автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Разработка инерционного бигармонического грохота для классификации влажных сыпучих материалов

ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

- - 1?

СОЛОМИЧЕВ Николай Николаевич

УДК 621.928.2

РАЗРАБОТКА ИНЕРЦИОННОГО БИГАРМОНИЧЕСКОГО ГРОХОТА ДЛЯ КЛАССИФИКАЦИИ ВЛАЖНЫХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.05.06 - "Горные машины"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Донецк - 2000

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Донецком государственном техническом университете Министерства образования и науки Украины и в Донецком научно-исследовательском горнорудном институте Министерства промышленной политики Украины.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Букин Сергей Леонидович, Донецкий государственный технический университет, доцент кафедры " Обогащение полезных ископаемых". ,. Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Горбатов Павел Анатольевич, Донецкий государственный технический университет, профессор кафедры "Горные машины";

- кандидат технических наук;

Гаркушин Юрий Константинович, ЦОФ "Чумаковская" Министерства топлива и энергетики Украины, директор. Ведущее предприятие: Национальная горная академия Министерства

образования и науки Украины, кафедра "Горные машины", г.Днепропетровск.

Защита состоится 23 июня 2000 г. в 12 часов на заседании специализированного ученого совета Д 11.052.05 в Донецком государственном техническом университете по адресу: 83000, Украина, г. Донецк, ул. Артема, 58, 1-й учебный корпус, ауд. 1.201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДонГТУ (83000,г.Донецк, ул. Артема, 58,2-й учебный корпус).

Автореферат разослан 22 мая 2000 г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета Д11.052.05, доктор технических наук, профессор

1.Р. Шевцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из основных операций на предприятиях по переработке полезных ископаемых является грохочение - разделение сыпучих материалов на классы крупности. До настоящего времени проблема сухого грохочения влажных сыпучих материалов, особенно мелкозернистых, остается наиболее острой. Процесс грохочения таких материалов весьма затруднен из-за залипания просеивающих поверхностей грохотов и агрегатирования мелких и тонких зерен в слое надрешетного продукта. Особенно резкое снижение эффективности грохочения влажных материалов наблюдается при разделении по граничной крупности менее 6...8 мм. Отрицательное действие на процесс оказывает и наличие в исходном материале глинистых примесей. По этим причинам наиболее трудные условия возникают при рассеве неметаллических полезных ископаемых, в особенности известняков.

Отечественная промышленность освоила производство грохотов, основные показатели которых находятся на достаточно высоком уровне при разделении сыпучих материалов с влажностью до 5%. В связи с ограниченными возможностями серийных грохотов при разделении более влажных материалов нередки случаи, когда выпускаемый продукт не отвечает по гранулометрическому составу требованиям технических условий. Это приводит к существенному снижению технико-экономических показателей работы перерабатывающих предприятий из-за уменьшения объемов товарной продукции, увеличения потерь ценных компонентов с отходами и т.п.

Таким образом, разработка виброгрохота, способного эффективно разделять влажные материалы по крупности, особенно на мелкие классы, является актуальной задачей для многих отраслей промышленности Украины, прежде всего горнодобывающей, металлургической, строительных материалов.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления кафедры "Обогащение полезных ископаемых" ДонГТУ. Она является также составной частью научно-исследовательских работ, выполненных под руководством автора Донецким научно-исследовательским горнорудным институтом по заказам предприятий (№ гос. регистрации 01.8.80015693 и 01.8.80015694).

Цель работы: создание инерционного бигармонического виброгрохота для эффективной классификации влажных сыпучих материалов на основе установления закономерностей процесса сухого грохочения и обеспечения рациональных динамических параметров вибромашины.

Идея работы: использование рациональных режимов колебаний каждого яруса сит при создании вибрационных грохотов с повышенной эффективностью разделения влажных сыпучих материалов.

Методы исследования: теоретические исследования выполнены на основе современных положений теории колебаний с использованием аналитических и численных методов, средств вычислительной техники. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с применением метрологически аттестованной аппаратуры.

Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту и их новизна:

1.Впервые установлены закономерности процесса сухого грохочения влажных материалов в бигармоническом виброполе. Выявлено, что бигармо-нический режим по сравнению с гармоническим может обеспечивать значительное повышение эффективности грохочения на всем реальном диапазоне влажности, причем в наибольшей степени это преимущество проявляется при граничной крупности разделения менее 13 мм.

2.Установлено, что впервые разработанная математическая модель грохота с новой динамической структурой, достаточно полно характеризует основные особенности работы исследуемой системы и позволяет обоснованно определять требуемые параметры колебаний подвижных масс.

3.Впервые установлены зависимости параметров колебаний подвижных масс нового виброгрохота от его динамических и кинематических характеристик. Установлена рациональность межрезонансного режима работы грохота, обеспечиваемого настройкой частот возбуждающих сил высоко-(сог) и низкочастотного (Ш]) вибровозбудителей соответственно на частоты сог » рг и Ю] = (0,4...0,6) р2 , где р2 - парциальная частота нижней ситовой рамки.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждается применением современных методов и средств теоретических и экспериментальных исследований; необходимым объемом экспериментов; достаточной степенью адекватности разработанной математической модели виброгрохота реальной системе; применением стандартной и оригинальной измерительной аппаратуры, отвечающей условиям безыскаженной передачи информации в рассматриваемом частотном диапазоне; положительными результатами промышленных испытаний и опытом эксплуатации виброгрохотов нового типа.

Научное значение диссертации заключается в развитии теории работы и совершенствовании инерционных вибромашин на основе установления закономерностей процесса сухой классификации влажных материалов на гро-

хотах с новой динамической структурой и синтеза колебаний с рациональными параметрами для каждого яруса сит.

Практическое значение работы заключается в том, что ее результаты позволяют при проектировании или модернизации вибромашин подобного класса использовать: полученные зависимости эффективности грохочения от динамических характеристик машины и основных свойств обрабатываемого материала; предложенную динамическую структуру виброгрохота; математическую модель и программный комплекс, которые позволяют устанавливать требуемые параметры колебаний подвижных масс колебательной системы и исходные данные для прочностных расчетов элементов конструкции.

Реализация выводов и результатов работы. Результаты работы использованы:

- в ДонНИГРИ при разработке технического задания, рабочей документации, изготовлении и испытаниях экспериментальных образцов грохотов ГИЛ-32АБ и ГИЛ-42АБ;

- в ДонГТУ - при разработке "Программного комплекса расчета трехмассово-го инерционного виброгрохота с бигармоническим режимом работы" и в учебном процессе;

-ДОФ "Балаклавская" Балаклавского РУ - при промышленных испытаниях и внедрении экспериментального образца виброгрохота ГИЛ-32АБ, в результате чего получен значительный экономический эффект (81152 руб. в год в ценах 1989 года).

Личный вклад соискателя. Автором диссертации определена цель, идея работы, задачи исследований, сформулированы научные положения, выводы, рекомендации, выполнены теоретические исследования, проанализированы и обобщены результаты технологических испытаний. Разработка, изготовление и технологические опробования грохотов проводились при непосредственном участии автора совместно с сотрудниками ДонГТУ и ДонНИГРИ.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: международных научно-технических конференциях (Севастополь, 1998; Одесса, 1998); Всесоюзных конференциях по вибрационной технике (Кобулети, 1987; Новосибирск, 1988); отраслевых конференциях молодых ученых и специалистов (Люберцы, 1988, 1989; Донецк, 1993, 1998); технических советах (Севастополь, 1988-1990; Донецк, 1988-1990); расширенном заседании кафедр "Горные машины" и "Обогащение полезных ископаемых" ДонГТУ (1999).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 5 статьях в специализированных сборниках научных работ, а также в одном авторском свидетельстве на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 197 стр.; содержит 43 рисунка, 9 таблиц и 9 приложений. Список использованных источников включает 121 наименование.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, изложены основные положения, определяющие научно-практическое значение работы.

В первой главе проведен анализ современного состояния вибрационной техники для разделения трудногрохотимых материалов. Установлено, что наибольший удельный вес в объеме выпускаемых в Украине грохотов имеют вибрационные грохоты инерционного типа. Широкое распространение одномассовых виброгрохотов инерционного типа объясняется их сравнительной конструктивной простотой, достаточно высокой стабильностью рабочего режима, относительно невысокой стоимостью изготовления и обслуживания. Эта тенденция соответствует и мировой практике - инерционные грохоты представлены в номенклатуре ведущих зарубежных фирм наиболее широко. С технологической стороны эти грохоты имеют достаточно высокие показатели при разделении полезных ископаемых на ситах с крупными ячейками. Однако, сухая классификация мелкозернистых материалов с внешней влажностью более 5% становится затруднительной, а во многих случаях невозможной из-за залипания просеивающей поверхности. В связи с большой актуальностью во многих отраслях экономики в нашей стране и за рубежом проблеме грохочения трудногрохотимых сыпучих материалов уделялось значительное внимание.

Ведущая роль в разработке и создании специальных конструкций грохотов для классификации сыпучих полезных ископаемых принадлежит в Украине институтам Гипромашуглеобогащение, ИГТМ HAH Украины, Укр-НИИуглеобогащение, Национальной горной академии Украины, Донецкому государственному техническому университету, а за рубежом - институтам Механобр, Гипромашобогащение, ИОТТ, фирмам "Hein Lehman AG", "Siebtechnik", "Rhewum" и ряду других.

Целенаправленное изучение и использование негармонических колебаний для совершенствования вибромашин началось в пятидесятых годах. Установлено, что специальные режимы колебаний рабочих органов вибромашин, включая и поличастотные, имеют существенные преимущества по сравнению с гармоническими. Возбуждение колебаний по законам, отличным от гармонического, может осуществляться разными способами: с использованием механических (дебалансных и эксцентриковых), гидравличе-

ских и электродинамических вибровозбудителей; при возбуждении суб- и супергармонических устойчивых резонансных колебаний и др.

В большинстве работ, посвященных исследованию динамики вибромашин с полигармоническими колебаниями, решались частные задачи при рассмотрении отдельных сторон колебательных систем. Изучение многомассовых виброгрохотов инерционного типа с полигармоническими вибровозбудителями в Украине и других странах не выполнялось.

В некоторых странах мира преимущества негармонических режимов колебаний получили свое практическое воплощение. Прежде всего к таким машинам следует отнести наиболее удачные образцы бигармонических виброгрохотов типа БР (ФРГ) и \ТТ (ех-Чехословакия), построенные по одно-массовой схеме с использованием двух дебалансных вибровозбудителей. В главе проводится анализ работ, посвященных успешному использованию негармонических колебаний и в других машинах различного технологического назначения: концентрационных столах, отсадочных машинах, машинах для уплотнения бетона, несвязных грунтов, дорожных оснований и др.

Из проведенного анализа вытекают основные задачи диссертации:

1. Выявить закономерности сухого грохочения мелкозернистых материалов в вибрационном бигармоническом поле повышенной интенсивности с учетом динамических параметров грохота и основных свойств обрабатываемого материала, а также определить технологические преимущества разделения в бигармоническом поле по сравнению с гармоническим.

2. Разработать математическую модель виброгрохота с новой структурной схемой и установить ее адекватность реальному образцу.

3. Выполнить моделирование динамики исследуемого виброгрохота для определения возможностей достижения рациональных условий разделения.

4. Спроектировать, изготовить, испытать и внедрить действующий образец виброгрохота нового типа.

Во второй главе выявляются преимущества использования бигармонических колебаний по сравнению с гармоническими.

При конструировании виброгрохотов и определении их динамических режимов основное внимание уделяется увеличению числа контактов индивидуальных частиц с просеивающей поверхностью. При этом влияние на процесс грохочения полидисперсности материала и его влажности учитывается эмпирическими коэффициентами, значительно отличающимися друг от друга у разных авторов. В некоторых работах изложены методы прогнозирования структурной прочности влажных материалов в зависимости от характера и величины капиллярных сил, действующих между их зернами. Однако, большинство из зависимостей связности имеет ограниченный характер, посколь-

ку выведены либо для частиц средней крупности, либо для монодисперсных систем, либо для бинарных смесей из относительно узких классов крупности зерен. Закономерности взаимодействия между тонкодисперсными частицами влажного материала практически не исследованы.

В работе связность зернистого материала рассматривается с позиции теории аутогезии. Установлено, что аутогезия зерен влажного материала обусловлена в основном силами капиллярного сцепления.

Грохочение сыпучего материала требует нарушения его физико-химической структуры на просеивающей поверхности с разрывом максимально возможного числа связей между зернами в этой структуре. Динамический режим грохочения должен обеспечивать необходимые условия для перехода в подрешетный продукт как зернистой, так и тонкодисперсной составляющей материала крупностью менее диаметра разделения.

Так как во влажном материале прочность адгезионного контакта "частица - вода" выше когезионной прочности самой воды, разрыв капиллярных связей протекает по границе "вода - вода". Допуская сферическую форму зерен материала, получим следующее условие разрыва капиллярных связей:

где Кд - коэффициент динамичности; а- поверхностное натяжение воды; Я - радиус частицы;

Р - угол, зависящий от количества воды в зазоре; в- краевой угол смачивания. На рис.1 представлены зависимости Кд полученные из выражения (1) при условии полного разрыва водной прослойки между частицами материала плотностью 5= 1500 кг/м3 при значении краевого угла смачивания

Как следует из теоретических исследований, для грохочения влажных материалов крупностью менее 3...6 мм необходимо создание высоких ускорений (Кд — 20...50 и более) с целью разрыва водных прослоек между частицами, что хорошо согласуется с практикой грохочения влажных сыпучих материалов.

Увеличение интенсивности динамического режима сопровождается повышением эффективности грохочения зернистой фазы тонкодисперсного материала за счет снижения связности частиц и разрыва капиллярных связей

+ 1 + ] 1 + ^(Д2) '

(1)

0= 60°.

Рис.1 Зависимость коэффициента динамичности Кд режима грохочения от радиуса частиц Я материала при условии полного разрыва водной пленки между частицами

между ними. Тонкодисперсная составляющая материала требует высокочастотных колебаний с целью их агрегатирования. Предполагается, что совмещение этих условий возможно при бигармоническом режиме колебаний сита, при котором каждая из составляющих гармоник обеспечивает благоприятные условия для грохочения материала определенной крупности.

Для подтверждения выдвинутой гипотезы были выполнены лабораторные исследования процесса грохочения влажного известняка в бигармоническом виброполе на оригинальной экспериментальной установке.

Целью исследований явилось определение зависимостей эффективности грохочения Е в бигармоническом режиме от его интенсивности Кд, соотношения частот щ : «2 первой и второй гармоник; влажности исходного продукта соотношения "верхней" и "нижней" интенсивностей динамического режима; высоты слоя материала А на просеивающей поверхности и граничной крупности материала с/. Эти результаты сравнивались с данными, полученными при грохочении того же материала в гармоническом виброполе.

В результате проведенных исследований установлено, что бигармони-ческий режим значительно повышает качественные показатели рассева. Важным моментом является и тот факт, что преимущества бигармонического режима особенно заметно проявляются при небольших значениях с1 и становятся несущественными при с! близких к 20.. .25 мм.

Таким образом, можно значительно повысить эффективность грохочения, синтезировав в виброгрохоте бигармонический режим на нижних ситах (с1 < 13 мм) и гармонический режим на верхних ситах (с? > 13 мм).

В третьей главе рассмотрены кинематические особенности бигармо-нического колебательного процесса. Показано, что, изменяя амплитуды виброперемещений, частоты и фазы составляющих гармоник, можно регулировать амплитуду виброускорений в широком диапазоне. Для достижения максимального эффекта двухчастотного режима колебаний требуется, чтобы амплитуда низкочастотных колебаний, воздействующих на зернистую часть материала, была больше амплитуды высокочастотной составляющей.

В этой главе рассматривается динамика новой конструкции виброгрохота как трехмассовой колебательной системы с двумя дебалансными вибровозбудителями.

Исследуемый грохот содержит короб массой т3, две ситовые рамки массами тI и соединенные с коробом при помощи упругих элементов жесткостью с1 и сг, два дебалансных вибровозбудителя со статическими моментами гпыГ] и шЬ2Г2, закрепленных на коробе, который установлен на опорных виброизоляторах жесткостью с3.

Исследование динамики грохота осуществлялось в три этапа:

- на первом этапе рассматривалась упрощенная модель вибромашины для изучения новых свойств и выявления основных закономерностей колебательной системы;

- во втором этапе рассмотрена колебательная система в более полном виде -с учетом галопирования колеблющихся масс, диссипации энергии в упругих элементах, влияния технологической нагрузки и неравномерностей вращения дебалансов центробежных вибровозбудителей;

- третий этап включал в себя определение соответствия математических моделей реальному образцу и моделирование динамических процессов.

При разработке упрощенной математической модели принимались следующие допущения: колеблющиеся массы являются абсолютно твердыми телами; упругие элементы безынерционны и деформируются в пределах линейных характеристик; электродвигатели приводов имеют неограниченные мощности; колебательная система центрирована; влиянием технологической нагрузки и диссипацией энергии пренебрегаем.

С учетом принятых допущений положение тел на плоскости определяется абсолютными смещениями их центров масс: х¡, х2 и х3.

После составления уравнений движения колеблющихся масс и используя принцип суперпозиции, получим аналитические выражения, позволяющие определять составляющие амплитуд колебаний верхней (а,) и нижней

(а^) ситовых рамок, а также короба (аз) первой (индекс 1) и второй (индекс 11) гармоник:

и 1,II)2 (Щ

Jl.ll) _ аз .

Л\--7 '

к[и1) -1

(2)

а

(1,11) _ _2_

Ui.li/jm

з

2 -1

(3)

а

(1М) _ г

к{1м/ -1)(к(21М)2 -1

(4)

где

+^к{!М)1 +ц2к(2'М)2 -^[!'">г ~11к(2и°2 -1)--лА^'^к^2 -1}

ки,1п =_Р£ ' а>

т

1,2

; Цц=-

п

1,2

Р1

ч 1/2

/ = 1,2, 3 - число степеней свободы.

Исследование влияния основных параметров колебательной системы на вынужденные колебания подвижных масс дали возможность выбрать области рабочих режимов (рис.2), позволяющие реализовать рациональные ре-

а 4 Н

....."Т 1

!

Г ! 1 1

: \ ! _! 1 V ! 1

у | <

- 5

2 ю

О 5

Ч о

0.12 0.24 0.36 0.48 Об 0.73 0.84 0.96 1.08

Ы/Р,

3

з

Рис. 2 Графики безразмерных АЧХ областей рабочих режимов

жимы колебаний ситовых рамок.

Установлено, что обеспечить практически гармонический режим верхней ситовой рамки и высокоинтенсивный бигармонический режим нижней ситовой рамки можно настройкой вибровозбудителей на угловые скорости а>2~Р2 и co¡ = (0,4...0,6)рг Отстройка от антирезонансного режима несколько снижает амплитуду колебаний верхнего сита а{ и увеличивает амплитуду колебаний короба а'3, что ухудшает виброизоляцию грохота. Однако, величину амплитуды а[ можно отрегулировать таким образом, чтобы она не превышала уровня современных одномассовых вибромашин. Таким образом, законы колебаний подвижных масс грохота будут иметь вид: нижней ситовой рамки х2 ~ а'г sin <y,í + a" sin (ú2t; верхней ситовой рамки х, = а[ sina>¡t;

короба х3 = а[ sin «г»,/. Полученные выводы послужили основой для подачи заявки на изобретение.

При построении более полной математической модели виброгрохота производился учет сопротивления в упругих связях по гипотезе вязкого трения, а технологической нагрузки - посредством коэффициента присоединенной массы и неупругого сопротивления. Кроме того, модель учитывала возможные смещения осей вибровозбудителей, центров масс и жесткостей, а также ограниченность мощностей электродвигателей приводов и сопротивления в подшипниках вибровозбудителей.

При данных допущениях колебания трехмассового виброгрохота (рис.3) описываются системой из одиннадцати нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка.

Решение поставленной задачи осуществлялось вначале для стационарных режимов движения колебательной системы, которые характеризуется средними за цикл скоростями вращения валов вибровозбудителей (o3[=const; co2=const).

Тогда полученная система преобразуется в систему из 18 линейных дифференциальных уравнений второго порядка, имеющую следующий вид в матричной форме:

Aq + Bq + Cq = D'¡ síiiíw,? + D¡ cos^í + D" sina>2t + D" eosco2t,

где А, В, С- матрицы инерционных, диссипативных и квазиупругих коэффициентов соответственно;

D¡ ,D'2 ,D",D" - векторы возбуждающих сил; q,i¡,q - векторы перемещений, скоростей, ускорений.

Рис. 3 Расчетная схема исследуемого виброгрохота

Используя принцип суперпозиций решение этой системы производилось известным способом (путем преобразования в систему из 18 линейных алгебраических уравнений) для каждой из гармоник

С - А а2 -Вт Т Н</'">

Воз С~Аа2\[п('-"\

Для данного случая (при ш = о^ и со = со2) достаточно ограничиться отысканием частных решений вида

где а — векторы составляющих амплитудных значений по обобщенным координатам хрур х2,у2,Ц12,х3,у},\\1};

6 — векторы сдвигов фаз.

„ (1,11) а (Ц1) ,

В свою очередь модули векторов а и 8 могут быть определены

из выражений

где /=1,2,..., 9.

В общем виде движение колеблющихся масс по обобщенным координатам описывается уравнением

д, = я/ бшЦг + в,')+ а!' вш^/1 + в" ).

Результаты решения ( а/'" и в,'") послужили в качестве начальных условий при исследовании системы из 11 нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих работу грохота в рабочем режиме с учетом взаимодействия колебательной системы с неидеальными возбудителями. Для ее анализа использован широко распространенный метод Рунге-Кутта.

Разработанный программный комплекс "ОКОНОТ" позволяет определять виброускорения, виброперемещения и траектории любой назначенной точки каждой из подвижных масс в стационарном и переходном режимах при учете инерционных, жесткостных и диссипативных характеристик системы; при смещении осей вибровозбудителей, центров масс и жесткостей; неидеальности электродвигателей приводов вибровозбудителей, а также учете технологической нагрузки.

В основу программного комплекса положена математическая модель колебательной системы, достаточная степень адекватности которой реальному образцу установлена в процессе испытаний экспериментального образца грохота ГИЛ-32АБ.

Анализ полученных АЧХ и ФЧХ колебательной системы позволили выявить, что рекомендации по выбору рабочих режимов грохота, установленные на основании анализа упрощенной математической модели, не требуют корректировки, а при использовании тех же допущений, при которых была разработана упрощенная модель, получено полное совпадение результатов. Таким образом, можно утверждать, что полученные аналитические выражения АЧХ могут быть использованы при ориентировочных расчетах, а при расчетах элементов металлоконструкций, упругих элементов, вибровозбудителей и т.д., а также выборе электродвигателей виброприводов, необходимо применение разработанного программного комплекса "ОЯОНОТ".

Моделирование динамических процессов, выполненное с использованием ЭВМ, позволило установить многообразие форм траекторий колебаний точек подвижных масс, причем изменение направления вращения вибровозбудителей позволяет получить четыре разнообразных варианта, что является дополнительным фактором воздействия на обрабатываемый материал. Несмотря на существенный вклад угловых колебаний подвижных масс на форму траекторий точек ситовых рамок вдоль их продольных осей, возникающих в нецентрированных системах, построенные виброграммы ускорений позволили подтвердить выдвинутую гипотезу о возможности реализации на разных ярусах сит рациональных законов и режимов колебаний.

Данный комплекс может быть использован в САПР вибромашин различного технологического назначения.

Четвертый раздел посвящен разработке, исследованию и внедрению экспериментального образца трехмассового бигармонического виброгрохота.

На основании проведенных исследований разработана конструкция нового вибрационного грохота с бигармоническим режимом и изготовлен экспериментальный образец. Вибрационный грохот (рис.4) состоит из короба 1, снабженного верхней 2 и нижней 3 ситовыми рамками, на которых закреплены просеивающие поверхности, двух дебалансных возбудителей колебаний 4 и 5, подшипники которых жестко закреплены на боковинах короба. Ситовые рамки соединены с коробом посредством упругих элементов 6 и 7 через цапфы 8. Короб устанавливается на фундамент при помощи виброизоляторов 9.

С целью проверки работоспособности всех узлов грохота, определения динамических параметров подвижных масс грохота, а также возможности

управления параметрами, влияющими на процесс грохочения, была изготовлена экспериментальная установка, смонтированная в Донецком горнорудном институте.

В результате проведения экспериментальных исследований получены данные и построены графики АЧХ подвижных масс грохота в девяти характерных точках измерений, причем из-за динамичности процесса регистрации траекторий при помощи "световой точки" в бигармоническом режиме (траектории не фиксируется за период, а медленно вращается ) параметры траекторий были определены при гармоническом возбуждении вблизи рабочих частот. Сравнение параметров траекторий, полученных теоретическим и экспериментальным путями, осуществлялось по трем величинам - полуосям эллипса, а также углу наклона большей полуоси к горизонту.

Достоверность и надежность опытных данных, полученных при выполнении данного эксперимента (как и для экспериментальной части всей работы), оценивались в соответствии с общепринятым статистическим аппаратом. При этом, для каждой анализируемой выборки определялись среднеква-дратические ошибки и доверительные интервалы. Равноточность измерений проверялась с помощью критерия Кохрена, достоверность различия в средних показателях сравниваемых серий - критерия Стьюдента, адекватность математической модели оценивалась критерием Фишера. Проверка статистических гипотез осуществлялась при доверительной вероятности 95%.

Так как полученные значения критерия Фишера меньше табличного Рт(0,05; 4; 29) = 2,7, то с 95%-ной вероятностью можно утверждать, что математическая модель виброгрохота новой структурной схемы адекватна реальной машине.

Технологические испытания бигармонического грохота ГИЛ-32АБ производились в технологической цепи Новотроицкой ДОФ на операции грохочения некондиционного сырья для дополнительного извлечения полезного продукта (клинца). На верхней ситовой рамке было установлено плетеное сито с размером ячейки 5x5 мм, а на нижней - щелевидное обезвоживающее сито.

В результате испытаний получена производительность до 56 т/ч (удельная 10,2 т/ч-м2) при эффективности грохочения по верхнему ситу до 92% и влажности обезвоживания класса 0-5 мм 9,5%.

Испытания экспериментального образца бигармонического грохота на Балаклавской ДОФ подтвердили достаточно высокие показатели грохота:

- амплитуда колебаний короба грохота стабильна на всем диапазоне изменения технологической нагрузки и не зависит от длительности работы грохота;

- производительность и эффективность процесса грохочения удовлетворяют требованиям технологии подготовки известняка. Производительность грохота по исходному питанию в среднем составляет 52 т/ч, удельная производительность - 10,7 т/ч-м2, эффективность грохочения 93% при влажности обезвоженного песка 8% и выделении класса 5-25мм в качестве отдельного сорта;

- вибрационный грохот ГИТ-42, установленный в параллельной технологической цепи и предназначенный для выполнения аналогичных задач, имеет в 1,5 раза ниже производительность при обезвоживании и рассеве песков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи совершенствования вибрационных грохотов для классификации влажных сыпучих материалов на основе комплексных исследований закономерностей процесса сухого грохочения в бигармоническом виброполе и синтеза колебаний с рациональными параметрами для каждого яруса сит.

На основании выполненных исследований получены следующие выводы, научные и практические результаты:

1. До настоящего времени проблема сухого грохочения влажных сыпучих материалов, особенно мелкозернистых и содержащих глинисто-известковые включения, остается весьма острой. Показано, что серийные виброгрохоты не обеспечивают качественного разделения по крупности. Установлено, что наиболее перспективным направлением совершенствования виброгрохотов является использование несимметричных законов колебаний их рабочих органов.

2. На основе анализа механизма взаимодействия зернистой и тонкодисперсной фазы исходного материала с поверхностью сита установлены условия обеспечивающие повышение эффективности грохочения - применение бигармонического режима колебаний рабочего органа грохота. Установленные в лабораторных условиях закономерности процесса сухого грохочения влажных материалов позволили выявить значительное повышение эффективности разделения трудногрохотимого материала в бигармоническом виброполе на всем реальном диапазоне влажности по сравнению с гармоническим. Эти преимущества в наибольшей степени проявляются при граничной крупности разделения менее 13 мм и становятся незначительными при больших размерах ячеек сит.

3 Доказана возможность синтеза высокоинтенсивного бигармонического режима нижнего сита и близкого к гармоническому режиму колебаний верхнего сита в трехмассовом инерционном виброгрохоте с двумя дебалансными вибровозбудителями. Предложенные расчетные схемы, математические модели, алгоритмы и программный комплекс обеспечивает моделирование на ЭВМ динамических процессов виброгрохота. Использование этих моделей позволяет устанавливать требуемые параметры подвижных масс колебательной системы и исходные данные для прочностных расчетов элементов конструкции грохота. Обоснована адекватность разработанных моделей грохота новой структурной схемы реальной машине.

4. Установлены зависимости параметров колебаний подвижных масс нового грохота от динамических и кинематических характеристик машины. Доказана целесообразность выбора рабочего режима в межрезонансной об-

ласти, причем частота вращения высокочастотного вибровозбудителя должна соответствовать Юг » рг, а низкочастотного a>i= (0,4...0,6) р2 (где рг - парциальная частота нижней ситовой рамки). При этом обеспечивается близкие к гармоническим колебания верхнего сита, интенсивные бигармонические колебания нижнего сита и малые колебания короба.

5. Для бигармонического виброгрохота инерционного типа характерно многообразие форм траекторий колебаний рабочего органа, определяемые прежде всего соотношением частот, амплитуд и фаз гармоник, причем изменение направления вращения одного из вибровозбудителей расширяет в 2 раза возможности выбора наиболее рациональных для конкретных условий грохочения. Полученные формы траекторий свидетельствуют о высоком уровне знакопеременных ускорений, воздействующих на обрабатываемый материал и создающих положительные условия для предотвращения забивания ячеек сита "трудными" зернами и их залипание.

6. Результаты, полученные в работе, использованы институтом ДонНИГРИ при создании экспериментальных образцов бигармонических грохотов ГИЛ-42АБ и ГИЛ-32АБ; ДонГТУ при разработке программного комплекса исследования динамики инерционных вибромашин, а также ДОФ "Балаклавская" при испытаниях и внедрении грохота ГИЛ-32АБ.

7. Годовой экономический эффект от использования грохота ГИЛ-32АБ составил 81152 руб. (в ценах 1989 года). В результате внедрения грохота ГИЛ-32АБ на ДОФ "Балаклавская" уменьшились потери известняка (соответственно увеличился выход товарного известняка фракции 3-20 мм) на 2%.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Букин С.Л., Соломичев H.H. К определению амплитуд колебаний трехмас-сового бигармонического виброгрохота // Прогрессивные технологии и системы машиностроения.- Донецк: ДонГТУ.- 1998,- Т.1.- С.127-129.

2. Сергеев П.В., Букин С.Л., Соломичев H.H. Влияние на процесс грохочения структурно-механических свойств зернистых материалов // Труды ДонГТУ.- Вып.7, 1999,- С.204-209.

3. Букин С.Л., Соломичев H.H. Обоснование рабочего режима трехмассового виброгрохота // Машиностроение и техносфера на рубеже XX века.- Донецк: ДонГТУ.- 1999.- Т.1. - С. 108-111.

4.Соломичев H.H. Разработка бигармонического виброгрохота для классификации влажного известняка // Машиностроение и техносфера на рубеже XX века,- Донецк: ДонГТУ,- 1999,- Т.З.- С. 54-57.

5. Соломичев Н.Н, Букин С.Л., Сергеев П.В. Стендовые испытания процесса

грохочения зернистых материалов в бигармоническом режиме // Збагачен-ня корисних копалин.- Вып.5 (46).- 1999.- С. 34-42. 6. A.c. 1405888 СССР, МКИ В 07 В 1/40. Вибрационный грохот / Н.В.Сухин, С.Л.Букин, Н.Н.Соломичев, О.С.Лавриненко, С.В.Швец (СССР).- № 4087253/29; Заявлено 02.07.87; Опубл. 30.06.88, Бюл. № 24.- 4 с.

В публикациях, написанных в соавторстве, автору принадлежит: в [1] -определение аналитических выражений для расчета амплитуд подвижных масс виброгрохота; в [2] - установление основного условия грохочения зернистой фракции; в [3] - выполнен анализ колебательной системы с целью определения рациональных рабочих режимов; в [5] - выполнение лабораторных исследований процесса сухого грохочения в бигармоническом виброполе и обработка результатов эксперимента; в [6] - обоснование режима работы виброгрохота нового типа.

АНОТАЦ1Я

Солом1чев М.М. Розробка шерцшного б1гармошйного грохоту для кла-сифжащ1 вологих сипких матер1ал5в. Рукопис.

Дисерташя на здобуття наукового ступеню кандидата техшчних наук за спещальнстю 05.05.06 - прнич! машини, Донецький державний техшчний университет, Донецьк, 2000.

Дисерташю присвячено створенню ефективного шерцшного Bioporpo-хота для класифжацн вологих вапняюв, вугшля та шших важкогрохотимих MaTepianiß. В pooori даеться нове рпиення техшчноГ проблеми, що мае важ-ливе значения для економжи Укра'ши. Встановлено, що бпармоншш закони коливань бшьш придатн! для роздшення матер1алу на др1бш класи. Запропо-новано та дослщжено нову конструкщю тримасного тпброгрохота, у якому верхне сито зд1Йснюе близш до гармон1йних коливання, а нижне - 6irapMO-н1йн1 Основш результата роботи знайшли застосування при проектуванщ виготовленн; випробуваннях та впровадженш 61гармон1йпих в'1брогрохот1в Г1Л-42АБ та Г1Л-32АБ.

Ключов1 слова: в1брогрохот, б1гармон1Йний режим, ефективнсть, динамка, конструкщя, вологий материал.

АННОТАЦИЯ

Соломичев H.H. Разработка инерционного бигармонического грохота для классификации влажных сыпучих материалов. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.06 - горные машины. - Донецкий государственный технический университет, Донецк, 2000.

Диссертация посвящена созданию эффективного инерционного виброгрохота для классификации влажных известняков, углей и других трудно-грохотимых материалов. В работе приводится новое решение технической проблемы, имеющей важное значение для экономики Украины.

Установлено, что причиной резкого снижения эффективности грохочения влажных полидисперсных материалов является усиление аутогезионной и адгезионной способности тонкодисперсных частиц за счет граничных слоев влаги на их поверхности. Это приводит к их налипанию на крупных зернах и залипанию ячеек сита. Выдвинута гипотеза о возможности повышения эффективности грохочения путем использования бигармонических колебаний грохота, так как условия разделения зернистой фазы улучшаются за счет снижения связности частиц и разрыва капиллярных связей при воздействии низкочастотной составляющей колебаний, а также агрегации тонкодисперсных частиц в условиях высокочастотных колебаний. Проведенными лабораторными исследованиями данная гипотеза была подтверждена - отмечено существенное повышение эффективности грохочения влажного известняка в бигармоническом виброполе по сравнению с гармоническим, особенно заметно проявляющееся при разделении по граничной крупности до 13 мм. Выявлено влияние основных динамических параметров виброгрохота и физико-механических свойств обрабатываемого материала на показатель качества процесса. Предложена и исследована новая динамическая схема трехмассового виброгрохота, в котором верхнее сито совершает близкие к гармоническим колебания, а нижнее - бигармонические. Для выявления возможности достижения рациональных режимов колебаний была разработана упрощенная математическая модель колебательной системы. В результате ее анализа получены аналитические выражения для определения амплитуд составляющих колебаний подвижных масс грохота и основные зависимости динамических параметров машины от ее коструктивных характеристик. Доказана целесообразность выбора рабочего режима в межрезонансной области, причем частота вращения высокочастотного вибровозбудителя должна соответствовать ю2» р2, а низкочастотного Ю] = (0,4...0,6)р2 (где р2 - парциальная частота нижней ситовой рамки) При этом обеспечиваются близкие к гармоническим колебания верхнего сита, интенсивные бигармонические колебания нижнего сита и малые колебания короба. Для всесторонних динамических исследований разработана математическая модель трехмассового виброгрохота в виде 11 нелинейных дифференциальных уравнений, учитывающие галопирование подвижных масс, неравномерность вращения вибро-

возбудителей, смещения осей вибровозбудителей, центров масс и жестко-стей. Данный комплекс может быть эффективно использован в составе САПР вибромашин различного технологического назначения. Проведенное моделирование динамических процессов на ЭВМ позволило выявить многообразие форм траекторий бигармонического грохота и возможность расширения числа управляемых факторов воздействия на обрабатываемый материал.

На основании проведенных исследований разработана новая конструкция трехмассового виброгрохота в двух типоразмерах: ГИЛ-32АБ и ГИЛ-42АБ. Проведенные испытания экспериментальных грохотов на ДОФ "Новотроицкая" и ДОФ "Балаклавская" выявили достаточную степень адекватности математической модели реальному образцу, а также высокие технологические показатели при разделении трудногрохотимого доломита и известняка. Так, в условиях ДОФ "Балаклавская " внедрение грохота ГИЛ-32АБ позволило увеличить производительность в 1,5 раза и повысить эффективность грохочения с 69% до 86% по сравнению с серийным виброгрохотом ГИТ-42, в результате чего снизились потери известняка на 2%.

Ключевые слова: виброгрохот, бигармонический режим, эффективность, влажный материал, динамика, конструкция.

ANNOTATION

Solomichev N.N. Development of an inertia-type bigarmonic vibrating screen for sizing moist, free flow bulk materials.

Dissertation for the degree of candidate technical sciences by speciality of 05.05.06 - mining machines.- Donetsk State Technical University, Donetsk, 2000.

The dissertation is dedicated to developing of an effective inertia-type vibrating screen for sizing of moist lime-stones, coals and others difficult-to-screening materials. The work gives a new solution of the technical problem, which have important signification for Ukrainian economy. It is established that biharmonic laws of vibrations are preferred for sizing of materials into fine classes. It is proposed and investigated a construction of three-mass vibrating screen, in which the upper sieve makes close to harmonic vibrations and the lover sieve makes biharmonic vibrations. The main results of work have found application in case of designing, fabrication and introduction of biharmonic vibrating screen GIL-32AB and GIL-42AB.

Key words: vibrating screen, bigarmonic mode, effective, moist material, dynamics, construction.