Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный университет

путей сообщения»

___________________________________________________________

Кафедра «Путевые, строительные машины и

Робототехнические комплексы»

В.И. КАПЫРИНА, И.В. ТРОШКО, В.А. МАНЬКОВ, Ю.В. МОРОЗОВ

МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ТРАНСПОРТА

Методические указания к лабораторным

работам

Москва- 2014

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный университет

путей сообщения»

___________________________________________________________

Кафедра «Путевые, строительные машины и

Робототехнические комплексы»

В.И. КАПЫРИНА, И,В. ТРОШКО, В,А, МАНЬКОВ, Ю.В.МОРОЗОВ

МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ТРАНСПОРТА

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний к лабораторным работам

для студентов специальностей 190205 «Наземные вида транспорта»

220402 «Роботы и робототехнические системы»

Москва - 2014

УДК

В.И.Капырина, И.В. Трошко, В.А. Маньков, Ю.В Морозов

Изучение машин непрерывного транспорта. Методические указания к

лабораторным работам. – М.; МИИТ. 2011 - с

В методических указаниях к лабораторным работам рассмотрены вопросы изучения конструкций конвейеров различных типов и исследование свойств грузов, влияющих на выбор их параметров.

Ил. Табл. Библиогр.

МГУПС (МИИТ), 2014

СОДЕРЖАНИЕ

1. Исследование гранулометрического состава насыпного груза и выбор конвейерной ленты.

2. Определение физико-механических свойств насыпных грузов (объемной и удельной массы и угла естественного откоса).

3. Определение коэффициента внутреннего трения насыпного груза.

4. Исследование характера истечения насыпного груза из бункера.

5. Исследование скорости истечения и коэффициента истечения насыпного груза из бункера.

6. Исследование давления насыпного груз на затвор бункера.

7. Изучение конструкции и основных параметров ленточного конвейера.

8. Изучение конструкции и основных параметров ковшового элеватора.

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторные работы по дисциплине «Машины непрерывного транспорта» предназначены для практического изучения конструкций конвейеров различных типов, исследования влияния на выбор их параметров различных видов насыпных и штучных грузов. Лабораторные работы проводятся на стендах в лабораторных условиях и оформляются в специальных тетрадях.

Лабораторные работы состоят из двух разделов:

1. Изучение физико-механических свойств насыпных грузов и их влияния на выбор параметров конвейеров.

2. Изучение конструкций конвейеров и определение их параметров.

Согласно Учебному плану по дисциплине « Машины непрерывного транспорта» предусмотрено 8 лабораторных работ по 2 учебных часа каждая.

Лабораторная работа №1

Исследование гранулометрического состава насыпного груза и выбор конвейерной ленты

Выбор типа конвейера и его параметры определяются видом транспортируемого груза. Для насыпных грузов это прежде всего физико-механические свойства, к которым относятся:

- кусковатость (гранулометрический состав),

- плотность,

- влажность,

-угол естественного откоса,

- гигроскопичность,

- подвижность частиц,

- истирающая способность (абразивность),

- крепость, коррозийность,

-липкость,

-ядовитость,

- взрывоопасность,

-способность самовозгораться,

- способность слеживаться,

- способность смерзаться

Кусковатостью (гранулометрическим составом) насыпного груза называется количественное распределение составляющих груз частиц по их круп­ности; крупность частиц определяется их линейными размерами, выря­женными в миллиметрах. Если частицу (зерно, кусок) неправильной формы замерить по трем взаимно перпендикулярным направлениям так, чтобы в одном из этих направлений размер частицы был наибольшим, то в общем случае могут быть получены три различных линейных размера а, Ь и с - длина, ширина и толщина частицы (зерна, куска). Длина частицы является наиболее характерным раз­мером, так как по этому размеру определяются многие параметры транспортирующих машин и аккумули­рующих устройств для насыпных грузов (ширина лент или желобов конвейеров, размеры выпускных отверстий бункеров и т. п.). Поэтому крупность частицы насыпного груза определяется ее длиной а.

Рис. 1. Линейные размеры груза

Гранулометрический состав насыпного груза определяется сито­вым анализом—просеиванием пробы последовательно через ряд решет или сит, имеющих отверстия различной величины. Пробу, взятую из массы груза, подлежащего испытанию, помещают в верхнее сито, а весь набор сит подвергают сотрясению, при котором проис­ходит просеивание грузовых частиц через отверстия сит и разделение взятой пробы на отдельные фракции. Класс фракции определяется раз­мером отверстий в соседних ситах. Так, если отверстия сита 1 имеют размер 100 мм, а отверстия сита 2 - размер 75 мм, то фракция мате­риала, оставшаяся после грохочения на сите 2, имеет класс 100-75. Процентное содержание груза, лежащего на ситах 1 и 2, к общему весу всей пробы носит наименование выхода сверху для класса 100-75, а процентное содержание груза, лежащего на ситах 2 и 3 и на под­доне 4 носит наименование выхода снизу для класса 100 - 75.

Рис. 2.Схема грохочения насыпного груза

Процесс просеивания насыпного груза носит название грохочения, Для грохочения, производимого с целью определения грануломе­трического состава груза, применяются листовые решета со штампован­ными отверстиями для размера а≥25мм или проволочные сита обычно для размера а≤ 25 мм. Размеры отверстий в ситах в метри­ческой системе мер определяются в миллиметрах.

Результаты ситового анализа наносятся на графики (рис. 3 и 4), характеризующие состав насыпного груза по крупности кусков. Орди­наты графиков показывают процентное весовое содержание отдельных фракций, а абсциссы — размеры отдельных фракций пробы в процентах от размера наибольшего куска (например, при размере наибольшего куска 50 мм куски размером 40 мм будут соответствовать классу кусков 80% размера наибольшего куска) в общей массе груза. На рис. 4 представлены три характерных графика кусковатости насыпных грузов. Состав их по схеме на рис. 4 а характерен преобладанием мел­ких частиц; состав по схеме на рис. 4 б характерен преобладанием крупных кусков; состав по схеме на рис. 4 в отличается преобладанием средних по размеру кусков.

Класс крупности в % от размера наиб. куска	Выход в % от веса пробы
	% куска данного класса	Суммарный %
		сверху	снизу
100-75 75-50 50-25 25-10 ≤	8 10 27 25 30	8 18 45 70 100	100 92 82 55 30

Рис.3 Графическое изображение кусковатости насыпных грузов

Крупность от размера куска а_мах %

Группа кусков размерами от максимального а_mах до 0,8а_тах носит наименование группы наибольших кусков (А на рис. 3). Среди группы наибольших кусков находятся наибольшие типичные куски. Если нес группы наибольших кусковсоставляет меньше 10°/₀ веса пробы (рис. 4, а), то наибольшим типичным куском считают кусок размером

а' = 0,8а_мах мм;

если же вес группы наибольших кусков превышает 10°/₀ веса пробы рис..4 б), то наибольшим типичным куском считается кусок разме­ром а_шах; в этом случае

а¹ = а_пах мм.

Рис.4. Графики кусковатости рядового и сортированного насыпных грузов.

а б в

По размеру кусков грузы бывают сортированные и рядовые. К сортированным отно­сится насыпные грузы, у которых отношение размеров наибольшего и наименьшего кусков меньше или равно 2,5; к рядовым насыпным грузам относятся грузы, у которых это соотношение превышает 2,5 (графики на рис. 4, а и б соответствуют рядовым грузам, график на рис. 4. в соответствует сортированному грузу). Рядовые грузы характеризуются размером наибольшего типичного куска; сортированные грузы характе­ризуются средним размером куска (рис. 4, в):

.

По кусковатости, определяемой ситовым анализом, насыпные грузы подразделяются на следующие категории:

-крупнокусковые — с наиболь­шими линейными размерами более 160 мм, --среднекусковые — с наи­большими линейными размерами 60—160мм,

- мелкокусковые — с наиболь­шими линейными размерами 10—60 мм,

- зернистые — с наибольшими линейными размерами 0,5 10 мм,

-порошкообразные — с наибольшими линейными размерами 0,05 — 0,5 мм,

-пылевидные — с наибольшими ли­нейными размерами меньше 0,05 мм.

Пылевидные частицы с наибольшими линейными размерами менее 0,04 мм не могут быть разделены на фракции с помощью просеивания. Для определения состава столь мелких частиц пользуются методами гидравлического анализа, основанного на том, что частицы разной круп­ности имеют различную скорость оседания в воде или в воздухе (опре­деление состава мелких фракций бывает необходимым при проектировании установок пневматического транспорта).

В результате проведенных исследований на лабораторном стенде нужно определить фактический гранулометрический состав груза и выбрать тип ленты конвейера и проверить её ширину по заданной производительности конвейера и скорости её движения..

Определение ширины ленты аналитически для П=200 т/ч ; V = 1,5 м/с;

α = 0,8; ρ = 1800 кг/м³

м,

Проверка ленты или полотна конвейера по гранулометрическому составу:

а) для ленточных конвейеров

• для сортированного груза

В ≥ 3,3 α_СОРТ + 200 мм

• для рядового груза

В≥ 2 α_ряд + 200 мм

б) для пластинчатых и лотковых конвейеров

• для сортированного груза В ≥ 2,7 α_сорт + 200 мм

• для рядового груза В ≥ 1,7 α_ряд+ 200мм

Выбор конвейерной ленты производится по каталогу конвейеров.

Дать заключение по работе, в котором охарактеризовать физико-механические свойства исследуемого груза и требования к выбираемому конвейеру.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Определение физико-механических свойств насыпных грузов (объемной и удельной массы и угла естественного откоса).

1. Определение объемной и удельной массы груза.

Объемной (или насыпной) массой γ насыпного груза называется вес единицы занимаемого им объема. Объемная масса выражается т/м³, однако при проведении расчетов его часто выражают через кг/м³

В лабораторных условиях объемные веса насыпных грузов опреде­ляются с помощь прибора, изображенного на рис. 5. Прибор состоит из мерного сосуда 1, штыря 2, прикрепленного к сосуду 1, и рамки 3, которая может поворачи­ваться около штыря 2. При определении объемной массы груз насыпается в сосуд / через рамку 3 до ее верха; по окончании заполнения со­суда рамка поворачивается вокруг штыря 2 в положе­ние а, причем излишек на­сыпного груза срезается и падает в поднос 4; затем рамка снимается со штыря и сосуд с насыпным грузом

взвешивается.

Рис.1

Объемная масса определяется по формуле

кг/м³ (7)

где G₀ - вес сосуда с на­сыпным грузом в кг;

g₁ - собственный вес сосуда в кг;

V₁ -объем сосуда в м³.

По величине объемной массы насыпные грузы разде­ляются на легкие—с объ­емной массой менее 0,6 т/м³ (древесные опилки, торф и т. п.),

средние по весу — с объемной массой от 0,6 до 1,1 т/.м³ (зерно, каменный уголь, шлак и пр.)

и тяжелые - с объемной массой выше 1,1т/м³ (песок, гравий, щебень, руда и т. д.).

В применении к хлебным грузам объемная масса называется натурой зерна и выражается в г/л. Прибор для определения натуры зерна называется п у р к о й (фиг. 6) и состоит из мерного сосуда / с отверстиями в днище для выхода воздуха при засыпке зерном, из ножа (за­движки) 2, падающего груза 3, наполнителя 4 и цилиндра 5 с крышкой в виде воронки 6. Определение натуры зерна производится следующим образом. Цилиндр 5 заполняется Зерном и закрывается воронкой 6. Затем зерно из этой воронки пересыпается в наполнитель 4, нож 2 вы­нимается, и груз 3 падает, вытесняя воздух из сосуда 1 через отверстия в дне, а сам сосуд 1 наполняется зерном. Излишек зерна срезается но­жом 2, после чего сосуд с зерном подвергается взвешиванию. Опреде­ление натуры зерна нормализовано по ОСТ 282. При проектировании пневмотранспортных установок, кроме объемной массы насыпного груза, необходимо знать его удельную массу . Удельной массой насыпного груза называется средний удельный вес со­ставляющих его частиц. Для определения его при­меняются стеклянные мерные сосуды,рис.1. В сосуд насыпают порцию сухого груза весом G_гр, наливают определенный объем V_ж в см³ жидкости 2, смачивающей, но не наливают определенный объем V_ж в см³ жидкости 2, смачивающей, но не растворяющей частицы груза /, тщательно переме­шивают их и затем определяют по делениям на со­суде объем получившейся суспензии V_с в см³. Иско­мая величина удельной массы насыпного груза определяется по формуле

г/см²

Рис.2 Схема пурки

На объемную, удельную массу и угол естественного откоса большое влияние оказывает влажность.

Влага может содержаться в насыпном грузе: в виде конституционной влаги, химически связанной с веществом груза;, в виде гигроскопической влаги, впитываемой грузовыми частицами из окружающего воздуха; в виде внешней влаги, образующей водяную пленку па поверхности частиц насыпного груза (молекулярная влага) или заполняющей свободные пространства между частицами (гравитационная вода .

Насыпные грузы, содержащие внешнюю влагу, называются влажными грузами.

При длительном хранении груза на открытом воздухе внешняя влага испаряется, а в грузе остается конституционная и гигроскопическая влага; груз в таком состоянии называется воздушно-сухим или находящимся в состоянии естественной влажности. Насыпной груз, содержащий лишь конституционную влагу, называется сухим.

Влажность определяется высушиванием предварительно взвешенной порции насыпного груза в сушильном шкафу при температуре около+105° в течение 2—4 час. Порция груза распределяется на противне слоем толщиной 10 мм, причем крупные грузовые частицы (куски) предвари­тельно измельчаются. После просушивания производится повторное взве­шивание. Влажность находится как отношение веса испарившейся воды к весу твердых частиц, составляющих насыпной груз (так называемый сухой скелет груза) по формуле

( 4)

где W—искомая влажность;

G₁- — вес порции до просушивания в г;

G₂ — вес порции после просушивания в г .

На практике применяется также определение влажности как отно­шения веса влаги к суммарному весу твердых частиц (сухого скелета) груза и влаги по формуле 5

, (5)

Определяя из формулы (4) величину G₂ и подставляя ее в фор­мулу (5), нетрудно установить зависимость между W и W:

,

При малых содержаниях влаги формулы (4) и (5) дают близкие друг к другу результаты (например, при W = 0,02 W¹ = = 0,0196; выраженные в процентах соответственно к величинам G₂ и G_x, они со­ставят W=2% и W = 1,96°/₀, а разница между ними будет равна 0,04°/_о).

2. Определение подвижности грузовых частиц и углов естественного откоса.

Относительная взаимная подвижность частиц насыпного груза зависит от наличия сил сцепления между отдельными частицами и от величины сил трения, возникающих при перемещении частиц относительно друг друга. От подвижност и част и ц на­сыпного груза зависит величина угла α, образуемого плоскостью естественного откоса насыпного груза с горизонталь­ной плоскостью (рис. 3). Угол α носит название угла естественного откоса; величина его оказывается тем меньшей, чем большей подвиж­ностью обладают грузовые частицы.

Рис.3

Определение угла естественного от­коса ведется различными способами и с помощью различных приборов. На рис.4 показан употребляемый с этой целью простейший при­бор — ящик с застекленными стенками.

Рис.4. Ящик для определения угла естественного откоса

Будучи поставленным на меньшее основание, ящик наполняется сыпучим грузом примерно на ¹/₂ емкости. При опрокидывании его на длинную грань груз располагается под углом естественного откоса, замеряемым с помощью угломера сквозь стеклян­ную стенку.

Аналогичный прибор, состоящий из ящика с вертикальной задвиж­кой 2 и со стеклянной передней стенкой, показан на рис. 5.

Рис.5

Прибор, схема которого показана на рис. 6, состоит из воронки 1 с задвижкой 2, укрепленных на стержне 3. После заполнения воронки

Рис.6

насыпным грузом задвижка выни­мается, и груз высыпается на горизон­тальную поверхность площадки 4, па­дая с высоты h.

Простой способ определения угла естественного откоса показан на рис. 7. Груз насыпается в полый цилиндр 1, не имеющий нижнего и верхнего дна и поставленный на горизонтальной опорной поверхности.

Рис.7

По окончании насыпки цилиндр медленно и плавно поднимается, и высыпающийся груз располагается в виде конуса 2 с образующей, наклоненной к горизонту под углом естественного откоса а.

Помимо указанной зависимости от степени подвижности грузовых частиц величина угла естественного откоса зависит также от состоя­ния опорной поверхности. Эта зависимость легко доказывается следующим экспериментом. Пусть подвижные платформы 1и 2 (рис. 8), расположенные вплотную одна к другой, принудительно удерживаются в этом положении. Если насыпать на них штабель груза 3 и затем предоставить им свободу движения, то под действием внутренних сил Р платформы разойдутся, и груз высыплется в образовавшуюся щель.

Так как сила сопротивления катков является величиной определенной, то угол α, при котором платформы останутся без движения, определяется однозначным образом и, следовательно, будет зависеть от состояния

опорной поверхности.

Рис.8

На величину угла естественного откоса большое влияние оказывает связность. Связными или вязкими называются насыпные грузы, оказывающие большое сопротивление сдвигу при весьма малых нормальных нагрузках. Свойство связности объясняется наличием сцепления между частицами насыпного груза. Это сцепление имеет различную природу. Чисто механическое (структурное) сцепление наблюдается у стружки, хлопкового семени; сцепление обусловленное наличием молекулярных сил пленочной жидкости, обволакивающей грузовые частицы возникает во влажных или промасленных грузах (влажная глина или формовочная земля).

Угол естественного откоса связных грунтов не является величиной постоянной. Он зависит от высоты грузового слоя; чем выше этот слой, тем меньше оказывается угол, образованный плоскостью откоса к горизонту и наоборот, при достаточно малой высоте слоя связного груза откос его приближается по расположению к вертикально стоящей стенке.

Порядок выполнения работы:

1. Определить объемную и удельную массу заданных грузов.

2. Сравнить полученные результаты и сделать выводы.

3. Определить уголы естественного откоса исследуемых грузов.

4. Дать сравнительную характеристику грузов с точки зрения их физико-механических свойств.

5. Сделать заключение по работе.

Лабораторная работа №2

Исследование физико-механических свойств насыпных грузов.