Анализ факторов, влияющих на износ рабочих поверхностей распределителей минеральных удобрений

Внесение минеральных удобрений осуществляется целым рядом машин, которые условно можно разделить на две группы. К первой из них относятся машины с метательными распределителями, а ко второй – машины со штанговыми распределительными рабочими органами. Рассмотрим факторы, влияющие на износ распределительных рабочих органов.

У машин первой группы распределительным рабочим органом является центробежный диск с лопатками. В наибольшей степени износу подвержены лопатки дисков, которые выполняются плоскими или желобчатыми.

У машин второй группы интенсивно изнашиваются кожухи и распределители. Распределителями у этой группы машин являются элементы транспортеров (шнеки, спиральные шнеки, скребки или штанги).

Функционирование распределительных рабочих органов машин для внесения минеральных удобрений происходит при интенсивном воздействии на них распределяемого материала, внешних воздействий и окружающей среды. При их проектировании необходимо учитывать эти воздействия, так как на срок службы и качество выполняемого технологического процесса этими машинами в значительной степени зависит от величин износа их рабочих поверхностей.

Минеральные удобрения являются химически активными веществами. При их взаимодействии с распределительными рабочими органами происходят химические реакции, приводящие к разрушению поверхностного слоя распределителей и последующему повышенному износу этих поверхностей.

Значительное влияние на скорость химических реакций оказывают вид вносимых удобрений и их влажность, материал рабочей поверхности, влажность окружающей среды, продолжительность воздействия, скорость движения частиц по рабочей поверхности и сила трения частиц.

К числу наиболее часто вносимых удобрений относятся фосфорные (суперфосфаты), азотные (карбомид, аммиачная селитра) и калийные (калийная соль).

При повышенной влажности суперфосфаты образуют фосфорную кислоту, которая при взаимодействии с конструкционными сталями вызывает разрушение поверхностного слоя.

Азотные удобрения уже при влажности свыше 4% теряют форму гранул и налипают на рабочие поверхности. В условиях повышенной влажности воздуха и высокой температуры они образуют азотную кислоту, что приводит к наиболее интенсивному разрушению стальных деталей. Наблюдения показывают, что налипшие азотные удобрения приводят к потере функциональных и прочностных свойств лопаток центробежных дисков после 2–3 месяцев воздействия.

Калийная соль содержит более 55% частиц размером менее 1 мм, что способствует интенсификации химических процессов.

В наибольшей степени химической активностью обладают смеси минеральных удобрений.

Предотвращение износа рабочих поверхностей вследствие химического взаимодействия с минеральными удобрениями в некоторых конструкциях машин достигается применением антикоррозийных покрытий. Однако в процессе взаимодействия рабочих органов с минеральными удобрениями происходит абразивный износ рабочих поверхностей, приводящий к нарушению защитного слоя. Интенсивность износа зависит от силы трения и скорости относительного движения.

Анализ сил, действующих на частицы при её движении по лопатке центробежного диска, показывает, что сила трения складывается из следующих составляющих [1]:

• –    от сил тяжести fmg ;

• –    от центробежных сил fm ω ² r sin ψ ;

• -    от сил Кориолиса 2 fm to V_r , где f – коэффициент трения частицы

• о лопатку диска;

• m – масса частицы;

• ω – угловая скорость диска;

• r – расстояние от частицы до оси вращения;

• ψ – угол наклона лопатки к радиусу диска;

V r – скорость относительного движения.

Результаты экспериментальных исследований показывают, что между относительной и окружной скоростями выполняется соотношение:

Vr = (0,58...0,62)^- r.

Тогда

( g             -I

Ғ тр = >® r I     +1,2 + sin ^ I .

V tor             )

Из полученного выражения следует, что на износ лопаток оказывают влияние угловая скорость и радиус диска, коэффициент трения, угол постановки лопаток.

Сила трения имеет наибольшее значение на периферии диска, то есть при r = r . max .

Учитывая, что сила трения является функцией текущего радиуса r , то и интенсивность износа лопаток будет возрастать от центра диска к его периферии. Данное обстоятельство подтверждается наблюдениями за характером износа лопаток в производственных условиях.

Увеличение срока службы центробежных дисков может быть достигнуто при изготовлении лопаток с переменной толщиной.

Отклонение лопаток от радиального положения способствует росту силы трения. В наибольшей степени на силу трения влияет угловая скорость диска.

Анализ рабочего процесса шнековых распределителей минеральных удобрений показал, что в наибольшей степени изнашивается кожух шнека [2].

Известно, что на интенсивность износа трущихся поверхностей значительное влияние оказывают силы нормального давления. Проанализируем факторы, влияю- щие на силы нормального давления мате- риала на ленту и кожух шнека.

Из анализа сил, действующих на сыпучее тело в шнековом рабочем органе, следует [2], что сила нормального давления на кожух шнека определится выражением

_ mg (2 e • C 1 cos Ө - X- C ₂ sin Ө )

к = D • f_K ( X • C ₂ sin в - C cos в ), ()

где C = cos a ^- f ш ^{sin a} o ;

C 2 = f ш ^{cos a} o ^{- sin a} o ;

X = D^D , α0 – угол подъема винтовой линии центров давления;

• β – угол наклона вектора силы нормального давления к оси шнека;

• θ – угол наклона оси шнека к горизонту;

• f к – коэффициент трения транспортируемого материала о кожух шнека;

• D – диаметр кожуха шнека;

D0 – диаметр окружности центров давления материала о ленту шнека.

Сила нормального давления на ленту шнека определится выражением

^Ғш = mg

( X - D • C ₂ cos Ө - 2 e • C cos # )sin в sin Ө

Входящая в выражения (1) и (2) сила тяжести определится по формуле n • D2 T mg = ^— • L • Y • Vk ,

максимального ψк(max) в заборной части шнека до ψк=0 в периферийной части, то закон его изменения можно описать выра- жением

где L – длина транспортирования;

γ – сила веса единицы объема;

ψ к – коэффициент заполнения кожуха

V k

^V k (max) I ¹

x

L

и тогда сила тяжести определится по фор-

шнека материалом.

Так как при работе шнековых распределительных систем по тупиковой схеме коэффициент заполнения ψ к изменяется от

муле

mg =

n • D^г

^Y "  ^V к (max)

После интегрирования имеем п • D2          L mg = ^—^ Y •Ук (max)-, то есть сила тяжести материала в шнековой распределительной системе в два раза меньше, чем у шнекового транспортера.

Подставив значение силы тяжести в выражения (1) и (2), получим

_ п • D • L • (2 e • C cos Ө - X- C^ sin Ө )

к =      2 f_K ( X^ C^ sin в - C cos в )     ^Y ^ ^У к (max) .

F ш

п • D • L ( X • D • C ₂ cos Ө - 2 e • C cos Ө )8Іп в

C • D ( C cos в — X- C sin в )

sin Ө

+---

. • Y • ^ к(max) .

Из выражений (4) и (5) следует, что на интенсивность износа рабочих поверхностей шнекового распределителя минеральных удобрений влияют коэффициенты трения материала о кожух и витки шнека, угол наклона кожуха к горизонту, диаметр шнека и длина транспортирования, степень заполнения кожуха материалом.

Так как коэффициент заполнения ψ к в подающей части кожуха имеет наибольшее значение, то и интенсивность износа кожуха и витков шнека выше в этой части.

Анализ факторов, влияющих на износ распределителей минеральных удобрений, позволяет заключить, что у рабочих орга- нов метательного типа наиболее интенсивно изнашиваются периферийные части лопаток, а у штанговых шнековых распределителей – кожух шнека.