К движущейся частице приложены силы: - сила тяжести; - нормальная реакция поверхности трубы транспортера; - нормальная реакция поверхности проволочного витка пружины; - сила трения частицы о поверхность трубы; - сила трения частицы о поверхность проволочного витка пружины.
Направление сил за исключением силы трения частицы о поверхность трубы являются заданными. Угол θ между нормальной реакцией поверхности проволочного витка пружины и осью, перпендикулярной к винтовой линии, характеризует геометрические характеристики пружины, цилиндрического кожуха и размер частиц сыпучего материала в транспортере и определяется по формуле:
,
где r - внутренний радиус цилиндрического кожуха; r1 - радиус частицы; r2 - радиус пружины; d - диаметр проволоки.
Для определения направления силы трения необходимо знать положение касательной к траектории движения частицы по поверхности трубы транспортера, поскольку она направлена по этой касательной в сторону, обратную направлению скорости ее движения. Следовательно, направление данной силы трения будет меняться с изменением направления скорости движения частицы.
Отнесем движущуюся частицу материала к цилиндрическим осям координат , приняв левую системы отсчета. Тогда дифференциальные уравнения движения частицы в проекциях на оси координат можно записать, при условии, что :
,
где
, ,
, .
Решение полученных уравнений проводилось численными методами с использованием пакета MathCad 2001. Полученные функции от времени позволяют определить величины, определяющие перемещение и скорость транспортируемой частицы в зависимости от конструктивных параметров транспортера. Для решения полученных уравнений выбирались начальные условия движения частиц и входящие в уравнения постоянные. Полученные зависимости позволяют выбрать оптимальные параметры при расчете и проектировании пружинных транспортеров.