автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Горизонтальная валковая мельница

На правах рукописи

Романенко Владимир Сергеевич

ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ВАЛКОВАЯ МЕЛЬНИЦА

Специальность 05.02.13 - «Машины, агрегаты и процессы» (строительство и ЖКХ)

АВТОРЕФЕРАТ 11 НОЯ 2015

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород —2015

005564321

005564321

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» (БГТУ им. В.Г. Шухова) на кафедре механического оборудования и технологии машиностроения.

Научный руководитель: Богданов Василий Степанович,

доктор технических наук, профессор, заслуженный работник высшей школы, заслуженный изобретатель РФ

Официальные оппоненты: Сиваченко Леонид Александрович

доктор технических наук, профессор кафедры строительных, дорожных, подъемно-транспортных машин и оборудования ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет», г. Могилев

Лукьянов Николай Андреевич

кандидат технических наук, профессор кафедры механического оборудования, деталей машин и технологии металлов ФГБОУ ВПО «МГСУ», г. Москва

Ведущая организация: Шахтинский институт (филиал) Федерального

государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский политехнический институт) имени М.И. Платова», г. Шахты

Защита состоится 23 декабря 2015 года в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 999.006.04 на базе ФГАОУ ВПО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет», ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет имени В.Г. Шухова», ФГБОУ ВПО «Юго-западный государственный университет», ФГБОУ ВПО «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс» по адресу: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, д. 46, ауд. 242.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке и на ее сайте ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» (URL: http:/Avww.bstonj).

Автореферат размещен на сайге ВАК при Министерстве образования и науки РФ fTTRT.- http:ЧуяIj'ed.sov.ral.

Автореферат разослан « 2.М» октября 2015 г.

Ученый секретарь /

диссертационного совета /Од

В. В. Ломакин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современная мировая промышленность не стоит на месте, с каждым годом она растет и переходит на более высокий уровень технологичности и производительности в ногу с развитием науки и техники. В последнее время наблюдается строительство новых современных заводов, для них в основном используется оборудование зарубежных производителей. Большинство заводов построены и введены в эксплуатацию еще в СССР. Развитие на таких заводах заключается лишь в ремонте и модернизации устаревшего оборудования. В то же время, при тех же и меньших затратах энергии сегодня требуется большая производительность. Достигнуть этого можно либо благодаря оптимизации имеющихся, либо созданию новых конструкций машин и технологий.

Процесс измельчения - это один из основных технологических процессов в производстве строительных материалов, таких как цемент, известь, гипс, различные наполнители строительных пластмасс, кварцевый и мраморный песок и др. Необходимость исследования в этой области определяется значительным влиянием степени измельчения на свойства материалов и большим объемом их производства.

Тонкое измельчение в строительной отрасли является одной из самых энергоемких стадий производства. Модернизация старых машин и разработка новых конструкций, с целью снижения энергопотребления и повышения производительности, являются одними из основных задач, решением которых заняты современные разработчики оборудования .

Сокращение расходов на измельчение напрямую влияет на стоимость продукции, и соответственно конкурентоспособность на рынке строительных материалов.

Многочисленные и всесторонние исследования процесса измельчения материалов и изменения их физико-химических свойств показали, что с ростом тонкости помола измельчение затрудняется, затраты энергии увеличиваются, а при определенной граничной для этого материала тонкости и способе разрушения дальнейшее измельчение становится невозможным. Наиболее перспективными, в этом отношении, являются помольные агрегаты с повышенными скоростями движения рабочих органов, это установки на базе среднеходных и быстроходных мельниц. Они отличаются более высокой интенсивностью процесса измельчения, а, следовательно, и большей производительностью по отношению к тихоходным мельницам (при соизмеримых габаритах).

В последнее время наиболее перспективным методом среднего и тонкого помола является измельчение путем сжатия слоя материала, между цилиндрическими измельчающими поверхностями, там образуется критическая зона, где развивается сжимающее усилие, превосходящее предел прочности материала. Этот метод измельчения используется в горизонтальной валковой мельнице (ГВМ). Вместе с положительными качествами ГВМ имеет и ряд недостатков, ограничивающих её применение. Это, во-первых, то, что этот тип мельниц предназначен для измельчения материалов низкой и средней прочности, во-вторых, ГВМ боятся возможного попадания недробимых материалов в рабочую область, что может привести к поломке, в-третьих, несовершенство конструктивных элементов, нуждающихся в доработке. Кроме этого, в теории ГВМ имеется ряд вопросов, которые недостаточно раскрыты, существующие теории расчета имеют незавершённый характер, в них не учитываются конструктивные особенности машины.

Вследствие вышесказанного, можно сделать вывод об актуальности данной

проблемы, то есть существует необходимость проведения дополнительных исследований ГВМ: выявление зависимостей между затратами электроэнергии, производительностью, характеристиками измельчителя, процессом измельчения, качеством готового продукта.

Цель диссертационной работы - определение рациональных конструктивно-технологических параметров и режимов процесса измельчения горизонтальной валковой мельницы; разработка методики расчета.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решегал следующие

задачи:

- анализ существующих конструкций и направлений развития среднеходных барабанно-валковых мельниц;

- разработать методику определения усилия измельчения в ГВМ с учетом прочности материала;

- установить кинетическую зависимость процесса измельчения в ГВМ;

- разработать методику расчета мощности привода, производительности;

- разработать алгоритм расчета основных конструктивно-технологических параметров ГВМ;

- создать экспериментальную установку ГВМ, разработать план и методику проведения исследований;

- выявить рациональные конструктивные параметры ГВМ и режимы процесса помола.

Научная новизна работы заключается в:

- получении уравнения для определения усилия измельчения с учетом прочности измельчаемого материала и его крупности;

- пол5"чении уравнения кинетики процесса измельчения в ГВМ учитывающего крупность исходного и готового продукта в зависимости от кратности циркуляции частиц измельчаемого материала;

- получении уравнений для определения составляющих и суммарной потребляемой мощности привода с учетом физико-механических свойств измельчаемого материала и угла установки мелющего валка;

- получении уравнений регрессии по определению рациональных конструктивно-технологических и энергетических параметров ГВМ.

Практическая значимость работы заключается в создании горизонтальной валковой мельницы новой конструкции (защищенной патентом РФ №2497594 на изобретение) на основе расчетов и экспериментальных данных, а также в определении её рациональных конструктивных и технологических параметров; проведении опытно-промышленных испытаний ГВМ на ООО «Бошлсс» для совместного измельчения компонентов мраморной декоративной штукатурки на основе мраморной крошки.

Положения, выносимые на защиту:

- Аналитические зависимости, определяющие усилия измельчения в горизонтальной валковой мельнице с учетом прочности материала;

- Аналитические зависимости, описывающие кинетику процесса измельчения в горизонтальной валковой мелытце;

- Аналитические зависимости, определяющие мощность, затрачиваемую приводом мельницы; зависимости, определяющие производительность горизонтальной валковой мельницы;

- Алгоритм расчета основных конструктивно-технологических параметров горизонтальной валковой мельницы;

— Результаты экспериментальных исследований в виде уравнений регрессии вида ((), Р. Доо71, д) = /(п. ГПр, ЬI, Ьг) и графиков, позволяющих определить оптимальные значения факторов п, Ь\, Ьг\

- Новая конструкция ГВМ.

Апробация работы: основные положения и результаты диссертационной работы были представлены на всероссийских и международных научно-технических конференциях в: Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова, г. Белгород, 2010-2015 г.г., в Белорусско-Российском университете, г. Могилев, 2014г., Белорусском национальном техническом университете, г. Минск, 2013-2014г.г„ Казанском государстветгом архитектурно-строительном университете, г. Казань, 2015г., а также на заседаниях кафедры мехашгческого оборудования и технологии машиностроения БГТУ имени В.Г. Шухова в 2009 - 2015 г.г.

Личный вклад соискатели. Все разделы диссертационной работы написаны лично автором. Результаты исследоватш получены им самостоятельно, либо при его непосредственном участии.

Соответствие диссертации паспорту научном специальности. Диссертационные исследования соответствуют паспорту специальности 05.02.13 — «Машины, агрегаты и процессы» (строительство и ЖКХ) по областям исследования пл. 1, 5.

Публикации: по результатам исследований опубликовано 10 статей, в том числе 3 статьи в центральных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации: диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка литературы и приложений. Диссертация выполнена на 167 страницах машинописного текста, содержит 79 рисунков, 17 таблиц, 121 источник литературы, 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, практическая значимость и внедрение результатов работы, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первом разделе приведен анализ направлений совершенствования и развития техники и технологии измельчения в среднеходных мельницах. Рассмотрены преимущества и недостатки существующих конструкций барабанно-валковых мельниц. На основании проведенного анализа предложена новая конструкция среднеходной мельницы - горизонтальная валковая мельница (ГВМ). Приведена предполагаемая конструкция ГВМ (рис. 1, 2).

Мельница состоит го полого цилиндрического корпуса 1 вращающегося со скоростью выше критической, установленного на роликах 2, смонтированных на раме 3. Привод корпуса осуществляется от электродвигателя 4 через клино-ременную передачу 5 и приводной валок 6. Внутри корпуса установлены рабочие валки 7 и 8, подвешенные на осях 9 и 10, при этом валок 7 имеет больший диаметр, отклоняющее устройство, состоящее из отклоняющей поверхности 11 с направляющими 12, крышки 13 и скребка 14. Отклоняющее устройство крепится на оси 15 и прижимается к корпусу 1 при помощи пружин 16. Валки установлены на устройстве для прижима валков, оно включает неподвижный упор 17 закрепленный на раме 3 и подвижный подпружиненный подвес 18. Зазоры между валками и корпусом регулируются болтами 19. Усилие прижатия валков к корпусу, регулируется болтами 20. Устройство для прижима валков также выполняет

функцию защитного устройства, при

Рис. 1 Конструкция горизонтальной валковой мельницы общий вид и вид с боку. 1 - корпус, 2 - ролики, 3 - рама, 4 - электродвигатель, 5 -ременная передача, 6 - приводной валок, 7,8 -рабочие валки, 9,10 - оси валков, 13 - крышка, 16 - пружины, 17 - неподвижный упор, 18 -подвес, 19, 20 - регулировочные болты, 21 -бункер

А-Л

отклоняющего устройства. 11 - отклоняющая поверхность, 12 - направляющие, 14 -скребок, 15 - ось отклоняющего устройства измельчаемого материала, на основании Стедлером:

Р

опадании недробимого материала, валки поочередно приподнимаются и пропускают недробимый материал, без разрушения деталей машины. Машина работает следующим образом:

Когда цилиндрический корпус 1 набирает рабочее число оборотов, в отклоняющее устройство через бункер 21 непрерывным потоком подается материал. По крышке 13 материал скатывается к первому валку 7, равномерно

распределятся вдоль рабочего зазора, предварительно измельчается, далее материал поступает под второй валок и окончательно измельчается. Лента материала, прижатая центробежными силами к поверхности цилиндрического корпуса, попадает в отклоняющее устройство, сдвигается и далее попадает под действие первого валка, цикл повторяется шесть раз. Материал в мельнице движется по спирали. Последняя направляющая выполняет функцию разгрузочного устройства, выводит ленту материала за пределы измельчающей зоны. Необходимую толщину измельчаемого материала получают, приближая или удаляя подвес 18 болтами 19. Предложенная конструкция, в сравнении с шаровыми барабанными мельницами, позволяет повысить эффективность

процесса измельчения за счет увеличения скорости барабана и усилия измельчения. При этом конструкции отклоняющего устройства и устройства для прижима валков просты в исполнении. На основании выводов, сделанных из проведенного анализа, определены цель и задачи.

Во втором разделе синтезировано уравнение для определения усилия измельчения в горизонтальной валковой мельнице с учетом прочности уравнений, предложенных Риттингером и

Рис. 3 Зависимости разрушающей силы от „ а?.мгь

начального размера куска измельчаемого Рис 4 Зависимости разрушающей силы от

материала, для материалов с разными модулями пРедела прочности при сжатии материала, для упругости Юнга: Е, = 3 • 10* МПа; Ег = 4 ■ 104 МПа; материалов с разными начальными размерами Е3 = 5 104МПа; Е„ = 6 ■ I О4 МПа кУсков: = 3 мм; °2 = 5 мм; = 7мм; 104 = 9мм"

Проведен анализ существующих форм уравнений кинетики измельчения, выбрана наиболее подходящая форма для синтезирования уравнения кинетики измельчения ГВМ, предложенная В.А. Перовым, на основе его уравнений получена новая форма уравнения кинетики измельчения ГВМ, учитывающая убывание количества крупного класса в измельченном материале в зависимости от кратности циркуляции:

РК_

Параметр р находится по двум опытам: й/ при г = 1 и Л? при г — 2;

(2)

1 * ^ 2,

л" --+1

и у -11

и )

(3)

Рис. 5 Зависимость массы крупного класса в разгрузке мельницы от кратности циркуляции, для частиц материалов, рассеянных на ситах: +0,074 мм (1*1=88%, 1*2=80%); +0,1 мм (1*1=83%, 1*2=74%); +0,15 мм (1*1=77%, 1*2=66%); +0,21 мм (1*1=70%, 1*2=57%).

Получены уравнения для расчета составляющих и суммарной мощности

потребляемой приводом ГВМ с учетом к. п.д. передач, входящих в состав привода.

Суммарная мощность, расходуемая на помол материала, Вт:

4ж2па Вккк.//„ , „ „,\

-£—' " ( В. /?,2 + р, Д2).

360 К ' г' (4)

Суммарная мощность, расходуемая на трение в подшипниках валков, Вт:

Р,=-

Суммарная мощность, расходуемая на трение в подшипниках опор, Вт

5т(180-го,-ГО2) "360 втг,,, 2л Я,

Р2Вк,ккд

Рис. 6 Зависимости мощности, расходуемой на помол от частоты вращения корпуса мельницы, при измельчении материалов с пределами прочности: О] = 40 МПа; 02 = 60 МПа; аз = 80 МПа; <т4 = 100 МПа. Мощность, расходуемая на скребке отбрасывающего устройства, Вт:

Рис. 7 Графическое представлеше зависимостей суммарной и составлявших мощностей расходуемой ГВМ на понол от частоты вращения корпуса мельнщы..

п

п<р скр '

Суммарная мощность привода, Вт:

Р... =

Р, + Р, + Р, + Рл

(7)

(8)

Если принять, что мельница питается равномерно, готовый продукт вводится непрерывно, и представить процесс помола как движение колец материала :.доль оси вращения корпуса мельницы, толщиной равной минимальному расстояние между валком и барабаном, причем за один оборот выходит одно кольцо материала, объемная производительность рассчитывается по формуле, м3/ч:

0 = 60Р* и.

(9)

Вводя в формулу гасыпную плотность материала и поправочный коэффициент, учитывающий вменение толщины и плотности лепы. при деформации пружин, получен! массовая производительность мельницы, кг/ч:

Рис. 8 Зависимости производительности ГВМ от частоты вращения корпуса мельницы, при изменении объема материала, выпадающего из мельницы: V] при а = 2 мм; У2 при я = 3 мм; У3 при а = 4 мм; 'V^ при а = 5 мм; У5 при а = 6 мм.

О = 60Ук пкл,р.

(10)

Рис. 9 Схема к определению технологических размеров ГВМ 1 - корпус, 2 - первый валок, 3 - кусок исходного материала, 4 - второй валок, 5 — кусок измельченного материала.

Предложена инженерная

методика расчета конструктивно-технологических параметров

горизонтальной валковой мельницы: 1. Расчет размеров рабочих элементов мельницы, в зависимости от крупности исходного материала: формулы, связывающие четыре величины: угол захвата а (коэффициент трения]), радиус корпуса К, радиус валка й] (к?) и крупность кусков исходного материала п (п):

Щ

/2

2 О й 2

(П)

ля,

(12)

Коэффициент трения измельчаемых материалов о валки и корпус равен от 0,3 до 0,45, угол захвата соответственно составляет от 34 до 48'. Соотношение между Я и Ни Яг принимают конструктивно. Обычно выдерживается соотношение Н1=(0,4^0,6)Я. Соотношение между Я) и Иг обычно выдерживают Я2=(0,4^0,6)Я\

2. Расчет частоты вращения корпуса мельницы: нижний предел частоты вращения корпуса мельницы определяется по формуле, мин"1:

_ 45...60

(13)

3. Расчет частоты вращения двигателя привода:

к•■ Кор^КИр

" -СЛО-ОО-е)' (14)

4. Расчет величины разрушающего усилия (расчет приводится для первого валка):

К, = а к^ = а 1^рВккку

i р д р 260 ' р "

(15)

5. Расчет жесткости пружин в ГВМ:

¡-со $уг)

2 (16) Расчет мощности привода и производительности приведен выше. В третьем разделе описаны план, программа и методики проведения экспериментальных исследований, описана лабораторная установка, определены характеристики исследуемого материала. Выявлены основные факторы, влияющие на эффективность процесса помола в ГВМ, установлены уровни варьирования, определены параметры оптимизации. Исследуемым материалом выбрана мраморная крошка.

В качестве плана эксперимента выбран план полного факторного эксперимента ЦКОП 24. Факторы, подвергающиеся исследованию: п- частота вращения барабана 91 — 109мин"'; Рпр - усилие в пружинах устройства для прижима валков, 70— 105кН; Ы — зазор между барабаном и первым валком, 2-6 мм; Ъг - зазор между барабаном и вторым валком, 2 - 6мм.

В качестве функций отклика на воздействие факторов, выбраны: 0 - часовая массовая производительность, кг/ч; Р - мощность привода, Вт; /? - остаток на сите №0071 готового продукта, %; д - удельные затраты электроэнергии, кВт-ч/кг.

Общий вид экспериментальной установки представлен на рис. 10.

В четвертом разделе приведены результаты экспериментальных

исследований, получены и

проанализированы уравнения регрессии, определены оптимальные значения варьируемых факторов. Влияние исследуемых факторов на затрачиваемую мощность, выражается уравнением регрессии в кодированном виде:

Р = 3646,56 + 29,88х,+14,47*, +20,31х, + 13,72х„ + 16,78*,2 +

+1,27*2+4,27*3 —0,98*4 -1,56*,*2 +2,19*,*, + 2,31*,*4 +

+0,56*,*3 + 0,44Л:2*4 +3,94х,х4. (17)

Уравнение регрессии (17) показывает, что наибольшее влияние на величину мощности оказывает частота вращения барабана мельницы - фактор дм, зазор между барабаном и первым валком - фактор хз, так же влияет на потребляемую мощность, но в 1 47 раза меньше, чем фактор *1. Влияние фактора« - величины усилия прижатия валков к' барабану и Х4 - величины зазора между барабаном и вторым валком в сравнении с факторами х, нл меньше, но соизмеримо с ними. Основная доля затрачиваемой энергии расходуется на вращение рабочих органов мельницы и измельчение материала.

Рис. 10 Общий вид экспериментальной установки

й»; ;. [ ;

:

.........

Рис. 11. Графические зависимости Р=/(х,) при .и = маг

XI = 0; х, = 0; Р-/(ЗД при *3 = маг, х, = 0;

*4 = 0; Р=/(х;) при л-, = гаг, хг = 0; х, = 0; Р=/(х4) при х, = маг, *2 = 0: х, = 0. С увеличением факторов иии - величины зазоров между барабаном, первым и вторым валками, увеличивается вибращм, биение барабана и как следствие возрастает

сила трения I опорах барабана, это в свою очередь приводит к увеличению затрат мощности.

Из графиков (рис. 11) следует, что с увеличением п. мощность привода растет при всех значения:. Р'пр. Все графические зависимости Р = /(хз) - линейные возрастающие. Графики Р = '(хз) и Р = Дх4> совпадают с выводами, сделанными выше в отношении

уравнения регрессии.

Влияниг исследуемых факторов на производительность, выражается уравнением регрессии в кодированном виде:

О = 166,752 + 7,116х,- 3, 684х2 + З,546х3 + 3,882х4 + 1,62х,2 +

-0,444х2 -0,57х2 - 0,042х42 + 0,024х,х2 + 0,036х,х3 + 0,012х,х4 +

+0,216х2х3 + 0,012х2х4 + 0,018х3х4. ()(>)

Уравнение регрессии (18) показывает, что наибольшее влияние на величину производительности оказывает частота вращения барабана - фактор дм, положительный знак при х\ \>казывает на возрастание производительности. Фактор хг - усилие прижатия валков к барабану, оказывает отрицательное влияние. Факторы хз ий- зазоры между барабаном и валками, оказывает положительное влияние. Это соответствует физической сущности процесса измельчения в ГВМ. Положительное влияние факторов хз и х. обусловлено увеличением пропускной способности мельницы. Отрицательный знак при факторе х2 обусловлен уменьшением поперечного сечения щели с увеличением усилия прижатия.

■2 -и -I -0.5 о OS I I-* - XJ 13 _

Рис. 12. Графические зависимости Q =/(х,) при х_, = var; х3 = 0; х, = 0; Q=f(xi) при х3 = var; х, - 0;

14 = 0; Q-{ fa) при х, = var; х: = 0; х4 = 0; Q=f(xJ при xv = var, х2 = 0;х3 - 0.

Из графиков (рис. 12) следует, что с увеличением п, мощность привода растет при всех значениях Fne. Графики О = f(x2), О = /(хз) и О = fix,) совпадают с выводами, сделанными выше в отношении уравнения регрессии.

Влияние исследуемых факторов на кинетику процесса измельчения, выражается уравнением регрессии в кодированном виде:

R = 77,839 -0,091 х,-1,824х, + 1,121х, + 2,339х„ + 0,151х2 +

+0,048х2" -0,729х3 - 1,943х2 +0,250х,х2 -0,563х,х3 -0,594хЛ +

+0,250х,х3 + 0,001х,х4 +0,003XjX4, ^

Уравнение регрессии (19) показывает, что наибольшее влияние на тонкость помола оказывает величина зазора между барабаном и вторым валком - фактор ха. Также существенное влияние оказывает величина усилия прижатия валков к барабану - фактор XI. Наименьшее влияние оказывает величина частоты вращения барабана - фактор х\. Это подтверждает наши теоретические предположения.

Из графиков (рис. 13) следует, что зависимость Нмт=/(х\) имеет экстремальный характер. Экстремум функции Нж1\=/(хл) наблюдается прилм =0. При-1,414 <дп <0 помол более тонкий, при 0 <.п < 1,414 помол более грубый. С увеличением фактора .»тонкость помола возрастает. Все графические зависимости Нти=/(хз) и Кти=/(хл) — возрастающие, то есть с увеличением зазоров между валками и барабаном остаток на сите 0071 увеличивается, помол становиться более грубым.

Рис. 13. Графические зависимости R0071 =f(x¡) при х2 = va/y х3 = 0; х, = 0, AVju;; =/(xi) при х3 = va/-; xi = 0; Х4 = 0; Rihi7i =f (:r3J при xi = var\ x? = 0; x4 = 0; Rou7i—f (x*) при xj = var; xi = 0; x3 = 0.

Jftfi

so so

70

6ft

Влияние исследуемых факторов на удельный расход энергии, выражается уравнением регрессии в кодированном виде:

= 21,878 - 0,767 х, +0,566*2 -0,427х3 -0,409х4 -0,086х,2 + +0,086х2 + 0,106х3 +0,042х4 -0,036х,х2 +0,017х,х3 +0,044х,х„ -

-0,049х2х3 + 0,001х2х4 - 0,002х3х4> ^0)

Уравнение регрессии (20) показывает, что наибольшее влияние на удельный расход энергии оказывает частота вращения барабана и величина усилия прижатия валков к барабану. Отрицательные знаки перед лт, хз, лч указывают на уменьшение удельного расхода энергии с их увеличением. Положительный знак перед фактором хг говорит об увеличении удельного расхода энергии с увеличением усилия прижатия валков. Это очевидно, дополнительные пояснения не требуются.

Зависимости q = /(х\) при всех значениях хг, лгз, л'4 - линейные убывающие. Зависимости д =/(хг) при -1,414 < дз < 0 - возрастающие (рис. 14), а при 1 < хг < 1,414 -практически линейные. Графические зависимости <51 = /(хг) и с/ = /(ха) - линейные убывающие.

.1 -u -i -».í » w i 2 XI ■'- -< " ' *" • "

Рис. 14. Графические зависимости q =/(х,) при = var; x¡ = 0; Xj=0\q =/(хг) при х3 = var; х, - 0; х4 = 0; q = f (xi) при х, = val-, х2 = 0; х4 = 0,q =f(x4) при х, = var, х2 - 0; .т3 " 0. Поиск оптимальных значений факторов (п, F*р, b\, bij определялся из условий, что

q mi,h Яио71 -» min, Q -» тах. При этом были получены значения факторов: п -100...106,4 об/мин, Fnp = 75...87,5 кН, Ь\ = 4...5,4 мм, Ьг = 4...5,4 мм. Проведена сравнительная оценка теоретических и экспериментальных данных, показав наибольшее расхождение в 8,5%, что говорит об адекватности теоретических исследований.

Проведена сравнительная оценка теоретической и экспериментальной графических зависимостей кинетики процесса измельчения Ran\ =f(z), в результате чего было выявлено - наибольшее расхождение составляет 4,9% при z = 8, это позволяет говорить об адекватности теоретических исследований.

В пятой главе приведены данные по промышленному внедрению горизонтальной валковой мельницы на предприятии ООО «Боникс» (г. Белгород).

Технико-экономические расчёты внедрения горизонтальной валковой мельницы показали эффективность данного проекта, мельница рекомендована для внедрения в производство: интегральный экономический эффект составит 1695 тыс. руб., период возврата капитальных вложений 584 дня, срок окупаемости 219 дней.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Рассмотрены основные ступени совершенствования и направления развития техники и технологии измельчения в среднеходных мельницах, одним из которых является направление, рассмотренное в данной работе; рассмотрены основные типы и особенности существующих конструкций среднеходных барабанно-вапковых мельниц; рассмотрены существующие методики расчета барабанно-валковых мельниц и выбрано направление для разработки новой методики расчета основных параметров

горизонтальной валковой мельницы.

2. На основании проведенного анализа направления развития техники и технологии измельчения в среднеходных валковых мельницах, с учетом основных типов и особенностей существующих конструкций барабанно-валковых мельниц была разработана и запатентована новая конструкция горизонтальной валковой мельницы, с целью обеспечения повышения эффективности процесса помола различных материалов в промышленных условиях.

3. Синтезировано уравнение для определения усилия измельчения в горизонтальной валковой мельнице с учетом прочности измельчаемого материала; проведен анализ существующих форм уравнений кинетики измельчения, выбрана наиболее подходящая форма для синтезирования уравнения кинетики измельчения ГВМ, на основе анализа уравнений кинетики получека новая форма уравнения кинетики измельчения ГВМ, учитывающая убывание количества крупного класса в измельченном материале в зависимости от кратности циркуляции; получены уравнения для расчета составляющих и суммарной мощности потребляемой приводом ГВМ с учетом к.п.д. передач входящих в состав привода; получены уравнения для расчета объемной и массовой производительности горизонтальной валковой мельницы. Предложена инженерная методика расчета конструктивно-технологических параметров горизонтальной валковой мельницы.

4. Разработан алгоритм проведения экспериментальных исследований горизонтальной валковой мельницы; разработана компьютерная модель экспериментальной установки в системе САПР; разработана и изготовлена экспериментальная лабораторная установка горизонтальной валковой мельницы.

5. В ходе проведения поисковых экспериментов и на основании априорной информации, выявлены параметры оптимизации (Q, Р, Ram, q) и основные факторы, влияющие на режимы процесса измельчения ГВМ предложенной конструкции: п — частота вращения барабана, F,v - усилие в пружинах устройства для прижима валков, bi - зазор между барабаном и первым валком, Ьг - зазор между барабаном и вторым валком; разработана методика проведения экспериментов; выбраны центральный композиционный ортогональный план ЦКОП 24 и программа проведения экспериментов в горизонтальной валковой мельнице; определены основные положения экспериментальных исследований; установлены уровни варьирования исследуемых независимых факторов и определена область факторного пространства, в котором будет реализован план многофакторного эксперимента.

6. В результате проведения экспериментов были получены уравнения регрессии (Q, Р, Rmn, q) =f(n, F„p, bi, Ьг), анализ графических зависимостей которых показал, что наибольшее влияние на производительность Q оказывает частота вращения барабана, при увеличении которой производительность увеличивается; на тонкость помола в ГВМ наибольшее влияние оказывает величина зазора между барабаном и вторым валком Ьг, при уменьшении которого тонкость помола растет.

7. Определены оптимальные значения варьируемых факторов (п, F„p, bi, Ьг). При условии, что q —► min, Rmu —► min, О —► max значения факторов: п = 100... 106,4 об/мин, Fnp = 751,2...875 кН, hi - 4. ..5,4 мм, Ьг = 4. ..5,4 мм. Проведена сравнительная оценка теоретических и экспериментальных данных, показав наибольшее расхождение в 8,5%, что говорит об адекватности теоретических исследований.

8. Проведена сравнительная оценка теоретической и экспериментальной графических зависимостей кинетики процесса измельчения Акт = /(г), в результате чего было выявлено - наибольшее расхождение составляет 4,9% при z = 8, это позволяет говорить об адекватности теоретических исследований.

9. Проведены опытно-промышленные испытания горизонтальной валковой мельницы на ООО «Боникс» для измельчения компонентов при производстве мраморной декоративной штукатурки, которые показали увеличение производительности на 12%, и уменьшение удельного энергопотребления на 37%, в сравнении с барабанной шаровой мельницей. Испытания подтвердили теоретические выводы работы и результаты

экспериментальных исследований.

10. Технико-экономические расчёты внедрения горизонтальной валковой мельницы показали эффективность данного инвестиционного проекта, мельница рекомендована для внедрения в производство: интегральный экономический эффект составит 1 694 526 руб., период возврата капитальных вложений 584 дня, срок окупаемости 219 дней.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в лсурналах из списка ВАК

1 Богданов, В. С. Определение усилия измельчения в горизонтальной валковой мельнице с учетом прочности материала / В. С. Богданов, В. С. Романенко // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова: научн. теор. журн. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2012.-N 4. - С. 84-87.

2 Богданов, В. С. Уравнение кинетики процесса измельчения в горизонтальной валковой мельнице / В С. Богданов, В. С. Романенко // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова: научн. теор. журн. -Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2013. -N 1. -С. 53-57.

3 Богданов, В. С. Методика расчетов конструктивно-технологических параметров горизонтальной валковой мельницы / В. С. Богданов, В. С. Романенко // Известия вузов. Строительство: научн. теор. журн. - Новосибирск: Изд-во НГАСУ (Сибстрин), 2015. - Вып. VI. - С. 104-108.

Статьи в других изданиях

1 Богданов, В. С. Горизонтальная валковая мельница / В. С. Богданов, В. С. Романенко //Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: межвуз. сб. ст. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2010. - Вып. IX. -С. 67-70

2. Богданов, В. С. Расчет усилий в деталях горизонтальной валковой мельницы / В. С. Богданов, В. С. Романенко // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: межвуз. сб. ст. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2010.-вып.1Х.-С.71-72.

3. Богданов, В. С. Расчет мощности электродвигателя горизонтальной валковой мельницы / В. С. Богданов, В. С. Романенко // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: межвуз. сб. ст. - Белгород: Изд-во БГТУ им В Г. Шухова, 2010.-Вып. IX.-С. 73-76.

4 Богданов, В. С. Расчет усилия дробления с учетом прочности материала в горизонтальной валковой мельнице / В. С. Богданов, В. С. Романенко // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: межвуз. сб ст — Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2011.— Вып. X. — С. 13-15.

5 Богданов, В. С. Уравнение кинетики процесса измельчения горизонтальной валковой мельницы / В. С. Богданов, В. С. Романенко // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: межвуз. сб. ст. - Белгород: Изд-во БГТУ им В Г. Шухова, 2011.-Вып. Х-С. 16-20.

6 Романенко, В. С. Основные ступени развития и совершенствования среднеходных мельниц / В С. Романенко, Е. Б. Александрова, А. Н. Масловская // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материхчов: межвуз. сб ст -Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2012. - Вып. XI. - С. 291-294. - Библиогр.: 5 назв.

7 Романенко, В. С. Использование горизонтальной валковой мельницы для получения мраморного песка / В. С. Романенко И Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: межвуз. сб. ст. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2012. - Вып. XI. - С. 295-298.

Объекты интеллектуальной собственности

1 Богданов, В. С. Горизонтальная валковая мельница // Патент на изобретение RU№ 2497594 Cl, заявка№2012124124/3 от 08.06 2012 / В. С. Богданов, В. С. Романенко. -Опубл. 10.11.2013. Бюл. № 31. -6 с.

Условные обозначения

стр — предел прочности измельчаемого материала, МПа; D - начальный размер измельчаемого тела, м;

г — линейная степень однократного разрушения, для ГВМ равная 12; Е — модуль упругости измельчаемого материала, МПа;

As - величина деформации тела, при которой оно разрушается (изменение толщины слоя

измельчаемого материала после прохождения валков), м;

R - масса остатка крупного класса на сите, %;

Ro - масса крупного класса, поступающего на измельчение, %;

z - кратность циркуляции, шт;

т/ — суммарный к.п.д. привода, %;

В - ширина барабана, м;

к, — коэффициент заполнения мельницы, ед.;

k,i - коэффициент учитывающий дефекты в кристаллической решетке измельчаемого материала, ед.;

/- коэффициент трения между материалом, валками и барабаном, для пары материалов мрамор-сталь, равный 0,3 - 0,45;

fi.fi и fi - коэффициент трения скольжения на валках, опорах и скребке, равный 0,08;

Pi и fh - центральные углы окружностей валков, град;

R - радиус барабана, м;

Ri и R2 - радиусы валков, м;

/т и гг —радиусы подшипников валков, м;

roi и го2—радиусы подшипников опор, м;

yi и уг - углы отклонения осей валков от вертикальной плоскости симметрии барабана, град;

п — частота вращения барабана, об/мин; пи и m г — массы первого и второго валков, кг; g - ускорение свободного падения, м/с2;

V— объем кольца материала выпадающий из мельницы за один оборот барабана, м3; кр - коэффициент разрыхления материала, ед.; р — насыпная плотность материала, кг/м3;

коп — коэффициент учитывающий изменение толщины и плотности ленты, при деформации пружин, ед; а - угол захвата мельницы, град;

4 - коэффициент скольжения ремня, для клиновых кордошнуровых ремней, равный 0,01 ; s - коэффициент скольжения фрикционной передачи, равный 0,01 - 0,05.

Подписано в печать 16.10.2015 Формат 60x84/16.

Усл. печ. л. 0,9 Тираж 120 экз. Заказ № 332

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова, 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46