Введение к работе
Актуальность темы. Процессы дробления и измельчения широко используются во многих отраслях народного хозяйства. Они оказывают существенное влияние на технико-экономические показатели производства и качество готовых изделий и сырья. Резерв повышения эффективности производства заключается в модернизации технологического оборудования и совершенствовании технологических процессов.
Молотковые дробилки широко используются на стадиях среднего и мелкого дробления при разрушении породы с коэффициентом крепости до 12 по шкале М.М. Протодьяконова.
Слабым звеном в молотковой дробилке является рабочий орган, состоящий из вала, дисков и молотков. Из опыта работы горных предприятий известно, что срок службы молотков, в зависимости от перерабатываемого продукта, составляет от 170 до 530 часов. Такой срок службы приводит к большому количеству технических обслуживаний (около 20 ТО в год), повышенному расходу оборотных средств на закупку молотков. Повышение надежности работы молотков, дисков и вала в сочетании с простотой конструкции дробилки в целом сделает этот тип ударных машин одним из совершенных. Повышение эффективности использования дробилки может быть достигнуто за счет увеличения срока службы молотков до их предельного состояния и увеличения межремонтного периода.
Сложившаяся ситуация требует проведения дополнительных исследований по разработке улучшенной конструкции и созданию методики оценки остаточного ресурса рабочего органа. Это возможно с помощью применения методов неразрушающего контроля, которые позволяют оценивать остаточный ресурс оборудования (на основе замера вибросигнала), следовательно, оперативно определять текущее состояние рабочего органа, выявлять дефекты и выдавать рекомендации по срокам ремонта.
Таким образом, исследование рабочего процесса молотковой дробилки, разработка конструкции рабочего органа повышенной эффективности, определение фактического технического состояния рабочего органа, прогнозирование остаточного ресурса и снижение суммарных затрат на техобслуживание и ремонт являются актуальной научно-технической задачей, отвечающей потребностям практики горного производства.
Объект исследования: рабочий орган молотковых дробилок.
Предмет исследования: оценка напряженно-деформированного состояния рабочего органа и определение остаточного ресурса молотковых дробилок.
Цель работы – повышение эффективности работы молотковой дробилки за счет совершенствования конструкции и обоснования параметров рабочего органа.
Идея работы. Снижение массы и повышение производительности молотковой дробилки благодаря рациональным параметрам её рабочего органа.
Методы научных исследований. Использование достаточного объема статистической информации, характеризующей уровень эксплуатации элементов рабочего органа молотковой дробилки. При выполнении теоретических исследований использовались основные положения и методы теории подобия и моделирования, моделирование напряженно-деформированного состояния (НДС) рабочих элементов молотковой дробилки, анализ и обобщение научно-технической и патентной информации; при проведении экспериментальных исследований – положения теории надёжности, методы математической статистики и теории вероятностей, методы неразрушающего контроля.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Выбор рациональных геометрических параметров рабочего органа молотковых дробилок проводится на основе анализа результатов моделирования напряженно-деформированного состояния рабочего органа, с учетом фактических нагрузок, возникающих при дроблении глинистых пород.
2. Повышение долговечности и надежности рабочего органа обеспечивается за счет рационального применения схемы установки молотков на роторе, учитывающей геометрические параметры рабочего органа, определяемые конструкцией молотков и дисков.
3. Производительность молотковой дробилки определяется коэффициентом готовности и возрастает с увеличением межремонтного периода, который зависит от точности оценки остаточного ресурса рабочего органа.
Научная новизна результатов исследований заключается:
в составлении математической модели процесса дробления с учетом прямого и скользящего удара, позволяющей обосновать рациональные конструктивные параметры рабочего органа (ротора и молотка) молотковой дробилки, снизить ударные нагрузки на вал ротора и повысить ресурс машины;
в получении регрессионной модели уровня эксплуатационной надежности (износ рабочих поверхностей молотков) молотковых дробилок в зависимости от влияющих факторов (продолжительности работы и твердости материала);
в определении межремонтного периода, основанного на экспериментальных данных, полученных в реальных условиях;
в разработке методики и составлении программы для ЭВМ по расчету остаточного ресурса рабочего органа молотковой дробилки.
Достоверность научных положений, выводов и результатов исследования подтверждается: корректным использованием методов математического моделирования, методов статистической обработки экспериментальных данных, современного вычислительного оборудования и компьютерного программного обеспечения; применением современной виброизмерительной и регистрирующей аппаратуры; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, расхождение между которыми не превышает 7…10 %.
Практическая значимость работы состоит:
- в разработке конструкции рабочего органа;
- в моделировании нагрузок при расчете НДС рабочего органа (ротора и молотков) дробилки;
- в выработке рекомендаций по увеличению твердости поверхностного слоя молотков, что повышает эффективность молотковой дробилки;
- в предложении рациональной структуры ремонтного цикла молотковой дробилки для дробления бокситов.
Личный вклад автора заключается:
в организации, проведении и анализе результатов комплекса экспериментальных исследований; в сборе и обработке статистической информации, характеризующей показатели работы молотковых дробилок; в разработке конструкции элементов рабочего органа (молотка); в разработке структуры ремонта модернизированной конструкции дробилки; в оценке остаточного ресурса оборудования по данным вибродиагностики.
Реализация выводов и рекомендаций работы.
Предложенная рациональная конструкция рабочего органа молотковой дробилки рекомендуется предприятиям, использующим молотковые дробилки. Новая конструкция рабочего органа и методика оценки ресурса при помощи вибродиагностики внедрена на Краснооктябрьское бокситовое рудоуправлении АО «Алюминий Казахстана» (КБРУ) и АО «Соколовско-Сарбай-ское горно-обогатительное производственное объединение» (ССГПО).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научных технических и практических конференциях: «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» (Магнитогорск, 2009-2011 гг.); «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности. Чтения памяти В.Р. Кубачека» (Екатеринбург, 2009–2011 гг.); «Роль стратегии индустриально-инновационного развития Республики Казахстан в условиях глобализации: проблемы и перспективы» (Рудный, 2009 г.); «Творчество молодых – инновационному развитию Казахстана» (Усть-Каменогорск, 2011 г.); «Вклад молодежи в развитие науки Казахстана» (Костанай, 2011 г). Основные результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на научном семинаре кафедры «Транспорт и технологические машины» Рудненского индустриального института (Казахстан) и расширенном заседании кафедры «Горные машины и комплексы» УГГУ.
Публикации: По материалам диссертационной работы опубликовано 12 работ, в том числе 3 из перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, библиографического списка из 95 наименований и 8 приложений. Работа изложена на 165 страницах, в том числе содержит 29 таблиц, 55 рисунков и 8 приложений на 56 страницах.
