автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Определение рациональных режимов процесса грохочения в спирально-винтовом инерционном грохоте

На правах рукописи

Рудакова Елена Вячеславовна

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ПРОЦЕССА ГРОХОЧЕНИЯ В СПИРАЛЬНО-ВИНТОВОМ ИНЕРЦИОННОМ ГРОХОТЕ

05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород-2014

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Богданов Василий Степанович

Официальные оппоненты: Жулай Владимир Алексеевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО "Воронежский государственный архитектурно-строительный университет", заведующий кафедрой строительной техники и инженерной механики имени профессора H.A. Ульянова

Лукьянов Николай Андреевич, кандидат технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО "Московский государственный строительный университет" (ФГБОУ ВПО "МГСУ") Национальный исследовательский университет, профессор кафедры механического оборудования, деталей машин и технологии металлов

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО "Юго-Западный государственный университет"

Защита диссертации состоится 22 октября 2014 г. в 10 00 на заседании диссертационного совета Д 212.014.04 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова» (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, главный корпус, ауд. 242).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова» www.gos_att.bstu.ru

Автореферат диссертации разослан « » 2014 г.

Ученый секретарь ( )

диссертационного совета Семикопенко И.А.

?0 14

Общая характеристика работы

Актуальность работы.

На протяжении последних 4 лет объёмы выработки нерудных строительных материалов в России стабильно увеличиваются на 12-18 % в год. В 2012 г. всего было получено 404-406 млн. м3 (годовой прирост составил 12,8 %). В том числе объемы сегментов рынка составляют: щебня и гравия - 54-56 % (более 215 млн. м3); песка 38 % (более 150 млн. м3); дробленого камня 4 % (более 16 млн. м3); гранул порошка и дробленого известняка 1 % (по 4 млн. м3) [53,56].

Объемы отходов камнедробления, образующихся при переработке природных каменных материалов, достигают 20-45% объема перерабатываемого материала. Отходы камнедробления карбонатных и кремнистых пород целесообразно использовать с точки зрения как экономики, так и экологии. Экономическая составляющая складывается из затрат на горные работы и переработку горной массы (поскольку расходы на получение отсевов аналогичны расходам на выпуск щебня), плату за аренду земель, занимаемых отвалами не нашедших сбыта отсевов. Экологическая составляющая проявляется в увеличении нагрузки на окружающую среду, создаваемую отвалами [26].

В «Стратегии развития промышленности строительных материалов и индустриального домостроения на период до 2020 года», утвержденной Приказом Минрегиона РФ от 30 мая 2011 г. N 262 промышленности строительных материалов, выделяется особое место, как отрасли с уникальными возможностями по утилизации техногенных отходов, в том числе и отсевов, полученных в ходе производства нерудных строительных материалов.

В работах [35,44] показано, что использование отсевов дробления в технологии легкого бетона является перспективным направлением производства конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных бетонов, а в технологии тяжелого бетона обеспечивает полную замену природного песка и части щебня. Использование отсевов дробления в технологии приготовления бетонов может обеспечить значительный экономический и экологический эффект в промышленности строительных материалов.

Несмотря на очевидные экономические преимущества использования отсевов дробления в приготовлении растворов и бетонов, эти технологии не находят широкого распространения. Одной из причин, препятствующей промышленному освоению отсевов, является отсутствие у большинства предприятий, производящих отсевы, оборудования для их фракционирования.

Одним из возможных путей решения вопроса обеспечения конкретных предприятий относительно дешевыми продуктами фракционирования отсевов является их самостоятельная переработка. Однако для этого необходимо наличие соответствующего оборудования.

Таким образом, разработка и исследование оригинальных конструкций

грохотов, позволяющих обеспечить эффективное фракционирование мелких фракций из отсевов дробления является важной и актуальной задачей.

Цель работы - определение рациональных режимов процесса классификации отсевов дробления в спирально-винтовом инерционном грохоте, разработка методики расчета его основных параметров.

Задачи исследований:

1. Разработать методику для расчета мощности потребляемой приводом, учитывающую конструктивные и технологические параметры работы спирально-винтового инерционного грохота.

2. Получить уравнения, характеризующие взаимодействие частиц сыпучего материала на вибрирующей поверхности с учетом контактного взаимодействия и деформации частиц.

3. Получить уравнения, характеризующие динамические процессы вибрационного грохота с учетом мощности электродвигателя.

4. Создать экспериментальную установку и разработать методики исследований спирально-винтового инерционного грохота.

5. Исследовать влияние режимов работы инерционного грохота на эффективность процесса грохочения.

6. Выявить рациональные конструктивные и технологические параметры спирально-винтового инерционного грохота.

7. Провести промышленную апробацию опытного образца спирально-винтового инерционного грохота.

Научная новизна работы.

Разработана методика расчета потребляемой приводом мощности, учитывающая конструктивные и технологические параметры работы спирально-винтового инерционного грохота.

Получены аналитические выражения, характеризующие: взаимодействие частиц сыпучего материала на вибрирующей поверхности с учетом контактного взаимодействия и деформации частиц; динамические процессы вибрационного грохота с учетом мощности электродвигателя.

Получены уравнения, характеризующие влияние частоты, амплитуды колебаний и производительности грохота по исходному продукту на эффективность грохочения и мощность, потребляемую приводом.

Экспериментально установлены рациональные значения технологических параметров спирально-винтового инерционного грохота, при которых обеспечивается максимальная эффективность процесса грохочения.

Практическая значимость работы.

На основании результатов исследований получены рекомендации по организации процесса грохочения отсевов дробления в спирально-винтовом инерционном грохоте.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях, проходивших в БГТУ им. В.Г. Шухова; международной на-

учно-технической конференции ИНТЕРСТРОИМЕХ-2011 ; на заседании кафедры теоретической механики и мехатроники Юго-Западного государственного университета, протокол № 9 от 09.02.2012 г; на заседании технического персонала ИП «Лотков» в 2013 г.

Реализация работы.

Результаты работы внедрены в условиях ИП «Лотков» (г. Курск) при классификации отсевов дробления щебня с целью получения заполнителей бетонов и растворных смесей, а также в учебном процессе Белгородского государственного технологического университета имени В.Г. Шухова на кафедре механического оборудования.

Публикации. По результатам работы опубликовано 9 печатных работы, в том числе 4 в рецензируемых изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ.

Автор защищает.

1. Методику расчета потребляемой приводом мощности, учитывающую конструктивные и технологические параметры работы спирально-винтового инерционного грохота.

2.Аналитические выражения, характеризующие взаимодействие частиц сыпучего материала на вибрирующей поверхности с учетом контактного взаимодействия и деформации частиц.

3.Аналитические выражения, характеризующие динамические процессы вибрационного грохота с учетом мощности электродвигателя.

4.Результаты экспериментальных исследований в виде регрессионных зависимостей, позволяющие определить влияние основных факторов на формирование функций отклика: эффективность грохочения и мощность потребляемую приводом спирально-винтового инерционного грохота.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов по результатам работы, списка литературы из 98 наименований. Работа изложена на 155 страницах, в том числе содержит 88 рисунков, 9 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, указана научная новизна, практическая ценность и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены основные направления развития оборудования и технологии грохочения. Выполнен анализ схемы грохочения материалов и конструкций современных грохотов, используемых для классификации мелких сыпучих материалов.

Анализ показал, что, несмотря на высокий уровень техники и технологии классифицирующего оборудования в настоящее время не создано эффективных конструкций грохотов для сортировки мелких сыпучих материалов.

Главная научная идея работы заключается в том, что повысить эффективность процесса грохочения мелких сыпучих материалов в инерционном грохоте возможно за счет увеличения времени нахождения материала на просеивающей поверхности за счет придания просеивающей поверхности спирально-винтовой формы.

На основании выполненного анализа и в соответствии с главной научной идеей была разработана конструкция спирально-винтового инерционного грохота (рис. 1).

Короб грохота 1 выполнен в виде винтовой поверхности с вертикальной осью. В сечении короб может иметь прямоугольную, круговую или др. формы. Просеивающая поверхность, выполненная в виде геликоида 2, разделяет короб на две части: надрешетную и подрешетную. Короб устанавливается относительно рамы на упругих опорах 3 и приводится в вибрационное движение с помощью вибратора 4. В верхней части короба имеется загрузочный бункер 5, через который осуществляется подача исходного материала в надрешетное пространство. Просеивающая поверхность может быть изготовлена из набора сит, установленных последовательно. По длине короба размещены отводные патрубки 6, которые предназначены для отвода разных фракций из подрешетного пространства.

Исходный материал подается через бункер 5 в надрешетную часть короба и под действием вибрации и сил тяжести перемещается вдоль просеивающей поверхности 2. Перемещение материала сопровождается его классификацией на просеивающих поверхностях и перемещением материала, прошедшего классификацию в подрешетном пространстве.

Работа грохота может быть организована по одной из трех известных схем грохочения. На рис. 1. показана комбинированная схема. В верхней части грохота устанавливается самое крупное сито, которое позволяет выделить из исходного материала наиболее крупные частицы и вывести их

Рис. 1. Схема спирально-винтового инерционного грохота: 1 - короб грохота; 2 - просеивающая поверхность; 3 - упругие опоры; 4 - вибратор; 5 - загрузочный бункер; 6, 7 - разгрузочные патрубки;

из короба. Для этого надрешетное пространство, соответствующее этому участку, отделяется перегородкой и оборудуется разгрузочным патрубком. Весь материал, прошедший через первое сито в подрешетное пространство, поступает на следующее сито. Далее классификация осуществляется по схеме от мелкого к крупному.

Во второй главе предложена методика расчета мощности потребляемой приводом спирально-винтового инерционного грохота, учитывающая конструктивные и технологические параметры работы машины.

Мощность Р, потребляемую винтовым грохотом, можно представить в виде суммы:

Р = Рх + Ядгм + Ядд- (1)

Дополнительная мощность, потребляемая грохотом в связи с наличием присоединяемых к корпусу масс, определяется выражением:

Рдгм = Рщ+ Рдм- (2)

Мощность, потребляемая грохотом на сообщение материалу движения, может быть определена выражением:

^дд = Рщщ + Ррдг• (3)

Мощность Рх, потребляемая грохотом на холостом ходу - без дополнительного груза и классифицируемого материала, была измерена экспериментально и составила 0,21 кВт.

Выражение для определения мощности Рщ- расходуемой при добавлении дополнительного груза тпщ также было определено экспериментально:

Р„= 4 2,9 №„г Вт = 0,0429 шлг кВт ^

Выражение для расчета мощности Рдм, потребляемой из-за наличия в коробе грохота материала, учитывает среднее количество материала, находящегося в коробе в любой момент времени:

«••яИвЫО. (5)

Мощность, потребляемая на перемещение материала по вертикали -Рддв, может быть рассчитана по формуле:

г I

Л» = — = V \г(1)Ы1)с11

Л' • • (6)

Составляющую мощности Ядщ-, потребляемой на перемещения материала вдоль винтовой просеивающей поверхности можно рассчитать следующим образом:

(XI»1).

Ч

А 8 +/г- к

и(1)Г(1)Ы1)с11

■ (?)

Полученное выражение для вычисления потребляемой спирально винтового инерционным грохотом мощности выглядит следующим образом:

I.

+2*47/IV 1)111 +

и(1)г(11Ы1)с11.

(8)

Предложена математическая модель процесса вибрационного разделения сыпучего материала на вибрирующей сетке, основанная на представлении сыпучего материала в виде совокупности сферических частиц различного диаметра

На рис. 2 показана схема контакта двух сферических частиц 1 и ] с радиусами и массами гп, и п^, моментами инерции I; и координатами центров масс (х1;у|), (х^уД линейными скоростями У:,и и угловыми скоростями ©¡,и СО], соответственно. Частицы при столкновении соприкасаются в точке контакта С. Рконт - контактная плоскость, касательная к 1 и ] в точке С.

Рис. 2. Схема контакта двух сферических частиц: а - начальный момент взаимодействия; б - деформация поверхностей частиц

Центры частиц сближаются при контакте, а поверхности частиц образуют пятно контакта, при деформации в близи точки С, которое сравнительно мало относительно размера частиц. На рис. 2 б сплошной линией показаны поверхности деформированных частиц, а пунктиром - поверхности, какими они были бы при отсутствии деформации.

Результирующая сила которая передается от одной частицы на другую через пятно контакта, состоит из компоненты нормали Р„ , действующей вдоль общей нормали в точке С, и тангенциальной компоненты Р( , действующей в плоскости контакта Рконт.

Тангенциальная сила является катализатором к появлению вращательного момента при наличии трения, которое воздействует на центры масс частиц и изменяет их угловые скорости.

Кроме того, становится возможной передача дополнительно к силам результирующего момента, поскольку пятно контакта имеет конечные размеры. Две составляющие этого момента, которые действуют в плоскости контакта, называются моментами качения и предопределяют сопротивление движению относительного перекатывания контактирующих тел, называемого трением качения. Третья компонента называется моментом верчения, которая действует относительно общей нормали, не учитывается в сыпучих средах из-за минимального влияния на поведение этих сыпучих сред.

Построенная модель позволяет учесть основные свойства контактного взаимодействия и достаточно реалистично воспроизводить массовое поведение сыпучей среды при различных условиях вибрационной нагрузки.

Модель включает в себя систему дифференциальных уравнений, описывающих движение маркеров, интегрированных в сыпучую среду и отражающих характер движение частиц сыпучего материала.

Разработан оригинальный алгоритм (рис. 3) интегрирования дифференциальных уравнений движения частиц, учитывающий контактное взаимодействие; предложен метод определения момента контакта частиц.

^ ицчлло

1-

Рис. 3. Алгоритм интегрирования уравнений движения частиц

В результате математического моделирования построены зависимости средней частоты прохождения частиц через сито, от частоты колебаний (рис. 4, а) и размера отверстий сита (рис. 4, б) при различных амплитудах колебания грохота.

Анализ полученных диаграмм показывает, что амплитуда и частота колебаний сита грохота существенно влияют на продолжительность процесса разделения: с ростом частоты колебаний и ростом амплитуды эффективность возрастает, однако при достижении частоты 140 Гц дальнейший рост прекращается. Интерес представляет зависимость средней частоты прохождения частиц от радиуса проволоки сита. С ростом диаметра проволоки и амплитуды колебаний увеличивается эффективность процесса.

а)

б)

Рис. 4. Зависимость средней частоты прохождения частиц через сито при различных амплитудах колебаний: 1- А=1мм; 2- А=2 мм; 3- А=3 мм; 4- А=4 мм а - от частоты колебаний 1рохота; б - от размера отверстий сита

На основе разработанной математической модели динамических процессов вибрационного грохота с учетом мощности электропривод исследован процесс взаимодействия вибрационного грохота, оснащенного регулируемым электроприводом, обеспечивающим вращательное движение внутреннего тела с сыпучей средой.

Полное движение электромеханической системы вибрационной машины описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений, которые можно записать в виде:

<Рх Ас

. . (с!ф у

—¿-хтф + \ — сохй А [А) *

,<?ф (¿2х . . . ,. J-ф--mir\-p-smф-gslnф | = М( 1);

ш А

(9)

В работе принят следующий закон изменения напряжения питания:

1/(0-

ип

О </</„;

'о

и" '-'»• (10) Особое значение для настоящей работы имеет сила которая описывает взаимодействие рабочего органа и обрабатываемой среды, которая зависит от физико-механических свойств последней.

Для ее определения предложено представить модель среды в виде параллельного соединения упруго-пластического тела Бингама и упруго-вязкого тела Кельвина-Фойгта (рис. 5).

Тогда сила взаимодействия рабочего органа и обрабатываемой среды представляет собой сумму сил и Я'з, возникающих в упруго-вязком и упруго-пластическом элементах:

(11)

Сила, действующая со стороны упруго-вязкого элемента технологической нагрузки:

(Ь

-с, -Г - //, -

" л .(12)

Рис. 5. Реологическая модель обрабатываемой среды

Величина силы /"зОО зависит от величины перемещения несущего корпуса, направления его движения и может быть найдена с помощью выражения:

-ЫкЫ.х,), хл * 0;

£

-с3 Д, хл =0, |Д| < —;

С5

(13)

В результате численных расчетов выполненных соответствии со специально разработанным алгоритмом получены данные для анализа переходного режима пуска машины и работы машины в установившемся режиме.

Из графиков, представленных на рис. 6 следует, что при программно-управляемом пуске двигателя со временем выхода на постоянное напряжение '» = 5Т разгон двигателя и выход всей системы на установившейся режим происходит примерно в 2,5 раза медленнее, чем при мгновенном его подключении к источнику питания, когда= 0 .

В то же время программно-управляемый пуск двигателя позволяет снизить пиковые значения тока почти в три раза: с 5.5А при '» = 0 до 1.9А при '«= 5Г. Отметим, что время '<• выхода напряжения питания на номинальное

// =17

значение 0 В практически не влияет на характеристики последующего стационарного режима движения системы.

а) б)

Рис. 7. Зависимости средней угловой скорости вращения от напряжения:

50 0

г.м 0006

Рис. 6. Зависимости напряжения и, тока ¿, скорости вращения дебаланса <р и перемещения корпуса х от времени t при т1/т2 = 1

Анализ зависимости средней угловой скорости вращения дебаланса от напряжения в установившемся режиме (рис. 7) дает основание сделать вывод, что значение суммарной силы вязкого трения незначительно влияет на характер зависимости ш,и°>.

¿рад/с 200

С увеличением относительной массы дебаланса т1/т2 (рис. 8) резо-

X со

нансная амплитуда |,,и- и частота "• увеличиваются.

.......М |........-...... / «,/«,-о

\

»./«1 = 0,)

а)

300 \ 400 500

«|/«2и0,1

б)

Рис. 8. Амплитудно-частотные характеристики системы:

В третьей главе описаны план, программа и методики проведения экспериментальных исследований, описана экспериментальная установка (рис. 6). В качестве плана эксперимента принят центральный композиционный ортогональный план полного факторного эксперимента ПФЭ ЦКОП

23.

а)

Рис. 9. Лабораторная установка: а - спирально-винтовой инерционный грохот; б - составные элементы грохота; в - вибратор и ячейковый питатель

В качестве исследуемых факторов при проведении экспериментов по грохочению были приняты: частота вынуждающей силы п, Гц; амплитуда колебаний А, мм; производительность грохота по исходному продукту ()исх, кг/ч. В качестве функции отклика на воздействие факторов, опреде-

ляющих характер протекания процесса, выбраны: эффективность грохочения Е, % и мощность, потребляемая вибратором Р, Вт ч.

В ходе проведения лабораторных экспериментальных исследований в качестве материала для классификации использовался отсев дробления щебня крупностью до 5 мм. Насыпная плотность материала 2650 кг/м3. В качестве просеивающих поверхностей в ходе проведения экспериментов были использованы проволочные сита с размером ячейки 2,8; 2 и 1 мм.

В четвертой главе приведены результаты анализа данных полученных в ходе проведения экспериментальных исследований:

1. В результате серии поисковых экспериментов установлено:

- что для исследуемого материала наибольшая эффективность достигается при углах подъема винтовой линии просеивающей поверхности 10-12°;

- для исследования влияния выбранных факторов на процесс грохочения рационально выбрать следующие интервалы: частота колебаний с 25 до 50 Гц, амплитуда колебаний с 0,7 до 2,3 мм, производительность по исходному продукту с 80 до 320 кг/ч.

2. В результате статистической обработки данных полученных в ходе реализации полнофакторного эксперимента были получены уравнения уравнение регрессии характеризующие влияние исследуемых факторов на эффективность грохочения:

Е = 83,386 + 8.802 х, +3,621 х, - 10,027 х, -5.994 х^ --4,364 х" -10,333 х; +2,959 х,х, +2,861 х,х3 +5,356 х,х5. ^^

и мощность, потребляемую приводом грохота:

Р = 239,995 +77,615х, +36,615 х,+58,972 х, +12,140х^ + + 12,235 х, + 4,406 х| +9,915 х,х, +26,868 х,х, +21,985 х,х3. ^^

На основе уравнений регрессии получены и проанализированы графические зависимости влияния исследуемых факторов и их парных взаимодействий на параметры оптимизации - эффективность грохочения и мощность потребляемую приводом.

С целью определения рационального режима работы спирально-винтового инерционного грохота найдены экстремальные значения функций отклика методом Монте-Карло.

Максимальная эффективность грохочения составляет 89,12 %, и может быть достигнута при частоте колебаний 46,2 Гц, амплитуде колебаний 1, 85 мм и производительности по исходному продукту 176,8 кг/ч, мощность, потребляемая приводом, в этом режиме составляет 317 Вт.

Минимальная мощность, потребляемая приводом грохота, соответствует частоте колебаний 26 Гц, амплитуде колебаний 1,54 мм, производительности по исходному продукту 79,6 кг/ч и составляет 138,6 Вт. При этом режиме работы эффективность грохочения составит 65,1 %.

Для решения задачи выбора наиболее рациональных режимов с позиций

необходимости обеспечения минимального уровня потребляемой мощности и наиболее высокой эффективности грохочения были использованы: удельный показатель, который показывает, какая энергия приходится на единицу эффективности грохочения:

9» = Р 7 Е , (Вт/%) (16)

и показатель, характеризующий, какая энергия расходуется на единицу производительности по готовому продукту:

9 = Р/егп = /'/Геисх£/100>5 (Вт/кг). (17) В работе также были найдены режимы, при которых данные показатели принимают экстремальное значение. Ввиду того, что уровень энергозатрат, потребляемый приводом машины, достаточно низкий и для найденных нами рациональных режимов отличается непринципиально, предложено подбор наиболее рациональных режимов выполнять с целью обеспечения максимальной эффективности грохочения.

На рис. 10. показаны графики зависимости рассмотренных нами параметров от исследуемых факторов.

* .!»

!

1 ■ 240

й

3 , №0

1 №

.1» 15 40 45 50 о. Гц

а)_

.........................

..... ^ 'Ьаг

--Г. 1»Г

б)

V» 100 150

2%п К*» 0»а.кГП

в)

Рис. 10. Графические зависимости функций Р, Е, q%, q от: а - частоты колебаний, б - амплитуды колебаний, в - производительности по исходному

продукту.

В результате анализа графических зависимостей (рис. 10) установлено что максимальная эффективность грохочения в рамках, оправданных с точки зрения энергетических затрат достигается при п = 40 46,2 Гц; А = 1,5 - 1,85 мм; Qhcx = 150 - 176,8 кг/ч.

3. В ходе сравнения результатов расчета мощности потребляемой приводом грохота по разработанным аналитическим выражениям и данных полученных в ходе проведения экспериментальных исследований установлено, что в пределах рассматриваемого интервала изменения частоты колебаний (от 25 до 50 Гц) (рис. 11 а) и амплитуды колебаний (от 0,7 до 2,3 Гц) (рис. 11 б) отклонение экспериментальных данных от расчетных величин не превышает 10 %, что говорит о достаточно высокой адекватности разработанной математической модели.

В пятой главе представлена инженерная методика расчета спирально-винтового инерционного грохота, которая включает рекомендации по определению площади просеивающей поверхности, угла подъема средней винтовой линии, мощности, потребляемая вибратором грохота, частоты и амплитуды колебаний, производительности по исходному продукту и эффективности грохочения.

Приведены результаты по внедрению опытного образца спирально-винтового инерционного грохота проводились в ИП «Лотков» (г. Курск), которое специализируется на приготовлении растворных и бетонных смесей. В ходе анализа данных полученных по результатам промышленного внедрения установлено, что данная машина может быть использована для сортировки материалов, в том числе с целью получения заполнителей для бетонов:

- при сортировке отсева щебня производительность машины по готовому продукту составила 130 кг/ч при эффективности грохочения 81,4 % и удельных энергозатратах 4,53 Вт ч/кг.

- при сортировке песка производительность машины по готовому продукту составила 148 кг/ч при эффективности грохочения 78,1 % и удельных энергозатратах 4,01 Вт-ч/кг.

Технико-экономические расчеты показывают, что использование грохота позволяет снизить стоимость 1 т фракции +2-8 мм на 90-100 руб. по сравнению с рыночной (в условиях цен 2013 г. по г. Курску).

Основные результаты и выводы

1.Ha основе анализа технической и патентной литературы выявлена проблема: необходимо усовершенствовать существующее оборудование и технологии грохочения мелких сыпучих материалов.

2. Разработана и апробирована конструкция спирально-винтового инерционного грохота, такие как площадь просеивающей поверхности, высота слоя материала на сите, частота и амплитуда колебаний, производительность грохота по исходному продукту.

3. Разработана методика расчета мощности потребляемой приводом, учитывающая конструктивные и технологические параметры работы спирально-винтового инерционного грохота

4. Получены аналитические выражения, характеризующие взаимодействие частиц сыпучего материала на вибрирующей поверхности с учетом контактного взаимодействия и деформации частиц; аналитические выражения, характеризующие динамические процессы вибрационного грохота с учетом мощности электродвигателя.

5. На основании реализации плана многофакторного экспериментов получены уравнения регрессии эффективности грохочения и мощности, потребляемой приводом от частоты, амплитуды колебания и производительности грохота по исходному продукту.

6. Выявлено влияние входных факторов: частоты, амплитуды колебания и производительности грохота по исходному продукту на формирование функций отклика эффективность грохочения и мощность, потребляемую приводом. Дана оценка влияния, как отдельных факторов, так и эффектов взаимодействия на уровень параметров оптимизации.

7. На эффективность грохочения наибольшее влияние оказывает производительность грохота по исходному продукту, влияние частоты колебаний на эффективность грохочения больше влияния амплитуды в 2,4 раза, но меньше влияния производительность грохота по исходному продукту на 12,2 %

8. Наибольшее влияние на мощности, потребляемую вибратором оказывает частота колебаний просеивающей поверхности, амплитуда колебаний и производительность по исходному продукту оказывают меньшее влияние соответственно в 2,12 и 1,32 раз.

9. Определены интервалы значений исследуемых факторов, позволяющие обеспечить максимальную эффективность грохочения в рамках, оправданных с энергетической точки зрения: п = 40 -=- 46,2 Гц; А = 1,5 -г- 1,85 мм; Qhcx = 150 176,8 кг/ч, при этом расход энергии составляет 260-300 Вт.

10. Промышленное внедрение опытного образца при классификации отсевов дробления щебня фракции +2 - 8 мм позволило снизить стоимость 1т на 90-100 руб. по сравнению с рыночной (в условиях цен 2013 г. по г. Курску).

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

а) в изданиях рекомендованных ВАК:

1. Рудакова Е. В. Общие принципы построения математической модели сыпучего материала/ Е. В. Рудакова // Ученые записки РГСУ. - 2012,- № 2. -С. 355-358.

2. Рудакова Е.В. Моделирование динамических процессов вибрационного грохота с учетом ограниченной мощности электропривода / Е. В. Рудакова, В. Н. Шевякин, С. Ф. Яцун// Известия Юго-Западного государственного университета. - 2011.-№ 2., ч. 2 - С. 10-16.

3. Рудакова Е.В. Моделирование контактного взаимодействия частиц / Е. В. Рудакова // Естественные и технические науки. - 2011- № 3 - С.302-303.

4. Рудакова Е.В. Преимущества использования винтового инерционного грохота/ Е.В.Рудакова // Ученые записки РГСУ - 2011.- № 6. -С. 398-400.

б) в других изданиях:

Богданов B.C. Инерционный грохот с геликоидной просеивающей поверхностью / B.C. Богданов, С.С. Латышев, Е.В. Рудакова // Интерстрой-мех-011: материалы междунар. науч.-техн. конф. / Министерство образования Республики Беларусь, Министерство образования и науки Рос. Федерации. - Могилев: Белорусско-Росссийский ун-т, 2011. - С. 267-268.

Богданов В. С. К вопросу о выборе схемы грохочения/ B.C. Богданов, С.С. Латышев, Е.В. Рудакова // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: межвуз. сб. ст. / под ред. В. С. Богданова. - Белгород, 2011- Вып. X. -С.10-12.

Богданов B.C. Лабораторная установка инерционного грохота с геликоидной просеивающей поверхностью / B.C. Богданов, С.С. Латышев, Е.В. Рудакова // Инновационные материалы и технологии: сб. докл. междунар. науч. -практ. конф. ( Белгород, 11-12 окт. 2011 г.) / Белгор. гос. технол. унт. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2011. - С. 71-73.

Рудакова Е.В. Особенности практики применения вибрационного грохота/ Е. В. Рудакова // Materialy VII mezinarodni vedecko - praktik conference «Nastoleni modemi vedy - 2011».- Praha, 2011,- C.28-32.

Рудакова Е.В. Расчетная схема разделения сыпучего материала на вибрирующей сетке/ Е. В. Рудакова // Журнал научных публикация аспирантов и докторантов. - 2011.- № 2. - С. 110-113.

Система основных буквенных обозначений

А - амплитуда колебаний, м;

" - ширина сита, м;

Су/ - электрическая константа угловой скорости;

с2 - коэффициент жесткости;

Е - эффективность грохочения, %;

Екн - кинетическая энергия, которая передается грохотом всему материалу,

Д»;

Рг - сила, действующая со стороны обрабатываемой среды на рабочий орган грохота, Н;

Р2 - сила, действующая со стороны упруго-вязкого элемента технологической нагрузки, Н;

Р3 - сила, действующая со стороны упруго-пластического элемента технологической нагрузки, Н;

Л - /2 " коэффициенты трения скольжения материала о поверхность сита и о поверхность короба;

Л - средняя высота слоя материала по длине винтового короба, м;

У - приведенный к оси вращения момент инерции двигателя и дебаланса, кг м2;

к - предельное значение силы упругости, Н;

Ь - общая длина сит, м;

¿1 - длина I -го сита, м;

Ьоб ~ индуктивность обмотки электродвигателя, Гн;

М(0 - момент, развиваемый электромагнитной системой двигателя, зависящий от тока Ь,Н • л<;

т - общая масса несущего корпуса и дебаланса, кг;

т^ - массы дополнительного груза, кг;

п - частота колебаний сита, с"1;

Рх - мощность, потребляемая грохотом на холостом ходу (в отсутствие

дополнительного груза, добавляемого к коробу грохота для изменения амплитуды колебаний короба, и материала, находящегося в коробе грохота в процессе классификации), Вт;

Рдгм~ дополнительная мощность, потребляемая грохотом в связи с наличием присоединяемых к корпусу масс, Вт;

Рдц - дополнительная мощность, потребляемая грохотом на сообщение материалу движения в процессе классификации, Вт;

РдГ - мощность, потребляемая из-за добавления к коробу дополнительного

груза, Вт;

РдМ - мощность, потребляемая из-за наличия в коробе грохота материала, Вт;

Рддв - мощность, потребляемая на перемещение материала по вертикали, Вт; Рдцг~ мощность, потребляемая на перемещение материала вдоль сит (по горизонтали), Вт;

<7 - удельным показатель, который показывает, какая энергия расходуется на единицу производительности по готовому продукту, Вт/кг; . удельным показатель, который показывает, какая энергия приходится на единицу эффективности грохочения, Вт/%; Я - радиус кривизны траектории, в рассматриваемом случае это расстояние

от оси винтовой линии до середины сита, м; ЯОБ - сопротивление обмотки электродвигателя, Ом; £0 - время выхода напряжения на заданный уровень, с; и0 - уровень постоянного напряжения питания, В; 1/(1:)- напряжение, В;

х2, х3 - кодированные значения факторов: частота колебаний, амплитуда колебаний, производительность грохота по исходному продукту;

- коэффициенты характеризующие отношение подрешетного продукта к надрешетному на } -м сите;

у - средняя массовая плотность материала, кг/м3; Д - деформация пружины, м;

- промежуток времени, в течение которого материалу передается кинетическая энергия Екн, с;

ц2 - коэффициент демпфирования;

и - скорость движения материала по винтовой трубе, м/с.

Подписано в печать 28.05.2014 г. Формат 60x84/16

Авт. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 128

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

U-1 0940

4166272

2014156272