Введение к работе
Актуальность проблемы. Для горнодобывающей промышленности, вляющеися одной из ведущих отраслей производства, важными задачами вляются совершенствование оборудования и условий его эксплуатации, азработка принципиально новых машин и агрегатов для новых техноло-ий.
Барабанные сыпучесредные агрегаты принадлежат к числу одних из аиболее распространенных машин на горно-добывающих предприятиях гермин "сыпучесредные" использован в данной работе, чтобы отделить ассматриваемые агрегаты от барабанных мельниц). К ним относятся ба-абанные смесители и сушильные барабаны закладочных комплексов, ба-абанные смесители, окомкователи и грохоты горно-обогатительных ком-инатов. Наибольшие размеры из них имеют барабанные окомкователи ->х L до 4,2 х 24 м.
Применявшиеся в практике конструирования машин барабанного ти-а методы расчета нагрузок на привод и опоры являются приближенными, ак как не учитывают в полной мере особенности движения сыпучего мате-иала во вращающемся барабане. Конструктивная разработка вновь пробируемых барабанных агрегатов (особенно с увеличением их размеров) ребует более точных методик, поскольку нельзя считать рациональной омпенсацию погрешностей расчета увеличением резерва мощности приво-а и запасов прочности.
Перспективным представляется также решение задач разработки ринципиально отличающихся барабанных агрегатов для новых техполо-їческих процессов, улучшения условий эксплуатации этих машин путем сследования причин вибраций и конструирования аппаратов для борьбы с апологическими выбросами агрегатов.
Цель работы. Совершенствование конструктивных решений барабан-ых сыпучесредных агрегатов и условий их эксплуатации на базе развития :оретических основ расчета энергосиловых параметров и конструировали.
Методы исследований. При выполнении теоретического исследования пользовались основные положения динамики отдельных тел, теории іижєния сыпучих сред, теории подобия, методы аналитического и числен-эго решения дифференциальных уравнений на современных вычислитель-лх машинах.
Экспериментальные исследования проводились с использованием ме-)дов физического моделирования процессов и агрегатов, фото- и кино-іафирования, осциллографирования с применением известных методов Зработки экспериментальных данных.
Научная новизна
- Получена математическая модель движения единичного тела во тщающемся барабане, реализация которой на ЭВМ позволила построить
обобщающие диаграммы для определения характерных точек траєкторні тела при различных скоростных режимах, а также границ между режимами
Предложен новый критерий подобия для сравнения скоростных ре жимов агрегатов барабанного, типа с различной загрузкой, учитывающи; коэффициент внутреннего трения обрабатываемого материала, без чего ее поставление режимов может приводить к ошибкам величиной до 50 %.
Для движения сыпучей массы в барабане определены параметрі структурных зон загрузки при водопадном режиме и предложены нова схема перехода частиц в фазу полета и определение границы между каскад но-водопадным и водопадным режимами.
Получены эмпирические зависимости характеристик сечения загруз ки (площадей сечения и его частей, величин и положений радиус-векторо их центров тяжести) от частоты вращения и степени заполнения барабана.
Экспериментально установлены критериальные границы между скс ростными режимами барабанных агрегатов.
Выполнен анализ влияния силовых явлений в движущемся матери;' ле на нагрузку на привод и опорно-ходовую систему барабана.
Установлена связь между изменением направления силы трения зубчатом зацеплении барабана и колебаниями величин опорных реакциі вызывающих вибрации агрегата.
Практическое значение
Разработаны научно обоснованные методики расчета нагрузок н привод и опорные ролики барабанных сыпучесредных агрегатов, а такж определения конструктивных параметров очистного устройства, позве ляющие повысить точность расчетов и уменьшить запасы мощности npt вода и прочности конструктивных элементов.
Данные о закономерностях движения материала во вращающемся бг рабане могут быть использованы при оценке технологических возможне стей барабанных агрегатов при различных режимах.
Выявлены основные причины вибраций барабанов с зубчатым прі водом, что дало возможность выработать рекомендации по типу привод барабанных агрегатов и составляющих его элементов.
Разработан фрагмент расчетной части САПР барабанных машин, пс зволяющий решать оптимизационные задачи конструирования.
Сконструирован барабанный агрегат горячего окомкования, дающи возможность совместить несколько технологических операций, существе! но сократить количество машин в технологической линии производств окатышей и повысить качество последних за счет исключения операци транспортирования и перегрузки.
Для повышения экологичности эксплуатации технологических лини с барабанными сыпучесредными агрегатами разработаны защищенные пі тентами способ очистки газов и конструктивные решения мокрых пылеулс вителей барботажного типа и адсорберов.
Результаты работы могут быть использованы в практике конструиро-ания и эксплуатации аналогичных агрегатов металлургического произ-о детва.
Основные научные положения
-
Математическая модель движения единичного тела и аналитиче-кие и эмпирические зависимости движения сыпучей массы во вращающемся барабане, являющиеся базой для анализа силовых явлений в за-рузке барабана.
-
Безразмерный критерий динамического подобия скоростных режи-юв барабанов, базирующийся на условии неизменности отношения силы рения, создаваемой центробежной силой, к силе гравитации.
-
Математические методы оценки влияния совокупности силовых яв-:ений в загрузке и конструктивных узлах барабана на энергетические ха-іактеристики барабанных сыпучесредных агрегатов.
-
Механизм возникновения вибраций агрегатов барабанного типа с убчатым приводом, обусловленный колебаниями величин опорных реак-щй, вызываемых изменением направления силы трения в зубчатом зацеп-іении.
Реализация работы. Разработанная методика расчета нагрузок на іривод барабанных агрегатов использована при расчете приводов проектируемых Уралмашзаводом барабанного смесителя СБФ1 - 3,2 х 8 и барабанного окомкователя ОБ! - 3,6 х 14. Данная методика рекомендована для трактического применения в учебнике для вузов "Механическое оборудо-іание заводов цветной металлургии". В 3-х частях. Ч. 1. Прнтыкин Д.П. 'Механическое оборудование для подготовки шихтовых материалов". - М., 'Металлургия", 1988.
Выводы работы по причинам вибраций барабанных агрегатов и рекомендации по приводу переданы Уральскому заводу тяжелого машиностроения для совершенствования конструкций.
Предложенная конструкция пенного барботера, предназначенного для повышения экологичное барабанных агрегатов, прошла промышленные испытания на двух асфальтовых заводах РСО - Алания. Для ряда дробильных и асфальтовых заводов Северной Осетии и Кабардино-Балкарии предложены аппаратурные схемы систем газоочистки с использованием разработанных аппаратов.
Методика расчета энергосиловых параметров и узлов барабанных агрегатов с программным обеспечением используется в учебном процессе Северо-Кавказского государственного технологического университета.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на II Всесоюзной конференции по динамике крупных машин (Свердловск, 1971), научно-технических конференциях Уральского политехнического института (1973 - 1976), заседании Технического совета при главном инженере Уральского завода тяжелого машиностроения, заседании кафедры механического оборудования металлургических заводов
УПИ, II международной конференции "Безопасность и экология горні территорий" (Владикавказ, 1995), III международной конференш "Устойчивое развитие горных территорий (Владикавказ, 1998), заседани кафедры "Технологические машины и оборудование" и научн технических конференциях Северо-Кавказского государственного технол гического университета (Владикавказ, 1980 - 1999).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в м нографии, научных статьях в журналах "Известия вузов. Горный журнал "Известия вузов. Цветная металлургия", "Известия вузов. Черная мета лургия", в сборниках научных трудов УПИ и СКГТУ, в тезисах докладов и III международных конференций по развитию горных территорий.
По теме диссертации опубликована 31 работа, в том числе моногр фия, 27 статей, получено 3 патента РФ на изобретения.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключен) и 5 приложений, изложенных на 281 с. текста, и содержит 97 рисунков, таблиц, список литературы из 143 наименований.