Материал: Комплексная безопасность. Колодяжный С.А., Ситников И.В

Комплексная безопасность, вып. 2(2), 2017

, м

0,09

к и

0,08

д у ш

0,07

п о

0,06

н о й

0,05

у ш

0,04

о зд

0,03

н а в

0,02

щ и

0,01

Т о л

0

0

50

100

150

200

250

300

350

Нагрузка на квадратный метр ленты, Н

Сопло переменного сечения

Сопло постоянного сечения

Выводы. Кривые зависимостей, пред-

шуму. Из этого следует, что применение рас-

ставленные на рис.11, показывают, что тол-

смотренного метода

управления

толщиной

щина воздушной подушки при использова-

воздушной подушки в конструкции ленточ-

нии сопел переменного сечения уменьшается ,

ного конвейера решает задачу снижения

когда нагрузка на транспортёрную ленту сни-

энергетических затрат и уровня шума. При

жается. В случае использования сопел посто-

этом стабильность толщины воздушной по-

янного

сечения, толщина

воздушной -по душки

обеспечивает

бесконтактное

переме-

душки

увеличивается

с

уменьшениемщении

транспортёрной

ленты, исключая

нагрузки на транспортёрную ленту, что при-

накопление электростатического заряда, что

водит к значительным энергетическим поте-

снижает пожарный риск этих конвейеров.

рям

и повышенному

аэродинамическому

Введение. Использование воздуха

в изделий, изменять продольный шаг между из -

качестве несущей субстанции позволяет зна-

делиями, совмещать операцию транспортиро -

чительно увеличить безопасность транспорт-

вания с такими видами технологических про-

ных операций в производственных условиях.

цессов, как охлаждение, нагрев, сушка, об-

Несущей

субстанцией является

воздушнаяжиг. Все эти достоинства пневмоконвейеров

подушка

или

воздушная прослойка

междуособенно проявляются при транспортирова-

транспортным средством и опорной поверх-

нии изделий расфасованных в упаковки, вы-

ностью изделия.

полненные из материалов, имеющих гладкую

Изделия

промышленности

в

своемповерхность, например, картонные коробки,

большинстве имеют плоскую

опорную -по полиэтиленовые пакеты.

Применение

пнев-

верхность, что открывает широкие возможно -

моконвейеров создает предпосылки к бескон -

сти использования воздушной

подушки

для

тактному управлению

движением и

позво-

технологических машинах, а также позволяет

обеспечивающие заданный режим движения

осуществлять сравнительно небольшое по аб -

изделий.

солютной величине силовое воздействие на

Пневматические конвейеры с пори-

единицу

поверхности изделия пониженной стой несущей опорной поверхностью(рис.1)

прочности. Пневмоконвейеры, обеспечиваю-

обладают рядом преимуществ перед пневма-

щие транспортирование изделий на воздуш-

тическими конвейерами с дискретно располо -

ной подушке, имеют ряд преимуществ перед

женными питающими отверстиями: большей

другими видами внутрицехового транспорта

нагрузочной способностью, более равномер-

предприятий. Они просты по конструкции и

ным распределением давления в воздушной

не имеют движущихся частей, что повышает

прослойке, обеспечивают большую устойчи-

надежность их работы, снижает расходы на

вость изделия при транспортировании[1, 2,

эксплуатацию и ремонт, повышает пожаро-

3]. Воздушная подушка, формируемая пото-

взрывобезопасность. Пневмоконвейеры поз-

ком воздуха, поступающего через пористую

воляют

легко

осуществлять бесступенчатое

несущую поверхность, обладает ламинарным

регулирование

скорости транспортирования

режимом течения в широком диапазоне

Моделирование расходно-геометри-

размеры опорной поверхности транспортиру-

ческих

характеристик

пневмоконвейера.

емого изделия значительно превышают тол-

Рассмотрим ламинарное течение вязкой не-

щину воздушной прослойки, т.е. h >> L , что

сжимаемой

жидкости в

тонком

слое между обеспечивает ламинарный режим течения в

двумя параллельными стенками, одна из ко-

воздушной подушке. Плотность воздуха яв-

торых является опорной поверхностью изде-

ляется неизменной величиной, режим тече-

лия 1, что показано на рис. 2, а другая – пори-

ния стационарный и изотермический. Тече-

стой несущей поверхностью2 пневматиче-

ние в воздушной подушке происходит при до -

ского конвейера. Между пористой несущей

статочно малых числах Рейнольдса, поэтому

поверхностью 1 и опорной поверхностью из-

инерционными членами в основных уравне-

делия 1 формируется воздушная подушка3

ниях динамики можно пренебречь. Подача

толщиной h , величина которой должна быть

воздуха происходит через пористую поверх-

минимально

необходимой для

исключения ность, т.е. эта поверхность как бы снабжена

контакта

изделие 1 и несущей поверхности.

множеством источников, равномерно распре-

Сила тяжести G изделия

уравновешивается

деленных на её поверхности. Поэтому с не-

силой, сформированной избыточным давле-

большой долей погрешности можно допу-

нием в воздушной подушке 3. Для определе-

стить наличие источников воздуха в самом

ния избыточного давления в ней можно ис-

объеме воздушной прослойки, причем можно

пользовать схему, показанную на рис. 2.

считать распределение источников равномер-

Для схемы, представленной на рис. 2

ным с постоянной интенсивностью.

приняты

следующие допущения.

Линейные

воздушной прослойки, м;

G – сила тяжести изделия, Н;

Po

– давление питания пневмотранспортной системы,

Па; L – характерный геометрический размер изделия, м;

X , Y , Z – оси координат

Движение воздуха для рассматривае-

U = -

1

×(h - z)× z ×

¶P

,

(3)

мой схемы течения сплошной среды может

2 × m

¶x

быть описано уравнениями Навье-Стокса [5].

V = -

1

×(h - z)× z ×

¶P

(4)

Применительно к

тонким

слоям

воздушной

2 × m

¶y

среды, с учетом представленных допущений

Уравнение неразрывности из системы

можно записать систему уравнений, включа-

ющую уравнения динамики и уравнение не-

уравнений

(1)

можно представить

в

инте-

разрывности:

гральной форме. Для этого последнее уравне-

2

2

ü

ние системы (1) умножим на dz

и проинте-

¶P

¶ U

¶P

¶ V

¶P

грируем в пределах от 0 до h , что позволит

=m×

,

=m×

,

=0,ï

2

¶y

2

¶z

¶x

¶z

¶z

ï

получить

¶(r×U ) ¶(r×V ) ¶(r×W )

ý (1)

¶(r ×U )

¶ (r ×V )

h

h

=m

ï

+

+

ï

ò

×dz +

ò

× dz +

¶x

¶y

¶z

þ

¶x

¶y

(5)

где

P – избыточное

давление в

воздушной

0

0

h ¶(r ×W )

h

прослойке, Па; U ,V ,W – скорость воздушной

+ò

×dz = òm ×dz

среды вдоль соответствующих осей коорди-

¶z

0

0

нат X , Y , Z , м/с;

r = const

– плотность воз-

где m =

Q × r

.

Уравнение (5)

с

учетом

Q × r

духа, м3/с; t – время, с; m =

– массо-

4 × L2 × h

4 × L2 × h

представленных допущений может быть пре-

образовано к виду

вый расход воздуха в единицу времени на

единицу объема, занимаемого воздушной

ò

¶U

× dz

+ ò

¶V

× dz

= m × h =

Q

,

(6)

прослойкой, кг/(с·м3);

m – динамическая вяз-

¶x

¶y

4 × L2

кость воздуха, Па·с.

æ

z

z

2

ö

Для системы уравнений (1) граничные

-

1 +

+ z

где Q =4 ALç

1

÷ – объемный рас-

условия имеют вид:

ç

2

4

2

÷

è

ø

U = V = W = 0, при z = 0,

ü

(2)

ход воздуха, поступающий в воздушную про-

U =V =W = 0, при z = h,

ý

слойку, м3/с;

A , L – характерные линейные

þ

Проинтегрируем дважды по z

первое

размеры

опорной

поверхности

изделия, м;

и

второе

уравнения

системы(1),

учитывая

m

z

=0.57

e3d

æ

G

ö

z

=56.838

;

çP

-

÷ ;

граничные условия (2) и определяя константы

rd

Hr(1-e

1

2

è) o

4AL ø

интегрирования, получим

величины

скоро-

Po

– давление в пневмокамере, Па;

G – вес

стей вдоль осей x и y