Быков В.Ю., Шестопалов К.К. Кафедра ДСМ, МАДГТУ (МАДИ).
На сегодняшний день вопрос об актуальности и необходимости повышения плотности убранного снега, вывозимого грузовым транспортом в места складирования или принудительного плавления, за счет его брикетирования в некоторой степени обоснован. Например, в работах А.Л. Егорова (Тюменский нефтегазовый университет).
Однако до сих пор отсутствует какая-либо достоверная информация о том, что мировая промышленность серийно выпускает машины и оборудование для брикетирования снега. Причиной тому является недостаточная изученность процесса прессования снега (уплотнения в ограниченном объеме) и, соответственно, отсутствие практических рекомендаций по проектированию подобных агрегатов. Скорейшее получение знаний о процессе прессования снега, а также о способах повышения эффективности его протекания позволит России быстрее остальных выйти на мировой рынок снегоуплотнительных машин с хорошими конкурентными преимуществами.
На основе анализа существующих знаний о процессе уплотнения снега в ограниченном объеме, а также технических расчетов возможной производительности снегобрикетирующих агрегатов была выдвинута гипотеза о том, что принудительное вакуумирование снега в уплотнительной камере во время его прессования позволит: 1) увеличить скорость уплотнения снега, 2) увеличить конечную плотность снега в готовом брикете и 3) снизить уплотняющее усилие. Под вакуумированием снега, в данном случае, следует понимать удаление (отсасывание) газа (водяного пара и воздуха) из прессовой камеры для получения в ней давления ниже атмосферного.
Был спроектирован и изготовлен экспериментальный стенд, позволяющий исследовать влияние вакуумирования снега на характеристики процесса его прессования. По результатам анализа первых результатов серии проведенных опытов потребовалось внести ряд существенных корректив в конструкцию стенда и добавить более совершенные измерительные средства.
Рис. 1. Экспериментальный стенд:
1 — электродвигатель; 2 — винт; 3 — рама стенда; 4 — шаровая пята; 5 — цилиндрический поршень; 6 — уплотнительная камера; 7 — вакуумирующий насос; 8 — датчик осадки поршня; 9 — датчик давления; 10 — АЦП+ПК; 11 — бандаж-рубашка вакуумирующей магистрали; 12 — тензометрические весы.
Модернизированный экспериментальный стенд представляет собой сварную металлическую раму (3), в верхней части рамы крепится привод механизма уплотнения, состоящий из вращательного электродвигателя (1), винта (2), гайка которого приварена к верхней части рамной конструкции (3). Через шаровую пяту (4) к ходовому винту прикреплен цилиндрический автомобильный поршень (5), который с очень малым зазором входит в уплотнительную цилиндрическую камеру (6). Уплотнительная камера через промежуточную подкладочную плиту монтируется на тензометрических весах (12), представляющих собой металлическую пластину заданной жесткости с наклеенными на нее тензодатчиками, собранными по мостовой электрической схеме. В процессе прессования снежной массы в камере может производиться вакуумирование снега (откачивание воздуха посредством насоса (7)). При этом камера специальной конструкции может быть снабжена мембранными окнами, охваченными герметичным бандажом (11), к отверстию в котором может быть присоединена магистраль насоса (7). Рассматриваемый стенд оснащается стандартным датчиком давления дифференциального типа (9), который регистрирует падение давления в вакуумирующей рубашке камеры и дополнительным специальным датчиком перемещения поршня (8), который регистрирует его осадку.
Всё измерительное оборудование, задействованное на экспериментальном стенде передаёт сигналы на единый АЦП (10), подключенный к компьютеру со специальным программным обеспечением. Измерения усилия прессования, осадки поршня и величины падения давления производятся синхронно по времени на протяжении всего цикла прессования. Для точной регистрации начала и окончания процесса прессования (работы привода) к одному из каналов АЦП подключен сигнализатор, который на синхронизированном графике отмечает соответствующие границы. Плотность снега рассчитывается после измерения массы готового спрессованного образца на стандартных электронных весах.
Прессование снега может производиться в уплотнительных камерах двух типов конструкций. Первая конструкция уплотнительной камеры представляет собой стандартный автомобильный цилиндр с цельными стенками и предназначена для проведения опытов по компрессионному уплотнению снега без его вакуумирования. Вторая конструкция уплотнительной камеры представляет собой тонкостенную гильзу автомобильного цилиндра с цилиндрической зоной просверленных в стенках отверстий маленького диаметра, которая охвачена герметичным бандажом-рубашкой, объединяющей отверстия. В бандаже сделано отверстие для подключения отсасывающей магистрали вакуумирующего насоса. Данная камера предназначена для проведения опытов по прессованию снега с применением метода вакуумирования.
Представленный стенд даёт возможность проводить экспериментальные работы по исследованию влияния вакуумирования на характеристики его прессования (уплотнения в ограниченном объеме).
Для оценки влияния вакуумирования снега на характеристики, связанные с процессом его прессования необходимо выполнить три категории опытов: 1) Прессование снежной массы в камере с закрытыми (глухими) стенками без его принудительного вакуумирования. 2) Прессование снега в камере, оснащенной мембранными окнами, без применения вакуумирования. 3) Прессование снега с применением периферийного вакуумирования (откачивания воздуха через мембраны в боковых стенках камеры).
Экспериментальные работы с применением предложенного стенда выполняют по следующей методике:
1 Сборка экспериментального стенда. Подключение измерительного оборудования.
1.1 Подготовка снега, подлежащего уплотнению. Подготовка снега заключается в разработке сугроба слежавшегося снега, дроблении крупных кусков, перемешивании до однородной консистенции.
2 Тарировка измерительного оборудования.
2.1 Тарировка тензовесов. Тарировка тензовесов осуществляется с помощью стандартного поверенного динамометра сжатия соответствующего усилия при ручном нагружении его на тензовесах винтом стенда. В ходе тарировки тензовесов составляется градуировочный график (мВ-кг).
2.2 Тарировка датчика давления. Тарировка датчика дифференциального давления осуществляется с помощью U-образного водяного уровня, при совместном измерении падения давления в рубашке камеры при включенном вакуумирующем насосе. В ходе тарировки датчика давления составляется градуировочный график (мВ-мм.вод.ст.).
2.3 Тарировка датчика перемещения поршня. В ходе тарировки датчика получают градуировочный график зависимости напряжения от величины перемещения поводка, регистрируемого по метрической линейке. Размерность градуировочного графика — (мВ-м).
3 Свободное засыпание подготовленного снега в уплотнительную камеру, установленную на подкладочную плиту.
4 Установка камеры на тензовесы стенда. Ручная установка поршня в рабочее положение над камерой.
5 В случаях опытов с применением процесса вакуумирования снега — присоединение к бандажу-рубашке камеры шлангов отсасывающей магистрали насоса и измерительной магистрали датчика давления.
6 Включение на ПК режима регистрации сигналов АЦП с датчиков измерительного оборудования.
7 Включение электродвигателя привода уплотняющего механизма. В случаях опытов с применением вакуумирования — одновременное включение вакуумирующего насоса.
8 При визуальной фиксации события «остановки вращения приводного винта» выключение электродвигателя (и вакуумирующего насоса).
9 Отсоединение шлангов насоса и датчика давления, ручное выкручивание винта и извлечение камеры из стенда.
10 С помощью специального приспособления (выжимной поршень) производят извлечение образца спрессованного снега.
11 Взвешивание образца спрессованного снега на стандартных электронных весах.
12 Занесение в журнал эксперимента — массы образца спрессованного снега и сохранение данных зарегистрированных сигналов АЦП с датчиков измерительного оборудования.
13 Обработка на ПК сохраненных электронных данных зарегистрированных сигналов АЦП с датчиков измерительного оборудования с получением Журнала эксперимента.
Таким образом, спроектированный экспериментальный стенд позволяет получить информацию о характеристиках процесса непрерывного прессования снега с использованием его вакуумирования при скоростях движения поршня до 40 мм/с.
|
