автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Вибровращательная мельница с продольно-поперечным движением мелющих тел

Гаврунов Алексей Юрьевич

ВИБРОВРАЩАТЕЛЬНАЯ МЕЛЬНИЦА С ПРОДОЛЬНО-ПОПЕРЕЧНЫМ ДВИЖЕНИЕМ МЕЛЮЩИХ ТЕЛ

05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 АПР 2014

Белгород —2014

005547657

005547657

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

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Богданов Василий Степанович

Официальные оппоненты:

Жулан Владимир Алексеевич доктор технических наук, профессор, ФГЪОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет», заведующий кафедрой строительной техники и инженерной механики имени профессора H.A. Ульянова

Хлудеев Виктор Иванович

кандидат технических наук, ЗАО «Белгородский цемент», генеральный директор

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» Национальный исследовательский университет

Защита состоится 16 мая 2014 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.014.04 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова» по адресу: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, главный учебный корпус, ауд. 242.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова».

Автореферат диссертации разослан « » 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ------ФУ И.А. Семикопенко

Общая характеристика работы

Актуальность работы.

Тонкое и сверхтонкое измельчение в строительной отрасли один из самых энергоемких процессов, поэтому повышение эффективности и снижение энергопотребления машин для измельчения является целесообразным.

Вибрационное измельчение является одним из самых энергоэффективных способов измельчения, которому свойственны небольшие размеры агрегатов, сравнительно малая металлоемкость, высокая энергонапряженность среды измельчения. В промышленности строительных материалов на основе вибрационного измельчения разработаны многие технологические процессы производства вяжущих без применения портландцемента, сухих строительных смесей, известковых вяжущих, компонентов керамики и стекла, пигментов, полимерных материалов, а так же различных заполнителей.

Производство сухих строительных смесей является одним из крупных сегментов промышленности строительных материалов. Заполнители занимают до 80% объема сухих строительных смесей, а наиболее распространенным и часто используемым заполнителем является кварцевый песок. От свойств заполнителя, таких как гранулометрический состав, удельная поверхность, форма зерен во многом зависит качество готовой строительной смеси. Вибрационное измельчение используется как один из способов обогащения песка, что делает исследование процесса обоснованным.

Современным направлением повышения производительности вибрационных мельниц и снижения их энергопотребления является создание комбинированного воздействия всех основных механизмов разрушения частиц на обрабатываемый материал с участием как можно большего числа мелющих тел в процессе измельчения. Создание сложного пространственного движения мелющих тел, которое достигается совмещением их колебательного, поступательного и вращательного движения во всех трех плоскостях призвано не только повысить эффективность измельчения, но и улучшить однородность продукта измельчения, а в случае измельчения многокомпонентной смеси материалов получить гомогенизированный продукт измельчения.

Исследование процесса вибрационного измельчения и совершенствование вибрационных машин, как одних из наиболее эффективных агрегатов является перспективным, а использование кварцевого песка как эталонного материала для измельчения в вибрационных машинах, в силу его физических свойств, повсеместности использования и сравнительной дешевизны, является обоснованным и актуальным для данного исследования.

Цель работы — разработка конструкции, процесса измельчения и методики расчета основных параметров вибровращателыюй мельницы с продольно-поперечным движением мелющих тел, обеспечивающие повышение производительности до 10%.

Научная идея заключается в интенсификации движения мелющих тел в помольной камере вибрационной мельницы, путем придания им продольно-поперечного движения за счет наклонной вращающейся помольной камеры и установление аналитических

зависимостей, описывающих это движение.

Задачи исследования:

1. Провести анализ состояния технологии вибрационного измельчения.

2. Выявить влияние наклонной помольной камеры на характер движения мелющих

тел.

3. Установить зависимости, описывающие положение центра тяжести смеси мелющих тел и материала в помольной камере.

4. Установить зависимости, описывающие влияние вращательной и колебательной составляющих на процесс измельчения.

5. Установить кинетическую зависимость процесса вибрационного измельчения.

6. Получить зависимости для расчета энергии, затрачиваемой на движение мелющих тел в процессе работы мельницы.

7. Исследовать влияние основных параметров экспериментальной установки на технологические параметры процесса вибрационного измельчения.

8. Разработать инженерную методику расчета основных параметров вибровращательной мельницы.

9. Осуществить апробацию результатов исследования в лабораторных и промышленных условиях.

Достоверность результатов подтверждается проведением большого объема экспериментов с использованием традиционных и современных цифровых методов исследований и средств измерений, подтверждением теоретических предпосылок результатами лабораторных исследований, соответствием полученных закономерностей основным положениям статистического анализа процесса измельчения.

Научная новизна заключается в:

1. Определении геометрических характеристик помольной камеры; получении аналитических зависимостей, связывающих объем мелющих тел и геометрию помольной камеры.

2. Аналитическом описании рабочего процесса вибровращательной мельницы и модели движения мелющих тел в помольной камере.

3. Получении зависимостей, описывающих вращательную и колебательную составляющие процесса измельчения в мельнице.

4. Получении зависимостей для определения энергии, затрачиваемой на движение мелющих тел.

5. Получении зависимостей для расчета производительности мельницы.

6. Получении уравнения кинетики измельчения, описывающего зависимость удельной поверхности от энергозатрат на измельчение.

Практическая значимость работы заключается в создании новой конструкции вибровращательной мельницы на основе расчетных и экспериментальных исследований и определении рациональных конструктивных и технологических параметров, что позволит измельчать материалы и смеси материалов с меньшими энергетическими затратами и

высокой степенью гомогенизации готового продукта.

Автор защищает:

1. Аналитические зависимости, связывающие объем мелющих тел и геометрию помольной камеры; зависимости, описывающие рабочий процесс и модель движения мелющих тел.

2. Аналитические зависимости, описывающие вращательную и колебательную составляющие процесса измельчения в мельнице.

3. Аналитические зависимости, определяющие энергию, затрачиваемую на движение мелющих тел; уравнение кинетики вибрационного измельчения, описывающее зависимость удельной поверхности продукта измельчения от энергозатрат.

4. Уравнения регрессии, позволяющие определить величину параметров оптимизации q,S,Qь зависимости от исследуемых факторов </и, п, ш, <рг.

5. Новую конструкцию вибровращателыюй мельницы защищенную патентом РФ №105199.

Реализация работы.

Успешно проведены опытно-промышленные испытания экспериментальной вибровращательной мельницы на ОАО «Шебекинский меловой завод» для совместного измельчения компонентов сухой строительной смеси на основе кварцевого песка, которые показали увеличение производительности мельницы на 12%.

Апробация работы.

Основные результаты работы были рассмотрены на заседаниях кафедры механического оборудования БГТУ имени В.Г. Шухова в 2008 - 2011 году; представлены на Международной конференции молодых ученых «Новые материалы, оборудование и технологии в промышленности» - Могилев, 2010 г.; X Международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2010» - Белгород, 2010 г.; Международной научно-практической конференции «Инновационные материалы и технологии» -Белгород, 2011 г; Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых - Губкин, 2011 г.

Публикации.

Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, опубликованы в 6 статях, в том числе в 2 статьях в центральных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен 1 патент РФ на полезную модель.

Структура и объем работы.

Работа выполнена на 167 страницах, содержит введение, 5 глав и выводы, а также 64 рисунка, 24 таблицы, 2 приложения, 120 источников литературы.

Содержание работы

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

В первой главе рассмотрены основные направления развития техники и технологии вибрационного измельчения. Рассмотрены современные конструкции вибрационных мельниц, послужившие прототипами для разработки новой конструкции вибровращательной мельницы. Установлено, что общими недостатками у существующих вибрационных мельниц являются сниженная эффективность измельчения и повышенный удельный расход энергии на измельчение благодаря ограниченному движению мелющих тел и неравномерному распределению измельчаемого материала в смеси мелющих тел.

Рассмотрены и описаны основные направления совершенствования вибрационного измельчения. Основные достижения в этой области принадлежат: Г.Е. Роузу, П.А. Ребиндеру, А.Д. Лесину, А.Д. Бардовскому, М.Л. Моргулису, Ю.А. Веригину, Н.Г. Картавому, Г.У. Боту, И.И. Быховскому, Г.И. Мэдеру, К.Г. Мякишеву, Е.А. Непомнящему, П.Ф. Овчинникову, A.A. Поспелову, К.В. Фролову, В.А. Балаяну и другим. Установлено, что современным направлением совершенствования процесса вибрационного измельчения является улучшение механики движения мелющих тел внутри помольной камеры, рассмотренное в данной работе.

Рассмотрены существующие методики расчета и определены научные наработки для создания новой методики расчета основных параметров вибровращательной мельницы. На основе проведенного в первой главе анализа были сформулированы научная идея, цель и задачи исследования.

Предложена и защищена патентом РФ на полезную модель №105199 от 21.12.2011 новая конструкция вибровращательной мельницы (рис.1), которая работает следующим образом. Через загрузочный люк 3 в помольную камеру 4 загружают мелющие тела 2. Исходный материал через загрузочный люк 3 засыпается в помольную камеру 4 под действием вибрации. В загрузочный люк 3 устанавливается сетка, крышка завинчивается. Вибропривод 8 создает вертикальные колебания помольной камеры, одновременно привод 1 вращает помольную камеру. Мелющие тела 2 оказывают на измельчаемый материал ударное и истирающее действие, идет непрерывное перемешивание материала за счет криволинейной траектории движения мелющих тел по образующей помольной камеры 4. Через определенное опытным путем время мельница останавливается. Далее, через разгрузочный люк 3 под действием вибрации готовый материал выгружается из помольной камеры 4 по присоединяемому патрубку. Вибровращательная мельница работает в периодическом режиме, длительность циклов определяется временем на загрузку-выгрузку, тонкостью готового продукта, типом измельчаемого материала.

Согласно рабочей гипотезе данной работы наклонная помольная камера обеспечивает сложное продольно-поперечное движение мелющих тел, наряду с их колебательным движением и циркуляцией по круговой траектории. Мельница предназначена для измельчения материалов с размером частиц от 50 мкм до 2 мм, гомогенизации нескольких компонентов одновременным перемешиванием, механической активации, и имеет следующие преимущества: низкое удельное энергопотребление, однородность готового продукта, минимальное время измельчения.

Рисунок 1. Общий вид вибровращательной мельницы (1 - привод; 2 - мелющие тела; 3 — загрузочный люк; 4 — помольная камера; 5 - подшипниковая опора; 6 — подвижная рама; 7 - неподвижная рама; 8 - вибропривод; 9 - упругий элемент)

Во второй главе представлено описание рабочего процесса вибровращательной мельницы с наклонной помольной камерой, а также влияние модели движения мелющих тел на процесс измельчения. Сделан вывод, что благодаря наклонному положению помольной камеры создаются условия для вовлечения в процесс измельчения практически всех мелющих тел, что способствует интенсификации процесса измельчения.

Определены различные режимы взаимодействия смеси мелющих тел и материала со стенками помольной камеры. Описаны технологические параметры, влияющие на процесс вибрационного измельчения и определен основной из них - энергонапряженность. Описаны механико-геометрические свойства помольной камеры, которая представляет

собой наклоненный цилиндр, ограниченный двумя вертикальными плоскостями (рис. 2).

Ширина камеры по образующей L определяется:

Я = Leos а. (О

Большая и малая оси торцевых эллипсов определяется:

2а

D

(2)

cosa

2b = D. (3)

Смещение точки прохождения оси вращения от центра торцевого эллип-

са:

Н

c = -tga.

Рисунок 2. Схема помольной камеры

Угол наклона помольной камеры определяется ограничением: а > ае 0 Объем и площадь полной поверхности камеры определяются выражениями:

1 , паЬН

VK = -nD L =-; (6)

4 eos а

Sk =

= nD (L + —^—Y V 2 eos a)

(4)

.(5)

(7)

Положение смеси определяется по вертикальному и горизонтальному положению плоскости симметрии камеры, а максимальный уровень свободной поверхности смеси ограничен условием:

2 с Н 2

Ртах = a - с + -

Н

(8)

Далее показаны соотношения, связывающие объем смеси мелющих тел и степень заполнения помольной камеры <р с ее геометрическими параметрами и уровнем свободной поверхности смеси р.

Объем смеси мелющих тел и материала: У3 = ср]/к. (9)

Степень загрузки помольной камеры, определяемая геометрическими параметрами:

<Р

Рд+Сд- 1 1

2 С„ 4 С„

2 - Ра + С а -

- ^(2 + (Pa - Са)2) j Jl-(Pa-Cay Ра - Ca)arcsin(Pa - С«).

Далее определены координаты центра масс смеси мелющих тел и материала: Са ( (Ра - 1\2\ 1 /9тг 7Г л

- J (Ра ~ Са)2 + (|яа - Н (ра - Са) +

+ \PadPa - СаУ " ^ (Ра " Q)3) л/l " " Са)2 " ~ (le ~ 1?а(Ра " + Í ^ " Са:)2) аГ"'П(Ра ~ Са)

(И)

1 /Ра + Са — 1л__1_f^-тгСР +С)--(Р -СУ +

84 \ Са ) 4псрСА16 + 4 Са) +

4псрСа2 \16 ■ 4 (12)

+ \ (Ра2 - Са2) - (1 - (Ра ~ Са)4 + ^-{Ра~СаУ +

+ (| + Ра2 - Са2 - i (Ра - Са)2) arcsin(Pa - Ca)j,

р С у z

где Р = -, С„ = Уа = —, Z„ = — безразмерные геометрические параметры.

а а а w

Выражения вычислены и приведены к безразмерному виду, а так же вычислены пределы изменения уровня свободной поверхности смеси. Приведены графические зависимости коэффициента заполнения помольной камеры </> и безразмерных координат центра масс смеси мелющих тел Ya и Z, от уровня свободной поверхности смеси Ра.

Определены выражения для горизонтального положения плоскости симметрии.

Вертикальная координата центра масс смеси, определяемая степенью заполнения помольной камеры, графическая зависимость которой приведена работе:

03)

Получены зависимости описывающие механику вибрации как системы мелющих тел и помольной камеры, и выведены выражения для определения амплитуд колебаний смеси мелющих тел и подвижной части мельницы.

Вращательная составляющая процесса. Максимальное число оборотов помольной камеры и частота вращения камеры:

42,3 п

пк р = 0,2 —; (14) Ш = 27Г60' (15)

Перемещение центра масс смеси в процессе вращения:

Д у = (—--Yr)r-, (16) áz = ^-ZHH. (17)

Veos а / 2

Вибрационная составляющая процесса. Вертикальная вынуждающая сила колебаний:

FB = mdrdcújicos(út. (18)

Сила взаимодействия между мелющими телами и помольной камерой:

¿12 = -Ci(yi - Уг ~ УцмО - biCyi - У2)- (19)

Сила упругости и демпфирования пружин:

F2 = -С2У2 - Ъ2у2. (20)

Система взаимодействия мелющих тел с подвижной частью мельницы:

(1 - К„МУ1 + bj(y-j - у2) + Ci(yx -уг- yu„i) = 0; (21)

(m2 + К„т^Уг + Ь2у2 + с2у2 + МУг - уд + ct(y2 -уг+ уцм1) = Ма ш2cosut.

Коэффициенты затухания колебаний мелющих тел и подвижной части мельницы:

= (22)

252 =-^-. (23)

т2 + К„т1

Собственные угловые частоты колебаний мелющих тел и подвижной части мельницы:

<"21=7—(24)

01 d-OV

Ш22 =-^-. (25)

02 т2 + Кпт1

Амплитуда колебаний мелющих тел с отставанием по фазе на угол al: Аг = А

N

ùj4(ÙJ^ + 4<5j ÛJ2)

Д? +Д|

(26)

ш^Дз - г^шД! (27)

= агад-^—-———. '>

~ 2о1<иД2

Амплитуда колебаний подвижной части мельницы с отставанием по фазе на угол а2:

л 1ш4«+ш2)2 + 481ш* (а>201 - ш2)А2 - 281<иД1 '

л2 -д2 . д2-;а2 = агад—г-, , ——. (2В)

^ Д£ + Д| (ш^ - ш2)Дг + 281шА2

(Ш01 - ш2)Д2 - г^^Д! , 0.

а2 = агсСст —^-—-———. и Л)

(шо1 - ш )Л1 + 28г(оА2

Координата центра масс мелющих тел:

У1 = Уцм1 + А^соб^ - а^. (30)

Координата центра масс подвижной части мельницы:

у2 = Л2со$(й^ — а2). (31)

Мощность, затрачиваемая на движение мелющих тел в результате вращения

помольной камеры:

_ 2т3дАу + 4т3д/трАг

w,p = --«»Р- (32)

Мощность, затрачиваемая на движение мелющих тел в результате вибрации помольной камеры:

N!6 = ¿(1 - Kn)™iW3.M2|sm(a1 - а2)\. (33)

Механический коэффициент полезного действия, зависимости которого от различных параметров мельницы представлены в работе графически:

ЛГВб

(34)

'"ном

Удельная теплоемкость смеси:

_ ?ПщСУг + тмСк Q5)

Lit

m-L

Температура внешней поверхности помольной камеры (стационарный режим):

(0,93 N?6 + 0,95^) cos а ....

Тлк = ТВ+-Ь-1-U.-. (36)

35,2К(Я + Ю + 12,55R*ojb (Н + ^f1)

Получена зависимость производительности мельницы на основе коэффициента

размалываемости материала, которая выражается:

Q = KpN, = Kp(N¡" + Nf). <37>

1р'

Установлена кинетическая зависимость удельной поверхности от энергозатрат в процессе измельчения, позволяющая осуществлять рациональное проектирование машины и прогнозирование дисперсности продукта.

Предельное напряжение, с учетом изменения удельной поверхности от начальной к предельной в процессе измельчения выглядит:

п

•V,

(38)

Уравнение кинетики измельчения для вибровращательной мельницы:

5 = 5пр---(39)

1 +

У(п-1)5„.

•^пр — S0

В третьей главе представлены структура и алгоритм проведения экспериментальных исследований.

Спроектирован цифровой прототип лабораторной установки в программе Autodesk Inventor. Чтобы увидеть, как мелющие тела перемещаются внутри помольной камеры выполнена симуляция движения мелющих тел в помольной камере с 0-й по 30-ю секунды в режиме вращения и вибрации помольной камеры, используя программу EDEM Academic предназначенную для анализа взаимодействия тел друг с другом. Симуляция показала продольно-поперечный характер перемещения мелющих тел в процессе работы, а также

их перемешивание. На рисунке 3 представлены первый и последний стоп-кадры видеоролика симуляции, на котором мелющие тела перемешаны по всему объему камеры.

Рисунок 3. Стоп-кадр 0-я сек (слева) и 30-я сек симуляции

Рисунок 4. Общий вид лабораторной установки

Описаны устройство и принцип работы лабораторной установки (рис. 4) вибровращательной мельницы периодического действия для проведения поисковых и основных экспериментов. Дано описание используемой контрольно-измерительной аппаратуры и физико-механических свойств измельчаемого кварцевого песка.

По результатам поисковых экспериментов по однофакторной модели в качестве исследуемых факторов были выбраны: коэффициент заполнения мелющими телами, доли

ед. - ({»/), 0,46-43,74; частота вращения помольной камеры, об/мин - (и), 12,3+23,7; частота вибрации помольной камеры, Гц - (со), 42,9+57,1; коэффициент заполнения материалом, доли ед. - (рД 0,08+0,2.

Для проведения эксперимента был выбран и обоснован центральный композиционный ортогональный план ЦКОП 24 полного факторного эксперимента.

В качестве параметров оптимизации, характеризующих процесс измельчения в установке, были выбраны: удельное энергопотребление установки, кВт ч/кг - (д); удельная поверхность продукта, м2/кг - (S); производительность установки, кг/ч - (Q). Описаны методики определения параметров оптимизации,

В четвертой главе представлены результаты лабораторного эксперимента. Проведена оценка однородности гранулометрического состава проб измельченного материала, которая показала равномерное распределение размеров частиц по размерам и высокое содержание частиц размером до 20 мкм.

На основе статистической обработки результатов лабораторного эксперимента были получены уравнения регрессии описывающие влияние исследуемых факторов на удельное энергопотребление установки q=f(ipt, п, со, 4)2), удельную поверхность продукта S=f(<pi, п, со, у>2) и производительность установки Q=f(cpi, п, со, д>2):

q = 0,043 - 0,005 • хх - 0,005 • х2 - 0,006 ■ х3 - 0,0005 ■ х4 +

+ 0,003 ■ х\ + 0,0002 ■ х\ - 0,0002 ■ х\ - 0,0004 ■ х\ + (40)

+ 0,0014 ■х1-х2- 0,0009 -х2-х3 + 0,0028 ■ х2 ■ х4 + 0,0033 ■ х3 • х4;

S = 220,5 - 8,5 • Xl + 23,9 ■ х2 + 29,5 • х3 - 41,9 ■ х4 -- 2,8 ■ xl + 0,3 • х\ + 3,86 ■ хЦ + 10 ■ х\ - 4,2 • л:а • + (41)

+ 4,8'х1-х3~1-х1'х4+ 4,9 -х2-х3- 7,8 ■ х2 ■ х4 - 5,6 ■ х3 ■ х4;

Q = 5,3 + 0,59 • + 1 ■ х2 + 1,5 • х3 - 0,08 ■ л:4 -- 0,3 • х\ + 0,03 • х\ + 0,49 ■ х\ + 0,019 • х\ - (42)

- 0,041 ■х1-х2 + 0,32 ■х1-х3- 0,09 ■х1-х4 + 0,47 ■ х2 ■ х3-- 0,3 ■ х2 ■ х4 - 0,415 ■ х3 ■ х4.

По уравнениям регрессии (40), (41) и (42) были получены графические зависимости парного влияния варьируемых факторов на функции отклика. Наиболее характерные из них представлены на рисунках 5, 6 и 7.

q, кВт ч/кг

Рисунок 5. Графики зависимостей д=/(ср1) при ш=50 Гц и $2=0,14 (слева) и д=Ц<р2) при со=50 Гц и п=18 об/мин

S, м2/нг 270

250

230

210

190

170

ISO

0,46 0,5 0,6 0,7 0,74

(pi, доли.

10 0,14 0,18 0,20

Vi ДОЛИ

S.^/кг 350 330 310

-Л- 290 шЫ5 Гц 270 250

и-50Гц 230 -о- 210 ш-55 Гц 190 170 150

0,08

ад.

О,

п-14 об/мим п=18 об/мин п-22 об/мин

од.

Рисунок 6. Графики зависимостей 8=/(<р1) при п=18 об/мин и гр2=0,14 (слева) и 8=/((р2) при со =50 Гц и (р 1=0,6

ft кг/ч 10 ■

Q, кг/ч

и-

Ь—1 Г--Л-

-tM --

22 23,7

п, об/мин

42,9 45

57,1

<л, Гц

Рисунок 7. Графики зависимостей Q=f(n) при if ¡=0,6 и $2=0,14 (слева) и Q=f(a>) при п=18 об/мин и ^2=0,14

Анализ графических зависимостей функций отклика показал, что наибольшее влияние на производительность Q машины и удельную поверхность S продукта оказывают частота вращения п наклонной помольной камеры и частота вибрации со камеры, при увеличении которых Q и S возрастают, а удельное энергопотребление q при этом снижается. Определены рациональные значения варьируемых факторов для условий q —> min, S —> max, Q —► max, а именно значения: <pt-0,6+0,7; и=22+23,7 об/мин; a>=52+57 Гц; q>2=0,8+0,12.

Проведена сравнительная оценка теоретических и экспериментальных значений показав наибольшее расхождение в 9%, что говорит об адекватности теоретических исследований.

В пятой главе описаны инженерная методика расчета конструктивно-технологических параметров вибровращательной мельницы.

Проведены опытно-промышленные испытания вибровращательной мельницы на ОАО «Шебекинский меловой завод» для измельчения компонентов сухой строительной смеси на основе кварцевого песка, которые показали увеличение производительности на 12% и снижение времени рабочего цикла с 6 до 5 мин.

В результате расчета экономической эффективности и на основании акта об испытаниях исследуемая конструкция вибровращательной мельницы рекомендована для внедрения в производство; годовой экономический эффект от внедрения составит 367500 руб. при сроке окупаемости в 1,1 года.

Основные результаты н выводы

1. Рассмотрены современные конструкции вибрационных мельниц; рассмотрены и описаны основные направления совершенствования вибрационного измельчения, одним из которых является направление, рассмотренное в данной работе; рассмотрены существующие методики расчета и определены научные наработки для разработки новой методики расчета основных параметров вибровращательной мельницы.

2. На основе проведенного анализа с учетом направлений развития вибрационного измельчения и требований в промышленности строительных материалов была предложена и запатентована новая конструкция вибровращателыюй мельницы, с целью повышения производительности до 10%; описан рабочий процесс вибровращательной мельницы с наклонной помольной камерой, а также влияние характера движения мелющих тел на процесс измельчения; сделан вывод, что благодаря наклонному положению помольной камеры создаются условия для интенсификации процесса измельчения и повышения производительности мельницы.

3. Получены математические выражения, описывающие механико-геометрические свойства помольной камеры; механику вибрации как системы мелющих тел и помольной камеры; выведены зависимости для определения амплитуд колебаний смеси мелющих тел и подвижной части мельницы; мощности, затрачиваемой на перемещение мелющих тел в помольной камере; механического коэффициента полезного действия; удельной теплоемкости смеси мелющих тел и материала; температуры поверхности помольной камеры в процессе работы; производительности мельницы на основе коэффициента размалываемости материала; установлена кинетическая зависимость удельной поверхности продукта от энергозатрат на измельчение, позволяющая осуществлять рациональное проектирование машины и прогнозирование дисперсности продукта.

4. Разработана компьютерная модель экспериментальной установки в системе САПР; выполнена компьютерная симуляция движения мелющих тел в помольной камере в системе моделирования методом дискретных элементов, которая показала продольно-поперечный характер перемещения мелющих тел в процессе работы, а также их перемешивание; изготовлена лабораторная установка вибровращательной мельницы для проведения экспериментов.

5. Исследован процесс измельчения в экспериментальной установке вибровращательной мельницы периодического действия; описаны методики определения исследуемых параметров процесса измельчения; выбран центральный композиционный ортогональный план ЦКОП 24 полного факторного эксперимента; на основе поисковых экспериментов выбраны варьируемые факторы: коэффициент заполнения помольной

камеры мелющими телами <pi, частота вращения помольной камеры п, частота вибрации помольной камеры со, коэффициент заполнения материалом от объема мелющих тел <pi.

6. На основе результатов эксперимента получены уравнения регрессии вида Я,S,Q=f(<pi, п, со, <pi), анализ графических зависимостей которых показал, что наибольшее влияние на производительность Q машины и удельную поверхность S продукта оказывают частота вращения п наклонной помольной камеры и частота вибрации со камеры, при увеличении которых Q и S возрастают, а удельное энергопотребление q снижается; проведен анализ гранулометрического состава проб измельченного материала, который показал равномерное распределение размеров частиц по размерам и высокое содержание частиц размером до 20 мкм.

7. Определены рациональные значения варьируемых факторов для условий q —* min, S—>max, Q —» так, а именно: <pi=0,6...0,7; «=22...23,7 об/мин; со-52... 51 Гц; <р2=0,8...0,12; проведена сравнительная оценка теоретических и экспериментальных данных, показав наибольшее расхождение в 9%, что говорит об адекватности теоретических исследований.

8. По результатам исследований предложена инженерная методика расчета конструктивно-технологических параметров вибровращательной мельницы; проведены опытно-промышленные испытания мельницы на ОАО «Шебекинский меловой завод» для измельчения компонентов сухой строительной смеси на основе кварцевого песка, которые подтвердили основополагающие теоретические выводы работы, показав увеличение производительности на 12%, и в полной мере согласуются с результатами экспериментальных исследований.

9. Расчет экономической эффективности проекта внедрения новой конструкции вибровращательной мельницы в производство показал, что годовой экономический эффект от внедрения составит 367500 руб. при сроке окупаемости в 1,1 года.

Основные положения н результаты диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. Гаврунов А.Ю. Новый подход к измельчению в вибрационных мельницах // Новые материалы, оборудование и технологии в промышленности: материалы междунар. науч.-техн. конф. молод, ученых / М-во образ. Респ. Беларусь, М-во образ, и науки РФ -Белорус.-Росс. ун-т; ред. И.С. Сазонов [и др.] - Моги-лев, Белорус.-Росс. ун-т, 2010, - 244 с.

2. Гаврунов А.Ю. Вибровращательная мельница/ А.Ю. Гаврунов, B.C. Богданов // Интерстроймех - 2010: Сб. докл. Междунар. научно - практ. конференции. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2010. -Т.3.-262 с.

3. Гаврунов А.Ю. Совершенствование вибрационной барабанной мельницы / А.Ю. Гаврунов, B.C. Богданов // Молодежь и научно-технический прогресс: Сб. докладов междунар. научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых / сост. Т.В Абрамова, А.П. Гаевой, В.М. Уваров - Губкин: ООО Айкью, 2011, 4.1 - 392 с.

4. Гаерунов А.Ю. Вибрационная мельница с наклонной помольной камерой для тонкого измельчения материалов / А.Ю. Гаврунов, B.C. Богданов // Инновационные материалы и технологии: сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф., Белгород, 11-12 окт. 2011 г. / Белгор. гос. технол. ун-т, - Белгород: Изд-во БГТУ, 2011, - Ч. 1 - 318 с.

5. Богданов B.C. Кинематика движения загрузки в вибровращательной мельнице / B.C. Богданов, А.Ю. Гаврунов, В.Г. Шаптала // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова - Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, - 2012. - №4 - С. 100-102 (из перечня ВАК).

6. Гаврунов А.Ю. Вибровращательная мельница с продольно-поперечным движением мелющих тел/А.Ю. Гаврунов, B.C. Богданов//Вестник ТГТУ. - Тамбов: ТГТУ, - 2013. Том 19. -№4. С. 864-870 (из перечня ВАК).

Условные обозначения

Н - ширина камеры, м;

I - длина образующей камеры, м;

а - угол наклона помольной камеры, град;

О - диаметр цилиндрической поверхности камеры, м;

а - большая ось торцевого эллипса, м;

Ь - малая ось торцевого эллипса, м;

с - смещение оси вращения от центра торцевого эллипса, м;

№ о - угол естественного откоса смеси, град;

\;к - объем помольной камеры, м3;

&г - площадь поверхности помольной камеры, м2;

Ртах ' максимальный уровень свободной поверхности, м;

И2 - высота от оси до края загрузочного люка, м;

Кз - объем смеси, м3;

<р - коэффициент загрузки смесью, доли ед.;

Ра - безразмерный уровень свободной поверхности;

Са - безразмерное смещение оси вращения;

Уа - безразмерная вертикальная координата центра масс смеси;

2я- безразмерная горизонтальная координата центра масс смеси;

Ун - безразмерная вертикальная координата центра масс смеси при горизонтальном положении плоскости симметрии; /'л - безразмерный уровень свободной поверхности при горизонтальном положении плоскости симметрии; пкр - критическое число оборотов

помольной камеры, мин"1; со - частота вращения помольной камеры, рад/с;

/V - вертикальная вынуждающая сила

колебаний, Н; пи - масса дебаланса, кг; га - эксцентриситет дебаланса, м; сод - угловая частота вращения дебаланса,

рад/с; I - момент времени, с; Г 12 - сила взаимодействия двух масс, Н; а - коэффициент жесткости мелющих тел, Н/м;

Ъ1 - коэффициент вязкого сопротивления

мелющих тел, Н с/м; С2 - коэффициент жесткости упругой

опоры, Н/м; Ъ2 - коэффициент вязкого сопротивления

упругой опоры, Н-с/м; У1 - координата центра масс мелющих тел, м;

уз - координата центра масс подвижной

части мельницы, м; у,п,1 - координата центра масс мелющих тел

в состоянии покоя, м; Кп - коэффициент присоединения массы мелющих тел к массе колеблющейся части мельницы; т/ - масса мелющих тел, м; т2 - масса подвижной части мельницы, м; Ми - — статический момент дебаланса, кгм; <5/ - коэффициент затухания колебаний

мелющих тел, рад/с; ¿2 - коэффициент затухания колебаний подвижной части мельницы, рад/с; ахи - собственная угловая частота

колебаний мелющих тел, рад/с; 0)1)2 - собственная угловая частота

колебаний подвижной части мельницы, рад/с;

А: - промежуточный параметр, рад4/с4; /¡2 - промежуточный параметр, рад4/с4; АI - амплитуда колебаний мелющих тел, м; Аг - амплитуда колебаний подвижной части

мельницы, м; а; - угол отставания по фазе, град; он - угол отставания по фазе, град; Л'/*7' - мощность (вращение помольной

камеры), Вт; «г, - масса смеси, кг; ].т)! - коэффициент трения скольжения смеси по внутренней поверхности камеры;

2 - горизонтальная координата центра масс смеси, м;

ЫГ - мощность (вибрация помольной камеры), Вт;

Цшх • механический коэффициент полезного действия;

Итм - номинальная мощность

электродвигателя вибро привода, Вт;

Ст - удельная теплоемкость смеси, Дж/кгК;

тш - масса шаров в смеси, кг;

шм - масса материала в смеси, кг;

Сет - удельная теплоемкость смеси, Дж/кг-К;

См - удельная теплоемкость смеси, Дж/кг-К;

Тпк - температура внешней поверхности помольной камеры, К;

Тв - температура среды, К;

Л - радиус помольной камеры, м;

Q - производительности мельницы, кг/ч;

Кр - коэффициент размалываемости;

N1 - общая мощность, затрачиваемая на движение смеси, Вт;

<тПр - предельное напряжение разрушения частицы, Па;

0,ч,о - начальное предельное напряжение разрушения частицы, Па; - удельная поверхность материала, м2/кг;

5о - начальная удельная поверхность материала, м2/кг;

- предельная удельная поверхность материала, м2/кг;

Э - удельные энергозатраты, кВт-ч.

Подписано в печать 27.02.2014 г. Формат 60x84/16 Авт. л. 1 Тираж 100 экз. Заказ №

Отпечатано в ФГБОУ ВПО «Белгородский государственый технологический университет имени В.Г. Шухова» 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46

Министерство образования и науки Российской Федерации БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.Г. ШУХОВА

04201458026

На прав; 1си

ГАВРУНОВ АЛЕКСЕЙ ЮРЬЕВИЧ

ВИБРОВРАЩАТЕЛЬНАЯ МЕЛЬНИЦА С ПРОДОЛЬНО-ПОПЕРЕЧНЫМ ДВИЖЕНИЕМ МЕЛЮЩИХ ТЕЛ

05.02.13. - Машины, агрегаты и процессы (строительство)

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., профессор Богданов В.С.

Белгород 2014

СОДЕРЖАНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................5

Глава 1. НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ВИБРАЦИОННОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ.................................................................10

1.1 Анализ конструкций вибрационных мельниц.........................................12

1.1.1 Вибрационная мельница Робинсона......................................................12

1.1.2 Вибрационная мельница РВМ................................................................13

1.1.3 Двухкамерная мельница Palla.................................................................15

1.1.4 Вибрационная мельница VKE................................................................17

1.1.5 Вертикальная мельница МВВ.................................................................18

1.1.6 Вибровращательная мельница ТГТУ.....................................................20

1.1.7 Наклонная вибрационная мельница.......................................................21

1.1.8 Вибрационная вращательная мельница.................................................23

1.1.9 Вибрационная мельница Vibra-Drum.....................................................24

1.2 Основные направления совершенствования технологии вибрационного измельчения........................................................................................................25

1.3 Методики расчета конструктивно-технологических и энергетических параметров мельниц..........................................................................................28

1.4 Предлагаемая конструкция мельницы......................................................34

1.5 Выводы:........................................................................................................38

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВИБРОВРАЩАТЕЛЬНОЙ МЕЛЬНИЦЫ............................................................40

2.1 Механика движения мелющих тел............................................................44

2.1.1 Механико-геометрические свойства помольной камеры....................44

2.1.2 Вращательная составляющая процесса измельчения..........................55

2.1.3 Вибрационная составляющая процесса измельчения..........................57

2.2 Мощность, затрачиваемая на движение мелющих тел...........................64

2.3 Тепловой эффект процесса измельчения..................................................70

2.4 Кинетика измельчения в вибровращательной мельнице........................74

2.5 Выводы:........................................................................................................81

Глава 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ...............................................................................82

3.1 Цели и структура эксперимента................................................................82

3.2 Симуляция движения мелющих тел внутри помольной камеры..........84

3.3 Описание экспериментальной установки и измерительного оборудования......................................................................................................89

3.4 Свойства измельчаемого материала и его подготовка...........................93

3.5 Определение характеристик готового продукта......................................94

3.6 Определение производительности установки.........................................95

3.7 Определение удельного энергопотребления установкой.......................96

3.8 Методология планирования эксперимента..............................................97

3.9 Выводы:......................................................................................................102

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.....103

4.1 Исследование зависимости удельного энергопотребления от основных параметров установки.....................................................................................104

4.2 Исследование зависимости удельной поверхности продукта измельчения от основных параметров установки.......................................111

4.3 Исследование зависимости производительности от основных параметров установки.....................................................................................117

4.4 Определение рационального режима работы мельницы.....................123

4.5 Исследование гранулометрического состава продукта измельчения. 127

4.6 Сравнение теоретического и экспериментального исследований......130

4.7 Выводы:......................................................................................................131

Глава 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ................................................................................................133

5.1 Методика расчета конструктивно-технологических параметров вибровращательной мельницы......................................................................133

5.2 Промышленные испытания мельницы...................................................137

5.3 Технико-экономическое обоснование....................................................140

5.4 Выводы:......................................................................................................145

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ........................................................146

ПРИЛОЖЕНИЕ 1...................................................................................................149

ПРИЛОЖЕНИЕ 2...................................................................................................152

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................................................155

ВВЕДЕНИЕ

Промышленность строительных материалов оказывает огромное влияние на уровень внутреннего валового продукта страны, поэтому научные исследования в области механического оборудования, работающего в этой отрасли, направленны на создание новых и совершенствование существующих машин и являются актуальными. Тонкое и сверхтонкое измельчение в строительной отрасли один из самых энергоемких процессов, поэтому повышение эффективности и снижение энергопотребления машин для измельчения является целесообразным.

Вибрационное измельчение является одним из самых энергоэффективных способов измельчения, которому свойственны небольшие размеры агрегатов, сравнительно малая металлоемкость, высокая энергонапряженность среды измельчения. Вибрационные мельницы являются основным оборудованием такого типа и представляют собой ряд машин рабочим процессом которых, является разрушение частиц измельчаемого материала, происходящее в результате колебательного движения рабочего органа. Движение мелющих тел изменяется в зависимости от конструктивных параметров мельниц, которые в разной степени обеспечивают высокую удельную производительность при сравнительно низком энергопотреблении, а также регулируемую тонину продуктов измельчения [47].

В промышленности строительных материалов на основе вибрационного измельчения разработаны многие технологические процессы производства вяжущих без применения портландцемента, сухих строительных смесей, известковых вяжущих, компонентов керамики и стекла, пигментов, полимерных материалов, а так же различных заполнителей. По сравнению с другими типами измельчителей, в частности с классическими шаровыми барабанными мельницами, вибрационные мельницы обладают рядом преимуществ [11,30,22].

Производство сухих строительных смесей является одним из крупных сегментов промышленности строительных материалов и накладывает высокие

требования к качеству и основным характеристикам смесей, которые зависят от характеристик используемых в смесях компонентов. Заполнители занимают до 80% объема сухих строительных смесей, а наиболее распространенным и часто используемым заполнителем является кварцевый песок. От свойств заполнителя, таких как гранулометрический состав, удельная поверхность, форма зерен во многом зависит качество готовой строительной смеси [31].

В зависимости от требований к строительным смесям используются различные виды песка, которые различаются размером частиц и делятся на фракции. Наиболее востребованные фракции песка: +0,16-0,315 мм; +0,315-0,63 мм; +0,63-1,25 мм. В Европе мытый, высушенный и фракционированный песок производится на предприятиях горной промышленности и транспортируется на заводы по производству строительных смесей. Отечественные производители песка не выдерживают показатели однородности по приготовлению песка, и как следствие, производители смесей вынуждены обрабатывать сырье во избежание нарушения технологического процесса [80]. Вибрационное измельчение используется как один из способов обогащения песка, что делает исследование процесса обоснованным [51].

Современным направлением повышения производительности вибрационных мельниц и снижения их энергопотребления является создание комбинированного воздействия всех основных механизмов разрушения частиц на обрабатываемый материал с участием как можно большего числа мелющих тел в процессе измельчения [91]. Создание сложного пространственного движения мелющих тел, которое достигается совмещением их колебательного, поступательного и вращательного движения во всех трех плоскостях призвано не только повысить эффективность измельчения, но и улучшить однородность продукта измельчения, а в случае измельчения многокомпонентной смеси материалов - получить гомогенизированный продукт измельчения.

Исследование процесса вибрационного измельчения и совершенствование вибрационных машин, как одних из наиболее эффективных агрегатов, является перспективным, а использование кварцевого песка как

эталонного материала для измельчения в вибрационных машинах, в силу его физических свойств, повсеместности использования и сравнительной дешевизны, является обоснованным и актуальным для данного исследования.

Рабочая гипотеза. Повышение эффективности процесса измельчения сыпучих материалов в вибрационной мельнице возможно благодаря интенсификации движения мелющих тел в помольной камере.

Научная идея заключается в интенсификации движения мелющих тел в помольной камере вибрационной мельницы, путем придания им продольно-поперечного движения за счет наклонной вращающейся помольной камеры и установление аналитических зависимостей, описывающих это движение.

Цель работы — разработка конструкции, процесса измельчения и методики расчета основных параметров вибровращательной мельницы с продольно-поперечным движением мелющих тел, обеспечивающее повышение производительности до 10%.

Задачи исследования:

1. Провести анализ состояния технологии вибрационного измельчения.

2. Выявить влияние наклонной помольной камеры на характер движения мелющих тел.

3. Установить зависимости, описывающие положение центра тяжести смеси мелющих тел в помольной камере.

4. Установить зависимости, описывающие влияние вращательной и колебательной составляющих на процесс измельчения.

5. Установить кинетическую зависимость процесса вибрационного измельчения.

6. Получить зависимости для расчета энергии, затрачиваемой на движение мелющих тел в процессе работы мельницы.

7. Исследовать влияние основных параметров экспериментальной установки на технологические параметры процесса вибрационного измельчения.

8. Разработать инженерную методику расчета основных параметров вибровращательной мельницы.

9. Осуществить апробацию результатов исследования в лабораторных и промышленных условиях.

Научная новизна заключается в:

1. Определении геометрических характеристик помольной камеры; получении аналитических зависимостей, связывающих объем мелющих тел и геометрию помольной камеры.

2. Аналитическом описании рабочего процесса вибровращательной мельницы и модели движения мелющих тел в помольной камере.

3. Получении зависимостей, описывающих вращательную и колебательную составляющие процесса измельчения в мельнице.

4. Получении зависимостей для определения энергии, затрачиваемой на движение мелющих тел.

5. Получении зависимостей для расчета производительности мельницы.

6. Получении уравнения кинетики измельчения, описывающего зависимость удельной поверхности от энергозатрат на измельчение.

Практическая ценность работы заключается в создании экспериментальной установки вибровращательной мельницы новой конструкции на основе расчетных и экспериментальных исследований и определении рациональных конструктивных и технологических параметров.

Автор защищает:

1. Аналитические зависимости, связывающие объем мелющих тел и геометрию помольной камеры; зависимости, описывающие рабочий процесс и модель движения мелющих тел

2. Аналитические зависимости, описывающие вращательную и колебательную составляющие процесса измельчения в мельнице.

3. Аналитические зависимости, определяющие энергию, затрачиваемую на движение мелющих тел; уравнение кинетики вибрационного измельчения, описывающее зависимость удельной поверхности продукта измельчения от

энергозатрат.

4. Уравнения регрессии, позволяющие определить величину параметров оптимизации д, в зависимости от исследуемых факторов <р}, п, со, <р2.

5. Новую конструкцию вибровращательной мельницы защищенную патентом РФ №105199.

Реализация работы. Диссертационная работа выполнялась в БГТУ им В.Г. Шухова в рамках научно-исследовательских работ, выполняемых на кафедре механического оборудования; результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в учебный процесс; проведены опытно-промышленные испытания экспериментальной вибровращательной мельницы на ОАО «Шебекинский меловой завод» для совместного измельчения компонентов сухой строительной смеси на основе кварцевого песка.

Апробация работы. Основные результаты работы были рассмотрены на заседаниях кафедры механического оборудования БГТУ имени В.Г. Шухова в 2008 - 2011 году; представлены на Международной конференции молодых ученых «Новые материалы, оборудование и технологии в промышленности» -Могилев, 2010 г.; X Международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2010» - Белгород, 2010 г.; Международной научно-практической конференции «Инновационные материалы и технологии» -Белгород, 2011 г; Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых - Губкин, 2011 г.

Публикации. По результатам исследования опубликовано 6 статей, в том числе 2 статьи в центральных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен 1 патент РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация выполнена на 167 страницах, содержит 5 глав, 64 рисунка, 24 таблицы, 2 приложения, 120 источников литературы.

Глава 1. НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ВИБРАЦИОННОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

Первый патент на вибрационную мельницу был выдан И.С. Фастингу в Германии в 1910 году, а начало промышленного использования вибрационных мельниц началось во второй половине тридцатых годов XX века, когда на основе опыта проектирования вибрационных грохотов были созданы вибрационные мельницы. Мельницы применялись для тонкого измельчения небольших количеств дорогих материалов. Первые исследования конструкций вибромельниц и их рабочих процессов относится к тому же периоду времени. По мере исследования этих машин область их применения непрерывно расширялась [96].

За несколько десятилетий второй половины XX века вибрационные мельницы были исследованы Г.Е. Роузом, А.Д. Лесиным, М.Л. Моргулисом, Г.У. Ботом, И.И. Быховским, Г.И. Мэдером, К.Г. Мякишевым, Е.А. Непомнящим, П.Ф. Овчинниковым, A.A. Поспеловым, К.В. Фроловым, и другими. Их исследования заключались в изучении влияния параметров мельниц на процесс помола, выявлен характер изменения дисперсных свойств материалов, энергетические затраты на помол, износостойкость конструкций агрегатов и др. [16,21,49,63,65,67,68,69,73,74,86,89,101,118,54].

В России промышленные вибрационные мельницы начали выпускать с 1955 года Специальным конструкторским бюро Министерства промышленности строительных материалов СССР, которым был создан и выпущен широкий ряд вибрационных мельниц мощностью до 640 кВт [96,55].

На сегодняшний день создано множество конструкций вибрационных мельниц, работающих в таких отраслях промышленности как строительная, химическая и другие, с разнообразными материалами. Несмотря на наличие классификаций вибрационных мельниц, приводимых вышеупомянутыми авторами, единая комплексная классификация отсутствует, что связано с большим разнообразием машин данного типа.

и

На рисунке 1.1 вибрационные мельницы разделены на типы по различным признакам:

Рисунок 1.1 Типы вибрационных мельниц

В таблице 1.1 проиллюстрирована область применения вибрационных измельчителей в сравнении с другими типами машин для измельчения.

Таблица 1.1

Область применения вибрационных мельниц

Процесс . - ш." Тонкий помол "1 ? _ ^_( „ Сверхтонкий помаяв

Размер

частиц, <1000 >100 <100 >10 <10 £1 <1 20,1

мкм

Ударно-центробежные

£ Стержневые Г «^а©*

X Шаровые „

о> Кольцевые 1 Ц

£ Коллоидные

5 1= Ь-^г-3^'"'' 1|Ь1Вибрационньте (сухой помол) :: V % 1.*%

Вибрационные (мокрый помол)

В области тонкого и сверхтонкого измельчения вибрационные мельницы имеют ряд важных преимуществ по сравнению с вращающимися шаровыми барабанными мельницами такой же производительности [11,48]: ■ возможность измельчения материалов с различными физико-механическими свойствами до частиц микронных и субмикронных размеров;

■ более высокие скорости измельчения и коэффициент полезного действия;

■ возможность плавного регулирования степени измельчения;

■ меньшие размеры и металлоемкость;

■ более высокие показ