Содержание к диссертации
Введение
Глава 1.Состояние вопроса, цепи, задачи и методы исследований 7
1.1.Объект и область исследований 7
1.2. Обзор исследований эксплуатационной надежности конусных дробилок 14
1.3.Обзор исследований надежности горных машин при низких температурах 26
1.4.Цель, задачи и методы исследований 35
Глава 2. Обобщение опыта промышленной эксплуатации конусных дробилок 37
2.1.Характер и причины выхода из строя броней крупных конусных дробилок 37
2.2.Исследование работы конусных дробилок среднего и мелкого дробления 45
2.3.Исследования изнашивания броней дробящего пространства дробилок мелкого дробления 56
2.4.Выводы по главе 63
Глава 3. Теоретические исследования конусных дробилок 65
3.1.Анализ напряженно-деформированного состояния броней крупных конусных дробилок 65
3.2. Физическое моделирование изнашивания броней конусных дробилок 78
3.3.Условия изнашивания броней дробящего пространства дробилок среднего и мелкого дробления 91
3.4 .Выводы по главе 98
Глава 4. Пути повышения эффективности эксплуатации конусных дробилок в условиях низких температур 100
4.1.Исследования износостойкости высокомарганцовистых сталей 100
4.2.Требования к технологии изготовления броней 109
4.3. Профилирование камеры дробилок мелкого дробления 113
4.4.Пример реализации предложенного способа для дробилки ЩЦТ-2200 121
4.5.Выводы по главе 123
Глава 5. Промышленная проверка результатов исследований 125
5.1. Исследование стойкости крупных конусных дробилок в условиях АО Качканарский ГОК "Ванадий" 125
5.2.Исследования профилированных броней в условиях Шарташского каменно-щебеночного карьера 130
5.3.Оценка экономической эффективности результатов работы 137
Глава 6. Основные выводы 145
Библиографический список 148
Приложения 161
- Обзор исследований эксплуатационной надежности конусных дробилок
- Физическое моделирование изнашивания броней конусных дробилок
- Профилирование камеры дробилок мелкого дробления
- Исследование стойкости крупных конусных дробилок в условиях АО Качканарский ГОК "Ванадий"
Введение к работе
з
.,
Актуальность» работы: Условия рыночной экономики и ограниченное финансирование промышленных предприятий существенно ужесточают требования к эксплуатационной Надежности оборудования. Если в технически развитых странах затраты на ремонт и межремонтное обслуживание машин не превышают в среднем 10...15% от капитальных затрат, то в нашей стране в таких отраслях промышленности, как торной, угольной, производство строительных материалов, и. других затраты только на капитальный ремонт машин и оборудования достигают 50%, их стоимости; до 85% их деталей выходят из строя в результате абразивного изнашивания. Наибольшие затраты в выше перечисленных отраслях промышленности связаны с дроблением горных пород и транспортировкой. Одним из путей повышения эффективности использования оборудования является снижение затрат на эксплуатацию за счет повышения ресурса деталей, лимитирующих надежность машин.
Широкое распространение в технологических схемах переработки природных материалов получили высокопроизводительные конусные дробилки. Они устанавливаются в начале больших и сложных технологических линий, где недопустимы остановки дробильного оборудования, так как это вызывает остановку всего производства, а это влечет за собой большие материальные потери. Для перерабатывающих предприятий Уральского региона исходным продуктом являются . прочные высоко абразивные горные породы, обуславливающие/ограниченный ресурс рабочих органов конусных дробилок в'результате их интенсивного абразивного изнашивания.
4 .
В решениях целого ряда научных конференций отмеченс что проблема борьбы с износом за последние годы вырос,] 'до уровня государственной. Основные пути решения этс проблемы: дальнейшие углубленные исследования вопрс сов трения и изнашивания; разработка методов физическої моделирования процессов изнашивания; выбор наиболее э^ фехтивных путей и средств повышения ресурса деталей мг шин.
Обобщение опубликованных работ и опыта эксплуатащ* технологических систем в условиях Урала и Сибири показ; ло, что значительное число внезапных отказов крупных кс нусных дробилок происходит в период работы при отрицг тельных температурах. Вопросы эксплуатационной надежное] оборудования при отрицательных температурах в настоящ* время изучены недостаточно. Работа дробилок среднего мелкого дробления характеризуется снижением производи тельности по мере изнашивания броней.
Исследования выполнялись в соответствии с Постаної лением Государственного Комитета Совета Министров СССР і науке и технике N349 от 3 июля 1985 г." О мерах по noBt шению технического уровня и качества машин, оборудован! и приборов за счет сокращения потерь энергии на трение увеличение срока их службы".
Целью работы является решение важнЬй научне технической задачи - повышение эффективности дробильно: оборудования с учетом особенностей его эксплуатации.
Основная научная идея диссертации заключается в то» что основные параметры работы дробильного оборудование включая и показатели надежности, в условиях отрицательш температур значительно ниже, чем при температурах положі
рельных. Характер выхода из строя деталей в условиях низших температур необходимо учитывать на различных этапах троектирования, создания и эксплуатации машин.
Методы исследований. В связи со сложностью процессов, зри которых выходят из строя детали дробильного оборудования, в работе применен комплексный подход с использованием методов математической статистики и теории надежности, теории размерностей и физического моделирования; при исследованиях применены ЭВМ, приборы и средства современной измерительной и регистрирующей аппаратуры.
Научные положения, затпрлцаеиые автором:
Работа крупных конусных дробилок в условиях отрицательных температур характеризуется увеличением числа внезапных отказов рабочих органов почти в'1,3 раза по сравнению с работой при положительных температурах. Для работы конусных дробилок мелкого дробления характерно изменение формы дробящего пространства по мере изнашивания броней и, как следствие этого, снижение производительности в 1,2 раза.
В работе обоснованы условия физического подобия процессов абразивного изнашивания броней конусных дробилок мелкого дробления при широком диапазоне изменения температур. Это помогло выявить особенности влияния низких температур как на параметры работы дробильного оборудования, так и на характер изнашивания броней дробящего пространства и изменение формы камеры дробления. В результате анализа результатов исследования предложен инженерный метод формирования профиля камеры дробления конусных дробилок мелкого дробления с учетом условий эксплуатации.
В работе установлены причины внезапных отказов найме нее надежного звена крупных конусных дробилок (средне брони дробящего конуса). Предложены пути повышения надея ности этого узла. Обоснована необходимость легирована высокомарганцовистых сталей, из которых изготавливайте брони крупных конусных дробилок, никелем в количесті 1...2% как для повышения стойкости к динамическим нагру: кам, так и износостойкости в условиях низких температур.
Научная новизна. На основе обобщения опубликованнь сведений и комплексных исследований в работе решена вая ная научно-техническая задача - повышение эффективное^ дробильного оборудования.
Основным направлением повышения эффективности конус ных дробилок различных стадий дробления является повыше ние динамической стойкости броней и износоустойчивое! их при низких температурах за счет легирования высокомар ганцовистой стали никелем в количестве 1...2%.
Интенсивность изнашивания броней дробящего простраь ства конусных дробилок среднего и мелкого дробления ра; лична в зависимости от условий эксплуатации, характер и; нашивания броней практически одинаков, при этом интєнсие ность изнашивания регулирующего кольца с известным npv ближением можно считать постоянной по высоте камеры дроС ления.
Повышение ресурса броней и качества продукта дробле ния конусных дробилок мелкого дробления обеспечивае предложенный в работе инженерный метод формирования брс ней дробящего пространства.
Достоверность научтатх положений, выводов и рекомендг ций диссертации обоснована:
-адекватностью математических моделей и физических явлений, подтвержденной результатами экспериментальных и опытно-промышленных исследований;
-сходимостью расчетов с результатами эксплуатации;
-положительными результатами внедрения основных выводов и разработок на промышленных предприятиях Урала.
Практический rsrzog. По результатам выполненных .в. диссертации исследований предложен химический состав высокомарганцовистой стали для конусных дробилок крупного и мелкого дробления для работы при низких температурах; выполнены рабочие чертежи броней дробящего пространства дробилок мелкого дробления, обеспечивающих постоянство формы за счет регулировки щелей камеры дробления в процессе абразивного изнашивания.
Реализация работаг. Промышленное внедрение результатов исследований осуществлено на крупных конусных дробилках АО «Качканарский горно-обогатительный комбинат» и на дробилках мелкого дробления на АП "Шарташский каменно-щебеночный карьер". Рабочие чертежи броней дробящего пространства конусных дробилок мелкого дробления переданы в "Уралнеруд" для практического использования. Экономический эффект (расчетный) составляет 76,287 млн рублей в масштабе цен 1992 года.
Дггробадия работы. Основные результаты диссертационной работы и отдельные её разделы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции - "Пути повышения долговечности машин (Куйбышев, 198 4 г.);на Всесоюзной научно-технической конференции "Триботехника - машиностроению" (Пушино-на-Оке, 1983 г.);на заседаниях кафедр Уральской государственного университета путей сообщений,
Уральского государственного технического университета УПИ, Уральской государственной горно - геологической ак; демии ив других организациях.
Публикация. Основные положения диссертации и резулі таты .исследований опубликованы в 6 статьях и 3 тезис; докладов на научных конференциях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяі разделов, включающих 27 рисунков, заключения, библиогр; фического списка из 116 наименований и приложений на страницах текста.
Обзор исследований эксплуатационной надежности конусных дробилок
В последние десятилетий выполнен ряд работ, посвященных эксплуатацибнной надежности конусных дробилок[5, 15...17, 19, 23, 25...29].
Исследования [5] касались наиболее важных в промышленном отношении месторождений. Из месторождений, находящихся на Урале, исследовалась работа дробилок на титаномагнетитовых рудах, разрабатываемых в Качканаре.
Отмечено, что размещение руд в различных климатических районах страны накладывает отпечаток на характер эксплуатации дробильного оборудования и сроки службы его деталей и узлов.
Выбор показателей эксплуатационной надежности конусных дробилок производился по ГОСТ 13377-75, регламентирующему терминологию и показатели надежности. При выборе дополнительных показателей надежности учитывались факторы конструктивного решения (ремонтируемые и неремонтируемые изделия), режимы использования машины. во времени и принципы ограничения длительности эксплуатации, в соответствии, с которым дробилки отнесены к изделиям, эксплуатируемым до достижения предельного состояния.
С учетом специфики эксплуатации конусных дробилок (переработка руд с "различными физико-механическими свойствами, различные производительности машин) для оценки основных показателей надежности выбраны два фактора: количество продробленной руды (qp) и время работы
Сбор информации о надежности конусных дробилок производился заполнением специально составленных учетных карточек, включающих наименование, предприятия, характеристику руды (состав и физико-механические свойства), тип дробилки, ее заводской и инвентарный номера, год выпуска, количество передробленной руды, машинное время, общие простои, в том числе, в ремонте. Таким образом, были собраны и проанализированы данные по 158 дробилкам (по 11 дробилкам ККД-1500/180; 24 дробилкам КРД-900/100; 52 дробилкам КСД-2200 и 71 дробилке КМД-2200). Некоторые результаты исследований приведены на рисунках 1 и 2.
Из диаграмм/ приведенных на рис.1 следует, что наименьшие значения средней наработки на отказ и наиболее высокие значения коэффициентов отказов дробилок ККД-1500/180 приходятся на нижние брони чаши (1) и дробящий конус (5). Данные рис. 2 показывают, что для дробилок среднего и мелкого дробления такими узлами являются дробящий конус (1) и "регулирующее кольцо. Отсутствие информации по отдельным деталям, входящим в указанные узлы указывает на необходимость детальных исследований. Несмотря на большое количество исследованных предприятий, недостаточно четко прослеживается и влияние климатических условий на показатели надежности, хотя это влияние в указанной работе отмечается.
Технико-экономические показатели дробильных фабрик в значительной степени определяются эффективностью работы дробилок мелкого дробления. Определяющими факторами при этом являются крупность и гранулометрический состав продукта дробления, [5,15,17, 23...29] .
Опыт дробления крепких абразивных руд показывает, что деталями, лимитирующими надежность работы дробилок и качество дробления, являются футеровочные брони. Так срок службы футеровочных броней дробилок мелкого дробления на ГОКах Кривбасса составляет от 18 до 45 суток, что значительно ниже ресурса остальных деталей и узлов дробилки [5,15,17,25...2Э] .
При работе дробилки профиль дробящего пространства, образованный внутренней поверхностью неподвижной и наружной поверхностью подвижной футеровочных броней, размеры входной и выпускной щелей непрерывно меняются в результате изнашивания футеровочных броней, что приводит к выходу из дробилки некондиционного продукта дробления.
Для поддержания заданного качества продукта дробления в течение всего срока службы броней на практике ре- гулируют размеры выпускной щели в определенных пределах за счет опускания неподвижной футеровочной брони. Подтягивание регулировочного кольца в течение срока службы комплекта броней приводит к изменению размеров между рабочими поверхностями по глубине дробящего пространства. Так, размер входной щели дробилки КМДТ-2200 к концу срока службы комплекта броней уменьшается в 1,4...1,7 раза по сравнению с исходным. Интенсивное изнашивание броней приводит к изменение формы и размеров дробящего пространства и изменению качества дробленого продукта.
На основании выполненных на дробильной фабрике Южного ГОКа рассевов дробленой руды по фракциям установлено, что при постоянном размере выпускной щели (5...б мм) в течение первых 15...20.%. ресурса работы броней происходит переизмельчение руды, затем в течение от 15...20% до 75...80% ресурса обеспечивается заданное качество продукта дробления и в конце рабочего периода от 75...80% до 100% ресурса изношенное дробящее пространство выдает продукт повышенной крупности.
Исследованиям характера изнашивания броней и изменению формы камеры дробления дробилок среднего и мелкого дробления посвящены работы [5,25...29] .
В работе приведены математические модели износа броней для ряда горно-обогатительных комбинатов (Олене-горского ГОКа, Михайловского ЖРК и других предприятий), а также графики зависимости S от L (рис.4).
На основе анализа полученных уравнений сделан вывод о том, что однотипные брони, работающие в различных условиях (на рудах с различными свойствами) имеют идентичный характер износа.
Дальнейшее развитие эти исследования получили в работах .-.[25.-29], где изучалось изменение формы камеры дробления при износе. ,
Изменение профиля и размеры камеры дробления определялись замерами толщины броней, снятых с дробилки на различных стадиях их износа.
По результатам замера износа броней с помощью специального планшета [27] графически определяли профили и размеры камеры дробления (рис.5).
Использование вероятностной модели дробления кусков горной массы в рабочем пространстве дробилки позволило выполнить теоретические исследования закономерностей процесса дробления с учетом изменения профиля и размеров дробящего пространства. Установлено, что интенсивность дробления руды по глубине дробящего пространства в течение срока службы комплекта броней изменяется и определяется степенью их изношенности (рис.6).
По результатам исследований состояния профиля камеры дробления "и закономерностей процесса дробления предложена аппроксимирующая функция кривых износа футероч-ных броней в зависимости от объема переработанной горной массы, среднего диаметра дробимого куска руды, физико-механических свойств перерабатываемой горной массы и рабочих поверхностей футеровочных броней.
По результатам исследований предложены рациональные конструктивные параметры профиля камеры дробления дробилки КМДТ-2200, отличающиеся криволинейной в виде цепной линии зоной дробления с переменным по глубине камеры дробления углом захвата для крепких руд (/=14...20) равным 24...0, для средних (/=10...14) 21,..0, для мягких (/=8.Л0)-18...0; укороченной зоной калибровки (/=200...250 мм), обеспечивающей однократное зажатие материала [17,26,29].
Приведенные выше исследования касались, в основном, конусных дробилок, эксплуатирующихся в Криворожском бассейне.
В работе [5] отмечается, что; дробильное оборудование горно-обогатительных комбинатов эксплуатируется в различных температурных условиях климатических поясов (таб.1). Температуры металла детали определяются температурами воздуха и перерабатываемой горной породы в районе работы машины. Важно установить закономерности распределения температур во времени и, прежде всего, частоту появления экстремально низких температур, поскольку этим температурам соответствует наибольшее число отказов [30...32] .
Физическое моделирование изнашивания броней конусных дробилок
Исследования износа носят комплексный характер и включают как развитие фундаментальных исследований, так и решение большого количества прикладных задач в производстве и эксплуатации машин и оборудования. Среди работ фундаментального характера обращено внимание [74.-763 на развитие теории механики контактного взаимодействия и исследование процессов при трении; среди задач прикладного характера большое значение придается разработке методов повышения износостойкости деталей s машин.
Исследования абразивного изнашивания носят преимущественно эмпирический характер. Результаты этих исследований являются основой для разработки как методов повышения износостойкости деталей, так и норм расхода деталей.
Расчетные методы создают возможность разработки конструкций с равномерным распределением по рабочим поверхностям скоростей изнашивания, а также обеспечивающих возможность регулировки и быстрой замены изнашивающихся деталей, чем способствуют осуществлению комплекса организационных и научно-технических мероприятий по повышению износостойкости в области конструирования и производства машин [6,73].
В результате лабораторных экспериментов и наблюдений за износом в эксплуатационных условиях установлено [5, 11, 12, 15, 19, 33...37], что износ рабочих органов дробилок вызывается, в основном, содержащимися в горных породах частицами абразива при выполнении рабочими органами технологических операций. Механическое воздействие частиц на изнашиваемую деталь зависит от многих факторов (например, формы и твердости частиц, степени их закрепленности, величины действующих нагрузок); механизм изнашивания может меняться от упругого деформирования до микрорезания [5, 11...12, 15, 33 .37, 74...76J .
Наиболее значительные исследования выполнены в направлении определения показателей процесса изнашивания: изностойкости металлов и абразивности горных пород [5, - 11, 12, 14.Л5, 31 37,75..76] .
Исследования изнашивания металлических образцов различной формы при взаимодействии с горными породами с вращающимися закрепленными зернами абразива, с зернами незакрепленного абразива позволили -установить основные закономерности этого процесса. Износостойкость металлов и абразивность горных пород в этих исследованиях оценивалась по относительным сравнительным показателям.
Для прогнозирования ресурса рабочих органов дробилок по результатам испытаний на моделях необходимо изучение условий физического подобия как процессов изнашивания рабочих органов, так и взаимодействия их с перерабатываемой средой. Основы физического моделирования процессов взаимодействия рабочих органов горных и строительных машин с перерабатываемой средой с использованием теории размерностей сформулированы в работах [15, 16, 19, 32, 35, 37, 77...80] .
На основе анализа размерностей нами [19] были установлены условия физического подобия процесса абразивного изнашивания рабочих органов дробилок. Удельный расход Рд (удельный износ J) рабочих, органов в граммах изношенного металла на тонну перерабатываемого материала есть функция следующих параметров.
Ряд наших теоретических и экспериментальных исследований на моделях, организованных с учетом соблюдения условий физического подобия процессов абразивного изнашивания, позволил установить основные особенности абразивного изнашивания деталей горных машин, которые сводят к следующим положениям [19,81.-84].
Для существующих размерных рядов горных машин (в том числе и дробильного оборудования) характерно наличие физического подобия процесса абразивного изнашивания; наиболее объективные результаты обеспечивают исследования этого процесса на физических моделях машин, поскольку при этом сохраняются неизменными как физико-механические свойства металла рабочих органов, так и взаимодействующих с ними кусков горных пород и руд.
Воспроизведение условий зимней эксплуатации для мо -делей дробилок связано со значительными техническими трудностями, поэтому наиболее целесообразно проводить исследования на существующих установках с назначением параметров исследований на основе теории размерностей и моделирования.
Весьма существенно при этом обеспечивать соблюдение температурных режимов в зоне фрикционного контакта, поскольку известно, что температуры до 600С мало снижают прочность сталей, свыше 600С приводят к существенному снижению прочности поверхностного слоя, а при 140G .1500C происходит плавление металла [35].
С целью определения факторов, влияющих на температурный режим пар трения, обобщены исследования моделирования трения и износа тяжелонагруженных тормозов [79]; путевых, строительных и дорожных машин, взаимодействующих с абразивной средой в различных режимах {87 .89]; изнашивание деталей горных машин [37] и дробильного оборудования 19,90].
В таблице 6. приведены факторы, учитывавшиеся различными авторами с целью воспроизведения температурного режима в контакте пар трения при моделировании процесса изнашивания.
Исследования изнашивания фрикционных пар тормозов приняты в основу выбора определяющих факторов по следующим соображениям.
Механизм взаимодействия кусков дробимого материала с рабочими органами конусных дробилок связан с торможением их в процессе сближения броней. При этом за еди-ничное, кратковременное взаимодействие происходит поглощение и рассеивание энергии; повторно - кратковременный режим взаимодействия является общим как для тормозов подъемно-транспортных машин [91], так и для дробильного оборудования [1, 5, 10, 15-.19, 24-.29, 37,41, 45...50, 90].
Другой общей особенностью работы тормозов и дробильного оборудования является нестационарность трения, обуславливающая необходимость соблюдения при моделировании ряда ограничений, связанных с воспроизведением на модели вида контакта, продолжительности теплового импульса и кинетической энергии торможения. Оба процесса характеризуется сложностью и неоднородностью моделей трения фрикционных пар.
Профилирование камеры дробилок мелкого дробления
Как было показано выше, современный промышленный уровень характерен тем, что эффективность работы технологических схем с дроблением определяется крупностью и гранулометрическим составом продукта дробилок мелкого дробления в значительной мере определяемых профилем камеры дробления.
Методики профилирования каме дробления дробилок мелкого дробления предлагались в разное время различными научными школами: В.А.Масленниковым [24], И.И.Блехманом [105], В.Д.Рудневым {106]; эти методы не учитывали неравномерность износа броней.
Профилирование с учетом формы броней, приобретаемой в результате изнашивания, предложено сотрудниками Криворожского горнорудного института [17,25 .29]. Существенным Недостатком этого метода являются высокая техническая сложность проектирования - профиля камеры дробления в виде ценной линии (катеноиды) и переменного по высоте камеры дробления угла захвата, значение которого предложено определять с учетом физико-механическими свойств дробимых руд.
Однако, основным недостатком этого способа, как и существующих конструкций броней (например, чертежи 1275.05.317 и 1275.07.415 Уралмаша), является недостаточно полный учет характера изнашивания броней на разных стадиях их изношенности, что приводит к постепенному увеличению длины параллельной зоны, уменьшению и исчезновению зоны дробления. Это обуславливает существенное ухудшение условий поступления материала - в дробилку, снижение пропускной способности и качества дробления. Наиболее заметно снижение эффективности дробления при переработке абразивных горных пород и руд, вызывающих интенсивное изнашивание броней.
Целью предлагаемого нами способа .является сохранение показателей эффективности процесса дробления ( производительности, степени дробления и др.), а также увеличение ресурса броней при переработке высокоабразивных материалов.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемой конструкции броней конусных дробилок мелкого дробления, камер дробления которых содержит зоны приемную, дробления, калибровки (параллельную), Форма и размеры приемной зоны обеспечивают компенсацию износа за счет обоснованного выбора ее параметров (высоты и угла захвата), учитывающих форму камеры дробления при изнашивании бронёй.
На рисунке 23 показаны основные параметры предлагаемых броней: 1 - рабочая поверхность брони неподвижной, 2 - рабочая поверхность брони конуса.
На рис.24 показаны формы камеры дробления/ образуемые неизношенными (а) и полностью изношенными (б) бронями существующей (1) и предлагаемой (2) конструкций.
Форма и размеры приемной зоны регламентируются, как правило, только размерами приемной щели на открытой и закрытой сторонах (і и на рис-23) в долях от размера d куска на входе и радиусом Л приемной щели на открытой и закрытой сторонах {В и Q на рис.23) в долях от размера d куска на входе и радиусом R брони чаши [24].
Многолетние наблюдения за характером изнашивания броней на предприятиях АО Уралнеруд и других организациях Уральского региона, обобщение опубликованных данных и результаты наших исследований позволили сформулировать принципы, обеспечивающие формулирование дробящего пространства конусных дробилок с учетом характера изменения последнего в процессе изнашивания.
Интенсивность изнашивания броней одного типа из стали 110Г13Л меняется в зависимости от условий эксплуатации, а характер изнашивания остается практически неизменным [108].
Анализ соотношений величин линейного износа броней в зонах дробления и калибровки показал, что это соотношение при переработке руд и гранитов Уральского региона находится в пределах от 1:4 до 1:6,17, в среднем 1:5,1.
Изучение характера изнашивания броней показало, что. качественная картина изменения формы камеры дробления вначале определяется исчезновением границ ("углов") между зонами, затем в результате более интенсивного изнашивания параллельной зоны и подъема конуса происходит постепенное уменьшение зон приемной и дробления (рис.24,6) и ухудшение условий поступления в дробилку дробимого материала.
Для устранения указанного недостатка приемная зона дробилок мелкого дробления в отличие от существующих конструкций имеет трапециевидное сечение, размеры которого регламентируются по высоте (-г0) и ширине {В1 и В на рис.23).
При выборе угла захвата использован известный принцип Л. В. Левенсона, применяемый при проектировании дробильных машин: угол захвата, сохранившейся на полностью изношенных бронях не должен быть больше двойного угла трения дробимого материала. В основу выбора угла захвата приемной зоны положены результаты исследований изменения коэффициентов трения при отрицательных температурах, позволяющие учесть реальные условия эксплуатации дробильного оборудования зимой.
Учтены основные результаты исследований В.Д.Руднева по выбору допустимого угла захвата камеры дробления от углов трения движения и углов между вектором скорости и нормалью к биссектрисе [106]. Использованы результаты исследований по изменению угла трения движения от угла трения покоя (рис.25, [106]). Обобщены результаты исследований В.И.Кляцкого по выбору углов захвата в зависимости от физико-механических свойств руд и пород [17,25 29].
Исследование стойкости крупных конусных дробилок в условиях АО Качканарский ГОК "Ванадий"
В корпусе крупного дробления дробильно-обогатительной фабрики N 1 Качканарского ГОКа, где осуществлялась проверка результатов диссертационной работы, двух стадийное крупное и редукционное дробление осуществляется в двух дробилках ККД-1.500/300А с последующим додрабливанием в пяти дробилках КРД-900/100 и трех дробилках КРД-700А; в корпусе крупного дробления N 2 использована дробилка ККД-1500/180А.
В период проверки - на Качканарском ГОКе перерабатывались титаномагнетитовые руды, из которых наиболее характерны пироксениты оливиновые мелкозернистой структуры (аж до 130 МПа, о-р = 8...10 МПа, Е= (3,2...4Д)-104 МПа, /=9...10, у0=3,16..3,6 г/см ) и мелкозернистые верлиты (СГдк = 127...145 МПа, хр до 14 МПа, Я-=И2...б,4)-104 МПа, /= 13...14, у- 3,4 г/см3 ). Общее содержание Si02& рудах - до 38,7%; содержания Si02 в химически несвязанном состоянии (в виде зерен кварца) практически не отмечено.
Основной целью исследований, выполненных в предыдущих разделах работы являлось увеличение межремонтного ресурса средних броней конусов дробилок ККД-1500/300А и ККД-1500/180; поскольку межремонтным ресурсом элементов броней определяются размеры эксплуатационных расходов и эффективность работы дробилок в целом. Межремонтный ресурс и периодичность замены броней конусных дробилок определяют также коэффициент, технического использования оборудования этих дробильных фабрик.
При исследованиях производительность дробилок ККД-1500/300A" составляла 2800...3700 т/ч при крупности исходной руды 1200 мм и крупности продукта дробления 0...350мм ( dca — 165 мм) .
Замена броней чаши осуществлялась раз в год; основной причиной замены являлось ослабление крепления броней. Количество замен броней конуса составляло: нижней - 1, средней 3-4 и более, верхней - 3-4 раза в год.
Дробилка ККД-1500/180 имела производительность 1500...3000 т/ч при крупности исходной руды до 1200 мм, средневзвешенном размере продукта дробления dcd= 100 мм.
Замена броней чаши производилась в среднем один раз в год, броней конуса верхней - 4, средней - 4, нижней - 2 раза.
Вторичное дробления осуществлялось в дробилках КРД-900/100 и КРД-700А, работающих с производительностью 720...1090 т/ч при средневзвешенном размере продукта 4 = 60...80 мм.
Замена броней независимо от их состояния проводилась на этих дробилках периодически в среднем через 8 месяцев.
По результатам наблюдений за эксплуатацией дробилок в условиях Качканарского ГОКа, обработки статистических данных по отказам наименее надежного звена рабочих органов (средней брони конуса), теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в работе, намечен ряд мероприятий, направленных на повышение ресурса этой детали.
В числе мероприятий имеются рекомендации организационного характера (ограничение поставки из карьера крупных - более 1000 мм - кусков руды в период ожидания резких изменений температуры); технологического характера (повышение точности изготовления сопряжения "бронь - конус", повышение качества и чистота обработки поверхностей этих деталей, соблюдения технологических требований к производству отливок и другие).
Экспериментальная проверка и оценка эффективности указанных мероприятий в. условиях эксплуатации затруднительна; полезность их несомненна, но количественная оценка практически невозможна ввиду значительного числа факторов, определяющих ресурс средних броней конуса.
Основными научно обоснованными и проверенными экспериментально на модели являются рекомендации по химическому составу броней (наличие в стали 1...1,2% никеля, низкое содержание углерода по отношению к содержанию марганца).
Промышленной проверкой последних рекомендаций (низкое относительное содержание углерода по отношению к марганцу, а также более высокая, культура производства отливок) осуществлена при замене 1986-87 гг. дробилок ККД-1500/300 на усовершенствованные образцы ККД-1500/300A, в которых средние брони выполнены в соответствии с чертежами из высокомарнацовистой стали 115Г14Л. Ресурс средних броней, поставленных заводом - изготовителем (УЗТМ) в комплексе с дробилками составил 3,4...5,7 месяцев и заметно (на 22%) превысил ресурс броней, изготовляемых Качканарским заводом по ремонту горного оборудования, характеризующимся 3,1-3,3 отказами в год, что соответствует ресурсу 3,6-3,8 месяцев.
Влияние технологических факторов оценивается ориентировочно по данным табл.4.
Сравнение данных табл.4 по числу замен средних броней конуса крупных конусных дробилок ККД-1500/300 в периоды 1974-80 гг. и ККД-1500/ЗООА в 1982-88 гг. показывает, что среднее число, замен в последние годы несколько увеличилось (с 3-х до 3,1-3,3 замен в год , на 7%).
Поскольку причинами этого могут быть как колебания объемов дробления руды на ДОФ, так и введение в 1980—82 гг. плазменного нагрева броней перед механической обработкой их, выполнено обобщение опыта применения той технологии на других предприятиях (карьерах "Микашевичип Брестской обл., Курманском каменно-щебеночном и др.). Выполнен обзор отечественной и зарубежной литературы по производству, термической и механической обработке деталей из высокомарганцовистой стали [31, 32, 94, 96-100, 103].
Установлено, что применение плазменного нагрева средних броней приводит к нарушению структуры аустенитной стали. При закалке на аустенит осуществляется постепенный нагрев деталей от температуры посадки в печь до 700 С, после двухчасовой выдержки нагрев производится до температуры 1050-1100 С, а после 2,0-2,5 часовой выдержке производят резкое охлаждение в воде..
При нагреве деталей плазматроном перед механической обработкой температура у сопла плазменной горелки достигает 15000-18000 С, температура местного нагрева обрабатываемой детали значительно превышает температуру термообработки, а затем происходит постепенное охлаждение ее на воздухе.