Физическая сущность процесса образования и обрушения сводов технологической щепы

УДК

DOI:

Аннотация

Технологическая щепа рассматривается как подвижный связный агрегат макрочастиц. Для анализа свойств технологической щепы применена модель эффективной сплошной среды. Основным уравнением, определяющим поведение щепы является реологическое. На основе этого уравнения показано, что по периметру корпуса бункера, в направлении к его вертикальной оси, концентрично формируются области упругости, предельного состояния, ползучести, аномального трения и кулонова трения. Длительное хранения щепы в бункере способствует увеличению пристенных областей (упругости и ползучести) и сокращению центральных областей (аномального трения и кулонова трения). В конической части бункера при выгрузке поток щепы сужается, значительно возрастает радиальное давление, что приводит к образованию динамически неустойчивых сводов.

Изменение плотности технологической щепы исследовано в экспериментальном бункере в зависимости от времени хранения, высоты столба щепы и влажности. На основе полученных данных скорректирована формула Янсена для расчета давления на днище и стенки бункера. Формула Янсена дает заниженные значения давления из-за неучета влияния фактора времени на изменение плотности щепы. Расчет осевых и радиальных давлений на стенки и днище бункера по уточненной формуле подтверждается экспериментальными измерениями. Установлено, что бункеры необходимо проектировать с меньшим углом наклона конического днища бункера к вертикали или с устройствами, препятствующими образованию сводов. Прогнозирование образования и развития областей различных динамических состояний щепы в бункере позволяет конструировать устройства для предотвращения образования сводов щепы. Использование бункеров высотой от 15 м не приведет к увеличению частоты образованию сводов, но позволит увеличить аккумулирующие мощности предприятия.

Сведения об авторах

© В.П. Сиваков, проф., д-р. техн. наук

М.Ю. Голынский , канд. техн. наук

Уральский государственный лесотехнический университет, Сибирский тракт, 37,

г. Екатеринбург, Россия, 620100

E-mail: golynsk@rambler.ru

Ключевые слова

Литература

1. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. М.: Высш. шк., 1978. 447 с.
2. Голынский М.Ю., Сиваков В.П. Некоторые вопросы уплотнения технологической щепы при ее хранении в бункерах // Вибродиагностика, триботехника, вибрация и шум: моногр. / Под ред. А.А. Санникова, Н.В. Куцубиной. Екатеринбург: УГЛТУ, 2009. С. 180.
3. Мазарский С.М. Силосные склады древесной щепы. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1971. 41 с.
4. Пат. 57288 РФ, В 65 D 88/64. Тарельчатый питатель / Сиваков В.П., Голынский М.Ю. № 2006107201/22; заявл. 07.03.2006; опубл. 10.10.2006, Бюл. № 28. 3 с.
5. Пат. 58518 РФ, В 65 D 88/64. Бункер / Сиваков В.П., Голынский М.Ю.
6. № 2006118842/22; заявл. 30.05.2006; опубл. 27.11.2006, Бюл. № 33. 3 с.
7. Ротенберг А.В. Применение аппарата классической статистики в равновесной механике дискретных сред // Технологии и системы обработки информации и управления. Пенза: ПГУ, 1999. Вып. 2. С. 72.
8. Сиваков В.П., Голынский М.Ю. Определение давления щепы на днище и стенки бункера // Вестн. КГТУ. 2013. № 15. С. 42.
9. Соколовский В.В. Теория пластичности. М.: Высш. шк., 1969. 608 с.

Ссылка на английскую версию:

The Physics of Chip Arch Formation and Breaking-Down

V.P. Sivakov – Professor, Doctor of Engineering

М.Yu. Golynsky – Candidate of Engineering

The Ural State Forest Engineering University, Sibirskiy trakt, 37,

Yekaterinburg, 620100, Russia

E-mail: golynsk@rambler.ru

Pulp chip is considered in the article as a coherent mobile unit of macroparticles. To analyze the properties of pulp chips we used a model of effective continuum. We show that the main equation defining the behaviour of chips is the rheological one. Using this equation, we demonstrate that along the perimeter of the bunker case towards its vertical axis, there concentrically are formed elastic, limit state, creep, abnormal friction and Coulomb friction areas. Long term storage of chips in the bunker makes the wall areas (elasticity and creep) increase and the central areas (abnormal friction and Coulomb friction) reduce. In the bunker's conic part at discharge, the chip flow becomes narrower and the radial pressure increases significantly, leading to formation of dynamically unstable arches. We studied the changing density of chips in a prototypical bunker depending on the storage time, height of the chip column and moisture content. Based on the data obtained, we modified Janssen's equation to calculate the pressure on the bottom and walls of the bunker. Jansen's equation gives too low pressures as it does not take into account the influence of time on chip density. The axial and radial pressures on the walls and bottom of the bunker calculated by the modified equation are confirmed by experimental measurements.

Bunkers must be designed with a smaller tilt angle between the bunker's conic bottom and the vertical or the devices preventing the formation of arches. Prediction of formation and development of the various regions of chip dynamical states in the bunker makes it possible to design a device preventing the chip arches from forming. Using 15 m high bunkers will not result in more frequent formation of arches, but will increase the accumulating capacity of the enterprise.

Keywords: bunker, chips, arching.

REFERENCES

1. Vyalov S.S. Reologicheskie osnovy mekhaniki gruntov [Rheological Fundamentals of Soil Mechanics]. Moscow, 1978. 447 p.
2. Golynskiy M.Yu., Sivakov V.P. Nekotorye voprosy uplotneniya tekhnologicheskoy shchepy pri ee khranenii v bunkerakh [Some Issues of Pulpchip Compaction for Storing in Bunkers]. Vibrodiagnostika, tribotekhnika, vibratsiya i shum [Vibrodiagnostics, Tribo-Engineering, Vibration and Noise]. Yekaterinburg, 2009, p. 180.
3. Mazarskiy S.M. Silosnye sklady drevesnoy shchepy [Silo Bins for Wood Chips]. Moscow, 1971. 41 p.
4. Sivakov V.P., Golynskiy M.Yu. Tarel'chatyy pitatel' [Plate Feeder]. Patent RF, 
5. no. 57288, V 65 D 88/64. 2006.
6. Sivakov V.P., Golynskiy M.Yu. Bunker. Patent RF no. 58518, V 65 D 88/64. 2006 (in Russian).
7. Rotenberg A.V. Primenenie apparata klassicheskoy statistiki v ravnovesnoy mekhanike diskretnykh sred [The Use of Classical Statistics in Equilibrium Mechanics of Discrete Media]. Tekhnologii i sistemy obrabotki informatsii i upravleniya [Technologies and Systems of Information Processing and Management]. Penza, 1999. Iss. 2, p. 72.
8. Sivakov V.P., Golynskiy M.Yu. Opredelenie davleniya shchepy na dnishche i stenki bunkera [Calculation of the Wood Chips Pressure on the Bottom and Walls of the Bunker]. Vestnik KGTU, 2013, no. 15, p. 42.
9. Sokolovskiy V.V. Teoriya plastichnosti [Plasticity Theory]. Moscow, 1969. 608 p