BADANIE ZJAWISK PRZEMIESZCZANIA WSTRZĄSOWEGO

Transkrypt

1 BADANIE ZJAWISK PRZEMIESZCZANIA WSTRZĄSOWEGO 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie kinematyki i dynamiki ruchu w procesie przemieszczania wstrząsowego oraz wyznaczenie charakterystyki użytkowej przenośnika wstrząsowego. 2. Podstawy teoretyczne Przenośniki wstrząsowe mają zastosowanie do transportu materiałów sypkich, drobno i średnioziarnistych w płaszczyźnie poziomej i lekko pochyłej. W działaniu tych przenośników wykorzystano zjawisko bezwładności. Rynna; element nośny takiego przenośnika wykonuje drgania harmoniczne w kierunku nachylonym pod określonym kątem do jej powierzchni i o symetrycznej zmianie prędkości i przyspieszeń. Wyróżnia się dwa rodzaje przenośników wstrząsowych: - bez podrzutu (przenośniki bezwładnościowe), - z podrzutem materiału (przenośniki wibracyjne). Różnica między nimi jest uwarunkowana parametrami ruchu powierzchni nośnej i wynikającym z nich charakteru przemieszczenia transportowanego materiału. Wielkością charakteryzującą ruch przenośnika jest współczynnik Γ stanowiący stosunek składowej maksymalnego przyspieszenia powierzchni nośnej i składowej przyspieszenia ziemskiego skierowanego prostopadle do drgającej powierzchni (rys. 14.1). rω 2 sinβ Γ = g cosα gdzie: r - amplituda drgań powierzchni nośnej ω - częstotliwość drgań β - kąt nachylenia kierunku drgań α - kąt nachylenia przenośnika g - przyspieszenie powierzchni nośnej (koryta) (14.1) Przenośniki wstrząsowe dla których Γ<1 zaliczane są do prze-nośników bez podrzutu, w których materiał przemieszcza się ruchem ślizgowym po powierzchni nośnej. 1

2 Rys Schemat przyspieszeń działających na cząstkę materiału w przenośniku wstrząsowym pochylonym Przenośniki dla których Γ>1 przemieszczają materiał z podrzutem i wtedy składowa normalna maksymalnej wartości przyspieszenia koryta jest większa od przyspieszenia ziemskiego. Wskutek tego transportowany materiał odrywa się od powierzchni nośnej i przez cały okres lub jego część przebywa drogę w powietrzu przemieszczając się skokami. Przemieszczanie materiałów z podrzutem wpływa na zmniejszenie oporów tarcia, a tym samym na ograniczenie zużycia powierzchni nośnej przenośnika oraz zwiększenie prędkości przemieszczania materiału. W skład każdego przenośnika wstrząsowego wchodzą: element nośny (otwarta rynna lub rura); mechanizm wzbudzający ruch drgający oraz rama (rys. 14.2). Analiza pracy przenośnika wstrząsowego Analizując zachowanie się cząstki materiału znajdującej się na powierzchni rynny wykonującej drgania harmoniczne, zauważyć można, że przy małej częstotliwości drgań składowa pozioma siły bezwładności jest mniejsza od siły tarcia wskutek czego materiał porusza się razem z rynną bez dodatkowego przemieszczenia. Z chwilą gdy częstotliwość drgań przekroczy wartość graniczną przy której składowa pozioma siły bezwładności jest równa sile tarcia, cząstka zacznie przesuwać się po rynnie. 2

3 Rys Schemat przenośnika wstrząsowego: 1 - koryto, 2 - sprężyny, 3 - wzbudnik drgań, 4 - rama Siły oddziaływujące na cząstkę materiału w chwili rozpoczęcia przez nią ruchu przedstawia rys Po przekroczeniu wartości granicznej cząstka zacznie się przemieszczać po powierzchni rynny przez część jednego okresu odpowiadającego ruchowi rynny. W miarę wzrostu częstotliwości wymuszeń, czas ruchu przemieszczanej cząstki będzie się wydłużał. Po osiągnięciu określonej wartości prędkości kątowej ω cząstka zacznie się przesuwać po rynnie również przy powrotnym ruchu rynny. W miarę dalszego zwiększania częstotliwości drgań prędkość kątowa osiągnie taką wartość, przy której składowa pionowa przyspieszenia rynny będzie równa przyspieszeniu ziemskiemu. Nastąpi wówczas odrywanie cząstki materiału od powierzchni rynny i jej podrzut do góry (rys. 14.4). Rys Siły działające na cząstkę w chwili rozpoczęcia ruchu 3

4 Rys Siły działające na cząstkę w chwili całkowitej utrat kontaktu z rynną Oderwanie materiału nastąpi, gdy zostanie spełniony warunek: ω rsinβ gdzie: r - amplituda drgań powierzchni nośnej, β - kąt nachylenia kierunku wymuszeń drgań. g (14.2) Aby zapewnić ciągły ruch cząstki do przodu, również przy ruchu powrotnym rynny, powinien być spełniony warunek: r μ g 2 < ϖ o < ( cosβ μ sinβ) rsinβ o g (14.3) Częstotliwość drgań przenośników wstrząsowych bez podrzutu nie przekracza 6,5 Hz, a amplitudę dobiera się w zakresie r = mm. Badania wykazały, że zwiększenie amplitudy drgań pozwoliło uzyskać większy wzrost prędkości materiału, a tym samym i wydajności, niż zwiększenie częstotliwości drgań. Przy transporcie materiałów drobnoziarnistych i pylistych należy dobierać możliwie duże amplitudy, a przy transporcie materiałów kawałkowych stosuje się mniejsze wartości amplitud. Wyniki badań prędkości przemieszczania się ziaren pszenicy w funkcji szerokości rynny i amplitudy drgań przedstawia rys Elementem napędowym każdego przenośnika wstrząsowego jest wzbudnik drgań. Rodzaje stosowanych wzbudników oraz sposób ich połączenia z elementem nośnym przenośnika przedstawia rys

5 Rys Zależność prędkości przemieszczania się ziaren pszenicy od szerokości rynny i amplitudy drgań 5

6 Rys Schematy wzbudników drgań stosowanych do napędu przenośników wstrząsowych: a, b) wzbudniki bezwładnościowe, c,d) wzbudniki korbowe, e) wzbudnik elektromagnetyczny, f) wzbudnik hydrauliczny 3. Schemat stanowiska laboratoryjnego Schemat stanowiska do badania parametrów użytkowych przenośnika wstrząsowego przedstawia rys

7 Rys Schemat stanowiska pomiarowego Rynna 1 połączona jest za pomocą wahaczy 2 z ramą 3. Siłownik 4 hydraulicznego wzbudnika drgań zamocowany jest jednym końcem do ramy 3, a drugim do pary wahaczy. Połączenie z ramą jak i z wahaczami są typu przegubowego. Siłownik sterowany jest obrotowym zaworem rozdzielczym 5. Konstrukcja przenośnika zapewnia możliwość zmiany kąta pochylenia rynny przez zmianę mocowania na wahaczach. Zmienną amplitudy uzyskuje się przez zmianę skoku tłoka siłownika 4, a zmianę częstotliwości przez zmianę prędkości obrotowej elementu sterującego, w zaworze obrotowym. Zmianę kierunku wymuszeń drgań uzyskuje się przez zmianę miejsca mocowania siłownika z wahaczem. Na stanowisku zamontowane są mierniki: amplitudy, częstotliwości, prędkości przemieszczenia masy. 4. Przebieg ćwiczenia W celu wyznaczenia charakterystyki użytkowej przenośnika należy wyznaczyć zależność pomiędzy amplitudą, częstotliwością wymuszeń, kątem pochylenia rynny i kierunkiem wymuszeń amplitudy, a prędkością przemieszczenia masy (wydajnością przenośnika). υ = υ (A, ω, α, β) Kolejność realizacji ćwiczenia: a) zapoznać się z instrukcją obsługi, b) uruchomić stanowisko i wykonać wstępne próby zmiany parametrów sterujących (A, ω, α, β), c) wyznaczyć prędkość graniczną ω, d) realizować kolejne próby zmieniając parametry, e) wyniki pomiarów zamieścić w tabeli Analiza pomiarów i wnioski 7

8 Odczytane z mierników wartości badanych parametrów zamieścić w tabeli Na podstawie otrzymanych zależności sporządzić wykresy (charakterystyki). Tabela Tabela pomiarowa Kolejny b a A w u Q UWAG I pomiar rad rad mm 1/s m/s kg/s b 1 a 1 b 2 a 1 b 3 a 2 β - kąt wymuszeń siły α - kąt pochylenia rynny A - amplituda ω - częstotliwość υ - prędkość przemieszczenia masy Q - wydajność 6. Literatura [14.1] Dmitrewski J.: Teoria i konstrukcja maszyn rolniczych. Tom 3. PWRiL. Warszawa 1978 [14.2] Orłowski R.: Optymalizacja parametrów przenośników wibracyjnych przeznaczonych do przenoszenia ziarna zbóż. Praca doktorska. Warszawa