Оптимизация геометрических параметров шнековых питателей для подачи цементных смесей

Аннотация

Современные требования к эффективности строительного производства обуславливают необходимость совершенствования технологического оборудования для транспортировки и подачи цементных смесей. Шнековые питатели, широко применяемые в бетоносмесительных установках и заводах сухих строительных смесей, требуют оптимизации геометрических параметров для повышения производительности и снижения энергозатрат. Исследование направлено на разработку математических моделей и методик расчета оптимальных конструктивных параметров шнековых питателей с учетом реологических свойств цементных смесей. Применялся комплексный подход, включающий методы дискретных элементов (DEM), экспериментальное моделирование и аналитические расчеты. Экспериментальная база исследования составила 150 опытов с варьированием диаметра шнека от 100 до 320 мм, шага винтовой поверхности от 0,8 до 1,2 диаметра, частоты вращения от 50 до 200 об/мин и насыпной плотности цементных смесей от 1200 до 1800 кг/м³. Установлено, что оптимальное соотношение шага к диаметру составляет 0,95-1,05 при обеспечении максимальной производительности 45-62 м³/ч. Коэффициент заполнения корпуса достигает максимальных значений 0,85-0,92 при угле наклона винтовой поверхности 18-22°. Энергопотребление снижается на 25-30% при использовании оптимизированных геометрических параметров по сравнению с традиционными конструкциями. Определены критериальные зависимости между производительностью питателя и комплексом безразмерных параметров, включающих число Фруда, критерий заполнения и геометрический фактор. Результаты исследования позволяют повысить эффективность транспортировки цементных смесей и могут быть использованы при проектировании нового поколения шнековых питателей для строительной индустрии.