Физические основы процесса уплотнения пескометом

Скорость конвейера, подающего смесь в головку пескомета v (в м/с) должна быть увязана с числом ков­шей i на роторе, шириной ковша b (мм) и частотой вращения (с^–1) ро­тора п следующим образом:

,

(62)

При этих условиях ковши полностью будут заполняться смесью на всю их ширину, не будет как недогрузки, так и перегрузки го­ловки.

Угол отклонения боковой стенки ковша со стороны конвейера при осевой подаче смеси определяется равенством

,

(63)

где u – окружная скорость ротора на радиусе r встречи ковша с потоком смеси, м/с.

Струя смеси, попавшая в ротор с быстро вращающимся ковшом, под действием центробежных сил прижимается к направляющей дуге, образуя пакет треугольной формы с различной по объему плотностью. Плотность слоя смеси, примыкающего непосредственно к направляющей дуге, будет большей, так как на него действует давление остальных слоев пакета.

Степень уплотнения смеси в пакете зависит от радиуса, на кото­ром лежит данный слой пакета. Чем больше радиус, тем больше цент­робежная сила инерции, тем больше давление прессования, а, сле­довательно, плотность пакета. Максимальная плотность (1600¸1650 кг/м³) будет у линии сопряжения ковша с направляющей дугой. У свободной поверхности пакета плотность составляет всего 1000¸1100 кг/м³, то есть равняется плотности разрыхленной смеси.

Для обеспечения более благоприятного направления выхода смеси с лопатки колеса ее закрепляют на роторе под углом 20° к радиусу ротора.

Теоретические и экспериментальные исследования показали, что пакет смеси сходит с лопатки ротора пескомета практически как одно целое тело. При встрече пакета с моделью или с ранее уложенными слоями смеси возникает мгновенное давление, которое уплотняет смесь в опоке, причем сам пакет также при этом уплотняется под действием собственных сил инерции, погашаемых при ударе, и внед­ряется в уплотненную смесь.

Найдена экспериментальная зависимость между плотностью d (кг/м³) и энергией падающего пакета:

,

(64)

где c – коэффициент уплотняемости смеси, равный 400¸600;

e – кинетическая энергия пакета, Дж (e = mv² /2);

m – масса одного пакета, кг;

v – абсолютная скорость схода пакета, м/с.

Приведенное уравнение справедливо для скоростей схода v = 30¸35 м/с.

Из уравнения (64) видно, что главным фактором, влияющим на плотность смеси, является абсолютная скорость движения пакета: чем она больше, тем выше плотность.

На плотность смеси в опоке влияет также и скорость перемеще­ния головки пескомета над опокой. Оптимальное значение этой ско­рости составляет 0,4¸0,6 м/с. При более низких скоростях, пакеты падают друг на друга, смесь образует конус в месте падения и течет по нему в стороны. При этом смесь частично разрыхляется, ее плотность и твердость снижаются. При скоростях перемещения головки выше оптимальной плотность смеси растет мало.

По высоте опоки плотность смеси при пескометной набивке практически одинакова. Некоторое умень­шение плотности смеси наблюдается в верхней части опоки. Это объясняется, с одной стороны, смягчающим действием нижележа­щих слоев смеси, а с другой – наличием крестовин в опоке.

Плотность зависит также от количества пода­ваемой смеси. С увеличением подачи плотность сначала повышается, а затем снижается. Оптимальная подача составляет 8¸12 т/ч. Это объясняется действием двух факторов – возраста­нием давления, возникающего при ударе пакета по уплотняемой смеси, и падением плотности вследствие увеличения толщины слоя смеси накладываемого за один проход головки. (При прочих равных условиях при пескометном уплотнении плотность толстого слоя получается ниже, чем у тонкого слоя.)

С увеличением расстояния от метательной головки до плоскости набивки, плотность смеси при прочих равных условиях несколько уменьшается. Это объясняется падением скорости пакета за счет сопротивления воздуха. Расчеты показывают, что с увеличением расстояния от верхнего уровня смеси в опоке до головки свыше 5 м скорость пакета уменьшается на 2¸5%.

Таким образом, на увеличение плотности смеси при пескометной формовке влияют два основных фактора. Это скорость схода пакета смеси с ковша-лопатки и скорость горизонтального перемещения головки относительно уплотняемой формы.