2 Сушильный аппарат с фрикционным приводом барабана

Для обработки сыпучих материалов во вращающемся барабане используют сушильно-охладительный аппарат барабанно-слоевого типа [5], содержащий перфорированный барабан, на котором закреплены два опорных бандажа, опирающихся на четыре ролика, два из которых, являющихся ведущими, соединены между собой при помощи вала, получающего вращение от электродвигателя, и размещены с правой стороны относительно оси вращения барабана (при определении сторон барабан рассматривается с того конца, где вращение его осуществляется по часовой стрелке). На внутренней поверхности барабана по всему периметру установлены фигурные лопатки, перекрывающие одна другую.

Недостатком сушильно-охладительного аппарата барабанно-слоевого типа является то, что фрикционный привод барабана характеризуется высокой и неравномерной нагрузкой на опорные ролики, имеет повышенную мощность приводного электродвигателя и требует создания больших значений коэффициента трения скольжения.

Для снижения нагрузки на опорные ролики, уменьшения мощности приводного электродвигателя и значений коэффициента трения скольжения используют сушильный аппарат с фрикционным приводом барабана, содержащий корпус барабана, на котором закреплены два опорных бандажа, опирающихся на четыре ролика, на внутренней поверхности корпуса по всему периметру установлены фигурные лопатки. Барабан установлен с возможностью вращения от двух опорных роликов, соединенных с приводом и расположенных на левой стороне относительно оси вращения барабана при вращении его по часовой стрелке или на правой стороне при вращении его против часовой стрелки.

Рисунок 2.1- Схема продольное и поперечное сечение барабана с периферийной лопастной насадкой и силовые.

Рисунок 2.2 - Возможные схемы фрикционного привода.

На рисунок 2.1 изображены продольное и поперечное сечение барабана с периферийной лопастной насадкой и силовые схемы: На рисунок 2.2 показаны четыре возможные схемы фрикционного привода: а - вращение барабану передается от одного ролика, расположенного с левой стороны от оси его вращения; б - вращение барабану передается от одного ролика, расположенного с правой стороны от оси его вращения; в - вращение барабану передается от двух роликов, расположенных с левой стороны от оси его вращения; г - вращение барабану передается от двух роликов, расположенных с правой стороны от оси его вращения.

Сушильный аппарат с фрикционным приводом барабана (рисунок 2.1) содержит корпус 1 барабана, на котором закреплены два опорных бандажа 2, опирающихся на четыре ролика 3, 4, 5 и 6, а на внутренней поверхности корпуса 1 по всему периметру установлены фигурные лопатки.

Барабан установлен с возможностью вращения от двух опорных роликов 3 и 4, соединенных с приводом и расположенных на левой стороне относительно оси вращения барабана, установленного с возможностью вращения по часовой стрелке или на правой стороне при вращении его против часовой стрелки.

Рациональное размещение приводных опорных роликов вытекает из рассмотрения четырех различных силовых схем фрикционной передачи барабана.

На первой схеме (рисунок 2.2,а) барабан приводится во вращение одним опорным роликом, расположенным на левой стороне относительно оси вращения барабана (в данном случае при определении сторон барабан рассматривается с того конца, где вращение его осуществляется по часовой стрелке). При этом на левой стороне при вращении барабана сосредоточена основная масса сыпучего продукта, которая на всех схемах заштрихована.

Для иллюстрации статического равновесия барабана по первой схеме используем рисунок 2.1, на которой показано статическое равновесие барабана, к которому приложены следующие силы:

- внешние движущие силы фрикционного привода F' и F", приложенные в точках контакта бандажей и приводных роликов, направленные по касательным в сторону вращения барабана;

- силы тяжести продукта и барабана G_n и G_б направленные вертикально вниз. Приложение сил G_n и G_б по оси барабана определяется размерами а, b, с, d, которые зависят от конструкции барабана и характера заполнения ею сыпучим продуктом. В барабанной сушилке с подъемно-лопастной насадкой при условии равномерного заполнения барабана сыпучим продуктом силы C_n и G_б расположены на половине длины барабана. В этом случае

где   - угол наклона барабана, рад.

В нормальных сечениях силы G'_б и G"_б приложены в точках О; величина силы G_n и положение (плечо l силы тяжести продукта) вычисляются по уравнениям

где R - внутренний радиус барабана; r - размер лопатки; z - количество лопаток, на которых находится сыпучий продукт; S - площадь поперечного сечения слоя продукта, захватываемого одной лопаткой; L - длина барабана;   - насыпная масса сыпучего материала; g - ускорение частицы продукта при свободном падении;

где M₁ - статический момент, который необходимо приложить к барабану для перемешивания в нем продукта;   - угол естественного откоса продукта.

Силы G_n и G_б разложены на нормальные и осевые составляющие G_nsin , G_ncos , G_бsin , G_бcos .

Нормальные составляющие еще раз разложены на силы G'_б,G"_б, G'_n,G"_n, действующие в сечениях А-А и Б-Б;

- реакции опорных роликов T₁, Т₂, Т₃, Т₄, приложенные к барабану в местах контакта с бандажами и направленные по радиусам к оси вращения;

- силы трения между бандажами и опорными роликами, упорным роликом F₁, F₂, F₃, F₄, F₅;

Эти силы действуют в плоскостях нормальных сечений А-А и Б-Б, приложены в точках контакта роликов с бандажами, направлены по касательным к окружностям в сторону, противоположную окружной скорости барабана и этих точках.

Для первой схемы фрикционного привода (рисунок 2.2,а) трение скольжения в цапфах учитывается для трех опорных роликов. В сечении А-А реакции опорных роликов Т₁, Т₂ величина внешней движущей силы F' определяется по уравнениям

где r - радиус опорного ролика; r₁ - радиус цапфы опорного ролика; r₁ - радиус бандажа; k - коэффициент трения качения; f - коэффициент трения скольжения по цапфе.

Для определения реакций опорных роликов Т₃, Т₄ и внешней движущей силы F" используются уравнения (4) - (6)

где r₂ - радиус упорного ролика; r₃ - радиус цапфы упорного ролика, которые при F₃=T₃(k+r₁f)/r принимают вид

где l - расстояние от линии центра тяжести слоя продукта до оси вращения барабана, м.

Мощность привода определяется уравнением

где  _n - коэффициент полезного действия механических передач, установленных между электродвигателем и ведущими роликами; n - частота вращения барабана.

На второй схеме (рисунок 2.2,б) барабан приводится во вращение одним роликом, расположенным на правой стороне относительно оси вращения. Статическое равновесие барабана характеризуется уравнениями (7), (9), а также уравнениями

Мощность фрикционного привода барабана, выполненного по второй схеме, также определяется по уравнению (10).

На третьей схеме (рисунок 2.2,в) барабан приводится во вращение двумя опорными роликами, расположенными на левой стороне относительно оси вращения. Уравнения статического равновесия барабана с таким приводом рассмотрены выше.

На четвертой схеме (рисунок 2.2,г) барабан приводится во вращение двумя опорными роликами, расположенными на правой стороне относительно оси вращения. Статическое равновесие барабана описывается уравнениями (11) - (13), а также уравнениями