автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование рациональных параметров щековой дробилки со сложным движением щеки

На правах рукописи

ГОЛИКОВ Николай Сергеевич

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ

Специальность 05.05.06 - Горные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 4 ФЕЗ 2010

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2010

003491351

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор

Ведущее предприятие - ЗАО «НПО «РИВС»

Защита диссертации состоится 25 февраля 2010 г. в 14 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд.7212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 22 января 2010 г.

Тимофеев Игорь Парфенович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Тарасов Юрий Дмитриевич,

кандидат технических наук

Туркин Владимир Яковлевич

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета д-р техн. наук, профессор

В.В.ГАБОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в России приоритетным направлением является развитие минерально-сырьевого комплекса. И здесь повышение эффективности дезинтеграции руд и других твердых материалов является одной из основных задан.

Ежегодно в мире дроблению подвергается более 3 млрд. т. минерального сырья и других материалов. При этом следует отметать, что процесс дробления характеризуется значительными капитальными и эксплуатационными затратами, доля которых достигает 50-70% от общих расходов на производство, а также высокой энергоемкостью, составляющей 7-20 кВт-ч/г, и большим расходом легированных сталей.

Щешвые дробилки со сложным движением щеки (ЩЦС) применяются во многих отраслях промышленности для крупного, среднего и мелкою дробления различных по прочности и хрупкости материалов. Дроблению в них подвергаются: железные руцы и руды цветных металлов, угаль, известняки и доломиты, строительные горные породы и т.д.

Однако ЩЦС имеют ряд недостатков, основными из которых являются: большая вертикальная составляющая хода подвижной щеки, приводящая к повышенному износу футеровки и переизмельчению дробимого материала, повышенные нагрузки на эксцентриковый вал, ограничивающие изготовление дробилок больших типоразмеров, а также направления траекторий нижних точек подвижной щеки, препятствующие разгрузке материала из рабочей камеры.

Исследования, проведенные во ВНИИСгройдормаше, указывают на то, что устранение отмеченных недостатков связано в основном с выбором рациональной кинематики механизма дробилки.

Изучению кинематики ЩЦС посвящены исследования Л.Б. Левен-сона, В.А. Баумана, Б.В. Клушанцева, А.Г. Алехина, Л.И. Логака, A.A. Дущю, Д.И. Беренова, И.П. Иванова, A.B. Потемкина и др. авторов. Путем теоретических и экспериментальных исследований ими были установлены функциональные взаимосвязи между основными конструктивными и режимными параметрами и основными технологическими показателями работы ЩЦС, а также определены рациональные значения основных конструктивных и режимных параметров данного вида машин.

Тем не менее, влияние геометрических параметров кинематической схемы на технические показатели работы ЩЦС является недостаточно изученным. Также в настоящее время не существует методики, позволяющей на

стадии проектирования производить комплексную оценку такого влияния.

Отмеченные выше обстоятельства подтверждают необходимость исследования взаимосвязи между геометрическими параметрами кинематической схемы и показателями работы ЩДС, а также обоснования их рациональных значений, обеспечивающих повышение эффективности работы данного вида машин.

Цель работы. Повышение эффективности работы ЩЦС применением рациональных значений геометрических параметров ее кинематической схемы, обеспечивающих увеличение скорости разгрузки материала из рабочей камеры, уменьшение вертикальной составляющей хода подвижной щеки и снижение нагрузки на эксцентриковый вал.

Идея работы. Обоснование рациональных значений геометрических параметров кинематической схемы ЩДС следует осуществлять на основании комплексной методики оценки функциональных связей этих параметров с техническими показателями работы дробилки. Задачи исследований:

- анализ методик проектирования современных ЩДС, а также методик расчета основных технических показателей работы данного вида машин;

- анализ значений геометрических параметров кинематической схемы современных ЩДС;

- установление функциональных взаимосвязей между геометрическими параметрами кинематической схемы и техническими показателями работ,! ЩДС;

- разработка методики, позволяющей комплексно оценивал, влияние геометрических параметров кинематической схемы на технические показатели работы ЩЦС;

- экспериментальное исследование влияния угла наклона распорной плиты на скорость разгрузки материала из рабочей камеры ЩДС;

- обоснование и выбор рациональных значений геометрических параметров кинематической схемы ЩЦС.

Методы исследований. В работе использован комплексный метод, включающий: научный анализ и обобщение опыта проектирования и эксплуатации ЩЦС; математическое моделирование с использованием методов составления уравнений замкнутости векторных контуров и уравнений равновесия сил; статистическую оценку на основании метода расчета весовых коэффициентов и задания уровней значимости, влияющих факторов; экспериментальное исследование процесса разгрузки материала на стендовой

модели с использованием цифровой видеосъемки; статистические методы обработки экспериментальных данных.

Защищаемые научные положения:

1. Математическая модель щековой дробилки со сложным движением щеки учитывает кинематические и кинетостатические параметры рабочего механизма, а также физико-механические свойства дробимого материала и позволяет находить рациональные значения параметров кинематической схемы, обеспечивающие увеличение скорости разгрузки материала из рабочей камеры, уменьшение вертикальной составляющей хода подвижной щеки и уменьшение нагрузки на эксцентриковый вал, а также оценивать технические показатели работы дробилки.

2. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что производительность щековой дробилки со сложным движением щеки минимальна при уте наклона распорной плты у=60° и с отклонением от этого значения на 20р в меньшую сторону возрастает на 40%, а с отклонением на 60° в большую сторону возрастает на 140%.

Научная новизна диссертационной работы. Установлены функциональные зависимости между геометрическими параметрами кинематической схемы (эксцентриситетом эксцентрикового вала, длиной основания подвижной щеки, длиной распорной плиты, толщиной подвижной щеки, высотой рабочей камеры, утом наклона распорной плты, углом наклона рабочей поверхности подвижной щеки, углом захвата) и техническими показателями работы ШДС (ходом сжатия и путем трения подвижной щеки, степенью дробления, производительностью, потребляемой мощностью, удельной энергоемкостью и силовой загруженностью кинематических пар).

Обоснованность и достоверность подтверждается лабораторными исследованиями на стенде и удовлетворительной сходимостью результатов компьютерного моделирования с данными эксперимента, а также применением современных средств измерений и использованием стандартных методик.

Практическая значимость работы:

- разработана конструкция экспериментального стенда позволяющего оценивать влияние ута наклона распорной плиты на скорость разгрузки материала из рабочей камеры ЩЦС;

- обоснованы рациональные значения геометрических параметров кинематической схемы ЩДС, обеспечивающие увеличение скорости разгрузки материала из рабочей камеры, уменьшение интенсивности процессов истирания, возникающих в рабочей камере и уменьшение нагрузки на эксцентриковый вал;

- предложена методика комплексной оценки влияния геометрических параметров кинематической схемы на технические показатели работы ЩДС, основанная на методе расчета весовых коэффициентов влияющих факторов и задания уровней значимости технических показателей;

- предложена методика выбора рациональных значений геометрических параметров кинематической схемы на основании критериев, связанных с техническими показателями работы ЩДС.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на:

- Ежегодной конференции молодых ученых "Полезные ископаемые России и их освоение" (Санкт-Петербург, 2004,2005);

- 56-ой и 57-ой студенческой научной конференции в Крашвсюй горнометаллургической академии в Польше (Краков, 2005,2006);

- Всероссийской юнференции-конкурсе студентов выпускного курса ВУЗов минерально-сырьевого комплекса России (Санкт-Петербург, 2006);

- Международном форуме молодых ученых "Проблемы рационального природопользования" (Санкт-Петербург, 2006);

- Ежегодной конференции молодых ученых во Фрайбергской горной академии в Германии (Фрайберг, 2008).

Личный вклад автора:

- произведен анализ методик проектирования и расчета современных ЩДС, а также значений параметров их кинематической схемы;

- разработана математическая модель ЩДС с учетом параметров кинематики и кинетостатики ее рабочего механизма;

- предложена методика оценки геометрических параметров кинематической схемы ЩДС и выбора их рациональных значений;

- спроектирован и изготовлен экспериментальный стенд, проведены стендовые исследования и обработка результатов эксперимента;

- получены и обоснованы рациональные значения параметров кинематической схемы ЩДС.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 4 печатных работы, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации.

Структу ра и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 151 странице, содержит 67 рисунков, 6 таблиц, список литературы из 71 наименования и одно приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы и необходимость разработки комплексной методики, позволяющей на стадии проектирования оценивал, влияние параметров кинематической схемы ЩЦС на технические показатели ее работы; поставлены цели и задачи исследования.

В первой главе приводятся общие сведения о ЩЦС, включающие описание их области применения, конструкции, принципа действия, кинематических особенностей, а также достоинств и недостатков. Анализируются расчетные формулы основных технических показателей работы. Описываются геометрические параметры кинематической схемы, на основании анализа конструкций 25-ти моделей ЩЦС, выпускаемых современной промышленностью. На основании исследований других авторов, даются предварительные рекомендации по выбору рациональных значений геометрических параметров кинематической схемы ЩЦС.

Во второй главе описывается построение математической модели ЩЦС с учетом геометрических параметров кинематической схемы, физико-механических свойств дробимого материала, сил тяжести, а также сил и моментов инерции, действующих на подвижные звенья. Уточняются расчетные формулы основных технологических показателей работы ЩЦС на основании теоретически полученных выражений, описывающих ход сжатия и размеры входного и выходного отверстий дробилки. Предлагается аналитический метод описания траекторий точек рабочей поверхности подвижной щеки.

В третьей главе производится оценка влияния геометрических параметров кинематической схемы на технические показатели работы ЩЦС, на основании расчета весовых коэффициентов влияющих параметров и заданием уровней значимости рассматриваемых показателей. Также описывается экспериментальное исследование влияния угла наклона распорной плиты на скорость разгрузки материала из рабочей камеры ЩЦС.

В четвертой главе описываются критерии, предлагается методика выбора и обосновываются рациональные значения геометрических параметров кинематической схемы ЩЦС, обеспечивающие уменьшение вертикальной составляющей хода подвижной щеки, увеличение скорости разгрузки материала из рабочей камеры и уменьшение нагрузки на эксцетри-ковый вал.

В заключении приводятся основные выводы и результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы.

Автор выражает благодарность проф. И.П. Тимофееву, доц. В.В. Денегину и другим сотрудникам кафедры "Конструирования горных машин и технологии машиностроения" СПГТИ (ГУ) за научное консультирование, помощь и поддержку в процессе выполнения работы. Также автор выражает отдельную благодарность В.П. Короткову и Б.П. Коновалову за помощь в проведении экспериментальных исследований.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Математическая модель шоковой дробилки со сложным движением щеки учитывает кинематические и кннегостатнческне параметры рабочего механизма, а также физико-механические свойства дробимого материала и позволяет находить рациональные значения параметров кинематической схемы, обеспечивающие увеличение скорости разгрузки материала из рабочей камеры, уменьшение вертикальной составляющей хода подвижной щеки и уменьшение нагрузки на эксцентриковый вал, а также оценивать технические показатели работы дробилки.

Математическая модель ЩДС представляет собой аналитическое описание ее геометрических, кинематических, кинетоста-тических и технических характеристик с учетом физико-механических свойств дробимого материала, сил тяжести, а также сил и моментов инерции, действующих на подвижные звенья, с использованием алгебраических и Рис !. Кинематическая схема ЩДС трансцендентных уравнений, составленных на основании методов тригонометрии и теории механизмов и машин применительно к расчетной схеме, представленной на рис. 1.

Основными параметрами кинематической схемы ЩДС являются: К\=1\!В - параметр эксцентриситета эксцентрикового вала; Кг=УВ -параметр длины подвижной щеки; Ку=УВ - параметр длины распорной плиты; К/гЬ/В - параметр толщины подвижной щеки; КИ-Н1В - высота рабочей камеры; у - угол наклона распорной плиты, град; ¥ - угол на-

клона рабочей поверхности подвижной щеки, град; 5 - угол захвата, град; п - частота вращения эксцентрикового вала, об/мин. Параметры у, 8 и В меняют свои значения за цикл работы механизма и поэтому должны определяться в момент времени, когда механизм находится в нижнем мертвом положении (т.е. когда кривошип О,А и основание АВ подвижной щеки вытянуты в одну линию).

Траектории точек рабочей поверхности подвижной щеки определяются местоположениями соответствующих точек в каждом расчетном положении механизма и рассматриваются в системе координат хОу ось Оу которой параллельна неподвижной щеке. Тогда в у'-том положении механизма координаты исследуемой точки, принадлежащей рабочей поверхности подвижной щеки (рис. 1 ),мм:

х; = О, А ■ соз(180° - ф^ )+ АО ■ СОБ^80° - ср^ )+ / • СОБ^ 80° - ср£с ) У-0,А ■$ю(180° -ф^)+ АВ ■ вш (180° -<р;\в)+1 ■ вт(180° -ф^), ^

где:

0\А и АВ - длины ребер звеньев кинематической схемы ЩДС, мм; /-координата исследуемой точки рабочей поверхности подвижной щеки (координаты верхней точки могут быть получены при 1=0, центральной точки - при 1=ВС/2, а нижней точки - при 1=ВС/2, мм; Фом, ф/Ю, фос 1, Ь, К, ^н, г, V, 5) - угловые координаты соответствующих ребер звеньев механизма в /ом положении, град.

Угон наклона траектории точки рабочей поверхности подвижной щеки определяется из выражения (рис. 2), град:

(¡>Т = 180° - агссоз(Лх//г ), (2)

где:

1Т - у Ах1 + Ду2 , мм;

Лх-х^-х1'' ,мм; Ау=/2-/',лш;

(дг*1,у/") и >А2) - координаты исследуемой точки в нижнем и верхнем мертвых положениях механизма, мм.

Рис. 2. Расчетная схема для определения угла наклона траектории точки подвижной щеки

Угол отклонения траектории от неподвижной щеки, град:

Дф=9г-фяг> (3)

где: - угол наклона неподвижной щеки, град.

Размеры входного и выходного отверстий определяются как максимальные расстояния между точками рабочих поверхностей подвижной и неподвижной щек в верхней и нижней частях рабочей камеры соответственно (рис. 3), мм:

В=хР-х™, (4)

Ь=хЕ-х™. (5)

Ход сжатия подвижной щеки в верхней и нижней частях рабочей камеры оценивается проекциями траекторий ее точек на ось 0,х, перпендикулярную неподвижной щеке (рис. 3), мм:

гг_ тах_„т'т

О — Лд ,

Средний ход сжатия подвижной щеки, м:

2- (6)

Путь трения подвижной щеки в верхней и нижней частях рабочей камеры оценивается проекциями траекторий ее точек на ось 0$>, параллельную неподвижной щеке (рис. 3), мм:

/=уГ-уГ-

Средний путь трения подвижной щеки, м:

(7)

Конструктивная степень дробления:

¡=В/Ь. (8)

10

Рис. 3. Расчетная схема для определения параметров траектории точки подвижной щеки

Производительность определяется на основании полуэмпирической формулы Б.В. Клушанцева, которая с учетом выражений (4), (5), (6) и (8) принимает вид, т/ч:

( min min \ /max , max min min I

. ~*z> +X0 -xc xD ) (9)

И c x^igS

где: Ь - длина рабочей камеры, л<; ц - коэффициент разрыхления материала; у„ - плотность исходного материала, т/м3.

Потребляемая мощность электродвигателя определяется на основании полуэмпирической формулы, предложенной ВНИИСтрой-дормашем, которая с учетом выражений (4), (5) и (8) примет вид, кВт:

/г-1™" / у1™" —1

" ум-VIООО.Вс.

ще: Е, - энергетический показатель дробления материала, кВт ч/т\ км -коэффициент учитывающий масштабный фактор; у - плотность исходного материала, т/м; Д8 - средневзвешенный размер исходного материала, м; ун - насыпная плотность материала, т/м .

Удельная энергоемкость дробления, кВт ч/пг.

Параметры погружения кинематических пар (рис. 4):

где:

Я, - величина реакции, возникающей в /-ой кинематической паре, Н\ ^ - усилие дробления, Я.

Математическую модель 1ДЦС можно представить в виде функциональной схемы влияния геометрических параметров кинематической схемы на технические показатели работы, представленной на рис. 5.

Рис. 4. Реакции в кинематических парах механизма ЩДС

с >

•X 2- ы

о и|

У 5 и

ш X г сю

ьц К]

23

<1 г о. ш < X со а

ы и

X л. Б к и

§ и

ПОКАЗАТЕЛИ СИЛОВОЙ

ЗАГРУЖЕННОСТИ КИНЕМАТИЧЕСКИ* ПАР

ЭСЗСЭ0

Рис. 5. Функциональная схема влияния геометрических параметров кинематической схемы на технические показатели работы ЩДС

Из рис. 5 ввдно, что технологические показатели и показатели интенсивности истирания определяются на основании кинематического моделирования параметрами траекторий точек рабочей поверхности подвижной щеки, а показатели силовой загруженности кинематических пар определяются на основании кинетостатического моделирования.

Исходные данные для моделирования приняты в соответствии со щековой дробилкой модели 187 ДР с размерами приемного отверстия 100x200 мм. В качестве дробимого материала выбран серый гранит.

Оценка степени влияния параметров кинематической схемы на показатели ее работы ЩДС осуществлялась методом расчета весовых коэффициентов влияющих факторов. В общем виде весовые коэффициенты могут быть определены из выражения:

П =

АУ'

где: Ду^у™" - У"1 - диапазон значений рассматриваемого показателя, определенный результатами изменения исследуемого параметра;

ЛУ=тах[ушах] - т1п|упах] - диапазон возможных значений рассматриваемого показателя, определенный результатами изменения всех исследуемых параметров; у™* и У" - максимальное и минимальное значения рассматриваемого показателя, определенные результатами изменений исследуемого параметра.

Оценка значимости влияния геометрических параметров кинематической схемы на показатели работы ЩДС определяется сравнением значений их весовых коэффициентов с уровнем значимости, устанавливаемым в отдельности для каждого рассматриваемого показателя. Уровень значимости характеризует минимальное изменение показателя работы ЩЦС, которое можно считать существенным и принимать во внимание, и может быть определен из выражения:

где г - значимость рассматриваемого показателя (задается в единицах измерения, которыми он исчисляется, и назначается исходя из опыта эксплуатации или задач проектировании.

Значения весовых коэффициентов исследуемых параметров кинематической схемы ЩДС приведены в таблице 1.

Таблица 1

Весовые коэффициенты геометрических параметров кинематической схемы ЩДС

К к Х3 к хн Г Ч> 8 п

Д (р 0,06 0,16 0,03 0,03 0,18 1,00 0,19 0,12 0,37

1,00 0,03 0,00 0,06 0,00 0,03 0,04 0,02 0,57

я 0,28 0,21 0,01 0,09 0,28 0,89 0,15 0,04 0,57

1,00 0,11 0,01 0,09 0,13 0,40 0,04 0,02 0,30

г* 1,00 0,08 0,01 0,06 0,03 0уИ5 0,07 0,02 0,30

I 1,00 0,05 0,01 0,09 0,47 0,21 0,01 0,28 0,54

1,00 0,07 0,01 0,08 0,06 ом 0,02 0,12 0,26

N 1,00 0,11 0,01 0,09 0,12 0,40 0,04 0,17 0,45

Я 1,00 0,05 0,01 0,09 0,17 0,22 0,00 0,08 0,44

0,01 0,73 0,00 0,04 0,00 0,80 0,49 0,00 0,23

Тг 0,01 0,44 0,00 0,02 0,00 1,00 0,80 0,00 0,30

Тг 0,00 1,00 0,00 0,04 0,00 0,62 0,23 0,00 0,21

В таблице 1 наклонным жирным шрифтом выделены значения превышающие уровень значимости П, установленный для рассматриваемых показателей работы. Из таблицы видно, что параметры Х2 и у оказывают наибольшее влияние на показатели работы ЩЦС, в то время как параметры Ад и Я/, не оказывают практически никакого влияния.

В соответствии с основными недостатками кинематической схемы ЩЦС, сформулированы следующие задачи модернизации:

- уменьшение интенсивности процессов истирания (обеспечивается выполнением двух условий: 1) увеличением отклонения траектории точки подвижной щеки от неподвижной щеки |Аф|—>90°; 2) уменьшением пути трения подвижной щеки +/пш);

- увеличение скорости разгрузки материала из рабочей камеры (обеспечивается выполнением двух условий: 1) повышением производительности 0~*тах\ 2) направлением траекторий точек рабочей поверхности подвижной щеки в сторону разгрузки рабочей камеры Дср<0°).

- уменьшение нагрузки на эксцентриковый вал (обеспечивается выполнением условия Т\-+тт).

В соответствии с прямым назначением ЩЦС, заключающемся в сокращении размеров кусков перерабатываемого материала, обязательным условием модернизации является:

- обеспечение хода сжатия, достаточного для эффективного дробления материала (в соответствии с исследованиями В.А. Баумана и Б.В. Клушанцева ход сжатия в верхней и нижней частях рабочей камеры должен соответствовать диапазонам И=(0,03^0,06)-Д и [х]=(0,22-Ю,4)-6).

Для решения поставленных задач в качестве влияющего параметра был выбран угол наклона распорной плиты у. Это единственный параметр, определяющий практически все условия поставленных задач.

В качестве основы для кинематического и кинетостатического моделирования, а также для определения технических показателей работы выбрана ЩЦС модели 187 ДР с размерами входного отверстия 100x200 мм. В качестве дробимого материала выбран серый гранит. Основные результаты увеличения параметра у:

- угол Дф уменьшается (рис. 6, а), изменяясь от +15,3° до -70°, и равняясь 0° при у=60°;

- ход сжатия £ при у=60° минимален (рис. 6, б) и соответствует рекомендуемому интервалу значений при у=40-И6° и 7=75+96°;

- средний путь трения уменьшается в 2,4 раза (рис. 6, в);

- производительность Q минимальна при у=60° (рис. 6, в), и с отклонением от этого значения в меньшую сторону возрастает на 40%, а в большую-на 140%;

- параметр нагружения эксцентрикового вала т\ минимален при у=85° (рис. 6, г).

а)

ю о

г -го

1 -30

-50 -60 -70

ч —1 ^

1

V—

40

в) 15 • 1.0

12- 0,8 -

о

3 9 • а 0,6 •

3 а 1

о и. 6 • * 0,4 -С*

3 ■ 0,2 -

0 - 0,0 -

60 80 100 у/, град

120

-X,

]рср

—

- -

НпЬ

40

40

60 80 100 у, град

60 80 100 120 У, град

Рис. 6 Влияние угла наклона распорной плиты у на:

120

а - угол наклона Дф траектории нижней тонки рабочей поверхности подвижной щеки; 6 - ход сжатия .у в нижней части рабочей камеры; в - средний путь трения /"ср и производительность (¿\г- параметр нагружения эксцентрикового вала Г,

Рациональные значения параметра у должны определяться главным образом углом наклона траектории нижней точки рабочей поверхности подвижной щеки и соответствием хода сжатия в нижней части рабочей камеры рекомендуемому для эффективного дробления интервалу значений. Учитывая отмеченные выше обстоятельства можно рекомендовать в качестве рационального диапазон значений у=75^-96°.

2. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что производительность щековой дробилки со сложным движением щеки минимальна при угле наклона распорной плиты у=60° и с отклонением от этого значения на 20° в меньшую сторону возрастает на 40%, а с отклонением на 60° в большую сторону возрастает на 140%.

Для оценки влияния угла наклона распорной плиты на производительность 1ДДС, был спроектирован и изготовлен экспериментальный стенд, представляющий собой модель ЩДС и предусматривающий возможность изменения с фиксированным шагом и в заданном диапазоне угла наклона распорной плиты у, а также возможность наблюдения за процессом прохождения материала через рабочую камеру.

Конструкция стевда (рис. 7) состоит из установленной на фундаменте опорной стенки 9, на которой закреплена неподвижная щека 11, кронштейн распорной плиты 6, держатели смотрового стекла 12 и смотровое стекло 13. На фундаменте также установлен асинхронный электродвигатель 3 модели 4А80В2УЗ, на оси которого консольно закреплен эксцентриковый узел 4 подвижной щеки 5. В нижней части подвижная щека шарнирно соединена с распорной плитой 7, которая в свою очередь имеет шарнирное соединение с кронштейном распорной плиты. Пространство образованное подвижной и неподвижной

Рис. 7. Схема экспериментального стенда:

1 - шиберный затвор; 2 - питающий бункер; 3 - асинхронный электродвигатель; 4 - эксцентриковый узел подвижной щеки; 5 - подвижная щека; б -кронштейн распорной плиты; 7 - распорная плита; 8 - опорная стенка; 9 -приемный бункер; 10- фиксирующие болты неподвижной щеки; 11 - неподвижная щека; 12 - держатели смотрового стекла; 13 - смотровое стекло

щеками между опорной стенкой и смотровым стеклом - является рабочей камерой модели. На входе в рабочую камеру установлен питающий бункер 2, а на выходе - приемный бункер 8. Регулирование размера выходного отверстия осуществляется перемещением фиксирующих болтов 10 неподвижной щеки вдоль горизонтальных пазов опорной стенки. Угол наклона распорной плиты изменялся в диапазоне 40+120° с шагом 20°. Частота вращения эксцентрикового вала задавалась при помощи преобразователя частоты АШуаг АТУ ЗШШОЖ.

Параметры кинематической схемы экспериментального стенда приняты в соответствии с параметрами модели дробилки 187 ДР.

В качестве материала, пропускаемого через рабочую камеру, выбран керамзит фракции 5+10 мм, насыпной плотностью ун=0,48 т/м3 и общим объемом К=0,001 м3.

Измерение скорости разгрузки рабочей камеры осуществлялось путем видеосъемки процесса прохождения через нее без дробления заданного объема материала. Далее, путем покадрового анализа отснятого видеоряда фиксировался момент /] начала поступления материала в рабочую камеру и момент /2 полной ее разгрузки.

Скорость разгрузки определялась выражением, т/час:

бэш

360-Г-у„

(Ю)

ще:

0,55 0,50 0,45

0,35

0,30

0,20

г Отеор

\ О эксп[„

1 \ / > г У'

(X. 1 (

-1 --

40

60

100

v - объем загружаемого материала, л/; у„ - насыпная плотность загружаемого материала, т/м3-, /[ и /2 - моменты начала поступления материала в рабочую камеру и полной ее разгрузки, с.

Сравнение значений теоретической производительности, полученные в результате математического моделирования по формуле (9), и значений скорости разгрузки рабочей камеры, полученные в результате стендовых испытаний по формуле (10), представлены на рис. 8.

80 у, град

120

Рис. 8. Зависимость теоретической производительности 0теор и экспериментально установленной скорости разгрузки (?зксп рабочей камеры ЩДС от угла у наклона распорной плиты

Анализируя рис. 8 можно сделать следующие выводы:

- результаты математического моделирования и стендовых испытаний имеют хорошую сходимость (отклонения находятся в пределах 15%), что подтверждает полученную зависимость производительности ЩДС от угла наклона распорной плиты;

- оба графика имеют явно выраженный минимум при 7=60°;

- с отклонением от значения у=60° на 20° в меньшую сторону производительность дробилки возрастает на 40%, а с отклонением на 60° в большую сторону - возрастает на 140%.

Минимум производительности ЩДС при у=60° обеспечивается совокупностью двух факторов: 1) движением точек, рабочей поверхности подвижной щеки, вдоль неподвижной щеки вверх, что препятствует истечению материала из рабочей камеры; 2) минимальным значением хода сжатия подвижной щеки (рис. 5,6).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой на основе выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований содержится решение актуальной задачи повышения эффективности работы ще-ковой дробилки со сложным движением щеки путем выбора рациональных значений геометрических параметров ее кинематической схемы.

Проведенные исследования позволяют сформулировать следующие основные научные результаты и выводы:

- установлено, что значения угла наклона распорной плиты современных ЩДС находятся в интервале у=40-Н>0°, что не является рациональным с точки зрения производительности, силовой загруженности кинематических пар рабочего механизма и процессов истирания, возникающих в рабочей камере;

- установлены и исследованы функциональные зависимости между геометрическими параметрами кинематической схемы (эксцентриситетом эксцентрикового вала, длиной основания подвижной щеки, длиной распорной плиты, толщиной подвижной щеки, высотой рабочей камеры, углом наклона распорной плиты, углом наклона рабочей поверхности подвижной щеки, а также углом захвата) и техническими показателями работы ЩДС (углом отклонения траектории

нижней точки рабочей поверхности подвижной щеки от рабочей поверхности неподвижной щеки, ходом сжатия и путем трения подвижной щеки в верхней и нижней частях рабочей камеры, степенью дробления, производительностью, потребляемой мощностью, удельной энергоемкостью процесса дробления, а также параметрами силовой загруженности кинематических пар);

- разработана математическая модель, описывающая геометрические, кинематические и кинетостатические характеристики рабочего механизма ЩДС, с учетом физико-механических свойств дробимого материала, сил тяжести, а также сил и моментов инерции, действующих на подвижные звенья, и позволяющая на стадии проектирования определять основные технические показатели работы данного вида машин;

- предложена методика комплексной оценки влияния геометрических параметров кинематической схемы на технические показатели работы ЩДС, основанная на методе расчета весовых коэффициентов влияющих факторов и задания уровней значимости технических показателей;

- предложена методика выбора рациональных значений геометрических параметров кинематической схемы на основании критериев, связанных с основными техническими показателями работы ЩДС;

- установлено, что основное влияние на технические показатели работы ЩДС оказывают: эксцентриситет эксцентрикового вала, угол наклона распорной плиты и длина основания подвижной щеки;

- установлено, что на технические показатели работы ЩДС не оказывают влияния: толщина подвижной щеки и длина распорной плиты;

- даны рекомендации по выбору рациональных значений геометрических параметров кинематической схемы ЩДС;

- теоретически обосновано и экспериментально доказано, что производительность щековой дробилки со сложным движением щеки минимальна при угле наклона распорной плиты у=60° и с отклонением от этого значения на 20° в меньшую сторону возрастает на 40%, а с отклонением на 60° в большую сторону возрастает на 140%;

- теоретически установлено, что реакции, возникающие в кинематических парах рабочего механизма 1ДЦС, минимальны при угле наклона распорной плиты у=85°;

- обоснован диапазон рациональных значений угла наклона распорной плиты у=75+96°, обеспечивающий увеличение скорости разгрузки дробимого материала, уменьшение интенсивности процессов истирания, возникающих в рабочей камере и уменьшение нагрузки на эксцентриковый вал, при достаточном для эффективного дробления ходе сжатия подвижной щеки.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Голиков, Н.С. Влияние положения распорной плиты на износ фу-теровочных плит щековой дробилки со сложным движением подвижной щеки / Н.С. Голиков // Записки горного института. - т. 159, ч.1, СПб, 2005. С. 129-131.

2. Голиков, Н.С. Результаты аналитических исследований дробилок со сложным движением щеки / Н.С. Голиков, И.П. Тимофеев // Записки горного института. - т. 178, СПб, 2008, С. 40-42.

3. Golikov N. Analysis of the operational mode parameters of the single toggle jaw crusher / Golikov N. // Materialy XLVII Sesji Pionu Gorniczego, Krakow, 2006, P. 180.

4. Golikov N. Analysis of the single toggle jaw crusher operation mode parameters / Golikov N. // Freiberger forschungshefte. Innovations in Geoscience, Geoengineering and Metallurgy, Freiberg, 2008, P. 161-163.

1'ИЦСПГГИ. 19.01.2010. 3.21. T. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

ВВЕДЕНИЕ.:.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЩЕКОВЫХ ДРОБИЛОК СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

1.1 ОБЩЕ СВЕДЕНИЯ О ЩЕКОВЫХ ДРОБИЛКАХ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

1.1.1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЩЕКОВЫХ ДРОБИЛОК СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

1.1.2 КОНСТРУКЦИЯ ЩЕКОВЫХ ДРОБИЛОК СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

1.1.3 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЩЕКОВЫХ ДРОБИЛОК СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

1.1.4 КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЩЕКОВЫХ ДРОБИЛОК СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

1.1.5 ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ЩЕКОВЫХ ДРОБИЛОК СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

1.2 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЖИ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

1.2.1 ХОД СЖАТИЯ ПОДВИЖНОЙ ЩЕКИ.

1.2.2 СТЕПЕНЬ ДРОБЛЕНИЯ.

1.2.3 ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ.

1.2.4 ПОТРЕБЛЯЕМАЯ МОЩНОСТЬ.

1.3 ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

1.3.1 ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЖИ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

1.3.2 АНАЛИЗ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ СОВРЕМЕННЫХ ЩЕКОВЫХ ДРОБИЛОК СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

1.3.3 ПРЕДПОСЫЛКИ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

1.4 ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

2.1 ОПИСАНИЕ ГЕОМЕТРИИ МЕХАНИЗМА ЩЕКОВОЙ ДРОБИЖИ СО

СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

2.2 ОПИСАНИЕ КИНЕМАТИКИ МЕХАНИЗМА ЩЕКОВОЙ ДРОБИЖИ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

2.2.1 ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КИНЕМАТИКИ.

2.2.2 ЗАДАНИЕ СИСТЕМ КООРДИНАТ.

2.2.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛОВ НАКЛОНА ЗВЕНЬЕВ И ИХ РЕБЕР В МЕРТВЫХ ПОЛОЖЕНИЯХ МЕХАНИЗМА.

2.2.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛОВ НАКЛОНА ЗВЕНЬЕВ И ИХ РЕБЕР В ФУНКЦИИ ОБОБЩЕННОЙ КООРДИНАТЫ МЕХАНИЗМА.

2.2.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КООРДИНАТ ОСНОВНЫХ ТОЧЕК МЕХАНИЗМА

2.2.6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ ЗВЕНЬЕВ.

2.2.7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛОВЫХ УСКОРЕНИЙ ЗВЕНЬЕВ.

2.2.8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ ОСНОВНЫХ ТОЧЕК МЕХАНИЗМА

2.2.9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЙ ОСНОВНЫХ ТОЧЕК МЕХАНИЗМА

2.3. ОПИСАНИЕ КИНЕТОСТАТИКИ МЕХАНИЗМА ЩЕКОВОЙ ДРОБИЖИ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

2.3.1 ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КИНЕТОСТАТИКИ.

2.3.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЯ ДРОБЛЕНИЯ.

2.3.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ ТЯЖЕСТИ ЗВЕНЬЕВ.

2.3.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ ИНЕРЦИИ ЗВЕНЬЕВ.

2.3.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ ЗВЕНЬЕВ.

2.3.6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА УСИЛИЯ ДРОБЛЕНИЯ.

2.3.7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ СИЛ ИНЕРЦИИ ЗВЕНЬЕВ.

2.3.8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ СИЛ ТЯЖЕСТИ ЗВЕНЬЕВ.

2.3.9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕАКЦИЙ В КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАХ.

2.4 ПРОВЕРКА ПРАВИЛЬНОСТИ ПРОИЗВЕДЕННЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ.

2.5 ОПИСАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДРОБИЛКИ.

2.6 ОПИСАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ.

2.7 ВЫВСЩЫ.

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ НА ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

3.1 УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ.

3.2 ВЕСОВЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

3.3 ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ НА ТРАЕКТОРИИ ТОЧЕК РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОДВИЖНОЙ ЩЕКИ.

3.4 ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ НА ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

3.4.1 ЭКСЦЕНТРИСИТЕТ ЭКСЦЕНТРИКОВОГО ВАЛА.

3.4.2. ДЛИНА ОСНОВАНИЯ ПОДВИЖНОЙ ЩЕКИ.

3.4.3 ДЛИНА РАСПОРНОЙ ПЛИТЫ.

3.4.4 ТОЛЩИНА ПОДВИЖНОЙ ЩЕКИ.

3.4.5 ВЫСОТА РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ.

3.4.6 УГОЛ НАКЛОНА РАСПОРНОЙ ПЛИТЫ.

3.4.7 УГОЛ НАКЛОНА РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОДВИЖНОЙ ЩЕКИ

3.4.8 УГОЛ ЗАХВАТА.

3.5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УГЛА НАКЛОНА РАСПОРНОЙ ПЛИТЫ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

3.6 ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. МОДЕРНИЗАЦИЯ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

4.1 КРИТЕРИИ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

4.2 МЕТОДИКА ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

4.3 МОДЕРНИЗАЦИЯ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЩЕКОВОЙ ДРОБЖИ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЩЕКИ.

4.3.1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ МОДЕРНИЗАЦИИ.

4.3.2 РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ МОДЕРНИЗАЦИИ.

4.4 ВЫВОДЫ.

В настоящее время в России приоритетным направлением является развитие минерально-сырьевого комплекса. И здесь повышение эффективности дезинтеграции руд и других твердых материалов является одной из основных задач.

Ежегодно в мире дроблению подвергается более 3 млрд. т. минерального сырья и других материалов. При этом следует отметить, что процесс дробления характеризуется значительными капитальными и эксплуатационными затратами, доля которых достигает 50-^70% от общих расходов на производство, а также высокой энергоемкостью, составляющей от 7 до 20 кВт-ч/т, и большим расходом легированных сталей.

Щековые дробилки со сложным движением щеки (ЩДС) применяются во многих отраслях промышленности для крупного, среднего и мелкого дробления различных по прочности и хрупкости материалов. Дроблению в них подвергаются: железные руды и руды цветных металлов, уголь, известняки и доломиты, строительные горные породы и т.д.

Однако ЩДС имеют ряд недостатков, основными из которых являются: большая вертикальная составляющая хода подвижной щеки, приводящая к повышенному износу футеровки и переизмельчению дробимого материала, повышенные нагрузки на эксцентриковый вал, ограничивающие изготовление дробилок больших типоразмеров, а также направления траекторий нижних точек подвижной щеки, препятствующие разгрузке материала из рабочей камеры.

Исследования, проведенные во ВНИИСтройдормаше, указывают на то, что устранение отмеченных недостатков связано в основном с выбором рациональной кинематики механизма дробилки.

Изучению кинематики и режима работы ЩДС посвящены исследования Л.Б. Левенсона, В.А. Баумана, Б.В. Клушанцева, А.Г. Алехина, Л.И. Логака, A.A. Дудко, Д.И. Беренова, И.П. Иванова, A.B. Потемкина и др. авторов. Путем теоретических и экспериментальных исследований ими были установлены функциональные взаимосвязи между основными конструктивными и режимными параметрами и основными технологическими показателями работы ЩДС, а также определены рациональные значения основных конструктивных и режимных параметров данного вида машин.

Тем не менее, влияние геометрических параметров кинематической схемы на технические показатели работы ЩДС является недостаточно изученным. Также в настоящее время не существует методики, позволяющей на стадии проектирования производить комплексную оценку такого влияния.

Отмеченные выше обстоятельства подтверждают необходимость исследования взаимосвязи между геометрическими параметрами кинематической схемы и показателями работы ЩДС, а также обоснования их рациональных значений, обеспечивающих повышение эффективности работы данного вида машин.

Работа базируется на исследованиях: к.т.н. Б.В. Клушанцева, В.А. Баумана, Д.И. Беренова, В.И. Логака, В.А. Зиновьева и др.

Цель работы. Повышение эффективности работы ЩДС применением рациональных значений геометрических параметров ее кинематической схемы, обеспечивающих увеличение скорости разгрузки материала из рабочей камеры, уменьшение вертикальной составляющей хода подвижной щеки и снижение нагрузки на эксцентриковый вал.

Идея работы. Обоснование рациональных значений геометрических параметров кинематической схемы ЩДС следует осуществлять на основании комплексной методики оценки функциональных связей этих параметров с техническими показателями работы дробилки. Задачи исследований:

- анализ методик проектирования современных ЩДС, а также методик расчета основных технических показателей работы данного вида машин;

- анализ значений геометрических параметров кинематической схемы современных ЩДС;

- установление функциональных взаимосвязей между геометрическими параметрами кинематической схемы и техническими показателями работы ЩДС; г 8

- разработка методики, позволяющей комплексно оценивать влияние геометрических параметров кинематической схемы на технические показатели работы ЩДС;

- экспериментальное исследование влияния угла наклона распорной плиты на скорость разгрузки материала из рабочей камеры ЩДС;

- обоснование и выбор рациональных значений геометрических параметров кинематической схемы ЩДС.

Защищаемые научные положения:

1. Математическая модель щековой дробилки со сложным движением щеки учитывает кинематические и кинетостатические параметры рабочего механизма, а также физико-механические свойства дробимого материала и позволяет находить рациональные значения параметров кинематической схемы, обеспечивающие увеличение скорости разгрузки материала из рабочей камеры, уменьшение вертикальной составляющей хода подвижной щеки и уменьшение нагрузки на эксцентриковый вал, а также оценивать технические показатели работы дробилки.

2. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что производительность щековой дробилки со сложным движением щеки минимальна при угле наклона распорной плиты у = 60° и с отклонением от этого значения на 20° в меньшую сторону возрастает на 40%, а с отклонением на 60° в большую сторону возрастает на 140%.

Методы исследований. В работе использован комплексный метод, включающий: научный анализ и обобщение опыта проектирования и эксплуатации ЩДС; математическое моделирование с использованием методов составления уравнений замкнутости векторных контуров и уравнений равновесия сил, действующих на звенья механизма; статистический метод расчета весовых коэффициентов влияющих факторов; экспериментальное исследование процесса разгрузки материала на стендовой модели с использованием цифровой видеосъемки; статистические методы обработки экспериментальных данных.

Научная новизна. Установлены функциональные зависимости между геометрическими параметрами кинематической схемы (эксцентриситетом эксцентрикового вала, длиной основания подвижной щеки, длиной распорной плиты, толщиной подвижной щеки, высотой рабочей камеры, углом наклона распорной плиты, углом наклона рабочей поверхности подвижной щеки и углом захвата) и техническими показателями работы ЩДС (ходом сжатия и путем трения подвижной щеки, степенью дробления, производительностью, потребляемой мощностью, удельной энергоемкостью процесса дробления и силовой загруженностью кинематических пар).

Обоснованность и достоверность научных результатов подтверждается лабораторными исследованиями на стенде и удовлетворительной сходимостью результатов компьютерного моделирования с данными эксперимента, а также применением современных средств измерений и использованием стандартных методик.

Практическая значимость работы:

- разработана конструкция экспериментального стенда, позволяющего оценивать влияние угла наклона распорной плиты на скорость разгрузки материала из рабочей камеры ЩДС;

- обоснованы рациональные значения геометрических параметров кинематической схемы ЩДС, обеспечивающие увеличение скорости разгрузки материала из рабочей камеры, уменьшение интенсивности процессов истирания, возникающих в рабочей камере и уменьшение нагрузки на эксцентриковый вал;

- предложена методика комплексной оценки влияния геометрических параметров кинематической схемы ЩДС на технические показатели ее работы, основанная на методе расчета весовых коэффициентов влияющих факторов;

- предложена методика выбора рациональных значений геометрических параметров кинематической схемы ЩДС. ю

Реализация результатов работы:

- материалы диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов, бакалавров и магистров по специальности 150402 "Горные машины и оборудование", а также 150400 "Технологические машины и оборудование".

Апробация работы:

Основные положения и результаты работы докладывались на:

- Ежегодной конференции молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2004, 2005);

- 56-ой и 57-ой студенческой научной конференции в Краковской горнометаллургической академии в Польше (Краков, 2005, 2006);

- Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса ВУЗов минерально-сырьевого комплекса России (Санкт-Петербург, 2006);

- Международном форуме молодых ученых «Проблемы рационального природопользования» (Санкт-Петербург, 2006);

- Ежегодной конференции молодых ученых во Фрайбергской горной академии в Германии (Фрайберг, 2008).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 4 печатных работы, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации.

Автор выражает благодарность своему научному руководителю проф. И.П. Тимофееву, доц. В.В. Денегину и другим сотрудникам кафедры "Конструирования горных машин и технологии машиностроения" СПГГИ (ТУ) за научное консультирование, помощь и поддержку в процессе выполнения работы. Также автор выражает отдельную благодарность В.П. Короткову и Б.П. Коновалову за помощь в проведении экспериментальных исследований.

137 4.4 ВЫВОДЫ

При выборе рациональных значений параметров кинематической схемы ще-ковой дробилки со сложным движением щеки были получены следующие результаты:

- предложены критерии выбора рациональных значений параметров кинематической схемы ЩДС;

- предложена методика выбора рациональных значений параметров кинематической схемы ЩДС;

- обоснован диапазон рациональных значений угла наклона распорной плиты у = 75 96°, обеспечивающий уменьшение интенсивности процессов истирания, возникающих в рабочей камере, увеличение скорости разгрузки дробимого материала, уменьшение нагрузки на эксцентриковый вал при достаточном для эффективного дробления ходе сжатия подвижной щеки;

- установлено, что у щековой дробилки со сложным движением щеки модели 187 ДР при значении угла наклона распорной плиты у = 96° производительность О, увеличивается на 37%, средний путь трения Гср уменьшается на 24%, параметр нагружения Т{ эксцентрикового вала уменьшается на 10% и траектория нижней точки рабочей поверхности подвижной щеки Дф отклоняется на 30° от неподвижной щеки в сторону разгрузки материала, при ходе сжатия 5 подвижной щеки в нижней части рабочей камеры достаточном для эффективного дробления материала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой на основе выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований содержится решение актуальной задачи повышения эффективности работы щековой дробилки со сложным движением щеки путем выбора рациональных значений геометрических параметров ее кинематической схемы.

Проведенные исследования позволяют сформулировать следующие основные научные результаты и выводы:

- установлено, что значения угла наклона распорной плиты современных ЩДС находятся в интервале у = 40 60°, что не является рациональным с точки зрения производительности, силовой загруженности кинематических пар рабочего механизма и процессов истирания, возникающих в рабочей камере;

- установлены и исследованы функциональные зависимости между геометрическими параметрами кинематической схемы (эксцентриситетом эксцентрикового вала А^, длиной основания подвижной щеки

Х2, длиной распорной плиты Х3, толщиной подвижной щеки Хь, высотой рабочей камеры Хн, углом наклона распорной плиты у, углом наклона рабочей поверхности подвижной щеки \\1, а также углом захвата 5) и техническими показателями работы ЩДС (углом отклонения Дф траектории нижней точки рабочей поверхности подвижной щеки от рабочей поверхности неподвижной щеки, ходами сжатия Я и ^, а таюке путями трения ^ и / подвижной щеки в верхней и нижней частях рабочей камеры, степенью дробления г, производительностью потребляемой мощностью Ы, удельной энергоемкостью процесса дробления q, параметрами силовой загруженности Т{, Т2, Тъ и Г4 кинематических пар);

- разработана математическая модель, описывающая геометрические, кинематические и кинетостатические характеристики рабочего механизма ЩДС, с учетом физико-механических свойств дробимого материала, сил тяжести, а также сил и моментов инерции, действующих на подвижные звенья, и позволяющая на стадии проектирования определять основные технические показатели работы данного вида машин;

- предложена методика комплексной оценки геометрических параметров кинематической схемы ЩДС, а также методика выбора их рациональных значений на основании разработанных критериев, связанных с основными техническими показателями работы данного вида машин;

- установлено, что основное влияние на технические показатели работы ЩДС оказывают: эксцентриситет эксцентрикового вала А,,, угол наклона распорной плиты у и длина основания подвижной щеки Х2;

- установлено, что на технические показатели работы ЩДС не оказывают влияния: толщина подвижной щеки Хк и длина распорной плиты Х3;

- даны рекомендации по выбору рациональных значений геометрических параметров кинематической схемы ЩДС;

- теоретически обосновано и экспериментально доказано, что производительность ЩДС минимальна при угле наклона распорной плиты у = 60° и с отклонением от этого значения на 20° в меньшую сторону возрастает на 40%, а с отклонением на 60° в большую сторону возрастает на 140%;

- теоретически установлено, что реакции, возникающие в кинематических парах рабочего механизма ЩДС, минимальны при угле наклона распорной плиты у = 85° и с отклонением от этого значения, как в меньшую, так и в большую стороны увеличиваются;

- обоснован диапазон рациональных значений угла наклона распорной плиты у = 75 4- 96°, обеспечивающий увеличение скорости разгрузки дробимого материала, уменьшение интенсивности процессов истирания, возникающих в рабочей камере и уменьшение нагрузки на эксцентриковый вал при достаточном для эффективного дробления ходе сжатия подвижной щеки.

1. Алехин А.Г. Влияние кинематики щековых дробилок на срок службы и характер износа дробящих плит / А.Г. Алехин, И.Л. Водопьянов, Б.В. Клу-шанцев // Строительные и дорожные машины. - 1971. - №.10. - С. 19-20.

2. Алехин А.Г. Кинематика и динамика щековых дробилок: автореф. дис. . канд. техн. наук. М.: ВЗПИ, 1967. - 22 с.

3. Андреев С.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых / С.Е. Андреев, В.А. Перов, В.В. Зверевич; изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Недра, 1980.-450 с.

4. Анохин А.И. Дорожно-строительные машины. Т. 1 / А.И. Анохин. М.: Дориздат, 1949. - 696 с.

5. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов / И.И. Артоболевский; изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Наука, 1988. - 640 с.

6. Бауман В.А. Определение основных параметров щековых камнедробилок / В.А. Бауман // Строительные и дорожные машины. 1963. - №2. - С. 25-28.

7. Бауман В.А. Некоторые результаты исследования щековых дробилок / В.А. Бауман // Механизация строительства. 1954. - №7. - С. 14-17.

8. Беренов Д.И. Дробильное оборудование обогатительных фабрик / Д.И. Бе-ренов. М.: Металлургиздат, 1968. - 296 с.

9. Богатский А.И. Исследование факторов влияющих на износ дробящих плит щековых дробилок / А.И. Богатский // Труды ВНИИстройдормаша. Исследование дробильно-обогатительного оборудования. Т. 49: - М.: ВНИИСт-ройдормаш, 1970. - С. 77-91.

10. Богданов О.С. Справочник по обогащению руд: Подготовительные процессы. Т. 2 / О.С. Богданов, В.А. Олевский. М.: Недра, 1982. - 366 с.

11. Водопьянов И.Л. Определение критического числа оборотов вала щековых дробилок / ИЛ. Водопьянов // Оборудование для производства строительных материалов. 1968. -№2. - С. 17-19.

12. Водопьянов И.Л. Угол захвата в щековых дробилках / И.Л. Водопьянов // Труды ВНИИСтройдормаша. Исследование дробильно-обогатительного оборудования. Т. 49: - М.: ВНИИСтройдормаш, 1970. - С. 99-105.

13. ГОСТ 27412-93 Дробилки щековые. Общие технические условия. Введ. 1994-03-15. - Минск: Межгосуд. совет по стандартизации, метрологии и сертификации; М.: Изд-во стандартов, 2002. - 18 с.

14. Дамдинова Д.Р., Машины и оборудования для измельчения и сортировки строительных материалов / Д.Р. Дамдинова, В.Г. Дондуков. Улан-Удэ: ВСГТУ, 2004. - 54 с.

15. Денегин В.В. К вопросу о производительности щековой дробилки / В.В. Денегин // Горные машины для разработки полезных ископаемых. 1993. -№138. СПб: СПГГИ (ТУ). - С. 29-31.

16. Денегин В.В. Производство и конструирование обогатительных машин и установок: Методические указания по курсовому проектированию / В.В. Денегин. СПб: СПГГИ (ТУ), 2003. - 40 с.

17. Домбровский Н.Г. Строительные машины / Н.Г. Домбровский. М.: Строй-издат, 1948. - 520 с.

18. Донченко A.C. Справочник механика рудообогатительной фабрики / A.C. Донченко, В.А. Донченко; изд. 2-ое перераб. и доп. -М.: Недра, 1986. 542 с.

19. Донченко A.C. Эксплуатация и ремонт дробильного оборудования / A.C. Донченко, В.А. Донченко. -М.: Недра, 1972. 320 с.

20. Дробилки щековые среднего и крупного дробления. Расчет и конструиро-- вание / А.Б. Вогау и др.. М.: ВНИИСтройдормаш, 1970. - 72 с.

21. Дробильно-сортировочное оборудование. Каталог-справочник. Ч. 1. Дробилки / сост. А.И. Косарев, Д.С. Силенок, А.И. Загудаев, И.Л. Водопьянов, М.М. Харчевников, Ю.А. Музеймнек. -М.: Машмир, 1992.

22. Дробильно-сортировочное оборудование. Отраслевой каталог / сост. А.Д. Тараканов, М.М. Харчевников, Н.В. Урюжникова. М: ЦНИИТЭ-строймаш, 1989.

23. Дробильно-сортировочное оборудование и установки. Каталог справочник / сост. Б.В. Клушанцев, Л.П. Степанов. -М: ЦНИИТЭстроймаш, 1978.

24. Дудко A.A. Исследование режимов работы дробильных машин и создание дробилки гранулятора с целью получения качественного заполнителя для бетонов: автореф. дис. . канд. техн. наук. М: МИСИ, 1967 18 с.

25. Дудко A.A. Щековые дробилки грануляторы. Обзор зарубежного опыта / A.A. Дудко, Б.В. Клушанцев // Оборудование для производства строительных материалов. 1966. - №2. - С. 40-46.

26. Журавлев П.А. Механика щековой дробилки / П.А. Журавлев // Записки Горного института Т. 34, ч. 1. Л.: ЛГИ, 1957. - С. 73-79.

27. Зимин А.И. Производительность и оптимизация конструктивных параметров щековых дробилок / А.И. Зимин, A.B. Говоров, Ю.П. Канусин // Известия вузов: серия Горный журнал. 1988. - №5-6. - С. 80-85.

28. Зимин А.И. Производительность щековых дробилок с простым движением щеки / А.И. Зимин, A.B. Говоров, Ю.П. Канусин // Известия вузов: серия Горный журнал. 1988.-№5-6.-С. 109-113.

29. Зиновьев В.А. Векторный метод в структурном и кинематическом исследовании механизмов / В.А. Зиновьев // Известия вузов. 1958. - №6. - С. 3-9.

30. Зиновьев В.А. Курс теории механизмов и машин. / В.А. Зиновьев. М.: Наука, 1975 -204 с.

31. Иванов И.П. Теория механизмов и машин. Кинематика механизма дробилки со сложным движением щеки / И.П. Иванов. Л: ЛГИ, 1990. - 23 с.

32. Каталог дробильного оборудования / ГИПРОНЕМЕТРУД. Л: Гипроне-метруд. -1958; -1961; - 1963; - 1965; - 1969; - 1973.

33. Каталог дробильно-размольного оборудования. Л: Гипростекло, 1962.

34. Каталог оборудования фирмы Fritsch. 2003.

35. Клушанцев Б.В. Влияние траектории движения щеки на ход сжатия в щеко-вых дробилках / Б.В. Клушанцев, А.Г. Алехин, И.Л. Водопьянов // Строительные и дорожные машины. 1971. - №12. - С. 4-6.

36. Клушанцев Б.В. Дробилки: Конструкция. Расчет. Особенности эксплуатации / Б.В. Клушанцев, Ю.А. Косарев, Ю.А. Музеймнек. М.: Машиностроение, 1990. - 319 с.

37. Клушанцев Б.В. Исследование щековых дробилок с различной кинематикой с целью улучшения их технико-эксплуатационных показателей: авто-реф. дис. канд. техн. наук. М.: МИСИ, 1967. - 19 с.

38. Клушанцев Б.В. К анализу кинематики щековой дробилки со сложным движением щеки / Б.В. Клушанцев, Ю.В. Парненко // Труды ВНИИстройдор-маша. Т. 99: Исследование и разработка дробильно-обогатительного оборудования. М.: ВНИИСтройдормаш, 1984. С. 3-7.

39. Клушанцев Б.В. Расчет производительности щековых и конусных дробилок / Б.В. Клушанцев // Строительные и дорожные машины. 1977. - №6. - С. 13-15.

40. Клушанцев Б.В. Сравнительная оценка щековых дробилок со сложным и с простым движением подвижной щеки / Б.В. Клушанцев // Оборудование для производства строительных материалов. 1966. — №1. - С. 22-27.

41. Клушанцев Б.В. Щековые дробилки. Обзор / Б.В. Клушанцев. М.: ЦИН-ТИМАШ, 1962.-44 с.

42. Коробов В.Б. Сравнительный анализ методов определения весовых коэффициентов влияющих факторов / В.Б. Коробов // Социология. 2005. -№20.-С. 54-73.

43. Левенсон Л.Б. Дробление и грохочение полезных ископаемых / Л.Б. Левен-сон, Г.И. Прейгерзон. М.-Л.: Гостоптехиздат, 1940. - 772 с.

44. Левенсон Л.Б. Машины для обогащения полезных ископаемых их теория, расчет и проектирование / Л.Б. Левенсон. М.-Л.: Госмашметиздат, 1933. -803 с.

45. Левенсон Л.Б. Угол захвата в щековой дробилке и его определение / Л.Б. Левенсон // Механизация строительства. 1948.-№8.-С. 15-16.

46. Липов П.П. Щековые дробилки / П.П. Липов. М.: Металлургиздат, 1958. -114 с.

47. Логак Л.И. Дробилка с двумя подвижными щеками / Л.И. Логак // Строительные и дорожные машины. 1963. — №1. — С. 25-27.

48. Логак Л.И. Исследование экспериментальной щековой дробилки с двумя подвижными щеками / Л.И. Логак // Труды ВНИИСтройдормаша. Т. 32: Исследование дробильно-обогатительного оборудования. М.: ВНИИСтрой-дормаш, 1963.-С. 10-31.

49. Логак Л.И. Особенности расчета и выбора параметров дробилок с двумя подвижными щеками / Л.И. Логак // Труды ВНИИСтройдормаша. Т. 37: Исследование дробильно-обогатительного оборудования. М.: ВНИИСтрой-дормаш, 1966. - С. 66-79.

50. Моршинин В.М. Устройство и эксплуатация обогатительных машин: Учеб. для профтехучилищ / В.М. Моршинин. М.: Недра, 1989. - 336 с.

51. Музеймнек Ю.А. К расчету производительности крупных щековых и конусных дробилок / Ю.А. Музеймнек, А.И. Зимин, А.Ю. Музеймнек, И.А. Зимин // Известия вузов: серия Горный журнал. 2000. - №4. - С. 92-97.

52. Музеймнек Ю.А. О производительности щековых дробилок с простым движением щеки / Ю.А. Музеймнек // Известия вузов: серия Горный журнал. 1998. - №5-6. - С. 85-89.

53. Овчаренко Н.С. Щековая дробилка СМД-116 / Н.С. Овчаренко, Л.И. Логак // Строительные и дорожные машины. 1977. - №5-6. - С. 5-7.

54. Потемкин С.А. Совершенствование методов расчета и обоснование рациональных параметров щековых дробилок: автореф. дис. . канд. техн. наук. -М: МГУИЭ, 2000. 16 с.

55. Серго Е.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых: Учебник для вузов / Е.Е. Серго. М.: Недра, 1985. - 285 с.

56. Сидоренко А.К. О коэффициенте трения горных пород / А.К. Сидоренко // Горный журнал. 1937. -№11. - С. 33-35.

57. Тарасов И.П. К теории расчета угла захвата в щековых дробилках / И.П. Тарасов // Механизация строительства. 1948. - №8. - С. 12-15.

58. Товстолужский Н.И. Притрассовые камнедробильные базы / Н.И. Товсто-лужский. М.: Дориздат, 1952. - 250 с.

59. Чирков A.C. Расчет выхода продукта дробления при эксплуатации щековых и конусных дробилок / A.C. Чирков // Горный журнал. 1994. - №3. С. 3941.

60. Шагинов Д.Л. Строительные машины / Д.Л. Шагинов. М.: Госстройиздат, 1956.-412 с.

61. Штепа В.П. Исследование эффективности дробилок с различными законами движения щеки: автореф. дис. . канд. техн. наук. Харьков: ХИСИ, 1981.-24 с.

62. Щековые дробилки Retsch для первичного измельчения. Каталог оборудования. 2004.

63. Birbent, Mamilan. // Annales de l'institut Technique de Bâtiment et des Travaux Publics. 1954.-№82.

64. Joisel M.A. Le concassage et la fragmentation des roches / M.A. Joisel // Annales de l'institut Technique deBatiment et des Travaux Publics. 1950. -№122.

65. Joisel M.A. Le concassage et la fragmentation des roches / M.A. Joisel // Annales de l'institut Technique deBatiment et des Travaux Publics. 1948. - №26.

66. Siemens T. Ore dressing Principles and practice / T. Siemens. New York-London, 1924.

67. Wiard E.S. The theory and practice of ore dressing / E.S. Wiard. New York. -1915.