Возможные конструкции смесительных модулей, реализующие способ детерминированного формирования однородности смесей

THE STRESS STATE OF THE "BOUNDARYLAYER" IN A RECTANGULAR PLATE OF VARIABLE THICKNESS

Val.V. Firsanov, Q.H. Doan

The results of calculating the stress state of the "boundary layer" in the edge zone of a rectangular plate with variable thickness on asymmetrical linear law are presented. The stress state is calculated using a refined theory constructed by the variational-asymptotic method for solving three-dimensional equations of the elasticity theory. A polynomial function is used that satisfies all the conditions of the boundary value problem, as well as another restriction of the variation principle. The calculation in example shows the influence of the variation thickness on the stressed state of the plate.

Key words: rectangular plate, variable thickness, stress state, boundary layer, edge flat deformation, variation principle, approximating function, natural boundary conditions.

Firsanov Valery Vasilievich, doctor of technical sciences, professor, head ofchair, k906@mai.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University),

Doan Quy Hieu, postgraduate, dqhieu57@gmail.com, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute

УДК 621.922; 621.921.34

ВОЗМОЖНЫЕ КОНСТРУКЦИИ СМЕСИТЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ,

РЕАЛИЗУЮЩИЕ СПОСОБ ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ОДНОРОДНОСТИ СМЕСЕЙ

О.В. Соколова

Рассмотрены возможные конструкции смесителей для реализации детерминированного способа формирования однородности смесей и перспективы использования автоматизированных роторных смесительных модулей.

Ключевые слова: смесь, дозатор, смеситель, роторная машина, сыпучий материал, детерминированного формирования однородности смесей.

В основе анализа предлагаемых конструкций смесительных модулей предложена известная конструкция роторного смесительного автомата (рис.1) [1,4].

Рис. 1. Конструкция роторного модуля для получения смеси сыпучих компонентов детерминированным способом

Конструкция автоматизированного роторного модуля для смешения сыпучих компонентов детерминированным способом относится к известному и широко распространённому классу автоматических роторных машин и линий, хорошо зарекомендовавшему себя в использовании на различного рода производствах во многих отраслях промышленности.

Она состоит из следующих функциональных узлов и деталей. Основной вал ротора 12 закреплён в неподвижном стакане 11 и жёстко соединён с главным несущим диском ротора 10. К диску 10 посредством трущихся пар 4 прикреплены валы 3, на которые с одной стороны жёстко закреплены малые шестерни 2, а с другой подставки 5 под тары 6. С диском 10 также неподвижно соединён цилиндр 9, на котором находится карусель, состоящая из нескольких отсекателей 8. Над каруселью, в зоне организации потоков сыпучих компонентов находятся шнековые питатели 7 (возможно использование роторных питателей). Малые шестерни 4 находятся в зацеплении и вращаются относительно неподвижного большого зубчатого венца 11.

Рассмотрим возможные конструкции машин, реализующие предлагаемый способ приготовления смесей.

452

1. Первая конструкция представлена на рис.2.

Рис. 2. Одна из конструкций роторного смесительного модуля

В отличие от предлагаемой в данной конструкции вместо круглых тар под готовую смесь устанавливается полая параллилепипедная коробка с квадратным горизонтальным сечением 1. Такой тип тары может быть, кроме того, удобной фасованной упаковкой продукта, более приспособленной для транспортирования и хранения чем круглая. Вместо питателей генерирующих во времени мелкодисперстные потоки соответствующих компонентов предусмотрены дозаторы сыпучих материалов непрерывного действия 2, создающие также непрерывные потоки компонентов или дискретные потоки без необходимой для круглой тары неравномерности объёмной выдачи компонентов по длине рабочей части соответствующего элемента конструкции питателя. Такими могут оказаться широко используемые шнековые питатели, создающие непрерывные потоки и шлюзовые роторные питатели, создающие дискретные потоки компонентов. Очевидно, что по сравнению с конструкцией предлагаемой на рис.12, изменяется и закон движения тары относительно своей оси, а также форма отсекателей 4. Для этого необходимо пересчитать передаточные отношения в зубчатой паре 3.

Смесь при таком процессе детерминированного формирования её однородности будет образовываться следующим образом (рис.3):

- от непрерывного или дискретного потока компонента выдаваемого питателем 2 методом временного дозирования отделяется микродоза первого компонента AQl, образующая на дне тары 1 полоску с размерами

а

— х а и толщинои 2

при этом она расположится около одного из граней

данного квадрата сечения тары;

- при повороте тары относительно оси ротора и относительно своей оси на угол ф происходит выдача микродозы второго компонента AQ2

по смещённой фазе относительно первой микродозы на угол а = Р;

- далее процесс многократно повторяется путём непрерывного вращения тары и ротора относительно своих осей;

- в таре, таким образом, образуется смесь полученная детерминированным способом по несколько иной схеме.

Рис. 3. Схема детерминированного формирования однородности смеси нароторном модуле в параллелепипедную тару

2. Ещё одна конструкция роторного смесителя может быть организована на базе использования в приводе рабочего ротора (рис.1,2) механизма, позволяющего обеспечить дискретное вращение данного ротора. Например, остановки в движении ротора могут быть получены использованием в приводе мальтийского механизма. Теперь движение тар будет осуществляться всё по той же траектории переносного движения, но цикл одного оборота тары относительно оси рабочего ротора разделится на п +1 выстоев и такое же количество перемещений (п - число рабочих позиций в роторе). В момент начала выстоя тара под готовую смесь оказывается на одной из позиций дискретного или непрерывнодействующего питателя (выбор питателя зависит от закона перемещения тары, времён выстоя и перемещения и т.п.), который в свою очередь выдаёт микродозу компонента. Процесс повторяется, образование смеси в таре происходит подобно процессам в вышеописанных конструкциях. Такая схема теряет одно из важнейших качеств свойственным автоматическим роторным машинам и линиям, а именно обработку детали на рабочей позиции (совершение технологического перехода), в процессе непрерывного перемещения рабочей позиции по начальной окружности ротора, однако имеет и преимущества в более стабильном процессе выдачи питателями микродоз и формировании на дне тары однородной смеси.

3. Для реализации детерминированного формирования однородности смеси возможно создание конвейерного варианта смесительной установки [5,6], в которой в качестве дозаторов можно использовать как роторные модули, так и другие конструкции дозаторов, обеспечивающих подачу компонентов с заданными характеристиками.

Можно было бы представить ещё несколько возможных конструкций роторных смесителей, на которых предлагаемым способом можно получить смесь заданной однородности, но в своём большинстве они явятся всего лишь производными от описанных с изменениями углов питания, законов переносного движения, и формы тары.

Все эти изменения, хотя могут показаться и значительными, не оказывают большого влияния на сам процесс детерминированного формирования однородности смеси на автоматизированных роторных смесительных модулях. Они в большей или меньшей степени явятся частным инженерным решением под определённую номенклатуру используемых компонентов, соблюдение необходимых технологических режимов или любую другую особенность процесса, которую необходимо реализовать на данной конструкции.

Если рассматривать технологический ряд роторных смесителей в большом классе автоматических роторных машин и линий, то можно выделить два основных направления, по которым возможно развитие данного вида оборудования:

Первое. Произойдёт модернизация предлагаемых конструкций смесителей.Такая модернизация может быть весьма значительной. Добиваясь идеализации процесса смесеобразования в таре или, возможно, в потоке

необходимого соотношения компонентов в единице объёма может претерпеть принципиальные изменения конструкции питателей, отсекателей, тары, законы перемещения всех подвижных тел смесителя, законы перемещения микродоз компонентов от зоны их образования питателями до места с определённой координатой в таре. Всё это может преобразить существующую конструкцию, тем более, что это преобразование затрагивает основные, функциональные узлы и детали смесителя.

Второе. Создание на базе предлагаемых однородных смесительных машинмногороторных автоматических линий путём конструкционного и технологического слияния в линии необходимых до и после операционных преобразований сыпучих компонентов и смеси получаемой из них. Вполне возможно в скором времени появится необходимость создания автоматической роторной линии на которой необходимо было бы проделать следующие операции:

а) контроль гранулометрического состава, влажности и других физико-механических свойств составляющих смесь компонентов,

б) подготовка компонентов к основной операции смешения: дробление, сушка, просеивание и т.п.,

в) собственно смешивание подготовительных компонентов,

г) контроль качества получаемой смеси,

д) корректировка качества смеси до нужных параметров дополнительным

перемешиванием или ещё чем- либо,

е) фасовка смеси в таре, упаковка,

ж) завершающие операции (маркировка, нанесение покрытий и

т. п.).

Такая линия, в свою очередь, может состоять из нескольких объединённых в неё однороторных или двух- и более роторных машин. Модульное построение роторных смесителей позволит обеспечить гибкое их внедрение в существующие системы подготовки компонентов к смешению и постсмешивающим операциям.

Создание роторных модулей обеспечивающих операции подготовки компонентов к смешению и обработки уже готовой смеси также является расширением класса автоматизированного роторного смесительного оборудования.

Перспективы использования автоматических роторных линий представляются весьма убедительными в силу следующих основных факторов:

1. Необходимости более глубокой автоматизации процессов смешения, если они вообще в той или иной степени автоматизированы;

2. Обеспечение высокого качества вновь выпускаемой продукции для привлечения потенциальных покупателей и обеспечения растущих потребностей населения;

3. Снижения себестоимости производимой продукции за счёт использования крупносерийного и массового производства;

4. Обеспечения производственно-технологической и экологической безопасности вновь появляющихся техники и технологий.

Всем этим требованиям предъявляемым к новому оборудованию может в полной мере ответить использование высоко унифицированного, надёжного и высокотехнологичного автоматического роторного оборудования.

Список литературы

1. Евсеев А.В. Классификация нонмиксинговых смесевых продуктов и устройств // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. Вып.3. С.82-94.

2. Евсеев А.В., Парамонова М.С. Нонмиксинговые технологии и оборудование для получения многокомпонентных смесей // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.8. Ч.2. С.188-194.

3. Евсеев А.В. Математическая модель процесса детерминированного формирования однородности смеси сыпучих материалов// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.11. Ч.1. С. 92 - 100.

4. Способ смешения сыпучих компонентов и устройство для его реализации: пат. РФ №2271243. Опубл. 10.03.06. Бюл.№7.

5. Способ смешения сыпучих компонентов и устройство для его реализации: пат. РФ №2129911. Опубл. 10.05.99. Бюл.№13.

6. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. М.: Машиностроение, 1973. 216с.

Соколова Ольга Вячеславовна, студентка, olya20073@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет

POSSIBLE CONSTRUCTIONS OF MIXING MODULES IMPLEMENTING THE METHOD OF DETERMINED FORMATION OF MIXTURE OF UNIFORMITY

O.V. Sokolova

In work possible designs of mixers for realization of the determined way offormation of homogeneity of mixes and the prospect of using automated rotary mixing modules are considered.

Key words: mixture, batcher, mixer, rotary machine, loose material, deterministic formation of homogeneity of mixtures.

Sokolova Olga Vyacheslavovna, student, olya200 73@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University

УДК 629.7.036.22

АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КРУГЛОЙ СТРУИ С ПОПЕРЕЧНЫМ СДВИГОВЫМ ПОТОКОМ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПАРАМЕТРА«ИНТЕНСИВНОСТЬ ИЗОБРАЖЕНИЯ»

В.В. Бодрышев, В.М. Абашев, Н.П. Коржов, О.С. Тарасенко

Приводятся результаты применения метода цифровой обработки теневых снимков по параметру интенсивности изображения для таких сложных газодинамических процессов, как взаимодействие круглой струи с поперечным сдвиговым потоком. Показано, что такой подход к анализу экспериментальных данных дает возможность по-новому взглянуть на картину смешения газовых потоков и оценить качественно и количественно процессы, происходящие при взаимодействии струи и сносящего потока. Рассмотрены как дозвуковые, так и сверхзвуковые режимы течений перемешивающихся газов.

Ключевые слова: струя, метод цифровой обработки, интенсивность изображения, газодинамическая структура течения, скачки уплотнения, смешение газовых потоков, пограничный слой.

Изучение структуры взаимодействия круглой струи c поперечным сдвиговым потоком актуально в связи с созданием перспективных прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД), в тракте которых реализованы схемы с нетрадиционными сопловыми устройствами [1,2]. При этом изменение режимов полета не должно влиять на работоспособность конструкций. Следует отметить, что в таких сопловых устройствах реализуются очень сложные трехмерные структуры потоков, особый класс течений - «струи в сносящем потоке» [10-17]. Они характеризуются сложной газодинамической картиной, где присутствуют: скачки уплотнения; переход от сверхзвуковых к дозвуковым скоростям и обратно; зоны рецирку-ляций и система вихревых образований в зонах смешения потоков. Этот класс течений представляет научный интерес и в других технических приложениях.