автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Совершенствование технологического процесса и технических средств для измельчения пористых строительных материалов

На правах рукописи

ГАЛАНСКИЙ Сергей Анатольевич

Совершенствование технологического процесса и технических средств для измельчения пористых строительных материалов

(на примере керамзита)

Специальность:

05.05.04 -Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена в Самарской государственной академии путей сообщения на кафедре «Путь и строительство железных дорог».

Научный руководитель: - доктор технических наук, доцент

Иванов Борис Георгиевич.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, доцент

Волков Сергей Александрович

- кандидат технических наук Рысс-Березарк Сергей Алексеевич

Ведущая организация: - Научно-исследовательский институт

по керамзиту (ОАО НИИкерамзит, г. Самара)

Защита состоится -(с{6» ноября 2004 г. в 15 ч. 00 мин. На заседании диссертационного совета Д 212.223.02 при Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете по адресу:

198103, г. Санкт-Петербург, ул. Курляндская, д. 2/5, ауд. 340.

Эл. почта: rector@spise.spb.ru

Факс: 8(812)316-58-72

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного

университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан октября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

СВ. Репин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в производстве керамзита сложилась диспропорция в выпуске мелких и крупных фракций. При потребности для производства различных бетонных и железобетонных конструкций в керамзитовом песке фракции 0...5 мм и мелком керамзите фракции 5... 10 мм в количестве соответственно 20...30 и 30...40% от объема выпускаемого керамзита их общий выпуск не превышает 10%. В практике используются два способа получения керамзитового песка и мелкого керамзитового гравия: за счет обжига соответствующего полуфабриката в печах "кипящего слоя" и измельчения крупных фракций керамзита (свыше 20...40 мм) и брака его производства (спеки, свары и т.п.).

Известно, что производство обжигового керамзитового песка требует специального дорогостоящего оборудования, имеет низкую производительность печей для его обжига и высокие энергозатраты. Также при дроблении утилизируется крупный гравий, который непригоден для изготовления легкобетонных конструкций. В связи с этим второй способ получения легких заполнителей более эффективен. Как правило, эта операция осуществляется на вальцевых дробилках и сопровождается значительными выбросами пыли, создавая неблагоприятную экологическую обстановку вблизи производства. Основным недостатком производства керамзита способом дробления является низкий коэффициент выхода готовой продукции вследствие переизмельчения части материала до пылевидной фракции. Кроме того, применение в бетоне пористого песка с повышенным содержанием пыли (фракции менее 0,16 мм) существенно ухудшает его свойства.

Проведенный анализ устройств для дробления пористых заполнителей показал, что для этих целей применяются различные измельчающие устройства. Перспективным направлением в разработке устройств для получения дробленого керамзита мелких фракций является создание машин, где применяется принцип раскалывания ударом.

В связи с этим, создание устройств, обеспечивающих получение дробленых пористых заполнителей для бетона, в рамках требований производства бетонов и обладающих существенным ресурсосбережением, является актуальной задачей.

Цель работы. Обеспечение ресурсосбережения при получении заполнителя мелких фракций для бетонов путем повышения эффективности процесса измельчения пористых материалов.

Объект исследований. Процесс измельчения пористых хрупких строительных материалов и устройство для его осуществления.

Методика исследований. Решение поставленных задач осуществлялось с помощью методов параметрического и математического моделирования, теории измельчения, математической статистики.

Теоретические исследования заключались в получении зависимостей, позволяющих установить оптимальные конструктивно-кинематические и технологические параметры измельчающего устройства. Экспериментальные исследования выполнены на специально

использованием существующих и предложенных методик в соответствии с действующими стандартами.

Научную новизну составляют:

- параметрическая модель функционирования устройства для измельчения хрупких пористых строительных материалов;

- методика расчета производительности камеры основного измельчения и камеры предварительного измельчения в зависимости от поступающего потока гранул и кусков материала;

- выражения для определения геометрических параметров устройства и затрачиваемой мощности.

Практическая ценность. Разработано устройство для производства заполнителей мелких фракций, обеспечивающее измельчение пористых строительных материалов без дополнительного пылеобразования с минимальными затратами энергии. Опытный образец измельчающего устройства испытан в условиях производства керамзита на Безымянском керамзитовом заводе (ОАО "Легкий керамзит").

Апробация. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены: на 3-й Международной научно-практической конференции "Безопасность транспортных систем" (МАНЭБ, г. Самара) '2002 г.; на 59, 60 и 61-й научно-практических конференциях "Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование, наука, практика" (СамГАСА, г. Самара) в 2002, 2003 и 2004 г; на региональной научно-практической конференции "Вузы Сибири и Дальнего Востока ТРАНССИБу" (СГУПС, г. Новосибирск) в 2002 г; на межвузовской научно-практической конференции "Вклад ученых вузов в научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте" (СамГАПС, г.Самара) 2003 г.; на научно-методической конференции "Проблемы строительства, реконструкции и капитального ремонта зданий и сооружений на железнодорожном транспорте" (ПГУПС, г. С-Петербург) 2003 г.; на 57-й международной научно-технической конференции молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов "Актуальные проблемы современного строительства" (СПбГАСУ, г. Санкт-Петербург).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ. Новизна конструкции устройства для измельчения гранулированных пористых материалов подтверждена патентом Российской федерации № 2196490.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, заключения, списка использованной литературы и 2 приложений. Она содержит 149 страниц машинописного текста, 56 иллюстрации и 13 таблиц. На защиту выносятся следующие положения:

- параметрическая модель функционирования устройства для измельчения пористых строительных материалов;

- теоретическое обоснование конструкции устройства и его рабочих параметров;

- результаты экспериментальных исследований устройства в лабораторных и производственных условиях;

- результаты производственных испытаний линии по производству керамзитового песка и щебня.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой темы, сформулирована цель работы, показано народнохозяйственное значение и приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и выбор направления исследования»

проведен анализ существующих технологий и технических средств для получения пористых заполнителей.

Обзор современного состояния производства пористых заполнителей способом дробления показывает, что существующие технологии и устройства не позволяют получать качественного продукта в соответствии с требованиями, а также обладают высокой энергозатратностью процесса и загрязняют окружающую среду вредной пылью. Анализ литературных источников показывает, что процессы, связанные с получением пористых заполнителей мелких фракций изучены не полно. Неполно изучены взаимосвязи этих процессов с физико-механическими свойствами материалов и конструктивно-технологическими параметрами устройств.

Исследованию процесса получения пористых материалов (керамзита) посвящены труды Ахундова А.А, Полинковской А.И., Комиссаренко Б.С., Петрова В.П., Эльконюка А.А., Хохрина Н.К., Н.Л. Антоненко и др.

Теоретическая основа, посвященная измельчению хрупких строительных материалов сформулирована в работах Ребиндера П.А., Кирпичева В.Л., Еремина Н.Ф., Демидова А.Р., Чиркова С.Е., Доценко А.И., Волкова Д.П., Моргулиса М.Л., Левенсона Л.Б., Андреева С.Е., Мельникова СВ. и др.

Рабочая гипотеза, положенная в основу настоящей работы предполагает: разрушающее ударно-раскалывающее воздействие на материал клиновидными элементами в виде пластин обеспечивает регуляцию процесса измельчения, снижает затраты энергии на разрушение, уменьшает выход пыли.

В связи с вышеизложенным в задачи исследований входило:

- провести анализ устройств для получения легких заполнителей и обосновать конструктивно-технологическую схему измельчающего устройства;

- определить физико-механические свойства исследуемых легких заполнителей;

- выполнить теоретические исследования процесса работы устройства для получения легких заполнителей мелкой фракции с целью определения его конструктивно-режимных параметров;

- провести экспериментальные исследования устройства для выявления влияния его параметров на гранулометрические характеристики легких заполнителей;

- провести производственные испытания промышленного образца названного устройства и дать экономическую оценку эффективности его использования.

Во второй главе "Теоретические исследования процесса получения пористых заполнителей мелких фракций" на основании анализа технологического процесса работы измельчающих устройств в производстве керамзита способом дробления было разработано устройство для измельчения хрупких пористых материалов. Разрушение материала осуществляется за счет удара по нему клиновидных элементов рабочего органа в виде пластин. Степень воздействия разрушающей нагрузки на отдельные фракции материала позволяет не

переизмельчать продукцию и регулировать процесс измельчения. В данном устройстве эту функцию выполняет интервал между пластинами, который можно изменять в соответствии с требованиями к процессу измельчения.

Указанный способ измельчения позволяет получать продукт с однородным гранулометрическим составом при минимальных энергозатратах вследствие действия больших концентраций нагрузок в местах контакта материала с рабочими элементами и вывода готовой фракции из зоны действия нагрузки, в пространство между элементами рабочего органа.

Предлагаемое устройство (рис. 1) содержит камеру дробления 1, расположенную между лотком 2 и подвижной плитой 3, закрепленной на стойке 4. Подвижная плита 3 состоит из набора сменных чередующихся дробящих пластин 5, которые выполнены заостренными и регулировочных пластин 6. Лоток 2 установлен на упругих опорах 7, степень сжатия которых регулируется с помощью устройств для натяжения 8. Угол наклона подвижной плиты 3 и лотка 2 может регулироваться при помощи винтового талрепа 9, смонтированного на раме 10. Эксцентриковый вал 11 обеспечивает колебания подвижной плиты 3 в вертикальном направлении.

Рис 1 Конструктивная схема измельчающего устройства

Устройство для измельчения хрупких пористых материалов работает следующим образом.

Перед включением устройства назначают режим дробления обрабатываемого материала и интенсивность раздробляющего воздействия на него. При этом от вида обрабатываемого материала выбирают длину чередующихся дробящих пластин 5 и толщину регулировочных пластин 6. В зависимости от необходимых для обработки данного пористого материала, скорости его передвижения по лотку 2 и частоты ударно-раскалывающего воздействия дробящих пластин 5 устанавливают, соответственно, подвижную плиту 3 и лоток 2 с требуемым наклоном при помощи винтового талрепа 9 и скорость вращения эксцентрикового вала 11 посредством привода (последний на рис. 1 не показан).

После настройки устройства на выбранный режим дробления включают привод вала 11 и подают пористый материал на лоток 2. Эксцентриковый вал 11, вращаясь, вызывает колебания подвижной плиты 3 в вертикальной плоскости совместно с установленными на ней пластинами 5 и 6. Обрабатываемый материал, поступивший на лоток 2, подвергается на нем ударно-раскалывающему воздействию дробящих пластин 5. По меньшей мере часть дробящих пластин 5 (в зависимости от их длины) имеют возможность контакта с поверхностью лотка 2 при колебаниях подвижной плиты 3, при контакте лоток 2, проседая на упругих опорах 7 при поднятии подвижной плиты 3, подкидывает вверх обрабатываемый материал с частотой, соответствующей частоте колебаний подвижной плиты 3, в результате чего обрабатываемый материал постепенно продвигается по камере дробления 1 и подвергается многократному ударно-раскалывающему воздействию дробящих пластин 5. На выходе из камеры дробления 1 измельченный материал, т. е. готовая продукция направляется на объекты хранения.

На рассмотренное устройство получен патент РФ № 2196490, в соответствии с которым разработана техническая документация и изготовлен производственный образец устройства для измельчения пористых гранулированных материалов.

Процесс функционирования устройства для измельчения пористых заполнителей был выражен в форме параметрической модели и в упрощенном виде включает в себя два взаимосвязанных функциональных блока: характеристика некондиционного материала (Хм) и процесс измельчения поступающего потока материала

На рис. 2 представлена упрощенная схема предлагаемой параметрической модели, которая включает в себя ниже перечисленные параметры, характеризующие происходящий процесс:

- параметры, характеризующие некондиционный материал;

- параметры поступающего потока некондиционного материала в зону измельчения;

- параметры, характеризующие измельчающий рабочий орган;

- параметры, характеризующие рабочий процесс устройства во время измельчения материала;

- параметры процесса возвращения материалу кондиционных свойств (процесс измельчения);

- выходные параметры получаемого продукта.

В целом все выше перечисленные параметры можно представить в виде выражения характеризующего процесс функционирования измельчителя:

(1)

Для полноценного анализа происходящего процесса в работе детально рассмотрен каждый из представленных элементов параметрической модели.

Рис. 2. Схема параметрической модели процесса функционирования измельчителя пористых материалов

Результаты исследования параметрической модели позволили определить основные критерии оценки работы устройства. К ним отнесены: производительность, удельные энергозатраты, фракционный состав материала. Поэтому все дальнейшие исследования были направлены на выявление оптимальных параметров и режимов работы устройства, влияющих на показатели процесса измельчения пористых материалов.

Одним1 из основных показателей функционирования измельчающего устройства является качество измельчения. Размер частиц и их соотношения в измельченном продукте не должны выходить за рамки фракционного состава, регламентируемого ГОСТ.

Ударно-раскалывающее измельчение хрупких материалов широко применяется в различных отраслях и является наиболее выгодным для них с точки зрения энергозатрат. При выборе способа измельчения необходимо руководствоваться, в основном, физико-механическими свойствами измельчаемого материала и прежде всего его твердостью, плотностью, пористостью.

Определение геометрических параметров рабочего органа.

Для эффективного измельчения материала с частицами определенных размеров до требуемого гранулометрического состава необходимо обеспечить равномерную обработку его по всей длине камеры дробления. Это возможно за счет оптимизации геометрических параметров рабочего органа. При продвижении материала по камере дробления необходимо постепенное его измельчение таким образом, чтобы был задействован максимальный рабочий объем камеры.

Наиболее предпочтительным с точки зрения равномерности заполнения камеры дробления поступающим материалом является разнофракционный материал, т. к. частицы в процессе подачи самопроизвольно распределяются по рабочему пространству камеры дробления. Наоборот, наименее предпочтительным условием для равномерности заполнения камеры дробления является поток материала с частицами одинакового размера. Исходя из этого .рассмотрим последний случай.

Предположим, что в камеру дробления подается объем материала V] с частицами одного размера равного С^ (рис. 3). Подвергаясь воздействию рабочего органа этот объем измельчается до частиц со средним размером и проходит на следующий участок камеры измельчения. Данный объем материала продвигается до тех пор, пока не приобретет необходимые гранулометрические характеристики. Поэтому зазор в камере дробления должен изменяться таким образом, чтобы потребовалась

наименьшая длина рабочего органа для измельчения материала до требуемого размера.

Найден зазор обеспечивающий равномерное прохождение материала по камере измельчения,

который определяется по формуле:

где - высота входа в камеру дробления; р - степень измельчения (зависит от физико-механических свойств материала и наличия внутренних дефектов, места расположения частиц в момент контакта с рабочим органом и равна для керамзита 2...3); п - количество воздействий рабочего органа на материал; х - длина рабочего органа.

Кривая образующая оптимальное расположение дробящих пластин рабочего органа представлена на рис. 3 в виде сплошной линии.

Таким образом, выявлена оптимальная форма рабочего органа. Однако такой рабочий орган сложен в изготовлении и эксплуатации из-за разной длины заостренных пластин, поэтому для упрощения его конструкции он разделен на две прямолинейные части (на рис. 3 пунктирная линия). Первая часть образует с лотком камеру предварительного измельчения и имеет переменный зазор Ь Вторая часть образует камеру основного измельчения и имеет постоянный зазор

Определение производительности. Рабочий процесс устройства можно описать следующим образом. На первом этапе материал подается в камеру предварительного измельчения, где он раздрабливается до частиц, способных к дальнейшему продвижению в камеру основного измельчения. В этой камере (на рис. 4 участок АВ=Ьдв) материал перерабатывается до приобретения им нужных свойств (фракционного состава и формы).

Предположим, что материал проходит окончательную стадию измельчения в зоне за время Производительность установки будет равна:

где и - скорость выхода материала из камеры дробления; С - ширина камеры основного дробления; - величина пропускного зазора; - коэффициент заполнения материалом камеры дробления.

Скорость движения измельченного материала и по лотку зависит от времени I и ускорения движения материала а.

Уравнение движения частиц материала по поверхности: тцэтР - РТр - та=0 , (4)

где РТр - сила трения; т - масса частицы; g - ускорение свободного падения1; Р-угол наклона плиты;

Отсюда ускорение движения материала по поверхности лотка с учетом сил трения будет равно:

д=иськ,

(3)

а=ЕСозР 0§Р-0,

(5)

Тогда окончательная формула производительности будет иметь вид:

Из этой формулы можно найти длину камеры основного дробления:

О

1% сое Р^Р - Г)С21т2 к

2

Для стабильной и эффективной работы устройства необходимо, чтобы производительность предварительной камеры дробления была равна производительности основной камеры дробления:

Подаваемый на измельчение материал неоднороден по фракционному составу и соответственно скорость продвижения кусков материала по камере предварительного измельчения будет различна. Поэтому при определении производительности камеры предварительного измельчения необходимо учитывать фракционный состав

измельчаемого материала.

Скорость потока материала в камере

Рис. 4. Схема к определению производительности измельчающего устройства

предварительного измельчения составит: и = и, + а1,

(9)

где и| - скорость материала при подходе к пасти дробилки; Найдем время движения материала с учетом воздействия на него рабочих органов подвижной плиты. Из рис. 5 следует, что материал в промежутке времени Д^ переместится:

Ь. =с1.

! Ь, +5|— -СОЭО)!, I 2 ч2 •)

(10)

где <1, - средний размер ¡-ой фракции; 5 - высота подъема рабочего органа, Ьг -высота входа в камеру предварительного измельчения, - угловая скорость

вращения вала подвижной плиты.

Откуда находим:

после преобразования

Время найдем из следующих соображений. При движении плиты острие рабочего органа будет находится в положении в момент и через промежуток времени равный повороту эксцентрика на угол что соответствует времени:

Д1, = — -21, или ¿Л, (13)

со

где Т - период одного колебания подвижной плиты; ^ - момент времени соприкосновения рабочего органа с грузом.

Для каждой фракции с1,г, (¡=1 ...п): о,=а(Т-21,).

Отсюда производительность будет равна: (Г=Ск£а(Т-21,)|,2,>

(15)

где г, - доля ¡-ой фракции материала в навеске; п - количество фракций. Отсюда

Q'=gcosp(tgp-f)Ck¿

arccos

Т-2-

(i-

d. -h,

со

d.z,

(16)

Определение мощности. Рассматривая работу измельчающего устройства можно вывести уравнение для определения мощности, затрачиваемой на измельчение. Часть мощности будет затрачена на холостой ход, часть на трение рабочих органов о материал, часть на разрушение и деформацию частиц.

Каждое из слагаемых было определено исходя из анализа работы устройства. Тогда мощность необходимая для привода измельчителя будет определяется по формуле:

N = Nxx+(FTp+FpK+Z-FejK-uc>K (18)

где Nxx - мощность, расходуемая на холостой ход измельчителя, определяется экспериментально, кВт; Fp - усилие затрачиваемое на разрушение материала, Н; FTp

- усилие затрачиваемое на трение измельчаемого материала о дробящие пластины, Н; и0 — скорость приложения усилия, м/с; FCjK — сила сжатия гранул материала, Н; и 1Ж

- средняя скорость сжатия гранулы, - число дробящих пластин на подвижной плите.

В третьей главе "Методика экспериментального исследования процесса измельчения пористых заполнителей на дробильном оборудовании" представлена программа и методика лабораторных исследований экспериментальной установки.

В основе методики проведения экспериментов лежит изучение влияния отдельно взятого фактора на оценочные показатели работы измельчающего устройства при фиксированном значении других факторов. Также при оптимизации конструктивно-режимных параметров был применен активный эксперимент с использованием идей планирования экспериментов, последующей статистической обработкой полученных результатов и построением регрессионных моделей изучаемых процессов. Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований осуществлялось посредством статистических методов с привлечением ПЭВМ.

Для изучения процесса измельчения хрупких пористых материалов был изготовлен лабораторный образец измельчающего устройства с рабочим органом в

виде заостренных пластин. Лабораторный образец измельчающего устройства позволяет оперативно изменять следующие параметры:

- угол наклона лотка и подвижной плиты;

- ширину зазора между лотком и рабочими поверхностями дробящих пластин;

- частоту колебаний подвижной плиты;

- величину рабочего хода подвижной плиты.

Для исследования наиболее эффективной работы устройства была разработана методика по выявлению оптимальной конструкции рабочего органа, обеспечивающего высокое качество дробления и гарантированную выдачу готового материала с фракционным составом, отвечающим заданным требованиям. Опыты проводились на керамзите различных заводов.

В четвертой главе "Результаты экспериментальных исследований процесса измельчения" представлен полученный экспериментальный материал. При проведении экспериментальных исследований использовалась продукция Безымянского, Октябрьского и Кряжского керамзитовых заводов.

В задачу экспериментальных исследований входило определение физико-механических свойств исследуемых материалов для обоснования конструктивных параметров разрабатываемого оборудования. Были определены прочностные свойства исследуемых видов керамзита, пористость материала, коэффициенты трения о сталь, гранулометрические характеристики, и представлены результаты этих исследований.

Из анализа зависимостей «деформация - напряжение», был сделан вывод, что характер разрушения керамзита относится к хрупкому разрушению. Это во многом зависит от содержания кристаллической и стекловидной составляющей материала. Доля стекловидной фазы в материале в основном определяет хрупкость материала и характер его разрушения. С ростом содержания в материале крупных пор у исследуемых образцов проявляются некоторые пластические свойства. Это объясняется тем, что до разрушения образца происходит смятие и разрушение стенок пор в областях приложения нагрузки.

В процессе измельчения частицы материала взаимодействуют с рабочими органами и ограждающими поверхностями измельчающих и классифицирующих машин. Это взаимодействие проявляется в возникновении силы препятствующей их взаимному перемещению.

Из анализа графического материала по исследованию коэффициента трения сыпучего материала видно, что с уменьшением размера частиц в исследуемом материале коэффициент трения о сталь увеличивается по зависимости Это означает, что мелкая фракция материала будет двигаться медленнее по камере дробления, чем крупная, вследствие чего возможно переизмельчение уже готового продукта. Поэтому необходимы условия, при которых уже готовая фракция песка будет своевременно удалена из зоны воздействия элементов рабочего органа.

Характеристика рабочих органов является одним из основных факторов, влияющих на процесс измельчения. В соответствии с гипотезой об избирательном измельчении пористых материалов необходимо выявить оптимальную конструкцию элементов рабочего органа устройства. Оптимальное сочетание ударно-

раскалывающего и сжимающего воздействия на материал приводит к снижению пылевыделения, износа рабочих органов и соответственно уменьшается энергозатратность процесса измельчения.

Для разрушения агломератов с минимальными усилиями и ударно -раскалывающим воздействием, а следовательно с минимальными затратами энергии и без чрезмерного воздействия на обрабатываемый материал дробящие пластины должны быть выполнены с оптимальным углом заточки рабочей поверхности.

Результаты проведенного эксперимента представлены в виде графических зависимостей (рис. 6, 7) Из рисунка 6 видно, что кривые зависимости носят параболический характер, т.е. усилия, прилагаемые к образцу пропорциональны квадрату его плотности. Оптимальным при сжатии образца является рабочий орган, при воздействии которого усилия разрушения образца будут минимальными (нижняя кривая на графике). Таким рабочим органом является элемент с углом заточки около 40...45°.

На рис. 7 представлена зависимость ударной

нагрузки, требуемой на разрушение образца

керамзита, от его плотности. По этой зависимости видно, что ударное воздействие исследуемых элементов на образец материала носит сложный характер. Так наибольшие затраты ударной нагрузки приходятся на образцы с плотностью 0,28...0,32 г/см3, а на образцы плотностью 0,9...0,22 и 0,38...0,4 затрачивается примерно одинаковая ударная нагрузка. Таким образом, при ударно-раскалывающем воздействии оптимальным углом заточки элемента рабочего органа будет 30...35е при плотности обрабатываемого материала менее 0,3 г/см3, и 40...50е при плотности более 0,35 г/см3.

Анализируя результаты экспериментов и полученные зависимости был сделан вывод, что наиболее оптимальный рабочий орган при работе данного устройства является клинообразный элемент с углом заточки 40...50е.

Одним из самых важных конструктивных параметров рабочего органа является интервал между дробящими пластинами. Он позволяет регулировать процесс измельчения, изменяя степень сжимающего и ударно-раскалывающего воздействия.

С целью выявления оптимальных параметров рабочего органа были проведены эксперименты по выявлению влияния этого параметра на энергозатратность процесса измельчения. Характер работы рабочего органа заключается в том, что

Рис. 6. Зависимость прилагаемых усилий от плотности керамзита при разрушении различными рабочими органами

оптимальное интервала пластинами

керамзита

часть измельченной фракции, не требующая дальнейшей переработки, удаляется из зоны измельчения в пространство между пластинами. В этом случае разрушение частиц керамзита происходит не в слое материала, а в результате прямого контакта с поверхностью рабочего органа.

Из анализа результатов эксперимента по выявлению влияния интервала между дробящими пластинами на процесс измельчения видно, что для каждого вида материала существует оптимальное значение интервала Ь ,)пт. Для оценки оптимальной величины интервала был использован комплексный критерий оптимизации.

Так значение между составляет: для

Безымянского керамзитового завода - 9 мм при удельной энергозатратности 0,34 для керамзита Кряжского завода - 7,5 мм при удельной энергозатратности 0,41 для керамзита завода № 10 - 5,5 мм при удельной

энергозатратности 0,505 кВт*ч/т.

При увеличении интервала относительно

оптимального значения в общей массе измельченного материала возрастает доля фракции с размерами частиц более 10 мм с одновременным увеличением доли частиц игольчатой и пластинчатой формы. Это связано с тем, что при больших значениях интервала снижается интенсивность взаимодействия рабочего органа с материалом за счет сокращения количества дробящих пластин. Поэтому значительную часть получаемой продукции придется вернуть на доизмельчение, что приведет к уменьшению эффективности процесса измельчения (уменьшение производительности рассевочного и дробильного оборудования, увеличение пыления) и повышению удельного энергопотребления.

С уменьшением изучаемого показателя возрастает доля переизмельченной фракции (пыли) в общей массе получаемой продукции, существенно снижающая ее качество. Это связано с тем, что при малых значениях интервала значительно увеличивается удельная площадь контакта материала с рабочим органом, что приводит к повышению затрат на преодоление сил трения (увеличивается доля истирающего воздействия), и соответственно увеличивается доля пыли и имеет место повышенный износ дробящих пластин.

Рис. 7 Зависимость разрушающего ударного импульса рабочего органа от плотности керамзита

С целью изучения влияния кинематического режима на выходные параметры исследуемого измельчающего устройства была проведена серия экспериментов на керамзите Безымянского керамзитового завода. Весь эксперимент разделен на две части. В первой части определяется влияние угла наклона лотка и частоты вращения вала подвижной плиты п на выходные показатели и критерий оптимизации, оптимальные значения которых затем вносятся постоянными во вторую часть. Во второй части определяется влияние величины зазора в камере дробления Ь: и рабочего хода подвижной плиты 8 на процесс измельчения.

В соответствии с матрицей планирования эксперимента был реализован двухфакторный эксперимент с варьированием факторов на трех уровнях (по методу Бокса-Бенкина). На основании полученных значений критериев оптимизации проводили обработку данных и построение математических моделей. После раскодирования и преобразования были получены следующие уравнения влияния

- на мощность, затрачиваемую измельчителем;

N = - 0,019 + 0,002 р + 0,00028п -0,000056 р2 (19)

- на производительность механизма;

Р = -0,Ю1 + 0,002(3 + 0,002п + 0,000217р2 (20)

- на процент выхода песка;

Мпес =70,667-1,467р + 0,202п+0,01р2 + 0,001рп-0,00035п2 (21)

- на процент выхода пыли;

М пыл = 10,672 - 0,405р - 0,012п + 0,007р2 - 0,000575рп + 0,000167п2 (22)

- на процент выхода некондиции;

М нек = 5,072 - 0,128 р - 0,006п + 0,004 р2 - 0,000275 Рп (23)

Для оптимизации значений угла наклона лотка и частоты вращения вала подвижной плиты устройства была рассчитана и получена математическая модель. Она позволяет установить оптимальный кинематический режим, который обеспечивает максимально возможный коэффициент выхода продукции (наименьшего выхода пылевидной фракции) при минимальных энергозатратах.

После преобразования было получено следующее выражение: Е = 0,775 - 0,003р -0,002п - 0,0002р2 + 0,00004325 Рп (24)

Статистический анализ полученных уравнений, включая проверку воспроизводимости эксперимента, определение значимости коэффициентов регрессии и оценка адекватности по критерию Фишера, показали, что все они достаточно точно описывают исследуемый процесс с вероятностью 95 %.

Влияние факторов на производительность, удельные энергозатраты, фракционный состав изучали на основе графического материала. Для этого были рассчитаны и построены графики зависимостей критериев оптимизации от каждого из факторов при фиксированных значениях остальных на основном уровне. Данные для расчета были взяты из полученных выше многофакторных моделей. Расчетные зависимости критериев оптимизации от частоты вращения вала подвижной плиты представлен на рис. 8.

При проведении экспериментов по выявлению влияния угла и частоты на процесс измельчения, были определены оптимальные режимы работы измельчителя: р = 30...40 П = 150...270 об/мин. Принимая эти значения постоянными в соответствии с матрицей планирования эксперимента был реализован двухфакторный эксперимент с варьированием факторов на трех уровнях.

Для определения оптимальных значений параметров, а также для определения влияния факторов на

выходные параметры проводили преобразование уравнений к

именованным величинам. После раскодирования и преобразования были

получены следующие Рис. 8. Зависимость выходных показателей от частоты вращения

уравнения влияния

зазора в камере дробления и рабочего хода подвижной плиты на:

- на мощность, затрачиваемую измельчителем; N = 0,09 + 0,0071 • Ь2 - 0,0073 • б - 0,00056 • Ь2 + 0,0001458 • Ь,

- на производительность механизма; <3 = 0,1 + 0,036 • Ь2 + 0,002 • в - 0,00066 ■ И2 + 0,00003125 •

- на процент выхода песка; Мпю= 78,556-5,667-И,

- на процент выхода пыли;

•s + 0,00025-s2 (25) (26)

М„.„ = 8,725-1,053-h2 -0,681 • s+ 0,156--0,035-h2 -s + 0,034-s2

(27)

(28) (29)

•пыл --- --- 2 ° ' 2

- на процент выхода некондиции; М ии[ = 5,478 - 0,094 • h 2 - 0,492 • s + 0,065 • h 2 + 0,008 • h 2 • s + 0,021 • s2

Для оптимизации значений угла наклона лотка и частоты вращения вала подвижной плиты устройства была рассчитана и получена математическая модель. Она позволяет установить оптимальный кинематический режим, который обеспечивает максимально возможный коэффициент выхода продукции (наименьшего выхода пылевидной фракции) при минимальных энергозатратах. После преобразования получено следующее выражение:

.2 , ппт л , , Г>лл-> »2 ^зо^

Е = 0,872 - 0,039 • h 2 - 0,059 • s + 0,003 • h2 + 0,002 • h 2 - s + 0,002 • s'

Были рассчитаны и построены графики зависимостей критериев оптимизации от каждого из факторов при фиксированных значениях остальных на основном уровне. Р

зависимость критериев оптимизации от зазора в камере дробления представлена на рис. 9.

Анализируя результаты были

получены

оптимальные значения искомых факторов: зазор в камере дробления составляет 3...4 мм, рабочий ход подвижной плиты - 14 мм.

В пятой

0 0 2 4 6

Зазор в камере, мм

Рис. 9. Зависимость выходных показателей от величины зазора в камере дробления при Р = 40', п = 210 мин'1, б = 14 мм.

главе «Производственная проверка технологической линии керамзита мелких фракций с предлагаемым устройством и обоснование его применения» представлены результаты

получения экономическое

производственных испытаний предлагаемого устройства, которые были проведены в условиях производственной линии по получено керамзита ОАО "Легкий керамзит", г. Самара.

Производственные испытания технологической линии с предлагаемым устройством показали следующие результаты.

1. Повышение коэффициента выхода готовой продукции позволило увеличить

количество производимой продукции на 5000 м3 в год, при неизменном

расходе исходного сырья (для завода производительностью 100000 м3 в год).

2. Производительность устройства для измельчения керамзита составила 3...4

м3/ч.

3. Потребляемая мощность электродвигателем на привод эксцентрикового вала

устройства (совместно с приводом грохота) составила 1,5 кВт.

3. Качественные показатели:

-выделяемая фракция-0...5 мм (песок) и 5... 10 мм (щебень); -образование пылевидной фракции около 2,5% от общей массы (при требованиях стандартов к содержанию пылевидной фракции в готовом продукте - не более 8%, что обеспечивает экологическую безопасность процесса получения);

-снижение содержания в щебне доли материала с частицами игольчатой и пластинчатой формы до 5% (при требованиях стандартов к содержанию в готовом продукте - не более 10%).

Представлено экономическое обоснование разработки устройства для измельчения. Производилось сравнение с базовым вариантом - агрегатом для измельчения СМ-5. По результатам сравнения, предлагаемое устройство позволило существенно улучшить качественные и технико-экономические показатели.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Результаты анализа существующих технических средств показали, что они не отвечают требованиям поставленной задачи - измельчению пористых строительных материалов, используемых в качестве заполнителя для бетона. Основным недостатком в технологии получения керамзита мелких фракций является низкий коэффициент выхода готовой продукции, вследствии повышенного содержания в ней пылевидной фракции, возникающей в процессе дробления. Это существенно снижает эффективность всего процесса производства заполнителя. Также основными недостатками рассмотренных устройств являются дополнительное пылеобразование, высокая энергоемкость, большая материалоемкость. Наиболее перспективным является избирательное дробление хрупких пористых материалов, при котором рабочие органы измельчителя воздействуют концентрированными нагрузками только на частицы недоизмельченного материала, при этом, не измельчая готовой фракции продукта.

2. На основании теоретических исследований была разработана параметрическая модель функционирования предлагаемого устройства, обоснованы выражения для определения минимальной частоты колебаний подвижной плиты, затрат энергии, расходуемой на процесс измельчения, затрачиваемой мощности. Разработана методика расчета производительности камер предварительного и основного измельчения предлагаемого устройства.

3. Установлено, что дробление гранул и кусков керамзита исследованных видов лучше осуществлять клиновидным рабочим органом с углом заточки 40...50°, угол наклона лотка должен составлять 30...40°, частота колебаний подвижной плиты 150...270 об/мин, амплитуда колебаний подвижной плиты 10... 14 мм, зазор между лотком и клиновидным рабочим органом 3... 4 мм, расстояние между клиновидными пластинами 5...9 мм. При таком режиме работы удельная энергоемкость процесса составляет 0,2...0,3 Вт*с/кг, выход готовой продукции увеличился на 5...7%.

4. Производственными испытаниями установлено, что в сравнении с агрегатом СМ-5 (базовый вариант) предлагаемое устройство позволяет в процессе производства получать качественный керамзитовый песок и щебень, обеспечить снижение энергоемкости в 2,4 раза, повысить качество измельчения (у базового варианта содержание пылевидной фракции составляет 8... 15%, у предлагаемого не более 3%).

5. Использование предлагаемого устройства позволит обеспечить экологическую безопасность процесса переработки керамзита за счет сокращения пылевидной фракции в готовом продукте. Экономия за счет повышения коэффициента выхода готовой продукции составит около 370 тыс. руб. Экономический эффект от внедрения одного измельчающего устройства составит около 385 тыс. руб. в ценах II квартала 2004 г.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ

В РАБОТАХ

1. Галанский С.А. Получение легких заполнителей для бетонных мостовых конструкций // Сборник научных трудов студентов, аспирантов и молодых ученых. / Вып. 3 - Самара: СамИИТ, 2001. с

2. Галанский С.А. К вопросу получения легких заполнителей мелких фракций // Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование, наука, практика. / Мат. регион. 59-й научно-техн. конф. - Самара: СамГАСА, 2002.

3. Иванов Б.Г., Галанский \ С.А. Повышение экологической безопасности производства и транспортировки керамзита // Безопасность транспортных систем. / Тр. 3-й межжд. научно-практ. конф. - Самара: МАНЭБ, 2002.

4. Галанский С.А Повышение эффективности производства и применения дробленых легких заполнителей мелких фракций // Вузы Сибири и Дальнего Востока ТРАНССИБу. / Тез. докладов регион, научно-практ. конф.-Новосибирск: СГУПС, 2002.

5. Галанский С.А. Эффективное производство пористых заполнителей // Вклад ученых вузов в научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте. / Тез. докладов межвуз. научно-практ. конф.-Самара: СамГАПС, 2003.

6. Галанский С.А. Некоторые результаты исследования получения дробленого керамзита // Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование, наука, практика. / Мат. регион. 60-й научно-техн. конф.- Самара: СамГАСА,

2003.

7. Галанский С.А. Повышение эффективности производства керамзитового песка // Мат. межвуз. научной конф. аспир. и студ. - Самара: СамГАПС, 2003 г.

8. Иванов Б.Г., Горюшинский И.В., Галанский С.А. Совершенствование процесса дробления хрупких пористых строительных материалов // Строительные материалы / М: 2003 г. № 8, с. 34-36.

9. Иванов Б.Г., Галанский С.А. Устройство и технология получения пористых заполнителей мелких фракций для бетонов // Проблемы строительства, реконструкции и капитального ремонта зданий и сооружений на железнодорожном транспорте / Науч.-метод. конф.- С-Петербург: ПГУПС, 2003 г,- с. 7-8.

10.Иванов Б.Г., Горюшинский И.В., Галанский С.А. Измельчитель для пористых строительных материалов // Строительные и дорожные машины / М: 2004 г., № 2, с. 24-25.

11. Галанский С.А. Технология и измельчающее устройство для получения дробленого керамзита // Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование, наука, практика. Мат. регион. 61-й научно-техн. конф. - Самара: СамГАСА, 2004.

12. Галанский С.А. Оптимизация переработки сырья при получении, дробленого керамзита // Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование, наука, практика. / Мат. регион. 61-й научно-техн. конф. - Самара: СамГАСА,

2004.

13. Патент № 2196490 РФ МКИ 7 А 23 N 17/00, В 02 С 1/04 Третьяков Г.М, Иванов Б.Г., Горюшинский B.C., Горюшинский И.В., Денисов В.В., Клищенко СВ., Галанский С.А. (РФ) Устройство для восстановления сыпучести слежавшихся гранулированных материалов. Заявлено 15.05.2001 опубл. 20.01.2003 Бюл №13.

13. Патент № 2196490 РФ МКИ 7 А 23 N 17/00, В 02 С 1/04 Третьяков Г.М, Иванов Б.Г., Горюшинский В С, Горюшинский И.В., Денисов В.В., Клищенко СВ., Галанский С.А. (РФ) Устройство для восстановления сыпучести слежавшихся гранулированных материалов. Заявлено 15.05.2001 опубл. 20.01.2003 Бюл №13.

»19294

РНБ Русский фонд

2005-4 16347

Подписано к печати 29.09.04. Формат 60x90 1/16. Печать оперативная. Бумага офсетная. Усл. п. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 136.

Отпечатано в Самарской государственной академии путей сообщения 443022, г. Самара, ул. Заводское шоссе, 18

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Применение и получение пористых заполнителей для различных бетонов

1.2 Анализ существующих конструкций устройств для измельчения пористых строительных материалов

1.3 Состояние исследований процесса измельчения пористых строительных материалов

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ХРУПКИХ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ И РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

2.1 Влияние технологических факторов на эффективность процесса получения керамзита мелких фракций

2.2 Конструктивно-технологическая схема устройства для измельчения пористых материалов

2.3 Параметрическая модель функционирования устройства для измельчения

2.4 Теоретическое обоснование основных параметров устройства

2.4.1 Определение минимальной частоты колебаний подвижной плиты

2.4.2 Влияние параметров рабочего органа на энергозатраты процесса измельчения

2.4.3 Определение оптимальной формы рабочего органа

2.4.4 Обоснование основных технологических параметров устройства

2.4.5 Определение энергии затрачиваемой на процесс измельчения

2.4.6 Оценка качества функционирования устройства

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ

НА ДРОБИЛЬНОМ ОБОРУДОВАНИИ

3.1 Программа экспериментальных исследований

3.2 Общая методика экспериментальных исследований

• 3.3 Описание экспериментальных установок 77 3.4 Методика проведения опытов

3.4.1 Определение физико - механических характеристик керамзитового сырья

3.4.2 Методика определения влияния угла заточки рабочего органа на величину разрушающих нагрузок

3.4.3 Методика определения коэффициента трения материала различных фракций по лотку

3.4.4 Определение влияния интервала между элементами рабочего органа на процесс измельчения

3.4.5 Обоснование режимных параметров работы устройства 88 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Характеристика керамзита

4.2 Основные физико-механические свойства пористых материалов

4.2.1 Прочностные свойства материала при сжатии

4.2.2 Результаты исследования трения керамзита различных фракций по поверхности лотка

4.3 Влияние угла заточки рабочего органа на величину

• разрушающих нагрузок

4.4 Влияния интервала между рабочими органами на процесс измельчения

4.5 Режимные параметры работы измельчающего устройства с предлагаемым рабочим органом

4.5.1 Влияние угла наклона камеры дробления и частоты на выходные показатели процесса измельчения Ю

4.5.2 Влияние зазора в камере дробления и рабочего хода на выходные показатели процесса измельчени

5. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМЗИТА МЕЛКИХ ФРАКЦИЙ С ПРЕДЛАГАЕМЫМ УСТРОЙСТВОМ И ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

5.1 Производственные испытания технологической линии переработки пористых заполнителей для бетона с использованием предлагаемого устройства

5.2 Испытания полученного керамзитового песка и щебня в бетоне

5.3 Оценка экономической эффективности применения измельчителя

В настоящее время в производстве керамзита сложилась диспропорция в выпуске мелких и крупных фракций. При потребности для производства различных бетонных и железобетонных конструкций в керамзитовом песке фракции 0.5 мм и мелком керамзите фракции 5.10 мм в количестве соответственно 20.30 и 30.40% от объема выпускаемого керамзита их общий выпуск не превышает 10%. В практике используются два способа получения керамзитового песка и мелкого керамзитового гравия, за счет обжига соответствующего полуфабриката в печах "кипящего слоя" и измельчения крупных фракций керамзита (свыше 20.40 мм.) и брака его производства (спеки, свары и т.п.).

Известно, что производство обжигового керамзитового песка требует специального дорогостоящего оборудования, имеет низкую производительность печей для его обжига и высокие энергозатраты. Также при дроблении утилизируется крупный гравий, который непригоден для изготовления легкобетонных конструкций. В связи с этим второй способ получения легких заполнителей более эффективен. Как правило, эта операция осуществляется на вальцевых дробилках и сопровождается значительными выбросами пыли и создает неблагоприятную экологическую обстановку вокруг производства. Основным недостатком производства керамзита способом дробления является низкий коэффициент выхода готовой продукции, вследствие переизмельчения части материала до пылевидной фракции. Кроме того, применение в бетоне пористого песка с повышенным содержанием пыли (фракции менее 0,16 мм) существенно ухудшает его свойства.

Обзор современного состояния производства пористых заполнителей способом дробления показывает, что существующие технологии и устройства не позволяют получать качественного продукта в соответствии с требованиями, а также обладают высокой энергозатратностью процесса и загрязняют окружающую среду вредной пылью. Анализ литературных источников показывает, что процессы, связанные с получением пористых заполнителей мелких фракций изучены не полно. Неполно изучены взаимосвязи этих процессов с физико-механическими свойствами материалов и конструктивно-технологическими параметрами устройств.

Исследованию процесса получения пористых материалов (керамзита) посвящены труды Ахундова А.А, Полинковской А.И., Комиссаренко Б.С., Петрова В.П., Чикноворяна А.Г. Эльконюка А.А., Хохрина Н.К., H.JI. Антоненко и др.

Теоретическая основа, посвященная измельчению хрупких строительных материалов сформулирована в работах Ребиндера ПА., Кирпичева В.Л., Еремина Н.Ф., Демидова А.Р., Чиркова С.Е., Доценко А.И., Волкова Д.П., Моргулиса M.JL, Левенсона Л.Б., Андреева С.Е., С.В. Мельникова и др.

Проведенный анализ устройств для дробления пористых заполнителей показал, что для этих целей применяются различные измельчающие устройства. Однако существующие устройства не в полной мере обеспечивают эффективное производство пористых заполнителей мелких фракций.

В связи с этим, создание устройств, обеспечивающих получение дробленых пористых заполнителей для бетона, в рамках требований производства бетонов и обладающих существенным ресурсосбережением, является актуальным.

Цель работы. Повышение эффективности процесса измельчения, обеспечение ресурсосбережения и повышение качества пористых материалов (заполнителя мелких фракций для бетонов).

Объект исследований. Процесс измельчения пористых хрупких строительных материалов и устройство для его осуществления.

Задачами исследования являются:

- проведение анализа устройств для измельчения пористых строительных материалов и обоснование конструкционно-технологической схемы измельчающего устройства;

- определение физико-механических свойств исследуемых легких заполнителей;

- выполнение теоретических исследований процесса работы устройства для измельчения пористых строительных материалов с целью определения его конструктивно-режимных параметров;

- проведение экспериментальных исследований устройства для выявления влияния его параметров на гранулометрические характеристики легких заполнителей;

- проведение производственных испытаний промышленного образца названного устройства и оценивание экономической эффективности его использования.

Методика исследований. Решение поставленных задач осуществлялось с помощью методов параметрического и математического моделирования, теории измельчения, математической статистики. Теоретические исследования заключались в получении зависимостей, позволяющих установить оптимальные конструктивно-кинематические и технологические параметры измельчающего устройства.

Экспериментальные исследования выполнены на специально изготовленных установках с использованием существующих и предложенных методик в соответствии с действующими стандартами.

Научную новизну составляют:

- параметрическая модель функционирования устройства для измельчения хрупких пористых строительных материалов;

- методика расчета производительности камеры основного измельчения и камеры предварительного измельчения в зависимости от поступающего потока гранул и кусков материала;

- выражения для определения геометрических параметров устройства и затрачиваемой мощности.

Практическая значимость. Разработано устройство для измельчения гранул и кусков керамзита обеспечивающее получение пористого заполнителя с минимальным выходом пылевидной фракции и минимальными затратами энергии. Опытный образец измельчающего устройства испытан в условиях производства керамзита на Безымянском керамзитовом заводе (ОАО "Легкий керамзит") и принят в эксплуатацию.

Апробация. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены: на 3-й Международной научно-практической конференции

Безопасность транспортных систем" (МАНЭБ, г. Самара) 2002 г.; на 59, 60 и 61-й научно-практических конференциях "Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование, наука, практика" (СамГАСА, г. Самара) в 2002, 2003 и 2004 г; на региональной научно-практической конференции "Вузы Сибири и Дальнего Востока ТРАНССИБу" (СГУПС, г. Новосибирск) в 2002 г; на межвузовской научно-практической конференции "Вклад ученых вузов в научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте" (СамГАПС, г.Самара) 2003 г.; на научно-методической конференции "Проблемы строительства, реконструкции и капитального ремонта зданий и сооружений на железнодорожном транспорте" (ПГУПС, г. Санкт-Петербург) 2003 г.; на 57-й международной научно-технической конференции молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов "Актуальные проблемы современного строительства" (СПбГАСУ, г. Санкт-Петербург).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ. Новизна конструкции устройства для измельчения гранулированных пористых материалов подтверждена патентом Российской федерации № 2196490.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, заключения, списка использованной литературы и 2 приложений. Она содержит 149 страниц машинописного текста и 56 иллюстрации.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Результаты анализа существующих технических средств показали, что они не отвечают требованиям поставленной задачи - измельчению пористых строительных материалов, используемых в качестве заполнителя для бетона. Основным недостатком в технологии получения керамзита мелких фракций является низкий коэффициент выхода готовой продукции, вследствии повышенного содержания в ней пылевидной фракции, возникающей в процессе дробления. Это существенно снижает эффективность всего процесса производства заполнителя. Также основными недостатками рассмотренных устройств являются дополнительное пылеобразование, высокая энергоемкость, большая материалоемкость. Наиболее перспективным является избирательное дробление хрупких пористых материалов, при котором рабочие органы измельчителя воздействуют концентрированными нагрузками только на частицы недоизмельченного материала, при этом, не измельчая готовой фракции продукта.

На основании теоретических исследований была разработана параметрическая модель функционирования предлагаемого устройства, обоснованы выражения для определения минимальной частоты колебаний подвижной плиты, затрат энергии, расходуемой на процесс измельчения, затрачиваемой мощности. Разработана методика расчета производительности камер предварительного и основного измельчения предлагаемого устройства.

Экспериментально установлено, что дробление гранул и кусков исследованных видов керамзита лучше осуществлять клиновидным рабочим органом с углом заточки 40.50°, угол наклона лотка должен составлять 30.40°, частота колебаний подвижной плиты 150.270 об/мин, амплитуда колебаний подвижной плиты 10. 14 мм, зазор между лотком и клиновидным рабочим органом 3.4 мм, расстояние между клиновидными пластинами 5.9 мм. При таком режиме работы удельная энергоемкость процесса составляет 0,2. 0,3 Вт* с/кг, выход готовой продукции увеличился на 5. 7%.

Производственными испытаниями установлено, что в сравнении с агрегатом СМ-5 (существующий вариант) предлагаемое устройство позволяет в процессе производства получать качественный керамзитовый песок и щебень, обеспечить снижение энергоемкости в 2,4 раза, повысить качество измельчения (у существующего варианта содержание пылевидной фракции составляет 8.15%, у предлагаемого не более 3%). Использование предлагаемого устройства позволит обеспечить экологическую безопасность процесса переработки керамзита за счет сокращения пылевидной фракции в готовом продукте. Экономия за счет повышения коэффициента выхода готовой продукции составит около 370 тыс. руб. Экономический эффект от внедрения одного измельчающего устройства составит около 385 тыс. руб. в ценах II квартала 2004 г.

1. Адлер Ю.П. и др. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1978. - 210 с.

2. Андреев С.Е., Петров В.А., Зверевич В.В. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1980. -415 с.

3. Анисимов В.П., Романенко И.И., Каледа В.Н. Оборудование для производства строительных материалов. Ч. 1., Пенза, ПГАСА, 2001. 95 с.

4. Ахвердов И.Н. О научных проблемах в области легких бетонов. В кн.: Аглопорит и аглопоритбетон, Минск, 1965. - с. 14.

5. Балантьев П.К., Движик В.Г. Состояние и перспективы развития технологии производства конструкций из легких бетонов. Материалы всесоюз. конф. по легким бетонам. - Минск: Стройиздат, 1970. - с. 5-37.

6. Барабашкин В.П. Молотковые и роторные дробилки. М.: Недра, 1988. -112 с.

7. Бауман В.А., Быховский И.И. Вибрационные машины и процессы в строительстве. М.: Высшая школа, 1977. -354 с.

8. Бауман В.А., Клушанцев Б.В., Мартынов В.Д. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. М.: Машиностроение, 1981. -325 с.

9. Беренс Б. Ударное измельчение единичных зерен хрупких материалов (сообщение о технике измельчения в Карлсруэ ФРГ в 1964 г.). №36, 1964.

10. Берзиня Н.Э., Калинин В.П. Экономика машиностроительного производства. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1988. 304 с.

11. Бирюков А.В., Ташкинов А.С., Шелепов В.В. Гранулометрия и процессы дробления. Кемерово, 1999. 54 с.

12. Боровиков В.П., Боровиков И.П. STATISTIKA: статистический анализ и обработка данных в среде WINDOWS. М.: ИИД Филинъ, 1997. - 608 с.

13. Борщевский А.А., Ильин А.С. Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий. М.: Высшая школа, 1987. - 242 с.14