автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Обоснование конструкции и параметров валкового грохота для сортировочных комплексов дорожно-строительных машин

На правах рукописи

Абдуллах Ахмед Кайс Абдуллах

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПАРАМЕТРОВ ВАЛКОВОГО ГРОХОТА ДЛЯ СОРТИРОВОЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН

05.05.04 — Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ь ЯНЗ ¿015

Тверь-2014

005558075

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тверской государственный технический университет» (ТвГТУ) на кафедре «Строительные и дорожные машины и оборудование»

Научный руководитель: Кондратьев Александр Владимирович,

доктор технических наук, профессор,ФГБОУ ВПО ТвГТУ, заведующий кафедрой «Строительные и дорожные машины и оборудование»

Официальные оппоненты: Огурцов Валерий Альбертович,

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология строительного производства» ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный политехнический университет»

Снзнков Станислав Анатольевич,

кандидат технических наук, доцент, генеральный директор ЗАО НИПКБ «Стройтехника»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Белгородский государственный

технологический университет им. В.Г. Шухова

Защита диссертации состоится «19» марта 2015 г. в И) час. на заседании Диссертационного совета Д 212.126.02 ВАК РФ при ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский проспект, д. 64, ауд. 42. Телефон для справок (499) 155-93-24 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ. Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета. Копию отзыва просим прислать на e-mail: unhsovet@madi.ru

Автореферат разослан « января

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Постоянно растущие в мире объемы промышленного, гражданского и дорожного строительства неразрывно связаны с необходимостью разработки песчаных, гравийно-песчаных, гравийных и каменных карьеров для добычи и переработки нерудных строительных материалов, которые являются основными компонентами цементобетона и асфальтобетона (песок, гравий, щебень, минеральный порошок, цемент).

Непрерывное развитие технологий дорожно-строителных работ выдвигает все новые запросы, как по качеству, так и по производительности к процессам переработки строительных материалов, в которых важное место занимает операция грохочения. Разделение по крупности зерен гравия и щебня проводится непосредственно на предприятиях, добывающих или измельчающих каменный материал, на передвижных и стационарных машинах называемых грохотами. Применяемые сортировочные устройства не полностью удовлетворяют возросшим запросам. Поэтому совершенствование существующих и разработка новых конструкций грохотов, обеспечивающих эффективное и высокопроизводительное выполнение операций классификации нерудных материалов, является задачей весьма актуальной.

В настоящее время для разделения каменных материалов, добываемых в карьерах, наиболее часто используются вибрационные, качающиеся и барабанные сортировки. Однако их существенными недостатками являются быстрый износ сит и сложность в разделении трудных для грохочения и влажных материалов, вследствие забивания ячеек сит. В то же время известно, что валковые грохоты обладают активной самоочищающейся поверхностью, образованной вращающимися дисками и валами, спокойны в работе и существенно опережают по эффективности и производительности другие виды разделительных устройств. Однако анализ литературных источников показал, что процесс разделения каменных материалов на валковых грохотах не достаточно изучен и, вследствие этого нет научных рекомендаций по обоснованию конструкций и параметров валковых грохотов, применительно к разделению нерудных материалов используемых в дорожном строительстве.

Цель работы. Повышение эффективности и производительности валковых грохотов дорожно-строительных машин на основе интенсификации процесса разделения каменных материалов.

Достижение указанной цели осуществлялось постановкой и решением следующих задач:

1. Провести анализ существующих способов и средств повышения эффективности и производительности валковых грохотов и выбрать конструкцию разделительного устройства для классификации каменных материалов.

2. Проанализировать известные математические модели, описывающие процессы разделения сыпучих материалов, найти модель наиболее соответствующую просеиванию каменных материалов на валковом сите и на основе теоретических исследований движения частиц по рабочей поверхности определить пути интенсификации их грохочения.

3. Выполнить сравнительные экспериментальные исследования валкового грохота по отношению к вибрационному и выбранному устройству валкого типа с интенсификатором, выполненным в виде подвижных фартуков.

4. Установить экспериментально-статистические закономерности влияния конструктивных, кинематических параметров валкового грохота с подвижными фартуками и технологических характеристик на качественные и временные показатели процесса разделения гравийной смеси.

5. Определить рациональные параметры валкового грохота с подвижными фартуками, обеспечивающие высокие показатели эффективности и производительности путем реализации планирования экспериментальных исследований с наиболее значимыми факторами процесса разделения каменных материалов.

6. Провести энергетическую оценку работы устройства с интенсификатором при классификации гравия и установить технико-экономическую эффективность предлагаемого агрегата.

Объектом исследования является конструкция валкового грохота с подвижными фартуками для классификации гравия и щебня.

Предметом исследования является процесс просеивания каменных материалов в промежутках между дисками и валами разделительного устройства.

Методы исследования. При решении задач диссертационной работы применялись: анализ, обобщение известных конструкций грохотов и исследований процессов разделения сыпучих материалов; теоретические и экспериментальные изыскания, включающие математический анализ, методы планирования однофакторных и многофакторных экспериментов с использованием программных продуктов Microsoft Office Excel, Paint, Компас-ЗЭ.

Научная новизна.

1. Теоретико-экспериментальными исследованиями установлены закономерности просеивания зерен материала по длине валкового сита в зависимости от времени полета частиц, конструктивных и кинематических параметров устройства и фракционного состава исходной смеси.

2. Экспериментально получены уравнения регрессии, описывающие влияние на эффективность и время грохочения каменных материалов конструктивных и режимных параметров валкового разделителя с подвижными фартуками, а также величины подачи материала на сито.

3. Получены экспериментально-статистические модели зависимостей эффективности и производительности валкового грохота с интенсификатором от наиболее влиятельных факторов процесса разделения, позволяющие обосновать рациональные параметры рабочих элементов устройства.

4. Определены зависимости энергоемкости процесса разделения каменных материалов и приводной мощности валкового грохота при изменении его параметров.

Практическая ценность.

Предложенная конструкция грохота и результаты выполненных исследований по обоснованию его рациональных параметров могут послужить основой

для создания новых высокоэффективных и производительных агрегатов дорожно-строительных машин для переработки нерудных каменных материалов.

Реализация работы. Результаты научных исследований диссертации используются в учебном процессе при подготовке инженеров и бакалавров на кафедре «Строительные и дорожные машины и оборудование» Тверского государственного технического университета. Материалы по конструкции валкового грохота с подвижными фартуками приняты к рассмотрению предприятием по добыче и переработке гравия и щебня ООО «Тверьтехногрейд» для внедрения на дробильно-сортировочных комплексах дорожно-строительной техники.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Теоретические и экспериментальные закономерности движения и просеивания частиц каменного материала по длине валкового грохота оснащенного подвижными фартуками.

2. Уравнения, характеризующие влияние конструктивных, кинематических параметров разделительного устройства и технологических факторов на эффективность и время процесса грохочения.

3. Результаты многофакторного планирования эксперимента по определению рациональных параметров валкового грохота с активным интенсифика-тором.

4. Оценочные характеристики энергоемкости процессов разделения каменных материалов и мощности привода на валковом грохоте с подвижными фартуками и без них.

Достоверность полученных результатов подтверждается сходимостью теоретических и экспериментальных исследований, использованием методов высшей математики и теоретической механики, регрессионного анализа планирования экспериментов, применением современной приборной измерительной базы для проведения исследований.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на ХУ-ХУШ Москов. межд ученун. межвуз. научн.-техн. конф. студ., аспир. и мол. ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы» (Москва, 2011-2014); на 3-й Всероссийск. науч.-технич. конфер. «Инновационное развитие образования, науки и технологий (Тула, 2012); на научн.-техн. конф. студ. и аспир. машин. ф-та ТвГТУ (Тверь, 2013), а также на семинарах кафедры «Строительные идорожные машины и оборудование» Тверского государственного технического университета.

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 10 работ, в том числе 3 в изданиях из перечня ВАК, 6 в сборниках трудов международных, всероссийских и региональных конференций, 1 в межвузовском сборнике научных трудов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и приложений. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц, 56 рисунков, список литературы из 85 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и цель диссертационной работы, представлены задачи исследований, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе приводятся требования к качеству нерудных строительных материалов, и обосновывается важность операций разделения гравия и щебня на фракции. Анализируются факторы, определяющие результативность процесса сортирования сыпучих материалов. Представляются известные данные о влиянии на эффективность разделения фракционного состава исходной смеси, размеров зерен материала, его влажности, плотности, толщины слоя, а также отмечается зависимость результативности процесса от конструктивных и кинематических параметров сита.

Вопросы, касающиеся характеристики и исследований процессов сортировки (сепарации и грохочения) сыпучих материалов, представлены в работах целого ряда ученых, как В.А. Бауман, А.Ф. Таггарт, К.К. Лиандов, Е.Е. Серго, C.B. Андреев, Л.В. Левенсон, Н.Я. Хархута, И.В. Пономарев, В.И. Баловнев, Г.В. Кустарев, B.C. Богданов, И.Г. Блох, O.A. Сафразбекян, В.Ш. Лифлянский, В.А. Перов, В.А. Олевский, В.А. Огурцов, A.A. Морозов, P.P. Шарапов, Б.П. Шабельник, С.А. Сизиков, A.B. Кондратьев, С.М. Кочканян, Ю.Н. Павлов, А.Г. Максимов, С.С. Рогов, Д.О. Нагорнов и др.

Рассмотрены основные виды сортировок применяемых для разделения сыпучих материалов в различных областях промышленности: вибрационные, качающиеся, барабанные и валковые. На основе априорной информации рассматриваются их сравнительные характеристики, как по эффективности, так и по производительности процесса сортирования различных материалов. Исходя из анализа результативности их работы, валковые устройства выделяются как наиболее перспективные для грохочения каменных материалов на дорожно-строительной технике.

Анализ известных конструкций валковых сортировок и средств интенсификации процессов разделения метериалов на них позволил выбрать конструкцию валкового грохота с активным интенсификатором, выполненным в виде подвижных фартуков размещенных над рабочей поверхностью сита.

Проанализированные аспекты процесса разделения и результаты использования для сортирования сыпучих материалов устройств валкового типа позволили сформулировать цель и задачи исследований.

Во второй главе выполнен аналитический обзор наиболее известных математических моделей, описывающих просеивание частиц материала в отверстиях сита, предложенных известными учеными, как: И.М. Абрамович, Е.А. Непомнящий, М.Е. Мацепуро, Ю.Н. Ермольев, И.Ф. Василенко, Д.Ф. Шульгин, Ю.В. Елисеев и др. Исходя из анализа моделей, была выбрана зависимость И.Ф. Василенко для определения эффективности грохочения:

£ = а-е-"£)-100%; ц = РлРв!шп, (1)

б

где Ь - длина сита, ц - коэффициент пропорциональности, РА и Рв вероятности просеивания частиц между дисками и валами сортировки соответственно, и -скорость перемещения разделяемого материала по поверхности сита, /„ — период времени с момента отрыва частицы от диска до ее падения на сито.

После обоснования выбора математической модели для описания процесса разделения сыпучего материала на валковом сите, снабженного подвижными фартуками (экранами), были проведены теоретические исследования движения частиц по поверхности вращающихся дисков. При этом рассматривалась траектория полета частиц материала с целью определения времени полета частиц, которое напрямую влияет на интенсивность просеивания частиц. Траектория полета частиц определялась исходя из абсолютной скорости схода частицы (точка М) с грани диска (рис.1):

V* - + V™2 - 2у„уст С05(90°-УО, (2)

где Уп= а>р и Уот= х соответственно переносная и относительная скорости частицы, ХОУ — подвижная система координат, Х1О1У1 - неподвижная система координат, (90° — у/0) — угол между направлением скоростей V,, и уот, /? - угол между направлением вектора абсолютной скорости и горизонтом.

Рис. 1. Расчетная схема схода частицы с грани диска

Принимая во внимание, что движение материала по вращающимся дискам происходит в условиях ограничения траектории их полета подвижными фартуками время полета частицы /„ будет складываться из времени полета частицы tn, до фартука (от точки М1 до точки М2) и времени падения частицы ?„2 с

высоты Н на поверхность сита согласно схеме (рис. 2), где 1Ф - расстояние между фартуками, Vф - скорость движения фартуков.

Рис. 2. Схема параметров траектории частицы между фартуками

Расчеты с использованием зависимости (2) и схемы (рис. 2) показали увеличение времени /„ как с повышением абсолютной скорости отбрасывания частицы (рис. 3), так и с возрастанием скорости движения фартуков (рис. 4).

29,8

29.5

29.2

2Э.9

0,9 1.1 1,3 \а,м/с Рис. 3. Влияние абсолютной

скорости частицы на время ее полета в течение минуты

^и, С

0,165 0,16 0,155 0,15 0.145

/

/

/

/ /

/

0,05 0,15 0.25 Хф, м/с Рис. 4. Зависимость времени

полета частицы от скорости движения фартуков

Поскольку абсолютная скорость отбрасывания частиц напрямую зависит от частоты вращения валов с дисками, то повышение последней приводит к

уменьшению коэффициента пропорциональности ¡Л (рис. 5)определяемого по уравнению (1) за счет возрастания полетного времени частиц. В связи с этим и повышение скорости движения фартуков, которую можно считать как среднюю скорость перемещения частиц по ситу, будет вызывать снижение коэффициента пропорциональности, что в конечном итоге приведет к уменьшению эффективности фохочения.

Результаты исследования изменения эффективности грохочения по длине валкового сита (рис. 6) показали, что с уменьшением расстояния между фартуками (кривая 1) интенсивность просеивания увеличивается. Это, в свою очередь, объясняется ограничением фартуками траектории полета частиц, приводящего к уменьшению времени полета и соответственно увеличению времени нахождения частиц на поверхности вращающихся дисков, что повышает вероятность просеивания частиц в отверстиях сита.

II, 1/м 0,83 0.81 0.79 0,77

40 70 100 И, об/мин

Рис. 5. Зависимость коэффициента пропорциональности от частоты вращения дисков

50 25 0

0 0,75 1,5 ь,и

Рис. б. Изменение эффективности грохочешш по длине сортировки: 1 - 1ф= 0,05 м; 2 - 1ф— 0,1 м

На стадии аналитических исследований, учитывая надежное транспортирование материала по поверхности сита за счет применения активного интен-сификатора, было сделано предположение, что, горизонтальное расположение рабочей поверхности создает наиболее благоприятные условия для просеивания частиц между дисками и валами.

Итоги теоретических исследований позволили определить основные направления интенсификации процесса грохочения и выбора конструктивных и кинематических параметров валкового разделителя с подвижными фартуками.

В третьей главе представлены программа и методика проведения экспериментальных исследований, а также описан экспериментальный стенд валкового грохота с подвижными фартуками. Приведено описание используемых приборов и оборудования. Размерная характеристика применяемого каменного материала находилась в интервале 2 ... 40 мм. Процентное содержание в исходном материале, поступающем на грохот, частиц нижнего класса (-20мм)

варьировалось в пределах 30 ... 80%. Подача каменистой массы составляла 1,5 ... 5 кг/с.

Программа экспериментов предусматривала проведение следующих исследований:

- выполнение предварительной оценки результативности разделения каменной смеси на валковом сортировочном устройстве и на виброгрохоте;

- сравнительные исследования эффективности и времени грохочения гравия на валковой сортировке с фартуками и без них при изменении конструктивны и кинематических параметров валковой сортировки, подачи материала и его фракционного состава;

- определение влияния конструктивных и кинематических параметров валкового грохота с подвижными фартуками на интенсивность просеивания зерен материала между дисками и валами;

- обоснование рациональных параметров валковой сортировки с подвижными фартуками, исходя из варьирования наиболее важных факторов, определяющих эффективность и удельную производительность процесса грохочения каменных материалов;

- проведение энергетической оценки процесса грохочения гравия на валковом грохоте с подвижными фартуками.

Исследования процесса разделения каменных материалов проводились на экспериментальном стенде, схема которого представлена на рис. 7. Установка состояла из шести валов с восьмигранными дисками и интенсификатора, выполненного в виде ряда эластичных фартуков параллельно расположенных над рабочей поверхностью грохота и закрепленных на бесконечной тяговой цепи.

Общий вид стенда валкового грохота с подвижными фартуками показан

на рис.8.

Рис. 8. Стенд валкового грохота с подвижными фартуками

В четвертой главе представлены результаты изучения эффективности работы валкового грохота согласно программе исследований и направлениям интенсификации процесса разделения каменного материала, сформулированных на основе теоретических исследований.

Сравнительные исследования процесса грохочения гравия показали несомненное преимущество валкового устройства над виброгрохотом (рис. 9), что подтвердило заключение обзорной информации о преимуществах валковых сортировок. Графический материал показывает увеличение в среднем на 10% эффективности и уменьшение почти в 3 раза времени просеивания частиц на валковом грохоте по сравнению с вибрационной сортировкой. При этом угол наклона к горизонту рабочей поверхности сита по направлению движения материала для валкового грохота изменяли от (-5°) до (+20°), а для виброгрохота от (-15°) до (-5°).

Далее исследования касались сравнительных характеристик работы валкового грохота с подвижными фартуками и без них. Изменение эффективности Е и времени ? процесса грохочения при изменении подачи материала на сито от 1,87 кг/с до 5 кг/с показано на рис.10. Результаты опытов свидетельствуют о снижении показателей эффективности (верхние линии) и возрастании времени грохочения (нижние линии) на обоих устройствах с повышением подачи материала на них. Однако на сортировке с фартуками эффективность просеивания частиц в среднем остается на 5... 10 % выше, а время протекания процесса на 25 ... 37% ниже по сравнению с разделительным устройством без фартуков.

Это, в свою очередь, подтверждает целесообразность применения данного итенсификатора (подвижных фартуков) на валковом грохоте.

Е, %

50

25

о /

г

и с Е,% 75

25 50

25 0

о

<

и с

50

0

? 2,5 12,5 а, град а) валковый грохот

-16,25 -10 а, град б)внброгрохот

Рис. 9. Результативность просеивания гравия: □ - эффективность грохочения Е,%;0 — время прохождения материала I, с

Е,°о

60

40

1,87

2,5 3,12 3,75 4,37 5 (Ь к-/с

Рис. 10. Сравнение показателей £ и ? на валковом грохоте с фартуками и без них

При этом соотношение в исходной гравийной смеси частиц верхнего класса к нижнему составляло 30% : 70% соответственно. Параметрические характеристики сортировочных устройств были следующими: наклон рабочей поверхности сита к горизонту а = + 5°; скорость вращения валов с дисками п = 60 об/мин; расстояние (шаг) между фартуками 1ф= 0,46 м; быстрота перемещения фартуков У0=О,32 м/с.

На последующем этапе изучалось влияние конструктивных и кинематических параметров валкового грохота с подвижными фартуками на результативность просеивания каменных материалов.

Влияние угла наклона рабочей поверхности сита и частоты вращения валов с дисками изображено на рис. 11. Контрольные точки на графике (рис. 11,а) показывают, что при изменении угла наклона сита от (-10°) до (+15°) сначала происходит увеличение эффективности до угла (+5°), а затем происходит постепенное снижение. Время процесса при этом постепенно возрастает от 8 с до 9,5с. Как видно из представленного материала угол наклона сита (+5°), т.е, практически горизонтальное расположение рабочей поверхности, является оптимальным. Снижение частоты вращения валов с дисками от 140 до 40 об/мин (рис. 11,6) вызывает возрастание эффективности грохочения, которая доходит до 99% при п= 40 об/мин. Одновременно с этим время просеивания компонентов каменистой смеси увеличивается всего на две секунды, т.е, изменяется незначительно. Поэтому область оптимальных значений п находится в интервале 40 ... 70 об/мин.

Е,

50 25 0

□

1- Л -е>—£>

■0—

г, с

25

50

25

°—

с

и С

25

О

-12,5 -2,5 7,5 а, град

30

70 110 п, об/шм

я) б)

Рис. 11. Зависимость эффективности и времени процесса от угла а установки поверхности сита (а) и скорости п дисков (б): п-Е,%;0- (, с

Изучение зависимости эффективности и времени процесса разделения от параметров подвижных фартуков (рис. 12) показало повышение эффективности грохочения с сокращением шага расстановки фартуков (рис. 12,а) и уменьшением скорости их движения (рис. 12,6). При этом время процесса грохочения изменялось в незначительных пределах. Поэтому расстояние между фартуками 0,15 м можно считать наиболее оптимальным. Учитывая, что снижение скорости фартуков с 0,6 м/с до 0,32 м/с вызывало повышение эффективности (рис. 12, б) численное значение 0,32 м/с является наилучшим. В процессе экспериментирования также было установлено, что комбинированная конструкция фартука (у-образная), состоящая из двух лент скрепленных внизу (рис. 8), пре-

восходит по результативности конструкцию одинарного фартука (рис. 7), обеспечивая повышение эффективности грохочения на 8 ... 9 %.

Е,

80

60

—о

----У

и с Е,

О

/.1

50

О--ъ-

о о

I, с

25

О

0,1 0,3 0,5 I, м

а) б)

Рис. 12. Зависимость эффективности и времени грохочения от расстояния между фартуками (а) и скорости их движения (б): а— Е,%; 0 — /, с

Для выбора рациональных параметров валкового устройства с подвижными фартуками был проведен эксперимент по программе центрального композиционного ротатабельного планирования второго порядка с учетом наиболее влиятельных факторов. В результате были получены уравнения регрессии для определения эффективности и удельной производительности грохота по просеиваемому материалу (м3/м2ч) в зависимости от подачи гравийной смеси, частоты вращения дисков и скорости движения фартуков:

Е = \ 19,32-20,25у-3,08^-0,06« (3)

Пуд =-22,71 + 109,88У + 1,63^ + 0,25« -13 1,25У2 -0,002Л2 (4)

Расчетные данные эффективности, полученные по уравнению (3), показали линейное возрастание Е с уменьшением частоты вращения дисков (рис. 13,а) и скорости движения фартуков (рис. 13,6). При этом увеличение подачи материала вызывает снижение результативности его просеивания. В обоих случаях с уменьшением скоростей дисков и фартуков частицы материала больше времени находятся непосредственно на поверхности сита, поэтому вероятность их просеивания повышается. В рассматриваемых интервалах параметров устройства можно считать частоту вращения дисков 50 ... 60 об/мин и скорость движения фартуков 0,28 ... 0,30 м/с наиболее предпочтительными.

Влияние л и V на удельную производительность определенное по зависимости (4) представлено на рис. 14, откуда видно, что повышение подачи материала увеличивает Пу.

Повышение частоты вращения дисков до 60 об/мин приводит к увеличению удельной производительности, а затем наблюдается ее снижение

(рис.14,а). Вследствие этого, с учетом показателей эффективности, интервал п : 50 ... 60 об/мин окончательно можно считать наилучшим.

Е, %

95

90

Ч 1

N.2

\ 3 \ 4

5

Е, %

98

96

94

92

1

\ 3

Ч4 ^ч 5

41 67 п,об/мин о,26 0,32 О.Зв V, м/с

я) б)

Рис. 13. Зависимость эффективности грохочения от и (а) и V (б) при д, кг/с: 1 - 2,69; 2 - 3,12; 3 - 3,75; 4 - 4,38; 5 - 4,8

Я,

11

щ

15

13

11

___5 4

___3

г

41 67 93 п, об/мин 0.26 0,32 0,38 V, м/с

а) б)

Рис. 14. Зависимость удельной производительности от и (а) и V (б) при д, кг/с: 1 - 2,69; 2 - 3,12; 3 - 3,75; 4 - 4,38; 5 - 4,8

Повышение скорости движения фартуков приводит к повышению удельной производительности (рис. 14,6), что объясняется ускоренным распределением материала по рабочей поверхности грохота, вследствие чего мелкие зерна материала быстрее проваливаются в промежутки между дисками. Однако при этом происходит снижение эффективности грохочения (рис. 13,6) из-за возрастания скорости транспортирования материала. Поэтому следует ориентироваться на наименьшие показатели скорости фартуков 0,28 ... 0,3 м/с.

Завершающим этапом экспериментальных исследований явилось исследование энергетических показателей работы валковой сортировки (рис. 15).

Из рис. 15,а видно, что основная мощность приходится на холостой ход вращения валов с дисками и только 16 % составляют энергозатраты связанные с поступлением каменного материала на сито. Применение подвижных фартуков дополнительно увеличивает мощность еще в среднем на 13%, и в целом, мощность возросла на 29%.

а) б)

Рис. 15. Влияние частоты вращения дисков на приводную мощность устройства (а) и удельную энергоемкость процесса грохочения: □ — холостой ход; 0 — грохот без фартуков; Д - грохот с фартуками

Сравнительные характеристики показателей удельных энергозатрат валкового грохота с фартуками и без них (рис. 15,6) доказывают несомненное преимущество устройства с интенсификатором, на котором удельная энергоемкость процесса грохочения на 30% меньше.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. В результате обзора применения устройств для разделения сыпучих смесей в различных отраслях было доказано преимущество валковых сортировок по сравнению с другими видами машин, что позволило определить перспективность применения валковых грохотов в дорожно-строительной технике для классификации каменных материалов. Анализ устройств валкового типа позволил обосновать выбор конструкции валкового грохота с активным интен-сификатором (подвижные фартуки).

2. На основании теоретических исследований было установлено, что для интенсификации просеивания каменного материала на валковом грохоте с активным интенсификатором необходимо увеличить время нахождения частиц на поверхности сита за счет ограничения траектории их полета путем снижения частоты вращения дисков, скорости движения фартуков и расстояния между ними при горизонтальном расположении рабочей поверхности.

3. В ходе предварительных сравнительных исследований было установлено максимальное 15 % повышение эффективности грохочения каменного материала с одновременным уменьшением почти в 4 раза времени просеивания частиц на валковой сортировке по сравнению с вибрационной.

4. Установлено, что применение активного интенсификатора (подвижных фартуков) на валковой сортировке позволяет дополнительно повысить эффективность грохочения на 10 ... 15% с одновременным уменьшением времени просеивания материала на 30% при этом происходит возрастание на 20 ... 25% интенсивности просеивания зерен материала на первых двух валах устройства.

5. Получены экспериментальные зависимости, показывающие повышение эффективности просеивания гравия на: 30% при изменении скорости вращения дисков от 140 до 40 об/мин; 5% при уменьшении расстояния между фартуками от 0,6 до 0,15 м; 10% с уменьшением скорости движения фартуков от 0,6 до 0,32 м/с.

6. Экспериментально обоснована оптимальная конструкция подвижных фартуков (комбинированный фартук), обеспечивающая повышение эффективности грохочения каменного материала в среднем на 8% с изменением угла наклона сита в пределах (-10°)...(+10°). При этом определено, что угол (+5°) является наиболее рациональным как обеспечивающий наибольший показатель эффективности.

7. Получены зависимости эффективности и удельной производительности от основных параметров процесса грохочения представленные в виде экспериментально-статистических моделей, позволяющих рекомендовать оптимальные значения частоты вращения валов 50 ... 60 об/мин и скорости движения фартуков 0,28 ... 0,32 м/с, обеспечивающие высокую результативность при подаче материала 4,8 кг/с.

8. Экспериментально доказано, что установка на валковом грохоте подвижных фартуков позволяет снизить удельные энергозатраты на 30% при качественном разделении каменных материалов (Е > 95%) за счет увеличения производительности в 1,7 раза.

9. Экономический эффект о внедрения валкового грохота с подвижными фартуками будет определяться увеличением выпуска гравия и щебня за счет интенсификации процесса разделения каменного материала на фракции. Ожидаемый расчетный экономический эффект от использования валкового грохота с активным интенсификатором для сита площадью 1 м2 (с просеивающим промежутком между дисками 20 мм) составляет 333 тыс.руб. в год, срок окупаемости — 1,2 года.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в рецензируемых научных журналах:

1. Абдуллах, А.К. Совершенствование процесса грохочения каменных материалов на валковой сортировке/ A.B. Кондратьев, С.М. Кочканян, В.А. Ру-синкевич, А.К. Абдуллах // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.,№11,2011.С. 179-183.

2. Абдуллах, А.К. Исследование процесса грохочения гравия на валковой сортировке/ А.К. Абдуллах, В.А. Русинкевич, С.М. Кочканян, A.B. Кондратьев // Горный информационно-аналитический бюллетень. М., №4, 2014. С. 254257.

3. Абдуллах, А.К. Оптимизация процесса грохочения гравия на валковой сортировке с активным интенсификатором / А.К. Абдуллах, В.А. Русинкевич // Механизация строительства. - 2014. - № 11. — С. 36-39.

Научные работы в других изданиях:

4. Абдуллах, А.К. Результаты сравнительных исследований процесса просеивания гравия на вибрационном и валковом грохотах // Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы: матер. XV Москов. междун. межвуз. научн.-техн. конф. студ., ас-пир. и мол. учен,- М.: МГАВТ, 2011. С. 20-22.

5. Абдуллах, А.К. Интенсификация процесса грохочения гравия на валковой сортировке/ А.К. Абдуллах, В.А. Русинкевич // Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы: Труды XVI Москов. междун. межвуз. научн.-техн. конф. студ., аспир. и мол. учен,- М.: МИИТ, 2012. С. 146-147.

6. Абдуллах, А.К. Грохочение гравия на валковой сортировке в зависимости от формы дисков / С.П. Смородов, В.А. Русинкевич, А.К. Абдуллах // Инновационное развитие образования, науки и технологий: доклады 3-й Все-российск. науч.-технич. конференции / под общ. ред. A.JI. Чеботарева. - В 2 ч. — Ч. 11. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. - С. 122-124.

7. Абдуллах, А.К. Исследование эффективности и времени просеивания гравия на валковом грохоте/ С.П. Смородов, В.А. Русинкевич, А.К. Абдуллах //

Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робото-технические комплексы: материалы XVII Москов. междун. межвуз. научн,-техн. конф. студ., магист., аспир. и мол. учен,- М.: МГСУ, 2013. С. 303-305.

8. Абдуллах, А.К. Исследование процесса грохочения гравия на валковой сортировке с подвижными фартуками / В.А. Русинкевич, А.К. Абдуллах // Проблемы машиностроения - 2013: материалы научн.-техн. конф. студ. и аспир. машиностр. ф-та,- Тверь: ТвГТУ, 2013. С. 64-66.

9. Абдуллах, А.К. Просеиваем ость гравия по длине сортировки в зависимости от фракционного состава смеси / A.B. Кондратьев, С.М. Кочканян, В.А. Русинкевич, А.К. Абдуллах // Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел, деталей технологического и энергетического оборудования: межвуз. сб. науч. тр. Выпуск. Тверь: ТГТУ, 2014. С. 139-143.

10. Абдуллах, А.К. Оптимизация параметров интенсификатора валковой сортировки / С.П. Смородов, В.А. Русинкевич, А.К. Абдуллах // Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы: материалы XVIII Москов. междун. межвуз. научн.-техн. конф. студ., магист., аспир. и мол. учен,- М.: МАДИ, 2014. С. 73-75.

Подписано в печать 26.12.2014. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором в Центре инженерной печати МИП ООО «Наукоемкие технологии» при ГБОУ ВПО «ТвГТУ» 170023, Тверская область, г. Тверь, ул. Маршала Конева, 12, к. 435