автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.09, диссертация на тему:Разделение сыпучих материалов на неперфорированной поверхности вибрационных сепараторов. Теория и методы расчета

РГ6 од

- 8 ОПТ 1996

На правах рукописи АНАХИН ВЛАДИМИР ДМИТРИЕВИЧ

РАЗДЕЛЕНИЕ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ НА НЕПЕРФОРИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВИБРАЦИОННЫХ СЕПАРАТОРОВ. ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА

05.04.09. - Машины и агрегаты нефтеперерабатывающих, и химических производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Московской государственной академии химического машиностроения.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ю.И. Макаров;

доктор физико-математических наук, профессор И. И. Блехман;

доктор технических наук, профессор Г. Я, Пановко.

Ведущая организация : Бурятский институт естественных наук Сибирского отделения Российской академии наук, директор БИЕН СО РАН - доктор технических наук, профессор К. А. Никифоров.

Защита состоится "_"_19_г. в __часов

на заседании диссертационного совета Э 063. 44. 01 по защите докторских диссертаций при Московской академии химического машиностроения (г. Москва, ул. К.Маркса, 21/4).

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГАХМа. Ваши отзывы и замечания (в 2-х экз.) просим направлять по адресу: 107884, ГСП, Москва, Б-66, ул. К.Маркса, д. 21/4, диссертационный совет.

Автореферат разослан " " 1г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

А.С. Тимонин

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации. Развитие мировой практики производства сыпучих материалов сопровождается широким развитием прогрессивных методов их разделения и внедрением в производство новых типов машин и агрегатов. В нашей стране предложен вибрационный метод разделения твёрдых материалов с помощью вибрирующих неперфорированных поверхностей или машин типа вибрационных сепараторов. Быстрое внедрение вибросепараторов в практику разделения сыпучих материалов пока сдерживается недостаточной изученностью проблемы, неполными представлениями о механизме и закономерностях разделения смеси частиц на неперфорированной поверхности колеблющейся деки вибросепарирующей машины, а также тем, что теория их механического разделения на группы частиц, одинаковых по тем или иным качествам, и принципы технологического расчёта вибросепараторов разработаны в недостаточной степени.

В настоящее время более распространены вибропросеивающие машины, требующие частой чистки, ремонта и замены сит. Распыление тонких фракций, малая износоустойчивость и разрыв сеток в процессе работы ухудшают условия труда и приводят к засорению продуктов рассева. Применение грохочения по мелким классам крупности затруднительно, особенно в наиболее предпочтительном диапазоне крупности извлекаемых на вибросепараторе частиц. Эксплуатационные расходы при работе машин состоят из расхода электроэнергии на работу привода, расходов по замене изношенных деталей и расходов по обслуживанию.

К достоинствам вибросепараторов помимо высокой технологической эффективности относят: весьма малый (по сравнению с другими машинами и агрегатами для разделения сыпучих материалов) расход энергии; удобство, безопасность и незначительные расходы по обслуживанию; отсут-

ствие иылеобразования, потерь цепных компонентов и загрязнения помещения; возможность много продуктового разделения; высокая чувствительность к ряду параметров частиц, разделение по которым трудно осуществимо наиболее распространёнными в практике способами разделения; высокая разделяющая способность в диапазоне крупности разделяемых частиц сыпучего материала, характерном для современной производственной технологии.

В связи с этим актуальным является решение рассматриваемой научной проблемы, имеющей важное значение в дальнейшем развитии вибрационного метода сепарации, внедрении в химическое и другие производства вибрационных сепараторов и достижении оптимального режима их работы, при котором качество продуктов, чёткость их разделения и удельная производительность соответствуют реально возможным при максимальной технико-экономической эффективности работы машин.

Закономерности разделения смеси частиц при колебательном движении деки вибросепаратора отличаются большой сложностью вследствие многообразия взаимодействующих факторов, что приводит к необходимости комплексного рассмотрения проблемы и проведения детальных теоретических исследований.

К настоящему времени наиболее разработана теория вибросепараторов с вогнутой декой. Простота конструкции плоской деки и отсутствие дополнительных усложняющих факторов облегчают задачи научных исследований по установлению фундаментальных закономерностей, позволяющих оценить степень влияния отдельных параметров на эффективность работы вибросепараторов и произвести расчёт их основных параметров. В связи с этим целью работы являются разработка научных положений теории разделения слоя сыпучего материала на плоской деке вибросепаратора и теоретическое обобщение научных результатов.

Задачами научных исследований являются: выбор технологической схемы вибросепарации; анализ условий силового и особенностей фрикционного контактов во взаимосвязи с видами и параметрами вибрационных воздействий на слой сыпучего материала; выявление комплекса разделительных признаков и факторов разделения, по которым достигается механическое разделение смесей частиц твёрдых материалов; разработка физической модели разделения, основанной на различии физико-механических свойств частиц; аналитическое описание закономерностей разделения слоя частиц, в котором учитывается режим колебаний деки сепаратора и другие факторы, оказывающие влияние на эффективность их разделения при вибросепарации; получение теоретических уравнений и формул, позволяющих производить расчёт и определение основных параметров вибросепараторов; разработка рекомендаций по выбору оптимальных их значений; анализ факторов оперативной и неоперативной регулировки работы вибросепаратора; экспериментальное определение параметров сепарации; выбор оптимальной конструкции вибросепаратора.

Методы исследований. В теоретических исследованиях используются современные методы прикладной математики и механики. Для объяснения закономерностей разделения смесей при вибрационном воздействии на слой сыпучего мелкодисперсного материала применяются законы классической механики и физики, а также основные положения теории вибрационных процессов и машин..

Математический анализ механизма разделения основан на представлениях о перемещении монослоя частиц на поверхности колеблющейся деки вибросепаратора. Эти модели позволяют учесть влияние, физико-механических свойств частицы и параметров машины на результат разделения смеси частиц и количественно оценить влияние сил, определяющих разделение твёрдых материалов. Предложенный подход к исследованию оправдан тем, что эффективные в технологическом отношении вибрацион-

ные сепараторы относятся к машинам с динамическими условиями разделения тонкого слоя исходного материала.

Теоретическая интерпретация производится на сочетании и взаимном дополнении различных подходов. С помощью опытных данных производится сравнение теоретически возможных результатов разделения с практическими и оценивается степень влияния отдельных параметров на технологические показатели работы вибросепаратора. При этом оценка качества продуктов и самого процесса сепарации проводится с помощью ситового анализа и микроскопа. Некоторая неточность оценки вносится из-за неодинакового влияния формы и размеров частиц на поведение их при вибросепарации и рассеве на ситах.

Экспериментальные данные по замеру скоростей и углов вибросепарации частиц получены различными методами, в том числе с применением кинокамер. Совпадение расчётных и экспериментальных данных удовлетворительное.

Для технических и технологических решений используется отечественный опыт создания и освоения вибрационных машин и полезного применения вибраций в современной производственной технологии.

Научная новизна результатов диссертации. В результате проведённых исследований получены новые представления о физической сущности явлений, разработаны модели процессов, используемые при математическом анализе механизма разделения смеси частиц, выявлены общие закономерности их разделения при вибрационном воздействии на слой сыпучего мелкодисперсного материала и предложены технологические схемы сепарации.

К существенным результатам, имеющим научную новизну, относятся: установление основных закономерностей и особенностей механизма разделения слоя частиц при продольных асимметричных колебательных движениях деки вибросепаратора; разработка научных положений теории вибрационной сепарации (теории разделения смеси частиц на деке вибросепара-

тора) при различных режимах и видах колебаний; изучение закономерностей влияния различных параметров на результат разделения смеси частиц; определение основных зависимостей, необходимых для регулирования работы вибросепараторов.

Научные положения теории вибрационной сепарации раскрываются скоростной гипотезой, основанной на различии в скоростях избирательного перемещения частиц в соответствии с их. физико-механическими параметрами (различие в скоростях движения частиц по деке вибросепаратора определяет разделительный процесс). Это обстоятельство даёт основания при расчётах вибросепараторов пользоваться значениями скоростей перемещения монослоя частиц па поверхности колеблющейся деки, имеющей продольный (и поперечный) угол наклона. В качестве характеристики эффективности работы вибросепаратора принята скорость перемещения материала по его деке. Угол вибросепарации частиц (предельный угол подъёма частиц по наклонной деке, при котором скорость их равна нулю), является основным технологическим параметром разделения. Закономерности изменения скорости перемещения частиц, зависящей от многих факторов, и полученные зависимости для различных углов наклона деки, а также расчётные данные изменения угла вибросепарации от параметров частиц отличаются новизной.

Новизна результатов исследований также состоит в выявлении верхнего и нижнего пределов крупности разделяемых частиц на вибросепараторах; получении теоретических уравнений и формул для расчёта основных характеристик и параметров работы вибросепарирующнх машин; всесторонней оценке технологических факторов и конструктивных параметров, влияющих на эффективность работы вибросепаратора; экспериментальном определении эффективных коэффициентов трения частиц и установлении зависимости от их крупности; определении наиболее благоприятного режима вибраций и оптимальных значений параметров вибросепаратора; ре-

комендациях по выбору и регулированию режимных параметров работы вибрационных сепараторов для обеспечения высокой технологической эффективности и высокопроизводительного разделения сыпучих материалов.

Практическая ценность результатов диссертации. В результате исследований общая картина разделения и избирательного движения смеси частиц на плоской деке вибросепаратора изучена достаточно полно. Теоретические представления о механизме разделения тонкого слоя частиц позволяют вывести математические зависимости, раскрывающие существо и механизм происходящих явлений. Полученные теоретические уравнения позволяют анализировать влияние различных параметров на результат разделения сыпучего материала и оценивать режимы работы вибросепарирую-щих машин для заданных условий.

Теоретические формулы, составленные на основе решения дифференциальных уравнений, и рассмотренные закономерности разделения сыпучей смеси позволяют производить расчёт и определение основных параметров вибросепараторов. Рассмотренные методы определения скоростей применимы для расчётов, дающих возможность обеспечить заданные скорости частиц, а следовательно, необходимое различие в скоростях, от которого зависит качество продуктов сепарации. По предложенным формулам и графикам, определяющим скорости движения и углы вибросепарации частиц, установленным качественным зависимостям возможно решение целого ряда практических задач: выбор оптимальных параметров вибрации, определение оптималыюго режима сепарации и др. Рекомендации по выбору режимных параметров работы вибросепараторов обеспечивают соблюдение заданной крупности разделения и технологически обоснованных допустимых норм взаимозасоряемосги посторонними фракциями конечных продуктов сепарации при заданной производительности машины.

Результаты позволяют разработать принципы технологического расчёта вибросепараторов, определяют направления совершенствования их

конструкции и режимов работы для увеличения производительности и эффективности разделения при низких энергозатратах. На основании предложенных формул, установленных закономерностей процесса и качественным зависимостям производится выбор н технологический расчёт вибросепараторов, их регулирование и эксплуатация; на научной основе осуществляется гонкое регулирование, точное управление и перенастройка работы вибросепаратора.

На основе общих представлений о кинетике процесса разделения возможно определение условий эффективного разделения смеси частиц, создание более экономичных технологических схем и благоприятных условий разделения сыпучего материала, обеспечение нормальной работы вибросепараторов и регулирования действия взаимообусловленных факторов, направленных на достижение заданных показателей разделения.

В результате проведённых исследований определены области применения вибросепараторов в практике разделения сыпучих материалов и пути дальнейшего развития вибрационного метода. Дальнейшее развитие исследований в направлении совершенствования метода позволит высокоэффективным и высокопроизводительным вибросепараторам занять достойное положение и важное место среди других устройств и машин, предназначенных для разделения твёрдых материалов. Научное обоснование, содержащееся в основных результатах диссертации, позволит решить проблему внедрения в практику научно-технических разработок и их освоения в производстве.

На защиту выносятся: научные положения теории разделения смеси частиц на плоской деке вибросепаратора при различных режимах и видах колебаний; методы расчёта и определения основных параметров вибросе-иараторов; аналитические зависимости, связывающие основные характеристики работы вибросепаратора с параметрами вибраций, технологическими факторами и конструктивными параметрами; экспериментальные ме-

тоды определения параметров сепарации частиц; принципы анализа влияния факторов оперативной и неоперативной регулировки на эффективность работы вибросепараторов и действия этих взаимообусловленных факторов, направленных на достижение заданных показателей разделения; принципы выбора оптимальной конструкции вибросепаратора и режимов работы, обеспечивающих эффективность разделения смеси частиц при рациональной общей компоновке и необходимом режиме колебаний.

Связь темы диссертации с плановыми исследованиями. Тема исследований связана с тематикой комплексных научно-технических программ с номерами государственных регистрации 0.15.03 "Создать и освоить производство новых машин ..... для оснащения химической ..... отраслей промышленности", 0.72.02 "Создать и освоить в производстве вибрационные

машины различного технологического назначения ..... ", в том числе:

"Разработать научные основы создания ..... , методы их расчёта ..... " и с

рядом целевых научно-технических программ вузов, а также соответствует исследованиям в приоритетных направлениях развития науки и техники Российской Федерации в области производственных технологий.

Внедрение в практику. По заданию ряда предприятий было предложено и внедрено ряд научно-технических разработок: проведено разделение полидисперсных продуктов химической промышленности на классы крупности, осуществлённое вибросепарацией, и разработана конструкция би-гармонического виброклассификатора; долевое участие вибрационного метода в переработке химического сырья, характеризующегося низким содержанием ценных компонентов, повышает извлечение ценного компонента на 5%; достигнуто повышение эффективности классификации при выделении гранулометричеких фракций менее 0,5 мм в сравнении с грохочением; выполнена работа по разработке прибора для определения дисперсного состава тонкодисперсных продуктов вибрационным методом; проведены работы по снижению адгезии влажных глин с применением вибраций; вы-

и

полнена работа по теме: "Проведение теоретических исследований с целью освоения опытно-промышленного образца виброраздатчика" (42 комплекта промышленного типа изготовлены на СОСЗ, проведены наладка и внедрение на предприятиях).

Конкретным результатом внедрения является выполнение студентами около 50 дипломных работ в соответствии с тематикой исследований автора. Преобладание опытно-конструкторского и исследовательского направления в выполнении этих работ позволило студентам принять непосредственное участие во внедрении научно-технических разработок в промышленное производство: изготовление узлов и комплектов промышленного типа, их наладка и настройка.

Анализ условий расширенного использования результатов диссертации показывает, что эффективность внедрения вибросепараторов в химическое и другие производства зависит от решения проблемы привлечения заинтересованных производителей, работающих в области производственно-технологического предпринимательства, в доведении научно-технических разработок до их практического применения, и выявляет заинтересованность предпринимателей, в том числе зарубежных фирм, в размещении заказов.

Данные апробации результатов исследований. Основные положения обсуждены на научно-технических и методических конференциях: зональном (Урал, Сибирь, Дальний Восток) семинаре по теории машин в г. Иркутске (1983 г.) , Владивостоке (1986 г.) , Новосибирске (1988 г.) ; Всесоюзной научно-методической конференции по вопросам преподавания машиноведения в г. г. Новокузнецке и Мозыре (1986 г.) ; Всесоюзной конференции по созданию и внедрению химического оборудования с использованием методов интенсификации технологических процессов (1984 г.);

The 65th u 66th Shock & Vibration Symposium в г. Сан-Диего (1994 г.) и Байлокси (1995 г.); Technikal Collaborations Symposium в Альбукерке (1995 г.); Asia-Paccific vibration conference' 95 в г. Куала-Лумпуре.

Диссертация состоит из предисловия, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения с актами внедрений научно-технических мероприятий. Объём диссертации 333 страницы машинописного текста с математическими выкладками и 150 формулами; табл. 5 (10); ил. 50; графиков 29; библиогр. 97 назв.

Содержание работы

Предисловие содержит обоснование актуальности темы, цели и задачи исследований, изложение методических подходов и вопросов, выносимых на защиту, представление научной новизны и практического использования результатов.

В первой главе приводится ознакомление с принципом действия, конструкциями, техническими характеристиками и эксплуатационными данными машин и аппаратов для разделения сыпучих материалов вибрационным методом; изложены история и современное состояние развития, элементы теории и перспективы применения вибрационных сепараторов; поставлены задачи научных исследований.

Вибросепарация относится к числу сравнительно новых и прогрессивных методов разделения, в сравнимых условиях имеет преимущества и обеспечивает эффективное разделение сыпучих смесей при относительно низких материальных, трудовых и энергетических затратах. Технико-экономическое сравнение вариантов и сравнение результатов разделения на вибрационных сепараторах с показателями разделения, полученными другими методами, занимающими ведущее место, показывают перспективность применения вибросепараторов.

Неоценимый вклад в развитии теории вибросепараторов внёс основоположник современной вибрационной механики проф. И.И.Блехман. Им дано первоначальное объяснение эффекта разделения сыпучего материала на вибрирующих неперфорированных поверхностях; развита теория вибросепараторов с вогнутой декой (вогнутые деки имеют некоторые преимущества при разделении материалов с широкой граулометрической характеристикой, поэтому первоначально большее внимание уделялось этому типу дек); введены понятия и получены формулы для приближенного определения угла вибросепарации, обобщённого параметра сепарации и разделяющей способности вибросепаратора.

Значительный вклад в развитие техники и технологии вибросепарации внёс Д.А.Плисс. Ему принадлежит ряд изобретений и приёмов в этой области. Им впервые разработаны и внедрены в производство конструкции вибросепараторов, выполнены опытные процессы и экспериментальные исследования, предложена методика выбора угла вибрации и радиуса кривизны деки.

Исследование и разработка методики расчёта параметров движения сыпучих материалов тонкими слоями и соответствующих новых типов машин проведены Ю. И. Макаровым. Теория и методы расчёта вибрационных транспортно-гехнологических машин и процессов при некулоновом трении и исследование эффективных коэффициентов трения при вибрации развиты Г.Я.Пановко. Исследования в этих направлениях представляют существенный интерес для дальнейшего развития и уточнения теории вибросепараторов.

Закономерности процессов химических производств при наложении вибраций рассмотрены Э.Э.Кольман-Ивановым. Принципы теории и практики вибрационной технологии развиты К.В.Фроловым и И.Ф. Гончареяи-чем.

Метод вибросепарации получил развитие в разработках A.B. Гольди-на. Вопросам использования вибрирующих неперфорированных поверхностей в операциях классификации мелких абразивных материалов и разработки конструкций виброклассификаторов посвящены работы Ф.Л. Азама-това, В.А. Вишнякова, В. А. Назаренко. Особенности сепарации на конических вибродеках рассмотрены С.Ф. Абдулиным, П.И. Заикой, Ю.Г. Гриценко, Ст. Стоевым, Щ. Джендовой.

Анализ современного состояния технологии разделения сыпучих материалов вибрационным методом показывает перспективность применения вибросепарирующих машин в химической и смежных отраслях промышленности, производстве абразивных и строительных материалов, теплоэнергетике и технике обогащения полезных ископаемых и др. Наиболее очевидные преимущества имеют машины с прямоугольными в плане деками, имеющими регулируемый угол наклона и совершающими прямолинейные колебания в продольном направлении или в напрвлении, образующим оптимальный угол вибрации с их плоскостями.

Применение продольных асимметричных колебаний деки вибросепаратора даёг существенные конструктивные и технологические преимущества: требование минимальной поперечной жёсткости; меньшая металлоёмкость; бесшумность и меньшие потери энергии; более выражено отсутствие пылеобразования; более лёгкие условия работы привода. Вопросам разделения слоя сыпучего материала, находящегося на поверхности деки, совершающей асимметричные колебательные движения вдоль её плоскости, впервые посвящены работы автора.

Научно обоснованный выбор метода вибросепарации и соответствующего основного типа машин способствует достижению высоких качественно-количественных показателей и экономичности производства, улучшения условий труда и охраны окружающей среды.

Характеристики исходных материалов оказывают существенное влияние на эффективность разделения и используется в технологических расчётах вибросепарагоров. Липкие влажные материалы практически не разделяются. Наиболее эффективно вибрационной сепарацией осуществляется разделение сухих порошкообразных и мелкозернистых материалов.

В свете современных представлений определены следующие направления исследования автора: изучение свойств сыпучих материалов во взаимосвязи с вибрационными воздействиями на них; развитие и уточнение теории вибрационной сепарации, методов расчёта и теоретическая разработка закономерностей разделения смеси частиц при гармонических колебательных движениях плоской деки вибросепаратора с двойным наклоном; разработка теоретических положений, методов расчёта и закономерностей разделения слоя частиц под воздействием продольных бигармонических колебаний и колебаний с локально-постоянным ускорением движения деки вибросепаратора; определение основных зависимостей, необходимых для регулирования работы вибросепарирующих машин.

Во второй главе собраны и систематизированы литературные данные о характеристиках, описывающих поведение исходного материала в динамике; изучен эффект вибрационного воздействия на тонкий слой сыпучего материала; проведено экспериментальное определение эффективного коэффициента трения и силы адгезии частиц мелкодисперсного материала вибрационным методом; рассмотрены методы оценки двустороннего размерного предела разделяемых частиц на вибродеках; оценена степень влияния отдельных конструктивных и технологических факторов на разделение сыпучей смеси; произведён выбор режимов движения частиц при вибрации наклонной деки вибросепаратора и оценены режимы сепарации для заданных условий; определены физико-механические параметры и свойства сы-

пучих материалов, оказывающие существенное влияние на скорость виброперемещения разделяемых частиц и эффективность разделения при различных режимах сепарации.

Сыпучие продукты химического производства (катализаторы, наполнители, пигменты и др.) и других отраслей промышленности характеризуются определёнными параметрами. Компоненты сыпучей смеси отличаются вещественным составом и физико-механическими свойствами. При вибросепарации используется различие в крупности и форме частиц, т.к. скорость продольного перемещения частиц (при заданном угле наклона деки) зависит от их формы, крупности, влажности, упругости, состояния поверхности частиц и деки, характера движения.

Основным параметром, характеризующим частицы сыпучего материала с точки зрения движения их по наклонной деке вибросепаратора в режиме без отрыва, является эффективный коэффициент трения. Величина этого коэффициента трения определяется в основном геометрическими параметрами (размером, формой, шероховатостью), природой частиц. В режиме фрикционного сепарирования фактором разделения является коэффициент трения.

Для продольного перемещения по деке сепаратора необходимо, чтобы сила инерции частицы превзошла силу трения между частицей и поверхностью деки. Сила трения количественно определяется обобщённым законом трения Игр = й (Ы + N0) , где П - коэффициент трения; N - нормальная реакция поверхности на частицу; N0 - сила сцепления, характеризующая адгезию.

Анализ работы вибрационных сепараторов показывает, что шероховатость и состояние сепарирующей поверхности деки определяют эффективность работы вибросепаратора, т.к. влияют на эффективный коэффициент трения частиц и величину адгезии. В технической литературе известен

ряд формул для коэффициента трения и сил адгезии при различной форме частиц.

Нахождение зависимости эффективного коэффициента трения и сил адгезии от размеров частиц является одним из узловых вопросов теории разделения слоя частиц под воздействием колебательного движения деки вибросепаратора. Для этого практически удобно использовать разработанный автором вибрационный метод, включающий использование системы дифференциальных уравнений относительного движения монослоя частиц, находящихся на горизонтальной шероховатой поверхности, совершающей прямолинейные гармонические колебания. При чисто продольном возбуждении колебаний деки постоянной частоты фиксируется амплитуда, при которой частица будет выведена из состояния покоя. Аналогично, при вертикальном направлении колебаний определяется амплитуда, превышение которой приводит к отрыву частицы от рабочей поверхности. Совместное рассмотрение системы уравнений позволяет определить величину эффективного коэффициента трения и адгезионной составляющей силы трения.

1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4

0,3

20 60 100 140 /80 220 260 300

Рис.1. Зависимость эффективного коэффициента трения от среднего размера частиц О

Результаты, полученные для частиц катализатора, находящихся на рабочей поверхности из алюминиевого сплава, представлены на рис. 1. Зависимость эффективного коэффициента трения j, и адгезионной состав-

ляющей силы трения Ра, выраженной в долях силы тяжести от

размера частиц представляются следующими эмпирическими формулами:

где В - размер частицы в мкм, определяемый как средний диаметр частиц гранулометрической фракции после ситового анализа. Выбор эмпирических формул произведён с помощью метода выравнивания, т.е. преобразованием искомой функции в линейную. Линейная зависимость между и В наблюдается в системе координат и В , а между Т-'а/(т£) и В ~ в системе координат ¡'¿(1-'а/(п^) + 1,68) и В .

Полученные данные являются характерными для ряда сыпучих материалов. Результаты опытов свидетельствуют об одновременном увеличении как коэффициента трения, так и сил адгезии при уменьшении размеров частиц.

Разделение по трению на вибросепараторе основано преимущественно на разнице эффективных коэффициентов трения частиц, характеризующих их с точки зрения движения по деке вибрационного сепаратора. При этом, распределение частиц, имеющих различную форму и размеры, по коэффициентам трения подчиняется определённым закономерностям. Зависимость эффективного коэффициента трения от размера частиц указывает на то, что вначале эффективный коэффициент трения малых частиц очень высок, затем он непрерывно убывает, асимптотически приближаясь к постоянному значению, характеризующему фрикционные свойства достаточно больших частиц.

При движении частиц в режиме с полётом происходит виброударное сепарирование, в процессе которого существенным является обобщённый параметр сепарации д, учитывающий упругость и фрикционные свойства частиц. В некотором диапазоне крупности наблюдается ярко выраженная

/, = 0,9-10-^° ;

Ра''(т) = 7.46 ■В -0-24 - 1,68 ,

-0,001 о

(1) (2)

зависимость обобщённого параметра от размеров частиц. Для более крупных частиц эта зависимость выражена слабо. Такая закономерность для определённых систем является типичной, поэтому построением графика в логарифмических координатах можно получить в общем виде функциональную зависимость обобщённого параметра сепарации от размера частиц, аналогичную полученной раннее для эффективного коэффициента трения.

Объективно, должна существовать верхняя граница размеров частиц, способных подвергаться разделению па вибродеке. Она определяется максимальным размером частиц, который не влияет на величину эффективного коэффициента трения и обобщённого параметра сепарации. В соответствии с кривыми, показывающими зависимость эффективного коэффициента трения и обобщённого параметра сепарации от размеров частиц, верхний предел разделяемых частиц составляет 2 мм. Обычно верхний предел крупности полидисперсного материала, направляемого на вибрационную классификацию, составляет не более 1,0 мм. Нижний предел крупности разделяемых частиц определяется условиями взвешивания их в воздушном потоке (материалы с относительно небольшой плотностью всплывают к воздушном потоке при крупности 0,05 -0,06 мм, а тяжёлые - при крупности 0,025 - 0,035 мм), действия звукового ветра, налипания на деку и способности к агрегированию в комки.

Диапазон крупности разделяемых вибросепарацией частиц может быть определён для конкретных систем и заданных условий. Этот диапазон определяется прежде всего из условий эффективного разделения частиц по форме и крупности, поэтому для различных условий вибросепарации различного по дисперсному и вещественному составу материала могут быть предложены эмпирические зависимости или высказаны определённые рекомендации на основании опыта эксплуатации вибрационных сепараторов.

Верхний и нижний пределы для разделяемых вибросепарацией частиц, показывают, что существуют масштабные ограничения. Уменьшение размеров частиц ниже определённого размера приводит к существенному изменению основных физических воздействий на них. Микрочастицы способны перемещаться за счёт звукового ветра. Высокодисперсная система, состоящая из твёрдых частиц в газовой среде, представляет собой аэрозоль, поэтому под действием звуковых волн происходит мгновенная коагуляция и осаждение частиц. Вследствие этого вибросепарация протекает без пыле-образования. Однако микрочастицы, имея развитую поверхность, после коагуляции могут при помощи сил аутогезии прочно сцепляться между собой, что способствует их агрегированию в комки. Образуются агрегаты частиц, в которых слагающие их частицы движутся как единое целое. Очень мелкие частицы не только способны агрегировать в комки, но и налипают на деку.

Итак, применение вибросепараторов в практике сепарации определяется свойствами исходного материала. Диапазон крупности разделяемых частиц составляет от 2-1 до 0,05-0,03 мм. Процесс протекает без пылеоб-разования и чувствителен к влажности материала. Влажность не должна превышать 6-8 % . Из-за возможности налипания на деку и агрегирования частиц в комки важно подавать сухой сыпучий материал, обладающий высокой подвижностью.

Технологическим параметром, учитывающим весь комплекс свойств сыпучих материалов, является угол вибросепарации. Для них сохраняется общая закономерность - повышение угла вибросепарации при уменьшении крупности разделяемого материала. Основными параметрами, определяющими режимы сепарации на деках вибросепараторов, являются свойства разделяемого продукта. Параметры, которые могут регулироваться в процессе работы сепаратора, следующие: угол наклона дек, параметры вибра-

цпй, производительность (удельная нагрузка). Материал покрытия дек необходимо выбирать в соответствии со свойствами разделяемого материала.

Выбор наиболее рационального режима работы вибросепаратора, при котором обеспечиваются установившиеся режимы движения частиц с некоторой конечной скоростью, соответствующей реально возможной при максимальной технико-экономической эффективности разделения, дают основания при теоретических расчётах пользоваться значениями конечных скоростей и углов вибросепарации частиц, расчёт которых производят: по теоретическим уравнениям; по формулам и графикам; по данным, составленным на основе экспериментальных замеров.

Третья глава посвящена теоретической разработке и исследованиям закономерностей разделения сыпучего материала на гармонически колеблющейся деке вибросепаратора с двойным наклоном; произведён выбор технологической схемы вибросепарации; выведены математические зависимости позволяющие учесть влияние параметров частиц, вибраций и конструктивных параметров на результат разделения смеси частиц; проведены исследования теоретических закономерностей избирательного перемещения монослоя частиц и их распределения на деке пибросепаратора первого типа; найдены аналитические зависимости и основные закономерности избирательного транспортирования разделившихся частиц сыпучего материала на поверхности деки вибросепаратора второго типа; определены режимы работы вибросепаратора и предложен ряд формул для определения скорости избирательного движения частиц, которые составлены на основе теоретических разработок; изучены закономерности влияния параметров режима колебаний деки сепаратора на изменения скорости движения частиц; представлены формулы для траекторий перемещения частиц и расчёта технологической характеристики вибросепармругощсй машины; установлены каче-

ственные зависимости и закономерности изменения разделяющей способности вибросепаратора.

Вибрационные сепараторы с деками, имеющими продольный и поперечный наклон, принципиально могут быть разделены на два типа. К первому типу относятся машины, у которых поперечный наклон имеет только дека. Применяются они с двускатными деками, т. е. каждая из полудек имеет поперечный наклон, что придаёт декам крышеобразную форму. Продольный наклон дек регулируется, а поперечный угол наклона конструктивно постоянен. У второго типа угол наклона в поперечном направлении имеют и дека сепаратора, и плоскость, которой параллельны траектории прямолинейных гармонических колебаний. Машины этого типа применяются с односкатными деками, имеющими регулируемый угол наклона в поперечном и продольном направлениях.

Рассмотрены основные этапы движения монослоя частиц в наиболее перспективном режиме с непрерывным подбрасыванием по деке, наклонённой к горизонту иод продольным углом а и поперечным углом ¿:, совершающей прямолинейные гармонические колебания с частотой со и амплитудой А в направлении, образующем угол /? с её плоскостью. Частицы испытывают действие следующих сил: тяжести, нормальной реакции, трения и инерции. Сила трения возникает при наличии контакта частицы с поверхностью деки. При нормальной реакции поверхности, равной нулю, частица оторвана от деки. Тогда движение частицы относительно вибрирующей деки в режиме с полётом описывается системой линейных дифференциальных уравнений. Решая уравнения путём определения фазовых углов, при которых произойдёт отрыв частицы, использования известных связей между составляющими скорости падения и начала полёта при контакте частицы с поверхностью деки и интегрирования с учётом начальных условий, можно определить перемещение за один этап полёта при установившемся режиме движения частицы. Если в расчётах фазового угла ис-

пользовать коэффициент режима работы вибросепаратора W0 =А о> 2 sinр /(g cosaj , то для режима движения частицы с одним этапом полёта в каждом периоде переключений, в р раз превышающем период колебаний деки, т.е. для режима с непрерывным и интенсивным подбрасыванием тина

1/р, имеем: для сепаратора первого типа cosS*0 —§ ; для сепаратора

1 4* Г\

второго типа cos8"0 = j-^- cose . Значения коэффициента восстановления R зависят от упруго-пластических свойств частицы.

Не загромождая излагаемый материал математическими выкладками, ограничимся записью формул для определения скорости движения разделяемых частиц в конечном виде: для сепаратора первого типа

Vх - ( ---^ctgpcosa-———sina ) ; (3)

(о 1 + ° Я

лрд(2-Л 1-R со \ X 1 +

для сепаратора второго типа

cosa sins', (4)

rfl-R 0 2-Х

- - с f* rr/i СП Я/Y ппяг--

VI +-R

тгрд 2-Х

vx ~ -■ ctqfi соsacosc--sina); (5)

(О Vl+-jR X

cosa sin £ . (6)

со Я

Из формул видно, что скорость продольного перемещения Vx и скорость движения частиц в поперечном направлении Vz зависят от параметров колебаний, угла наклона деки, коэффициентов мгновенного трения А, и восстановления R, зависящих от упруго-пластических и фрикционных свойств частиц. Из формул (3) - (6) следует, что в сепараторах с двойным наклоном дек происходит избирательное транспортирование разделившихся частиц в продольном и поперечном направлениях. Очевидным является, что процесс разделения частиц определяется перемещением их с различными скоростя-

ми, зависящими от параметров частиц. При этом углы наклона деки непосредственно влияют на скорость их движения. Частицы, имеющие меньшую скорость продольного перемещения, не только отстают, но и смещаются к внешнему борту, образуя таким образом веер разделившихся частиц. Известно, что существует вполне определённая связь между значениями коэффициентов X и R и размером частиц. В сравнении с крупными тонкие частицы имеют больший коэффициент мгновенного трения и меньший коэффициент восстановления R. Частицы с большим коэффициентом формы обладают меньшим коэффициентом мгновенного трения X и большим коэффициентом восстановления R. Следовательно, в режимах с непрерывным подбрасыванием возможно разделение частиц по крупности и форме частиц.

Для интенсификации процесса необходимо, чтобы частицы падали на деку во время ее виброперемещения вперёд и сцепление их с поверхностью было бы без проскальзывания, совместное движение деки и частиц было бы минимальным без обратного движения последних с декой. В таком режиме работы сепаратора частицы перемещаются относительно деки только на этапе полёта и в режиме движения с непрерывным и достаточно интенсивным подбрасыванием. Критическое ускорение вибрации деки будет при

cosSma = ±1 , т.е. р = и р = р ■ Тогда формулы (3) - (6),

Л I— К Л LUbt 1 — _ГС

Г Г Л- 1-Я

учитывая наиболее удобное и естественное соотношение q = -,—- ,

¿ — А 1 + К

после некоторых преобразований принимают следующий вид: для сепараторов первого типа

vK = Асо (eos/? tда) ; (7)

q

vz = Acó sin/3sine\ — -1 ) ; (8)

\q

для сепаратора второго типа

V, = Лй)

„ = Лй) -^——

(10)

Из полученных формул следует, что в случае движения частиц в режиме с достаточно интенсивным подбрасыванием с увеличением угла продольного наклона вибродеки скорость движения частиц уменьшается; при некотором угле подъёма деки а0 скорость одних частиц может обращаться в пуль, скорость других может оставаться значительной; скорость перемещения частиц зависит от параметра сепарации q, зависящего не только от характера покрытия деки, но также от размера, формы и природы частиц; для частиц с разными параметрами сепарации д может быть подобран угол продольного наклона вибродеки, при котором частицы с большими значениями обобщённого параметра сепарации транспортируются вверх, а другие -вниз.

Движение частиц по вибрирующей рабочей поверхности сепаратора в режиме с достаточно интенсивным подбрасыванием характеризуется тем, что модуль средней скорости частиц прямо пропорционален амплитуде виброскорости деки А а ; средняя скорость перемещения частиц зависит от абсолютного значения максимального виброускорения деки А от: увеличение амплитуды виброускорения Л©2повышает среднюю скорость внбро-транспортирования; при неизменном значении максимального виброускорения деки средняя скорость перемещения частицы увеличивается при уменьшении угловой частоты вибрации и соответствующем увеличении амплитуды виброперемещения деки; средняя скорость вибротранспортирования зависит от угла вибраций /? ; динамические нагрузки на конструктивные элементы вибрационного сепаратора прямо пропорциональны абсолютному значению максимального виброускорения деки; если динамическая нагрузка является лимитирующей, то заданный уровень виброускоре-

ния деки выгоднее обеспечивать увеличением амплитуды виброперемеще-иия и уменьшением угловой частоты со гармонической вибрации в пределах ограничений, налагаемых лимитирующими факторами.

Траектория движения частиц разделяемого материала определяется отношением поперечной и продольной составляющей скорости. Тогда дифференциальное уравнение осреднённой траектории движения частицы по вибрирующей наклонной плоской поверхности деки может быть записано так:

для сепаратора первого типа

^ __ Уг = (1 -д)з1п£

для сепаратора второго типа

dz V sins ,, „

— = —=-. (12)

dx Vx q ctg ßcosc-tga

В сепараторах первого типа угол поперечного наклона и угол вибрации не относится к регулируемым. Угол продольного подъёма деки может регулироваться в процессе работы сепаратора. Из формулы (11) и (12) следует, что при постоянных величинах параметров с и ß и неизменном значении параметра а траектории движения частиц будут представлены серией расходящихся прямых линий в зависимости от известных параметров частицы. Изменением угла продольного подъёма деки можно обеспечить регулировку траекторий движения частиц. При постоянном угле поперечного наклона деки с увеличением угла её продольного подъёма ширина веера траекторий увеличивается до некоторого предела, приближаясь к оптимальной, а затем уменьшается. При оптимальном веерообразном расположении продуктов сепарации на вибродеке существуют две области по длине деки. Перелом существует в области зоны загрузки. По линии проходящей

через точку питания, частицы перемещаются только в поперечном направлении. В первой области деки для её длины до места загрузки сепаратора располагаются частицы, угол вибросепарации которых меньше угла продольного подъёма деки. Во второй же области деки наблюдается веерообразное расположение частиц, имеющих углы вибросепарацни больше угла подъёма деки.

Образование веера продуктов сепарации определяется равнодействующими скорости крупных н мелких частиц, направленных в разные стороны. Максимальное значение скорости к оси сепаратора (вдоль оси г ) имеют частицы промежуточной крупности. Равнодействующая скоростей крупных частиц направлена вниз (вдоль оси х ). Продольная скорост ь мелких частиц по деке направлена в другую сторону - вверх.

Форма дек в плане прямоугольная. Причём соотношение длины деки I и её ширины б различно в зависимости от параметров разделяемого материала. Уравнения (11) и (12) характеризуют разброс траекторий движения частиц материала вокруг точки питания. Разделяющая способность деки определяется изменением составляющих перемещения по осям сепаратора. После дифференцирования и некоторых преобразований находим:

для сепаратора первого типа

_ _ Ь ctg/З-Ьда_

'■I дд г = ъ ¡те (1-д)2

(13)

— эл-п«?-2

I

сЬд /З-Сда

(14)

2 '

(д сЬдр-Ьда)

для сепаратора второго типа

Ох1Т = bctg£ сЬдр;

I ъхпТясЬав

(15)

Из формул следует, что разделяющая способность сепаратора зависит от угла наклона деки в продольном и поперечном направлениях, длины и ширины рабочей поверхности, угла вибраций и параметров частиц. Существует вполне определённая связь между разделяющей способностью и геометрическими размерами деки: увеличение ширины рабочей зоны и длины сепаратора вызывает пропорциональное увеличение разделяющей способности, то есть с увеличением размера деки её разделяющая способность возрастает пропорционально. Причём соотношение длины деки и её ширины должно быть оптимальным.

Графическая интерпретация полученных выражений показывает, что для повышения разделяющей способности необходимо регулировать режим сепарации или изменением утла продольного подъёма деки, или изменением поперечного наклона сепаратора и угла вибраций. Для них сохраняется общая закономерность - повышение разделяющей способности с увеличением численных значений обобщённого параметра сепарации и уменьшением поперечного угла наклона деки; чем меньше этот угол наклона, тем больше её величина. Для получения лучших результатов необходимо применять сепараторы с малыми углами вибраций и поперечного наклона. Зависимость разделяющей способности от обобщённого параметра сепарации имеет ярко выраженные максимумы. При этом каждому значению обобщённого параметра сепарации соответствует определённое значение угла продольного подъёма деки, при котором достигается наибольшее значение разделяющей способности. В результате разделения и избирательного транспортирования частиц в направлении положительной оси сепаратора наблюдается следующая общая закономерность распределения частиц на деке сепаратора при её оптимальном соотношении длины и ширины: по длине деки - увеличение параметра сепарации и уменьшение крупности частиц; по ширине деки - уменьшение обобщённого параметра сепарации и увеличение крупности частиц.

Из полученных формул и графиков также следует, что условия максимально эффективного разделения смеси частиц реализуется для обеих конструкций вибросепаратора при qctgß/tga и q cose ctgß/ tga, равными единице, что соответствует нулевому значению скорости движения частиц в продольном направлении. Следовательно, угол вибросепарации, при котором скорость продольного перемещения частиц равна нулю, определяется по следующим формулам: для сепаратора первого типа

а 0х- arcig ( q ctg ß j; (17)

для сепаратора второго типа

а0л= arctg ( q cose ctgß). (18)

Разработке теоретических положений, методов расчёта и закономерностей разделения сыпучего материала при продольных асимметричных колебаниях деки вибросепаратора посвящена четвёртая глава\ обоснован выбор вида разделения и вибраций; рассмотрен графический метод определения скоростей движения частиц и оптимальных параметров бигармони-ческих вибраций; установлены качественные зависимости и закономерности разделения тонкого слоя частиц при бигармонических колебаниях деки на основе расчёта скорости избирательного перемещения и угла вибросепарации; изучены закономерности влияния основных параметров на эффективность работы бигармонического вибросепаратора; проведён математический анализ механизма разделения смеси частиц под действием вибраций с локально-постоянным ускорением колебаний деки вибросепаратора и расчёт параметров движения частиц; разработан метод расчёта и проведён выбор формул скорости и угла вибросспарации; изучены закономерности изменения скорости избирательного перемещения в зависимости от режима работы вибросепаратора с декой, совершающей колебания с локально-постоянным ускорением, и изложены элементы его расчёта.

Важные закономерности действия этих вибраций можно выяснить при рассмотрении системы с одной степенью свободы, описываемой дифференциальным уравнением движения монослоя частиц в продольном направлении.

Уравнения движения деки при бигармонической вибрации имеют вид:

где Б, п, - соответственно виброперемещение, виброскорость и виброускорение деки; у - отношение амплитуды второй гармоники к амплитуде первой гармоники (у = В/А); ср - сдвиг фаз между гармониками. Асимметричность продольных колебаний деки приводит к проявлению значительных инерционных сил, превышающих силы трения частиц о поверхности деки сепаратора, и к продольному перемещению их вдоль деки, определяемое ускорением движения её. Уравнение движения частицы запишем в виде х = ± /д. Скорость продольного перемещения частиц определится при суммировании перемещения х на всех этапах движения за период вибрации деки: V = <и£с, / 2 п. Согласно графическому методу строят график безразмерной скорости деки и/А со как функцию безразмерного времени со! на отрезке длины 2л. На диаграмму виброскорости деки наносят прямые с наклоном 5, равным ±- _.

(19)

(20)

(21)

Ай)

Прямые, определяющие безразмерную скорость частицы к / Аа> , строят до получения периодического чередования однотипных моментов перехода, что будет соответствовать установившемуся режиму движения частицы. При установившемся процессе численное значение продольной скорости частиц по деке рассчитывается, исходя из следующего выражения:

Асу

V = ~.F(S,r,p). 2ж

(22)

Г рафические изображения зависимости средней скорости частиц от разности фаз двух гармонических колебаний показаны на рис. 2 (теорет. -

сплошная линия, эксперим. - пунк-

V10J, м/с

V/Uir

-1

-2

-4

f >-1 0.2 ♦- 2 0.3 °-3 0.5 »"4 0.7 = -5 0.8 fa

r 7 д f

\ 'а * \ L V Un = Ф ftp) / { i i t f

V \ \ \ / / s \ 4 N / / !

Л + L./ / \ j S S / //

1' д А 'V л i 1 S» 2*

ч 1, { /

Ï f

X Si "«..В f

'Р, рад

Рис. 2. Зависимость скорости частиц и коэффициента передачи скорости V/Um от сдвига фаз би-гармонических вибраций

тарная линия). Показаны также теоретически рассчитанные значения скорости частиц с разными эффективными коэффициентами трения / Передача энергии от плоскости деки частицам через силы трения учитывается коэффициентом передачи скорости V/um . Как видно, максимальное значение скорости частиц достигается в области сдвига фаз около нуля, т.е. оптимальным значением угла сдвига фаз второй гармоники относительно первой является его величина, равная 0° . Из зависимостей, показанных на рис. 3, видно, что наиболее предпочтительный диапазон отношения амплитуд ле-

жит в пределах от 0,45 до 0,65 .

V

и»

0.4

1.6

1.8 У

Рис. 3. Зависимость скорости движения частиц, коэффициента передачи скорости и максимального ускорения деки от отношения амплитуды второй гармоники к амплитуде первой гармоники у

Рост величины отношения амплитуды второй гармоники к амплитуде первой гармоники ведет к одновременному росту максимального значения ускорения деки величина которого определяет величину динамических нагрузок на элементы конструкции сепаратора.

Скорость движения частиц может быть повышена ( повышена производительность сепаратора в 2-3 раза ) без увеличения динамических нагрузок путём выбора оптимальных параметров ср и у. Сдвиг фаз и отношение амплитуд определяют оптимальный режим работы сепаратора.

Большое влияние на режим оказывают амплитуда и частота колебаний деки сепаратора (рис. 4). Повышение амплитуды колебаний при бигармони-ческих вибрациях приводит к увеличению средней продольной скорости передвижения частиц. При этом с увеличением амплитуды колебаний пропорционально увеличивается скорость

Рис. 4. Зависимость средней скорое - двн>кеШ1я част1Щ. При постоянной ти частиц от частоты вибрации со (1)

и от амплитуды вибраций А (2) амплитуде колебаний с увеличени-

ем частоты скорость движения частиц увеличивается. Установлено, что численное значение скорости изменяется по закону параболы.

Скорость продольного перемещения частиц зависит от абсолютного значения максимального ускорения деки сепаратора (рис. 5); при постоянном значении максимального ускорения деки скорость частиц уменьшается с увеличением частоты периодической вибрации; при постоянном значении частоты вибрации возрастание максимального ускорения деки приводит к увеличению средней скорости движения частиц; при заданном уровне максимального значения ускорения деки выгоднее использовать пониженные частоты колебаний; коэффициент передачи скорости уменьшается с повышением величины максимального ускорения деки. Параметры, которые могут регулироваться в процессе работы сепаратора, следующие: амплитуда и частота колебаний, сдвиг фаз и отношение амплитуд гармоник, угол наклона дек. При вибросепарации на деках наиболее важное значение имеет угол продольного наклона дек.

V-10>c

V/Wm

/

0.6

0.4

0.2

При движении по наклонной плоской поверхности колеблющейся деки безразмерное ускорение частицы выразится в виде

5- —(±/ cos a -sin а). (23) Асо

и И 20 21

Рис. 5. Зависимость скорости частиц от ускорения деки при со =157 с-1 (1) ; 314 с-' (2) и зависимость У/ит от ЛУт (кривая 3)

Параметр 8 является угловым коэффициентом прямых, отсекающих при построениях площади, определяющие численные значения скорости движения частиц. При регулировке сепараторов рекомендуется сочетать угол продольного подъёма деки с коэффициентом трения частиц, так как эти факторы взаимосвязаны между собой. Графики скорости движения частиц от эффективного коэффициента трения V; «л для диапазона изменений угла подъ-

ёма деки показаны на рис. 6. Эти зависимости для а = 0; 4; 8; 12; 16°, соответствующие кривым 1; 2; 3; 4; 5, построены на одном поле рисунка и представлены серией плавных кривых.

Скорость движения частиц в направлении подъёма по деке зависит от угла наклона деки и эффективного коэффициента трения, зависящего от

Рис. 6. Зависимость скорости частиц от коэффициента трения Г при характера покрытия деки сепаратора,

бигармонических колебаниях деки (рорыЫ: крупносп1 и природы части-

цы; движение частиц, различающихся

коэффициентами трения, оказывается неодинаковым при разных углах продольного подъёма деки: происходит сепарация и избирательное транспортирование в соответствии с их эффективным коэффициентом трения.

Изучались закономерности изменения усреднённой ( по эффективным коэффициентам трения) скорости движения по деке в зависимости от угла продольного подъёма деки. На рис. 7 показаны зависимости средней продольной скорости от амплитуды и частоты колебаний при разных углах продольного подъёма деки. Кривые 1 (а = 0°); 2 (а = 8°); 3 (а = 12°) при частоте колебаний 5 Гц и 4 (а = 0°) при V = 50 Гц показывают зависимость между скоростью движения частиц и амплитудой колебаний; кривые 5 (а = 0°), 6 (а =8°), 7 (а =12°) при постоянной амплитуде колебаний показывают зависимость между скоростью движения частиц и частотой колебаний.

12

И 4

О 4 8 12 16

Уср 10~,м/с

■'-4

г

___

V 1 гз 3 50 3 75 ^ 100

чч. ч V5

к N \— 7

- Гц

Рис. 7. Зависимость скорости частиц от амплитуды А ( 1 - 4) и частоты V ( 5 - 6 )

Как видно из рис. 7, с увеличением угла подъёма влияние амплитуды и частоты колебаний на скорость перемещения частица становится менее

заметным или практически не заметным (см. кривые 2 и 6), а затем заданные частицы с определённым эффективным коэффициентом трения меняют направление движения, т.е. увеличение угла продольного наклона деки до некоторого предела благоприятно для процесса вибросепарацин. С увеличением эффективного коэффициента трения при постоянных частоте и амплитуде колебаний угол предельного подъёма частиц увеличивается от минимального до максимального.

Из полученных данных следует, что направление движения зависит от эффективного коэффициента трения и угла продольного подъёма деки; частицы, обладающие эффективным коэффициентом трения 0,5, при углах продольного подъёма 0 - 8° двигаются по направлению положительной оси сепаратора и, следовательно, попадают в зону разгрузки верхнего продукта; при углах продольного подъёма 12° и выше эти частицы перемещаются вниз и попадают в зону разгрузки нижнего продукта.

0.2

о.з

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Рис. 8. Зависимость угла вибросепарации ао от эффективного коэффициента трения /

Полученные данные показывают, что угол вибросепарации не зависит ни от амплитуды, ни от частоты бн-гармонических колебаний. Однако наблюдается функциональная зависимость от параметров частиц. Графиче-г скос изображение зависимости угла вибросепарации от эффективного коэффициента трения представляется в виде прямой линии с определённым

угловым коэффициентом, соответствующим определённому углу наклона прямой к оси абсцисс (рис. 8). Этот график может быть представлен в виде

а0 = 16,2f+0,6,

(24)

где а0 - усол вибросепарации, градус; / - эффективный коэффициент трения.

Представляет интерес оценка степени влияния угла вибрации р. Поэтому были обобщены экспериментальные данные замеров и расчёта угла вибросепарации и скорости перемещения для различных режимов движения частиц катализатора. Графические зависимости представлены на рис. 9

в виде плавных кривых для всего диапазона изменений функций

Ф

(Р) и V = Ф (Р). На рисунке нанесены линии зависимости угла вибросепарации для частиц крупностью - 100 -(-80 мкм (кривая 1) , -200 +160 мкм (кривая 2) и средней продольной скорости их по деке сепаратора при её

У-10, м/с

продольном наклоне 20° (кривая 3) от угла вибраций, характерные для различных режимов движения и каждого вида материала. Оптимальным является направление колебаний, имеющий угол 20-30° к плоскости деки. Из рис. 9 следует, что в области 20-30° существует перелом зависимостей ао = Ф (р) и V = Ф ф). Из этих зависимостей видно, что существуют по крайней мере две области, где характер изменений ао и V раз-

„ „ „ , личен: в первой - до значения угла вибра-

Рис. 9. Влияние угла вибрации 1 1

на угол вибросепарации ций 20-30° видно относительно более рез-

кое увеличение угла вибросепарации и

!

/ 1

30

а

скоростей движения материала; во второй - после значения угла вибраций 20-30° угол вибросепарации частиц и скорость перемещения их медленно убывают (практически линейно). Оптимальным можно условно считать угол вибраций, равный 25°, при котором достигается наибольшая скорость движения частиц, максимальные углы вибросепарации и наибольшее различие в их численных значениях.

Асимметричность продольных колебаний деки с локально-постоянным ускорением (более быстрое виброперемещение деки назад) приводит к проявлению значительных инерционных сил. Совместное решение уравнений движения частиц и деки позволило получить систему трансцендентных уравнений, определяющих все параметры движения частицы, и предложить формулы для определения численного значения скорости при различных режимах. Транспортирующая и сепарирующая способность деки определяется ускорением движения её. Для горизонтальной деки характерна неодинаковая скорость движения мелких и крупных частиц. Большие скорости движения частиц и максимальное различие скоростей мелких и крупных частиц достигается при определённых режимах движения деки и частиц. Наличие продольного угла подъёма деки сдерживает продольное перемещение крупных частиц материала по деке и способствует эффективному разделению смеси частиц по крупности. Частицы движутся преимущественно скольжением по поверхности и режим их движения будет зависеть от виброускорения деки. С увеличением ускорения колебаний деки сепаратора частица будет выведена из состояния покоя и движется вперёд с положительным ускорением, равным Jg cos а - g sin а. В период обратного скольжения частица движется с отрицательным ускорением. Если ввести обозначения: A =/g cos а; у/ = ig а/f; В = | wi /w\ I - отношение абсолютного значения ускорения при обратном виброперемещении к ускоре-

нию при прямом виброперсмещении деки, то скорость движения частиц в

режиме с проскальзыванием на обоих этапах её движения (режим 4) равна

V = + ц/2 (25)

где N = \\'1 / А ; Т - период колебаний. Средняя скорость движения частиц возрастает до определённого предела при увеличении несимметричности колебаний, задаваемых параметром В. Для режима движения частиц вместе с декой на нервом этапе и проскальзыванием на втором этапе (режим 2)

Рис. 10. Зависимость скорости частиц от эффективного коэф- имеем: фициента зрения / при [

локально-постоянном уско- V = -

рении деки

Семейство кривых линий, изображающих на рис. 10 зависимость скорости продольного перемещения частиц от эффективного коэффициента трения, характеризует закономерности процесса для различных режимов, и определённого диапазона изменения параметра tg а. Практически прямая, линия 1 показывает общую для режима 2 и 4 зависимость предельной скорости движения частиц при высоком значении ускорения обратного хода деки от эффективного коэффициента трения. Кривые 2, 3 и 4 показывают зависимость V - Ф (/) для режима 2 при В = 9 н разных значениях tg а : 2 -0,1; 3 - 0,2; 4 - 0,4 . Кривые 5 и 6 показывают зависимость V = Ф (/) для режима 4 при В = 9, N = 2 и разных значениях tg а : 5 - 0,1 ; 6 - 0,2 .

Для безотрывного режима движения частиц по наклонной поверхности, совершающей вибрации с локально-постоянным ускорением, из уравнений легко найти величину угла вибросепарации а0: для режима 2

Сущность метода определения угла вибросепарации заключается в том, что для известных параметров частиц и режимов по формулам (27) и (28) рассчитывается параметр а0. Пример 1. Определить угол вибросепарации для частиц с эффективным коэффициентом трения, равным 0,6 при В = 9. Решение сводится к следующему: по формуле (27) находим oto = 25,6°; по формуле (28) при N = 2 угол вибросепарции равен а0 = 8,8° . Режим 2 - режим с относительным покоем во время одного этапа - обеспечивает больший угол вибросепарации, чем режим 4. Следовательно, режим 2 предпочтителен с точки зрения обеспечения более высокой разделяющей способности вибросепаратора.

Пример 2. Определить угол вибросепарации частиц материала размером D = 50 мкм. Рассмотрим методику расчёта вибросепаратора, предназначенного для классификации угольного порошка крупностью от 30 до 100 мкм, исходя из стремления максимально выделить фракцию 50 мкм. По данным главы 2, эффективный коэффициент трения частиц порошка зависит от диаметра D частицы (мкм): f - 0,9 10 '0,010 . Для работы в режиме 2 имеем : а0 = arctgfl В-1) /( В+1) =32,6°

Теоретическая разработка основных закономерностей разделения смеси частиц позволяет сформулировать следующие рекомендации: при регулировке сепараторов ускорение прямого хода и его оптимальное значение рекомендуется сочетать с углом продольного подъёма деки и величи-

tga=f-(B-l)/(B+l) ;

(27)

для режима 4

(28)

ной эффективного величиной коэффициента трения, так как эти факторы взаимосвязанны между собой; возрастание ускорения обратного хода отражается на величине динамических нагрузок, которая становится выше, и его оптимальное значение следует принять в определённых пределах, так как дальнейшее увеличение не приводит к росту производительности сепаратора.

В пятой главе рассмотрена методика экспериментального определения угла вибросспарации, по значению которого рассчитывается соответствующее частице значение обобщённого параметра сепарации; по аналогии с методом определения обобщённого параметра сепарации предложен метод и ряд формул для рассчёта эффективных коэффициентов трения частиц при безотрывных режимах движения, составленных на основе уравнений углов вибросепарации частиц при различных видах вибрационных воздействии; приводится анализ факторов оперативной и неоперативной регулировки, влияющих на эффективность работы вибросепараторов; предложены режимные параметры работы вибросепарирующих машин; рассмотрен принцип работы основных узлов вибромашины и нахождения принципиальной её схемы; приведена рациональная конструкция вибросепаратора универсального назначения; высказаны определенные рекомендации по регулированию параметров работы вибросепараторов исходя из условий эффективного разделения смеси частиц различного по составу сыпучего материала.

На основании уравнения (И) может быть предложен весьма простой метод опытного определения угла вибросепарации. Продольный угол наклона регулируется до тех пор, пока частица не будет перемещаться в поперечном направлении с углом уклона 90° относительно продольной оси се-ларатора. Зафиксированный продольный наклон деки характеризует угол зибросепарации частицы. Этот метод является достаточно высокоточным,

надёжным и позволяет путём экспериментальных замеров быстро определить углы вибросепарации разделяемых частиц.

По опытно установленным углам вибросепарации единичных частиц производят расчёт обобщённых параметров сепарации ( д = а ах (3). Предлагаемые методы расчёта обобщённого параметра сепарации и коэффициента мгновенного трения основаны на использовании опытно определённого угла вибросепарации, фактически в этих характеристиках учитывается форма и размеры частиц. Для частиц в режимах движения с интенсивным подбрасыванием угол вибросепарации зависит от коэффициентов восстановления и мгновенного трения частиц при заданном угле вибрации. Значение коэффициента восстановления зависит от высоты падения и подскока частицы. Опытные данные и приведённые формулы можно использовать для расчёта коэффициента мгновенного трения.

Для случая движения частиц в режиме без отрыва соответствующая методика определения углов вибросепарации является типичной и позволяет произвести расчёт эффективных коэффициентов трения частиц. Если в расчётах эффективного коэффициента трения использовать уравнения углов вибросепарации частиц при различных видах колебаний, то по аналогии с методом определения обобщённого параметра сепарации можно получить:

--—; для продольных бигармониче-

ЪР

для гармонических колебаний / = а0{ - 0,6 й

ских колебаний / =-; для продольных колебаний с локально-

16,2й

1ёа0}{В + \)

постоянным ускорением / =--—--.

Итак, основной технологический параметр, характеризующий работу вибрационного сепаратора, - угол вибросепарации частиц определяется

экспериментально. Экспериментальный метод измерения основан на использовании уравнений скоростей (траекторий) движения частиц.

Экспериментальные данные по замеру углов вибросепарации используются в расчётах эффективных коэффициентов зрения и обобщённого параметра сепарации частиц различной крупности при различных режимах движения.

Все факторы, влияющие на работу вибросепаратров, подразделяются на факторы оперативной и факторы неоперативной регулировки процесса. К факторам неоперативной регулировки относятся некоторые конструктивные и технологические факторы: размеры, характер и состояние рабочей поверхности; угол вибраций; крупность, гранулометрический и фракционный составы исходного материала, его физико-механические свойства. Такие факторы могут быть изменены только в процессе некоторой реконструкции машины или изменения свойств исходного материала. Свойства разделяемого продукта, его вещественный состав определяют режимы вибросепарации на деках. При регулировании работы вибросепаратора используют факторы оперативной регулировки. Параметры, которые могут регулироваться в процессе работы сепаратора, следующие: угол наклона дек (продольный и поперечный), параметры режима колебаний (амплитуда, частота и др.), производительность. Шероховатость и материал покрытия, угол вибраций, размеры деки не относятся к регулируемым, хотя они и выбираются в соответствии со свойствами разделяемого продукта, но не могут изменяться оператором по ходу ведения процесса.

Выше отмечалось, что диапазон крупности разделяемых частиц на вибродеках составляет 2 + 0,04 мм и менее. Основными параметрами работы вибросепараторов являются: длина и ширина рабочей зоны сепаратора, отношение длины деки к её ширине, амплитуда и частота колебаний деки, продольный и поперечный наклон деки, тип и материал покрытия, производительность. Режимные параметры работы вибросепарирующнх машин

современных конструкций (удельная производительность, частота и амплитуда колебаний дек, площадь деки при оптимальном соотношении длины и ширины, расход электроэнергии и др.) приведены в монографиях автора.

Соотношение длины деки и её ширины различно в зависимости от крупности разделяемого материала и колеблется от 1,2 -г 1,0 до 1,9 + 1,0. Причём длина деки находится в пределах 850 2300 мм, а ширина 500 н-1300 мм. Целесообразно выпускать сепараторы со многими деками.

Угол наклона деки является основным при наладке и регулировке работы вибросепараторов. Для получения лучших результатов необходимо применять деки с малым углом поперечного наклона (3 - 10°). Для материалов диапазона крупности разделяемых частиц на вибросепараторах продольный угол наклона обычно составляет 15 - 25°. Для получения тонкодисперсных продуктов допускаются относительно большие углы подъёма деки (30 - 35°). Наблюдаются особенности влияния продольного и поперечного наклона дек па эффективность вибросепарации по форме частиц. При регулировке сепаратора рекомендуется сочетать небольшой угол поперечного наклона с углом продольного подъёма, изменяя его таким образом, чтобы получить максимально широкий веер частиц по степени их изомег-ричности.

Для применяемых вибрационных сепараторов амплитуда колебаний деки составляет 0,4 v 1,5 мм (для продольных бигармонических колебаний до 4,0 мм). Пределы изменения частоты колебаний могут быть определены при заданной амплитуде. Нижний предел обычно сосгавляет 25 Гц, а верхний - 75 Гц. Частота колебаний применяемых приводов обычно колеблется от 2800 - 3000 (2500) до 3600 - 4400 мин*1.

Вибросепараторы чувствительны к отклонению угла направления колебаний от оптимального. Обычно диапазон углов вибраций ограничивается в пределах 15 - 30°. В практике для классификации обычно применяют вибросепараторы с углом вибраций 20 и 25°. Высокая чёткость разделе-

ния частиц по степени изометричности возможна при безотрывном режиме вибросепарации. При угле направления гармонических колебаний 15° безотрывный режим вибросепарации обеспечивается при амплитуде колебаний деки 1,1 мм.

Наиболее благоприятный режим вибраций, обеспечивающий высокую технологическую эффективность и устойчивость режима сепарации достигается выбором определённого сочетания параметров режима колебаний, конструктивных параметров и технологических факторов.

Принципиальная схема вибросепаратора должна обеспечивать полное динамическое уравновешивание сил инерции колеблющихся частей. В сепараторах с резонансной настройкой упругой системы и динамическим уравновешиванием колеблющихся частей обеспечивается минимальный расход энергии при установившейся их работе и минимальная передача динамических нагрузок на опорные конструкции. Это обеспечивает также получение необходимой амплитуды виброперемещения деки от вибровозбудителя небольшой установочной мощности и незначительными пусковыми усилиями, что снижает его вес и габариты. Для рациональной компоновки в конструкции применена схема, обеспечивающая максимальное сближение активной и уравновешивающих масс и облегчающая достижение однонаправленности колебаний деки. Линия действия возмущающей силы привода должна проходить через центр инерции колебательной системы.

Этажерочная конструкция лёгких дек позволяет получить высокую удельную производительность на 1 м2 занимаемой площади и повысить общую производительность сепараторов. Достижением в развитии конструкции сепаратора является применение многосекционных дек. Для наиболее полного использования площади дек каждый ярус разделяется на оптимальное число секций - рабочих зон.

Требования к основным узлам и конструктивным элементам вибросепаратора включают: обеспечение линейной нарпавленности вибраций;

симметричное расположение (горизонтальное) рессор относительно линии действия вибрационной силы; высокая жесткость крепления кронштейна привода к пакету из дек сепаратора; надёжный крепёж соединяющих элементов пакета и жёсткость скрепления всех узлов и деталей для предотвращения паразитных вибраций и шума. Отсутствие пылеобразования и герметичность исполнения обеспечивают безопасные условия труда для операторов на предприятиях химической, атомной и других отраслях промышленного производства, где необходимо производить разделение агрессивных, ядовитых, газирующих и пылящих сыпучих материалов. Практически важным является разработка конструкции вибросепаратора универсального назначения.

Разработка оптимальной конструкции вибрационного сепаратора сводится к определению принципиальной схемы и оптимальных значений его параметров, наиболее рациональной динамической структуры и компоновки основных узлов и конструктивных элементов а также общей компоновки машины. Этажерочная конструкция лёгких многосекционных дек позволяет создать совершенную машину и эффективную технологическую схему сепарации. Достаточно полное описание конструктивного оформления позволяет воспроизвести такое устройство.

Параметры работы вибросепаратора и материал покрытия деки выбираются таким образом, чтобы обеспечить движение компонент смеси в разные стороны. Регулируя параметры сепаратора можно подобрать условия, при которых у двух смежных классов крупности будет наибольшее различие в углах вибросепарации. Для повышения эффективности разделения обычно угол продольного наклона деки устанавливают промежуточным между углами вибросепарации разделяемых классов крупности. Причём шероховатость поверхности деки оказывает влияние на технологические показатели работы вибросепараторов. Оптимальная шероховатость связана с крупностью частиц.

Параметры работы вибросепарирующих машин современных конструкций обеспечивают соблюдение заданной крупности разделения и технологически обоснованных допустимых норм взаимозасоряемости посторонними фракциями конечных продуктов сепарации при заданной производительности машин. При этом помимо параметров режима колебаний деки сепаратора угол её наклона является основным регулируемым параметром при эксплуатации вибросепараторов. Так, при классификации свинцового порошка по граничной крупности 71 мкм и регулировке угла продольного подъёма деки в диапазоне 18-21° эффективность классификации изменяется от 80,0 до 87%; оптимальным является угол наклона 20°, при котором эффективность достигает 97,2%; она снижается до 82,1% при угле подъёма 21%. В общем случае эффективность классификации растёт при снижении удельной нагрузки и при разделении материалов, имеющих малое количество частиц промежуточного размера. Так, при разделении цинкового порошка по размеру граничного зерна 0,3 мм и заданной производительности от 500 до 936 кг/ч эффективность классификации колеблется от 98,6 до 95,2%.

Общие выводы

1. В результате исследований разработаны научные основы и установлены основные закономерности разделения сыпучих материалов на не-перфорированной поверхности колеблющейся деки, позволяющие производить расчёт основных параметров вибрационных сепараторов. Проанализированы реальные условия силового и особенности свойств фрикционного контактов во взаимосвязи с видами вибрационных воздействий на тонкий слой сыпучего материала. Предложена физическая модель разделения частиц в многокомпонентных и полидисперсных смесях. Эта модель основана на представлении о различии физико-механических свойств ком-

понент сыпучей смеси и позволяет учесть влияние параметров частиц и режима колебаний на результат разделения и выявить комплекс разделительных признаков и факторов разделения.

2. Теория вибрационной сепарации основана на двух основных положениях: скорость избирательного перемещения частиц твёрдых материалов зависит от параметров режимов колебаний деки вибросепаратора, углов её наклона и эффективного коэффициента трения или обобщённого параметра сепарации, зависящих не только от характера покрытия деки, но также от формы, размера и природы частицы, если рассматривать перемещение монослоя частиц на поверхности деки; угол вибросепарации зависит от известных параметров частицы и учитывает весь комплекс физико-механических свойств исходного материала. В результате исследований получены теоретические уравнения, формулы и графики, позволяющие производить расчёт скоростей избирательного перемещения и углов вибросепарации частиц, анализировать влияние различных параметров на результат разделения смеси частиц на поверхности колеблющейся деки и оценивать режимы работы вибрационных сепараторов. Экспериментальные данные по замеру углов вибросепарации позволяют рассчитать по предложенным формулам численные значения обобщённых параметров сепарации частиц в режимах их движения с полётом и эффективных коэффициентов трения частиц при продольных вибрациях деки. Предложен ряд формул для расчёта эффективных коэффициентов трения частиц в зависимости от режима и вида колебаний деки вибросепаратора.

3. Разделение смесей частиц твёрдых материалов с помощью вибрирующих неперфорированных поверхностей или машин типа вибрационных сепараторов достигается по разделительным признакам (скоростям движения и углам вибросепарации частиц) и проходит в соответствии с принципами, зависящими от вида вибрационных воздействий. Классификация вибрационных методов сепарации в зависимости от режима движения час-

тиц может быть следующей: разделение смеси частиц в режиме фрикционного сепарирования (безотрывное движение частиц); разделение слоя частиц в режиме виброударного сепарирования (движение частиц в режиме с полётом). В диссертации выделяются два вида разделения смеси и соответственно предложены две концепции объяснения разделения: вибросепарация по трению и форме с использованием асимметричных продольных колебаний деки; вибросепарация по упругости и мгновенному трешно с применением прямолинейных гармонических колебаний деки в направлении, образующем оптимальный угол вибраций с её плоскостью. В соответствии с первой концепцией сепарация основана на различии эффективных коэффициентов трения и их зависимостей от размера и формы частиц; со второй - на различии обобщённых параметров сепарации частиц в соответствии с их крупностью, а также формой. Основными факторами разделения здесь являются эффективный коэффициент трения и обобщённый параметр сепарации частиц. Взаимосвязанными с ними разделительными факторами одновременно являются и крупность, и форма частиц. Опытные данные устанавливают зависимости между ними, выражаемые эмпирическими формулами. Разработан вибрационный метод экспериментального определения зависимости эффективного коэффициента трения и силы адгезии от размера частиц.

4. Рассмотрена теоретическая модель процессов, используемая при математическом анализе механизма разделения слоя частиц под воздей-ггвием гармонических колебаний деки вибросепаратора. В результате об-:тоятельных исследований получены дифференциальные уравнения для )бщего случая избирательного перемещения разделившихся частиц сыпу-гей смеси на поверхности колеблющейся деки, имеющей двойной наклон. Разделение смеси частиц на ней определяется соотношением их скоростей в фодольном и поперечных напрвлениях. Перемещение частиц приобретает

определённую закономерность. В результате перераспределения смесь чётко распределяется по зонам, образуя веер продуктов на деке.

Предложен ряд формул скорости, па основании которых изучены закономерности влияния параметров режима колебаний на изменение скорости избирательного движения частиц и определены режимы работы вибросепаратора. Получены уравнения траектории перемещения частиц, формулы для рассчёта разделяющей способности деки как технологической характеристики вибросепаратора и формулы угла вибросепарации.

5. Дальнейшее развитие исследований в направлении решения проблемы привело к разработке метода определения скоростей и установлению основных закономерностей разделения смеси частиц при бигармони-чеких колебательных движениях деки сепаратора. Рассмотренные закономерности определяют основные зависимости регулирования режима работы вибрационного сепаратора. В результате исследований произведён выбор оптимальных параметров колебаний деки для сепаратора с бигармони-ческим приводом; определены оптимальные режимы сепарации; определены углы вибросепарации частиц при продольных колебаниях деки в соответствии с их эффективным коэффициентом трения; достигнуто увеличение шкалы классификации для выделения определённых классов по известным параметрам частицы и повышена точность разделения.

Математический анализ механизма разделения слоя частиц под воздействием продольных вибраций с локально-постоянным ускорением движения деки сепаратора позволил получить ряд формул скорости частиц при различных режимах их движения и колебаний деки. Уравнения скоростей использованы в расчётах параметров движения и разделения частиц. Изучены закономерности изменения скорости избирательного перемещения в зависимости от эффективных коэффициентов трения и режимов работы вибросепаратора. Выбраны формулы угла вибросепарации и изложена методика его расчета по известным параметрам частицы. Приведены реко-

мендации по регулированию работы вибросспаратора с дифференциальным приводом.

6. Вибрационные сепараторы относятся к машинам с динамическими условиями разделения. На режим их работы оказывают влияние факторы, зависящие от исходного материала (физико-механические свойства и структурно-механические характеристики, производительность по питанию), конструктивные параметры и параметры режима колебаний деки. Угол наклона деки и параметры вибраций (амплитуда, частота и др.) являются основными регулируемыми параметрами при эксплуатации вибросепараторов. Конструктивные параметры, не относящиеся к регулируемым, а именно: размеры деки, угол вибраций, шероховатость, выбираются в соответствии со свойствами разделяемого сыпучего материала. Удельная нагрузка является технологическим фактором, который может регулироваться в процессе работы машины. Для нормальной работы сепаратора необходимо поддерживать тонкий слой движущегося материала. Характер и состояние рабочей поверхности вибросепаратора оказывают заметное влияние на показатели работы вибросепараторов. Лучшие результаты сепарации тонкодисперсных сыпучих материалов получаются при работе дек с гладкими поверхностями. Наличие шероховатостей улучшает разделение Золее крупных частиц. Наилучшим может считаться использование покрытий поверхности, а оптимальная шероховатость связана с крупностью частиц и соответствует определённым соотношениям между высотой выступов I крупностыо. Подбор шероховатости сепарирующей поверхности и типа юкрытия деки являются одним из направлений улучшения чёткости разде-гения.

Приведён краткий анализ основных факторов оперативной и неопе->ативной регулировки работы вибросепаратора, диапазон измерения кото->ых соответствует реально возможным. На основании обобщения данных >а6оты вибросепарируютцих машин высказаны определённые рекоменда-

ции по выбору рациональных значений параметров работы вибрационны сепараторов: отношения длины деки к её ширине; амплитуды и частоты ко лебаний деки; утла наклона деки (продольного и поперечного), типа по крытий; расстояния между деками; производительности.

7. Режим колебаний вибросепаратора определяет интенсивность раз деления материала в рабочей зоне, влияя на производительност (параметры колебаний деки должны обеспечивать максимальные скороот процесса при минимальных динамических нагрузках на элементы кон струкции машины и небольших энергозатратах). От величин скорости из бирательного перемещения и высоты слоя разделения зависит производи тельность сепаратора по питанию. В общем случае эффективность класси фикации растет при снижении удельной нагрузки и при разделении мате риалов, имеющих малое количество частиц промежуточного размера. Дл каждого материала существует свой оптимальный уровень производитель ности. Угол продольного подъёма должен быть промежуточным межд углами вибросепарации компонент разделяемой смеси и принимать опта мальные значения, влияя на граничную крупность разделения. По опытныг данным отклонение этого параметра от оптимального заметно снижае технологические показатели работы вибросепаратора. Хороший веер про дуктов сепарации наблюдается при малых углах поперечного наклона деки При чрезмерно большом поперечном наклоне деки веер смещается вниз 1 значительно сужается. Это приводит к снижению разделяющей способ ности деки. При одинаковых параметрах работы сепараторов разных раз меров удаление продуктов с дек малого размера происходит быстрее, чем дек большего размера. Поэтому вибросепараторы лучше выпускать со мно гимн деками этажерочной конструкции.

8. Проведён детальный анализ конструкции вибрационного сепарато ра и рассмотрены принципы работы основных его узлов, что позволяв наиболее аргументированно производить выбор его принципиально!

схемы и оптимальное размещение конструктивных элементов. Изложены общие принципы создания оптимальных конструкций вибросепараторов. Повышение производительности (общей и удельной) и технологической эффективности вибрационных сепараторов является главным направлением усовершенствования их конструкции и режимов работы. Ярусное расположение лёгких многосекционных дек позволяет осуществить развитую и эффективную технологическую схему разделения сыпучего материала и но-зысить производительность вибросепарирующей машины. Исходный материал равномерно распределяется по всем секциям и декам системой устройств. Высокопроизводительная и технологически эффективная работа ^возможна без надёжно работающих узлов вибросепаратора и вспомогательных устройств (питателей, упругих элементов, вибровозбудителей и Ф-).

Этажерочная конструкция лёгких многосекционных дек, рациональ-шя компоновка узлов и компактность машины, обеспечение оптимальных )ежимов колебаний, конструктивных и других параметров позволяют соз-сать вибрационный сепаратор универсального назначения, варианты схем юторого включают машины с различным механическим приводом. Кон-трукция вибросепаратора должна удовлетворять целому ряду требований. С ним относятся также минимальные динамические нагрузки на элементы инструкции, малый расход энергии, отсутствие шума при работе машины. 1рименение на вибрационных сепараторах приводов с продольными симметричными колебаниями улучшает чёткость разделения продуктов епарации и повышает производительность вибросепарируещей машины, ;аёт существенные конструктивные и технологические приемущества: тре-ование её минимальной поперечной жёсткости; бесшумность и меньшие отери энергии; более выражено отсутствие пылеобразования; более лёгкие словия работы привода; лучшие возможности оптимизации режима рабо-ы и повышения технологической эффективности вибросепаратора; повы-

шается предельный угол подъёма частиц по деке и обеспечивается большая разница в углах подъёма частиц по деке и в углах вибросепарации, что увеличивает шкалу классификации для выделения определённых классов по известным параметрам частицы, и др.

9. Применение вибрационных сепараторов в практике разделения различных мелкодисперсных сыпучих материалов показывает их высокук технологическую эффективность. Совпадение расчётных и экспериментальных данных удовлетворительное. Теоретически возможные результаты разделения сравнимы с практическими. В реальном процессе разделение протекает не полностью и с определённым засорением фракций, т.к. условия движения частиц характеризуются закономерностями группового перемещения и их механического взаимодействия. Гибкая схема сепарациг позволяет изменять технологические показатели работы вибросепараторог в зависимости от вариантов объеденения приемников продуктов разделения. Оптимальный режим работы вибросепаратора обеспечивает соблюдение технологически обоснованных допустимых норм взаимозасоряемостт посторонними фракциями конечных продуктов вибросепарации.

По теме диссертации опубликований 33 научные работы. Основное со держание диссертации изложено в следующих изданиях:

в книгах

1. Анахин В. Д., Плисс Д.А., Монахов В. Н. Вибрационные сепарато ры. (Производственно-практическое издание). М., Недра, 1991, 157 е.;

2. Анахин В. Д., Плисс Д.А. К теории вибросепараторов. Новоси бирск. Изд-во Новосиб. ун-та, 1992, 125 е.;

3. Анахин В. Д. Вибрационные методы классификации и обогащения М„ ВИНИТИ, № 1162-В93 Деп., 243 е.;

4. Анахин В.Д. Конструирование машин вибрационного принцип; действия. Улан-Удэ. Изд-во БГПИ, 1993, 109 с.;

5. Анахин В.Д. Вибрационная сепарация порошкообразных материалов. Иркутск. Изд-во Иркут. ун-та, 1993, 208 е.;

в статьях

1. Анахин В. Д., Монахов В. Н. Вибрационное перемещение при продольных бигармонических колебаниях. Известия вузов. Машиностроение, 1974, 8, с. 74-78 ;

2. Монахов В. Н., Анахин В. Д. Сепарация на вибрирующей поверхности, совершающей бигармонические колебания. Известия вузов. Маши-гостроение, 1974, 10, с. 114-118 ;

3. Анахин В. Д., Монахов В. Н., Носков С.И. Использование вибра-щй при определении зависимости коэффициента трения и сил адгезии от шмеров частиц. Заводская лаборатория, 1975, 7, с. 812-815 ;

4. Анахин В. Д., Монахов В. Н., Погодин-Алексеев Г. И. О классифи-:ации порошкообразного материала с помощью продольных вибраций, "б. "Применение ультразвука в машиностроении". М., 1973, с. 123-124 ;

5. Анахин В. Д., Монахов В. Н., Кокорев Д.Т. Подвижность порош-ообразного материала в режиме с подбрасыванием. Известия вузов. Хи-шя и химическая технология, т. 16, вып.1, 1974, с. 159-161 ;

6. Анахин В. Д., Монахов В. Н., Попович A.C. Подвижность порош-ообразного материала в режиме с подбрасыванием (продолжение). Ред-оллегия журн. Изв. вузов. Химия и химическая технология, № 1866-74 (еп., 9 с.;

7. Монахов В. Н., Анахин В. Д. Вибросепарация при локально-осгоянном законе ускорений. Известия вузов. Химия и химическая техно-огия. 1980, том 23, вып. 5, с. 637-642 ;

8. Анахин В. Д., Монахов В. Н. Вибросепарация на наклонных плос-эстях при локально-постоянном законе ускорений. Известия вузов. Химия химическая технология. 1985, т.28, вып.1, с. 106-109 ;

9. Анахин В. Д., Монахов В. Н., Асафьев Н.В. Оптимизация виброакустических и вибрационных аппаратов доя классификации порошкообразных материалов. Сб. докл. Всесоюз. конф. "Создание и внедрение химического оборудования с использованием физических методов интенсификации технологических процессов". М., ЦИНТИхимнефтемаш., 1984, с. 54-55;

10. Анахин В. Д. Опыт привлечения студентов к внедрению научно-техничеких разработок в промышленное производство. Всесоюзн. конф. "Вопросы преподавания машиноведения и основ производства на факультетах общетехнических дисциплин", Тез. докл., Новокузнецк, 1986, с. 72-74 ;

11. Анахин В. Д. Разработка новых типов вибротранспортных и виб-росепарирующих устройств при выполнении дипломных проектов. Всесоюзн. совещ. "Актуальные вопросы совершенствования подготовки учителей трудового обучения". Тез. докл., Мозырь, 1986, с. 161-162 ;

12. Анахин В. Д. Устройство и практические рекомендации но установке и эксплуатации опытно-промышленного виброраздатчика. Улан-Удэ, 1986, 41 с.;

13. Анахин В.Д., Плисс Д.А. Совершенствование конструкции машины для сухого обогащения руд и разделения по крупности порошкообразных материалов. М., ВИНИТИ, № 780 - В93, 11с.;

14. Анахин В.Д., Плисс Д.А. Вибромашина для сепарации сферических частиц и сортировки алмазов. М., ВИНИТИ, № 1097 - В93 Деп., 18 е.;

15. Анахин В. Д. Методика расчёта транспортно-технологической вибромашины. Улан-Удэ, 1986, 25 е.;

16. Анахин В. Д., Монахов В. Н. Исследование эффективности работы вибротранспортных и вибросепарирующих устройств. Межвуз. сб. "Задачи динамики и управления машинами и механизмами". Новосибирск, 1988, с. 22-27.

Основные обозначения

А - амплитуда колебаний деки вибросепаратора, мм; а - продольный угол наклона деки, градус; а0 - угол вибросепарации частиц, градус; В - амплитуда второй гармоники; в - ширина деки, мм; р - угол вибраций, градус;

у - В/А - отношение амплитуды второй гармоники к амплитуде пер-

эй;

0 - размер частицы, мм или мкм; разделяющая способность вибро-:паратора по длине или ширине деки;

е - поперечный угол наклона деки, градус; Ра - сила адгезии; Ртр - сила трения;

/- эффективный коэффициент трения частиц; g - ускорение силы тяжести; к - коэффициент мгновенного трения частиц; / - длина деки, мм;

V - частота колебаний деки, Гц; Р - сила тяжести;

q - обобщённый параметр сепарации частиц;

Я - коэффициент восстановления, характеризующий упругие свойства 1стиц;

т - период колебаний, с;

1 - время, с;

и - виброскорость деки, рад/с;

V - скорость перемещения частиц, м/с;

- максимальное значение виброускорения деки, в \\'о - коэффициент режима работы вибросепаратора; Ф - сдвиг фаз гармонических колебаний;

у - угол между направлением траектории перемещения частиц и про-шьной осью вибросепаратора;

со - угловая частота колебаний, рад/с;

для режима колебаний с локально-постоянным ускорением:

К!

= —¡- - отношение ускорения движения деки назад и вперед; И>!

„ , . А одп. в печ. 19.06.96.

Г ЛТ 031

=fg со$ а; N = —; ц/ =

Объём 2.2 п.л. Тираж 80

Типография БГУ