автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование рациональных параметров вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления

На правах рукописи

САБЛИН Роман Анатольевич

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИОННОЙ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ С НАКЛОННОЙ КАМЕРОЙ ДРОБЛЕНИЯ

Специальность 05.05.06 - Горные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003462935

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2009

003462935

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

Габов В.В.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Тарасов Ю.Д.,

кандидат физико-математических наук

Краснов А.А.

Ведущее предприятие - ОАО «НПК «Механобр-техника».

Защита диссертации состоится 16 марта 2009 г. в 14 ч 15 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 13 февраля 2009 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета доктор технических наук, профессор И.П.ТИМОФЕЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

По мере развития промышленности все большую актуальность приобретает проблема повышения эффективности дезинтеграции полезных ископаемых, которая в значительной мере связана с необходимостью совершенствования процессов разрушения материалов различного происхождения. Это вызывает, в свою очередь, необходимость совершенствования дробильных машин и изыскания принципиально новых конструктивных решений, повышающих их производительность и значительно интенсифицирующих процесс дезинтеграции материалов с получением продукта заданного качества.

Вибрационные щековые дробилки являются наиболее эффективными машинами на стадии крупного дробления твердых и сверхтвердых материалов. Многие организации ведут исследования по модернизации конструкции и совершенствованию методик расчета этих машин.

За последнее время значительно вырос интерес исследователей к вибрационным щековым дробилкам с наклонной камерой дробления.

Результаты экспериментальных исследований подтверждают увеличение производительности вибрационных щеко-вых дробилок (ВЩД) с наклонной камерой дробления по сравнению с дробилками с вертикальной камерой дробления. Однако не ясна причина данного явления, не известны область устойчивого режима работы таких дробилок и изменение технологических показателей с увеличением частоты движения щек.

Поиск теоретически и экспериментально обоснованных рациональных параметров, определяющих эффективный режим работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления, является актуальной научно-технической задачей, решение которой имеет большое практическое значение.

Целью работы является определение рациональных устойчивых режимов работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления в зависимости от частоты вращения дебалансов с учетом свойств динамической системы и влияния на процесс вибротранспортирования для обеспечения повышения эффективности работы.

Основные задачи исследования:

1. Анализ существующих конструкций и направлений развития вибрационных щековых дробилок.

2. Проведение теоретических исследований динамической системы вибрационной щековой дробилки и вибротранспортирования материала в наклонной камере дробления.

3. Разработка методики и проведение экспериментальных исследований для оценки производительности и степени дробления от частоты вращения дебалансов.

4. Обоснование и выбор рациональных параметров режима работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления.

Метод исследования

В работе используется комплексный метод исследований, включающий в себя теоретические исследования динамической системы и процесса вибротранспортирования, а также экспериментальные исследования, проводимые на промышленном полноразмерном образце дробилки с учетом многофакторности и случайности процесса.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Зона устойчивого режима работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления, которая на холостом ходу находится в межрезонансном диапазоне частот движения щек, а при работе под нагрузкой сужается и ограничивается со стороны высоких частот под воздействием негативного влияния кососимметричного резонанса, а со стороны низких частот - под влиянием неэффективного процесса транспортирования материала в камере дробления.

2. Производительность и степень дробления в устойчивом режиме работы вибрационной щековой дробилки с углом наклона камеры дробления 45° при дроблении материала типа гранит с увеличением частоты движения щек выражаются полиномами второй степени, при этом производительность растет, а степень дробления уменьшается.

Научная новизна диссертационной работы.

1. Обоснованы и экспериментально подтверждены границы устойчивого режима работы вибрационной щековой дробилки с углом наклона камеры дробления 45°.

2. Установлена механическая характеристика режима работы вибрационной щековой дробилки, представляющая собой зависимость производительности и степени дробления от регулируемого параметра - частоты вращения дебалансов.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается применением апробированных современных методов теории нелинейных колебаний, теорий синхронизации и вибротранспортирования, а также достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных на промышленной полноразмерной вибрационной щековой дробилке с углом наклона камеры 45°, при дроблении характерного для них продукта - гранита (расхождение результатов не превышает 12%, при доверительной вероятности 95%).

Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по выбору частотного режима работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления при достижении заданной производительности и крупности готового продукта и предложенной методике расчета производительности с учетом процесса вибротранспортирования.

Реализация результатов работы

Результаты работы приняты к использованию в ОАО «НПК «Механобр-техника» при проектировании новых конструкций вибрационных щековых дробилок с наклонной камерой

дробления для выбора частотных режимов с целью получения заданных технологических показателей.

Апробация работы

Основные положения диссертации и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на ежегодной научной конференции молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (СПГГИ (ТУ), 2006, 2007), г. Санкт-Петербург; международной конференции «Конгресс обогатителей стран СНГ» (МИСиС, 2007), г. Москва.

Личный вклад автора

1. Теоретически и экспериментально определена область устойчивого режима работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления.

2. Разработана методика определения расчетной производительности вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления.

3. Разработана методика и проведены экспериментальные исследования промышленной установки ВЩД 80x300 с изменением частоты вращения дебалансов при работе под завалом.

4. Определены математические модели зависимости производительности и степени дробления от частоты вращения дебалансов в устойчивом режиме работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 5 работ, из них один патент на полезную модель.

Объем и структура работы

Диссертационная работа содержит 100 страниц текста, 37 рисунков, 8 таблиц и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 60 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность генеральному директору - научному руководителю ОАО «НПК «Механобр-техника», д.т.н., проф. Л.А. Вайсбергу, главному конструктору к.т.н. В.Я. Туркину, д.т.н., проф. И.И. Блехману за постоянную

творческую помощь, научное консультирование и административную поддержку работы, а также всем специалистам ОАО «НПК «Механобр-техника».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и общая характеристика работы.

В первой главе проведен анализ устройства и технологии работы щековых дробилок, дана оценка их применения в промышленности. Рассмотрены перспективные направления исследования вибрационных щековых дробилок.

Во второй главе проведен анализ динамической схемы вибрационной щековой дробилки с нежестким креплением вибровозбудителей и процесса вибротранспортирования материала в камере дробления. Предложен комплексный метод расчета устойчивого режима работы вибрационной щековой дробилки, новый метод расчета и математическая модель зависимости теоретической производительности вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления от частоты вращения дебалансов.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований проведенных на промышленной полноразмерной вибрационной щековой дробилке с углом наклона камеры дробления 45° ВЩД 80x300.

В четвертой главе представлены области эффективного применения и направления дальнейших научных исследований вибрационных щековых дробилок.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1. Зона устойчивого режима работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления, которая на холостом ходу находится в межрезонансном диапазоне частот движения щек, а при работе под нагрузкой сужается и ограничивается со стороны высоких частот под воздействием негативного влияния кососимметричного резонанса, а со стороны низких частот - под влиянием неэффективного процесса транспортирования материала в камере дробления.

Необходимым условием эффективной работы вибрационной щековой дробилки является обеспечение синхронно-противофазного движения щек. В соответствии с теорией, разработанной проф. Р.Ф. Нагаевым, в качестве критерия обеспечения устойчивости синхронно-синфазного режима принимают безразмерный коэффициент:

X = 1+ у + 712+Ь2+ 2 Ь((Ют/3-чСоз/3)] -

М

д

2Х +Г2

мь2

со

■ I + Ъ/ЛЪШпаЗ'тР

0)

2 М

2/, 3

J

J " а!.

■А

М

где т - масса рамы, кг; /I - масса щеки, кг; М = т + 2/л - общая масса несущей рамы, кг; а - расстояние между торсионами, м; Ь - расстояние между осью вращения дебаланса и осью его подвески, м; с - расстояние от оси торсионов до центра масс рамы, м; с/ - расстояние между подвесками щеки и дебаланса, м; I - расстояние до центра масс щеки, м; г] - расстояние между общим центром масс и осью торсионов, м; а - угол на центр масс щеки, град.; р - угол на ось вращения дебалансов, град.;

г,XI - жесткости торсионов, Нм/рад; о - частота вращения деба-лансов, с"1; / - центральный момент инерции щеки, кг-м2. В выражении (1) приняты следующие обозначения:

J = I + m(т] + c)2 +2/ + 2/^/72 +а2 + 2/(а£ша-;/Со5а)] ;

У, = / + /л1{а5та-цСоьсс); А - _+ 2//1781п1а ;

0

А* = —г1-^—- + ——Сагаг, а? .1 М

где I - центральный момент инерции рамы, кг-м2.

Для устойчивого режима необходимо и достаточно, чтобы величина ^была положительна. Выражение (1) связывает общей зависимостью конструктивные, кинематические и динамические параметры виброщековой дробилки.

Второй показатель оценки устойчивости - стабильность //, учитывает влияние электродвигателя на устойчивость работы дробилки:

Л ^тах '

где \Утах - вибрационный момент; Ц - номинальный момент электродвигателя.

Одним из важных показателей эффективного режима работы дробилки является стабильность амплитуды движения щек, характеризующаяся величиной Р, равной отношению частот собственных колебаний щеки к вынужденным:

р=Уо+МГ

со

При таком комплексном подходе расчета устойчивого режима вибрационной щековой дробилки, кривые Р ограничивают диапазон допустимых частот вращения дебалансов (рис. 1).

Как видно из данного графика, устойчивый режим работы вибрационной щековой дробилки находится в широком

диапазоне частот движения щек (9-29 Гц) между симметричным и кососимметричным резонансами.

Необходимо отметить, что данный метод не учитывает влияния на динамическую систему и процесс в целом прочности дробимого материала и его селективного разрушения, а также вибротранспортирования и разделения по крупности ма-

схемы ВЩД 80x300

Для того чтобы учесть всё выше перечисленное, а также многофакторность и случайность процесса дробления в вибрационной щековой дробилке с наклонной камерой дробления были проведены экспериментальные исследования на промышленном полноразмерном образце ВЩД 80x300. Устойчивость работы определялась по значениям показателей эффективности процесса дробления (производительность и степень дробления).

В результате проведенных исследований были получены кривые производительности, степени дробления, эффективности и удельного расхода электроэнергии в зависимости от частоты движения щек (рис. 2).

кВгЧ ТО ИТ'Ч тч

0.48 - - 22-- ?-- И

Л. Гц

Рис. 2 Кривые технологических параметров ВЩД 80x300 1 - степень дробления; 2 - расход электроэнергии на тонно-сокращение, кВт-ч/ит; 3 - эффективность, ит/ч; 4 - производительность, т/ч. I - переходной режим; II - диапазон эффективной работы.

Как показывают экспериментальные исследования, при частотах выше 30 Гц процесс дробления срывается из-за влияния кососимметричного резонанса. При частотах ниже 23 Гц на процесс дробления влияет снижение эффективности процесса вибротранспортирования материала. Происходит переизмельчение, снижение разделения по крупности. В результате чего при частоте ниже 20 Гц работа дробилки нецелесообразна.

Это позволяет сделать вывод, что устойчивый режим работы дробилки, обеспечивающий эффективный процесс дробления при работе под нагрузкой, сужается до частотного диапазона 23-30 Гц и ограничивается негативным влиянием кососимметричного резонанса с высокой стороны частот и неэффективным процессом транспортирования материала со стороны низких частот.

2. Производительность и степень дробления в устойчивом режиме работы вибрационной щековой дробилки с углом наклона камеры дробления 45° и при дроблении материала типа гранит с увеличением частоты движения щек выражаются полиномами второй степени, при этом производительность растет, а степень дробления уменьшается.

В диапазоне установившегося режима работы вибрационной щековой дробилки эффективность оценивается интегральными показателями - производительностью и степенью дробления.

В настоящее время производительность ударно-вибрационной щековой дробилки принято определять исходя из объема призмы выпадения раздробленного материала за единичный цикл и числа циклов в единицу времени. Суммарный путь, проходимый материалом за время раскрытия щели, или высоту призмы выпадения можно выразить зависимостью:

2^

МпрО? Мт,(о'

+

где Г - время раскрытия щеки, с; К - сила, развиваемая вибратором, Н; Мдр - масса дробящего механизма, кг; со - частота вращения дебалансов, с"1.

Формула (2) справедлива для идеального условия выпадения материала - только за счет сил гравитации, без взаимодействия с бронями при раскрытии щек и без учета наклона камеры дробления.

В вибрационной щековой дробилке с наклонной камерой дробления транспортирование материала совершается по нижней щеке, совершающей простые гармонические колебания во взаимно перпендикулярных направлениях с одинаковой частотой и сдвигом по фазе. В виду малых амплитуд и высоких частотных режимов процесс вывода материала можно считать вибротранспортированием.

Для оценки процесса вибротранспортирования принят метод разбиения процесса по временной оси на интервалы и подъинтервалы, предложенный И.И. Блехманом. Неравенства, определяющие разбиение временной оси на интервалы и подъинтервалы, приведены в табл. 1.

В интервале II материал находится в полете, т.е. отсутствует реакция опоры материала на щеку; в интервале I материал скользит по поверхности (реакция опоры больше нуля): в сторону разгрузки (подъинтервал 1ц-), в сторону противоположную разгрузки (подъинтервал Ь.), в интервале 1!0 материал находится в относительном покое.

Таблица 1

Интервал I Интервал II

паи>0

подъинтервал 1]+ г0 -БШЮ/ <0

подъинтервал 1ю 71+ -5Ш(®/ + ;У1+)>0

подъинтервал 11.

В таблице 1 приняты следующие обозначения:

% = 2 -sin(g±fl); zo ~~¡TT'cosa' Мх±со bú)

Мх± = yja2 cos2 px ± abcoss- sin2px + b2 sin2 px ;

MXi cos^1± = acospx coss ± bsinpx;

Mx± sin X\± = a cos px • sin s .

На основе данных неравенств была построена математическая модель режимов движения материала в камере дробления для вибрационной щековой дробилки ВЩД 80x300 на частоте 25 Гц (рис.3).

По графику видно, что материал в начале цикла находится в полете, затем скользит в сторону разгрузки, после этого находится в состоянии относительного покоя, затем опять скользит, но в сторону обратную разгрузке и завершается цикл полетом.

Необходимо отметить, что транспортирование материала происходит только во время раскрытия щек. После чего происходит дробление материала. Поэтому расчет производительности вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления сводиться к вычислению суммарного расстояния, пройденного материалом за один цикл.

В результате зависимость производительности от частоты вращения дебалансов имеет вид:

QTEQP =0,151-0,3.

В данной методике не учтены многофакторность, случайность процессов происходящих в вибрационных щековых дробилках при работе, что сделать теоретически крайне сложно.

Для проверки методики и математической модели зависимости производительности от частоты вращения дебалансов необходимо провести экспериментальные исследования на промышленном полноразмерном образце вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления ВШД 80x300.

Рис. 3 Режимы движения материала в камере дробления

Цель проведения экспериментальных исследований заключается в проверке адекватности комплексного метода расчета устойчивости синхронно-противофазного движения щек и в проверке математической модели зависимости производительности от частоты вращения дебалансов для вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления.

Экспериментальные исследования проводились в цеху полупромышленных и стендовых испытаний ОАО «НПК «Ме-ханобр-техника» на вибрационной щековой дробилке с углом наклона камеры дробления 45° ВЩД 80x300, которая является первым типоразмером машин данного типа.

Экспериментальная установка стояла из: преобразователя частоты, вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления и двух наборов сит.

Изменяемым параметром при проведении экспериментов была частота вращения дебалансов, которая варьировалась от 20 Гц до 30 Гц с шагом 2,5 Гц.

На каждом шаге частоты материал засыпался в загрузочную воронку дробилки под завалом, измерялось время прохождения материала через камеру дробления, после чего вычислялась производительность. После дробления готовый продукт рассеивался на наборе сит, и вычислялась степень дробления при условии, что все навески имели одинаковую среднюю крупность 49,5мм. Для каждого уровня фактора опыты повторялись по четыре раза.

По результатам обработки экспериментальных исследований методом математической статистики были построены математические модели зависимости производительности и степени дробления материала в вибрационной щековой дробилке с наклонной камерой дробления от частоты вращения дебалансов:

Яэксп =-0,018Л2+1,14^-13,52; ижсп = 0,09Д2 - 5,26Л + 82,54.

По результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований, а также на основе полученных математических моделей, были построены графики зависимости теоретической и экспериментальной производительности и степени дробления от частоты вращения дебалансов (рис. 4 и 5).

Сходимость графиков теоретической и экспериментальной производительность достаточно высокая. Поэтому для расчетов, не требующих высокой точности, целесообразна линеаризация кривых производительности и степени дробления. При этом ошибка не превысит 12%.

Рис. 4 Изменение теоретической и экспериментальной производительности от частоты вращения дебалансов

Частота вращения дебалансов, Гц

Рис. 5 Изменение экспериментальной степени дробления от частоты вращения дебалансов

В результате проведенных исследований можно сделать

следующие выводы:

• При проектировании вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления необходимо учитывать влияние процессов избирательного разрушения, транспортирования и сегрегации;

• Процесс транспортирования материала в камере дробления следует рассматривать как вибротранспортирование с различным видом перемещения (полет, скольжение, относительный покой);

• При расчете производительности необходимо учитывать расстояние, пройденное материалом под действием вибротранспортирования.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Представленная диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой на основе выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований содержится решение важной задачи обоснования области рационального режима работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления в зависимости от частоты движения щек и комплексной оценки устойчивости работы дробилки, а также установление влияния на производительность и степень дробления частоты вращения дебалансов и эффектов вибротранспортирования, что обеспечивает увеличение производительности при заданной степени дробления и снижение энергоемкости процесса дезинтеграции дробимого материала.

Основные научные и практические выводы, сделанные в результате выполненных исследований, заключаются в следующем:

1. Устойчивый режим работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления под нагрузкой соответствует диапазону частот движения щек 23 - 30 Гц.

2. Экспериментально подтверждено, что область рационального режима работы ограничена по условиям снижения эффективности процесса вибротранспортирования и влияния кососимметричного резонанса.

3. При частоте движения щек ниже 20 Гц работа вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления нецелесообразна из-за низкой эффективности и высокого расхода потребляемой электроэнергии.

4. Разработана методика расчета производительности вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления с учетом угла наклона камеры дробления, амплитуды и частоты движения щек и коэффициента трения.

5. Экспериментально подтверждено, что в установившемся режиме работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления с увеличением частоты движения щек (23-30 Гц) производительность увеличивается, а степень дробления уменьшается.

6. Разработана математическая модель зависимости производительности и степени дробления вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления от частоты движения щек.

7. Получена математическая характеристика режима работы вибрационной щековой дробилки с регулируемым параметром, в качестве которого принята частота движения щек.

8. Даны рекомендации на проектирование вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления, которые применяются специалистами ОАО «НПК «Механобр-техника» при расчетах и проектировании вибрационных щеко-вых дробилок существующих и новых конструкций.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Туркин, В.Я. Основные направления совершенствования вибрационных щековых дробилок [Текст] / В.Я. Туркин, М. Ю. Тягушев, P.A. Саблин // Записки горного института.- 2007,-Т.170.-С. 77-79.

2. Бабаев, P.M. Перспективные направления совершенствования конструкций виброинерционных дробилок [Текст] / P.M.. Бабаев, М. Ю. Тягушев, C.B. Казаков, P.A. Саблин // Горное оборудование и электромеханика.- 2008,- № 5.- С. 11-14.

2. Саблин, P.A. Энергосберегающие щековые дробилки [Текст] / P.A. Саблин, // Народное хозяйство республики КОМИ.-2007.- т. 16.-С. 138-140.

2. Саблин, P.A. Экспериментальные исследования режима работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления [Текст] / P.A. Саблин, // Горное оборудование и электромеханика.- 2008,- № 6,- С. 53-55.

Патент

Решение о выдаче патента на полезную модель, МПК В02С 1/02. Вибрационная щековая дробилка [Текст] / Саблин Р.А, Туркин В.Я., Габов В.В.; заявитель и патентообладатель СПГГИ (ТУ). - №2006135403/03, заявл. 06.10.2006.

РИЦ СПГГИ. 10.02.2009. 3.64. Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ЩЕКОВЫХ ДРОБИЛОК И ПРОЦЕССА ДРОБЛЕНИЯ.

1.1. Общий анализ процесса и машин для дезинтеграции пород.

1.2. Анализ щековых дробилок.

1.3. Анализ вибрационных щековых дробилок.

1.4. Направления совершенствования конструкций и процессов дробления вибрационных щековых дробилок.

1.5. Способы нагружения на материал в вибрационных и эксцентриковых дробильно-измельчительных машинах.

1.6. Анализ основных теорий разрушения.

Выводы.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА В ВИБРАЦИОННОЙ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКЕ.

2.1. Анализ процессов при дроблении материалов в вибрационной щековой дробилке с наклонной камерой дробления.

2.2. Анализ динамической системы вибрационной щековой дробилки.

2.3. Анализ режимов процесса вибротранспортирования.

2.4. Оценка расчетной производительности.

2.5. Построение математической модели зависимости теоретической производительности от частоты вращения дебалансов.

Выводы.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВИБРАЦИОННОЙ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ С НАКЛОННОЙ КАМЕРОЙ ДРОБЛЕНИЯ.

3.1. Актуальность проведения эксперимента.

3.2. Планирование эксперимента.

3.3. Методика проведения экспериментальных исследований.

3.4. Обработка результатов эксперимента.

3.5. Результаты обработки экспериментальных данных.

3.6. Построение математической модели зависимости производительности и степени дробления от частоты вращения дебалансов.

3.7. Проверка адекватности модели.

3.8. Результаты построения математической модели.

Выводы.

4. ПРИМЕНЕНИЕ ВИБРАЦИОННЫХ ЩЕКОВЫХ ДРОБИЛОК С НАКЛОННОЙ КАМЕРОЙ ДРОБЛЕНИЯ.

4.1. Область эффективного применения вибрационных щековых дробилок

4.2. Направления совершенствования вибрационных щековых дробилок с наклонной камерой дробления.

Выводы.

В народном хозяйстве страны дробление и измельчение руд и других твердых материалов - одни из наиболее масштабных, энергоемких и дорогостоящих операций [15]. Ежегодно дроблению и измельчению в России подвергаются более 3 млрд. т. минерального сырья и других материалов. На эти цели затрачивается более 70 млрд. кВт-ч электроэнергии, или до 5% ее общего производства в стране [3].

По мере развития промышленности все большую актуальность приобретает проблема дезинтеграции полезных ископаемых, которая в значительной мере связана с совершенствованием процессов эффективного разрушения материалов различного происхождения. Это вызывает необходимость совершенствования дробильных машин и изыскания принципиально новых конструктив-пых решений, повышающих производительность и значительно интенсифицирующих процесс дезинтеграции материалов с получением продукта заданного качества.

Вибрационные щековые дробилки являются наиболее эффективными машинами на стадии крупного дробления твердых и сверхтвердых материалов. Многие организации ведут исследования по модернизации конструкции и совершенствованию методик расчета этих машин.

За последнее время значительно вырос интерес исследователей к вибрационным щековым дробилкам с наклонной камерой дробления.

Результаты экспериментальных исследований подтверждают факт увеличения производительности дробилок с наклонной камерой дробления. Однако не ясна причина данного явления, не известны область устойчивого режима работы и изменение технологических показателей с изменением частоты движения щек.

Поиск теоретически и экспериментально обоснованных рациональных параметров, определяющих эффективный режим работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления, является актуальной научно-технической задачей, решение которой имеет большое практическое значение.

Работа базируется на исследованиях: д.ф-м.н. И.И. Блехмана, д.т.н. JI.A. Вайсберга, д.т.н. Р.Ф. Нагаева, к.т.н. Л.П. Зарогатского, к.т.н. В.Я. Туркина и многих других ученых и конструкторов, па которые имеются ссылки в библиографии диссертации.

Целью1' работы является определение рациональных устойчивых режимов работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления в зависимости от частоты вращения дебалансов с учетом свойств динамической системы и влияния на процесс вибротрапспортирования для обеспечения повышения эффективности работы.

Защищаемые научные положения:

1). Зона устойчивого режима работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления, которая на холостом ходу находится в межрезонансном диапазоне частот движения щек, а при работе под нагрузкой сужается и ограничивается со стороны высоких частот под воздействием негативного влияния кососимметричного резонанса, а со стороны низких частот — под влиянием неэффективного процесса транспортирования материала в камере дробления.

2). Производительность и степень дробления в устойчивом режиме работы вибрационной щековой дробилки с углом наклона камеры дробления 45° при дроблении материала типа гранит с увеличением частоты движения щек выражаются полиномами второй степени, при этом производительность растет, а степень дробления уменьшается.

Метод исследования. В работе используется комплексный метод исследований, включающий в себя теоретические исследования динамической системы и процесса вибротрапспортирования, а также экспериментальные исследования, проводимые на промышленном полпоразмерпом образце дробилки с учетом многофакторности и случайности процесса.

Научная новизна

Обоснованы и экспериментально подтверждены границы устойчивого режима работы вибрационной щековой дробилки с углом наклона камеры дробления 45°.

Установлена механическая характеристика режима работы вибрационной щековой дробилки, представляющая собой зависимость производительности и степени дробления от регулируемого параметра - частоты вращения дебалан-сов.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается применением апробированных современных методов теории нелинейных колебаний, теорий синхронизации и вибротранспортирования, а также достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных на промышленной полноразмерной вибрационной щековой дробилке с углом наклона камеры 45°, при дроблении характерного для них продукта — гранита (расхождение результатов не превышает 12%, при доверительной вероятности 95%).

Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по выбору частотного режима работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления при достижении заданной производительности и крупности готового продукта и предложенной методике расчета производительности с учетом процесса вибротранспортирования.

Реализация результатов работы

Результаты работы приняты к использованию в ОАО «НПК «Механобр-техника» при проектировании новых конструкций вибрационных щековых дробилок с наклонной камерой дробления для выбора частотных режимов с целью получения заданных технологических показателей.

Апробация работы

Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на ежегодной научной конференции молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (СПГГИ (ТУ), 2006, 2007), г. Санкт-Петербург; на международной конференции «Конгресс обогатителей стран СНГ» (МИСиС, 2007), г. Москва.

Автор выражает глубокую благодарность генеральному директору - научному руководителю НГТК «Механобр-техника», д.т.н., проф. J1.A. Вайсбергу, главному конструктору к.т.н. В.Я. Туркину, д.т.н., проф. И.И. Блехману за постоянную творческую помощь, научное консультирование и административную поддержку работы, а также всем специалистам НПК «Механобр-техника».

Выводы

1. Вибрационные щековые дробилки благодаря своей технологичности начинают более широко применяться в технологических процессах различных предприятий горной, металлургической, строительной и других отраслях.

2. В каждых конкретных условиях к вибрационным щековым дробилкам кроме общих требований предъявляются и специальные.

3. Широта применения и множество различающихся требований, исходя из условий применения, создают основу для дальнейшего развития вибрационных щековых дробилок и, следовательно, продолжения их исследования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основе выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований содержится решение задачи повышения эффективности вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления путем нахождения области рационального режима работы в зависимости от частоты движения щек и комплексной оценки устойчивости, а также установление влияния на производительность и степень дробления частоты вращения дебалансов и эффектов вибротранспортирования, что позволяет повысить производительность при заданной степени дробления и снизить энергоемкость процесса дезинтеграции различных материалов.

Основные научные и практические выводы, сделанные в результате выполненных исследований, заключаются в следующем:

1. Устойчивый режим работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления под нагрузкой соответствует диапазону частот движения щек 23-30 Гц.

2. Экспериментально подтверждено, что область рационального режима работы ограничена по условиям снижения эффективности процесса вибротранспортирования и влияния кососимметричного резонанса.

3. При частоте движения щек ииже 20 Гц работа вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления нецелесообразна из-за низкой эффективности и высокого расхода потребляемой электроэнергии.

4. Разработана методика расчета производительности вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления с учетом угла наклона камеры дробления, амплитуды и частоты движения щек и коэффициента трения.

5. Экспериментально подтверждено, что в установившемся режиме работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления с увеличением частоты движения щек (23-30 Гц) производительность увеличивается, а степень дробления уменьшается.

6. Разработана математическая модель зависимости производительности и степени дробления вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления от частоты движения щек.

7. Получена математическая характеристика режима работы вибрационной щековой дробилки с регулируемым параметром, в качестве которого принята частота движения щек.

8. Даны рекомендации на проектирование вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления, которые применяются специалистами ОАО «НПК «Механобр-техника» при расчетах и проектировании вибрационных щековых дробилок существующих и новых конструкций.

1. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий Текст. / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский - М.: Изд-во Наука, 1971.-287 с.

2. Андреев, С.Е. Законы дробления Текст. / С.Е. Андреев // Горный журнал. 1952.-№7.-С. 36-38.

3. Андреев, Е.Е. Дроблеиие, измельчение и подготовка сырья к обогащению Текст. / Е.Е. Андреев, О.Н. Тихонов Спб.: СПбГГИ (ТУ), 2007. - 439 с.

4. Андреев, С.Е. По поводу обобщенного закона дробления Текст. / С.Е. Андреев // Горный журнал. 1968. - №5. - С. 28-31.

5. Архипов, М.Н. Динамика безударного режима вибрационной щековой дробилки Текст. / М.Н. Архипов, Р.Ф. Нагаев, В.Я. Туркин // Записки СПбГГИ (ТУ).- 1995.-т. 141. С. 140-148.

6. Бабаев, P.M. Перспективные направления совершенствования конструкций виброинерционных дробилок Текст. / P.M. Бабаев, С.В. Казаков, М.Ю. Тягушев, Р.А. Саблин // Горное оборудование и электромеханика. -2008. №5.-С. 11-14.

7. Барзуков, О.П. Синхронный безударный режим работы вибрационной щековой дробилки Текст. / О.П. Барзуков, Г.Г Таракановский, В.Я. Туркин // Обогащение руд. 1974. - №6. - С. 28-29.

8. Блехман, И.И. Вибрационное перемещение Текст. / И.И. Блехман, Г.Ю. Джанелидзе СПб.: Изд-во Наука, 1964. -412 с.

9. Блехман, И.И. Движение материала в камере дробления конусных дробилок как процесс вибрационного перемещения Текст. / И.И. Блехман, Н.А. Иванов // Обогащение руд. 1977. - № 1. - С. 15-21.

10. Блехмап, И.И. Использование самосинхронизирующихся вибровозбудителей в горных вибрационных машинах Текст. / Горный журнал. 2000. -№11-12.-С. 81-82.

11. Блехман, И.И. О пропускной способности и профилировании камеры дробления конусных дробилок Текст. / И.И. Блехман, Н.А. Иванов // Обогащение руд. 1979. - №2. - С. 20-27.

12. Блехман, И.И. Самосинхронизация динамических систем / И.И. Блехман -М.: Наука, 1971.

13. Блехман, И.И. Что может вибрация?: О «вибрационной механике» и вибрационной техиике Текст. / И.И. Блехман М.: Наука, 1988. - 208 с.

14. Большее, Л.Н. Таблицы математической статистики Текст. / JLH. Болынев, Н.В. Смирнов М.: Наука. Главная редакция физико-математической литератыры, 1983. - 416 с.

15. Вайсберг, Л.А. Вибрационная дезинтеграция как основа энергосберегающих технологий при переработке полезных ископаемых / J1.A. Вайсберг, Л.П. Зарогатский, А.Н. Сафронов // Обогащение руд. -2001. -№1. — С. 5-9.

16. Вайсберг, Л.А. Вибрационные дробилки. Основы расчета, проектирования и технологического применения Текст. / Л.А. Вайсберг Л.П. Зарогатский, В .Я. Туркин. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2004. - 306 с.

17. Вайсберг, Л.А. Новое оборудование для дробления и измельчения материалов Текст. / Л.А. Вайсберг, Л.П. Зарогатский // Горный журнал. 2000. - № 3. - С. 45-52.

18. Вайсберг, Л.А. Основные тенденции развития процессов дезинтеграции руд в XXI веке Текст. / Л.А. Вайсберг, П.И. Крупа, В.Ф. Баранов // Обогащение руд. 2002. - №3. - с. 3-9.

19. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. / Ред. В.II. Челомей. М.: Колебания машин, конструкций и их элементов, Машиностроение, 1980.- Т. 3. 544 с.

20. Вибрационная щековая дробилка 80x300. Пояснительная записка. Отчет. / ВНИИ Мехапобр; Руководители темы: П.И. Крупа, В.Я. Туркин, Т.И. Щербакова Ленинград, 1981. - 110с.

21. Винарский, М.С. Планирование эксперимента в технологических исследованиях Текст. / М.С. Винарский, М.В. Лурье. -М.: Техника, 1975. 168 с.

22. Гайко, Г.И. История горной техники: Учебное пособие Текст. / Г.И. Гайко. -М.: Алчевск: ДГМИ, 2001.- 134 с.

23. Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика Текст. / В.Е. Гмурман. М.: 1972. - 365 с.

24. Гончаревич, И.Ф. Вибрационные машины в строительстве Текст. / И.Ф. Гончаревич, П.А. Сергеев. М.: 1963. - 256 с.

25. Гончаревич, И.Ф. Теория вибрационной техники и технологии Текст. / И.Ф. Гончаревич, К.В. Фролов М.: Наука, 1981.- 287 с.

26. Денисов, Г.А. Оборудование и технологии для вибрационного измельчения материалов с различными физическими свойствами Текст. / Г.А. Денисов, Л.П. Зарогатский, В .Я. Туркин. СПб.: 1992. - 119 с.

27. Дмитриев, С.В. О взаимосвязи энергетических законов дробления Кика-Кирпичева и Риттингера с индексом работы Бонда Текст. / С.В. Дмитриев, О.Н. Тихонов // Обогащение руд. 2004. - №2. - С. 9-11.

28. Дядькин, Ю.Д. История горной науки и техники: учебное пособие Текст. / Ю.Д. Дядькин. СПб.: СПГГИ, 1998. - 166 с.

29. Дятчин, Н.И. История развития техники: Учебное пособие Текст. / Н.И. Дятчин. Ростов п/Д.: Феникс, 2001. - 320 с.

30. Ермаков, С.М. Математическая теория планирования эксперимента Текст. / С.М. Ермаков. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983. - 392 с.

31. Ионов, Ю.К. Исследование параметров резонансной щековой дробилки / Ю.К. Ионова // Обогащение полезных ископаемых. 1981. - вып. 29. - С. 31-35.

32. Клушанцев, Б.В. Дробилки. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации Текст. / Б.В. Клушанцев, А.И. Косарев, Ю.А. Муйземнек.- М.: Машиностроение, 1990. 320 с.

33. Клушанцев, Б.В. Расчет производительности щековых дробилок Текст. / Б.В. Клушанцев //НИИ Инфостройдор. Реф. сб. «Оборудование промышленных строительных материалов», 1965, №1.

34. Кузбаков, Ж.И. Обоснование параметров, разработка и внедрение дробящих плит щековых дробилок для дробления сырья ферросплавного производства: Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук: 05.04.04 -Днепропетровск. 1988.

35. Кулибин, В.А. Подготовка руд к плавке Текст. / В.А. Кулибин. М.: Ме-таллургиздат, 1952, 543 с.

36. Лавров, Б.П. Исследования ударно-вибрационной дробилки на электронно-моделирующей установке Текст. / Б.П. Лавров, В.Я. Туркин // Обогащение руд. 1974. - №6. - С. 26-29.

37. Лагунова, Ю.А. Дробимость хрупких материалов при разрушении их сжатием / Ю.А. Лагунова // Изв. вузов. Горный журнал. 1996. - № 10-11. - С. 121-124.

38. Лагунова, Ю.А. Особенности рабочих процессов дробилок «самодробления» Текст. / Ю.А. Лагунова // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2002. - №3. - С. 208-209.

39. Левенсон, А.Б. Машины для обогащения полезных ископаемых, их теория, расчет и проектирование. / А.Б. Левенсон.- М.: Госмашметиздат, 1933.

40. Нагаев, Р.Ф. Динамика вибрационной щековой дробилки с нежестким креплением вибровозбудителей / Р.Ф. Нагаев, В.Я. Туркин, Е.В. Шишкин // Обогащение руд. 2002. - №3. - с. 39-44.

41. Нагаев, Р.Ф. Периодические режимы вибрационного перемещения / Р.Ф. Нанаев,- М.: Изд-во Наука, 1978,- 160 с.

42. Нагаев, Р.Ф. Энергетические характеристики нормального режима работы вибрационной щековой дробилки с нежестким креплением самосинхронизирующихся вибровозбудителей / Р.Ф. Нагаев, В.Я. Туркин, Е.В. Шишкин // Обогащение руд. 2005. - №1. - с. 38-41.

43. Нагаев Р.Ф., Самосинхронизация инерционных вибровозбудителей / Р.Ф. Нагаев, В.В. Гусев.- Л.: Машиностроение, 1990. 178 с.

44. Нагаев, Р.Ф. Динамика безударного режима вибрационной щековой дробилки / Р.Ф. Нагаев, М.Н. Архипов, В.Я. Туркин // Записки СПбГГИ им. Г.В.Плеханова. 1995.-т. 141. - С.

45. Нагаев, Р.Ф. Оптимальное профилирование рабочих поверхностей щековых дробилок Текст. / Р.Ф. Нагаев, М.М. Утимишев // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2004. - №1. - С. 85-89.

46. Производство кубовидного щебня и строительного песка с использованием вибрационных дробилок В.А. Арсентьев, Л.А. Вайсберг, Л.П. Зарогатский, А.Д. Шуляков,- СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2004.- 112 с.

47. Ревнивцев, В.И. Вибрационная дезинтеграция твердых материалов. / В.И. Ревнивцев, Г.А. Денисов, Л.П. Зарогатский, В.Я. Туркин,- М.: Недра, 1992.- 430 с.

48. Ревнивцев, В.И. Селективное разрушение минералов / В.И. Ревнивцев, Г.В Гапонов, Л.П. Зарогатский и др.; Под ред. В.И. Ревнивцева.- М.: Недра, 1988.-286 с.

49. Ревнивцев, В.И. О рациональной организации процесса раскрытия минералов / В.И. Ревнивцев // Совершенствование и развитие процесса подготовки руд к обогащению: Межвед. сб. науч. тр. (Механобр). Л., 1975. — Вып. 140.-С. 153-169.

50. Саблин, Р.А. Энергосберегающие щековые дробилки Текст. / Р.А. Саблин // Народное хозяйство республики КОМИ. 2007. - т. 16. - С. 138-140.

51. Саблин, Р.А. Экспериментальные исследования режима работы вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления Текст. / Р.А. Саблин // Горное оборудование и электромеханика. 2008. - №6. - С. 53-55.

52. Справочник по обогащению руд. В 3-х т. / Гл. ред. О.С. Богданов.- М.: Подготовительные процессы, Недра, 1972.- Т. 1. 448 с.

53. Теоретические и экспериментальные исследования вибрационных дробилок с целью совершенствования их конструкции и расширения типораз-мерного ряда: отчет о НИР / Руководители: Туркин В.Я., Шишканов Ю.П., Барзуков О.П. Ленинград, 1990. - 72 с.

54. Тимофеев, И.П. Исследование вибраций в погрузочных и транспортных машинах / И.П. Тимофеев // Горные машины и автоматика.-1961. №4.

55. Туркин, В.Я. Основные направления совершенствования вибрационныхщековых дробилок Текст. / В.Я. Туркин, М.Ю. Тягушев, Р.А. Саблин // Записки горного института. 2007. - т. 170 (1). - С. 77-79.

56. Тягушев, М.Ю. Обоснование устойчивого режима работы вибрационной щековой дробилки выбором ее рациональных конструктивных параметров: Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук: 05.05.06 — СПб. 2005.

57. Тягушев, М.Ю. Технологические и динамические исследования новых конструкций вибрационных дробилок / М.Ю. Тягушев, P.M. Бабаев, С.В. Казаков//Записки горного института.-2004.-Т. 157.-С. 171-173.

58. Феофилактова, Е.П. Обогатительные процессы в производстве абразивных материалов: Справочное пособие Текст. / Е.П. Феофилактова, Г.А. Денисов, Л.П. Зарогатский. М.: Недра, 1989 - 310 с.

59. Решение о выдаче патента на полезную модель, МПК В02С 1/02. Вибрационная щековая дробилка Текст. / Саблин Р.А, Туркин В.Я., Габов В.В.; заявитель и патентообладатель СПГГИ (ТУ). №2006135403/03, заявл. 06.10.2006.