автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Выбор и обоснование параметров грохота с канатным движущимся полем

На правах рукописи

Плотников Иван Сергеевич

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГРОХОТА С КАНАТНЫМ ДВИЖУЩИМСЯ ПОЛЕМ

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 5 пмг' ¿015

Иркутск 2015 005561175

005561175

Работа выполнена на кафедре «Горные машины и комплексы» Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет»

Научный руководитель:

Демченко Игорь Иванович доктор технических наук, доцент

Официальные оппоненты:

Кольга Анатолий Дмитриевич доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой горные машины и транспортно-технологические комплексы

ФГБОУ ВПО «МГТУ» им. Г.И. Носова

Матвеев Андрей Иннокентьевич доктор технических наук, старший научный сотрудник института горного дела Севера СО РАН им. Н.В. Черского

Ведущая организация: Новационная фирма «КУЗБАСС-

НИИОГР», г. Кемерово

Защита диссертации состоится «24» апреля 2015 года в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.073.04 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Иркутский государственный технический университет» по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, корпус «К», конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет» и на сайте http://www.istu.edu/structure/54/1319/1189/

Автореферат разослан « /2? » ¿2jf 2015 года

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу диссертационного совета: 664074, г.Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Д 212.073.04, e-mail: ds04@istu.edu: Факс (3952) 40-58-69.

Ученый секретарь ^^ /" /

диссертационного совета С.Ю. Красноштанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Задача обеспечения энергией — одна из самых важных для всех отраслей промышленности. Угольная генерация, благодаря относительно невысокой стоимости и устойчивости цен по сравнению с природным газом и нефтью, а также обширной ресурсной базе, позволяет ее решить. При этом уголь является самым распространенным теплоэнергетическим ресурсом в мире и по объемам превосходит все остальные виды ископаемого топлива, что в долгосрочной перспективе и делает его самым дешевым и востребованным.

Доля электроэнергии, полученной за счет сжигания угля, достаточно велика и в дальнейшем будет увеличиваться. Министерством энергетики Российской Федерации разработана долгосрочная программа развития угольной промышленности на период до 2030 г., одними из основных целей которой являются увеличение поставок российского угля для нужд электроэнергетики, а также увеличение объемов добычи угля до 480 млн т с 352 млн т в 2013 г. (рост на 36 %).

Добываемый рядовой уголь перед отправкой потребителям необходимо переработать, так как сжигание низкосортного угля не столь эффективно, как сортового. Для сортировки, то есть разделения угля на фракции по крупности, применяют различные типы грохотов, которые являются незаменимым оборудованием на обогатительных фабриках, а также входят в состав дро-бильно-сортировочных комплексов на горнодобывающих предприятиях.

Возрастающая роль угля как одного из основных энергоносителей, а также рост его потребления привели к необходимости анализа всех сортирующих устройств с целью создания оптимального оборудования, позволяющего сортировать рядовой уголь при минимуме затрат и обеспечивающего требуемую производительность. По результатам проведенного анализа различных устройств предложен инновационный грохот с канатным движущимся полем для сортировки угля, простое конструктивное исполнение которого позволяет устранить недостатки используемых грохотов, затрачивая при этом меньшее количество электроэнергии и обеспечивая получение сортового угля с более низкой стоимостью.

Рост угледобычи приведет к необходимости увеличения объемов переработки рядового угля, в связи с этим обоснование и создание высокоэффективного устройства для его сортировки является актуальной научной и практической задачей.

Идея работы: применение в устройстве для сортировки угля принципа канатного движущегося поля.

Цель работы: снижение расходов на получение сортового угля за счет применения грохота с канатным движущимся полем.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

1. Провести анализ конструкций грохотов различных типов.

2. Выбрать и обосновать конструктивные и режимные параметры грохота с канатным движущимся полем.

3. Разработать математическую модель расчета конструктивных и режимных параметров грохота с канатным движущимся полем.

4. Определить рациональные значения конструктивных и режимных параметров для различной производительности.

5. Разработать действующую модель и провести экспериментальные исследования по рассеву сортируемого материала для сравнения полученных характеристик с характеристиками существующих моделей грохотов.

Объект исследования: устройства для сортировки угля по классам крупности.

Предмет исследования: конструктивные и режимные параметры грохота с канатным движущимся полем, определяющие технико-экономическую эффективность устройства.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Построенная математическая модель определения конструктивных и режимных параметров грохота с канатным движущимся полем позволяет создать конструкцию, обеспечивающую требуемую эффективность сортировки угля.

2. Установленные зависимости режимных и конструктивных параметров грохота с канатным движущимся полем позволяют определить теоретическую и эксплуатационную производительности от скорости движения канатного поля, диаметры применяемых канатов и барабанов просеивающих секций от площади выпускного окна загрузочного бункера, пропускную способность бункера от площади его выпускного окна.

3. Значения режимных и конструктивных параметров грохота рекомендуется применять следующими: для низкой производительности 50-250 м3/ч устанавливаются скорость движения 0,2—1,3 м/с и ширина грохота 0,5—1,3 м; для средней производительности 250—550 м3/ч — скорость движения 1,3—2,5 м/с и ширина грохота 0,8-1,5 м; для высокой производительности 550-900 м3/ч -скорость движения 2,5-3,25 м/с и ширина грохота 0,9-2,0 м.

Методы исследования включают анализ и обобщение ранее выполненных исследований по проблемам сортировки полезных ископаемых; патентно-информационные и теоретические исследования; математическое моделирование и анализ; программные средства расчетов на ЭВМ; экспериментальные исследования на разработанной физической модели и технико-экономический анализ результатов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечены методологической базой исследования, соблюдением основных принципов математического и физического моделирования, экспериментальными исследованиями.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

1. Выполнена систематизация сортирующих устройств, позволившая разработать грохот с канатным движущимся полем, основные элементы которого защищены патентами.

2. Разработана математическая модель расчета основных параметров грохота с канатным движущимся полем.

3. Установлены взаимозависимости рабочих параметров грохота с канатным движущимся полем.

4. Рассчитаны рациональные значения конструктивных параметров грохота с канатным движущимся полем для требуемой производительности.

Личный вклад автора заключается в выборе объекта и предмета исследования, постановке цели и задач исследования, проведении анализа сортирующих устройств и методов сортировки породы, выполнении систематизации, позволившей предложить новые элементы конструкции грохота с канатным движущимся полем, выборе основных параметров, разработке математической модели расчета параметров грохота, в установлении зависимости основных параметров грохота от производительности, разработке действующей модели грохота и проведении контрольного рассева сортируемого материала. Все результаты диссертационной работы, перечисленные в ее заключении, получены лично автором.

Практическая значимость работы заключается в определении рациональных значений основных параметров грохота с канатным движущимся полем для требуемой производительности, изготовлении действующей модели грохота с канатным движущимся полем, демонстрирующей принцип грохочения и проведения контрольного рассева сортируемого материала, выполнении технико-экономического обоснования эффективности внедрения предлагаемого грохота.

Реализация работы. Основные результаты диссертационной работы приняты к внедрению на предприятии специального технологического машиностроения ЗАО «Спецтехномаш». В учебном процессе действующая модель грохота используется для проведения научно-исследовательских работ студентами и аспирантами ФГАОУ ВПО СФУ.

Апробация работы. Результаты исследований и основные материалы диссертации докладывались: на XXII Международном научном симпозиуме «Неделя горняка-2014», Москва, 2014 г.; XIII научно-практической конференции «Игошинские чтения», Иркутск, 2013 г.; XVII Международном научном симпозиуме студентов и молодых ученых имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр», Томск, 2013 г.; Международной научно-практической конференции «Наука и инновационные разработки - Северу», Мирный, 2014 г.; IX Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, посвященной 385-летию со дня основания г.Красноярска, Красноярск 2013 г.; X юбилейной Всероссийской научно-технической конференции студентов с международным участием, посвященной 80-летию образования Красноярского края, Красноярск, 2014 г.; XV Ме-

ждународной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири», Кемерово, 2014; научных семинарах кафедры «Горные машины и комплексы» ФГАОУ ВПО СФУ, Красноярск, 2012-2014 гг. Разработанная действующая модель грохота с канатным движущимся полем представлена на XXI Международной специализированной выставке «Уголь России и майнинг» (Новокузнецк, 2014 г.) и удостоена серебряной медали.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 4 в журналах, входящих в перечень ВАК РФ, получены 3 патента на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, изложена на 164 страницах машинописного текста, включает 92 рисунка, 33 таблицы, список литературы из 109 наименований и трёх приложений.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю доктору технических наук И.И. Демченко, а также коллективу кафедры «Горные машины и комплексы» СФУ за ценные советы, высказанные при подготовке диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе выполнен аналитический обзор состояния угольной промышленности в мире и России, а также рассмотрены значение угля для различных отраслей промышленности и объемы его потребления.

Во второй главе проведен обзор существующих устройств для сортировки, а также обоснованы преимущества грохота с канатным движущимся полем для грохочения угля. Существенный вклад в разработку теоретических основ и практической реализации устройств по рассортировке горной массы внесли В.М. Авдохин, С.Е. Андреев, В.А. Атрушкевич, O.A. Атрушкевич, В.А. Бауман, В.Ф. Бердяев, JI.A. Вайсберг, И.Г. Грибова, И.Ф. Гончаревич, В.В. Зверевич, Н.Г. Картавый, В.А. Кабалкин, Б.В. Кпушанцев, С.М. Кулиш, Ю.В. Лошкарев, В.А. Мартынов, В.А. Перов, И.В. Пономарев, К.А. Разумов, A.A. Соловьев, Н.Т. Тиунова, С.М. Титова, и другие.

В третьей главе описана конструкция грохота с канатным движущимся полем (ГКДП). Канатное движущееся поле — это поверхность, образованная канатами, натянутыми между ведущим и ведомым барабанами, обеспечивающими просеивание горной массы. Канатное поле характеризуется длиной и шириной, где длина — это расстояние между барабанами, а ширина равна длине барабанов. Построена математическая модель расчета основных конструктивных и режимных параметров ГКДП.

В четвертой главе рассчитаны диапазоны изменения основных параметров (ширина грохота, скорость движения канатного поля, габариты выпу-

скного окна бункера, диаметры каната и барабана) для обеспечения необходимой производительности.

В пятой главе рассчитана эффективность использования грохота с канатным движущимся полем: обоснованы преимущества по сравнению с другими грохотами для сортировки угля, а также рассчитан экономический эффект от его применения.

Для проектирования ГКДП требуется провести обоснованный выбор необходимого количества параметров, которые определяются после детального анализа рабочих процессов грохота.

Основными параметрами, рассчитываемыми перед проектированием ГКДП, являются: пропускная способность бункера м3/ч; производительность грохота (¿г, м3/ч; скорость движения канатного поля V, м/с; диаметр каната </к, мм; размеры канатного поля: грузонесущая ширина Вг, длина /, мм, и мощность электропривода Ы, кВт.

Пропускная способность бункера зависит от габаритных размеров выпускного окна и определяется по формуле, полученной Р.Л. Зенковым:

Оа = 3600 • ум • 5, (1)

где ()б- пропускная способность бункера, м3/ч;

у„ - скорость истечения насыпного груза из бункера, м/с;

З1- площадь выпускного окна бункера, м2.

Теоретическая производительность грохота зависит от скорости движения канатного поля, а также от площади сечения груза на просеивающей секции и находится по формуле, используемой для определения производительности конвейера:

<2г =3600-^-у, (2)

где - теоретическая производительность грохота, м3/ч;

Б - площадь сечения потока насыпного груза, м2;

V - скорость движения канатного поля, м/с;

При этом площадь сечения потока насыпного груза находят по известной формуле:

7г = 0,5-5? •/?, (3)

где Вг - грузонесущая ширина канатного поля, м;

/г - высота слоя груза, м.

Скорость движения канатного поля зависит от грузонесущей ширины поля и требуемой производительности грохота и определяется по известной формуле:

При выборе диаметра каната необходимо, чтобы его разрывное усилие Р было больше силы давления насыпного груза на канат С, то есть должно соблюдаться условие Р>С.

Нами получены формулы для определения силы давления насыпного груза на канат, которая зависит от формы отверстия выпускного окна загрузочного бункера:

- для бункера с квадратным отверстием

С = \А-к3-к0-у-4, (5)

— для бункера с прямоугольным отверстием:

(6)

А + В

где к3 - коэффициент запаса (kl =1,5-г1,9);

к0 - коэффициент опорожнения ( к0 = 1,5 - для бункеров, опорожняемых полностью, к0= 1 — не полностью опорожняемых); у - объемный вес материала, Н/м3; Аб,Вб - размеры выпускного окна бункера, м.

Габариты канатного поля зависят от производительности грохота. Ширина рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить требуемую производительность, а длина, в зависимости от условий эксплуатации, принимается в 2,0-2,5 раза больше ширины.

Расчетная мощность электродвигателя грохота определяется по методике, разработанной P.A. Волковым:

N3 = (7)

Э 1000-77

где, Р0 - расчетное окружное усилие, Н; v — скорость движения канатного поля, м/с; к - коэффициент запаса (к = 1,1+2); ij - КПД привода (7 = 0,8-5-0,9).

Таким образом, обосновано первое научное положение: построенная математическая модель определения конструктивных и режимных параметров грохота с канатным движущимся полем позволяет создать конструкцию, обеспечивающую требуемую эффективность сортировки угля.

Для создания грохота с канатным движущимся полем необходимо установить взаимозависимости его основных параметров.

Из формулы (1) видно, что, регулируя размер выпускного окна загрузочного бункера, можно достичь требуемые объемы подачи материала на грохот, и дальнейший расчет производительности грохота производится, исходя из максимальной пропускной возможности бункера.

На рис. 1 показана зависимость пропускной способности бункера от площади выпускного окна, определяемая выражением (1).

О 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75

Рис. 1. Зависимость пропускной способности бункера (?б от площади выпускного окна 5

Основные параметры, которые оказывают влияние на производительность грохота, - это скорость движения канатного поля и площадь сечения потока груза, которая в свою очередь зависит от грузонесущей ширины грохота формулы (2) и (3).

Ширина канатного поля является одним из основных конструктивных параметров, и в процессе работы грохота ее значение остается неизменным. Варьируемым параметром, оказывающим влияние на величину производительности, является скорость движения каната.

Для определения фактического количества получаемого сортового угля рассчитывается эксплуатационная производительность, которая зависит от коэффициента технического использования:

(8)

где Qэ - эксплуатационная производительность грохота, м3/ч;

кти - коэффициент технического использования (кти =0,8-^0,9).

V, м/с

Рис. 2. Зависимость теоретической 2 и эксплуатационной £>э производительностей ГКДП от скорости движения канатного поля у

На рис. 2 представлена зависимость теоретической и эксплуатационной производительностей грохота от скорости движения канатного поля полученная по формулам (2), (8).

Как видно из формул (5), (6), с увеличением площади выпускного окна загрузочного бункера увеличивается сила давления падающего угля на канат: й = /(5) и возрастает минимальное требуемое разрывное усилие каната, которое определяет его диаметр: с1к = /(С).

Таким образом, получена зависимость диаметра каната просеивающей секции от площади выпускного загрузочного окна бункера, график которой представлен на рис. 3.

0 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75

5, м2

Рис. 3. Зависимость диаметра каната с!к от площади выпускного окна бункера 5

Диаметр барабана просеивающей секции определяется в зависимости от диаметра каната и рассчитывается по известной формуле:

Об=30 Ч, (9)

где Об - диаметр барабана, мм; с1к - диаметр каната, мм.

Также можно вывести зависимость диаметра барабана просеивающей секции от размера выпускного окна загрузочного бункера: £>б = /(5), который будет увеличиваться вместе с диаметром каната, эта зависимость представлена на рис. 4.

5, м2

Рис. 4. Зависимость диаметра барабана Па от площади выпускного окна загрузочного бункера 5

Таким образом, обосновано второе научное положение: установленные зависимости режимных и конструктивных параметров грохота с канатным движущимся полем позволяют определить теоретическую и эксплуатационную производительности грохота от скорости движения канатного поля, диаметры применяемых канатов и барабанов просеивающих секций от площади выпускного окна загрузочного бункера, пропускную способность бункера от площади его выпускного окна.

Изменение ширины и скорости движения канатного поля влияет на производительность, поэтому важна задача выбора из большого числа возможных вариантов рациональной конструкции, при которой обеспечиваются требуемая производительность и высокая эффективность сортировки.

Таким образом, необходимо рационально соотнести влияющие на производительность параметры, а также зависимые от них характеристики.

От величины производительности грохота зависит пропускная способность загрузочного бункера ()б, при этом должно соблюдаться следующее условие: <2г > ()Гг

Ширина выпускного окна загрузочного бункера должна быть меньше ширины грохота:

В6 <(0,75-0,85) Вг. (10)

Для обеспечения требуемой производительности грохота получена зависимость скорости движения канатного поля от ширины грохота (4).

На рис. 5 видно, что в зависимости от ширины грохота, которая изменяется в пределах от 0,5 до 2 м, обеспечивается производительность от 50 до 900 м3/ч путем регулирования скорости движения канатного поля в пределах от 0,08 до 21,98 м/с.

Рис. 5. Зависимость скорости движения канатного поля у, м/с, от его ширины Вг, м, при заданной производительности <2, м3/ч

Основные параметры, влияющие на производительность грохота: ширина и скорость движения канатного поля, соотнесены таким образом, чтобы создать грохот с минимальными габаритами и скоростью движения канатного поля в пределах 0,2-3,25 м/с. Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1

Диапазоны значений скорости движения канатного поля и ширины грохота для заданной производительности

Производительность м3/ч Скорость движения канатного поля V, м/с Ширина грохота, Вг м

50-250 0,2-1,3 0,5-1,3

250-550 1,3-2,5 0,8-1,5

550-900 2,5-3,25 0,9-2,0

Пропускная способность грохота зависит от габаритов выпускного окна и определяется по формуле (1). Выразив скорость истечения через гидравлический радиус, получаем следующее выражение:

& =3600-2,8 ■^■Аб-Вб. (11)

Таким образом, для определения необходимых значений габаритов выпускного окна загрузочного бункера, обеспечивающих требуемую пропуск-

ную способность, получено алгебраическое уравнение третьей степени относительно гидравлического радиуса, значение которого также зависит от размеров окна:

\2

= 0. (12)

\6-Я] + \,2-Р? + 0,0225-7?, —

Об

10080-5б у

Решив уравнение для требуемой производительности и ширины бункера, определяемой в зависимости от ширины грохота, получим значение гидравлического радиуса, который представляет собой отношение площади отверстия истечения к его периметру:

2(Аб+Вб-2а') где а' - средний размер куска сортируемого материала, мм.

Из которого затем определяем длину выпускного окна загрузочного бункера. Чтобы обеспечить требуемую пропускную способность бункера, необходимо установить длину выпускного окна, значение которой изменяется в пределах от 0,152 до 0,664 м в зависимости от ширины бункера Вб. Результаты расчетов представлены на рисунке 6.

2 900

-ж-700

-■-550

-М—400 —*-250 —А—150

Рис. 6. Зависимость длины выпускного окна бункера м от ширины Вд, м

при заданной производительности <2, м3/ч От полученных значений длины и ширины выпускного окна бункера зависит величина силы давления сортируемого материала, поступающего на просеивающую секцию, в зависимости от силы давления принимается диаметр каната.

Таким образом, с увеличением габаритов бункера возрастает его пропускная способность, а следовательно, и сила давления, которая, по нашим расчетам, изменяется в пределах от 484,8 до 7244,1 Н. В зависимости от ее значения определяется канат необходимого диаметра (по ГОСТ 3062-80). Результаты расчетов представлены на рис. 7.

Q

900 ж 700 ■ 550 + 400 Ж250 А 150 ♦ 50

^ ^ ^ ч^ ч^

в6

Рис. 7. Зависимость диаметра каната с!к, мм, от ширины бункера Вд, м, заданной производительности м3/ч

По полученным значениям диаметра каната рассчитан диаметр барабанов для различной пропускной способности бункера, формула (9). На рис. 8 видно, что в зависимости от производительности и ширины выпускного окна бункера величина диаметра барабана находится в пределах от 22,5 до 84 мм.

^ ^ ^ ч<?

В6

Рис. 8. Зависимость диаметра барабана Дд, мм, от заданных производительности ¡3, м3/ч, и ширины бункера Вд, м

Полученные результаты расчетов основных конструктивных и режимных параметров ГКДП представлены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты расчетов основных параметров ГКДП

е

900 Ж 700 ■ 550 + 400 Ж250 А 150 ♦ 50

Параметр Диапазон

1. Производительность грохота £), м"*/ч 2. Ширина грохота Вг, м 3. Скорость движения канатного поля V, м/с 4. Ширина бункера Вд, м 5. Длина бункера/)д, м 6. Диаметр каната с/к, мм 7. Диаметр барабана Од, мм 50-900 0,5-2,0 0,2-3,25 0,375-1,5 0,152-0,664 0,75-2,8 22,5-84

Таким образом, обосновано третье защищаемое положение: значения режимных и конструктивных параметров грохота рекомендуется применять следующими: для низкой производительности 50—250 м3/ч устанавливаются скорость движения 0,2-1,3 м/с и ширина грохота 0,5-1,3 м; для средней производительности 250—550 м3/ч - скорость движения 1,3-2,5 м/с и ширина грохота 0,8—1,5 м; для высокой производительности 550—900 м3/ч — скорость движения 2,5—3,25 м/с и ширина грохота 0,9—2,0 м.

За счет рационального соотношения параметров возможно создание высокопроизводительного грохота с канатным движущимся полем при минимальных значениях массогабаритных характеристик и мощности привода.

Проведен расчет технических характеристик предлагаемого ГКДП с производительностью 100 м3/ч и 450 м /ч. Результаты расчетов и сравнение их с известными грохотами равной производительности представлен в табл. 3.

Таблица 3

Сравнение технической характеристики ГКДП с ГИЛ и ГИСЛ при ß = 100 м3/ч и Q = 450 м3/ч

Наименование ГКДП ГИЛ-43 ГИСЛ-32 ГКДП ГИЛ-63 ГИСЛ-72

1. Производительность, м3/ч 100 100 100 450 450 450

2. Размер просеивающей по-

верхности, м: длина 2,2 4 4,9 3,5 5 6,9

ширина 0,8 1,5 1,2 1,73 2 2,5

3. Площадь просеивающей поверхности, м2 1,76 6 5,8 6 10 17,2

4. Мощность электродвигателя, кВт 5,5 11 2x15 11 15 2x22

5. Габариты, м: высота 1,26 1,58 2,46 1,43 1,5 2,5

длина 2,6 4,58 5,7 6,3 5,7 6,97

ширина 0,81 2,8 2,33 2,1 3,4 3,76

6. Масса, кг 111 3420 6920 173 7500 13980

7. Число просеивающих поверхностей 3 3 2 3 3 2 "

Как видно из табл. 3, ГКДП имеет технические преимущества по сравнению с ГИЛ, ГИСЛ. При равной производительности ГКДП обладает меньшими габаритами и массой, что дает возможность не только использовать его стационарно, но и устанавливать на мобильное шасси. Требуемая мощность электродвигателя привода ниже в 1,37-5,45 раза, что обеспечивает снижение расхода электроэнергии при сортировке.

Для проверки работоспособности и расчета эффективности сортировки ГКДП разработана действующая модель (рис. 9), линейные размеры которой

уменьшены в два раза для обеспечения геометрического подобия. Проведенный нами контрольный рассев сортируемого материала показал, что эффективность сортировки, характеризующаяся отношением массы подрешетного материала к массе того же класса крупности в исходном продукте, составила 87-96 %.

Повышение эффективности грохочения может быть достигнуто за счет встряхивания сортируемой горной массы. В предлагаемом грохоте это достигается вертикальным и горизонтальным перемещением канатов в момент сортировки с помощью запатентованного технического решения (рис. 10).

Проведен расчет основных технико-экономических показателей ГКДП с производительностью 100 м3/ч. Результаты расчетов, представленные в табл. 4, показывают, что эксплуатационные расходы при сортировке угля ГКДП ниже на 9,6 % по сравнению с инерционным грохотом ГИЛ-43 и на 42,1 % ниже по сравнению с самобалансным грохотом ГИСЛ-32, при равной производительности. Цена использования ГКДП, которая определяется, исходя из суммы капитальных вложений на приобретение грохота и произведения его срока эксплуатации на годовые эксплуатационные расходы, на 10 % меньше, чем у ГИЛ-43, и на 45,7 % меньше, чем у ГИСЛ-32._

Рис. 9. Модель грохота с канатным движущимся полем: 1 - кожух; 2 - загрузочный бункер; 3 - рама; 4 -канат; 5 - ведомый барабан; 6 - приемный бункер; 7 -бункер подрешетного материала; 8 - приводной барабан; 9 - электродвигатель

1 2

Рис. 10. Схема устройства для сортировки горной массы: 1 - барабан; 2 - гребень; 3 - канат

Таблица 4

Экономические показатели использования ГКДП по сравнению с ГИЛ-43 и ГИСЛ-32

Показатель ГКДП ГИЛ-43 ГКДП ГИСЛ-32

Эксплуатационные расходы, руб/год 849811 940866 849811 1469259

Условно-годовая сумма экономия, руб. 91056 - 619448 -

Относительное снижение эксплуатационных расходов, % 9,6 - 42,1 -

Цена использования, руб. 6444675 7166064 6444675 11884812

Относительное снижение цены использования, % 10 - 45,7 -

В работе рассчитана экономическая эффективность использования ГКДП (с производительностью 450 м3/ч) по сравнению с ГИЛ-63 и ГИСЛ-72, по результатам которой эксплуатационные расходы при сортировке угля ГКДП ниже на 5,7 % по сравнению с ГИЛ-63 и на 46 % ниже по сравнению с ГИСЛ-72. Цена использования ГКДП на 5,7 % меньше, чем ГИЛ-63, и на 49,2 %, чем у ГИСЛ-72.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Выполненные исследования являются законченной научно-квалификационной работой, в которой решена актуальная научная и практическая задача по обоснованию конструктивных и режимных параметров грохота с канатным движущимся полем для сортировки угля, выбору рациональных значений основных параметров и разработке действующей модели.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Анализ известных грохотов и других сортировочных механизмов позволил разработать новые технические устройства для сортировки угля, защищенные патентами России. Для сортировки угля наиболее перспективным является применение грохота с канатным движущимся полем, который обладает значительными преимуществами перед другими моделями сортирующих устройств.

2. Определены основные конструктивные и режимные параметры грохота с канатным движущимся полем, включающие пропускную способность бункера, производительность грохота, скорость движения канатного поля, диаметр применяемого каната на блоке, размеры канатного поля, мощность электропривода, натяжное усилие канатов. Приведена математическая модель их расчета.

3. Установлены зависимости параметров грохота с канатным движущимся полем, а именно: пропускной способности загрузочного бункера от площади выпускного окна; теоретической и эксплуатационной производи-тельностей грохота от скорости движения канатного поля; диаметра применяемого каната на просеивающей поверхности от площади выпускного окна бункера; диаметра барабана сортировочного блока от площади выпускного окна бункера.

4. Определены диапазоны изменения основных параметров ГКДП (ширина грохота, скорость движения канатного поля, габариты выпускного окна бункера, диаметры каната и барабана) для получения требуемой производительности.

5. Основные параметры, от которых зависит производительность грохота, ширина и скорость движения канатного поля, соотнесены следующим образом: для низкой производительности 50—250 м3/ч устанавливаются скорость движения 0,2-1,3 м/с и ширина грохота 0,5—1,3 м; для средней производительности 250-550 м3/ч устанавливаются скорость движения 1,3—2,5 м/с и ширина грохота 0,8-1,5 м; для высокой производительности 550-900 м3/ч и более устанавливаются скорость движения 2,5-3,25 м/с и ширина грохота 0,9-2,0 м.

6. Грохот с канатным движущимся полем производительностью 100 м /ч по сравнению с грохотами ГИЛ-43 и ГИСЛ-32 аналогичной производительности обеспечивает уменьшение потребления электроэнергии соответственно в

2 и 5,45 раза, а также снижение массы и габаритов. Грохот с канатным движущимся полем с производительностью 450 м3/ч по сравнению с грохотами ГИЛ-63 и ГИСЛ-72 равной производительности обеспечивает снижение потребления электроэнергии соответственно в 1,37 и 4 раза.

7. Разработана модель ГКДП, которая была представлена на XXI Международной специализированной выставке «Уголь России и майнинг» (Новокузнецк, 2014 г.) и удостоена серебряной медали. Проведен контрольный рассев сортируемого материала. Эффективность сортировки модели ГКДП по результатам экспериментов составила 87-96 %.

8. Рассчитаны технико-экономические показатели ГКДП и проведено их сравнение с грохотами ГИЛ и ГИСЛ. Эксплуатационные затраты для работы ГКДП на 5—9 % меньше, чем для работы ГИЛ, и на 42-46 % меньше, чем для ГИСЛ. Цена использования ГКДП ниже, чем ГИЛ, на 5-10 % и на 45^9 %, чем ГИСЛ.

9. Практическая значимость научных разработок и технических решений, приведенных в диссертации, подтверждена их внедрением на предприятии ЗАО «Спецтехномаш», специализирующемся на разработке и изготовлении грохотов, и в учебный процесс Сибирского федерального университета.

Основные результаты исследований отражены в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК'.

1. Плотников И.С., Демченко И.И. Расчет параметров грохота с канатным движущимся полем // Журнал «Горное оборудование и электромеханика».-2014,-№ 10.-С. 30-35.

2. Плотников И.С., Демченко И.И. Классификация горнодобывающих и перерабатывающих машин // Горный журнал «Известия вузов». — Екатеринбург, 2013. - № 5. - С. 80-85.

3. Плотников И.С., Демченко И.И. Оценка экономической эффективности использования грохота с канатным движущимся полем // Вестн. Иркут. гос. техн. ун-та. - Иркутск, 2014. — № 9. — С. 111—115.

4. Плотников И.С., Демченко И.И. Грохот с канатным движущимся полем для сортировки угля // Горный информационно-аналитический бюллетень. — М.: Из-во «Горная книга», №1, 2015. С. 62-62

В патентах-.

5. Пат. 2535550 Российская Федерация, МПК7 В 07 В 1/10. Устройство для сортировки горной массы / Плотников И.С. Демченко И.И.; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВПО СФУ. - заявл. 30.07.13; опубл. 20.12.14, Бюл. № 35. — 10 с.

6. Пат. 2541351 Российская Федерация, МПК7 В 07 В 1/10. Устройство для сортировки / Плотников И.С. Демченко И.И. Зудин В.И. Кузнецов Е.В.; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВПО СФУ. — заявл. 20.11.13; опубл. 10.02.15, Бюл. №4.-8 с.

7. Пат. 2541350 Российская Федерация, МПК7 В 07 В 1/10. Струнный грохот / Плотников И.С. Демченко И.И. Братухина H.A.; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВПО СФУ. - заявл. 12.12.13; опубл. 10.02.15, Бюл. № 4.-21 с.

В других изданиях:

8. Плотников И.С., Демченко И.И., Мигунов В. И. Разработка классификации горнодобывающего и перерабатывающего оборудования // Проблемы геологии и освоения недр: труды XVII Междунар. симпозиума им. академика М.А. Усова студентов и молодых ученых. — Томск, 2013. — Т. 2. — С. 336-338.

9. Плотников И.С., Демченко И.И. Обоснование параметров грохота с канатным движущимся полем для сортировки угля // Наука и инновационные разработки - Северу : сб. тез. докл. Науч.-практ. Конференции. - Мирный, 2014.-С. 70-71.

10. Плотников И.С. Влияние схемы размещения дробильно-сортировоч-ного комплекса на обоснование их основных параметров [Электронный ресурс] // Молодежь и наука: сб. материалов IX Всеросс. Науч.-техн. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием, посвященной 385-летию со дня основания г. Красноярска. — Красноярск, 2013. — Режим доступа: http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2013 ■

11. Плотников И.С., Кригер А.И. Классификация устройств для сортировки горной массы [Электронный ресурс] // Молодежь и наука: сб. материалов X юбилейной Всеросс. Науч.-техн. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием. — Красноярск, 2014. — Режим доступа: http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2014/pdf/d03/s21 /s21_013 .pdf.

12. Плотников И.С. Технико-экономическое обоснование использование грохота с канатным движущимся полем [Электронный ресурс] // Молодежь и наука : сб. материалов X юбилейной Всеросс. науч.-техн. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием, посвященной 80-летию образования Красноярского края. — Красноярск, 2014. - Режим доступа: http://conf.sfli-kras.ru/sites/mn2014/pdf/d03/s21/s21_012.pdf

13. Плотников И.С., Демченко И.И. Оценка экономической эффективности применения грохота с канатным движущимся полем // Современные технологии освоения минеральных ресурсов : сб. науч. тр. - Красноярск, 2014.-Вып. 12.-С. 122-127.

14. Плотников И.С., Демченко И.И., Игнатова О.С. Канатный грохот для сортировки горной массы // Сб. материалов XV Междунар. науч.-практ. конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Сибресурс 2014, [Электронный ресурс] / ФГБОУ ВПО «Кузбас. гос. техн. ун-т им. Т. Ф. Горбачева. — Кемерово, 2014.

15. Плотников И.С., Демченко И.И., Кузнецов Е.В. Грохот с канатным движущимся полем для сортировки угля // Проблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири: сб. науч. тр. / под ред. проф. Б.Л. Тальгамера. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2014. - Вып. 14. - С. 51-56.

Подписано в печать 03.03.2015. Печать плоская. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 683

Отпечатано полиграфическим центром Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а Тел./факс: (391) 206-26-49; тел. (391) 206-26-67 E-mail: print_sfu@mail.ru; http://lib.sfu-kras.ru