Intellectus 12006 [617340]

49
Intellectus 1/2006
TEHNOLOGII INOVATIVE
Procesul de amestecare decurge în regim for țat
și poate fi aplicat la prepararea amestecurilor
uscate, semiuscate, de mortar sau de beton
plastic și vârtos. Cu toate acestea, în procesul
amestec ării se înregistreaz ă cazuri de blocare a
particulelor între organele de amestecare și corp,
ceea ce conduce la:
Ômajorarea consumului de energie necesar
pentru prepararea amestecului;
Ômajorarea consumului de materiale pentru
confecționarea malaxorului din cauza for țelor
mari care ac ționează asupra organelor de
amestecare, arborilor, transmisiei, rulmen ților;
Ôfărâmițarea agregatelor și modificarea, în
consecin ță, a compozi ției granulometrice
inițiale și, deci, a calit ății articolelor fabricate.BLOCAREA ORGANELOR DE LUCRU
ALE MALAXOARELOR CU BARE
conf. univ., dr. Sergiu ANDRIEVSCHI,
Universitatea Tehnic= a Moldovei
M alaxoarele cu organe de lucru în formă de bare [1, 2] contribuie la intensificarea
procesului de amestecare [3] datorit ă majorării zonei volumetrice de ac ționare a barelor
asupra materialului, diviz ării materialului în mai multe șuvoaie și recombin ării lor
ulterioare, m ăririi numărului de ac ționări ale organelor de amestecare la o unitate
de volum, ac ționării concomitente a tuturor particulelor amestecului de c ătre organele
de amestecare. Totodat ă, datorită interacțiunii organelor de amestecare, rezisten ța
se micșorează semnificativ.
Procesul bloc ării
Dacă în procesul func ționării malaxorului cu
amestecare for țată între organul de amestecare 1
(fig. 1, b) și corpul tobei 2 nimeresc buc ăți
de agregate 3 în formă de pană și organul de
amestecare este stopat din cauza apari ției forțelor
de rezisten ță adăugătoare, și anume a for țelor de
frecare dintre agregat și tobă, acest proces este
numit blocare. Probabilitatea bloc ării depinde de
valoarea luftului dintre cap ătul organului de
amestecare și suprafa ța interioar ă a corpului
malaxorului și dimensiunea particulelor.
La rotirea arborelui împreună cu organele de
amestecare și apariția blocării, în graficul depen-
denței rezisten ței de perioada de timp apar salturi
de forță. Dacă particula nu iese din blocaj,
valoarea maxim ă a rezisten ței se păstrează atâta

Intellectus 1/2006
50
ASPECTE ACTUALE ALE PROPRIETÃȚII INTELECTUALE
timp cât se petrece blocarea, deci pe parcursul
unei jum ătăți de rota ție pentru coeficientul de
umplere Ku=0,5.
În practic ă, nici un malaxor nu se opre ște din
cauza bloc ării. Aceasta se datoreaz ă faptului c ă
motoarele malaxoarelor au o putere mai mare
decât cea necesar ă pentru amestecare și
învingerea for țelor de blocare, iar elementele
malaxorului sunt calculate pentru o m ărime și o
rezistență mecanic ă capabile s ă reziste la
sarcinile mari de blocare. În procesul amestec ării,
datorită acestui fapt, are loc strivirea agregatelor
care nimeresc între extremitatea organului de
amestecare și corp. În multe malaxoare cu palete,
acestea sunt înzestrate cu amortizoare (arcuri,
bare de torsiune) care permit ridicarea organului
de amestecare atunci c ând apar rezisten țe mari și
trecerea lui pe deasupra agregatului stopat. În
asemenea caz, cuantumurile men ționate sunt cu
mult mai mici, iar agregatele nu sunt strivite.
S-a cercetat, de asemenea, cum are loc blocarea
organelor de lucru în formă de bare fixate în șah
pe suprafa ța arborelui. Pentru a eviden ția pro-cesul de blocare, s-au folosit particule destul
de mari, cu dimensiunea medie de 22,7 mm.
Diametrul malaxorului – D=300 mm, diametrul
barelor – d=10 mm, unghiul dintre r ândurile
longitudinale de bare – a=600, pasul longitudinal
al barelor – p=30 mm.
Cercetările efectuate au demonstrat c ă,
în procesul func ționării malaxorului, blocarea
apare în următoarele locuri:
a)între bare și suprafa ța interioar ă a peretelui
de extremitate 4 al malaxorului (fig. 1, a);
b)între capetele barelor și suprafa ța interioar ă
a părții cilindrice a tobei (fig. 1, b);
c)între trei bare învecinate (fig. 1, c, e);
d)între materialul blocat între bare și suprafa ța
interioară a părții cilindrice a tobei (fig. 1, d);
e)între materialul blocat între bare și suprafa ța
interioară a peretelui de extremitate (fig. 1, e);
f)blocarea total ă, care include toate tipurile de
blocare sus-numite.
Fig. 1. Scheme de blocare a particulelor și barelor în procesul amestec ării: 1 – bară; 2 – partea
cilindrică a tobei; 3 – particul ă de material; 4 – perete de cap ăt.TEHNOLOGII INOVATIVE

51
Intellectus 1/2006Blocarea de tipul A (fig. 1, a) are loc atunci c ând
distanța dintre bar ă și suprafa ța peretelui lateral
este mai mic ă decât dimensiunea tipic ă
a particulelor.
Blocarea de tipul B (fig. 1, b) depinde de distan ța
dintre cap ătul barei și suprafa ța interioar ă a părții
cilindrice a tobei. La distan țe mici, particula
în formă de pană, care se afl ă între capătul barei
și suprafa ța cilindric ă a tobei asigur ă, cu o
probabilitate destul de înaltă, blocarea. Și în acest
caz blocarea este evitat ă dacă distanța dintre
capătul barei și corp este mai mare dec ât
dimensiunea particulei.
Blocarea de tipul C (fig. 1, c) depinde at ât
de distan ța dintre barele r ândului longitudinal
de bare, c ât și de distan ța dintre r ândurile
longitudinale. Aceast ă blocare este posibil ă,
probabilitatea fiind mai înaltă în zonele situate
mai aproape de centrul malaxorului, unde
distanța dintre r ândurile longitudinale este mai
mică decât cea de la capetele barelor.
Blocarea de tipul D (fig. 1, d) este posibil ă atunci
când forțele de frecare ce apar între material
și suprafa ța interioar ă a părții cilindrice a tobei
sunt foarte mari. La majorarea for ței de acționare
are loc strivirea particulelor și deplasarea
organelor de amestecare p ână când nu apare
blocarea în alt loc. Dac ă forțele de frecare între
material și suprafa ța cilindric ă a tobei sunt mai
mici decât forța de acționare, atunci masa de
material se deplaseaz ă împreună cu barele f ără
a se produce amestecarea. Blocarea de tipul E
(fig. 1, e) apare între materialul blocat între bare
și suprafa ța interioar ă a peretelui de cap ăt. Aici
au loc procese analogice cu cele înregistrate
la blocarea de tipul D.
Blocarea total ă se produce atunci c ând sunt
înregistrate toate tipurile de bloc ări. În acest caz,
pentru a deplasa organele de amestecare, este
necesară o forță de acționare de o astfel de
mărime, care s ă asigure distrugerea particulelor în
toate locurile de blocare. Apari ția blocării totale este
determinat ă de dimensiunile zonei de material
acționat de c ătre bare. Dimensiunile zonei depind
de interac țiunea particulelor care, dup ă cum se
observă din fig. 1, este marcat ă cu linii scurteschițate prin punctele de contactare ale particulelor
pe suprafa ța de contact. Cu c ât coeficientul de
frecare al particulelor este mai mare, cu at ât zona de
interacțiune a particulelor se extinde mai mult și
probabilitatea bloc ării se mărește. Când coeficientul
de frecare este mic, barele împing înaintea lor o
zonă îngustă de material.
Unghiul de blocare a particulei și luftul
dintre cap ătul barei și suprafața tobei
Între capetele barelor și suprafața interioar ă a tobei
întotdeauna exist ă un oarecare luft. Valoarea acestui
luft, adică mărimea particulelor amestecului ce pot fi
blocate între capătul barei și corpul malaxorului,
precum și forma lor geometric ă, influențează
considerabil rezisten ța de înaintare a barelor prin
amestec. Cunoa șterea unghiului de blocare a
particulelor ofer ă posibilitatea de a determina
corelația dintre dimensiunea particulei și valoarea
luftului la care se produce blocarea. Acest fapt
permite de a alege parametrii constructivi ai
malaxorului cu o rezisten ță de amestecare minim ă.
Examinăm particula în formă de sferă acționată
de bară (fig. 2).
Fig. 2. Schema de calcul a unghiului de blocare
a particulei sferice: a) unghiul a<900; b) a=900
TEHNOLOGII INOVATIVE

Intellectus 1/2006
52
ASPECTE ACTUALE ALE PROPRIETÃȚII INTELECTUALE
Când bara 1, la rotirea ei în stânga împreună cu
arborele 4, se atinge de particula 3, începe
rostogolirea ei pe suprafa ța interioar ă a tobei 2
sub acțiunea for ței tangen țiale P și datorită frecării
dintre cap ătul barei și sferă. Forța normal ă N
crește foarte rapid din cauza m ăririi coardei EC
și, drept rezultat, for ța de frecare în punctele C și E
crește, la rândul ei. Din cauza for țelor mari de
frecare, particula nu se mai rostogole ște și poate
să se deplaseze în stânga prin alunecare sau s ă
se afle în stare nemi șcată (blocată), în funcție de
valoarea acestor for țe.
Forța R, care men ține particula în blocaj, este
egală cu suma proiec țiilor forțelor F pe abscisa x.
Axa x este perpendicular ă pe linia care une ște
punctele C și E de contactare a particulei cu bara
și cu suprafa ța interioar ă a tobei, trec ând prin
centrul sferei. For ța R se determin ă din relația:
,2cos22cos2a a
Nf F R = =
unde: a
– unghiul dintre tangentele duse prin
punctele de contactare E și C, numit
unghi de blocare;
f – coeficientul de frecare dintre particul ă
și corp.
Forța S, care tinde s ă scoată particula din blocaj,
este egal ă cu suma proiec țiilor forțelor N pe
abscisa x
2sin2a
N S=
Particula se va g ăsi în stare blocat ă atunci c ând
R va fi mai mare dec ât S
R > S
Substituind în (3) valorile R și S din (1) și (2),
obținem:
2sin22cos 2a a
N Nf ñ ,
de unde:
2cos2sin
aa
ñf; 2a
tgfñ .
Deoarece f=tg r
, unde r
este unghiul de frecare,
putem scrie:
2ar
tgtgñ ,
și
iar .
Când unghiul de blocare a va fi mai mic dec ât
unghiul dublu de frecare, se va produce blocarea
și invers, blocarea nu va avea loc atunci, c ând
unghiul a
va fi mai mare dec ât 2r
ra
2ñ .
Pentru materialele pietroase care vin în contact cu
oțelul, valoarea medie a coeficientului de frecare f
este egal ă cu 0,3, iar r
=arctgf=arctg 0,3=16,70.
Condiția pentru lipsa bloc ării este
a
>33,40. De aici reiese c ă luftul ĺ dintre cap ătul
barei și suprafa ța interioar ă a tobei trebuie s ă fie
mai mic dec ât dimensiunea particulei sferice.
Notăm înălțimea BK a segmentului de cerc ABC
cu h care se determin ă cu relația:
,4sin22j
r h=
unde: r – raza particulei, r=d/2 ;
j
– unghiul central al segmentului ABC.
Deoarece ED ^EB și CD ^OC reiese c ă unghiul
BOC=EDC, iar EDC= a
și, prin urmare, unghiul
central j
=2a
=2×33,40=66,80
Substituim j
în (7) și obținem
d dh 0826,048,66sin0
2= =
Luftul ε este egal cu (1)
(2)
(3)
(4)ra
2á2ar
ñ
(5)
(6)
(7)
(8)TEHNOLOGII INOVATIVE

53
Intellectus 1/2006ε =d-BL
Deoarece dimensiunea particulei este cu mult
mai mică decât lungimea barei 1, adopt ăm KL=0
și atunci h=BK, iar ε=d-h.
Pentru evitarea bloc ării, este necesar ă condiția:
ε <d-h.
Substituind în (9) valoarea lui h din (8), ob ținem:
ε < d-0,0826 d,
ε< 0,9174 d
În realitate, afar ă de forța R asupra particulei,
acționează și forța de rezisten ță a materialului din
tobă, situat în partea frontal ă a particulei. În acest
caz, probabilitatea bloc ării crește. Pentru evitarea
blocării, în aceste condi ții, unghiul de blocare a
trebuie s ă fie mai mare dec ât cel determinat prin
relația (6). Rezolvarea func țiilor (3) și (4) pentru
diferite valori cresc ânde ale lui R demonstreaz ă
că, la creșterea rezisten ței totale de 3,35 ori,
unghiul a
trebuie s ă fie egal cu 900. Deci, pentru
evitarea bloc ării la o asemenea rezisten ță,
unghiul a
trebuie s ă fie mai mare de 900.
Conform fig. 2,b, unghiul de blocare a
>90 grade
garanteaz ă lipsa bloc ării, deoarece reac țiunea
normală N în punctul de contactare a particulei cu
corpul este practic egal ă cu zero. Organul de
lucru învinge doar for ța de frecare datorat ă forței
de gravita ție a particulei, iar dac ă în fața respec-
tivei particule exist ă alte particule, atunci apare și
forța de frecare cu corpul a acestor particule.
Luftul ε , în asemenea caz, trebuie s ă fie egal cu
raza particulei sau mai mic dec ât ea.Concluzii:
1.În malaxoarele cu bare se pot produce
următoarele tipuri de blocare a particulelor:
între bare și peretele de extremitate al tobei;
între capetele barei și tobă; între trei bare
megieșe; între materialul blocat între bare
și suprafa ța cilindric ă a tobei; idem
și suprafa ța pereților de extremitate; blocarea
totală, care include bloc ările sus-numite.
2.Unghiul de blocare a particulei în formă
de sferă este egal cu unghiul dublu de frecare
a particulei cu corpul tobei sau mai mic
decât el.
3.Pentru evitarea bloc ării particulei în formă de
sferă, luftul dintre cap ătul barei și suprafa ța
interioară a tobei trebuie s ă fie mai mic de
0,9d, unde d este diametrul sferei.
Bibliografie:
1.Andrievschi S., Lungu V . Malaxor cu ac țiune
ciclică. Brevet de inven ție al Republicii
Moldova nr. 479, BOPI nr. 10/1996
2.Andrievschi S., Lungu V . Malaxor cu ac țiune
ciclică. Brevet de inven ție al Republicii
Moldova nr. 2301, BOPI nr. 11/2003
3.Andrievschi S . Procesul de amestecare în
malaxoarele cu organe de lucru în formă de
bare. Meridian Ingineresc. Editura „TEHNICA-
INFO”, UTM, Chi șinău, 2002, pag. 60-62(9)
(10)
SUMMARY
Jamming working bodies in the form of the bars used in mixers of new type is investigated.
The analysis of five types of jamming is just. The corner at which occurs jamming a spheri-
cal granule is equal or less than a double corner of friction. To prevent the jamming, the
backlash between the end of a core and an internal surface of the case of a drum should
be less than 0,9d, where d – diameter of a spherical granule.
TEHNOLOGII INOVATIVE