Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований
1.1. Анализ работы конвейерного транспорта на предприятиях промышленности нерудных строительных материалов 9
1.2. Особенность свойств горной массы, транспортируемой ленточными конвейерами на предприятиях по производству нерудных строительных материалов 15
1.3. Анализ средств борьбы с налипанием и устройств для очистки конвейерных лент 20
1.4. Анализ научно-исследовательских работ по изучению явления налипания горной массы на рабочие поверхности горнотранспортных машин 45
1.5. Анализ влияния условий взаимодействия загрязненной поверхности конвейерной ленты с рабочим органом очистного устройства на выбор его конструкции '. 58
1.6. Основные выводы, цель и задачи исследований 68
Глава 2. Исследование процесса вибрационной очистки конвейерной ленты
2.1. Постановка задачи 71
2.2. Влияние физико-механических свойств загрязнений и вибрационных ускорений на степень очистки конвейерной ленты 72
2.3. Анализ поперечных колебаний конвейерной ленты, возбуждаемых вибророликом 95
2.4. Выводы по главе 122
Глава 3. Определение режимов работы ячеистого очистного устройства
3.1. Расчетная схема и уравнения движения ячеистого очистного устройства 124
3.2. Анализ автоколебаний ячеистого рабочего органа 144
Глава 4. Экспериментальные исследования режимов работы комбинированного очистного устройства
4.1. Постановка задач экспериментальных исследований 162
4.2. Стендовые исследования характеристик вибрации конвейерной ленты при воздействии виброролика 163
4.3. Экспериментальные исследования зависимости качества очистки комбинированным очистителем конвейерной ленты от контактного давления 181
4.4. Экспериментальное определение эффективности работы очистных устройств различного типа на предприятиях по переработке нерудного сырья 192
Заключение 213
Литература 215
Приложение
- Особенность свойств горной массы, транспортируемой ленточными конвейерами на предприятиях по производству нерудных строительных материалов
- Влияние физико-механических свойств загрязнений и вибрационных ускорений на степень очистки конвейерной ленты
- Анализ автоколебаний ячеистого рабочего органа
- Стендовые исследования характеристик вибрации конвейерной ленты при воздействии виброролика
Введение к работе
Нерудные строительные материалы имеют большое значение в современном жилищном, гражданском и промышленном строительстве, а также в сооружении автомобильных и железных дорог. Переработка строительных горных пород для получения нерудных строительных материалов осуществляется на дробильно-сортировочных заводах (ДСЗ), число которых в Российской Федерации составляет около 3 тысяч.
Конвейерный транспорт является основным видом транспорта на ДСЗ, в среднем на предприятии эксплуатируется 25-30 конвейеров с шириной ленты от 650 до 1200лш общей длиной около 1,2-1,5 км.
Ресурс и эксплуатационная надежность ленточных конвейеров во многом зависят от эффективной работы устройств для очистки ленты от налипающих на ее рабочую поверхность тонкодисперсных частиц транспортируемой горной массы. Низкое качество очистки ленты приводит к заштыбовке подконвейерного пространства, децентрированному движению конвейерной ленты и повышенному износу ее бортов, налипший на ролики холостой ветви конвейера груз вызывает их биение и ускоренный выход из строя подшипников, увеличивается масса роликов, растут энергетические затраты, а для уборки просыпи из-под конвейеров и очистки роликов холостой ветви используется, в основном, ручной труд рабочих. По данным института ВНИПИИстромсырье 54 % рабочих из числа обслуживающего конвейерный транспорт персонала заняты на операциях по уборке просыпи. На этой операции отмечается около 32 % всех несчастных случаев на производстве.
Особенность работы очистных устройств конвейерных лент в условиях предприятий по производству нерудных строительных материалов заключается в том, что в зоне очистки ленты наряду с адгезирующими глинистыми и пылевидными частицами находятся также и абразивные частицы — продукты переработки скальных пород и гравийно-песчанной
горной массы. Применяемые на предприятиях однорядные и многорядные скребки и щетки, как основные средства борьбы с налипанием, малоэффективны, имеют незначительный срок службы (7-Ю суток), их работа сопровождается повышенным абразивным износом рабочей обкладки ленты.
Таким образом, установление рационального типа и параметров механических очистных устройств повышающих эффективность эксплуатации ленточных конвейеров горных предприятий по переработке нерудного сырья, является актуальной научной задачей.
Целью работы является установление закономерностей взаимодействия загрязненной частицами транспортируемой горной массы конвейерной ленты с рабочими органами механических очистных устройств, для обоснованного выбора рационального типа и разработки метода расчета их основных параметров, обеспечивающих повышение эффективности использования ленточных конвейеров в конкретных условиях эксплуатации.
Идея работы состоит в повышении качества очистки рабочей поверхности конвейерной ленты от сложных видов загрязнений, снижении износа рабочей обкладки ленты и рабочего органа очистного устройства посредством использования комбинированных устройств, состоящих из бесприводного вибрационного ролика и подвижного многоскребкового рабочего органа.
Основные научные положения, выносимые на защиту, разработанные лично автором и их новизна:
- эффективная очистка конвейерной ленты от загрязняющего слоя из адгезирующих и абразивных частиц груза, который находится в напряженном состоянии, зависящем от содержания в нем влаги, достигается применением комбинированного очистного устройства, состоящего из
возбудителя вертикальных колебаний ленты и автоколебательного многоскребкового рабочего органа;
математическая модель поперечных колебаний движущейся
загрязненной конвейерной ленты, кинематически возбуждаемой
бесприводным вибратором, позволяющая определить рациональное место установки вибратора и величину вибрационных ускорений ленты;
- математическая модель фрикционных автоколебаний подвижного многоскребкового рабочего органа, позволяющая установить значения амплитуд и частот, при которых обеспечивается наиболее эффективная очистка.
Обоснованность и достоверность научных положений, методология и методы исследования.
Методологическую основу работы составляет единый подход к разработке конструкции очистного устройства и метода расчета рациональных режимов его работы.
Теоретические исследования основаны на теории колебаний автоколебательных систем и систем с распределенными параметрами, математическом анализе, механике грунтов, сопротивлении материалов, прикладной механике.
Экспериментальные исследования основаны на стендовых лабораторных исследованиях и опытно-промышленных испытаниях на ленточных конвейерах в условиях промышленных предприятий по производству нерудных строительных материалов.
Достоверность основных научных положений подтверждена экспериментальными исследованиями, выполненными на основании научно спланированных экспериментов, проведенных на специально разработанном лабораторном стенде с использованием измерительной аппаратуры, а также в промышленных условиях на действующих конвейерах и статистической обработкой экспериментальных данных.
Достоверность результатов теоретических исследований
подтверждается также удовлетворительной корреляцией теоретических исследований и экспериментальных данных (расхождение 10%).
Научное значение работы заключается в разработке математических моделей функционирования элементов комбинированного очистного устройства, состоящего из бесприводного вибрационного ролика и подвижного многоскребкового рабочего органа, работающего в режиме фрикционных автоколебаний, в установлении зависимостей для определения основных параметров элементов комбинированного очистного устройства, что является дополнением теории механической очистки конвейерных лент.
Практическое значение работы заключается в разработке
конструктивных схем и методики расчета комбинированных очистных устройств для условий ДСЗ.
Комбинированное очистное устройство удостоено серебряной медали ВДНХ СССР за 1990 г. и защищено авторским свидетельством СССР.
Реализация результатов работы:
Конструктивные схемы и методики расчета использовались при разработке и изготовлении опытно-промышленных образцов комбинированных очистных устройств, прошедших испытания на Хромцовском карьере ПО «Роснеруд» и Асбестовском карьероуправлении ПО «Росдорстройматериалы».
Апробация работы. Работа и основные ее положения докладывались: на научно-техническом Совете Минпромстройматериалов СССР (1990 г.), на научно-техническом Совете института ВНИПИИстромсырье (Москва 1983 г., 1986 г., 1993 г.), на научном симпозиуме «Неделя горняка» в МГГУ (Москва 2000 г., 2002 г.).
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Анализ работы конвейерного транспорта на предприятиях промышленности нерудных строительных материалов
Предприятия нерудной промышленности выпускают
фракционированный щебень, гравий, щебень из гравия и песок. Эти предприятия представляют собой постоянно действующие комплексно механизированные карьеры с дробильно-сортировочными заводами.
На карьерах основным видом транспорта является автомобильный транспорт. Конвейерный транспорт в карьерах по добыче нерудных стройматериалов в настоящее время практически не применяется.
Это объясняется относительно небольшой производительностью карьеров, крупностью кусков добываемой горной массы, трудностью и неэкономичностью привязки конвейеров, выпускаемых для условий горных производств других отраслей промышленности, к условиям карьеров нерудной промышленности.
На дробильно-сортировочных заводах конвейерный транспорт является основным видом внутризаводского транспорта.
По данным ЦСУ СССР на 1990 г. в стране эксплуатировалась около 6.0 тысяч предприятий, занимающихся выпуском нерудных строительных материалов, входящих в систему 54 министерств и ведомств. Объем производства нерудных строительных материалов на то время составлял около .1.0 миллиарда кубометров, в том числе выпуск щебня и гравия составлял около 500 миллионов кубометров. Крупнейшим производителем продукции являлось Минпромстройматериалов СССР.
В настоящее время в РФ эксплуатируется около 3.0 тысяч предприятий различных форм собственности, производящих в год 250 миллионов кубометров нерудных строительных материалов. Структура промышленности по мощности предприятий не однородно: одновременно с предприятиями мощностью свыше 1.0 — 1.5 миллионов кубометров в год имеются предприятия мощностью 150-200 тысяч кубометров и, наконец,
имеются крупные дробильно-сортировочные заводы с проектной мощностью от 2 до 6 миллионов кубометров в год.
Нерудные строительные материалы находят самое широкое применение в современном строительстве, а также в стекольной, металлургической и др. отраслях промышленности.
Переработка нерудных строительных материалов представляет собой непрерывный технологический процесс, объединенный одной поточно-транспортной системой. Для непрерывной межцеховой и внутрицеховой транспортировки промышленных продуктов и готовой товарной продукции используются ленточные конвейеры (исключение составляют карьеры с гидромеханизированным способом добычи полезного ископаемого). Конвейеры применяются как стационарные транспортные машины, так и передвижные. Стационарные конвейеры устанавливаются в галереях и на эстакадах, связывающих отдельные корпуса, непосредственно в производственных корпусах и на складах готовой продукции. Передвижные конвейеры, в виде консольно-поворотных штабелеукладчиков и Челноковых катучих конвейеров, применяются для образования складов и заполнения промежуточных емкостей. Передвижные ленточные конвейеры используются также на заводах, выполненных в открытом исполнении и на передвижных дробильно-сортировочных установках (ПДСУ).
Отрасль нерудных строительных материалов являются одной из наиболее масштабных по использованию ленточных конвейеров. Общая протяженность конвейерных линий составляет 4.0 - 4.5 тысяч километров. Общее количество конвейеров достигает 50 тысяч единиц. Общая длина конвейеров на одном предприятии составляет в среднем примерно 1.2-1.5 километров. Количество конвейеров на дробильно-сортировочных заводах колеблется от 7-8 с производительность 20-200 т/ч до 25-40 с производительностью 350-550 т/ч и выше.
В среднем можно считать, что на заводе, производительностью по щебню 0.5-1.0 миллион кубометров в год, число конвейеров составляет примерно 25-30 единиц, их средняя длина 40-60 метров.
Преобладающая ширина конвейерных лент - 650, 800 и 1000 мм - 74 %. На современных производствах используются ленты шириной 1200, 1400 и 1600 мм. Скорость движения лент не превышает, как правило, 2,0. м/с. [49]. Крупность отдельных кусков транспортируемого материала - до 350-450 мм после первичного дробления.
По конструктивному исполнению конвейеры относятся к оборудованию общего назначения и в большинстве случаев изготовляются Белохолуницким машиностроительным заводом по чертежам ГПКИ «Союзпроммеханизация» ТУ 24.09.459 - 79 в соответствии с ГОСТ 22644-77-ГОСТ 22647-77.
На конвейерах используются резинотканевые ленты пяти типов, в исполнении 1, 2Р, 2 для транспортирования абразивных и высоко абразивных грузов, изготовляемые согласно ГОСТ 20-76 Курским и Екатеринбургским заводами резино-технических изделий, а также Московским заводом «Каучук». В зависимости от температуры окружающей среды и наличии или отсутствии отопления в галереях применяются ленты общего назначения или морозостойкие. Ранее использовались резинотросовые ленты при доставке крупнокусковых абразивных грузов на конвейерах длиной более 250 метров.
Ленточные конвейеры характеризуются надежностью и экономичностью в работе.
Одним из недостатков, снижающих эффективность работы ленточных конвейеров, является низкое качество очистки ленты от прилипших к ней частиц транспортируемого груза. Очистительные устройства входят в комплект поставки конвейеров. Конвейеростроительные заводы изготавливают в основном очистители двух типов, выполняемые по чертежам ГПКИ «Союзпроммеханизация» для конвейерных лент шириной до 1200 мм. Первым типом являются очистители скребковые с резиновым
рабочим органом, захватывающим всю ширину ленты. Второй тип -вращающиеся щеточные, со щетиной выполненной из синтетических нитей диаметром 3-5 мм.
Очистка лент конвейеров на нерудных предприятиях почти повсеместно осуществляется с помощью скребковых очистителей, изготовляемых силами предприятий и выполняемых из отрезков конвейерной ленты, длина которой равна ширине очищаемой ленты. На ряде предприятий отдают предпочтения многорядным, реже дискретным скребкам, рабочий элемент которых изготовлен также из отрезков конвейерных лент или металла, имеются также очистители в виде неподвижных стальных щеток, изготовленных из нарубленных стальных тросов. В отдельных случаях используются вращающиеся капроновые или стальные щетки, а также дисковые, струнные, шнековые, вибрационные, гидравлические и другие средства очистки ленты, являющиеся, как правило, результатом научно-исследовательских работ. Подборщики просыпей под конвейерами применяются в единичных случаях.
Скребковые очистители являются наиболее распространенным средством очищения конвейерных лент от прилипших частиц транспортируемого материала. Объясняется это в первую очередь тем, что отечественная промышленность серийно не выпускала и не выпускает очистители для конвейерных лент. В лучшем случае скребковый очиститель с запасным комплектом рабочего резинового элемента можно приобрести у завода изготовителя вместе с конвейером. Поэтому предприятия, эксплуатирующие конвейерный транспорт вынуждены изготавливать очистители своими силами. Во-вторых, специфика эксплуатации конвейеров связана с обслуживанием и ремонтом отдельных механизмов и устройств, распределенных в пространстве цехов, к которым подноска запасных элементов и деталей осуществляется в ручную при больших затратах времени на переход с одного места ремонта к другому, поэтому незначительный вес каждого сменного элемента наряду с долговечностью работы и простотой замены являются важным фактором, в том числе и для
очистителей. Из опыта работы предприятий известно, что срок службы скребкового очистителя, выполненного из отрезков конвейерной ленты, составляет 7-10 дней при трехсменной работе, а полное время его замены составляет 1,5-2 часа силами двух рабочих. Таким образом, предприятию только замена скребковых элементов обходится примерно в 360 чел. час в месяц. С учетом времени на обслуживание, от которого в первую очередь зависит качество очистки очистителей, и практически нигде не осуществляется, эта цифра возрастет примерно вдвое. Т.е. для нормальной работы очистителей конвейерных лент требуется около 700 чел. час в месяц, что практически для предприятия неосуществимо, так как требуются большие трудозатраты и простой оборудования.
Износ скребка обычно происходит неравномерно. На конвейерах, транспортирующих относительно сухой абразивный материал влажностью до 8 %, у скребка изнашивается средняя часть, т.к. здесь на ленте находится основная масса налипшего материала. У скребков, очищающих ленту от пластичного влажного материала, наибольший износ наблюдается у краев. Это объясняется тем, что края ленты практически не подвержены загрязнению частицами материала и сила трения в этих местах контактирования выше, чем в середине.
Кроме того, даже при самом хорошем состоянии очистителей между его рабочим элементом и конвейерной лентой остается незначительная часть материала, вызванного неплотным прилеганием скребкового элемента к ленте и наличием гидродинамического клина, устранить который с помощью существующих устройств не удается [36,38].
Для стыковки конвейерных лент подавляющее большинство предприятий используют механические устройства. Это вызвано неудобством пользования в большинстве случаев вулканизационным оборудованием и отсутствием качественных самовулканизационных клеев, а также необходимостью иметь возможность быстрой перестыковки
синтетических лент, имеющих большую вытяжку при выборе рабочего хода натяжного устройства.
Плохая очистка конвейерной ленты приводит к загрязнению роликов, поддерживающих порожнюю ветвь, а также барабанов, в особенности, когда они огибаются рабочей стороной ленты. Налипшие на поверхность рабочего барабана материал вызывает уменьшение тяговой способности приводного устройства; изменение формы и размеров барабана, как следствие, - сбегания ленты с барабана и повышенный ее износ. Налипший на поддерживающие ролики материал увеличивает сопротивление движению ленты, препятствует ее центрированному ходу, уменьшает срок службы роликов. В подконвейерном пространстве скапливается большое количество осыпавшегося материала, уборка которого осуществятся в основном вручную и представляет собой весьма трудоемкую и травмаопасную операцию. Кроме того, увеличиваются трудозатраты по замене преждевременно вышедших из строя лент и роликов, а также по регулировке центрированного движения ленты.
Исследования, проведенные институтами ВНИИНеруд и НИГШОТСтром показали, что объем операции по уборке просыпи составляет 25% от общего объема ручных работ; на этой операции отмечается около 32% всех несчастных случаев на производстве. По данным института ВНИПИИстромсырье, из 37 % рабочих, занятых на тяжелых и трудоемких работах, 41 % составляет обслуживающий конвейерный транспорт персонал, причем до 51% рабочих заняты уборкой просыпи. Из общего количества трудозатрат на уборку просыпи 70 % приходится на расштыбовку подконвейерного пространства.
Опавшие под конвейер с ленты мелкие дисперсные частицы транспортируемого материала запыляют воздух рабочих помещений, до концентрации 180 мг/м при предельной доступной концентрации (ПДК) по санитарным нормам 6 мг/м3.
1.2. Особенности свойств горной массы, транспортируемой
ленточными конвейерами на предприятиях по производству
нерудных строительных материалов
По характеру производства и основным видам выпускаемой продукции предприятия по производству нерудных строительных материалов подразделяются на щебеночные, гравийно-песчаные и песчаные заводы, осуществляющие разработку месторождения экскаваторным или гидромеханизированным способом. Товарной продукцией указанных заводов является щебень, гравий и песок для всех видов общестроительных работ и для дорожного строительства. В соответствии с ГОСТ 25137-82 к собственно нерудным строительным материалам относят природные неорганические зернистые сыпучие строительные материалы со средней плотностью зерен более 2000 кг/м3, получаемые без изменения химического состава и фазового состояния исходного сырья.
Академиком Ржевским В.В. предложено объединить горные породы, используемые для производства нерудных строительных материалов, в группу строительных пород, термином, которым мы будем пользоваться в дальнейшем.
Сырьевую базу нерудных строительных материалов составляют следующие строительные горные породы:
- магматические (изверженные) - граниты, сиениты, диориты,
гранодиориты, габбро; порфириты, диабазы, трахиты, андезиты, базальты;
метаморфические - кварциты, амфиболиты, гнейсы, мраморы;
осадочные - известняки, доломиты, песчаники, а также гравий и песок гравийно-песчаных и песчаных месторождений.
Из изверженных и метаморфических пород производится около 20%, а из осадочных - около 80% нерудных строительных материалов.
Общий объем производства нерудных строительных горных пород в Российской Федерации составляет около 200 млн. м3.
Строительные породы должны удовлетворять требованиям ГОСТов в зависимости от назначения готовой продукции. Нерудные строительные материалы используют в качестве заполнителей для бетонов и растворов, при сооружении зданий, гидротехнических сооружений, дорожных одежд автомобильных дорог, балластного слоя железнодорожных путей, засыпок при благоустройстве территорий и других строительных работах.
К основным физико-механическим свойствам строительных горных пород, определяющих их применение, относят плотность, пористость, пределы прочности на сжатие и растяжение, морозостойкость. Качество щебня, гравия и песка определяется также зерновым составом, формой и характером поверхности зерен, наличием загрязняющих примесей в виде пылевидных, глинистых и илистых частиц.
Качество исходного сырья также характеризуется наличием в нем загрязняющих примесей - глинистые, илистые и пылевидные частицы. В инженерной геологии и грунтоведении к глинистым относят породы, в которых содержание частиц крупностью менее 5 мкм превышает 3%, а непосредственно к глинам - породы, у которых этот класс частиц составляет 30% и более. Для повышения качества готовой продукции и удаления загрязняющих составляющих используется технологическая операция промывка.
В месторождениях изверженных и метаморфических пород глинистые включения отсутствуют, поэтому в технологических операциях переработки таких пород предусматривают промывку только при значительном содержании пылеватых частиц.
Большинство карбонатных и гравийно-песчаных месторождений содержит глинистые включения в виде линз, прослоек, гнезд и пропластков При разработке полезной толщи глину в линзах и пропластках мощностьк свыше 30 см. можно удалить в отвал путем селективной выемки. Глина і прослойках толщиной менее 30 см. не поддается селективной выемке ] вместе с горной массой попадает на перерабатывающую фабрик
(дробильно-сортировочный завод). В процессе переработки такие примеси в виде отдельных комков (комовая глина) конгломератов глины с зернами щебня или гравия, примазок и пленок на поверхности зерен, оставаясь в циркулирующем материале, нарушает нормальную работу оборудования.
Пылевидные и глинистые частицы образуются также из не полностью удаленных пород вскрыши, прослоев суглинков и выветренных до пылевидной стадии карбонатных пород, при процессах взрывного и механического разрушения и др.
Значительная часть пылевидных и глинистых частиц, а также частиц размером 0, 14... 0,05 мм концентрируется в отсевах дробления.
При сухом способе переработки нерудного сырья, когда удаление пылевидных и глинистых частиц происходит путем грохочения, нормы содержания их в сырье, поступающем на переработку, определяется, согласно Шлайну И.Б. [60], соотношением суммарных поверхностей щебня и материала, удаляемого в отсевы и отходы. Пропорционально этим поверхностям распределяется извлечение из них пылевидных и глинистых частиц.
Допустимое содержание (%) пылевидных и глинистых частиц в сырье (горной массе) можно рассчитать по формуле
где ^пг - извлечение пылевидных и глинистых частиц в щебне, доли
единицы;
Ещ.п.г. - допустимое содержание пылевидных и глинистых частиц в
щебне, %;
Эщ - выход щебня из сырья, поступающего на переработку, доли
единицы.
Тогда, исходя из предположения о пропорциональности распределения извлечений пылевидных и глинистых частиц:
Цд.и.г.! Ц).п.г.=Ьщ./ \j.
где Ц),п_гг - извлечение пылевидных и глинистых частиц в отходы
(отсевы);
Бщ-- суммарная поверхность щебня;
S(>~ суммарная поверхность отходов (отсевов).
По этим закономерностям Шлайном И.Б. проведены расчеты, в соответствии с которыми установлены требования к исходному сырью.
Так, например, при требовании, согласно ГОСТу, на содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне, равном 1%, допустимое содержание их в сырье составит - 4,5%. Содержание пылевидных и глинистых частиц в отсевах - 13,1%.
В стандартах для предприятий, разрабатывающих изверженные породы, допустимое содержание в исходном сырье пылевидных и глинистых частиц при сухом грохочении принято равным 4%, а для предприятий, разрабатывающих карбонатные породы, оно может быть увеличено до 5... 8%, в зависимости от марки щебня.
Требования по содержанию (%) комовой глины в сырье определяется по формуле извлечения продуктов:
где Агл - содержание комовой глины в сыре, %;
vm - выход щебня, доли единицы;
Бгл- максимальное содержание комовой глины в щебне (согласно
стандарту ErJ, = 0,25%);
Ц,л . - извлечение комовой глины в щебень, доли единицы.
Допустимое содержание комовой глины в сырье изменяется в разные периоды года, с учетом повышения извлечения глины в отходы в процессе переработки сырья в летний период. В случаях, когда сухим способом невозможно обеспечить получение щебня с нормативным содержанием комовой глины или выделить повышенное содержание пылевидных и глинистых частиц в сырье, поступающем на переработку, либо потери
полезного ископаемого, обусловленные удалением его вместе с глиной, становится чрезмерно высоким, используется мокрый способ переработки. По данным института ВНИПИИстромсырье содержание комовой глины в исходном сырье может быть повышено до 10%, а пылевидных и глинистых -до 12. . .25%, при этом выполняется допустимое условие содержание их в готовом продукте до 1% при влажности готового продукта 4... 8%,
На предприятиях перерабатывающих карбонатные породы часть массива исходной горной массы может быть представлена в мучнистом виде с повышенной влажностью, так же, как и мелочь, образующаяся при вырывании обводненных пород. При этом влажность карбонатных пород увеличивается с уменьшением размера классов по крупности.
По данным Жукова B.C., влажность известняка, извлеченного из затопляемой зоны и зоны обслуживания в отвале во фракции 0...5 мм составляет, соответственно, 17,6 и 13,8% и уменьшается до 7,6 и 5,3% для фракций 60...75 мм.
Важным физико-механическим свойством строительных горных пород является абразивность. Это свойство не имеет практической значимости при изготовлении строительных деталей, изделий и материалов, получаемых с использованием щебня, гравия и песка. Однако подготовительное и транспортное оборудование, одним из которых является ленточный конвейер, испытывают значительные трудности в работе от воздействия абразивных частиц перерабатываемого материала.
Существует несколько классификаций горных пород, связанных с определением их абразивности. Наиболее представительными, так как в них абразивность непосредственно связана с микротвердостью (шкала Мооса и по Хрущеву М.М.) и классификация горных пород и минералов по абразивности (по Барону Л.И. и Кузнецову А.В. ИГД им. Скочинского А.А), в которой показатель абразивности соответствует характерным породам, разбитым по классам. В соответствии со шкалой Мооса абразивность нерудных материалов в соответствии с их твердостью должна быть не менее
20 МПа для различных пород находящихся от 5 до 9 номера десятибальной цкалы. По второй классификации с III по VII класс восьмиразрядной таблицы, \е. абразивность строительных пород, используемых в качестве сырья для производства нерудных строительных материалах, находятся в пределах от <ниже средней абразивности» до «высокоабразивных».
1.3. Анализ средств борьбы с налипанием и устройств очистки
конвейерных лент
Эффективная работа устройств очистки конвейерных лент имеет большое значение в практике эксплуатации конвейерного транспорта на дробильно-сортировочных заводах.
Негативные последствия, возникающие от механической работы очистителей, сопровождаются трудностью в механизации процесса уборки просыпи из-под конвейерного пространства, невозможностью использовать такое эффективное средство борьбы с просыпанием, как переворот холостой ветви ленты на 180 градусов вдоль оси конвейера из-за незначительных размеров конвейеров по длине. В соответствии с [18] длина участков переворота лент должна быть не менее 20-30 Вл, где - Вл ширина конвейерной ленты. В работе [43] также указывается, что наибольший эффект от использования устройства для переворота лент начинается с конвейеров длиной более 150 м. В этом случае количество просыпи под конвейером, работающим без очистного устройства, составляет не более 3%. Однако конвейеров с такими параметрами на перерабатывающих предприятиях нерудной промышленности насчитывается около 4% [49]. К преимуществам использования конструкций для переворота конвейерных лент можно отнести локализацию мест просыпеобразования, т.е. просыпь образуется в основном на участках переворота у приводного и концевого барабанов. На рис. 1.1. приведена одна из конструкций, разработанной в ИГД МЧМ СССР.
Использование для механизации работ по уборке просыпи специальных подборщиков также имеет весьма ограниченное применение на дробильно-сортировочных заводах. Это вызвано необходимостью дополнительно
обслуживать привод с редуктором или маневровую лебедку, а также иметь іесто, где их можно устанавливать. В работе [53] уделяется большое внимание (писанию конструкций и области применения различных видов подборщиков гросыпи, однако все они, за редким исключением, не прошли опытно-іромьішленной проверки. Вопрос об их использовании необходимо тесно связывать с конкретными условиями эксплуатации, определяющими целесообразность внедрения той или иной конструкции. Массового использования подборщиков просыпи на предприятиях по производству аерудных строительных материалов трудно предвидеть. Преимущественная область применения - уборка просыпи при высокой интенсивности её образования.
Уборка просыпи из под конвейерного пространства может достаточно эффективно осуществляться с помощью напорного или безнапорного (самостоятельного) гидросмыва по наклонно установленным желобам или лоткам. Образовавшаяся по тракту конвейера под роликами холостой ветви просыпь, в результате самоочистки о поверхность роликов зумпф, расположенный в нижней точке конвейера. В зависимости от компоновки производственных цехов зумпф может быть индивидуальным, либо общим для нескольких конвейеров [17].
В ряде случаев гидросмыв может быть применён в комплексе с гидроочисткой ленты. Способы уборки просыпи её смывом водой в зумпфы с помощью форсунок и шлангов разработаны ВНИИнерудом. Подъём и транспортировка просыпи из зумпфов осуществляется гидроэлеваторами и эрлифтами, доказавшими свою надежность на Вяземском и Ковдорском ГОКах.
Гидротранспорт просыпи может быть осуществлён при наличии достаточного количества технической воды (не менее 25 мэ/ч на конвейер с шириной ленты 1000 мм), гидроизоляции строительных конструкций, положительной температуры в рабочем зале, возможности канализации пульпы (наличие хвостохранилиша) или повторного использования твёрдой составляющей пульпы в технологическом процессе, при достаточном для самотёка пульпы наклоне конвейера, а также при достаточной высоте
годконвейерного пространства для наклонной установке желоба. Срок службы готков изготовленных из металлических листов толщиной 0,6-0,8 мм при 3-х ;менноЙ работе оценивается в 2 года. Лоток может быть также изготовлен из эетона.
Гидравлический способ очистки и уборки просыпи из-под конвейера на тробильно-сортировочных заводах имеет достаточно ограниченную область использования и может быть целесообразен использовать при мокрых способах переработки сырья, в лучшем случае, когда этот способ борьбы с заштыбовкой подконвейерного пространства заложен в проекте предприятия.
Наиболее предпочтительным средством борьбы с налипанием частиц гранспортируемого сыпучего груза на конвейерную ленту для условий цробильно-сортировочных заводов являются очистные устройства. Конструкции очистных устройств отличаются большим разнообразием. Только лишь зарегистрированных патентов и авторских свидетельств по классу B65G45/00 насчитывается к настоящему времени около 600, однако до настоящего времени значительного прогресса в этой области не достигнуто. Большинство зарегистрированных технических решений, особенно выданных в СССР в период начала 70-х годов по середину 80-х, направлено на усовершенствование не всего объекта, а той или иной его части (скребка, механизма прижатия рабочего органа очистителя, крепления устройства к раме ит.д.)[35].
В работах [13, 18, 32, 35, 41] широко представлен обзор конструкций устройств для очистки конвейерных лент. В работе [52] очистители конвейерных лент классифицированы, как по конструктивному исполнению, так и по принципам воздействия на прилипший к ленте слой материала.
Классификация средств механизации очистки подконвейерного пространства приведена в работе [53], а в работе [2] — средства предупреждения налипания частиц груза на поверхность ленты.
Анализируя обзорную информацию по средствам борьбы с налипанием на конвейерную ленту и сравнивая ее с классификациями, выполненных рядом
шторов, можно сделать вывод, что рабочие органы очистителей обеспечивают see виды воздействия на конвейерную ленту. Средства борьбы с налипанием на сонвейерную ленту подробно классифицированы, однако именно это ттрудняет проведение их критического анализа, делая работу объёмной. Для упрощения анализа все способы борьбы с налипанием нами сведены по тринципу действия в шесть основных групп и вспомогательную (табл. 1.1). К эсновным способам относятся те, которые обеспечивают очистку ленты от налипших на неё частиц сыпучего груза, к вспомогательным - средства, осуществляющие дополнительную очистку механизмов конвейера (барабанов, роликов и т.д.),профилактические средства борьбы с налипанием, подборщики просыпи.
Основные способы очистки подразделяются на:
Механический, в котором рабочий орган очистительного устройства удаляет прилипший материал с поверхности ленты посредствам сдвига, отрыва, проскальзывания, деформации и вибрации ленты.
Гидравлический, в котором прилипший к ленте конвейера материал удаляется с помощью его смыва или увлажнения, снижающего силу сцепления материала с лентой.
Пневматический, в котором прилипший к ленте конвейера материал удаляется с помощью струи сжатого воздуха или реактивной струёй, а также отсосом при помощи вакуума.
Физико-химический, при этом способе очистки прилипший материал удаляется посредством электро-осмос, высоковольтного искрового заряда, а также снижение прилипания путём использования специальных гидрофобных покрытий, материалов и смачивающих растворов.
Термический, этот способ характерен, как правило, изменением подогрева и осушения прилипшего к ленте материала с помощью электронагревателей или реактивной горелки.
Рис. 1.1 Устройство для направленного переворота ленты с помощью опорноцентрирующих узлов
л
гз~
en (
ff ;
"* м_^
-co.
.:=1=-
iJjli
і пі
'"'Г
.L...
1..
^T
~T3L
Рис. 1.2 Двойной скребок с грузовым прижимом конструкции ГПКИ Союзпроммеханизация
6, Комбинированный- включает различные комбинации очистительных
устройств, входящих как в одну классификационную группу, так и в
разные, и используются на очень липких материалах.
7. Вспомогательный - переворот ленты, подборщики просыпи, очистители
барабанов и роликоопор, профилактические средства борьбы с налипанием.
Как отмечалось выше, несмотря на большое количество различных конструкций очистных устройств, описанных в литературе, отсутствуют обоснованные рекомендации по их практическому применению. Применительно к процессам переработки нерудного сырья и функционированию технологического оборудования в условиях заводских цехов и связывающих их галерей и эстакад использование термических, физико-химических, пневматических и гидравлических средств очистки является крайне проблематичной задачей.
Механические средства очистки (классификация приведена в табл. 1.2) и, и это подтверждается отечественной и зарубежной практикой, являются наиболее применимыми для конкретных условий работы. Из большого числа существующих и предлагаемых способов и технических средств борьбы с налипанием выделим для рассмотрения наиболее применяемые на предприятиях и разработанные, в нашей стране и зарубежом, очистные устройства скребкового и вибрационного типов. Более того, как это может юказаться не парадоксальным, именно эти широко применяемые конструкции недостаточно освещены в информационной литературе, оставаясь на страницах )екламных проспектов и специальных изданий.
Анализ существующих устройств для очистки лент конвейеров [оказывает, что наибольшее внимание разработчиков и производственников делялось и продолжает уделяться скребковым устройствам. Характерной собенностью скребковых устройств является простота конструкции и ксплуатации, их невысокая стоимость и, что особенно важно для гечественных предприятий, возможность их изготовления или ремонта силами роизводственников.
Совершенствование их конструкции осуществляется в основном за счет, изменения отдельных узлов и частей, а также применения износостойких материалов или новой формы скребка.
Для конвейерных лент шириной до 1000-1200мм чаще используют устройства со сплошным по ширине ленты скребком, на более широких лентах применяются дискретные скребки. Скребковые рабочие органы выполняются из резины или полиуритана, реже из неопрена, типогана, капрона и других с твердостью по Шору от 40 до 90 единиц. Заводами изготовителями использовалась протекторная резина марки 4-Э-306 или 4-Э-177,обладающая повышенной износостойкостью.
На рисунке 1.2 показана конструкция скребкового очистителя, разработанная ГПКИ «Союзпроммеханизация» для конвейеров общего назначения [32].
Шведская фирма «СКЕГА» выпускает скребки (рис. 1.3) изготовленные из специальной износостойкой резины марки 1701-06 в виде бруска с поперечным сечением 70x70 и 100х100мм,длинной доІЗООмм. При большей ширине ленты используется скребок составляющийся из пластин длинной 200мм (рис. 1.4).
Фирмой Тип-Топ Штальгрубер (Германия) выпускаются две конструкции скребковых очистителей. Отличительной особенностью одного из них является скребок из трехслойной резиновой смеси. Сочетание твердых наружных слоев и мягкого внутреннего слоя, по данным фирмы, способствует увеличению очищающего воздействия на 20% по сравнению с монослойной конструкцией, и в 5-8 раз повышает срок службы рабочего органа (в отдельных случаях до 20 раз).
Внутренний слой резины марки CAB имеет твердость 40-55 ед. по Шору. Чтобы исключить отклонение высокоэластичной резины от контакта с лентой она заневолена боковыми слоями специальной резины SH70 твердостью по Шору 60, 75, 80 ед.
Внутренний сердечник отличается высокой долговечностью и очистительной способностью. Кроме того, он щадяще контактирует с поверхностью конвейерной ленты, а боковые стабилизаторы создают
Рис. 1.3 Скребок фирмы «Скега» из износостойкой резины.
\^
I-— %л\
Рис. 1.4 Скребок фирмы «Скега» из составных элементов.
5/
Рис 1. 5 Поворотный крестообразный скребок, установленный под конвейерной лентой
*» " 2-.
=5*" ,л_А
'" ? ^'',
7'. ^ л -^. ^n
I—^J
Ф
IZZZJ
tx
Рис. і .6 Лвухрядное скребковое устройство (Польша)
шабровочный эффект, положительный для очистки поверхности от налипающих частиц большинства сыпучих грузов. При сильно налипающем материале используется комбинированный скребок CAB с твердостью 90/40/90, 80/55/80. Замена скребка требует около 2-3 часов рабочего времени, что даже в случае лишь удвоения срока службы является оправданным.
Вторая конструкция представляет собой крестообразный скребок (рис. 1.5) для лент шириной 500-1200мм. Отличительной особенностью является то, что после износа одной части скребка его можно быстро повернуть вокруг своей оси на 90 градусов и использовать дальше. Благодаря своей форме и конструкции крепления к ставу конвейера скребок может легко и быстро заменен на новый.
В Польше уже более 40 лет на горных предприятиях, на которых с помощью конвейеров транспортируется материал высокой влажности, используются скребковые устройства (рис. 1.6) с рабочим элементом из резиновой полосы толщиной 25-30мм и шириной 150мм, твердостью 70-80 ед. по Шору. Для повышения эффективности очистки ленты в Польше используются также дискретные скребковые устройства, в которых каждый скребковый элемент разверну под углом к центральной оси ленты (рис. 1.7).
Особенность свойств горной массы, транспортируемой ленточными конвейерами на предприятиях по производству нерудных строительных материалов
По характеру производства и основным видам выпускаемой продукции предприятия по производству нерудных строительных материалов подразделяются на щебеночные, гравийно-песчаные и песчаные заводы, осуществляющие разработку месторождения экскаваторным или гидромеханизированным способом. Товарной продукцией указанных заводов является щебень, гравий и песок для всех видов общестроительных работ и для дорожного строительства. В соответствии с ГОСТ 25137-82 к собственно нерудным строительным материалам относят природные неорганические зернистые сыпучие строительные материалы со средней плотностью зерен более 2000 кг/м3, получаемые без изменения химического состава и фазового состояния исходного сырья.
Академиком Ржевским В.В. предложено объединить горные породы, используемые для производства нерудных строительных материалов, в группу строительных пород, термином, которым мы будем пользоваться в дальнейшем.
Сырьевую базу нерудных строительных материалов составляют следующие строительные горные породы:- магматические (изверженные) - граниты, сиениты, диориты,гранодиориты, габбро; порфириты, диабазы, трахиты, андезиты, базальты;- метаморфические - кварциты, амфиболиты, гнейсы, мраморы;- осадочные - известняки, доломиты, песчаники, а также гравий и песок гравийно-песчаных и песчаных месторождений.
Из изверженных и метаморфических пород производится около 20%, а из осадочных - около 80% нерудных строительных материалов.
Общий объем производства нерудных строительных горных пород в Российской Федерации составляет около 200 млн. м3.
Строительные породы должны удовлетворять требованиям ГОСТов в зависимости от назначения готовой продукции. Нерудные строительные материалы используют в качестве заполнителей для бетонов и растворов, при сооружении зданий, гидротехнических сооружений, дорожных одежд автомобильных дорог, балластного слоя железнодорожных путей, засыпок при благоустройстве территорий и других строительных работах.
К основным физико-механическим свойствам строительных горных пород, определяющих их применение, относят плотность, пористость, пределы прочности на сжатие и растяжение, морозостойкость. Качество щебня, гравия и песка определяется также зерновым составом, формой и характером поверхности зерен, наличием загрязняющих примесей в виде пылевидных, глинистых и илистых частиц.
Качество исходного сырья также характеризуется наличием в нем загрязняющих примесей - глинистые, илистые и пылевидные частицы. В инженерной геологии и грунтоведении к глинистым относят породы, в которых содержание частиц крупностью менее 5 мкм превышает 3%, а непосредственно к глинам - породы, у которых этот класс частиц составляет 30% и более. Для повышения качества готовой продукции и удаления загрязняющих составляющих используется технологическая операция промывка.
В месторождениях изверженных и метаморфических пород глинистые включения отсутствуют, поэтому в технологических операциях переработки таких пород предусматривают промывку только при значительном содержании пылеватых частиц.
Большинство карбонатных и гравийно-песчаных месторождений содержит глинистые включения в виде линз, прослоек, гнезд и пропластков При разработке полезной толщи глину в линзах и пропластках мощностьк свыше 30 см. можно удалить в отвал путем селективной выемки. Глина і прослойках толщиной менее 30 см. не поддается селективной выемке ] вместе с горной массой попадает на перерабатывающую фабрик (дробильно-сортировочный завод). В процессе переработки такие примеси в виде отдельных комков (комовая глина) конгломератов глины с зернами щебня или гравия, примазок и пленок на поверхности зерен, оставаясь в циркулирующем материале, нарушает нормальную работу оборудования.
Пылевидные и глинистые частицы образуются также из не полностью удаленных пород вскрыши, прослоев суглинков и выветренных до пылевидной стадии карбонатных пород, при процессах взрывного и механического разрушения и др.
Значительная часть пылевидных и глинистых частиц, а также частиц размером 0, 14... 0,05 мм концентрируется в отсевах дробления.
При сухом способе переработки нерудного сырья, когда удаление пылевидных и глинистых частиц происходит путем грохочения, нормы содержания их в сырье, поступающем на переработку, определяется, согласно Шлайну И.Б. [60], соотношением суммарных поверхностей щебня и материала, удаляемого в отсевы и отходы. Пропорционально этим поверхностям распределяется извлечение из них пылевидных и глинистых частиц.Допустимое содержание (%) пылевидных и глинистых частиц в сырье (горной массе) можно рассчитать по формуле
По этим закономерностям Шлайном И.Б. проведены расчеты, в соответствии с которыми установлены требования к исходному сырью.
Так, например, при требовании, согласно ГОСТу, на содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне, равном 1%, допустимое содержание их в сырье составит - 4,5%. Содержание пылевидных и глинистых частиц в отсевах - 13,1%.
В стандартах для предприятий, разрабатывающих изверженные породы, допустимое содержание в исходном сырье пылевидных и глинистых частиц при сухом грохочении принято равным 4%, а для предприятий, разрабатывающих карбонатные породы, оно может быть увеличено до 5... 8%, в зависимости от марки щебня.
Требования по содержанию (%) комовой глины в сырье определяется по формуле извлечения продуктов:Ц,л . - извлечение комовой глины в щебень, доли единицы.
Допустимое содержание комовой глины в сырье изменяется в разные периоды года, с учетом повышения извлечения глины в отходы в процессе переработки сырья в летний период. В случаях, когда сухим способом невозможно обеспечить получение щебня с нормативным содержанием комовой глины или выделить повышенное содержание пылевидных и глинистых частиц в сырье, поступающем на переработку, либо потери
полезного ископаемого, обусловленные удалением его вместе с глиной, становится чрезмерно высоким, используется мокрый способ переработки. По данным института ВНИПИИстромсырье содержание комовой глины в исходном сырье может быть повышено до 10%, а пылевидных и глинистых -до 12. . .25%, при этом выполняется допустимое условие содержание их в готовом продукте до 1% при влажности готового продукта 4... 8%,
На предприятиях перерабатывающих карбонатные породы часть массива исходной горной массы может быть представлена в мучнистом виде с повышенной влажностью, так же, как и мелочь, образующаяся при вырывании обводненных пород. При этом влажность карбонатных пород увеличивается с уменьшением размера классов по крупности.
По данным Жукова B.C., влажность известняка, извлеченного из затопляемой зоны и зоны обслуживания в отвале во фракции 0...5 мм составляет, соответственно, 17,6 и 13,8% и уменьшается до 7,6 и 5,3% для фракций 60...75 мм.Важным физико-механическим свойством стоительных горных пород является абразивность. Это свойство не имеет практической значимости при изготовлении строительных деталей, изделий и материалов, получаемых с использованием щебня, гравия и песка. Однако подготовительное и транспортное оборудование, одним из которых является ленточный конвейер, испытывают значительные трудности в работе от воздействия абразивных частиц перерабатываемого материала.
Существует несколько классификаций горных пород, связанных с определением их абразивности. Наиболее представительными, так как в них абразивность непосредственно связана с микротвердостью (шкала Мооса и по Хрущеву М.М.) и классификация горных пород и минералов по абразивности (по Барону Л.И. и Кузнецову А.В. ИГД им. Скочинского А.А), в которой показатель абразивности соответствует характерным породам, разбитым по классам. В соответствии со шкалой Мооса абразивность нерудных материалов в соответствии с их твердостью должна быть не менее
Влияние физико-механических свойств загрязнений и вибрационных ускорений на степень очистки конвейерной ленты
Вибрационные очистительные устройства предназначены для очистки конвейерной ленты от загрязнений, находящихся в сыпучем или агрегатно-сыпучем состоянии [52]. Поэтому в настоящем параграфе оценивается влияние параметров загрязняющего материала и вибрационных ускорений на степень очистки конвейерной ленты от той части загрязнений, которая находится в указанных состояниях. Рассмотрим условия отрыва от ленты частицы с приведенным диаметром d под действием собственного веса и вибрационного ускорения. Этот случай соответствует сыпучему состоянию загрязняющих частиц. Сцепление частицы с поверхностью ленты (или поверхностью монолитного слоя загрязнений на ленте) обеспечивается капиллярными силами, образующимися в водяной манжете между частицей и поверхностью ленты [14]. На рис, 2.1 показаны основные геометрические параметры частицы и водяной манжеты. Для сферической частицы диаметром d капиллярное давление в функции углов смачивания ръх и /?34 и Угла обхвата частицы манжетой 0 равна [14]: где ав - сила поверхностного натяжения воды, н/м.\ /?зг угол смачивания водой частицы загрязнений; /?34 - угол смачивания водой поверхности ленты. Суммарная вертикальная составляющая сил капиллярного давления по поверхности частицы, контактирующей с водяной манжетой равна произведению давления на площадь поперечного сечения частицы по диаметру 2а (рис. 2.2): где р - плотность транспортируемой горной породы в целике. Условие отрыва частицы от ленты под действием собственного веса и вибрационного ускорения: Здесь, очевидно, величина cos# может изменяться от -1 до +1. Первый случай соответствует максимальной величине водяной манжеты, когда а —, второй - минимальной величине манжеты {а — 0). При этом угол обхвата 9 изменяется от 0 до 180 . Величина водяной манжеты зависит от влажности поверхностей ленты и частицы. При влажности полного насыщения загрязняющего материала в —» 180, cos# — (-l), FK — 0. При малой влажности 9 — 0, однако установить зависимость угла 9 от влажности при этом весьма сложно, т.к. на нее влияют условия формирования слоя загрязнений на ленте. Однако из (2.4) можно сделать вывод, что Таким образом, величина удельных объемных сил, необходимая для отрыва частицы (величина виброускорения плюс ускорение свободного падения g) обратно пропорциональна квадрату диаметра частицы. Коэффициент пропорциональности может изменяться, во-первых, из-за изменения влажности ленты и частицы (в два раза, как показано выше), а во-вторых, из-за замещения воды взвесью, мелкодисперсных частиц транспортирующего материала. Поэтому он подлежит, вообще говоря, экспериментальному определению. Однако формула (2.5) позволяет составить общую схему определения степени очистки ленты от отдельных крупных частиц сыпучих загрязнений. Пусть кумулятивная кривая гранулометрического состава загрязняющего материала описывается функцией P\d\ где Р - массовая доля частиц с диаметром, не превосходящим d. Обычно функция P\d) аппроксимируется кривой вида где в,п - эмпирические коэффициенты. Величина [l - P\d)] характеризует таким образом вероятность встретить в загрязняющем материале частицы, диаметр которых превышает d.
Формула (2.5) дает необходимое для отрыва этих частиц виброускорение. Сопоставляя эти две зависимости, можно получить зависимость вероятности отрыва произвольно взятой из загрязняющего материала частицы от виброускорения, или, что то же самое, массовой доли частиц загрязняющего материала, отрывающихся от ленты при данном уровне виброускорений. На рис. 2.2. приведена схема построения этой зависимости, где через є обозначена искомая степень очистки ленты от сыпучих загрязнений. В левой части схемы изображена зависимость [1 — P{d)], под ней - зависимость необходимого виброускорения для отрыва частиц от их диаметра ae{d).
Переносом значений этих функций, соответствующих одному и тому же значению диаметра частиц d, на оси координат в правой части схемы, получаем зависимость [\ Р(ав)] = є(ав). При этом частицы диаметромd d0 отрываются под действием собственного веса, если
Массовая доля этих частиц обозначена на рис. 2.2. через е0. При d -» 0, необходимое виброускорение ан — со, поэтому кривая е\ав) приближаетсяк единице асимтотически.
Анализ автоколебаний ячеистого рабочего органа
С целью анализа малых по амплитуде колебаний ячеистого РО, выделим в уравнениях (3.9) статические составляющие переменных величин и их динамические приращения, предварительно подставив в эти уравнения соотношения (3,14)...(3.19). При этом представим приближенно динамические значения входящих в уравнение (3.9) функций от переменных х1 (і = I, 2,...), претерпевающих малые динамические изменения в виде рядов
Тейлора по малым приращениям переменных относительно статических значений, оставляя в этих рядах лишь члены первого порядка малости df где - - означает значение частной производной от функции f (хь х2, ... , хп)
В получающихся уравнениях движения РО возможно взаимное сокращение статических составляющих из условий статического равновесия (3.20).
После подстановки в уравнения (3.9) соотношений (3.14) ... (3.19), пренебрегая появляющимися при этом величинами второго порядка малости, систему уравнений можно приближенно записать в виде
В этих уравнениях содержатся три переменные во времени величины: Рр, у и а, а также неизвестная, не выражаемая через рр, у и а, и конструктивные параметры РО, сила Fp. Первые два уравнения служат для определения закона изменения величины РР во времени и определения силы Fp. Третье уравнение необходимо для определения закона изменения угла а. В первом приближении можно пренебречь влиянием небольших углов продольного наклона рамы очистителя а, учитывая, что длина очистителя L значительно меньше его ширины, а при небольших колебаниях углов (Зр и у и длине пружин и рычагов, сравнимой с L, значения угла а весьма малы. Поэтому третье уравнение исключаем из системы (3.26) и в дальнейшем считаем, что а к 0. Четвертое уравнение этой системы описывает изменение во времени угла ф в зависимости от изменения угла РР.
Для получения уравнения колебаний угла рр, умножим первое уравнение системы (3.26) на cos рр, а второе уравнение этой системы - на sin Рр и сложим эти уравнения почленно. Кроме того, подставим в четвертое уравнение значение силы Fp, определенное из второго уравнения через другие переменные. Тогда получаем систему двух уравнений для переменных (Зр и ф: d2 т я d2 mlp — (sin рр) -cos рр + рл /р (—+ хк - х„) [f- - — (cos рр)] sin рр + Из полученных уравнений указанным выше способом получаем уравнения для динамических приращений действия сил (с точностью до величин второго порядка малости):
Группируя члены уравнений (3.29) с одинаковой зависимостью от переменных Д(3 и ф, а также вводя новую переменную с = -Д3Э отражающук величину колебаний РО в направлении оси X, приводим систему уравнение (3.29) к следующему виду:
Все входящие в выражения для коэффициентов полученных уравнений величины, относящиеся к параметрам статического состояния РО, определены нами ранее. Добавим только, что величину /п удобнее рассчитывать по формулеа величину (/р" /с - /ш) можно заменить равной ей величиной (4 +/р sin РР +/п sin у0).
Анализ уравнений (3.30) показывает, что первое из них является типичным уравнением релаксационных автоколебаний. Влияние на эти автоколебания угловых колебаний РО, определяемых углом ф, осуществляется изменением результирующей силы трения FTp и достаточно мало, чтобы в первом приближении можно было им пренебречь. Поэтому решение первого уравнения системы (3.30) ищем в первом приближении при ф и 0 и силе тренияFTp и рл (g - а /р sin рр) (хк - хн) ft (Ул - & /р cos рр).
Заметим, что сила трения зависит как от скорости колебаний очистителя, так и от ускорения вертикальных колебаний ленты вместе с РО. Однако величина и направление суммарной силы инерции ленты весьма неопределенны: кроме определенной нами силы инерции прямолинейного отрезка ленты, направленной вверх, необходимо было бы учесть центробежные силы инерции ленты на криволинейных участках, направленные вниз, а также кориолисовы силы, возникающие вследствие 150 изменения угла а (см. рис. 3.3). Поэтому в первом приближении влияние величины & на силы трения не учитываем. Тем более, что расчеты по принятому ниже методу решения уравнения автоколебаний РО указывают на весьма малое влияние величины а на амплитуду автоколебаний.
Следуя принятому в теории колебаний методу решения уравнений релаксационных автоколебаний [47], разложим функцию fT (Ул - в) в ряд Тейлора вблизи точки в - 0 по малым значениям в & L cos рр:
Учитывая, что F я Gn ft (V„) и ограничиваясь четырьмя первыми членами в ряду (3.31), вполне отражающими картину автоколебаний [47], можем записатьТогда уравнение автоколебаний рабочего органа очистного устройства принимает вид:
Производные fT„ fT и fT весьма малы, поэтому полученное уравнение является квазилинейным. Для решения таких уравнений применяются различные варианты метода усреднения по времени амплитуды и фазы соответствующих им колебаний, близких к гармоническим [33].
Сначала определим среднее значение угла о, около которого происходят колебания. Для этого усредним по времени правую частьуравнения (3.33), полагая с и a cos Ф t, где ш « уД . При этом
Таким образом, в состоянии динамического равновесия а Ф О, как в состоянии статического равновесия. Причем Oq, зависит от амплитуды автоколебаний, которая установлена ниже.Далее рассмотрим автоколебания относительно положения cr = aq,.Обозначая центрированную величину a =cr а , уравнение автоколебаний перепишем в виде
Согласно методу Ван-дер-Поля [33, 45], изменение амплитуды и фазы автоколебаний во времени можно описать следующими приближенными уравнениями:Для нахождения стационарных решений уравнения автоколебаний необходимо усреднить по времени правые части уравнений (3.37) за один период колебаний, как это было сделано в выражении (3.34). Тогда получаем:
Стендовые исследования характеристик вибрации конвейерной ленты при воздействии виброролика
Предварительно на стенде, описанном в работе [9] конструкции, нами проводилось исследование режима работы виброочистителя в виде высокочастотного виброролика с использованием глинистых примазок.
При проведении опытов было установлено, что проводить экперименты с естественной глинистой породой, налипающей на конвейерную ленту, представляет большие трудности, так как в ходе эксперимента свойства породы, наносимой тонким слоем на ленту, в частности, влажность сильно меняется и это обуславливает изменение ее адгезионного взаимодействия с лентой. Поэтому возникла проблема моделирования процесса адгезии груза. На основании рассмотрения различных вариантов была предложена и реализована на практике модель, в соответствии с которой адгезионное взаимодействие груза с лентой имитировалось силой притяжения к электромагниту, расположенному над лентой, некоторой массы (названной имитационной), расположенной под лентой.
При изменении силы тока в электромагните, силу магнитного притяжения имитационной массы можно варьировать в области, которая соответствует силе адгезионного взаимодействия загрязнений с конвейерной лентой; эта сила не превышает при транспортировании связных пород и нерудных материалов 3,0 -5$Па. Достоинством модели является также сравнительная простота конструктивной и технологической ее реализации на практике, и стабильность получаемых результатов эксперимента.
Моделирование процессов на стенде не лишено некоторых недостатков и предполагает ряд допущений, основные из которых следующие:достаточно сложный механизм когезионно-адгезионного взаимодействия приводит к тому, что с увеличением времени вибрации связи частиц между собой и с лентой нарушаются и эффективность очистки, как правило, возрастает. Однако, с ростом времени вибрации возможно и увеличение липкости глинистой породы за счет изменения площади контакта частиц с подложкой. Очевидно, что для данного стенда, принцип работы которого основан на притяжении макротела к ленте, варьировать временем вибрации нецелесообразно. Из этих же соображений нецелесообразно изменять и место установки вибратора: под лентой и над лентой;- удаление адгезионно связанных с подложкой частиц на несколькодесятых долей мкм от подложки приводит к их отлипанию, тогда как внашем случае имитационная масса находится в магнитном поле приудалении от ленты даже на несколько мм;- в процессах адгезии большое значение имеет шероховатость подложки, соизмеримая с размером микрочастиц и определяющая площадь их контакта с подложкой;- на стенде шероховатость ленты, определяемая видом материала, качеством ее рабочей поверхности, степенью износа и т. д., практически не влияет на параметры процесса, а лента рассматривается только как диамагнитный материал.
Таким образом, механизм магнитного притяжения не моделирует реальный процесс адгезии, но исследования при использовании рассматриваемого стенда позволяют измерить величину виброускорений в процессе виброочистки, а также установить рациональную область изменения таких параметров процесса, как частота и амплитуда вибрации, расположение вибратора по длине пролета ленты и натяжение ленты в зоне его работы.
Конструкция стенда по испытанию вибрационного очистителя конвейерных лент изображена на рис. 4.1. и представляет собой раму 1, на которой в зажимах 2 с шарнирами 3 размещена конвейерная лента 4. Изменение натяжения конвейерной ленты производится с помощью натяжного устройства 5, контроль натяжения осуществляется динамометром 6, при этом продольная жесткость конвейерной ленты 4 имитируется пружиной 7. Под конвейерной лентой 4 расположены подвижные тележки 8 и 9, перемещающиеся на колесах по направляющим 10 вдоль конвейерной ленты 4. Изменение длины безопорного пролета ленты 4 осуществляется перестановкой роликоопор 11.
На подвижной тележке 8 под конвейерной лентой 4 установлен виброролик 12 с приводом от электродвигателя 13. Изменение частоты вращения виброролика 12 осуществляется с помощью сменных шкивов 14 разного диаметра, размещенных на валу электродвигателя 13.
На подвижной тележке 9 над конвейерной лентой 4 на балке 15 размещен электромагнит 16, фиксация положения которого вдоль балки 15 (перпендикулярно продольной оси конвейерной ленты) осуществляется с помощью зажимной струбцины 17. В качестве имитационной массы использовались 2 груза в виде параллелепипедов, один из которых имел массу 10,4г и площадь контактирующей поверхности 1,74см , второй - массу 19,0г, площадь поверхности контакта 3,78см . На втором грузе дублировались некоторые опыты для контроля влияния масштабного фактора на результаты измерений. Построение тарировочного графика, устанавливающего связь между силой тока, проходящего через электромагнит и силой магнитного притяжения имитационной массы, проводилась нами по следующей методике. Имитационную массу прикрепляли ниткой к коромыслу весов и уравновешивали массой на левой чашке весов. К имитационной массе подводили отрезок конвейерной ленты до прикосновения поверхностей, а сверху лента контактировала с сердечником электромагнита. Постоянный ток создавал выпрямитель, обеспечивающий его изменение в интервале от 0 до 10 А. Добавляя разновесы на правую чашку весов, определяли силу магнитного притяжения при различных значениях силы тока в момент отрыва имитационной массы от ленты. Зависимость удельной силы магнитного притяжения (Fa) от силы тока для двух указанных выше имитационных масс приведена на рис. 4.2. Перед началом экспериментов на стенде была проведена разметка ленты с наложенной на нее системой координат показанной на рис. 4.3. Отсчет производили от нулевой точки. Расстояние от начального положения вибратора S равное 630мм, от правой роликоопоры, до крайнего положения тележки Z), на которой закреплялся электромагнит, было разбито на равные отрезки длиной 400мм. Расстояние у между направлениями перемещения имитационной массы, по ширине ленты, отсчитывалось от оси ленты и изменялось с шагом ЮОлш (линии 1, 2, 3, 4, 5)
