Введение к работе
"Основными направлениями экономического и социального развития на 1986-90 года и на период до 2000 года" предусматривается увеличение технической вооруженности труда, комплексная механизация и автоматизация производственных процессов, повышение качества продукции, неуклонное сокращение ручного труда, в особенности на вспомогательных и подсобных работах".
Динамическое и пропорциональное развитие горной промышленности требует постоянного совершенствования средств добычи, транспорта и передовой технологии. Создание новых прогрессивных средств транспорта и передовой технологии включает в себя составной частью совершенствование транспортных и технологических машин и аппаратов, определяющих непрерывную и эффективную работу всех систем горних предприятий.
Основными продуктами горных предприятий являются разнообразные по гранулометрическому составу, плотности и другім физико-механическим свойствам сыпучие материалы, подвергаемые в процессе извлечения и переработки операциям транспортирования, измельчения, сепарации, флотации, сушки и др.
Одним из эффективных средств совершенствования и создания принципиально новых транспортних и технологических машин является наложение на их рабочий орган высокочастотных силовых импульсов от Бибровозбудителя. Вибрационное воздействие на горную массу может качественно изменять её поведение в процессе обработки, вляять на возникшие в ней структурные связи, вызывать специфические вибрационные эффекты.
На современном этапе развития вибрационной техники наиболее эффективно создание вибромашин с непротяжонным рабочим органом камерного типа, размеры которого по длине, ширине и высоте соизмеримы. Такие машины по сравнении с вибромашинами, имеющими протяженный рабочий орган (например, виброконвейерами), более универсальны, надежны, легче поддаются расчету и конструированию по единым методикам.
Несмотря на кажущуюся простоту вибрационных машин, происходящие в них процессы сложны, многообразны и мало изучены. Обрабатываемая в них горная масса подвергается действии всесторон-
них нагрузок, претерпевает различные изменения, резко отличающиеся от статических и её состояние трудно описать аналитически. Это обстоятельство, наряду со сложностями динамического анализа вибромашин, как всякой вибрационной системы, создает определенные трудности при расчете и конструировании.
Большинство вибрационных машин камерного типа (вибрационные сепараторы, дробилки, мельнипы, сушилки , смесители и т.д.) эа исключением интенсификаторов из бункеров и вибропитателей, являются в настоящее время объектами новой техники и их промышленное освоение только начинается.
Несмотря на обширкыз .исследования и многочисленные публикации, производительность применяемых в настоящее время в горной промышленности вибромашин, качество получаемой в них горной массы недостаточны, а эффективность и масштабы применения сильно отстают от зарубежных показателей.
Создание высокопроизводительных, универсальных вибромашин сдерживается недостаточной надежностью и эффективностью их приводов, конструкция и параметры которых не учитывают специфических условий горных предприятий, отсутствием единых методов расчета вибромашин и их узлов, базирующихся на комплексной увязке уравнений динамики твердого тела, механики сыпучих сред и гидро-гвзоданйшіки, мачой изученностью процесса взаимодействия рабо--чего органа вибромашины с обрабатываемо" горной массой. Эти обстоятельства предопределяют постановку актуальной научной проблемы - разработка теории и создание новых высокоэффективных вибромашин для транспорта и переработки горной массы, которой и посвящена настоящая работа.
Работа выполнена в Московском институте приборостроения по государственному плану научно-исследовательских работ (план-программа ГК НТ при СМ СССР Постановление & 539 от 13 декабря 1982 года, этап 054.02) по отраслевым плонем Министерства удобрений, по планам научно-исследовательских работ института с Азербайджанским ГОКом, комбинатом "Фосфорит", Подмосковным ГХК, ПО "Минудоб-рения", Верхнє-Камским фосфоритным рудником, Брянским фосзаводом, Маардуским и Куйбышевским химзаводами, Государствоншм институтом горно-химического сырья, по планам по содружеству с институтами В1ШИСТР0ЙД0ШАШ, ШИИГС, ВПИИЖРОМАЙ, ВНШ'ІГОРИЖГМЕТ, СЗПИ, научным руководителем которых был автор.
4.
Цель работы
Установление закономерностей рабочих процессов вибрационных машин и их приводов для разработки теории и создания новых высокоэффективных вибромашин, обеспечивающих увеличение производительности, повышение качества переработки горной массы и улучшение условий труда на горных предприятиях.
Идея работы
Силы взаимодействия -горной массы с рабочим органом вибромашин зависят от глубины и характера распространения в ней колебаний, определенными с использованием квазитемпературы, а параметры привода вибромашины - от его показателя эффективности, определяемым как отношение кинетической энергии неуравновешенной массы вибровозбудителя к потребляемой им мощности.
Основные научные положения
-
Динамическая модель вибромашины характеризуется величиной давления, интегрально учитываемого по поверхности контакта рабочего органа с обрабатываемой горной массой и зависящего от глуби- ни и характера распространения колебаний в горной массе.
-
Вновь вводимый показатель эффективности привода вибромашин, определяемый как отношение кинетической энергии неуравновешенной массы привода, выполненного в виде добалаяса, ротора или поршня, к потребляемой приводом мощности, позволяет оптимизировать его конструктивные параметры по минимуму потребляемой мощности.
-
Обобщенный метод расчета вибромашин основан на экспериментальном определении коэффициента затухания колебаний в горной массе, использовании показателя эффективности привода вибромашины и физических моделей вибропроцессов.
Обоснованность и достоверность научных положений,
выводов и рекомендаций
Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в работе, обосновали использованием классических положили механики твердого тела, жидкости и газа, теории колебаний, применением современных методов решения диф5еренциалышх уравнений, сопоставлением расчетных показателей с опытными данными и результати^
испытаний опытных и опытно-промышленных образцов вибромашин.
Достоверность научных положений подтверждается согласована ностью результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными в лабораторных и промышленных условиях, опытом применения новых конструкций вибромашин и их приводов.
Научная новизна результатов работы, полученных автором диссер
тации^
-
Установлена закономерность распространения колебаний в горной массе с использованием метода квазитемпературы.
-
Сформулированы понятия удельного коэффициента сопротивления, удельной присоединенной массы и с учетом уточненного коэффициента затухания колебаний в горной массе опредолена динамическая составляющая её давления на .рабочий орган и мощность на виброобработку горкой массы.
-
Впервые введено понятие показателя эффективности привода вибромашины, определяемого как отношение кинетической энергии неуравновешенной массы привода к потребляемой им мощности, с целью оптимизации конструктивных параметров виброприводов.
-
Предложены новые метода определения коэффициентов внешнего и внутреннего трения путем регистрации затухающих колебаний маятника и удельного коэффициента сопротивления путем замера амплитуд стационарных колебаний двух упругосвязанных сосудов, заполненных горной массой.
-
Впервые установлены и уточнены зависимости угловой скорости рабочих элементов планетарных и дебалансных гидравлических вибровозбудителей от их конструктивных и технологических параметров.
-
Установлены зависимости вынуждающей силы вибровозбудителей для интенсификагоров истечения горной массы от площади рабочего органа, давления на него горной массы и коэффициентов внешнего трения.
-
Разработаны физические модели вибробункеров, обеэвставате-лей и смесителей с установлением движения в них горной массы, скорость которой функционально связана с её физико-механическими характеристиками и параметрами вибрации.
Научное значение работы состоит в разработке обобщенных математических и физических моделей основных типов вибромашин и их рабочих процессов, основанных на выявленных закономерностях распространения колебаний в горной массе, распределения давления оё на рабочий орган вибромашины и введенном показателе эффективности
приводов вибромашин, позволяющих повысить производительность,качество переработки горной массы при улучшении условий труда на горних предприятиях, чго является обобщением и дальнейшим развитием теории вибрационных машин для транспорта и переработки горной массы.
Практическое значение работы заключается в разработке:
методик расчета параметров и рекомендаций по шбору принципи-алышх схем и конструкцій шітенсифнкаторов истечения типа "ложная стенка",двухмассных виброворонок с вертикальным разъемом и подвесных конструкция, обеспечивающих увеличение производительности выгрузки горной массы в 3-Ю раз,ликвидирующих тяжелый физический труд и уменьяающи простои транспортных средств;
рекомендаций по выбору ггрннципиатьных схем и параметров аппаратов сухого складирования отходов горного производства на основа вибрационных бункерных обезвоживателей,позволяющих за счет увеличения высоты отвалов в 3-7 раз по сравнению о дамбами намыва значительно сократить площади хвостохракилищ, а также обеспечить экономию пресной вода;
методик расчета и рекомендацій по выбору принципиальных схем и конструкций гидравлических вибровозбудитвлей планетарного,дебалансного и лоршевого типов,имеющих повыаонную надежность,допус-кавдих плавную регулировку частоты и способных работать при повышенных температурах;
рекомендаций по выбору принципиальных схем и параметров вибровозбудителей со свободнопосаженккми добалансами, позволяющими на 20-20 % снизить установочную мощность привода и уменьшить резонансные раскачки при пуске и выбего; -
рекомендаций по выбору принципиальных схем вибрационных смесителей, измельчителей, средств загрузки пневмотранспортннх систем и другого транспортного и технологического оборудования.
Реализация результатов исследований в промыаленности
Результаты диссертационной работы использованы :
- ПО "Минудоброний", ПО "Карбонат", ПО "Сода", Красноуральским
медеплавильным заводом, Барнаульским заводом ячеистого бетона,
трестом Башгражданстрой Минуралособстроя, СКБ Иингео, предприя
тием М-5252, при разработке новых двухмассных виброворонок с
вертикальным разъемом, для транспорта трудаосыпучях материалов;
- КТБ МосоргстроЛматериалы, ПО "Минудобренлй", ІНШІ МПС при
при конструировании вибровозбудителей со свободнопосаженными деба-лансаш;
Московским институтом приборостроения при разработке вибрационных интансификаторов истечения для Азербайджанского ГОКа,Брянского фосэавода, Верхнє-Камского фосфоритного рудника, Иаардуского химзавода, Подмосковного горно-химического комбината, Куйбышевского химзавода, вибрационных обезвоживателэй для ПО "Фосфорит", вибрационных питателей для ВШШЇІПРЦЕЕТМЕГ, устройства с гидравлическим колебательным контуром для ВІ1ИШЩР0МАШ, подшипников скольжения вибровозбудитэлей для ВНШСТРОЙДОРМАШ;
предприятиями и организациями различных министерств и ведомств, которым по их запросам была передана техдокументация по конструкциям новых вибромашин и их ириводов.
Разработанные автором конструкции демонстрировались на ВДНХ СССР, за что автор награжден золотой медалью (батарейная гидроциклонная установка, удостоверение № 3203, Постановление Главного комитета ВДНХ Л 74І-Н от 21.10.81 г.) и серебряной медалью (вибро-возбудатель со свободноустановленными дебалансаш, удостоверение Я І58І7, Постановление Главного комитета ВДНХ № І0І5-Н от 17.12. 60 г.). Комплекс вибромашин для сухого складирования хвостов горных предприятий демонстрировался на выставке "Человек и окружающая срода" (Петрозаводск, 1982 г.), за что автор удостоен диплома II степени.
Окономический эффект от внедрения новых вибромашин составляет 839 гыс.рублей.
Апробация работы
Основіше положения и результаты, полученные в диссертации, докладывались' и были положительно оценены на Всесоюзном научно-тохничаском совещании работников горнохимичаской промышленности МХІІ СССР (1971 г.,г. Кировск), Всесоюзной научно-технической конференции "Вопросы повышения эффективности, эксплуатации и совер-понствовшшя подъемно-транспортных машин" (1970 г.,г. Алма-Ата), Всесоюзной научно-технической ковдеренции, посвященной 150 лэтию МВТУ им. Н.Э.Баумана (1981 г.,г. Москва), Всероссийской выставке "Человек и окружающая среда" (IS82 г.,г. Петрозаводск ), научно-техническом семинаре МД1ІТІ1 им. Ф.Э.Дзержинского (1981 г.,г. Москва] научно-технических совещаниях в НІШ н промышленных предприятиях (ГЯ'ХС, Госгорхиыпроект, РіВПйіГОРЦВЕТМСТ, ШІИУИФ, ПО "Апатит", ПО
"Фосфорит", ПО "Минудобрения", Дальневосточное ПО "Бор" и др.) и вузов (МВТУ, ВЗШ, СЗПИ, ЛГИ, МГРИ и др.).
Техническая апробация разработок диссертации ocyiijeотвлялась в процессе их использования при проектировании и реализации новых конструкций вибромашш, что нашло отражение в отчетах хоэдоговорннх и госбюджетных НИР и работ по творческому содружеству.
Публикации