas, aptariami ir pagrindžiami transporterio schemos variantai, parenkamos varančiojo ir įtempimo būgnų vietos bendroje transporterio schemoje, energijos šaltinis. Sudaroma transporterio skaičiavimo schemą, varomasis būgnas, schemoje pažymimas, dalį jo užbrūkšniuojant. Skaičiavimo schemoje nurodomi transporterio posvyrio kampai, o kontūras suskirstomas į būdingąsias atkarpas, pažymint jas skiriančius taškus, pradedant nuo varančiojo būgno nubėgančios šakos. Pažymimi atstumai tarp tų taškų. Tolesniuose skaičiavimuose, indekso skaičius reiškia transporterio juostos tašką, kuriam priskiriama reikšmė. Juostinio transporterio schema ir juostos ir transporterio juostos įtempimo epiūra parodyta.11 paveiksle. L 6; 7 v L 5; L 1; L 3;4cos F nub W W L 1; L 3;4 L 5;6 L 6;7 L 8;9.11 pav. Juostinio transporterio schema ir juostos įtempimo epiūra: l transporterio būdingąsias atkarpos ilgis; β transporterio pasvirusios dalies polinkio kampas; α būgno gaubimo juosta kampas; v juostos judėjimo greitis m/s; F min juostos minimalus įtempimas; w pasipriešinimai juostos judėjimui 56

58 Transporterio pagrindinius parametrus rekomenduojama projektuoti tokiu nuoseklumu: 1. Apskaičiuojamas juostos plotis ir preliminariai parenkama juosta. Jeigu tolesniuose skaičiavimuose pasirodys, kad pasirinktos juostos stiprumas yra nepakankamas, pasirinkimą reikia patikslinti, tačiau visų skaičiavimų nekartoti.. Apskaičiuojami transporterio varančiojo ir įtempimo būgnų skersmenys, pagal tai parenkami varantysis būgnas ir įtempimo būgnai. 3. Apskaičiuojame pasipriešinimus juostos judėjimui, apėjimo apie kontūrą metodu, nustatant juostos įtempimą visų atkarpų būdinguosiuose taškuose. F 1 = F nub ; F = F 1 +W 1- ; F 3 - F K p ; F 4 = F 3 + W 3-4 ; F 5 = F 4 K P ; F 6 = F 5 + W 4 ; F 7 - F 6 + W 6-7 ; F 8 =F 7 + F 6 K P ; F 9 = F 8 + W 8-9 ; F 9 = F užb. Juostos judėjimo pasipriešinimai transporterio charakteringose atkarpose W apskaičiuojami pagal..3 skyrelyje išdėstytą metodiką. Įrašius konkrečias reikšmes, randama užbėgančiosios juostos šakos įrąža: F užb = F nub + W, (.71) čia W juostos judėjimo visų pasipriešinimų suma. Kad juosta neprabuksuotų ant varančiojo būgno, ji turi atitikti Eilerio sąlygą: F F e, (.7) užb nub čia μ trinties koeficientas tarp juostos ir būgno paviršių (žr lent.); α būgno gaubimo kampas radianais. Išsprendus (.71) ir (.7) lygčių sistemą, nustatomas nubėgančios nuo varomojo būgno šakos įtempimas, o pridedant pasipriešinimus kiekvienoje transporterio atkarpoje, randamas juostos įtempimas visuose charakteringuose taškuose. 57

59 Braižoma juostos įtempimo epiūra, pažymėtuose taškuose pagal mastelį atidėdami charakteringų taškų ilgius ir apskaičiuotas juostą veikiančias jėgų reikšmes (žr..11 pav.). 4. Nustatomas juostos minimalus įtempimas darbinėje šakoje. Faktiškas juostos įlinkis apskaičiuojamas pagal šią lygtį: 58 y q q gl F y (.73) ( j ) d / (8 min ) [ ] maks, čia l d atstumas tarp atraminių ritinėlių m. Transportuojant vienetinius ir gabalinius krovinius pasirenkamos minimalios leistino įlinkio reikšmės. Kai skaičiuotinas juostos įlinkis viršija leistinas reikšmes, pagal (.73) lygtį apskaičiuojamas būtinas minimalus juostos įtempimas darbinėje juostos šakoje. Šiuo atveju juostos įtempimą būdinguose taškuose būtina patikslinti įvertinant apskaičiuotą juostos minimalų įtempimą darbinėje (apkrautoje) šakoje. 5. Pasirinktos juostos stiprumas tikrinamas pagal šią lygtį: K F / ( Bz) [ K], (.74) sl maks sl čia [K] sl maksimali leistina darbinė gumuoto audinio sluoksnio apkrova N/mm (žr..7 lent.); z sluoksnių skaičius. 6. Nustatomas juostos lyginamasis spaudimas į labiausiai apkrautą būgną (žr..58 formulę). 7. Apskaičiuojama reikaliama elektros variklio galia: P sk KFv /, (.75) t čia K atsargos koeficientas, įvertinantis nenumatytus pasipriešinimus, perkrovas. K = 1,1-1,; v juostos judėjimo greitis m/s; η transporterio pavaros naudingumo koeficientas; F t apskritiminė būgno traukos jėga N. F K ( F F ). (.76) t p užb nub Iš elektras variklio katalogų parenkamas bendrosios paskirties elektros variklis, kurio galingumas P ev P sk. 8. Projektuojami transporterio mazgai, parenkama rėmo konstrukcija.

60 9. Pasirenkama juostos įtempimo mechanizmo konstrukcija, pagal žinomas mašinų elementų stiprumo lygtis apskaičiuojami pagrindiniai mechanizmo detalių parametrai.[1,18] 10. Transporterių velenai ir guoliai projektuojami pagal žinomus mašinų elementų projektavimo principus, kai žinomos veikiančios apkrovos apskaičiuotos šiame skyrelyje [15]...5. Grandiklinių transporterių projektavimas Grandiklinį transporterį sudaro nejudamas atviras arba uždaras lovys, išilgai kurio juda begalinė grandinė su pritvirtintais grandikliais, pavara, varančioji ir varomoji žvaigždutės, įtempimo įtaisas, krovinio pakrovimo ir iškrovimo angos. Kartais grandiklinių transporterių konstrukcijose naudojamos nukreipimo žvaigždutės, rankinės arba automatinės krovinio išleidimo sklendės, grandinę su grandikliais palaikančios dalys, apsauginės sklendės kroviniui išpilti ir t. t pav. Grandiklinio transporterio bendras vaizdas: 1 motoreduktorius (pavara); rėmas su privirtintu loviu; 3 transportuojamo krovinio išleidimo sklendė; 4 grandinė su grandikliais; 5 sraigtinis grandinės įtempimo mechanizmas; 6 krovinio pakrovimo anga; 7 krovinio iškrovimo anga; 8 grandinę su grandikliais palaikantis ritinėlis; 9 apsauginė sklendė kroviniui išpilti [19] 59

61 Klasifikacija. Grandikliniai transporteriai skirti biriems kroviniams transportuoti, tačiau specialios konstrukcijos naudojami vienetiniams kroviniams gabenti. Konstrukcijos paprastumas ir galimybė pritaikyti įvairius techninius sprendimus lemia grandiklinių transporterių universalumą, įvairovę ir paplitimą. Šiuo metu tai vieni iš dažniausiai naudojamų ir plačiausiai paplitusių transporterių. Jie klasifikuojami pagal įvairius požymius: pagal padėtį erdvėje: horizontalūs, pasvirę ir kombinuotos konfigūracijos; pagal naudojamų grandinių skaičių: su viena arba dviem lygiagrečiai dirbančiomis grandinėmis; pagal konstrukciją: paprasti ir specialios konstrukcijos arba paskirties (skreperiniai-grandikliniai, strypinis-grandiklinis, vamzdiniaigrandikliniai, plokšteliniai-grandikliniai ir t. t.); pagal naudojimą: stacionarūs, pervežami, įmontuoti į kitas mašinas. Lyginant su kitais transportavimo įrenginiais, grandikliniams transporteriams būdingi privalumai: paprasta konstrukcija; nesudėtinga eksploatacija; gali būti įvairios paskirties ir konfigūracijos; pigūs. Grandiklinių transporterių trūkumai: mechaniškai žaloja lengvai pažeidžiamą krovinį; triukšmingi; savaime neišsivalo; ribojamas transporterio ilgis retai gaminami ilgesni kaip m. Grandikliniuose transporteriuose transportuojamas krovinys perstumiamas uždaru arba atviru loviu. Dažniau naudojami uždari loviai. Jie yra saugesni, mažesnis pavojus užteršti krovinį, apsaugo nuo kritulių, transportavimo nuostolių (išsibarstymo). Transporterio loviai suvirinami arba štampuojami iš 3 6 mm storio lakštinio plieno, o transporteriuose su apvaliais grandikliais naudojami standartiniai vamzdžiai. Gaminamos 4 m ilgio lovio sekcijos, iš kurių vėliau surenkamas transporteris. 60

62 Krovinys gali būti uždedamas bet kurioje transporterio vietoje, o iškaunamas per angą ties galine žvaigždute lovio pabaigoje arba per lovio dugne specialiai įrengtas angas su rankiniu arba automatiniu būdu valdomomis sklendėmis. Lovio viduje transportuojamas krovinys perstumiamas traukos elementu, kurį sudaro grandinė arba lynas su pritvirtintais grandikliais (.13 ir.14 pav.). a b c d e.13 pav. Grandiklinių transporterių traukos elementai: a plokštelinė grandinė su ištisiniais grandikliais; b ritininė grandinė su guminiais grandikliais; c įvorinė grandinė su gembiniu grandikliu; d grandinė su kontūriniais grandikliais; e transporterio su dviem grandinėmis fragmento schema; f lynas su vamzdinio-grandiklinio transporterio grandikliu f 61

63 Slinkdami lovio dugnu grandikliai stumia krovinį link iškrovimo angos. Tuo pačiu metu viršutine lovio dalimi traukos elementas grįžta atgal. Tokios konstrukcijos grandikliniuose transporteriuose krovinys perstumiamas lovio dugnu, apatine traukos elemento šaka. Tačiau krovinys taip pat gali būti transportuojamas lovio viršutine dalimi, kai kroviniui perstumti naudojama viršutinė traukos elemento šaka, arba vienu metu lovio viršutine ir apatine dalimis, kai krovinys tuo pačiu metu perstumiamas viršutine ir apatine traukos elemento šakomis. Šitaip transportuojamas gali būti vienas krovinys arba du skirtingi kroviniai. Grandikliniuose transporteriuose dažniausiai naudojamos plokštelinės, kablinės ir išardomos grandinės, rečiau suvirintos grandinės ir lynai. Atsižvelgiant į transporterio plotį, traukos elementas būna su viena arba dviem grandinėmis. Ne platesniuose kaip mm pločio transporteriuose rekomenduojama naudoti vieną grandinę, o didesnio pločio transporteriuose dvi grandines. Suvirintos grandinės ir lynai yra lankstesni. Todėl jie dažniau naudojami kombinuotos konfigūracijos transporteriuose. Traukos elementams su lynais prioritetas taip pat suteikiamas mažo skersmens vamzdiniuose-grandikliniuose transporteriuose, nes lynas užima mažesnę vamzdžio skerspjūvio ploto dalį nei grandinė. a b.14 pav. Skreperinio-grandiklinio (a) ir strypinio-grandiklinio (b) transporterių traukos elementai. Pastaba: traukos elementas su grandikliais atlieka slenkamąjį-grįžtamąjį judesį, kiekvieną kartą pastumdamas krovinį į priekį transportavimo kryptimi. Transportuojamam kroviniui perstumti prie grandinės arba lyno tvirtinami ištisiniai ir kontūriniai grandikliai. Ištisiniai grandikliai esti 6

64 aukšti ir žemi. Aukštų grandiklių aukštis mažai skiriasi nuo lovio aukščio, o žemų 3 6 kartus mažesnis už lovio aukštį. Jie gaminami iš plastiko, gumuoto diržo, plieno, medžio ir pan. Grandiklio tipas pasirenkamas atsižvelgiant į transportuojamo krovinio savybes ir transporterio ypatumus. Nuo to priklauso krovinio judėjimo lovyje būdas. Transporteriais su aukštais grandikliais krovinys perstumiamas atskiromis porcijomis, o transporteriais su žemais ir kontūriniais grandikliais ištisiniu srautu, užpildančiu beveik visą lovelio skerspjūvį. Tačiau traukos elemento su žemais arba kontūriniais grandikliais judėjimo greitis yra didesnis už krovinio perstūmimo greitį. Dėl šios priežasties šių tipų grandikliai naudojami birioms medžiagoms transportuoti, kurios nelinkusios sukibti ar sulipti. Grandikliai. Grandiklinių transporterių grandikliai yra ištisiniai, kontūriniai ir plieniniai, gumuoto diržo arba standžios gumos. Rekomenduojami grandiklių matmenys: h/b = 1/(,5-4); grandiklių išdėstymo žingsnis a = (1-3)B. Transportuojant gabalines medžiagas B a maks. Grandikliai dažniausiai tvirtinami prie grandinės, kuri traukiama žvaigždutės, kurios krumplių skaičius ne mažesnis, kaip z min = Žvaigždutės dalijamojo apskritimo skersmuo: D d = p/(sin π/z), (.77) čia p grandinės žingsnis. Pradiniai duomenys, projektuojant grandiklinius transporterius, esti našumas, transportuojamo krovinio savybės, transportavimo atstumas. Atliekant projektinius skaičiavimus nustatomi lovio skerspjūvio matmenys, apskaičiuojamos grandinės įtempimo jėgos būdinguose taškuose, parenkama grandinė, apskaičiuojama reikiama variklio galia ir parenkama pavara, atliekami pagrindinių transporterio elementų stiprumo skaičiavimai. Grandiklinius transporterius rekomenduojama projektuoti tokiu nuoseklumu: Grandiklinio transporterio pagrindinių technologinių matmenų nustatymas. Jo metu apskaičiuojami grandiklio lovio ir grandiklio matmenys. Grandiklinio transporterio lovys projektuojamas atsižvelgiant į transporterio našumą. Todėl lovio skerspjūvio matmenys plotis ir aukštis nustatomi pagal grandiklinių transporterių našumo skaičiavimo lygtį: 63

65 64 Q 3600 k h k, (.78) 1 v čia Q transporterio našumas t/h; k lovio pločio ir aukščio santykio koeficientas: B k 1..4; (.79) h 1 B 1 ir h 1 lovio vidinis (darbinis) plotis ir aukštis m; lovio užpildymo koeficientas (.18 lent.); k transporterio posvyrio kampo koeficientas (.18 lent.); v rekomenduojamas grandinės su grandikliais judėjimo greitis: grūdams iki 1,0 m/s, šakniavaisiams 0,3 0,5 m/s, miltams ir mėšlui 0,5 1,0 m/s; krovinio tankis t/m lentelė. Koeficientų ir k reikšmės Krovinys k, kai transporterio posvyrio kampas laipsniais Birus 0,5 0,6 1,0 0,85 0,65 0,5 - - Mažai birus, gabalinis 0,7 0,8 1,0 1,0 1,0 0,75 0,6 0,5 Rekomenduojama, kad projektuojamos grandiklinio transporterio lovio aukštis būtų ne mažesnis kaip mm ir 4 kartus mažesnis nei pasirinktas lovio plotis. Neatitinkant šių sąlygų, keičiamas pasirinktas grandinės su grandikliais judėjimo greitis, lovio plotis arba kiti parametrai ir skaičiavimai kartojami. Vamzdinių-grandiklinių transporterių našumas ir vamzdžio vidinis skersmuo: 3600 Dv v Q ; (.80) 4 čia D v 4Q, 3600 v v D vamzdžio vidinis skersmuo m; vamzdžio užpildymo koeficientas: = 0,8 0,9. (.81)

66 Pagal.81 lygtį apskaičiavus vamzdinio-grandiklinio transporterio vamzdžio vidinį skersmenį, parenkamas standartinio skersmens vamzdis, artimiausias apskaičiuotai reikšmei. Traukos elemento skaičiavimai. Traukos elementą sudaro grandinė arba lynas ir grandikliai. Jį projektuojant apskaičiuojamas grandiklio plotis ir aukštis, išdėstymo žingsnis ir preliminariai parenkama grandinė. Pirmiausia nustatomi grandiklių matmenys. Jie apskaičiuojami atsižvelgiant į grandiklinio transporterio lovio matmenis: hg h ; (.8) Bg D g B ; (.83) D , (.84) v čia h g grandiklio aukštis m; B g grandiklio plotis m; D g vamzdinio-grandiklinio transporterio grandiklio skersmuo m. Transporterių su aukštais grandikliais ir atviru loviu grandikliai gali būti aukštesni arba žemesni už transporterio lovį. Todėl.8 lygtyje yra ženklas. Grandiklių išdėstymo žingsnis priklauso nuo transportuojamo krovinio, naudojamo grandiklio tipo, transporterio konfigūracijos ir grandinės žingsnio. Pirmiausia yra nustatoma grandiklių išdėstymo žingsnio orientacinė reikšmė: p...4 h, (.85) g g čia p g grandiklių išdėstymo žingsnis m. Tuomet preliminariai iš katalogų parenkama grandinė. Grandiklių žingsnis privalo būti kartotinis grandinės žingsniui: p k p, (.86) g čia p preliminariai parinktos grandinės žingsnis m; k sveikas skaičius, k = 1,, 3, 4 ir t. t. Iš.85 lygties apskaičiuojama faktinė koeficiento k reikšmė: p g k. (.87) p Gauta reikšmė suapvalinama iki artimiausio sveiko skaičiaus ir pagal.85 lygtį patikslinamas grandiklių žingsnis. 65

67 Projektuojant vamzdinius-grandiklinius transporterius, grandiklių žingsnis apskaičiuojamas pagal parinkto vamzdžio vidinį skersmenį arba preliminariai parinktos grandinės žingsnį: ' p k p k D (.88) g 1 v, čia D v parinkto vamzdžio vidinis skersmuo m; k 1 ir k koeficientai, priklausantys nuo transporterio konfigūracijos: transporterių su tiesialinijine trasa (horizontalių ir nuožulnių) k 1 = 6, k = 3; transporteriams su vertikaliais ruožais ir su kombinuotomis trasomis k 1 = 4, k = 1. Lyginamųjų apkrovų nustatymas. Projektuojant grandiklinius transporterius įvertinamos dviejų tipų lyginamosios apkrovos krovinio ir judančių dalių. Jos parodo, kokia krovinio ir traukos elemento masė tenka vienam metrui transporterio. Krovinio lyginamoji apkrova skaičiuojama pagal šią lygtį: Q q, (.89) 3,6 v čia q krovinio lyginamoji apkrova kg/m. Transporterio judančių dalių (traukos elemento) lyginamoji apkrova, kai naudojami aukšti grandikliai: q k q, (.90) j j čia q j judančių dalių lyginamoji apkrova kg/m; k j proporcingumo koeficientas: transporteriams su viena grandine k j = 0,5 0,6; transporteriams su dviem grandinėmis k j = 0,6 0,8. Transporterio judančių dalių lyginamoji apkrova, kai naudojami žemi grandikliai: Bgrand ( Lh H) q j 6, (.91) 30 čia B grand grandinės grandies plotis m; krovinio tankis t/m 3 ; L h transporterio projekcijos ilgis horizontalioje plokštumoje m; H krovinio kėlimo aukštis m. Vamzdinio transporterio judančių dalių lyginamoji apkrova q j pasirenkama nuo 8 iki 18 kg/m, kai dalijamasis vamzdžio skersmuo mm. 66

68 Pasipriešinimo judėjimui jėgų skaičiavimas. Transporterio pasipriešinimas judėjimui įvertinamas apėjimo apie kontūrą metodu. Taikant šį metodą transporterio trauklės kontūras būdingais taškais, žymint juos skaitmenimis, suskirstomas į atkarpas. Dažniausiai žymėjimas pradedamas nuo ten, kur grandinė nubėga nuo varančiosios žvaigždutės (.15 pav.) (čia pažymimas pirmasis taškas). Kiti būdingi taškai žymimi ten, kur keičiasi traukos elemento judėjimo kryptis, apkrova, grandinė užbėga ant žvaigždutės arba nubėga nuo žvaigždutės. Baigus skirstyti transporterio trauklę į atkarpas, pažymimi atstumai tarp būdingų taškų. Tolesniuose skaičiavimuose nustatomos grandinės įtempimo jėgos visuose pažymėtuose būdinguose taškuose (prie naudojamų simbolių rašomas indekso skaičius reiškia transporterio traukos elemento vietą (būdingą tašką))..15 pav. Grandiklinio transporterio principinė skaičiavimo schema Pirmiausia pasirenkama minimali grandinės įtempimo jėga F min mažiausiai apkrautame taške, t. y. pirmajame būdingame taške. Pasirenkama, kad F 1 = F min =,5 3,0 kn. Projektuojant vamzdiniusgrandiklinius transporterius minimali grandinės įtempimo jėga pasirenkama F 1 = F min = 0,5,0 kn. Atsižvelgiant į projektuojamo transporterio konstrukciją, grandinės įtempimo jėgose skaičiuojamos kituose pažymėtuose būdinguose taškuose: F F ; 1 W 1 (.9) F 3 F ; W 3 (.93) F 4 F, 3 W 34 (.94) 67

69 čia F 1, F, F 3 ir F 4 grandinės įtempimo jėgos charakteringuose taškuose N; W 1-, W -3 ir W 3-4 pasipriešinimo judėjimui jėgos atitinkamose atkarpose: 1 tuščioje (neapkrautoje) transporterio atkarpoje, 3 gaubiant žvaigždutę, 3-4 apkrautoje transporterio atkarpoje N. Apkrautoje transporterio atkarpoje pasipriešinimo judėjimui jėga apskaičiuojama pagal lygtį: 68, W g L qw q w g H q q (.95) a h k j g j čia W a pasipriešinimo judėjimui jėga apkrautoje transporterio atkarpoje N; L h skaičiuojamos transporterio atkarpos projekcijos ilgis horizontalioje plokštumoje m; q krovinio lyginamoji apkrova kg/m; q j judančių dalių lyginamoji apkrova kg/m; w k krovinio pasipriešinimo judėjimui transporterio lovyje koeficientas (.19 lentel.); w g traukos elemento pasipriešinimo judėjimui transporterio lovyje koeficientas (.19 lentel.); H krovinio kėlimo aukštis m..19 lentelė. Krovinio ir grandinės pasipriešinimo judėjimui koeficientai [1] Grandiklinio Pasipriešinimo judėjimui koeficientai transporterio tipas Su ištisiniais aukštais ir žemais grandikliais 0,1 0,13 grandinės su ratukais; 0,5 0,4 grandinės be ratukų Vamzdiniaigrandikliniai w k 1,1 f (f krovinio trinties koeficientas judant, žr. 1.1 lent.) 0,6 0,7 horizontalaus ruožo;,5 3 vertikalaus ruožo w g 0,3 0,5 plieninio vamzdžio ir plieninio arba plastmasinio grandiklio; 0,5 0,6 gumuoto grandiklio Tuščioje (neapkrautoje) transporterio atkarpoje pasipriešinimo judėjimui jėga nustatoma pagal šią lygtį: Wt g q j wg Lh H, (.96) čia W t pasipriešinimo judėjimui jėga tuščioje (neapkrautoje) transporterio atkarpoje N.

70 Formulėse.95 ir.96 ženklas + rašomas, kai krovinys ir traukos elementas juda nuožulniai aukštyn, o ženklas nuožulniai žemyn. Jei krovinys transportuojamas horizontaliai, tai H = 0. Gaubiant trauklei žvaigždutę, pasipriešinimo judėjimui jėga įvertinama pagal šią lygtį: W F K 1, (.97) ž užb ž čia: W ž pasipriešinimo judėjimui jėga gaubiant žvaigždutę N; F užb grandinės įtempimo jėga būdingame taške, simbolizuojančiame žvaigždutės gaubimo su traukte pradžią N; K ž vietinių pasipriešinimų koeficientas: K ž = 1,05 1,07, kai grandinė gaubia žvaigždutę 180 o kampu; K ž = 1,03 1,05, kai grandinė gaubia žvaigždutę 90 o kampu. Apskaičiuojama transporterio varančiosios žvaigždutės apskritiminė jėga jėga, reikalinga traukos elementui patraukti: t užb nub ž 4 1 ž, F F F W F F W (.98) čia F t apskritiminė jėga, N; F užb ir F nub grandinės įtempimo jėga būdinguose taškuose, simbolizuojančiuose varančiosios žvaigždutės gaubimo su traukte pradžią ir pabaigą (4. paveiksle pateiktoje schemoje atitinkamai grandinės įtempimo jėgos taškuose 4 ir 1), N; W ž pasipriešinimo judėjimui jėga gaubiant varančiąją žvaigždutę, N. Apskaičiuojama pagal lygtį.97. Traukos elemento projektavimas baigiamas anksčiau preliminariai parinktos grandinės arba lyno patikrinamaisiais skaičiavimais. Nustačius traukos elemento įtempimo jėgas charakteringuose taškuose, yra žinomos grandinę (lyną) veikiančios jėgos. Todėl galima įvertinti jos stiprumą ir atlikti trūkimo tikrinamuosius skaičiavimus: F K K F (.99) tr skaič 1 skaič ; 1 max din, F K K F F (.100) čia F tr grandinės (lyno) trūkimo jėga (jos reikšmės nurodytos parinkimo kataloguose (standartuose)) N; K 1 grandinės (lyno) stiprumo atsargos koeficientas: K 1 = 5 8, kai transporteris horizontalus; K 1 = 8 10, kai transporteris nuožulnus; K 1 = 10 15, kai transporterio trasa kombinuota; 69

71 K grandinių (lynų) kiekį traukos elemente įvertinantis koeficientas: K = 1, kai traukos elemente yra viena grandinė (lynas); K = 0,6, kai traukos elemente yra dvi ir daugiau grandinių (lynų); F skaič grandinę (lyną) veikianti jėga N; F max didžiausia grandinę (lyną) veikianti statinė jėga, t. y. didžiausia traukos elementą charakteringame taške veikianti įtempimo jėga N; F din grandinę veikianti dinaminė jėga (ji įvertinama tik tuomet, jei traukos elemente yra naudojama grandinė ir jos judėjimo greitis v > 0, m/s) N: 60 v L( q K q j ) Fdin ; (.101) z p čia L transporterio ilgis m; K transporterio ilgį įvertinantis koeficientas: K =, kai L < 0 m; K = 1,5, kai L = 0 60 m; K = 1, kai L > 60 m; z varančiosios žvaigždutės krumplių skaičius; p grandinės žingsnis m. Jei neatitinka.99 sąlyga, preliminariai parinkta grandinė (lynas) yra per silpna, tuomet parenkama stipresnė grandinė (lynas) arba traukos elementas komplektuojamas su daugiau nei viena grandine. Patikrinamieji grandinės (lyno) stiprumo skaičiavimai pakartojami. Transporterio galios nustatymas. Žinant apskritiminę jėgą, nustatoma reikiama elektros variklio galia: K Ft v Psk, (.10) čia P sk reikiama elektros variklio galia W; K galios atsargos koeficientas: K =1,; v traukos elemento judėjimo greitis, m/s; transporterio pavaros naudingumo koeficientas. Apytiksliai pasirenkamas atsižvelgiant į pageidaujamą transporterio pavaros konstrukciją ir sudėtį: η = 0,97 vienlaipsniam krumpliniam reduktoriui; η = 0,96 dvilaipsniam krumpliniam reduktoriui; η = 0,95 atvirai grandininei pavarai. Tuomet apskaičiuojamas transporterio varančiosios žvaigždutės kampinis greitis ir sukimosi dažnis: v ž ; (.103) z p 70

72 30ž n ž, (.104) čia ž varančiosios žvaigždutės (veleno) kampinis greitis rad/s; z varančiosios žvaigždutės krumplių skaičius: pasirenkamas z = 6 13; p grandinės žingsnis m; n ž varančiosios žvaigždutės (veleno) sukimo dažnis 1/min. Pagal katalogą parenkamas motoreduktorius arba elektros variklis su reduktoriumi. Motoreduktorius renkamas atsižvelgiant į apskaičiuotą elektros variklio galią P sk ir varančiosios žvaigždutės (veleno) sukimosi dažnį n ž. Faktinis parinkto motoreduktoriaus varomojo (išeinančio) veleno sukimosi dažnis negali būti didesnis arba mažesnis už apskaičiuotą reikiamą varančiosios žvaigždutės (veleno) sukimosi dažnį n ž daugiau kaip 5, o komplektacijoje esančio elektros variklio galia mažesnė už apskaičiuotą reikiamą elektros variklio galią P sk. Įtempimo įtaiso projektavimas. Grandikliniuose transporteriuose dažniausiai įrengiami sraigtiniai įtempimo įtaisai. Jų konstrukcija analogiška kaip ir juostiniuose transporteriuose. Įtempimo įtaisą veikianti jėga ir mažiausia eiga apskaičiuojamos pagal šias lygtis: F K F F ; (.105) įt užb nub S 1,6 p, (.106) čia F įt įtempimo įtaisą veikianti jėga N; K atsargos koeficientas: pasirenkamas K = 1,1 1,3; F užb ir F nub traukos elemento įtempimo jėga būdinguose taškuose, simbolizuojančiuose varančiosios žvaigždutės gaubimo su traukle pradžią ir pabaigą, N; S mažiausia įtempimo įtaiso eiga m; p grandinės žingsnis m...6. Kaušinių elevatorių projektavimo pagrindai Kaušiniai elevatoriai skirti biriems ir smulkiagabaritiniams kroviniams transportuoti vertikalia kryptimi arba didesniu negu 70 posvyrio kampu. Elevatoriais transportuojami birūs kroviniai (miltai, grūdai, durpės, šakniavaisiai smėlis ir pan.). Lentyniniais ir lopšiniais elevatoriais 71

73 transportuojami vienetiniai kroviniai. Kaušinių elevatorių paprasta konstrukcija, yra galimybė transportuoti birius krovinius vertikalia kryptimi, galima pasemti birius krovinius iš sampilo, atvira apatinė galvutė. Trūkumai: netinkami transportuoti lipnias medžiagas, nepatogus pavaros mechanizmo, sumontuoto viršutinėje dalyje, aptarnavimas. Klasifikacija. Pagal konstrukciją elevatoriai skirstomi į kaušinius, lentyninius ir lopšininius (.16;.17 pav.). Pagal naudojamą elevatoriuje traukos elementą juostinius, grandininius su viena grandine, grandininius su dviem grandinėmis. Pagal iškrovimo būdą greitaeigiai su išcentriniu iškrovimu ir lėtaeigiai su gravitaciniu iškrovimu. Pagal paskirtį elevatoriai skirstomi į stacionarius, pervežamus ir įmontuojamus į kitas mašinas. a b.17 pav. Elevatorius principinė schema: a lentyninis elevatorius, b lopšinis elevatorius Kaušai. Elevatoriuose kaušai (.18 pav.)dažniausiai varžtais su paslėpta galvute arba kniedėmis tvirtinami prie gumuoto audinio juostos arba plokštelinės grandinės. Grandinės paprastai naudojamos didelio našumo elevatoriuose, kuriais transportuojami smulkūs gabaliniai, taip pat ir karšti kroviniai. Elevatoriuose naudojami gilūs, seklūs ir smailiakampiai kaušai. Kaušų matmenys pateikti.0 ir.1 lentelėje. 7

74 Pagrindiniai kaušų parametrai: talpa i, l; sėmimo kampas α; nupjovimo kampas β; gylis h; plotis b; išsikišimas l. Transportuojant gabalinius krovinius l x a maks ; b 1,5 a maks ; x =,5 (nerūšiuotų krovinių); x rūš. = (4 5) (rūšiuotų krovinių).18 pav. Elevatoriaus kaušai ir jų tvirtinimas prie juostos Kaušai gali būti prikraunami keliais būdais: krovinys kaušais semiamas iš krūvos; krovinys semiamas iš elevatoriaus galvutės, gaubiančios apatinį būgną (žvaigždutę); kaušai pripildomi tiesiaeigiame kelyje, krovinys semiamas iš galvutės kaušais. Juostos dažniausiai naudojamos greitaeigiuose elevatoriuose milteliniams, grūdiniams ir smulkiagabaliniams kroviniams, kurių pasipriešinimas sėmimui nedidelis, gabenti. Elevatoriaus kaušo tipai ir kaušų greitis parenkami priklausomai nuo transportuojamo krovinio charakteristikos(.0 lentelė)..19 pav. Greitaeigio kaušinio elevatoriaus juosta su atvirais kaušais, skirta gerai byrantiems kroviniams. Kas dešimtas kaušas daromas uždaras, t. y. įprastos konstrukcijos. Žymėjimai kaip ir.18 paveiksle. Pradiniai duomenys, projektuojant kaušinius elevatorius, yra našumas, transportuojamo krovinio charakteristikos, transportavimo aukštis. Atliekant projektinį skaičiavimą, parenkamas elevatoriaus tipas, 73

75 nustatomas kaušų iškrovimo būdas, kaušų matmenys, būdinguose taškuose apskaičiuojamos juostos su kaušais (grandinės) įtempimo jėgos, parenkamas traukos elementas, apskaičiuojamas reikiamam variklio galingumas, parenkama pavara, stabdis, atliekamas svarbiausių transporterio elementų stiprumo skaičiavimas. Kaušinio elevatoriaus našumas. Q kg/s Apskaičiuojamas pagal.107 lygtį: Q = ψρv i/p k, (.107) čia i kaušų talpa l; ψ kaušų pripildymo koeficientas (žr. 5.1 lent.); ρ krovinio tankis t/m 3 ; p k kaušų išdėstymo žingsnis m..0 lentelė. Elevatoriaus tipo ir traukies judėjimo greičio parinkimo rekomendacijos 74 Krovinio tipas Sausas dulkantis Dulkantis ir smulkiagrūdis, drėgnas ir lipnus Grūdinis ir smulkiagabalinis, mažai abrazyvus Grūdinis ir smulkiagabalinis, abrazyvus Vidutinio rupumo Rekomenduojamas elevatoriaus tipas Kaušo tipas Kaušo pripildymo koeficientas Greitis m/s juostos grandinės Lėtaeigis, gravitacinio Gilus 0,85 0,63 0,8 iškrovimo Greitaeigis išcentrinio Gilus 0,8 1,5,3 _ iškrovimo Greitaeigis išcentrinio Seklus 0,85 1,0 1,4 iškrovimo Greitaeigis išcentrinio iškrovimo Greitaeigis išcentrinio iškrovimo Seklus 0,6 1,0,0 0,8,0 Gilus 0,8 1,5,0 1,0 1,6 Lėtaeigis gravitacinio Smailia- 0,8 0,4 0,8 0,4 0,63 kampis Greitaeigis išcentrinio Gilus 0,8 1,0,0 iškrovimo Greitaeigis išcent-gilurinio 0,6 0,8 0,6 0,4 0,5 0, iškrovimo specialus Jeigu našumas žinomas, apskaičiuojama kaušų talpa litrais ir pagal tai iš. lentelės parenkami kaušai:

76 Q pk i. (.108) v Rekomenduojamas kaušinių elevatorių projektavimo nuoseklumas..1 lentelė. Elevatorių kaušų tipai ir pagrindiniai parametrai [4, 10, 11] Kaušai Kaušų Kaušų vidiniai matmenys Talpa iki Kaušų žymėjimas x-x linijos mm žingsnis b l h r tipas Gilūs G , ; , , , , , ,8 630 Seklūs S , , , , , , ,5 630 Smailiakampiai Sm , , , ,8 30 Apskaičiuojami kaušinių elevatorių pagrindiniai parametrai ir nustatomas reikiamas galingumas sukimui apėjimo apie kontūrą metodu: 1. Priklausomai nuo krovinio.0 lentelėje pasirenkamas elevatoriaus tipas, kaušų tipas ir jo greitis, kaušo pripildymo koeficientas Ψ.. Apskaičiuojamas varančiojo būgno (žvaigždutės) skersmuo. 3. Apskaičiuojamas būgno sukimosi kampinis greitis rad -1, 75

77 ω=v/d. 4. Apskaičiuojama kaušo talpa ir parenkami kaušai, jų išdėstymo žingsnis (žr..1 lentelė). Jei transportuojami gabaliniai kroviniai, patikrinama, ar kaušų iškyša atitinka sąlygą 1 a max K a, čia a max didžiausias krovinio gabalo matmuo; K a į gabalų dydį atsižvelgiantis koeficientas: K a =,0,5, kai krovinys nerūšiuotas; K a = 4,0 4,0, kai krovinys rūšiuotas. 5. Parenkamas juostos arba grandinės tipas. Juostų techninės charakteristikos pateiktos. ir.3 lentelėse. Juosta turi būti 5 50 mm platesnė už kaušus. Kai elevatoriuje naudojama grandinė, tai grandinės žingsnis parenkamas pagal kaušų žingsnį. Elevatoriuose, kurių kaušų plotis iki 50 mm, naudojama viena grandinė, o kai kaušų plotis didesnis dvi grandinės.. lentelė. Gumuotų juostų audinio sluoksnių skaičius Juostos plotis mm 150; ; 50; ; 450; 500; Sluoksnių skaičius, kai sluoksnio nominalinis stiprumas N/m ; 4 3; ; 4 3; ; ; 4 3; 4.3 lentelė. Gumuotų juostų audinio sluoksnių storis Juostos rodiklai Kai sluoksnio nominalinis stiprumas N/m Juostos sluoksnio mm : su gumuotu tarpsluoksniu; 1, 1,3 1,4 1,5 be gumos tarpsluoksnio. 1,0 Didžiausia leistina sluoksnių apkrova N/mm 5, Apskaičiuojama transportuojamo krovinio masė viename metre q = Q/v kg/m. 7. Nustatoma transporterio traukos elemento su kaušais vieno metro masė q t kg/m. 76

78 8. Transporterio traukos elemento kontūras skirstomas į charakteringas atkarpas, pažymint juos skaitmenimis (.0 pav). 9. Apskaičiuojamos pasipriešinimo jėgos apėjimo apie transporterio kontūrą metodu nustatant traukos elemento įtempimo jėgas pažymėtuose taškuose, nubraižoma traukos elemento apkrovų epiūra. Mažiausia įtempimo jėga veikia taške. F F min. (.109) Rekomenduojama pasirinkti: F min 50qg. (.110) 10. Apskaičiuojame traukos elemento įtempimas būdinguose taškuose 3 ir 1: F 3 = F k p + c q g, (.111) čia k p vietinių pasipriešinimų koeficientas (1,03 1,05); c koeficientas, įvertinantis pasipriešinimą krovinio pasėmimui (.4 lentelė). F 4 = F 3 +(q+q t )gh, (.11) čia H transportavimo aukštis m. F 1 =F + q t g H. (.113).4 lentelė. Koeficiento c apytikrės reikšmės Krovinio rūšis Dulkantis, miltelinis, grūdinis Vidutinio stambumo ir stambiagabaritinis Elevatoriaus tipas Juostinis ir vienos grandinės Dviejų grandinių Kai kaušų greitis m/s 0,5 0,75 1,0 1,5 1,6 0,5 0,75 1,0 1,5 1,6 1,5,0,0,5 3,0 1,0 1, 1,3 1,5,0,5 3,0 3,0 4,0 5,0 1,5 1,7 1,7,5 3,0 Patikrinama, ar juosta nebuksuos ant varančiojo būgno. Turi atitikti šią sąlygą: F 4 F 1 e μα, (.114) čia μ trinties koeficientas tarp juostos ir būgno; α varančiojo būgno gaubimo kampas radianais. 77

79 F4 = Fužb = Fmax 4 3 F 1 H F 3 3 F įt F.0 pav. Kaušinio elevatoriaus skaičiavimo schema ir traukos elemento apkrovimo epiūra 11. Apskaičiuojama reikiama elektros variklio galia W: P sk =( F 4 F 1)v K/η, (.115) čia K galios atsargos koeficientas; η pavaros naudingumo koeficientas. Parenkamas ne mažesnės galios nei paskaičiuotasis elektros variklis...7. Sraigtinių transporterių projektavimas Klasifikacija. Sraigtinį transporterį sudaro: besisukantis sraigtas su jį gaubiančiu vamzdžiu (loveliu) ir galios šaltinis (dažniausiai elektros variklis su pavara) (.1 pav.). Sraigtinis transporteris skirtas transportuoti birias medžiagas tiesia arba kreivalinijine trajektorija. Transportavimo metu sraigtinis transporteris gali maišyti birias medžiagas, jas dozuoti ir presuoti. Tai lengvai montuojami įrenginiai. Uždaro tipo transporteriai tinka dulkančioms medžiagoms transportuoti. Tačiau sraigtiniai transporteriai mechaniškai pažeidžia transportuojamą produkciją, yra triukšmingi ir imlūs energijai. 78

80 Pagal veikimo principą sraigtiniai transporteriai skirstomi į lėtaeigius, kai transportuojamo krovinio dalelės, tarpusavyje maišydamosi apatinėje lovelio dalyje, sraigto stumiamos slenka išilgai sraigto sukimosi ašies, ir greitaeigius, kai transportuojamo krovinio dalelės išcentrinių jėgų prispaudžiamos prie transporterio vamzdžio paviršiaus ir sraigto stumiamos išilgai jo sukimosi ašies. Greitaeigiai sraigtiniai transporteriai esti vertikalūs arba pasvirę bet kokiu kampu. Pagal konstrukciją sraigtiniai transporteriai skirstomi į: pernešamus; pervežamus ir įmontuotus į kitas mašinas Pagal padėtį erdvėje sraigtiniai transporteriai skirstomi į: horizontalius (lėtaeigiai); pasvirusius; vertikalius (greitaeigiai) ir keičiamo polinkio..1 pav. Sraigtinis transporteris Prie sraigtinių transporterių priskiriami taip pat sraigtiniai transportavimo vamzdžiai (. pav.), nes jų darbinis elementas irgi yra sraigtinė vija, tik ji pritvirtinama ne prie veleno išorinio paviršiaus, o prie besisukančio vamzdžio vidinio paviršiaus. Sraigtiniai transportavimo vamzdžiai esti horizontalūs arba pasvirę iki 0º.. pav. Sraigtinis transportavimo vamzdis: 1 vamzdis; palaikymo ritinėlis; 3 ašinio fiksavimo ritinėlis; 4 variklis; 5 reduktorius; 6 krumpliaračiai 79

81 Pagrindinė sraigtinio transporterio detalė sraigtas. Juo transportuojami kroviniai. Sraigtiniuose transporteriuose gali būti ištisiniai, juostiniai, mentiniai ir spiraliniai sraigtai (.3 pav). a b c d.3 pav. Sraigtai: a ištisinis sraigtas su velenu; b juostinis sraigtas su velenu; c mentinis sraigtas su velenu; d spiralinis sraigtas ( p sraigto žingsnis; D sraigto skersmuo; d spiralės skersmuo) Vienpradžiai sraigtai naudojami horizontaliuose transporteriuose, dvipradžiai dažniausiai pasvirusiuose ir vertikaliuose. Sraigtas esti kairinis arba dešininis. Labai svarbi sraigto charakteristika sraigto žingsnis. Jis parodo kokį atstumą nustumiamas krovinys sraigtiniame transporteryje, jo velenui apsisukus apie savo ašį vieną kartą. Vienpradžio sraigto žingsnis: 80 p = π D tg α, (.116) čia p sraigto žingsnis mm; D sraigto skersmuo mm; α sraigtinės linijos kilimo kampas. Projektuojant sraigtinius transporterius sraigtinės linijos kilimo kampas parenkamas didesnis už trinties kampą tarp sraigto paviršiaus medžiagos ir transportuojamo krovinio. Žingsnio koeficientas: Ψ = p / D. (.117)

82 Projektiniam skaičiavimui rekomenduojamas Ψ = 0,6 1. Sraigtas sraigtiniame transporteryje sukasi po gaubtu. Gaubtu stumiamas krovinys, jis apsaugo transporterio sraigtą nuo sulaužymo, neleisdamas patekti pašalinėms medžiagoms, apsaugo aplinką nuo dulkų, transportuojant dulkančias medžiagas. Lėtaeigiuose transporteriuose gaubtas lovinio profilio, greitaeigiuse vamzdinio. Rekomenduojamas tarpas tarp gaubto ir sraigto nuo 4 iki 1 mm. Velenai sraigtiniuose transporteriuose projektuojami ištisiniai, tuščiaviduriai, vientisi arba montuojami iš 4 m sekcijų. Ilgų transporterių, skirtų birioms medžiagoms ir pusiau skystiems mišiniams transportuoti, velenai daromi su tarpiniais guoliais, tuščiaviduriai, iš standartinių plieninių besiūlių kraštai valcuotų vamzdžių. Sraigtinio transporterio našumas. Krovinio transportavimo greitis m/s sraigtiniame transporteryje: v = p ω/( π), (.118) čia p sraigto žingsnis mm; ω sraigto veleno sukimosi greitis rad/s. Lėtaeigio sraigtinio transportero sraigto veleno sukimosi greitis parenkamas 6 30 rad/s, greitaeigio rad/s. Išreiškus sraigto žingsnio p reikšmę per žingsnio koeficientą ir sraigto skersmenį (.117 lygtis) gaunama: p = Ψ D. (.119) Išsprendus.36,.41,.18 ir.19 lygtis apskaičiuojamas transporterio našumas kg/s: Q = (D 3 /8) ρψ c Ψ ω, (.10) čia D transporterio sraigto skersmuo m; ρ transportuojamos medžiagos tankis kg/m 3 ; ψ užpildymo koeficientas; ψ= 0,3 0,4 grūdams, trąšoms 0,5; c koeficientas įvertinantis transporterio polinkį. Kai polinkio kampas β kinta nuo 0 iki 90º, c = 1 0,3; Ψ žingsnio koeficientas. Projektiniam skaičiavimui Ψ = 0,6 1. Žinant transporterio našumą, kuris nurodytas projektavimo techninėje užduotyje, apskaičiuojame transporterio sraigto skersmuo m: Q D 3. (.11) c 81

83 Transporterio skersmuo priklauso nuo veleno sukimosi greičio. Lėtaeigio transporterio atveju veleno sukimosi greitis neturi būti didesnis už w max : A max 0,1, (.1) D čia A koeficientas, priklausantis nuo transportuojamo krovinio (žiūr..5 lentelę); D sraigto išorinis skersmuo. 8.5 lentelė. Koeficientų A reikšmės Kroviniai A Lengvi ir neabrazyvūs (grūdų produktai, miltai, pjuvenos) 65 Lengvi ir mažai abrazyvūs (sausas mėšlas, durpės, kreida) 50 Sunkūs ir mažai abrazyvūs (bulvės, druska, gabalinė anglis, sausas molis) 45 Sunkūs ir abrazyvūs (cementas, pelenai, smėlis, mineralinės trąšos) 30 Greitaeigio sraigtinio transporterio sraigto veleno sukimosi greitis ω neturi būti mažesnis už kritinį w kr : g 0,1 tg 1, (.13) kr Da f čia D a apdangos vidinis skersmuo m; f krovinio trinties į apdangą koeficientas; α sraigtinės linijos kilimo kampas, α = arctg(p/πd s ); φ 1 krovinio trinties į sraigto vijos paviršių kampas. Sraigtinio transportavimo vamzdžio sukimosi dažnis turi būti tam tikrose ribose: 4,43K, (.14) D v čia K = 0,5 0,65; D v vamzdžio vidinis skersmuo. Jeigu skaičiuojant sraigės skersmenį transporterio sraigės veleno sukimosi greitis parinktas kitoks, nei apibrėžta.1.14 formulėse, tai sraigto skersmens nustatymo uždavinys sprendžiamas nuoseklaus priartėjimo būdu.

84 Sraigtinio transporterio galia. Ji paprastai nustatoma apskaičiavus apkrovas, veikiančias veleną ir guolius. Skaičiuojamoji schema pateikta.4 pav..4 pav. Sraigtinio transporterio skaičiavimo schema: Q transporterio našumas; F a sraigtą veikianti ašinė jėga; F a guolio ašinė apkrova; F t apskritiminė jėga; D vid sraigto vidutinis skersmuo; q transportuojamo krovinio masė transporterio metre Apskaičiuojama transportuojamo krovinio masė transporterio metre kg/m: q=q/v, (.15) čia Q transporterio našumas kg/s; v krovinio judėjimo greitis m/s. Randamas pagal.118 formulę. Ašinė jėga, veikianti sraigtą: F a = q g L (sinβ +f cos β), (.16) čia L transporterio ilgis m; f krovinio trinties į apdangą koeficientas; β transporterio posvyrio kampas o ; g laisvojo kritimo pagreitis m/s. Pasipriešinimo momentas sraigtu perstumiant krovinį Nm: T s =F t D vid / = F a tg (α + φ) D vid /. (.17) Radialinė jėga, veikianti sraigtą: F r ( qglcos ) Ft. (.18) Trinties momentas guoliuose: T tr =(F a + G sin β) μ 1 d/, (.19) čia G veleno sunkio jėga N; μ 1 riedėjimo trinties koeficientas guoliuose; 83

85 84 d guolių vidutinis skersmuo. Pasipriešinimo transporterio sukimui momentas Nm: T = T s +T tr. (.130) Skaičiuotina reikiama transporterio galia: P sk = k T ω /η, (.131) čia k galingumo atsargos koeficientas, projektuojant rekomenduojama priimti 1, 1,5; η pavaros naudingumo koeficientas. Projektuojant η = 0,7 0,8. Elektros variklio parinkimo sąlyga P ev P sk. (.13) Pavaros perdavimo koeficientas u p = ω ev /ω, (.133) čia ω e elektros variklio veleno kampinis greitis rad/s; ω sraigto kampinis greitis rad/s...8. Pneumatinių transporterių projektavimas Klasifikacija. Pneumatiniais transporteriais vadinamas įrengimų kompleksas, kuriame birūs kroviniai (milteliniai, grūdėtieji, pluoštiniai) arba specialiosios transporto priemonės ( konteineriai, kapsulės ar gabaliniai kroviniai) gabenami suspausto arba išretinto oro srautu. Pneumatiniai transporteriai plačiai naudojami daugelyje pramonės šakų ir žemės ūkyje. Čia analizuosime pneumatinius transporterius, skirtus biriems kroviniams transportuoti. Pagrindiniai pneumatinių transporterių elementai yra šie: orapūtės (ventiliatoriai, kompresoriai, rotorinės orapūtes), krovinio tiekikliai, transportavimo vamzdžiai, užsklandos, oro filtrai, iškrovimo įtaisai (ciklonai, kameros), resiveriai ir kiti. Privalumai: 1. Galima lengvai keisti transportavimo trasos konfigūraciją;. Lengvai automatizuojami, nesudėtinga priežiūra, paprastas techninis aptarnavimas; 3. Transportuojant vėdina ir vėsina krovinį. Trūkumai: 1. Didelės lyginamosios energijos sąnaudos.

86 . Transportuojant abrazyvinius krovinius, su kroviniu besiliečiančios trasos dalys intensyviai dyla. 3. Mechaniškai žalojami kroviniai. 4. Aplinka teršiama dulkėmis reikia specialių technologinių priemonių atidirbusiam orui valyti. Pagal krovinio judėjimo būdą pneumatiniai transporteriai skirstomi į pernešančius krovinius skrajumo fazėje; pernešančius krovinius aeracijos metodu (krovinio dalelės juda sutankintoje arba tankioje fazėse); pernešančius krovinius konteineriuose. Pagal konstrukciją pneumatiniai transporteriai skirstomi į stacionariuosius ir mobiliuosius. Pneumatinai transporteriai, pernešantys krovinius skrajumo fazėje, skirstomi į: siurbiamuosius; spaudiminius; kombinuotuosius. Siurbiamieji pneumatiniai transporteriai sudaryti iš tiekiklio 1 (.5 pav.) siurbiančio krovinį kartu su oru iš sampilo 9, siurbiamojo vamzdžio, kuriuo krovinio ir oro mišinys tiekiamas į iškrovimo kamerą 3. Jame krovinio dalelės atskiriamos nuo transportuojančio oro. Šliuzine užsklanda 8 krovinys iškraunamas iš transporterio. Dulkėmis prisotintas oras orapūte 5 siurbiamas į dulkių atskyrimo cikloną 6, kur išvalomas ir per orapūtę pašalinamas lauk. Siurbiamieji pneumatiniai transporteriai patogūs iškrauti transporto priemones, aruodus ir kitas talpas, kai transportuojamas atstumas ne didesnis kaip 150 metrų..5 pav. Siurbiamojo pneumatinio transporterio schema: 1 siurbiamasis tiekiklis; vamzdis su transportuojamu kroviniu; 3 iškrovimo įtaisas; 4 oro vamzdis; 5 orapūtė; 6 dulkių atskyrimo ciklonas; 7 dulkių išleidimo sklendė; 8 šliuzinė užsklanda; 9 krovinys 85

87 Spaudiminiame pneumatiniame transporteryje orapūtė (ventiliatorius) suspaudžia ir įpučia orą į vamzdį, į kurį tuo pat metu per krovinio tiekiklį (ežektorių arba šliužinę užtvarą) iš talpos patenka transportuojamas krovinys. Toliau krovinys suspausto oro sraute pernešamas į krovinio nusodinimo cikloną (.6 pav.). B a b.6 pav. Spaudiminis pneumatinis transporteris: a schema, b bendras vaizdas [10] Spaudiminius pneumatinius transporterius patogu naudoti technologinėse linijose, kai reikia krovinio srautą pernešti sudėtinga trajektorija ir paskirstyti į vieną ar keletą technologinių įrengimų. Krovinys gali būti transportuojamas dideliais atstumais (iki 1500 m). Skiriami žemo, vidutinio ir aukšto slėgio pneumatiniai spaudiminiai transporteriai. Žemo slėgio transporterių orapūte sukuriamas nuo 0,15 iki 0, MPa slėgis, vidutinio 0, 0,3 MPa, aukšto slėgio 0,3 0,4 MPa. Kombinuotieji pneumatiniai transporteriai turi visus siurbiamųjų ir spaudiminių transporterių privalumus (.7 pav.). Jie gali įsiurbti krovinius iš transporto priemonių (vagonų, laivų, sunkvežimių), aruodų ir kitų talpų bei pernešti dideliais atstumais ir sudėtinga trajektorija. Kombinuotieji pneumatiniai transporteriai sudaryti iš siurbiamojo tiekiklio, siurbimo linijos, kuria tiekiamas krovinys į nusodinimo cikloną, kuris taip pat yra kaip tiekiklis spaudiminei transporterio atšakai. Spaudiminė transporterio dalis baigiasi nusodinimo ciklonu. Tokie transporteriai dažniausiai konstruojami mobilūs. Orapūtei sukti naudojamas elektros variklis arba vidaus degimo variklis. 86

88 .7 pav. Kombinuoto pneumatinio transporterio schema Sutankintos fazės krovinio dalelės transportuojamos aerolatakais. Praeinant orui pro poringą pertvarą (žvyninį sietą didesniu, kaip 1,05 1, m/s filtracijos greičiu, virš sieto esanti biri medžiaga yra kunkuliuojančios būsens. Tarp atskirų medžiagos dalelių bei medžiagos ir poringos pertvaros (sieto) susidaro oro pagalvė, kuri sumažina trintį tarp medžiagos dalelių bei medžiagos ir sieto. Krovinys veikiamas oro srauto, o pertvarai naudojant žvyninį sietą kryptingo oro srauto ir gravitacinių jėgų juda išilgai latako. Transportuojant krovinius sutankintoje fazėje naudojami atviro ir uždaro tipo aerolatakai..8 pav. Aerolatako principinė schema: 1 ašinis ventiliatorius; pastovaus statinio slėgio oro tiekimo kamera; 3 žvyninis sietas; 4 transportuojamo krovinio nusodinimo ciklonas; 5 grūdų sampilas Pastaruoju metu vis dažniau kroviniams transportuoti naudojami konteineriniai pneumatiniai transporteriai. Jų panaudojimo galimybės yra labai didelės. Galima transportuoti bet kokių fizinių mechaninių savybių krovinius norimu atstumu norima trasa. 87

89 Krovinio tiekikliai. Krovinio tiekiklio paskirtis tiekti krovinį į transportavimo vamzdį. Siurbiamuosiuose pneumatiniuose transporteriuose svarbu užtikrinti laisvą oro patekimą į transportavimo vamzdį kartu su kroviniu. Siurbiamuosiuose pneumatiniuose transporteriuose dažniausiai naudojami siurbiamieji pneumatiniai tiekikliai (atviro ir uždaro tipo) ir mechaniniai tiekikliai (sraigtiniai, grandikliniai ir diskiniai), skirti paimti biriems kroviniams technologinėse linijose ir iš atvirų talpų paimti. Siurbiamieji pneumatiniai tiekikliai, skirti imti krovinius iš sampilo, gaminami įvairiausių formų. Labiausiai paplitę plyšiniai tiekikliai (.9 pav.). Plyšiniame tiekiklyje krovinio įsiurbimo angoje oro greitis nustatomas 1,5 1,8 karto didesnis negu transporterio vamzdyje. Kiti matmenys parenkami konstruktyviai. Imant iš sampilo lengvai susigulančias medžiagas: cementą, kalkes, saulėgrąžų lukštus, smėlį, naudojami mechaniniai siurbiamieji tiekikliai. Jie būna diskiniai, sraigtiniai arba grandikliniai..9 pav. Siurbiamojo pneumatinio plyšinio tiekiklio, imančio krovinius iš sampilo, schema: 1 oro įsiurbimo plyšinis ortakis; krovinio įgreitinimo ortakis; 3 transporterio siurbiamasis vamzdis; 3 sampilas Rotoriniai tiekikliai (.30 pav.) naudojami mažai abrazyvinėms ir nesulimpančioms medžiagoms tiekti į pneumatinių transporterių vamzdžius, kai perteklinis slėgis yra nuo 0,05 iki 0,15 MPa. Rotorinis dozatorius atskiria aukšto slėgio sritį esančią vamzdyje nuo tiekiklio bunkerio. Rotorinio dozatoriaus rotorius sukasi dozatoriaus korpuse ir tiekia transportuojamą medžiagą į pneumatinio transporterio vamzdį. 88

90 Rotorinio tiekiklio našumas: Q rt.30 pav. Rotorinis tiekiklis (šliuzinė užtvara): 1 oro vamzdis; rotorinis dozatorius; 3 bunkeris; 4 rotorius; 5 aeromišinio transportavimo vamzdis [10] 60Vn k, pr (.134) v čia Q rt rotorinio tiekiklio našumas t/h; V visų rotorinio tiekiklio rotoriaus narvelių tūris m 3 ; ρ k transportuojamos medžiagos tankis t/m 3 ; n rotoriaus sukimosi dažnis aps/min; k pr rotoriaus narvelių pripildymo koeficientas. k pr pasirenkamas 0,6 0,8. Grūdams k pr = 0,5. Tiekiklio rotoriaus sukimosi dažnis pasirenkamas aps/min. Reikiama galia rotoriniam tiekikliui sukti apskaičiuojama pagal šią formulę: g klhdd nk1tg P, (.135) 17 p rt čia P rotoriniam tiekikliui sukti reikiama galia kw; g laisvojo kritimo pagreitis m/s ; l h medžiagos aukštis bunkeryje m; φ krovinio nuosavo byrėjimo kampas laipsniais; D rotoriaus skersmuo m; K 1 koeficientas įvertinantis energiją sunaudojamą medžiagos smulkinimui. Grūdams K 1 =,, miltiniams kroviniams K 1 =1; η p pavaros naudingumo koeficientas. η p =0,7 0,9; η rt rotorinio tiekiklio naudingumo koeficientas. η p =0,9 0,95; d dozatoriaus užpylimo angos ekvivalentinis skersmuo m. 89

91 Angos ekvivalentinis skersmuo parenkamas konstruktyviai, pagal skliauto nesusiformavimo sąlygą: 90 d 8 ab, (.138) čia a transportuojamo krovinio didžiausios dalelės ilgis m; b transportuojamo krovinio didžiausios dalelės plotis m. Rotorinio tiekiklio didžiausi trūkumai dideli oro nutekėjimai, medžiagos smulkinimas, galimi rotoriaus įstrigimai. Todėl rotorinio tiekiklio pavaroje būtina numatyti apsauginę movą. Šių trūkumų neturi inžekciniai tiekikliai (.31 pav.)..31 pav. Inžekcinis tiekiklis: 1 perėjimas iš apvalaus skerspjūvio vamzdžio į keturkampio skerspjūvio; vožtuvas; 3 inžektoriaus reguliavimo varžtai; 4 bunkeris; 5 perėjimas iš keturkampio skerspjūvio vamzdžio į apvalaus skerspjūvio. Inžekcinis tiekiklis: naudotinas žemo slėgio pneumatiniuose transporteriuose. Šiame tiekiklyje oro srautas įgreitinamas tiek, kad ties krovinio įpylimo anga gaunamas išretėjimas ir krovinys įsiurbiamas į vamzdį. Oro srauto greitis siauriausioje inžekcinio tiekiklio vietoje apskaičiuojamas pagal šią formulę: v in h, (.139) o čia v in oro srauto greitis inžektoriaus tiekiklio susiaurėjime m/s; h pilnas slėgis pneumatinio transporterio vamzdyje, tiekiklio pastatymo vietoje Pa; ρ o oro tankis kg/m 3. ρ o =1,4 kg/m 3. Vamzdžio skerspjūvio plotas inžekcinio tiekiklio susiaurėjime paskaičiuojamas pagal šią formulę (m ): Vo Ain, (.140) v in čia V o į pneumatinį transporterį įpučiamas oro srautas m 3 /s.

92 Iškrovimo įtaisai, užsklandos, filtrai. Iškrovimo įtaiso paskirtis atskirti krovinio daleles nuo oro srauto ir pašalinti jas iš pneumatinio transporterio. Paprastai iškrovimo įtaisas susideda iš trijų pagrindinių elementų: iškroviklio 1 (.3 pav.), užsklandos ir oro filtro 3. Iškroviklyje 1 transportuojamo krovinio dalelės atskiriamos nuo oro srauto. Pagal veikimo principą iškrovikliai klasifikuojami į tūrinius ir išcentrinius. Tūriniame iškroviklyje (.3 pav., a) oras ir krovinio dalelės atskiriami cilindriniame rezervuare, kurio skersmuo D yra 8 10 kartų didesnis už pneumatinio transporterio vamzdžio skersmenį d v. Dėl to oro greitis rezervuare sumažėja iki 0, 0,8 m/s ir yra daug kartų mažesnis už kritinį v k. Medžiagos dalelės veikiamos sunkio jėgos krenta žemyn. Oras pro filtrą 3 pašalinamas į aplinką..3 pav. Iškrovimo įtaisų schemos: a tūrinio iškroviklio schema; b išcentrinio iškroviklio schema: 1 - iškroviklis; užsklanda; 3 dulkių atskyrimo įtaisas Oro greitis tūrinio iškroviklio rezervuare turi būti nedidesnis kaip: v 0,05 0,1) v, (.141) r a ( kr čia v r oro greitis tūrinio iškroviklio rezervuare m/s; v kr medžiagos dalelių kritinis greitis m/s. b 91

93 Pritaikę masės tvarumo dėsnį tarp oro kiekio transporterio vamzdyje ir tūrinio iškroviklio rezervuare, galime parašyti tokią lygtį: 9 D v d v, (.14) r čia v o oro greitis transporterio vamzdyje m/s; d v transporterio vamzdžio skersmuo m. Tuomet v o vo D (3,1 4,5) dv. (.143) v kr Rekomenduojamas tūrinio iškroviklio aukštis H ( 1,1 1,3) D. Išcentriniame iškroviklyje (ciklone) medžiagos dalelės atskiriamos veikiant išcentrinėms ir gravitacinėms jėgoms. Tokio iškroviklio pagrindiniai matmenys apskaičiuojami pagal formules (.3 pav., b): D 0,05 0,065) ; 1,6,0) D ; D,4 ; 1 ( v0 D c ( 1 0 D1 H1 1, 5D ; 1 b 0,5( Dc D1 ); h 1,75b. (.144) Pneumatiniuose transporteriuose naudojami medžiaginiai, inerciniai ir drėgni filtrai. Medžiaginiuose filtruose oras praeidamas pro tankios medžiagos sluoksnį išvalomas nuo smulkių priemaišų. Priemaišos lieka filtre. Todėl ilgainiui dėl priemaišų filtras užsikemša ir padidėja jo aerodinaminis pasipriešinimas. Tokį filtrą reikia reguliariai valyti. Leistina medžiaginio filtro apkrova nuo 1 iki,5 m 3 /s oro 1m audinio. Inerciniuose filtruose lengvos priemaišos nusodinamos ciklonuose, kurių konstrukcija ir veikimo principas analogiškas išcentriniam iškrovikliui. Ciklonai parenkami pagal išvalomo oro srautą. Drėgnuose filtruose smulkiausios medžiagos dalelės paskandinamos skystyje (dažniausiai vandenyje) oro srautu staigiai keičiant judėjimo kryptį. Iškrovimo įtaisuose naudojamos rotorines ir plokščiosios užsklandos. Rotorinės užsklandos projektavimas analogiškas rotorinio tiekiklio projektavimui ( lygtys). Ortakiai. Pneumatinių transporterių ortakiai skirti oro srautui bei oro ir krovinio mišiniui nukreipti reikiama kryptimi. Ortakiai turi būti hermetiški, mažo pasipriešinimo oro ir medžiagos judėjimui, nebrangūs, patikimi ir ilgaamžiai. Žemo slėgio (iki 1MPa) pneumatiniams transporteriams jie dažniausiai gaminami iš lakštinės skardos, plieni-

94 nių, plastmasinių arba aliuminio lydinių vamzdžių. Ortakių skersmuo kinta nuo 75 iki 600 mm. Aukšto slėgio pneumatinių transporterių gamybai naudojami besiūliai plieniniai vamzdžiai, kurių skersmuo nuo 50 iki 300 mm, o sienelių storis nuo iki 10 mm. Ortakiams sujungti naudojami varžtais sujungiami flanšai su minkštos medžiagos tarpikliu arba jų sujungiami greitai nuimamomis sąvaržomis su guminiais tarpikliais. Ortakiams prijungti prie judančių orapūčių ar kitų mašinų dalių naudojami lankstūs sujungimai. Jie gaminami iš besiūlio gumuoto audinio rankovių, sujungiamų su vamzdžiais ir orapūte sąvaržomis. Oro ar medžiagos srauto krypčiai pakeisti naudojamos alkūnės. Jų apvalinimo spindulys yra 0,75; 1,0; 1,5;,0 arba 3,0 karto didesnis už vamzdžio skersmenį. Kuo didesnis apvalinimo spindulys, tuo mažesnis ortakio dilimas ir aerodinaminis pasipriešinimas. Orapūtės. Orapūtės skirtos orui į pneumatinį transporterį tiekti. Pagal veikimo principą jos skirstomos į išcentrines ir stūmoklines. Išcentrinėse orapūtėse oro srautas tiekiamas veikiant išcentrinėms jėgoms, kurias sukuria besisukančios ventiliatorių sparnuotės. Stūmoklinėsė orapūtėse oro srauto dalelės išstumiamos veikiant mechaninėms priemonėms: stūmokliams, plokštelėms, sraigtiniams arba krumpliaratiniams rotoriams. Išcentrinėms orapūtėms priskiriami ventiliatoriai ir turbokompresoriai. Orapūtės parenkamos pagal orapūtės aerodinamine charakteristiką. Orapūtės aerodinaminė charakteristika tai orapūtės išvystomo visominio slėgio h priklausomybė nuo pučiamo oro srauto V o : h f V ). Paprastai orapūčių aerodinaminės charakteristikos pateikiamos orapūtės techniniame pase. Pneumatinių transporterių projektavimas remiasi pagrindiniais aerodinamikos dėsniais. Projektavimo tikslas nustatyti pagrindinius transporterio matmenis ir pagrįsti projektuojamo transporterio darbo režimus. Pradinės projektavimo sąlygos yra: transporterio našumas Q, transportavimo trasa (maksimalus ilgis, trajektorija), transportuojamas krovinys, energijos šaltinis. Techninėje literatūroje randama arba eksperimentais nustatomos transportuojamo krovinio fizinės mechaninės savybės. ( o 93

95 Oro greičio nustatymas. Oro greitis pneumatiniame transporterio vamzdyje parenkamas didesnis už kritinį. Kritinis greitis. Patalpinus medžiagos dalelę į vertikalų ortakį, į kurį iš apačios pučiamas oras, galima pasiekti tokį oro srauto greitį, kuomet medžiagos dalelė pakimba oro sraute. Oro srauto greitis vertikaliame ortakyje, kai medžiagos dalelė yra stabilios skrajumo būklės, vadinamas kritiniu greičiu v kr. Kritinį greitį galime rasti parašius pusiausvyros sąlygą medžiagos dalelės, esančios vertikaliame oro sraute. Rutulio formos medžiagos dalelę veikia sunkio jėga F s ir oro srauto pasipriešinimo jėga F p. Sunkio jėga apskaičiuojama pagal šią formulę: 94 F s 3 d k k g, (.145) 6 čia d k medžiagos dalelės skersmuo m; ρ k medžiagos dalelės tankis kg/m 3 ; g laisvojo kritimo pagreitis g=9.81 m/s. Oro srauto pasipriešinimo jėga apskaičiuojama pagal šią formulę: F p о ( vo vk ) Ам, (.146) čia ρ o oro tankis kg/m 3 ; v o oro greitis vertikaliame vamzdyje m/s; v k nešamos krovinio dalelės greitis vamzdyje m/s; ξ vietinio pasipriešinimo koeficientas; A m Midelevo skerspjūvio plotas m. Rutulio formos medžiagos dalelės, esant turbulentiniam oro srautui, vietinio pasipriešinimo koeficientas 0, 48,o Midelevo skerspjūvis randamas pagal formulę: A m d k. (.147) 4 Medžiagos dalelei esant pusiausvyros būklės v k = 0, o v o = v kr. Tuomet Fs F p. (.148) Arba 3 d k d k o vkr k g 0,48. (.149) 6 4

96 Išsprendę šią lygtį kritinio greičio atžvilgiu, gauname: k v kr 5,3 d k. (.150) o Medžiagos dalelės, kurios forma skiriasi nuo rutulio, pritaikomas formos pataisos koeficientas k F, nustatomas eksperimentiniu būdu. Tuomet v kr k 5,3 k F d k. (.151) o Formos pataisos koeficientų reikšmės, taikomos įvairioms transportuojamoms medžiagoms, pateiktos.6 lentelėje..6 lentelė. Įvairių transportuojamų medžiagų formos pataisos koeficientai Medžiagos pavadinimas Dalelės ekvivalentinis skersmuo Formos pataisos koeficientas Medžiagos pavadinimas Dalelės ekvivalentinis skersmuo Formos pataisos koeficientas mm k F mm k F Amonio 1,47 0,88 Kvietiniai 0,1 0,163 0,65 salietra miltai Antracito 4,4 0,64 Linų 1, 4 0,63 granulės sėklos Avižinės 3,7 0,76 Manų Iki 0,4 1,00 kruopos kruopos Avižos,5 4 0,78 Miežiai 3,5 4, 0,91 Cementas 0,1 0,11 Prosai,3 1,1 Cukrus 0,51 1,5 0,76 Pupos ,78 Garstyčių 1,6 1,59 Ryžiai 3 6 0,60 sėklos Grikiai 3 3,5 0,93 Rugiai 3 3,5 0,91 Kalio 0,93 0,75 Smulkinti 1,5-0,65 trąšos šiaudai Kukurūzai 8 8,5 0,81 Sojos 7 7, 1,13 pupelės Kviečiai 4 4,5 0,89 Žirniai 6,5 0,83 95

97 Formos pataisos koeficientas įvertina transportuojamos medžiagos orientaciją srauto atžvilgiu ir dalelės formą. Oro greitis. Kaip parinkti optimalų oro greitį pneumatinio transporterio vamzdyje vienas iš sudėtingiausių uždavinių projektuojant pneumatinius transporterius. Parinkus per mažą oro judėjimo greitį, transporteris užkemšamas trumpalaikės perkrovos metu vertikaliose jo atkarpose arba alkūnėse. Pernelyg didelis greitis sukelia neprognozuojamą kreivinių transporterio ruožų dilimą, energijos pereikvojimą ir transportuojamo krovinio trupinimą. Oro greitį transporterio vamzdyje galima apskaičiuoti pagal šią formulę [4]: v o K 10,5 0,57 v ), (.15) ( kr čia K atsargos koeficientas (K=1,3 1,5); v kr kritinis greitis m/s; v o oro greitis transporterio vamzdyje m/s. Daugumos žemės ūkio produktų oro greitis transporterio vamzdyje negali būti mažesnis kaip 18 m/s ir didesnis kaip 5 m/s. Mišinio koncentracijos koeficientas. Mišinio koncentracijos koeficientas apskaičiuojamas pagal šią formulę: Q k, (.153) V o čia Q transporterio našumas kg/s; V o oro srautas kg/s. Transportuojant skrajumo fazės krovinius transportuojamo krovinio dalelės tolygiai pasiskirsto transportuojamo vamzdžio skerspjūvyje. Oro srauto judėjimo greitis tokiame transporteryje yra didesnis už medžiagos kritinį greitį, o mišinio koncentracijos koeficientas ne didesnis kaip. Taigi vienas kilogramas oro perneša ne daugiau kaip kg medžiagos. Nustatyta, kad kuo sudėtingesnė pneumatinio transporterio trasa, tuo mažesnis turi būti mišinio koncentracijos koeficientas. Transporterių, transportuojančių skrajumo būklės krovinius, mišinio koncentracijos koeficientas pasirenkamas nuo 0,3 kg/kg iki 40 kg/kg priklausomai nuo transporterio tipo ir transportuojamos medžiagos (.7 lentelė). 96

98 .7 lentelė. Mišinio koncentracijos koeficientas k µ, kg/kg. Krovinys Transporterio tipas Mišinio koncentracijos koeficientas k µ, kg/kg Optimalus Naudojamas Grūdai Siurbiamasis Grūdai Spaudiminis žemo slėgio Miltai Transportavimas skrajumo būklėje 15 5 Pupos Transportavimas skrajumo būklėje 1,5 4 Smėlis Transportavimas skrajumo būklėje 3 0 Šiaudai Siurbiamasis nedidelio ir vidutinio vakuumo 0,3 0,3 5 Šiaudai, šienas, Transportavimas skrajumo būklėje 0,3 0,8 medvilnė Kroviniui transportuoti reikiamas oro srautas V o m 3 /s paskaičiuojamas pagal šią formulę: Q V o, k (.154) o čia Q transporterio našumas kg/s; k µ mišinio koncentracijos koeficientas kg/kg; ρ o oro tankis kg/m 3. Normaliomis sąlygomis ρ o = 1,4 kg/m 3. Transporterio vamzdžio skerspjūvio plotas paskaičiuojamas pagal šią lygtį: Vo Av, (.155) vo čia A v transporterio vamzdžio skerspjūvio plotas m ; V o oro srautas m 3 /s; v o oro greitis m/s. Apskaičiuojamas apvalaus skerspjūvio vamzdžio skersmuo: 4 Av d v. (.156) Parenkamas standartinio skersmens plonasienis vamzdis artimiausias apskaičiuotam. Slėgio nuostoliai. Oras ir oro bei transportuojamo krovinio mišinys pneumatinio transporterio vamzdyje juda veikiamas slėgio skirtumo 97

99 h tarp orapūtės sukuriamo slėgio p v (išretėjimo) ir atmosferinio (barometrinio) slėgio p 0: h p v p o. (.157) Slėgio nuostolius pneumatiniame transporteryje patiriami tiekiant krovinį į vamzdyną (reikiamas slėgis krovinio įgreitinimui), nugalint oro ir krovinio trintį vamzdžiuose, keliant orą ir krovinį į tam tikrą aukštį,alkūnėse, atsišakojimuose, iškrovimo įtaisuose, filtruose. Orapūte išvystomas pilnas slėgis: h h d h st, (.158) čia h d dinaminis slėgis Pa; h st statinis slėgis Pa. Dinaminis slėgis naudojamas oro ir krovinio inercijos jėgoms nugalėti, statinis trinčiai ir pasipriešinimams vamzdyno alkūnėse ir aukščių pasikeitimams įveikti. Dinaminis slėgis, būtinas nugalėti oro ir krovinio inercijos jėgas, įgreitinant oro srautą iki reikiamo oro greičio vamzdyje v o,o krovinį iki greičio v kr, apskaičiuojamas pagal šią lygtį: о vo vkr h 1, d k (.159) vo čia ρ o oro tankis, kg/m 3. Krovinio judėjimo greitis pneumatiniame transporteryje yra mažesnis už oro judėjimo greitį. Horizontalioje transporterio atkarpoje vkr santykis 0, 85. v o Tuomet о vo hd 1 0, 7 k. (.160) Statinis slėgis naudojamas nugalėti trinčiai vamzdynuose, vietinius pasipriešinimus ir krovinio pakėlimui į reikiamą aukštį. Statinio slėgio nuostoliai trinčiai nugalėti apskaičiuojami pagal šią formulę: 98

100 l o vo htr 1 kc k, (.160) dv čia λ trinties koeficientas; l tiesios atkarpos ilgis m; k c koeficientas, priklausantis nuo oro judėjimo greičio; k µ mišinio koncentracijos koeficientas, kg/kg. Kai vamzdžiu juda tik oras, k µ = 0. Trinties koeficientas λ yra Reinoldso skaičiaus funkcija. Jį galima apskaičiuoti pagal šią formulę: 0,3164, (.161) 0.5 Re čia Re Reinoldso skaičius. vo d Re v, (.16) čia ν oro kinematinė klampa. 14,9 10 k c 6 m /s., v. (.163) 1 o Slėgis, reikalingas vietiniams pasipriešinimams nugalėti apskaičiuojamas pagal šią lygtį: o vo hv 1 kc k, (.164) čia ξ vietinio pasipriešinimo koeficientas. Jis randamas priklausomai nuo oro judėjimo režimo ir vietinio pasipriešinimo pobūdžio. Nuožulnioms ir vertikalioms transporterio atkarpoms skaičiuojamas slėgis h k, sunaudojamas kroviniui į pakėlimo aukštį l k pakelti: h k k g o lk, (.165) čia g laisvojo kritimo pagreitis m/s. g = 9,81 m/s. Pilnas slėgis h, Pa, kurį turi išvystyti pneumatinio transporterio orapūtė: tr v h h h h h, (.166) čia h d dinaminis slėgis Pa; d k 99

101 h tr atskirų transporterio atkarpų slėgio nuostoliai sunaudojami trinčiai nugalėti Pa; h v vietiniai pasipriešinimai Pa; h k slėgis, sunaudojamas kroviniui pakelti Pa. Pneumatiniuose transporteriuose visuomet galimi oro nutekėjimai ir pasiurbimai. Todėl apskaičiuotas slėgio reikšmes siūloma padidinti 3 5 %. Orapūtės parinkimas. Orapūtė parenkama pagal apskaičiuotą pilną slėgį ir reikiamą oro srautą. Orapūtės techninėje charakteristikoje paprastai nurodomas, jos darbinis slėgis ir sukuriamas oro srautas. Orapūtė parenkama taip, kad sukuriamas oro slėgis ir oro srautas, nurodyti orapūtės techninėje charakteristikoje, esant didžiausiam naudingumo koeficientui, būtų didesnis už apskaičiuotas reikšmes. Faktinis į vamzdyną įpučiamas oro srautas randamas orapūtės ir tinklo aerodinaminių charakteristikų susikirtimo taške A (.33 pav). Tinklo aerodinaminė charakteristika pilno slėgio h (Pa) priklausomybė nuo praeinančio pro transporterio vamzdyną oro srauto V (m 3 /s): h ф(v ). (.167) pav. Orapūtės ir tinklo darbas: 1 tinklo aerodinaminė charakteristika; orapūtės aerodinaminė charakteristika [1] Dekarto koordinačių sistemos, abscisių ašyje pažymint oro srautą, o ordinačių slėgį nubraižoma transporterio aerodinaminė charakteristika. Tame pačiame grafike nubraižoma orapūtės aerodinaminė charakteristika. Jų susikirtimo taškas, atitinka faktinį oro srautą ir slėgį, kurį išvystys pasirinkta orapūtė projektuojamajame transporteryje. Orapūčių aerodinamines charakteristikas galima rasti gamyklos gamintojos teikiamoje informacijoje arba žinynuose.

102 Transporterio galios nustatymas. Orapūtei sukti reikiama galia apskaičiuojama pagal šią formulę: Vv hv Pv, (.168) 1000 p v čia P v orapūtės variklio galia kw; V v įpučiamas oro srautas m 3 /s; h v orapūte išvystomas pilnas oro slėgis Pa; η p orapūtės pavaros naudingumo koeficientas; η v orapūtės naudingumo koeficientas. Pavaros naudingumo koeficientas η p =1, jei orapūtės rotorius montuojamas ant elektros variklio veleno. Orapūčių konstruktyviniai matmenys pateikiami jų gamintojų techninėje literatūroje. Kontroliniai klausimai ir kontrolinės užduotys 1. Kokie yra medžiagos smulkinimo būdai?. Nuo kokių veiksnių priklauso valcų našumas? 3. Išvardinkite Jums žinomas transportuojamų krovinių savybes? 4. Koks leistinas transporterio juostos judėjimo greitis, transportuojant grūdus? 5. Nuo kokių veiksnių priklauso transporterio našumas? 6. Kaip parenkama orapūtė pneumatinam transporteriui? 7. Paskaičiuokite dėstytojo nurodytam transporteriui našumą. 101

103 10 3. Šiluminių procesų projektavimas Savaiminis šilumos plitimas erdvėje, esant nevienodai temperatūrai įvairiuose jos tašuose, yra vienas iš labiausiai gamtoje paplitusių reiškinių. Šis reiškinys vadinamas šilumos mainais arba šilumos pernešimu. Šilumos mainų procesai plačiai taikomi maisto pramonėje, kai norima įvairius perdirbamus arba laikymo produktus įkaitinti arba atšaldyti. Šiluma gali plisti trimis būdais: laidumu (kondukcija), konvekcija arba spinduliavimu. Šilumos perdavimas laidumu vyksta tada, kai liečiasi medžiagos dalelės, kurių temperatūros yra skirtingos. Pavyzdžiui keptuvė uždėta ant įkaitinto elektrinės plytelės pado įkaista dėl kondicijos poveikio. Karštesnės medžiagos molekulės perduoda savo kinetinės energijos tam tikrą dalį šaltesnėms molekulėms jas įkaitindamos. Konvekcijos būdu šilumą perneša dujos ir skysčiai. Judant karštoms dujoms arba skysčiams įkaitinami kūnai, kuriuos apiplauna judantys skysčiai arba dujos. Šilumos mainai spinduliavimu (radiacija) vyksta erdvėje. Karštesnis kūnas dalį šilumos išspinduliuoja elektromagnetinėmis bangomis, o išspinduliuota energija sklinda į visas puses. Kitam kūnui, ją sugėrus, šis įkaista Šiluminių procesų teoriniai pradmenys Šilumos laidumas Kūno temperatūrą bet kokiu laiko momentu galima išreikšti kūno taškų koordinačių x, y, z ir laiko funkcija: T=f(x, y,z,). (3.1) Šia funkcija apibūdinamas nagrinėjamo kūno temperatūros laukas. Žinodami taško koordinates x, y, z bet kurios pasirinktos koordinačių pradžios atžvilgiu laiko momentu, galima sužinoti to taško temperatūrą.

104 Šildomo kūno temperatūra įvairiuose taškuose keičiasi, sklindant šilumai laidumo būdu temperatūros mažėjimo kryptimi. Jei kūno temperatūra nekinta, tai toks temperatūros laukas vadinamas stacionariniu ir jam galioja ši lygybė: T=f(x, y,z,), T 0. (3.) Jei tam tikru laiko momentu kūno taškų temperatūros yra vienodos, tai sujungus šiuos taškus, gaunami izoterminiai paviršiai. Izoterminiai paviršiai tame pačiame kūne niekada tarpusavyje nesikerta, nes vienas kūno taškas negali vienu metu būti dviejų skirtingų temperatūrų. Vadinasi, temperatūra kūne gali keistis tik izoterminius paviršius kertančiomis kryptimis. Intensyviausiai temperatūra kinta normalės n-n kryptimi (3.1 pav). 3.1 pav. Temperatūrinio gradiento samprata Dviejų izotermų, kurių temperatūros yra T ir T+T o K, atstumas normalės kryptimi yra n, tai temperatūrinis gradientas randamas pagal šią lygtį: T T gradt lim, (3.3) n 0 n n čia gradt temperatūrinis gradientas K/m; T temperatūrų skirtumas tarp dviejų izoterminių paviršių K; n atstumas tarp dviejų izoterminių paviršių m. Temperatūrinis gradientas savo fizikine prasme parodo temperatūros kitimo spartą normalės kryptimi. Tai vektorius statmenas izoterminiam paviršiui ir nukreiptas temperatūros didėjimo kryptimi. 103

105 Furje (Jean Baptiste Joseph Fourier ), nagrinėdamas kietųjų kūnų šiluminį laidumą, nustatė, kad šilumos kiekis, pernešamas per izoterminį paviršių, yra proporcingas temperatūriniam gradientui, plotui A ir laikui, per kurį vyksta šilumos pernaša. Furje dėsnio matematinė išraiška: 104 T Q A, (3.4) n čia Q šilumos kiekis J; A paviršiaus plotas m ; laikas s. Padalijus 3.4 lygties abi puses iš dydžio A gaunamas šilumos srautas praeinantis pro sienelę: Q T q, (3.5) A n čia q šilumos srautas W/m ; λ šilumos laidumo koeficientas W/(mK). Šilumos laidumo koeficientas tai šilumos kiekis, pernešamas per 1 m plotą per sekundę, esant 1 K/m temperatūriniam gradientui. Jis priklauso tik nuo medžiagos, kurioje vyksta šilumos mainai, savybių. Kai kurių medžiagų šilumos laidumo koeficientų reikšmės pateiktos 3.1 lentelėje. 3.1 lentelė. Kai kurių medžiagų šilumos laidumo koeficientai [0] Medžiaga Šilumos laidumo koeficientas W/(mK) Sidabras Aliuminis Varis 360 Anglingasis plienas Legiruotasis plienas Betonas 1,3 Raudonosios plytos 0,5 06 Asbestas 0,1 0, Šlako vata 0,07 Stiklo vata 0,04 Oras 0,0 0,07

106 Tarkime, yra plokščia sienelė, kurios storis m (3. pav). Sienelė pagaminta iš homogeninės medžiagos, kurios šilumos laidumo koeficientas pastovus (l = const). Ant sienelės vidinio paviršiaus temperatūra T s1, ant išorinio T s. Tegul T s1 >T s. Sienelė nubraižoma T-x koordinačių sistemoje. 3. pav. Šilumos laidumas per plokščią sienelę Šilumos srauto vektorius q nukreiptas x ašies kryptimi. 3.5 lygtis pertvarkoma temperatūros atžvilgiu: q dt dx. (3.6) Tuomet ši lygtis suintegruojama: T s T s1 q dt 0 dx, (3.7) Т s 1 T q s. (3.8) Dydis yra vadinamas sienelės šilumine varža ir žymimas R. Tuomet: Т T q s 1 s, (3.9) R čia R sienelės šiluminė varža m K/W. 105

107 Konvekciniai šilumos mainai Dažnai šilumos mainai vyksta tarp paviršiaus ir jį apiplaunančių dujų ar skysčių. Namo šildymo sistemoje karštas vanduo juda vamzdžiais ir perduoda ją radiatoriaus sienelėms. Atitinkamai radiatoriaus sienelės šiluma perduodama kambario orui. Abiem atvejais vyksta konvekciniai šilumos mainai. Skysčiai ir dujos vadinami fluidu, o procesas konvekciniu šilumos atidavimu. Tai sudėtingas fizikinis procesas, priklausantis ne tik nuo medžiagų, dalyvaujančių procese, šiluminių savybių, bet ir hidrodinaminių fluido savybių. Fluido judėjimas atsiranda dviem atvejais: dėl fluido tankio skirtumo tarp karštų ir šaltų fluido masių (laisvoji, natūrali konvekcija) arba dėl išorinio poveikio priemonių ventiliatorių, siurblių, veikimo (priverstinė konvekcija). Judant fluidui prie kieto kūno paviršiaus atsiranda konvekciniai šilumos mainai. Šilumos kiekis, kurį gauna arba atiduoda kūno paviršius per laiko vienetą, apiplaunamas fluido, yra proporcingas paviršiaus ir fluido temperatūrų skirtumui. Šį dėsningumą apibendrina Niutono dėsnis: Q ( Ts Tf ) A, (3.10) čia Q šilumos kiekis J; T s kietojo kūno sienelės temperatūra K; T f fluido temperatūra K; A sienelės paviršiaus plotas m ; laikas s; α šilumos atidavimo koeficientas W/(m K). Šilumos srautas: q Q A čia q šilumos srautas W/m. ( T s T f ), (3.11) Šilumos atidavimo koeficientas parodo šilumos kiekį, perduodamą tarp fluido ir kietojo kūno per vieną sekundę, esant 1 m sienelei ir 1 lapsnio temperatūrų skirtumui. Šilumos atidavimo koeficientas nustatomas remiantis tyrimų rezultatais ir sprendžiant kriterines lygtis: n Nu c (Gr Pr), (3.1)

108 čia Nu Niuselto kriterijus; Gr Grashofo kriterijus; Pr Prandtlio kriterijus; c ir n pastovūs dydžiai, nustatomi pagal tyrimų rezultatus. Plačiau apie 3.1 lygtyje nurodytus kriterijus žiūrėti 1.1 lentelėje. Orientacinės šilumos atidavimo koeficiento reikšmės pateiktos 3. lentelėje. 3. lentelė. Orientacinės šilumos atidavimo koeficiento reikšmės [0] Fluidas Šilumos atidavimo koeficientas W/(m K) Fluidas Šilumos atidavimo koeficientas W/(m K) Oras 1 50 Verdantis vanduo Tepalas Besikondensuojantys vandens garai Vanduo Šilumos atidavimo koeficientų reikšmės labai priklauso nuo aptekamojo paviršiaus formos, fluido tekėjimo krypties ir režimo, fluido tankio, temperatūros ir daugelio kitų veiksnių Šilumos mainai spinduliavimu Energija iš vieno kūno į kitą gali būti perduodama elektromagnetinėmis bangomis. Jeigu elektromagnetinių bangų ilgis yra nuo 0,8 iki 800 mikronų, tai šiluma perduodama infraraudonaisiais (šiluminiais) spinduliais. Šiluminis spinduliavimas priklauso tik nuo kūno temperatūros ir optinių aplinkos savybių. Ne visas šiluminių spindulių nešamas energijos kiekis patekęs ant kūno per vieną sekundę kaitina kūną. Dalis spindulių atspindima nuo kūno, dalis praeina pro kūną. Bendras spindulinės energijos balansas: Q=Q s +Q a +Q p, (3.13) čia Q ant kūno paviršiaus patenkantis šiluminių spindulių srautas W; Qs sugeriamas šiluminių spindulių srautas W; Q a atspindimų šiluminių spindulių srautas W; Q p praėjusių pro kūną šiluminių spindulių srautas W. 107

109 Padalijus abi lygybės puses iš Q ir priėmus, kad Q s S, Q a Q Q A, Q p P, (3.14) Q gauname: S+A+P = 1. (3.15) Čia dydžiai S, A ir P vadinami sugėrimo, atsispindėjimo ir praleidimo koeficientais. Priklausomai nuo kūno savybių S, A ir P gali kisti nuo 0 iki 1. Kai S=1, o A = 0 ir P = 0 kūnas sugeria visus ant jo krintančius spindulius. Toks kūnas vadinamas absoliučiai juodu kūnu. Kai S = 0, o A = 1 ir P = 0 kūnas atspindi visus ant jo krintančius spindulius. Tai veidrodinis arba absoliučiai baltas kūnas. Kai S = 0, o A = 0 ir P = 1 kūnas praleidžia visus spindulius. Tai absoliučiai skaidrus kūnas. Absoliučiai juodų, baltų ir skaidrių kūnų gamtoje nėra. Tačiau žinoma, kad naftos suodžiai sugeria iki 98 % visų krintančių šiluminių spindulių. Jų S = 0,98. Poliruoto aukso А = 0,97 0,98, o vienatomių ir dviatomių dujų P artimas vienetui. Nuo absoliučiai juodo kūno, kurio paviršiaus temperatūra T p išspinduliuotos energijos kiekis apskaičiuojamas pagal Stefano- Bolcmano dėsnio matematinę išraišką: T p 4 E 0 C0 100, (3.16) čia E o absoliučiai juodo kūno išspinduliuotos energijos srautas W/m ; T p kūno paviršiaus temperatūra K; C o absoliučiai juodo kūno spinduliavimo koeficientas. C o =5,67W/(m K 4 ). Realių (pilkų ) kūnų išspinduliuojamos energijos kiekis: E, (3.17) Е 0 čia E realaus kūno išspinduliuotos energijos srautas W/m ; kūno juodumo laipsnis. Kūno juodumo laipsnis: 108

110 C, (3.18) C 0 čia C realaus kūno spinduliavimo koeficientas. Kai kurių kūnų juodumo laipsniai pateikti 3.3 lentelėje. Pernešant šilumą spinduliavimo būdu nuo vieno kūno ant kito pernešamas šilumos srautas apskaičiuojamas pagal šią formulę: 4 4 T p1 Tp q t C0, (3.19) čia q šilumos srautas, krintantis nuo pirmojo kūno ant antrojo spinduliavimo būdu W/m ; T p1 ir T p pirmojo ir antrojo kūnų paviršiaus temperatūros K; t dviejų kūnų sistemos juodumo laipsnis. 3.3 lentelė. Kūno juodumo laipsnis [0,1] Medžiaga Paviršiaus temperatūra C Juodumo laipsnis Poliruotas aliuminis ,039 0,057 Poliruotas plienas ,10 0,15 Šlifuotas lakštinis plienas ,55 0,61 Oksiduotas plienas ,60 0,75 Molio plytos ,80 0,90 Naftos suodžiai ,945 Vanduo ,95 0,96 Jeigu šiluminis spinduliavimas vyksta tarp dviejų lygiagrečių skirtingų paviršių temperatūrų plokščių, tai dviejų kūnų sistemos juodumo laipsnis apskaičiuojamas pagal šią formulę: 1 t, (3.0) čia 1 ir pirmojo ir antrojo kūnų juodumo laipsniai. Jeigu spinduliavimo plokštumoms nėra lygiagrečios, kūnų sistemos juodumo laipsnis apskaičiuojamas naudojant specialia literatūra [1]. 109

111 Sudėtiniai šilumos mainai Atvejai, kai, vyksta vienos rūšies šilumos mainai, reti. Dažniausiai šilumos perdavimas vyksta sudėtingiau. Sienelę per kurią perduodama šiluma iš abiejų pusių apiplauna fluidas (oras, vanduo, tepalai ir kiti). Pavyzdžiui, skaičiuojant šilumos nuostolius per bulvių sandėlio sienas, tarp lauko oro ir sienos vyksta konvenciniai šilumos mainai, sienoje tarp sienos išorinio paviršiaus ir vidinio paviršiaus šiluma perduodama laidumu, tarp ventiliuojančio sandėlio vidaus oro ir sienos vidiniu paviršiumi konvekcija. Tokie šilumos mainai, kai šiluma perduodama nuo vieno fluido į kitą per sienelę (3.3 pav.), vadinami šilumos perdavimu. Tarkime, yra sienelė, kurios storis m, paviršiaus plotas A m. Iš vienos pusės greičiu v 1 sienelę apiplauna karštas fluidas, kurio temperatūra T f1, iš kitos, greičiu v šaltas fluidas, kurio temperatūra T f. Sienelės laidumo koeficientas l. Sienelės paviršiaus temperatūros T s1 ir T s nežinomos, tačiau žinomi šilumos atidavimo koeficientai a 1 ir a pav. Sudėtiniai šilumos mainai per sienelę Jei šilumos perdavimo procesas stacionarus, tai jį galima išreikšti šiomis lygtimis: