Содержание к диссертации
Введение
1. Формирование нагрузок в дробильно-измельчительном оборудовании и показатели долговечности его основных узлов 15
1.1. Анализ процессов в камере дробления конусной дробилки и формирование нагрузок 15
1.1.1. Методика и стенд для исследования процессов натрушення в конусной дробилке с консольным валом 17
1.1.2. Формирование нагрузок в камере дроблешія.. 22
1.2. Эксплуатационная надежность основных узлов конусных дробилок 29
1.3. Характер нагрузок на футеровки в барабанной мельнице 42
1.4. Долговечность узлов барабанных мельниц 47
1.5. Выводы 52
2. Исследование и математическое описание нагрузок в дробильно-измельчительном оборудовании 54
2.1. Амплитуда и частота колебаний момента в зависимости от условий и режимов дробления 54
2.1.1. Анализ факторов, влияющих на формирование, момента на приводном валу 54
2.1.2. Статистический метод планирования эксперимента и уравнение регрессии для определения среднего максимума момента 59
2.1.3. Частота колебаний нагрузки в дробилке 80
2.2. Тангенциальные нагрузки в футеровках мельниц 83
2.3. Математическое описание процесса нагрукения дробильно-измельчительного оборудования 87
2.4. Выводы 96
3. Закономерности изменения нагрузок в основных узлах дробилок и мельниц 99
3.1. Функциональные зависимости для определения нагрузок в эксцентриковом узле 99
3.1.1. Силовой анализ эксцентрикового узла 99
3.1.2. Стенд и методика исследования сил трения в конусной дробилке с консольным валом . 107
3.1.3. Расчетная зависимость по определению реакции эксцентрикового узла III
3.2. Вероятностные характеристики нагрузок 115
3.3. Квазидетерминированная составляющая 129
3.4. Влияние процессов в камере дробления на нагружение эксцентрикового узла 137
3.4.1. Нормальные (гауссовы) случайные процессы . 139
3.4.2. Ненормальные (негауссовы) процессы 142
3.4.3. Нагрузки с учетом зазоров в эксцентриковом узле 144
3.5. Распределение усилий в эксцентриковом узле по высоте подшипника 148
3.5.1. Стенд и методика исследования 148
3.5.2. Закономерности распределения нагрузок. в эксцентриковом узле 154
3.5.3. Закономерности распределения давления в масляном слое эксцентрикового узла 164
3.6. Ударные нагрузки на футеровки мельниц 166
3.7. Выводы 169
4. Исследование структуры колебаний и моделирование нагрузок в конусной дробилке 172
4.1. Исследование периодичности структуры колебаний нагрузки 172
4.2. Воспроизведение по методу сглаживания колебаний нагрузки в дробилке 175
4.3. Цифровое моделирование стационарного процесса нагрукения конусной дробилки 180
4.4. Цифровое моделирование случайного процесса изменения нагрузок с регулярной составляющей 185
4.5. Выводы 188
5. Демпфирование нагрузок в основных элементах дробильно-измельчительного оборудования 190
5.1. Общие вопросы конструкционного демпфирования нагрузок в дробильно-измельчительном оборудовании 190
5.2. Рассеяние энергии на внутреннее и внешнее трение. 195
5.2.1. Теоретические оценки для узлов с упругим демпфирующим слоем 195
5.2.2. Оценка потерь на внешнее трение в эксцентриковом узле 197
5.2.3. Оценка потерь на внешнее трение в замковом соединении ребра футеровки 205
5.3. Снижение ударных нагрузок при податливом креплении ребра футеровки 209
5.4. Экспериментальная проверка эффективности демпфирования нагрузок в узлах дробилок и мельниц 210
5.4.1. Исследование демпфирования нагрузок в эксцентриковых узлах 210
5.4.2. Исследование решила маслосмазки в эксцентриковом узле с элементами демпфирования 221
5.4.3. Экспериментальная проверка демпфирования нагрузок на футеровках мельницы 223
5.4.4. Экспериментальное исследование процесса соударения шара и футеровки с податливым креплением 230
5.5. Выводы 233
6. Закономерности нагружения и динамика дробилки в установившемся режиме 235
6.1. Вывод уравнений динамики дробилки 235
6.2. Динамические нагрузки в приводе дробилки 241
6.3. Частные случаи решения динамики дробилки 251
6.4. Исследование динамики привода с использованием моделей случайных процессов 257
6.5. Выводы 28
7. Некоторые прикладные задачи, базирующиеся на основе разработанных методов 270
7.1. Формула для расчета среднего максимума циклической нагрузки на валу короткоконусной дробилки мелкого дробления 270
7.2. Разработка и оптимизация технологии баббитовой наплавки подшипников скольжения эксцентрикового узла 275
7.2.1. Методика и стенды 275
7.2.2. Исследование усталостной долговечности и свойств озвученного баббита 286
7.3. Эксплуатационные кривые усталостной долговечности и прогноз повышения сроков службы подшипников скольжения эксцентрикового узла 296
7.4. Эффекте понижения крупности продукта разгрузки КМД-2200 вследствие уменьшения зазоров в эксцентриковом узле 298
7.5. Определение оптимальных конструктивных параметров жестко закрепленных футеровок 302
7.6. Оптимизация конструктивных параметров податливо закрепленных футеровок барабанных мельниц по критерию удельного износа 309
7.7. Выводы 314
8. Рекомендации по использованию результатов исследований 316
8.1. Рекомендации по расчету нагрузок в узлах конусных дробилок 316
8.2. Рекомендации по использованию результатов исследований нагрузок в узлах барабанных мельниц 319
8.3. Конструктивное совершенствование дробильного оборудования 320
8.4. Разработка и внедрение ремонтных средств, повышающих долговечность конучных дробилок 331
8.5. Конструктивное совершенствование футеровок мельниц 335
8.6. Экономическая эффективность результатов исследовании 336
8.7. Выводы 338
9. Общие выводы и заключение 340
10. Литература 348
Приложения 372
- Методика и стенд для исследования процессов натрушення в конусной дробилке с консольным валом
- Анализ факторов, влияющих на формирование, момента на приводном валу
- Влияние процессов в камере дробления на нагружение эксцентрикового узла
- Оценка потерь на внешнее трение в замковом соединении ребра футеровки
Введение к работе
АКТУМЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В Постановлениях ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 272 (1970 год) и № 603 (1977 год), конкретизирующих дальнейшее развитие черной металлургии в соответствии с решениями ХХІУ и ХХУ съездов КПСС, уделяется большое внимание совершенствованию дробильно-измельчительного оборудования. Наряду с предъявляемыми высокими требованиями к качеству вновь создаваемых машин, в Постановлениях указывается на необходимость эффективного проведения работ по модернизации уже эксплуатируемого оборудования.
Операции дробления и измельчения являются наиболее энергоемкими в горно-обогатительной промышленности и их удельный вес в себестоимости концентрата достигает 70%. Эти операции полностью выполняются конусными дробилками и барабанными мельницами - наиболее производительными оборудованием, успешно конкурирующим практически со всеми другими машинами, в которых используются иные принципы разрушения горных пород. Объем перерабатываемого материала дробилками и мельницами составляет свыше 1,5 млрд. тонн в год.
В настоящее время в Криворожском бассейне 300 шаровых мельниц ежегодно расходуют 37 тысяч тонн футеровочной стали на сумму свыше 12 млн.рублей, а стоимость ремонтов одних только подшипников скольжения эксцентриковых узлов конусных дробилок превышает 0,5 млн.рублей. Значительны потери от простоев дробилок и мельниц на ремонтах. Из-за резкого снижения долговечности ряда узлов
8 вследствие роста нагрузок не находит широкого применения в промышленности интенсификация работы конусных дробилок, значительно понижающая крупность дробленого продукта, что в условиях огромных масштабов переработки сырья могло бы дать по стране свыше 20 млн. рублей годовой экономии.
Согласно прогнозам, сделанным Механобрчерметом и другими организациями, дробильно-измельчительное оборудование не претерпит коренных принципиальных изменений в течение ближайших двадцати лет, так как нет идей, которые в течение этого срока могли бы быть воплощены в жизнь и вытеснить эксплуатируемое в настоящее время оборудование. Учитывая уникальность, крупные габариты конусных дробилок и барабанных мельниц, очень важным является совершенствование конструкций, повышение долговечности и надежности машин без дополнительных капитальных затрат. В соответствии с решениями ХХУІ съезда КПСС режим всемерной экономии становится крупнейшей научно-технической, производственной и социальной проблемой.
Установление закономерностей нагружения, и, как следствие, коренное совершенствование конструкций и повышение долговечности тя-желонагруженных узлов дробильно-измельчительного оборудования является весьма актуальным, так как низкие сроки службы основных элементов машин служат препятствием на пути повышения производительности конусных дробилок и барабанных мельниц. Возможности повышения долговечности ограничены отсутствием научно обоснованных направлений исследования, которые неизбежно должны базироваться на оптимальных теоретических моделях.
Таким образом, разработка научных основ формирования нагрузок в изнашивающихся узлах,дробильно-измельчительного оборудования с целью повышения их долговечности является актуальной и крупной научной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.
ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ являются конусные дробилки среднего и мелкого дробления КСД-2200Гр, КСД-2200Т, КМД-2200Гр, ЩЦ-2200Т,
9 Щ-2200/400, ЩЦ-2200/600 и барабанные мельницы МШР и ММС. Только на горно-обогатительных предприятиях министерств черной и цветной металлургии рассматриваемые машины перерабатывают до 0,5 млрд тонн горной массы ежегодно. Вместе с тем полученные в диссертации научные результаты по расчету нагрузок распространяются и на весь ряд короткоконусных дробилок, включая КМД-600, ЩЦ-750, КЦЦ-900, ЩЦ-І200 и КМД-І750, которые эксплуатируются на предприятиях строительной индустрии и при переработке горно-химического сырья.
ПРЕДМЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ является процесс формирования нагрузок при взаимодействии рабочих органов с полезным ископаемым. Характерной особенностью конусной дробилки, в отличие от щековой является непрерывный процесс дробления. Однако, во многих случаях нагрузка имеет, как и у щековой дробилки, циклический характер.Возникает вопрос, почему появляется эта циклическая составляющая, полностью определяющая специфический усталостный характер износа деталей эксцентрикового узла и привода? Как установить зависимость между характером нагружения и долговечностью основных узлов? И, наконец, как воздействовать на процесс нагружения узлов дробилок и мельниц, чтобы понизить эффект пиковых нагрузок и насколько реально осуществить это в многочисленном парке эксплуатируемых в настоящее время конусных машин и барабанных мельницах?
Ответом на эти вопросы может служить установление закономерностей в нагрузках на основные элементы дробильно-измельчительного оборудования.
Использование для этих целей известных гипотез дробления Риттингера /4/, Кика-Кирпичева /125,12б,232,233/,Браха /220/,Бонда /218,219/ не дает желаемого результата.
В развитие общей теории и практики дробильно-измельчительного оборудования значительный вклад внесли Д.И.Беренов, В.А.Бауман, В.А.Олевский, С,А.Панкратов, Д.К.Крюков, С.Ф.Шинкоренко, Ю.А.Муй-земнек, Б.В.Клушанцев, и другие ученые. Их работы посвящены реше-
нию фундаментальных проблем совершенствования конструкций и коренному улучшению технологических показателей машин.
Важное место в совершенствовании конструкций и теории расчета конусных дробилок занимает школа проф. С.А.Панкратова (В.С.Ушаков, М.В.Егоров, Р.К.Рыжиков, A.M.Осадчий, С.Г.Толстов, В.П.Шедов, В.Н.Лазарев, В.И.Тагасов и др.).
В настоящее время проводится интенсивная исследовательская работа по снижению крупности дробленого продукта путем интенсификации числа качаний конуса /9,171/ повышения эффективности замкнутого цикла /173/, оптимизации камеры дробления по критерию износа броней и по снижению крупности дробленого продукта /21,111,112,130,131,137, 138,142/, повышению эффективности конструкций дробилок и мельниц /10,28,116,119,120,121,144,145,190,202,203,215/.
Теоретические и экспериментальные исследования Д.И.Беренова, Ю.А.Муйземнека, С.А.Панкратова и его учеников явились основой для построения ряда зависимостей, позволяющих рассчитывать силы инерции и анализировать силовое взаимодействие деталей эксцентрикового узла /105,155...160,181,192/. Достаточно подробно решен вопрос расчета усилий в дробилке при попадании недробимого тела в камеру дробления /96/.
Графоаналитический метод расчета усилий на футеровки мельниц разработал Д.К.Крюков /134,135,136/.
Однако вопросы повышения долговечности дробильно-измельчитель-ного оборудования практически выпали из поля зрения заводов-изготовителей и исследователей. Главной причиной, на наш взгляд, является недостаточная изученность нагрузок в конусных дробилках и барабанных мельницах из-за относительно сложного в теоретическом отношении рабочего процесса и разнообразия условий эксплуатации.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - повышение долговечности и эффективности дробильно-измельчительного оборудования на базе разработанных научных основ формирования нагрузок в изнашивающихся узлах.
В этой связи в работе поставлены и решены следующие задачи:
установление и научное обоснование условий возникновения в случайном процессе нагружения дробилок и мельниц периодической составляющей, которая реализуется в переменные динамические нагрузки на элементы машин;
исследование влияния нагружения на долговечность узлов;
разработка математического описания нагрузок, исследование их структуры и моделирование на ЭВМ динамических процессов;
разработка методов гашения циклических нагрузок и разработка теоретических оценок эффективности демпфирования;
разработка методов повышения долговечности и качества машин на основе выявленных закономерностей нагружения.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Задачи, поставленные в работе, предопределили необходимость создания методов экспериментальных исследований и комплекса из девяти испытательных машин и стендов, два из которых являются изобретениями. Комплексный метод исследований, включающий лабораторные, стендовые и промышленные эксперименты, выполнялсяь при факторном планировании экспериментов с использованием ЭВМ, а теоретический анализ и научное обобщение базировались на теории подобия, теории случайных фзшкций, теории рассеяния энергии при циклических нагрузках, а также на результатах натурных и опытно-промышленных испытаний.
ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ подтверждается обоснованностью принятых исходных предпосылок, высокими значениями показателей тесноты статистической связи в полученных уравнениях регрессии, сходимостью теоретических исследований и лабораторных экспериментов с данными промышленных испытаний и с данными других исследователей.
НОВИЗНА НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ:
разработаны научные основы формирования нагрузок в дробиль-но-измельчительном оборудовании и доказано, что нагружение изна-
12 шивающихся узлов представляет собой случайный процесс с квазидетер-минированным циклическим изменением среднего значения. Математическое описание такого процесса в виде произведения случайной и регулярной функций, где регулярная функция аппроксимируется тригонометрическим полиномом, позволяет изображать любую форму импульса нагрузки;
разработаны зависимости для расчета нагрузок в изнашивающихся узлах конусных дробилок при циклическом изменении математического ожидания случайного процесса, а также для гауссовых и негауссовых процессов в тех частных случаях, когда циклическая составляющая имеет необолыпую амплитуду колебаний по сравнению с математическим ожиданием случайного процесса;
разработаны оценки эффективности гашения пиковых нагрузок в узлах конструкционного демпфирования дробилок и мельниц;
разработанные новая цифровая модель системы привода дробилки и метод исследования динамических процессов в ней позволяют изучать влияние воздействия случайных процессов нагружения с циклической составляющей на динамику привода и нагрузки в изнашивающихся узлах. Реализация случайных процессов моделируется в ЭВМ по алгоритму, адекватно отражающему реальные возмущающие воздействия;
разработан метод определения влияния на коэффициент динамичности импульса любой формы регулярной функции в случайном процессе нагружения дробилки, что позволяет оценивать эффективность распределителей питания;
разработан принцип оптимизации шага и высоты футеровок шаровых мельниц первой стадии измельчения по критерию удельного износа и определены оптимальные параметры как жестко, так и податливо закрепленных футеровок, позволяющие повысить производительность мельницы на 8/о (ребристые футеровки) и повысить долговечность футеровок на 10... Ш;
выявлено влияние кинематических особенностей дробилок, крепос-
ІЗ ти руды, производительности, размера среднего куска и размера разгрузочной щели на максимумы и частоту регулярной функции и построены характеристики усталостной долговечности подшипников скольжения эксцентриковых узлов.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ заключается в следующем: полученные результаты легли в основу новых методов расчета нагрузок и новых конструктивных решений, изложенных в "Методике расчета нагрузок в эксцентриковых узлах дробилок КМД, КМДТ-2200 с прогнозированием долговечности деталей" и "Инструкции по расчету оптимальных конструктивных параметров футеровок мельниц", утвержденных МЧМ УССР и внедренных в практику проектно-конструкторских и ремонтно-эксплуатационных организаций отрасли. Разработан инженерный метод расчета характеристик усталостной долговечности подшипников скольжения эксцентрикового узла, позволивший планировать расход запасных деталей. Оптимизирован новый технологический процесс изготовления подшипников скольжения, обеспечивающий повышение усталостной долговечности в 2...3 раза. Семнадцать конструктивных решений признаны изобретениями.
АВТОРОМ ЗАЩИЩАЮТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:
Нагружение изнашивающихся узлов конусных дробилок и барабанных мельниц представляет собой случайный процесс с квазидетер-минированным циклическим изменением среднего значения и описывается в виде произведения случайной и регулярной функций, где регулярная составляющая обусловлена кинематическими особенностями машин, проявляющимися при взаимодействии рабочих органов с полезным ископаемым. При паспортных режимах работы циклическая составляющая имеет место при любых распределителях питания загрузочных устройств.
Математическая модель дробилки, для котрой в качестве входных параметров используются выработанные по алгоритму адекватные реальным нагрузкам по математическому ожиданию и спект -
14 ральной плотности реализации, позволяет оценивать влияние за -грузочных устройств на динамику привода и нагрузки в изнашивающихся узлах.
Для дробилок, оснащенных тарельчатыми распределителями питания, максимумы циклической составляющей нагрузки с преобладающей частотой, совпадающей с частотой качаний конуса, закономерно возрастают с ростом крепости и крупности перерабатываемого материала, производительности по исходному питанию, с ростом размера основания конуса и с уменьшением размера разгрузочной щели, а максимумы циклической тангенциальной нагрузки на футеровки мельниц существенно зависят от соотношения шага и высоты футеровок.
Циклическая составляющая процесса нагружения определяет характер кривых усталости конического и цилиндрического подшипников скольжения конусных дробилок, например КМД, КМДТ-2200.
Повышение долговечности и эффективности дробилок и мельниц в условиях циклических нагрузок обепсечивается упруго-фрикционным креплением изнашивающихся узлов совместно с использованием новых конструктивных решений, а также новым технологическим процессом изготовления подшипников скольжения дробилок и оптимизацией шага и высоты футеровок мельниц первой стадии измельчения
по критерию минимального износа на единицу массы перерабатываемого материала.
РАБОТА ВЫПОЛНЕНА в Криворожском горнорудном институте.
Методика и стенд для исследования процессов натрушення в конусной дробилке с консольным валом
В этой связи в работе поставлены и решены следующие задачи: установление и научное обоснование условий возникновения в случайном процессе нагружения дробилок и мельниц периодической составляющей, которая реализуется в переменные динамические нагрузки на элементы машин; исследование влияния нагружения на долговечность узлов; разработка математического описания нагрузок, исследование их структуры и моделирование на ЭВМ динамических процессов; разработка методов гашения циклических нагрузок и разработка теоретических оценок эффективности демпфирования; разработка методов повышения долговечности и качества машин на основе выявленных закономерностей нагружения. Задачи, поставленные в работе, предопределили необходимость создания методов экспериментальных исследований и комплекса из девяти испытательных машин и стендов, два из которых являются изобретениями. Комплексный метод исследований, включающий лабораторные, стендовые и промышленные эксперименты, выполнялсяь при факторном планировании экспериментов с использованием ЭВМ, а теоретический анализ и научное обобщение базировались на теории подобия, теории случайных фзшкций, теории рассеяния энергии при циклических нагрузках, а также на результатах натурных и опытно-промышленных испытаний.
Подтверждается обоснованностью принятых исходных предпосылок, высокими значениями показателей тесноты статистической связи в полученных уравнениях регрессии, сходимостью теоретических исследований и лабораторных экспериментов с данными промышленных испытаний и с данными других исследователей. разработаны научные основы формирования нагрузок в дробиль-но-измельчительном оборудовании и доказано, что нагружение изна 12 шивающихся узлов представляет собой случайный процесс с квазидетер-минированным циклическим изменением среднего значения. Математическое описание такого процесса в виде произведения случайной и регулярной функций, где регулярная функция аппроксимируется тригонометрическим полиномом, позволяет изображать любую форму импульса нагрузки; разработаны зависимости для расчета нагрузок в изнашивающихся узлах конусных дробилок при циклическом изменении математического ожидания случайного процесса, а также для гауссовых и негауссовых процессов в тех частных случаях, когда циклическая составляющая имеет необолыпую амплитуду колебаний по сравнению с математическим ожиданием случайного процесса; разработаны оценки эффективности гашения пиковых нагрузок в узлах конструкционного демпфирования дробилок и мельниц; разработанные новая цифровая модель системы привода дробилки и метод исследования динамических процессов в ней позволяют изучать влияние воздействия случайных процессов нагружения с циклической составляющей на динамику привода и нагрузки в изнашивающихся узлах. Реализация случайных процессов моделируется в ЭВМ по алгоритму, адекватно отражающему реальные возмущающие воздействия; разработан метод определения влияния на коэффициент динамичности импульса любой формы регулярной функции в случайном процессе нагружения дробилки, что позволяет оценивать эффективность распределителей питания; разработан принцип оптимизации шага и высоты футеровок шаровых мельниц первой стадии измельчения по критерию удельного износа и определены оптимальные параметры как жестко, так и податливо закрепленных футеровок, позволяющие повысить производительность мельницы на 8/о (ребристые футеровки) и повысить долговечность футеровок на 10... Ш; выявлено влияние кинематических особенностей дробилок, крепос ІЗ ти руды, производительности, размера среднего куска и размера разгрузочной щели на максимумы и частоту регулярной функции и построены характеристики усталостной долговечности подшипников скольжения эксцентриковых узлов. Заключается в следующем: полученные результаты легли в основу новых методов расчета нагрузок и новых конструктивных решений, изложенных в "Методике расчета нагрузок в эксцентриковых узлах дробилок КМД, КМДТ-2200 с прогнозированием долговечности деталей" и "Инструкции по расчету оптимальных конструктивных параметров футеровок мельниц", утвержденных МЧМ УССР и внедренных в практику проектно-конструкторских и ремонтно-эксплуатационных организаций отрасли. Разработан инженерный метод расчета характеристик усталостной долговечности подшипников скольжения эксцентрикового узла, позволивший планировать расход запасных деталей. Оптимизирован новый технологический процесс изготовления подшипников скольжения, обеспечивающий повышение усталостной долговечности в 2...3 раза. Семнадцать конструктивных решений признаны изобретениями. Нагружение изнашивающихся узлов конусных дробилок и барабанных мельниц представляет собой случайный процесс с квазидетер-минированным циклическим изменением среднего значения и описывается в виде произведения случайной и регулярной функций, где регулярная составляющая обусловлена кинематическими особенностями машин, проявляющимися при взаимодействии рабочих органов с полезным ископаемым. При паспортных режимах работы циклическая составляющая имеет место при любых распределителях питания загрузочных устройств.
Анализ факторов, влияющих на формирование, момента на приводном валу
Разрушение материала в дробилке идет непрерывно под действием циклически сближающихся конусов, причем дробимый материал в камере находится в различных стадиях разрушения: смятие кромок, раскалывание по одной, по нескольким трещинам, спрессовывание мелких кусков. Большое количество независимо действующих друг от друга разрушающих усилий вносит элемент случайности в процесс, а сама специфика разрушения делает процесс негладким, скачкообразным. При односторонней загрузке, а также при дроблении группы крупных кусков установлена ярко выраженная пульсация нагрузки, соответствующая качаниям подвижного конуса. Пульсация возрастала до 2-4 кратной величины по отношению к частоте качаний конуса при дроблении крупнокускового материала.
Частота колебаний бывает переменной на длительных промежутках времени (100...200 периодов качаний конуса и более), что объясняется попаданием в камеру дробления новой совокупности кусков. На небольших интервалах, когда дробится одна и та же совокупность кусков, частота остается постоянной.
Экспериментом подтверждено, что в частных случаях реализации процесса дробления могут быть разбиты на отдельные участки с постоянными вероятностными характеристиками, и процесс дробления при установившемся режиме может рассматриваться как стационарный.
Установлено, что циклическая составляющая сопутствует большинству режимов дробления. Каждый крупный кусок дробится несколько раз, создавая пульсацию нагрузки с частотой качаний конуса. В зависимости от расположения других кусков по периферии камеры дробления идет несколько самостоятельных реализаций с частотой пульсаций, равной частоте качаний. Их суперпозиция и вызывает 2-4 кратное повышение частоты нагружений камеры дробления.
В результате исследования на стенде было установлено, что при неизношенных бронях подвижного и неподвижного конусов без эллипсности, небольших производительностях (до 0,5 Qmax), однородном исходном материале с размером наибольших кусков не более 2-3 размеров щели и равномерным распределением руды по периметру, нагрузка пульсаций практически не имеет (рис. 1.5 а).
Затем на стенде изучался следующий режим. Брони на подвижном и неподвижном конусах по-прежнему устанавливались неизношенные, а материал подавался не равномерно по периметру, а в одну точку (рис. 1.5 б), в две и три точки ( рис. 1.5 в и г).
В натурной машине используется распределительная плита для равномерной подачи материала по периметру камеры дробления. Однако ее воздействие на руду не всегда эффективно. При малых количествах подаваемая руда идет в зону дробления в одном направлении. Когда количество подаваемой руды приближается к пропускной способности дробилки,общий поток начинает разбиваться распределительной плитой на несколько мелких потоков. Причиной является наличие в продукте питания кусков большого размера, которые начинают сжиматься конусами в верхней части камеры дробления, где плечо невелико, сдерживают поступление материала, а более мелкий материал проскальзывает мимо зависающего в верхней зоне и проходит сквозь зону дробления с минимальным количеством зажатий.
Чем мельче материал, тем при нормальных производительностях спокойнее работает дробилка. Однако с повышением количества питания может наступить так называемый режим подпрессовки, когда мелочь дробится в замкнутом объеме без создания разрыхления и увеличения объема - в результате спрессовывается, и нагрузка катастре-фически возрастает. Такие режимы работы не являются нормальными, они недолговременны, так как машина останавливается из-за срабатывания защиты через 5...10 минут работы, а в более тяжелых случаях и быстрее.
Подпрессовка и подобное нагружение имеет место и тогда, когда в силу каких-либо причин перекрывается разгрузка дробилки (например, залипание разгрузочной щели при дроблении влажных и заснеженных руд).
Наиболее неблагоприятным режимом работы конусной дробилки среднего и мелкого дробления является односторонняя загрузка (рис. 1.5 б). Здесь пики нагрузок значительно превышают средние значения, в то вреда как на определенном участке дробящие конуса работают практически вхолостую, что при наличии больших инерционных масс и зазоров приводит к большим динамическим нагрузкам. Именно такой режим работы сравнительно часто встречается у дробилок КМД-2200, эксплуатируемых в Кривбассе.
В целом, подводя итог вопросам формирования нагрузок в неиз-ношенной камере дробления, можно сделать вывод, что распределение руды по периметру подвижного конуса в номинальных режимах работы в условиях переработки железных руд на горно-обогатительных комбинатах Криворожского бассейна отличается неравномерностью, нагрузки характерны пульсацией, определяемой частотой качаний конуса.
Влияние процессов в камере дробления на нагружение эксцентрикового узла
Процесс разрушения ускоряется высокими начальными напряжениями в слое баббита /198/, низкой прочностью сцепления баббита с телом втулки из-за несовершенной технологии производства и чрезмерными контактными давлениями вала /56,57/, а также большими зазорами в сопряжениях внутреннего и внешнего подшипников и наличием раковин на поверхности, что установлено исследованиями на цилиндрических и конических втулках на дробилках КМД-2200 (ЦТОК).
Кроме того, усталостное выкрашивание баббита во втулках эксцентрикового узла в немалой степени обусловлено несовершенством наплавки втулок баббитом с использованием газокислородного пламени. Микроструктура наплавленного слоя получается крупнокристаллической, выгорает часть компонентов сплава и изменяется его химический состав. Рабочая поверхность втулки имеет раковины и пустоты - следы газовых включений. Применение заливки "в кокиль" для конической и цилиндрической втулок невозможно из-за окисления луженной поверхности и баббитового сплава, ухудшения приставания баббита и образования большого количества раковин вследствие крайне неблагоприятных условий газовыделения. Центробежная заливка втулок баббитом, широко применяемая при изготовлении вкладышей подшипников /207/, не имеет вышеперечисленных недостатков, однако она вызывает явление ликвации в жидком сплаве. Ликвацию устраняют путем быстрого охлаждения залитого сплава. Однако повышающаяся при этом вязкость сплава препятствует выделению газовых включений и образуются раковины.
Известно /209,224, 228,234/, что озвучивание жидких сплавов ультразвуком вызывает улучшение их макроструктуры при затвердевании вследствие дегазации сплава, повышает стойкость сплава против ликвации, улучшает микроструктуру и повышает ударную вязкость. После остывания в нем практически полностью отсутствуют внутренние напряжения /197/. Поэтому предложенный нами новый технологический способ заливки втулок баббитом /30/, сочетающий достоинства центробежного способа заливки втулок баббитом с преимуществами озвученного ультразвуком жидкого баббита, должен значительно повысить усталостную стойкость деталей эксцентрикового узла. Поскольку такое техническое решение является новым, необходимо провести его тщательное исследование в лабораторных условиях.
Таким образом, исследования убеждают нас в том, что усталостный характер износа основных деталей эксцентрикового узла является следствием специфики процесса нагружения дробилок.
Данные исследований 1968, 1972 и 1980 годов сроков службы деталей дробилок КСД, ЩЦ и ЗВДТ-2200 приводились к фактически отработанному времени и количеству переработанной горной массы. Наибольший интерес представляли результаты, полученные при дроблении руд со значительно отличающейся крепостью (ШТОК, j=16-18, ДТОК, f= 12-16; предприятия производственного объединения "Крив-бассруда", f =10-12).
В процессе исследования нами рассматривались биметаллические коническая, цилиндрическая втулки и сферический подпятник, направленные слоем баббита БЇ6, с последующей механической обработкой до требуемых размеров, а также зубчатая шестерня.
Собранные статистические данные были подвергнуты математической обработке. На рис. 1.8 приведены гистрограммы распределения отказов конических, цилиндрических втулок и зубчатых шестерен дробилок мелкого дробления, а на рис. I.9...I.I2 сроки службы конических и цилиндрических втулок дробилок КМД-2200. Оцесь наглядно заметно влияние крепости породы на долговечность деталей, что позволяет нагл принять рабочую гипотезу о возможности приближенной замены дробимости крепостью руды при расчете насдаск.
Для проведения анализа закономерностей выхода деталей из строя и поисков нового подхода к решению проблемы повышения долговечности деталей дробилок логично исследовать характер отказов машин и найти причинную связь с характером нагружения.
С этой целью наїли были более подробно изучены закономерности разрушения деталей как с точки зрения выяснения закона распределения отказов и нахождения параметров распределения, так и с точки зрения изучения самих повреждений.
Оценка потерь на внешнее трение в замковом соединении ребра футеровки
Однако на мельницах крупного измельчения с большим шагом фу теровок заданный угол наклона рабочей поверхности в 24 утолщает футеровку, уменьшает рабочий объем мельницы и снижает ее производительность, а литье имеет низкое качество и даже трещины в местах резкого перехода толщины от размера 47 ж до 178 мм/165/.
Максимальная ударная нагрузка на футеровку барабанной мельницы приходится в зоне пяты шаровой загрузки, где масса дробящих тел с измельчаемым материалом резко взаимодействует с набегающей футеровкой (рис. I.I8, Зона 2). Именно в этот момент и наблюдается наибольший износ за цикл. Поэтому для уменьшения ударно-истирающего воздействия шаров в зоне пяты футеровка должна иметь такие параметры (шаг и высоту), которые бы обеспечивали быстрое затормаживание шаров и оптимальную передачу усилия от футеровки к дробящей массе.
Создание ребристых футеровок позволило получить ударный решил работы дробящих тел и увеличение сцепления шаровой загрузки с футеровкой /195,196/. Такие футеровки имеют скорости износа на 15-20$ меньше, чем футеровки с непрерывным профилем, благодаря большему сцеплению дробящих шаров с профилем футеровки /196/, а также лучшими показателями микроструктуры и твердости /213/. Но они имеют и существенный недостаток - снижение производительности на 4-10$ в первые месяцы работы /196/. Это снижение нельзя объяснить только уменьшением рабочей поверхности футеровки, так как по данным Д. К. Крюкова /136/ непосредственно на поверхности футеровки измельчается около 2$ материала. По-видимому, снижение производительности обусловлено неправильным соотношением шага и высоты ребер, что доказано уже на мельницах самоизмельчения /88,135/, а для резиновых футеровок шаровых мельниц - фирмой Скега. Нами совместно с А.Г.Дербасом /42/ доказано это и для металлических футеровок шаровых мельниц.
При циклическом характере нагрузок в мельницах весьма эффективным является использование резиновых футеровок с эластичным (но не с жестким) крепленьем клиньев, поскольку жесткое крепление резины к планке снижает износ незначительно /231/. Благодаря эластичному креплению, использующему свойство демпфирования, снижается давление на единицу поверхности футеровки и повышается ее износостойкость по сравнению с жестким креплением резины более чем в 2 раза /117/.
Однако резиновые футеровки применимы только в мельницах тонкого измельчения диаметром до 3,6 метра, где исходным материалом служит мелкая руда и дробящие тела диаметром до 60...40 мм. Для мельниц первой стадии они непригодны, так как шары диаметром 60...125 мм обрывают клинья, а крупная руда острыми кромками режет и изнашивает резину. Б настоящее вреш резиновые футеровки признаны неработоспособными в условиях мельниц крупных диаметров,, и поэтому используются только металлические футеровки. Рекламные материалы по новым патентам /242/ еще не подтверждены достаточными промышленными испытаниями.
Поскольку нагрузки на футеровки мельниц представляют собой как и у дробилок, совокупность интенсивных циклических силовых воздействий, то в качестве рабочей гипотезы в нашей работе принимается возможность снижения максимумов циклической составляющей нагрузки путем использования эффекта поглощения энергии в конструкции металлической футеровки, что обеспечит значительное повышение ее износостойкости.
Решение этой задачи особенно необходимо для интенсивно внедряемых в настоящее время мельниц самоизмельчения. Как известно, на современных обогатительных фабриках до 40$ капитальных и текущих затрат приходится на операцию измельчения. Преимуществом самоизмельчения является снижение затрат на измельчительную среду (металлические шары и стержни), получение измельчительного продукта без примесей металла, возможность работы мельниц самоизмельчения на крупном материале до 250 мм, в результате чего во многих случаях исключается операция предварительного дробления, диаметры мельниц достигли уже 9... 10 метров и имеется тенденция к дальнейшему их росту, так как с ростом диаметра повышается производительность мельницы, отнесенная к затраченной энергии /116,216,238/ В ближайшие десятилетия самоизмельчение будет оставаться доминирующим, так как другие способы измельчения (в частности, мельницы роликового типа, планетарные, вибромельницы, противоточные струйные мельницы, а также пламенно-лучевые, плазменно-лучевые, высокочастотные индукционные или конденсаторные, ультравысокочастотные, высоко- и низкочастотные контактные и др.) еще не вышли за пределы лабораторных и полупромышленных установок /189, 210, 211/ и в ближайшие 20 лет мельницы, работающие на этих принципах, не достигнут производительности традиционных барабанных мельниц /242/.
