О производстве литья

Бункер для сыпучих материалов,  представляют собой емкости, предназначенные для кратковременного хранения сыпучих материалов. Их размещают в начальном и конечном пунктах  транспортирования, а также в местах перегрузки материалов с одного транспортирующего устройства на другое.  Их используют в качестве промежуточных емкостей, обеспечивающих постоянство  работы технологических агрегатов при неравномерном  поступлении материалов.

Бункера для сыпучих материалов широко применяются в литейных цехах.

Вместимость бункера зависит от срока хранения в нем материала и производительности машин, которые ее обслуживают.

Бункера выполняют сварными  из листового металла,  а в стационарных установках  железобетонными. Бункера небольшой вместимости временных установок могут быть деревянными.

По форме различают  бункера пирамидальные, призмопирамидальные, конические цилиндро-конические, параболические и щелевидные.

схемы бункеров

В параболических бункерах стенки работают только на растяжение, и они наиболее экономичны; применяются преимущественно в качестве  хранилищ большого  объема материалов.

Загрузка бункеров производится сверху, а выдача материала из них снизу самотеком, через выпускные отверстия, размер которых зависит от гранулометрического состава  материала  и его физико-механических свойств (например подвижности), а также от желательной скорости  разгрузки.

Чтобы в бункер не попали куски  излишне большего размера,  прохождение которых через  выпускное  отверстие затруднено, бункер перекрывают решетками с ячейкой, соответствующей максимально допустимому размеру кусков.

Разгрузка бункера может производиться двумя способами – нормальным, при котором движется столб материала, находящийся над  выходным отверстием и в торце его  образуется воронка, или гидравлическим, при котором движется весь материал, находящийся в бункере, а торцовая поверхность остается плоской или становится волнистой. Последний вид истечения имеет место только при разжиженных материалах (жидких бетонах и растворах) или при усиленном  сотрясении стенок и хорошо подвижном материале, а также при крутых стенках бункера, когда угол их наклона превышает углы, под которыми находятся плоскости скольжения сыпучих материалов (α > 45ᴼ + ϕ/2). При соответствующих условиях может  быть и промежуточный (смешанный)  вид истечения.

схема истечения материала из бункера

Пропускная способность бункера   П= 3,6 F vp,

Где F – площадь поперечного сечения выходного отверстия; v – скорость движения (истечения) материала.

При нормальном истечении  скорость (м/с) материала

v= k√3.2ꞡR=3.65λ √R,

где k – коэффициент истечения, определяемый опытным путем и зависящий от подвижности и гранулометрического состава материала Q_λ=0.6 для  хорошо сыпучих  порошкообразных  и зернистых материалов, λ=0,4 для кусковых  материалов и λ=0,22 для пылевидных и влажных  порошкообразных материалов. R=FA гидравлический радиус  отверстия истечения, А – периметр отверстия.

При определении  гидравлического радиуса принято считать, что площадь выходного  отверстия уменьшается на площадь сечения типичного куска.

При гидравлическом истечении

V =λ√2ꞡh=4.46λ√h,

Где, h – высота материала  в бункере, м.

При этом истечении скорость материала переменная.

Максимальная площадь (м²) сечения выходного отверстия  определяют по эмпирической формуле

F = 6.25 (n_ср + 0,08)²tꞡ²ϕ,

где, n_ср – поперечный размер типичного куска, м; ϕ – угол внутреннего трения.

Угол α  наклона стенок бункера  определяют из условия свободного схода  материала с ребра, связывающего  две наклонные стенки. Материал, имеющийся на ребре, будет  находиться в равновесии под действием веса G и силы трения Gʃ  при условии, что G (sin0 — ʃ cos 0) =0.  Следовательно, свободный сход  имеет место при

tꞡ0>f>f_с/sin(β/2),

где 0- угол наклона ребра; f= f_с/sin(β/2) – приведенный коэффициент трения (здесь f_c – коэффициент внешнего трения материала о стенку бункера;β – угол между наклонными гранями бункера).

Для квадратного бункера β=arctg0.3525 (c/h) размеры с  и h приведены на рисунке

схема определения угла наклона стенки бункера

tg 0 =tg α/√2 и, следовательно,

α=arctg√2tg0.

Очевидно, что этот угол должен  быть больше угла естественного откоса материала  в покое (α>p₁).

Наклон следует делать максимально допустимым, так как с его увеличением уменьшается вместимость бункера.

Нормальная сила Т, действующая на устройства, перекрывающие выходные отверстия бункера, зависит от площади F (м²) сечения выходного отверстия, высоты столба материала h_м и его свойств.

При нормальных сыпучих материалах сила Т меньше, так как часть веса уравновешивается силами  внутреннего трения между частицами материала. В этом случае для  инженерных расчетов можно принимать

Т= F_p= F_pRg/(mf).

где р – среднее вертикальное давление материала; R – гидравлический радиус  выходного отверстия; m – коэффициент подвижности; f – коэффициент  внутреннего трения.

В механике сыпучих тел коэффициентом  подвижности называют  отношение давлений на рассматриваемой  площадке – минимального бокового к вертикальному:

m = 1+2 f²-2f √ 1+ f².

Гидравлический радиус при квадратном выходном отверстии со  стороной В (м), R= B²/(4B)=0.25B. Следовательно,

T= B²pg 0.25B/0.175 ~14.2B³p.

При круглом выходном отверстии диаметром D R=πD²/(4 πD)=0.25D  и , следовательно,

T= 0.785D²pg0.25D/0.175=11D³.

Для бункеров с сыпучими материалами, опорожняемых каждый раз при разгрузке полностью, перекрывающие выходное отверстие устройства целесообразно рассчитывать при действии силы Т₁ =КТ (где коэффициент К=1,5…2,0 учитывает увеличение силы сверх расчетной в период заполнения бункера).

Материал, засыпанный в бункер, обладает склонностью к образованию  сводов,

схема сводообразования

мешающих нормальной разгрузке. Для уменьшения сводообразования размер выходного отверстия  следует  принимать не менее 3a_ср.  Если своды все же образуются, то ликвидировать их можно  искусственными мерами, например сообщением вибрации стенкам бункера или, в крайнем случае, шнуровкой ломом.