автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Разработка и обоснование параметров дробилки с планетарно-роторным движением валков

На правах рукописи

Ли Сергей Васильевич ГГ5 ОД

2 2 ^К Ш

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДРОБИЛКИ С ПЛАНЕТАРНО-РОТОРНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

ВАЛКОВ

Специальность 05.05.04 - Дорожные и строительные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Республика Казахстан Алматы 2000

Работа выполнена в Казахской Академии Транспорта и Коммуникаций

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Кабашев Р.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Тургумбаев Ж.Ж.

кандидат технических наук, доцент

Мауленов Ж.К.

В едущая организация Казахский Национальный Технический

Университет (г. Алматы)

Защита состоится 21 сентября 2000 г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д 014.11.01 Казахской Академии Транспорта и коммуникаций (КазАТК) по адресу: 480012, г. Алматы, ул. Шевченко, 97, ауд. 243.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КазАТК

Автореферат разослан 21 августа 2000 г.

Асматулаев Б.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В книге президента Назарбаева Н. А. «Казахстан - 2030. Процветание, безопасность и улучшение благосостояния всех казахстаицев: Послание Президента страны народу Казахстана» предусматривается значительное увеличение добычи и переработки минерального сырья. Достигнуто это будет не путем строительства новых, а в основном, реконструкцией существующих предприятий горно-рудной, химической, угольной, строительной и других отраслей промышленности страны, где минеральное сырье является исходным продуктом, подвергающимся дроблению.

Дробление является основным технологическим процессом при производстве различных строительных и других материалов, в том числе таких как камень, щебень, мраморная крошка, асфальтобетонные смсси, цемент и др. В связи с различными характеристиками перерабатываемого материала, а также разными требованиями к конечному продукту, машиностроительные заводы должны выпускать самые разнообразные по типу и размерам дробильные машины.

В настоящее время ощущается острый дефицит в валковых дробилках с малой массой и габаритами, но с достаточно высокой производительностью и небольшой энергоемкостью, для переработки строительных и других материалов. Существующие дробильные машины имеют сравнительно большие габаритные размеры и массу, что снижает эффективность их использования для переработки (измельчения) небольших объемов материалов.

Таким образом, создание и обоснование размерных и технологических параметров малогабаритной дробилки с планетарно-роторным движением (ПРД) валков для дробления различных материалов является актуальной технической задачей.

Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования является совершенствование конструкции дробилки на основе применения принципиально нового планетарно-роторного движения валков и установление ее размерных, режимных, энергетических и технологических параметров.

Идея работы заключается в создании дробилки с применением принципиально нового планетарно-роторного движения валков, что позволяет уменьшить габаритные размеры и массу дробилки.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- на основе обзорного анализа существующих конструкций дробилок обосновать необходимость создания малогабаритных дробилок;

- обосновать геометрические и кинематические характеристики дробилок с ПРД рабочих органов;

- установить основные теоретические зависимости, позволяющие производить анализ и синтез рабочих органов дробилки;

- разработать методику расчета основных технологических характеристик дробилок с ПРД валков;

- разработать опытно-промышленный образец малогабаритной дробилки для строительных материалов;

- провести экспериментальные исследования с целью проверки теоретических зависимостей по определению энергосиловых и технологических параметров дробилки с ПРД валков;

- рассчитать технико-экономическую эффективность применения дробилки с ПРД валков и дать рекомендации по их проектированию.

Методы исследования. В работе использованы методы анализа патентной информации, математической статистики, планирования экспериментов, теории механизмов и машин и теории дробления строительных материалов.

Научная новизна работы определяется следующими положениями:

- на основе анализа патентной информации разработана морфологическая классификация по рабочим органам дробилок и обоснована конструкция малогабаритной дробилки с принципиально новым ПРД валков, подтвержденная авторским свидетельством № 1726017;

- получены теоретические зависимости для расчета геометрических и кинематических параметров принципиально новой дробилки с ПРД валков;

- разработана методика расчета основных технологических характеристик дробилки с ПРД валков;

- создан экспериментальный образец и обоснованы технологические параметры процесса дробления новым типом дробилки с ПРД валков (авторское свидетельство № 1726017);

- экспериментальными исследованиями определены основные технологические параметры дробилки, физико-механические свойства нерудного материала (зерновой состав) на выходе после дробления, сила дробления, производительность экспериментального образца машины, удельный расход энергии и удельная металлоемкость;

- даны рекомендации для разработки различных конструкций рабочих органов дробилок с ПРД валков с учетом прочности дробимого материала.

Практическая значимость работы заключается:

- создана методика расчета кинематических и технологических параметров дробилки с ПРД валков;

- разработана конструкция и изготовлен опытно-промышленный образец дробилки с ПРД валков, внедренный на Джамбульском комбинате дорожно-строительных материалов (КДСМ).

На защиту выносятся: .

- морфологическая классификация рабочих органов дробилок с ПРД валков;

- теоретические зависимости для расчета геометрических и кинематических параметров дробилки с ПРД валков;

- методика расчета основных технологических параметров дробилки с ПРД валков;

- опытно-промышленная конструкция малогабаритной дробилки СМ 416.4, разработанная на основе теоретических и экспериментальных ис-

следований дробилок СМ 416.1, СМ 416.2 и СМ 416.3, оригинальность которой подтверждена авторским свидетельством № 1726017;

- результаты экспериментальных исследований по определению технологических, силовых и энергетических параметров дробилки с ПРД валков;

- методика оценки эффективного использования достоинств малогабаритной дробилки с ПРД валков и рекомендации по ее проектированию и изготовлению.

Связь темы с народнохозяйственными планами. Диссертация является составной частью выполняемой научно-исследовательской работы кафедры «ПТСДМиО» КазАТК «Проектирование и создание строительно-дорожных машин и оборудования». Раздел:«Создание перспективных малогабаритных строительных и дорожных машин» в рамках национально-технической программы МН-АН РК «Научно-технические проблемы машиностроения и создание высокоэффективных машин и аппаратов» (№ 338).

Реализация работы. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований реализованы при разработке конструкторской документации и внедрении опытно-промышленных образцов дробилок СМ 416.1, СМ 416.2, СМ 416.3 и СМ 416.4, которые приняты АО «Ремдортех-ника» к изготовлению. Дробилка СМ 416.2 с ПРД валков внедрена на Джамбульском КДСМ.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены: на XIV международной научно-технической конференции «Механизация и автоматизация земляных работ» (г. Киев, 1991 г.); на всесоюзных конференциях «Прочность материалов и конструкций на транспорте» в г. Алматы (1993 и 1994 г.); на научных конференциях Алма-тинского института инженеров железнодорожного транспорта (1992 -1995 г.); на научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспорта Республики Казахстан», посвященной 40-летию АлИИТ и образованию КазАТК (1996 г.); на научной конференции КазАТК «Инфраструктура, транспорт и связь - Казахстан 2030» (1998 г.); на межвузовской научно-технической конференции «Проектирование, строительство и эксплуатация транспортно-коммуникационных сооружений» (г. Алматы,

1999 г.); на XX международной научно-технической конференции КазАТК, посвященной 70-летию Турксиба (г. Алматы, 2000 г.) и использовались в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов по специальности 2803 «Подъемно - транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование».

В законченном виде диссертационная работа доложена и одобрена на объединенном семинаре кафедр подъемно-транспортных, строительно-дорожных машин и оборудования КазАТК, КазНТУ и КазГАСА (5 мая

2000 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 (семь) печатных работ и получено авторское свидетельство № 1726017.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений, изложенных на 124 страницах, содержащих 20 таблиц, 25 рисунков, 107 наименований литературы и 12 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, задачи исследования, перспективы внедрения малогабаритных дробилок строительных материалов с ПРД валков и излагаются основные положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе содержатся материалы анализа состояния вопроса по дроблению различных материалов дробильными машинами, анализ существующих конструкций дробилок и анализ технико-технологической и патентной информации.

Основные направления и перспективы создания новых машин для дробления различных материалов произведены на основе анализа технико-технологической и патентной информации по методике, разработанной профессором Кабашевым P.A. Осуществлен выбор перспективных конструкций рабочих органов (РО) дробилок на основе прогнозных оценок. Вопросы прогнозирования рассматривались в работах В.Г. Гмошинского, Б.М. Глушкова, Г.М. Доброва, Ю.В. Ершова, Н.М. Тимофеевой, P.A.. Кабашева, С.А. Джиенкулова и др. Произведены сбор и классификация патентной информации, исследованы тенденции развития конструкций дробильных машин в СНГ и за рубежом, что позволило установить пути совершенствования их конструкций. Проанализированы патентные решения по РО дробилок следующих стран: СССР (СНГ), Англии, Франции, Германии, США и Японии с глубиной поиска последних 20 лет.

Последовательность определения прогрессивных направлений развития РО дробильных машин проводилась согласно вышеуказанной методике с использованием ПЭВМ. При этом разработана морфологическая классификация по РО дробилок, что позволило рассматривать дробильные машины как систему, состоящую из ряда подсистем. Для полного анализа и представления объекта в виде совокупности подсистем использовалась матричная система классификации.

Определение коэффициента полноты изобретений, категории перспективности патентных решений и времени вероятного внедрения патента осуществлялось на основании статической обработки исходных данных по программе разработанной на кафедре «ПТСДМиО» КазАТК.

Анализ существующих конструкций дробильных машин позволил установить, что общим недостатком для всех дробилок является большая удельная металлоемкость конструкций, а основная тенденция совершенствования заключается в разработке энергосберегающих средств и технологий.

В соответствии с результатами проведенного анализа в развитии конструкций, теоретических и экспериментальных исследований дробильных машин были сформулированы и определены цель и задачи конкретных исследований.

Вторая глава посвящена аналитическим исследованиям характеристик дробилок с ПРД РО.

Вопросы теории дробления и измельчения каменных и других материалов исследовались учеными П. Риттингером, Ф. Киком, B.JI. Кирпиче-вым, П. Ребиндером, Ф. Бондом, А.К. Рундквистом, В.И. Баловневым, JI.A. Хмара, Д.П. Волковым, А.Н. Зелениным, B.JI. Бауманом, A.A. Дудко, В.Д. Рудневым, Б.В. Клушанцевым и другими. Благодаря работам этих ученых, достигнуты большие успехи в развитии теории, расчета и конструкции дробильных машин. Весомый вклад в исследования землеройных, дробильных и транспортных машин внесли казахстанские ученые И.А. Янцен, P.A. Ка-башев, A.C. Кадыров, С.А. Джиенкулов, Р.Н. Таукелев, С.Н. Нураков, Б.П. Колонтаев, Ж.Ж. Тургумбаев из Кыргызстана и другие.

В общем случае дробилка с ПРД валков состоит (рисунок 1) из рамы 1, двух одинаковых рабочих органов - валков 2 и привода, включающего электродвигатель 3 и клиноременную передачу 4. Каждый из валков выполнен в виде правильного многогранника и установлен с возможностью вращения вокруг продольной оси на эксцентриковом валу 5. Оба вала дробилки связаны между собой зубчатой парой 8, обеспечивающей встречное синхронное вращение валков, а эксцентрики валов 5 направлены диаметрально противоположно по отношению друг к другу. Кинематическая связь каждого из валков с приводом содержит планетарную передачу, состоящую из центрального зубчатого колеса 6 внутреннего зацепления, жестко связанного с рамой 1 и сателлита 7. Сателлит жестко и соосно связан с валком. При вращении эксцентрикового вала 5 сателлит 7 обкатываясь внутри центрального колеса б совершает вращательное движение вокруг двух параллельных осей - планетарное движение. Такое же движение совершает и жестко связанный с сателлитом валок. При этом все ребра многогранного валка описывают одну и ту же поверхность в виде правильной призмы с числом граней на единицу больше, чем число граней у самого валка. Форма, размеры и положение в пространстве этой призмы зависят от геометрических характеристик валка и планетарной передачи.

Поперечное сечение валка представляет собой плоскую многоугольную фигуру, точки которой при вращательном движении вокруг двух параллельных осей описывают кривые линии - гипотрохоиды (гипоциклоиды).

Гипотрохоида (рисунок 2, а) - это плоская кривая 1, описываемая производящей точкой М, жестко связанной с производящим кругом 2, с радиусом г, который катится внутри и без скольжения по неподвижной направляющей окружности 3 с радиусом R. Такое движение в дробилке обеспечивается с помощью простейшего планетарного механизма, состоящего из центрального зубчатого колеса внутреннего зацепления и сателлита.

Принципиальная схема конструкции дробилки

8

а - вид спереди; б - вид сверху; 1 - рама; 2 - валок; 3 - электродвигатель; 4 -клиноременная передача; 5 - эксцентриковый вал; б - центральное зубчатое колесо; 7 — сателлит; 8 - зубчатая пара.

Рисунок 1

Образование трохоид

а) гипотрохоида при г = 3

б) внешняя и внутренняя огибающие при г = 3

Рисунок 2

Форма и количество ветвей гипотрохоиды зависят от величины производящего радиуса а (а - расстояние от центра производящего круга до производящей точки) и от величины радиусов направляющей окружности R и производящего круга г. Если радиусы R и г относятся как целые числа, отличающиеся на единицу, например R/r = (z +1 )/z = 3/2; 4/3; 5/4; и т.д., где z - целое число, не равное единице, то каждая из соответствующих гипотрохоид образует плоскую фигуру, у которой х + 1 конгруэнтных ветвей и столько же вершин (правильные треугольник, квадрат, пятиугольник и т.д.).

С учетом того, что

R 2+1 о г 0 „ч

— =-; e = R-r; е = -; vj/ =— , (1)

г Z Z Z

где: е = OOi = (R - г) - эксцентриситет;

в - угол поворота эксцентриситета 00; вокруг центра О;

у - угол поворота производящего круга вокруг центра Oi.

Уравнение гипотрохоиды можно представить в виде:

х = г ■ (l/z • Cos zy/ + с • Cos у/) 1

y = r-(-l/z-Sinz^ + c-Sin^)J ' ^

где с = а / г - параметр формы гипотрохоиды.

Наибольший интерес представляет значение параметра формы с, при котором кривизна в середине ветви гипотрохоиды равна нулю, т.е. при значении угла у = 7t/(z + 1). При c = z и а = z2 • е ветви гипотрохоиды в своей средней части имеют прямолинейные участки. Ветви гипотрохоиды имеют практически прямолинейные участки в интервале изменения с: z — 1 < с < z . При значении с больше чем z , ветви гипотрохоиды становятся выпуклыми, а при с меньше чем z -1 - вогнутыми.

В контур гипотрохоиды, состоящей из четырех ветвей (квадрат) при z = 3 и с = 3 вписывается равносторонний произвольно ориентирующийся в нем треугольник с выпуклыми сторонами (внутренняя огибающая) (рисунок 2, б). В контур гипотрохоиды, состоящей из пяти ветвей (правильный пятиугольник) при z = 4 и с = 4 вписывается квадрат с выпуклыми сторонами (внутренняя огибающая) и т.д.

Основные параметры планетарного механизма и рабочего органа дробилки при известной форме поперечного сечения валка определяются через величину эксцентриситета е. Задавшись величиной е можно определить величину радиуса производящей окружности (сателлита) г = z • е ; величину радиуса направляющей окружности (центрального зубчатого колеса) R = е (z +1); величину производящего радиуса а = с ■ z = z2 • е.

Важным параметром, от которого зависит производительность машины, является скорость движения рабочего органа. Компоненты скорости точки, описывающей гипотрохоиду, можно определить:

Vx =-<B1ze(Sinzy + c-Sinv)/)

Vy =cü1ze(-Coszv)/ + c-Cos\(/) Г ' ^

Следовательно

V = co1zei/l + c2 -2c-Cos(z + l)\)/ , (4)

где: o i = d\jí/dt -угловая скорость валка.

Анализ выражения (4) показывает, что скорость V = f(>[/) периодически изменяется от минимального значения Vmin = oir-(e - 1) при v|/ = 0 0 и далее при значениях ц> с шагом 2л/г+1 до максимального Vmai = Oir(c +1) при i[/ = 7t/z +1 и далее с шагом 2n/z +1.

Средняя скорость вершин валка

2 я/2 о 1/2 i-

Vcp=- | V(\i/)dvi/ = - | л/1 + сг -2c-Cos(z + l)i¡/-dvy . (5)

U о 71 о

Проще и с достаточной для инженерных расчетов точностью среднюю скорость точки рабочего органа можно определять как среднее квадратичное или среднее арифметическое значите максимальной и минимальной скорости.

Выражение для средней квадратичной скорости:

"2 "'2 , 11/2 — ÍV (\}/)dv|/ = c¿>,ze

о

V =

* ср.кв.

Vl + c2 . (6)

Выражение для средней арифметической скорости: V + V ■

Чр,ар,= иах2 т'п = <п,ге . (7)

Используя полученные выражения, можно определить на стадии проектирования скорость любой точки рабочего органа-валка дробилки. Ускорение точки, описывающей гипотрохоиду:

= +с2 +2гс-С0Б (г + 1)у , (8)

wmin =ю2ге(с-г) , (9)

^тах = (О^ХС (с + X) . (10)

В отличие от скорости, ускорение точки имеет тш-значение в серединах ветвей гипотрохоиды, а тах-значение - в вершинах ветвей.

Таким образом, представленные выше упрощенные формулы (5... 10) вполне пригодны для инженерных методов определения скоростей и ускорений точек валка. Нами разработан алгоритм расчета на ЭВМ траекторий, скоростей и ускорений точек валка дробилки, который позволяет рассчитать вначале траектории движения точек валка при различных значениях г, е и с,

и после их анализа и выбора наиболее рационального варианта приступить к расчету скоростей и ускорений точек для этого варианта.

Третья глава посвящена расчетно-конструктивным особенностям и установлению параметров дробилок с планетарно-роторным движением валков.

На дробилки СМ 416.1, СМ 416.2, СМ 416.3 и СМ 416.4 разработана конструкторская документация, и они были приняты АО «Ремдортехника» к изготовлению. Дробилка СМ 416.2 изготовлена и внедрена на Джамбуль-ском КДСМ.

Все дробилки с ПРД валков предназначены для переработки каменных материалов в щебень, а также могут быть использованы и для дробления других строительных материалов.

На рисунке 3 показан общий вид дробилки СМ 416.4, она имеет сле-

дующие технические характеристики:

1. Производительность, м3/ч..........................................33

2. Питание...............................................трехфазный ток

напряжение, В..................................................220/360

частота, Гц.............................................................50

3. Установленная мощность, кВт....................................30

4. Прочность исходного материала, МПа.............не более 160

5. Размеры исходных кусков, мм........................не более 100

6. Размеры дробленого материала, мм регулируемые .... 10.. .40

7. Количество двигателей, шт..........................................2

тип...................................4А16054У2 ТУ 16-510.776-81

мощность, кВт.........................................................15

частота вращения, об/мин....................................... 1500

8. Частота вращения валков, об/мин...............................110

9. Габариты, мм.....................................2100 х 1800 х 1480

10. Масса, кг............................................................2800

В рабочем проекте использованы материалы авторского свидетельства № 1726017 от 15.12.91 г. Ли C.B.

Валки являются РО дробления четырехгранной формы. Внутри валка расположена планетарная передача с внутренним зацеплением. За счет планетарной передачи простое вращательное движение вала преобразуется в сложное движение наружных поверхностей плит валка, обеспечивая постоянный зазор между поверхностями обоих валков. Боковая (рабочая) поверхность каждого из двух валков образована рабочими поверхностями отдельных плит, число плит равно z = 4. Плиты жестко закреплены на ступицах сателлитов. Контур поперечного сечения валка совпадает с контуром внутренней огибающей семейства эпитрохоид, образованного точками гипотрохоиды, т.е. с контуром квадрата с выпуклыми сторонами. Практически вся рабочая поверхность валка является активной, т.е. взаимодействует с дробимым материалом. Она в несколько, примерно в z раз больше, а следовательно интенсивность износа во столько же раз меньше, чем в щековой при

Дробилка СМ 416.4 (Общий вид)

1 - рама; 2 - воронка нижняя; 3 - щека нижняя; 4 - щека верхняя; 5 - воронка верхняя; 6 - валок четырехгранной формы; 7 - ограждение зубчатых колес; 8 - ограждение ременных передач; 9 - двигатель привода; 10 - клиноременная передача; 11 - ось.

Рисунок 3

и>

одинаковой производительности. Это позволяет повысить срок службы дробящих плит, что в свою очередь приводит к сокращению затрат, связанных с их заменой и простоем оборудования и в конечном итоге к снижению себестоимости готовой продукции.

Криволинейная форма дробящих плит и планетарное движение валков позволяет создать значительные удельные давления на куски материала в зоне дробления, что улучшает условия для их разрушения. Благодаря вращательному движению валков вокруг двух параллельных осей, динамические нагрузки, обусловленные инерционными силами и напряжения в элементах конструкции предлагаемой дробилки, ниже при прочих равных условиях, чем в элементах конструкции щековой дробилки с возвратно-качательным движением щеки, что позволяет снизить металлоемкость, повысить надежность работы. При одинаковой 1фивизне рабочих поверхностей размеры поперечного сечения валков в предлагаемой конструкции дробилки примерно в два раза меньше, чем в обычных валковых дробилках.

Таким образом, по своему устройству дробилка с ПРД РО приближается к устройству обычной валковой дробилки, а по принципу действия к щековой.

Принимая во внимание, что дробилка с ПРД РО не имеет аналогов в мировой практике, в работе приводится методика расчета основных технологических параметров дробилки:

а) Угол захвата валков дробилки.

Угол а захвата в дробилке с ПРД валков - это угол между двумя касательными к поверхности валков в точках их соприкосновения с наибольшим куском дробимого материала (рисунок 4).

Схема к определению угла захвата валков

Рисунок 4

Кусок затягивается валками, если 2РГ-Соэ а/2> 2Р-8ш а/2

или когда £ ^ \%<х!2. Здесь Г = ф, где ф - угол трения. Значит а/2< ф. Следовательно, угол захвата дробилки с ПРД РО так же, как и в обычных валковых дробилках не должен превышать двойного угла трения, то есть а < 2ф.

Соотношение размера (1 частиц куска, захватываемого валками, и габаритного размера II валка можно определить из условия, что при известных И, диаметре (1 и ширине а выходной щели имеет место равенство (из треугольника ОВС, см. рисунок 4):

Я + - = [ |Соза/2. (11)

Так как степень измельчения в валковых дробилках в среднем равна 4, то а/й = 0,25. Следовательно: Соз а/2-0,25 й ~2 (1-Сое а/2)

Для большинства скальных пород коэффициент трения £=0,3, следовательно, угол трения ф » 17°, а отношение 1Ш я 10, то есть:

11=10(1 (13)

Для обычных валковых дробилок с цилиндрическими гладкими валками отношение ВМ «20, а Б я 20(1. Таким образом, габаритный размер К поперечного сечения многогранного валка при прочих равных условиях дробления, в два раза меньше размера поперечного сечения эквивалентного по захватывающей способности цилиндрического валка с диаметром Б, то есть Я я Б/2.

Для дробилок с многогранными рифлеными валками, совершающими планетарное движение, имеет место соотношение:

Я = (5+6)0, (14)

то есть размеры рифленых валков примерно в 2 раза меньше гладких, при прочих равных условиях.

Таким образом, мы можем решить две практически важных задачи: рассчитать предельные размеры загружаемых кусков материалов для конкретной дробилки или найти размеры поперечного сечения валков, если известны размеры дробимого материала.

б) Частота вращения валка и эксцентрикового вала.

Дробилка с ПРД валков характеризуется циклической работой. За один оборот валка происходит г циклов дробления. Каждый из циклов включает рабочую и нерабочую (холостую) части.

Рациональной является такая угловая скорость валков, при которой поток материала, падая с высоты головки питающего конвейера или бункера,

перемещался бы в угловом рабочем пространстве дробилки в виде сплошной плоской ленты с толщиной равной максимальному размеру куска.

Время движения куска по вертикали Ьь т.е. с головки питающего конвейера (или бункера) до положения I (рисунок 5) под действием силы тяжести:

(15)

Ч

Схема к определеншо частоты вращения приводного вала

N Л ^

Рисунок 5

Скорость куска в положении I равна:

и1=и0+Я*1 . (16)

При ио = 0

, (17)

и^т/2. (18)

Время (2 движения куска по вертикали в рабочем пространстве дробилки, т.е. из положения I до крайнего нижнего положения II под действием силы тяжести:

-о, ±-ч/V),2 +2аЬ, 12=-!—1-!-. (19)

Ч

Скорость куска материала в положении II равна

и2=и!+яг2 . (20)

При и<> = 0

Ч

\з2=^2ф1+<^'2 • (22)

Время ¿з поворота вершин поперечных сечений валков на угол у в нерабочей части цикла:

1 = "У'1 (23)

3 180°-Ю) 6-п, '

где П1 - частота вращения валков, об/мин.

Частота вращения валков щ определяется из условия t2 = ^ по выражению

• (24)

О • Х2

При известной пь частота вращения приводного эксцентрикового вала п равна

п = г - П[ . (25)

Для предотвращения ударов кусков материала о ребра валков, когда они находятся на минимальном расстоянии друг от друга, т.е. в конце процесса дробления (положение I) должно выполняться условие:

Ои1« ^ О] ,

где от|„ = ш,г(с - 1) — минимальная скорость вершин поперечного сечения

валка.

Сила дробления, производительность дробилки и мощность привода дробилки с ПРД валков определяются по известным формулам теории дробления и подробно описаны в диссертации.

В четвертой главе приведены материалы по исследованию экспериментального образца дробилки СМ 416.2 с целью проверки соответствия изделия паспортным данным и технической документации. Для проведения экспериментов была использована технологическая цепочка производственной дробильной установки (ПДУ) СМ-739/740. Она состоит из эстакады

для подачи каменного материала, приемного бункера, дозатора, щековой дробилки, основного ленточного транспортера, вибросита (с ячейкой 20x20 мм), ленточного транспортера для складирования материала, конусной дробилки и транспортера возврата материала на вибросито, кабины управления ПДУ, электрощитов. Экспериментальная дробилка СМ 416.2 была установлена на фундаментные блоки рядом с конусной дробилкой ПДУ. Забор каменного материала для дробления производился через отводящий лоток после вибросита с размером ячейки 20x20 мм. Каменный материал с карьера Асса после отсева зерен меньше 20 мм через лоток подавался в приемную воронку экспериментальной дробилки. Расход каменного материала задавался при помощи регулировки подачи материала через технологическую цепочку и ограничивался пропускной способностью транспортеров установки ПДУ СМ 739/740. Материал после дробления (щебень) на экспериментальной дробилке собирался в измерительный ящик, при этом время работы дробилки фиксировалось при помощи секундомера. Производилась также подача нефтебитумных пород (НБП), битумосодержащих пород (БСП или киров) фракцией произвольного размера, куски которой после прохождения через щековую дробилку были превращены в плоские куски с соблюдением габаритного размера только по толщине.

Определение силовых параметров дробилки проведено методом элек-тротензометрирования непосредственно на экспериментальной дробилке СМ 416.2 в производственных условиях Джамбульского КДСМ. На рисунке 6 представлены графики изменения усилий на валках при изменении ширины щели дробилки от 5 мм до 30 мм.

Расхождение между значениями силы дробления Р, полученными по формуле (26) и экспериментальными значениями усилия Р на валки не превышает 10 %. Следовательно, предложенные методы расчета силы дробления достаточно достоверны и могут рекомендоваться для расчетной практики. Сила Р дробления для битумосодеращих пород больше, чем для прочных пород, что хорошо согласуется с авторами других исследований. С увеличением ширины щели сила дробления уменьшается, что связано с улучшением условий дробления материала.

По методике изложеной выше была определена производительность экспериментального образца дробилки при дроблении каменных материалов. С увеличением ширины щели производительность Пм дробилки увеличивается пропорционально увеличению размера щели (см. рисунок 7). Расхождение между расчетными и экспериментальными значениями производительности колеблются в пределах 10,6 %...12,8 %. Определение производительности при дроблении киро-минеральной смеси не проводилось в связи с невозможностью произвести равномерную и заданную по расходу подачу НБП (киров).

В ходе экспериментов удельный расход электроэнергии составил -1,5 , а удельная металлоемкость - 0,15 ^ .

Зависимость усилия на валках дробилки от ширины щели

Ширина щели, им

о - битумосодержащне породы (БСП) х - скальные породы

Рисунок 6

Зависимость производительности дробилки от ширины щели

Ширина шели, мм

о - эксперимент х - расчет

Рисунок 7

В пятой главе представлен сопоставительный анализ эффективности создания новой дробилки с планетарно-роторным движением валков

Согласно исследований, проведенных выше, современные строительные машины (машины для дробления строительных и других материалов) имеют достаточную производительность, но ограничения сдерживают рост производительности. Опытно-промышленный образец дробилки СМ 416.4 превышает показатели других базовых машин по производительности и имеет значительно меньшую массу, в силу планетарно-роторного движения валков.

Экономическая эффективность от применения новой дробилки с ПРД валков значительна и составила в сопоставлении с:

а). СМ-12Б - 107,8 тыс. тенге;

б). ДГ 800x500 - 937,2 тыс. тенге;

в). ДГ 1500x600 - 6106,2 тыс. тенге.

В целом, анализ технико-технологических и эксплуатационно-экономических показателей расчетов наглядно подтверждает высокую эффективность внедрения в производство дробильной машины СМ 416.4, как высокоэффективной малогабаритной техники 21 века.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

1. На основе анализа патентной информации разработана морфологическая классификация по рабочим органам дробилок и определены перспективные направления в конструировании РО дробилок.

2. На основе экспериментального образца дробилки с ПРД валков СМ 416.2, предложена и разработана принципиально новая опытно-промышленная конструкция дробилки СМ 416.4 с планетарно-роторным движением валков, не имеющая аналогов в мировой практике дробильных машин (авторское свидетельство № 1726017). Дробилка по устройству приближается к обычной валковой дробилке, а принципу работы - к ще-ковой. Эффективность работы дробилки повышается за счет планетарного движения валков с многогранным профилем, которое позволяет при циклическом изменении объема камеры дробления, обеспечивать постоянство ширины разгрузочной щели, максимальную производительность и заданную крупность конечного продукта дробления.

3. Для выбора наиболее рациональных форм и размеров поперечного сечения валка разработан алгоритм расчета траекторий, скоростей и ускорений точек валка дробилки и составлена программа расчета на ЭВМ. Основные параметры рабочего органа дробилки при известной форме поперечного сечения валка определяются через величину эксцентриситета е [г = г ■ е; I*. = е(г + 1); а = г2 • е].

4. Выведены теоретические зависимости, позволяющие производить анализ и синтез рабочих органов дробилки с ПРД валков. Экспериментальная часть работы показала, что эти формулы достаточно достоверны и мо-

гут рекомендоваться для инженерных расчетов (расхождение между расчетными и экспериментальными значениями в пределах 10,6 -г-12,8 %).

5. Разработана методика расчета выбора основных технологических параметров дробилок с ПРД валков, позволяющая определить на стадии проектирования ее размерные, режимные и эксплуатационные параметры.

6. Экспериментальные исследования по определению производительности, энергоемкости процесса дробления и усилий на валках дробилки, подтвердили работоспособность новой конструкции. Удельный расход электроэнергии составил - 1,5 , удельная металлоемкость — 0,15 ^ . Дробилка с ПРД РО обеспечивает минимальную энергоемкость процесса дробления по сравнению с традиционными дробилками.

7. Технико-экономические сопоставления разработанной дробилки СМ 416.4 с ПРД валков с другими валковыми дробилками (СМ-12Б, ДГ 800x500, ДГ 1500x600) подтвердили преимущество дробилки СМ 416.4 по выработке, удельным показателям, а также высокую экономическую эффективность в сравнении с применением вышеуказанных дробилок. Годовой народнохозяйственный эффект от внедрения в производство СМ 416.4 составил по сравнению с использованием СМ-12Б, ДГ 800x500, ДГ 1500x600 соответственно: 107,810; 937,20 и 6106,19 тыс. тенге.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Ли С. В., Бочаров В. С., Колонтаев Б. П. Валковая дробилка. Информационный листок № 90-78. Алматы: КазНИИНТИ, 1990. - с.З.

2. Ли С. В., Колонтаев Б. П., Бочаров В. С., Шихов С. Г. Валковая дробилка. Авторское свидетельство СССР № 1726017 от 15.12.91.

3. Колонтаев Б. П., Ли С. В. Особенности геометрии и кинематики валковой дробилки с планетарным движением валков. // Межвузовский сб.: Средства механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных и путевых работ на железнодорожном транспорте. Выпуск 16. - Харьков: ХИИТ, 1991.—с.60-70.

4. Колонтаев Б. П., Бочаров В. С., Ли С. В. Новые рабочие органы для разрушения прочных грунтов. // Сб.: «Механизация и автоматизация земляных работ». - Киев: КИСИ, 1991. -с.117-119.

5. Кабашев P.A., Ли C.B. Определение частоты вращения валка и эксцентрикового вала дробилки с планетарно-роторным движением валков // Сб. «Проектирование, строительство и эксплуатация транспоргно-коммуникационных сооружений». Выпуск 3. — Алматы: КазАТК, 1998. -с.113-116.

6. Ли С. В., Ги С. В. Дробилка с планетарно-роторным движением рабочего органа. // Сб.: «Воплощение и развитие научных трудов Р. А. Кабашева. - Алматы: КазАТК, 1999. - с.З 17-321.

7. Ли С. В., Ги С. В., Пак И. И. Дробилка для совместного дробления каменных материалов и битумосодержащих пород.// Сб. «Проектирование,

строительство и эксплуатация транспортно-коммуникационных сооружений». Выпуск 7. - Алматы: КазАТК, 1999. - с. 159-168.

8. Кабашев Р. А., Ли С. В., Ги С. В. Методика расчета предельных размеров кусков материала для дробилки с планетарно-роторным движением валков. // Ж. Вестник Казахской Академии Транспорта и Коммуникаций. -Алматы, № 3 - 2000. - с.74-77.

Ли Сергей Васильевич

Планетарлы-роторлы козгалыстагы бтит уаткыштык нараметрлер'ш непздеу жэне жасау

05.05.04 - Жол жене курылыс машиналары.

Диссертациялык зерттеу актуалми проблемаларды шешуге, ягаи, эртурш материалдарды уатуга арналган планетарлы-роторлы козгалыстагы бшнеп кшигабаритп уаткыштыц олшемдш, режимдж жэне технологиялык пapaмeтpлepiн непздеуге жэне жасауга арналган. Жумыстьщ непзп идеясы жаца планетарлы-роторлы козгалыстагы бшюп колдану аркылы габарита к елшемдер1 мен массасы азаятын уаткышты жасау болып табылады. 1^ойылган мак,сатка сэйкес мьшадай непзп мэселелер шешшгеи:

- юиигабаритп уаткыштыц энеркэсштш-тэж1рибелк улпа жасалган;

- уаткыштардыц геометрияльщ жэне кинематикальщ сипатгамалары зерттелген;

- уаткыштардыц непзп технологиялык; параметрлерш есептеу одютемеа жасалган;

- уаткыштардьщ ошмдштн, уату процесшщ энергия сыйымдьшыгын жэне бшктердеп куштерд1 аныктау максатында жаца конструкцияныц жумыс штеу кабшеггшген делелдейтш эксперименттк зерттеулер журпзшген.

Жасалган уаткыштыц техника-экономикалыц салыстырулары жаца уаткыштыц ешмдшк, менпиюп керсетиштер бойынша жэне колданылып журген уаткыштармен салыстыргамда жогары экономикалык тшмдшк бе-ретшн кврсетп.

Диссертация Казак; Келж жэне Коммуникациялар Академиясыныц «Кетеру-тасымалдау, курылыс, жол машиналары мен жабдыкгары» кафед-расында орындалган.

Lee Sergey Vasilyevich

Elaboration and substantiation parameters of crusher with planet-rotor movement of rollers

05.05.04 - Road and building machines.

This research is devoted to the actual problem: creation and substantiation of measured, regimed and technological parameters of small crusher with planetrotor movement of rollers for crush of different materials. The idea of given research is the creation of the crusher using principally new planet-rotor movement of rollers which allow to decrease the size and mass of the crusher.

In accordance with the defined aim the following main questions were settled:

- creations of experimental-industrial sample of small crusher;

- investigation of geometric and kinematic characteristics of crushers;

- creation of methods for estimation of the mane technological parameters of the crushers;

- fulfillment of research on defining of productivity, energy capacity of crushing process and efforts on the rollers of the crusher, which have confirmed the work capacity of new construction.

Technico-economic collation of created crusher have confirmed advantage of new crusher in output, specific indicators as well as high economic efficiency in comparison with the using of traditional crushers.

This work is carried out at the chair of "Lifting-Transport, Building and Road Machines and Equipment Department" of the Kazakh Academy of Transport and Communications.