Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ техники и технологии разделения кусковых материалов 9
1.1. Способы разделения материалов 9
1.2. Механическая классификация 10
1.3. Анализ грохотов, использующихся для классификации мелких сыпучих строительных материалов 13
1.4. Виды просеивающих поверхностей 22
1.5. Анализ методик расчетов вибрационных грохотов 26
1.5.1. Эффективность грохочения 26
1.5.2. Производительность грохота 30
1.5.3. Кинетика грохочения 30
1.6. Анализ математических моделей, описывающих взаимодействие и движение частиц сыпучего материала 32
1.7. Описание конструкции спирально-винтового грохота 35
1.8. Цель и задачи исследования 38
1.9. Выводы 39
2. Математическое моделирование процесса разделения сыпучего материала 40
2.1. Расчет мощности, потребляемой винтовым грохотом 40
2.2. Расчет амплитуды колебаний винтового грохота 51
2.3. Допущения к построению модели классификации сыпучего материала на вибрирующей сетке 56
2.3.1. Определение параметров контакта частиц 59
2.3.2. Моделирование контактного взаимодействия частиц 70
2.3.3. Особенности моделирования взаимодействия частиц в слое материала 70
2.3.4. Результаты моделирования 72
2.4. Моделирование динамических процессов вибрационного грохота с учетом мощности электропривода 76
2.4.1. Анализ режимов работы виброгрохота 77
2.4.2. Модель взаимодействия рабочего органа с обрабатываемой средой 80
2.4.3. Реологическая модель обрабатываемой среды 81
2.4.4. Алгоритм численного расчета 84
2.4.5. Анализ переходных режимов 85
2.4.6. Анализ установившихся режимов 86
2.4.7. Анализ силовых и энергетических характеристик 89
2.5. Выводы 91
3. Методики, план и программа проведения экспериментальных исследований 93
3.1. Основные положения экспериментальных исследований 93
3.2. Описание экспериментальной установки и контрольно-измерительного оборудования 93
3.3. Методика проведения экспериментов 99
3.4. План проведения многофакторного эксперимента 103
3.5. Определение количества повторных экспериментов 105
3.6. Выводы 106
4. Исследование влияния конструктивно технологических параметров работы винтового инерционного грохота 107
4.1. Результаты поисковых экспериментов 107
4.1.1. Влияние угла подъема винтовой линии просеивающей поверхности на эффективность грохочения и производительность грохота по готовому продукту 107
4.1.2. Влияние частоты колебаний на эффективность грохочения и производительность грохота по готовому продукту 110
4.1.3. Влияние амплитуды колебаний на эффективность грохочения и производительность грохота по готовому продукту 113
4.1.4. Влияние призводительности грохота по исходному продукту на эффективность грохочения и производительность грохота по готовому продукту 114
4.2. Влияние исследуемых факторов на эффективность
грохочения и мощность, потребляемую приводом 117
4.2.1. Влияние исследуемых факторов на эффективность грохочения 118
4.2.2. Влияние исследуемых факторов на мощность, потребляемую приводом грохота 124
4.3. Определение рационального режима работы спирально– винтового инерционного грохота 131
4.4. Выводы 138
5. Использование результатов работы 139
5.1. Инженерная методика расчета 139
5.2. Технико-экономическая эффективность использования винтового инерционного грохота 141
Общие выводы и рекомендации 144
Список литературы
- Анализ грохотов, использующихся для классификации мелких сыпучих строительных материалов
- Расчет амплитуды колебаний винтового грохота
- Описание экспериментальной установки и контрольно-измерительного оборудования
- Влияние угла подъема винтовой линии просеивающей поверхности на эффективность грохочения и производительность грохота по готовому продукту
Введение к работе
Актуальность работы.
На протяжении последних 4 лет объёмы выработки нерудных строительных материалов в России стабильно увеличиваются на 12-18 % в год. В 2012 г. всего было получено 404-406 млн. м3 (годовой прирост составил 12,8 %). В том числе объемы сегментов рынка составляют: щебня и гравия – 54-56 % (более 215 млн. м3); песка 38 % (более 150 млн. м3); дробленого камня 4 % (более 16 млн. м3); гранул порошка и дробленого известняка 1 % (по 4 млн. м3) [53, 56].
Объемы отходов камнедробления, образующихся при переработке природных каменных материалов, достигают 20-45% объема перерабатываемого материала. Отходы камнедробления карбонатных и кремнистых пород целесообразно использовать с точки зрения как экономики, так и экологии. Экономическая составляющая складывается из затрат на горные работы и переработку горной массы (поскольку расходы на получение отсевов аналогичны расходам на выпуск щебня), плату за аренду земель, занимаемых отвалами не нашедших сбыта отсевов. Экологическая составляющая проявляется в увеличении нагрузки на окружающую среду, создаваемую отвалами [26].
В «Стратегии развития промышленности строительных материалов и индустриального домостроения на период до 2020 года», утвержденной Приказом Минрегиона РФ от 30 мая 2011 г. N 262 промышленности строительных материалов, выделяется особое место, как отрасли с уникальными возможностями по утилизации техногенных отходов, в том числе и отсевов, полученных в ходе производства нерудных строительных материалов.
В работах [35,44] показано, что использование отсевов дробления в технологии легкого бетона является перспективным направлением производства конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных бетонов, а в технологии тяжелого бетона обеспечивает полную замену природного песка и части щебня. Использование отсевов дробления в технологии приготовления бетонов может обеспечить значительный экономический и экологический эффект в промышленности строительных материалов.
Несмотря на очевидные экономические преимущества использования отсевов дробления в приготовлении растворов и бетонов, эти технологии не находят широкого распространения. Одной из причин, препятствующей промышленному освоению отсевов, является отсутствие у большинства предприятий, производящих отсевы, оборудования для их фракционирования.
Одним из возможных путей решения вопроса обеспечения конкрет-
ных предприятий относительно дешевыми продуктами фракционирования отсевов является их самостоятельная переработка. Однако для этого необходимо наличие соответствующего оборудования.
Таким образом, разработка и исследование оригинальных конструкций грохотов, позволяющих обеспечить эффективное фракционирование мелких фракций из отсевов дробления является важной и актуальной задачей.
Цель работы – определение рациональных режимов процесса классификации отсевов дробления в спирально-винтовом инерционном грохоте, разработка методики расчета его основных параметров.
Задачи исследований:
-
Разработать методику для расчета мощности потребляемой приводом, учитывающую конструктивные и технологические параметры работы спирально-винтового инерционного грохота.
-
Получить уравнения, характеризующие взаимодействие частиц сыпучего материала на вибрирующей поверхности с учетом контактного взаимодействия и деформации частиц.
-
Получить уравнения, характеризующие динамические процессы вибрационного грохота с учетом мощности электродвигателя.
-
Создать экспериментальную установку и разработать методики исследований спирально-винтового инерционного грохота.
-
Исследовать влияние режимов работы инерционного грохота на эффективность процесса грохочения.
-
Выявить рациональные конструктивные и технологические параметры спирально-винтового инерционного грохота.
-
Провести промышленную апробацию опытного образца спирально-винтового инерционного грохота.
Научная новизна работы.
Разработана методика расчета потребляемой приводом мощности, учитывающая конструктивные и технологические параметры работы спирально-винтового инерционного грохота.
Получены аналитические выражения, характеризующие: взаимодействие частиц сыпучего материала на вибрирующей поверхности с учетом контактного взаимодействия и деформации частиц; динамические процессы вибрационного грохота с учетом мощности электродвигателя.
Получены уравнения, характеризующие влияние частоты, амплитуды колебаний и производительности грохота по исходному продукту на эффективность грохочения и мощность, потребляемую приводом.
Экспериментально установлены рациональные значения технологических параметров спирально-винтового инерционного грохота, при которых обеспечивается максимальная эффективность процесса грохочения.
Практическая значимость работы.
На основании результатов исследований получены рекомендации по организации процесса грохочения отсевов дробления в спирально-винтовом инерционном грохоте.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях, проходивших в БГТУ им. В.Г. Шухова; международной научно-технической конференции ИНТЕРСТРОЙМЕХ-2011; на заседании кафедры теоретической механики и мехатроники Юго-Западного государственного университета, протокол № 9 от 09.02.2012 г; на заседании технического персонала ИП «Лотков» в 2013 г.
Реализация работы.
Результаты работы внедрены в условиях ИП «Лотков» (г. Курск) при классификации отсевов дробления щебня с целью получения заполнителей бетонов и растворных смесей, а также в учебном процессе Белгородского государственного технологического университета имени В.Г. Шухова на кафедре механического оборудования.
Публикации. По результатам работы опубликовано 9 печатных работы, в том числе 4 в рецензируемых изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ.
Автор защищает.
-
Методику расчета потребляемой приводом мощности, учитывающую конструктивные и технологические параметры работы спирально-винтового инерционного грохота.
-
Аналитические выражения, характеризующие взаимодействие частиц сыпучего материала на вибрирующей поверхности с учетом контактного взаимодействия и деформации частиц.
-
Аналитические выражения, характеризующие динамические процессы вибрационного грохота с учетом мощности электродвигателя.
-
Результаты экспериментальных исследований в виде регрессионных зависимостей, позволяющие определить влияние основных факторов на формирование функций отклика: эффективность грохочения и мощность потребляемую приводом спирально-винтового инерционного грохота.
Структура и объем работы.
Анализ грохотов, использующихся для классификации мелких сыпучих строительных материалов
Актуальность темы диссертационной работы. На протяжении последних 4 лет объёмы выработки нерудных строительных материалов в России стабильно увеличиваются на 12-18 % в год. В 2012 г. всего было получено 404-406 млн. м3 (годовой прирост составил 12,8 %). В том числе объемы сегментов рынка составляют: щебня и гравия – 54-56 % (более 215 млн. м3); песка 38 % (более 150 млн. м3); дробленого камня 4 % (более 16 млн. м3); гранул порошка и дробленого известняка 1 % (по 4 млн. м3) [53, 56].
Объемы отходов камнедробления, образующихся при переработке природных каменных материалов, достигают 20-45% объема перерабатываемого материала. Отходы камнедробления карбонатных и кремнистых пород целесообразно использовать с точки зрения как экономики, так и экологии. Экономическая составляющая складывается из затрат на горные работы и переработку горной массы (поскольку расходы на получение отсевов аналогичны расходам на выпуск щебня), плату за аренду земель, занимаемых отвалами не нашедших сбыта отсевов. Экологическая составляющая проявляется в увеличении нагрузки на окружающую среду, создаваемую отвалами [26].
Объем реализации отсевов составляет не более 10–15% от объема их выхода. Остальная часть отсевов направляется в отвалы. В итоге увеличиваются затраты на производство продукции [11].
Основными потребителями отходов камнедробления в настоящее время являются дорожно-строительные организации, использующие отсевы в асфальтобетонных смесях в качестве мелкого заполнителя [27].
В «Стратегии развития промышленности строительных материалов и индустриального домостроения на период до 2020 года», утвержденной Приказом Минрегиона РФ от 30 мая 2011 г. N 262 промышленности строительных материалов, выделяется особое место, как отрасли с уникальными возможностями по утилизации техногенных отходов, в том числе и отсевов, полученных в ходе производства нерудных строительных материалов. В работах [35,44] показано, что использование отсевов дробления в тех 6 нологии легкого бетона является перспективным направлением производства конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных бетонов, а в технологии тяжелого бетона обеспечивает полную замену природного песка и части щебня. Использование отсевов дробления в технологии приготовления бетонов может обеспечить значительный экономический и экологический эффект в промышленности строительных материалов.
Несмотря на очевидные экономические преимущества использования отсевов дробления в приготовлении растворов и бетонов, эти технологии не находят широкого распространения. Одной из причин, препятствующей промышленному освоению отсевов, является отсутствие у большинства предприятий, производящих отсевы, оборудования для их фракционирования.
Одним из возможных путей решения вопроса обеспечения конкретных предприятий относительно дешевыми продуктами фракционирования отсевов является их самостоятельная переработка. Однако для этого необходимо наличие соответствующего оборудования.
Таким образом, разработка и исследование оригинальных конструкций грохотов, позволяющих обеспечить эффективное фракционирование мелких фракций из отсевов дробления является важной и актуальной задачей.
Рабочая гипотеза – повысить эффективность процесса грохочения в инерционном грохоте возможно за счет увеличения времени нахождения материала на просеивающей поверхности.
Научная идея – повысить время контакта частиц с просеивающей поверхностью инерционного грохота возможно за счет придания просеивающей поверхности спирально-винтовой формы. Цель работы – определение рациональных режимов процесса классификации отсевов дробления в спирально-винтовом инерционном грохоте, разработка методики расчета его основных параметров. Задачи исследования.
1. Разработать методику для расчета мощности потребляемой приводом, учитывающую конструктивные и технологические параметры работы спирально-винтового инерционного грохота. 2. Получить уравнения, характеризующие взаимодействие частиц сыпучего материала на вибрирующей поверхности с учетом контактного взаимодействия и деформации частиц. 3. Получить уравнения, характеризующие динамические процессы вибрационного грохота с учетом мощности электродвигателя. 4. Создать экспериментальную установку и разработать методики исследований спирально-винтового инерционного грохота. 5. Исследовать влияние режимов работы инерционного грохота на эффективность процесса грохочения. 6. Выявить рациональные конструктивные и технологические параметры спирально-винтового инерционного грохота. 6. Провести промышленную апробацию опытного образца спирально-винтового инерционного грохота. Научная новизна
Разработана методика расчета потребляемой приводом мощности, учитывающая конструктивные и технологические параметры работы спирально-винтового инерционного грохота.
Получены аналитические выражения, характеризующие взаимодействие частиц сыпучего материала на вибрирующей поверхности с учетом контактного взаимодействия и деформации частиц; динамические процессы вибрационного грохота с учетом мощности электродвигателя.
Получены уравнения, характеризующие влияние частоты, амплитуды колебаний и производительности грохота по исходному продукту на эффективность процесса грохочения и мощность, потребляемую приводом.
Экспериментально установлены рациональные значения технологических параметров спирально-винтового инерционного грохота, при которых обеспечивается максимальная эффективность процесса грохочения.
Практическая ценность работы
На основании результатов исследований получены рекомендации по организации процесса грохочения отсевов дробления в спирально-винтовом инерционном грохоте. Автор защищает 1. Методику расчета потребляемой приводом мощности, учитывающую конструктивные и технологические параметры работы спирально-винтового инерционного грохота. 2. Аналитические выражения, характеризующие взаимодействие частиц сыпучего материала на вибрирующей поверхности с учетом контактного взаимодействия и деформации частиц. 3. Аналитические выражения, характеризующие динамические процессы вибрационного грохота с учетом мощности электродвигателя. 4. Результаты экспериментальных исследований в виде регрессионных зависимостей, позволяющие определить влияние основных факторов на формирование функций отклика: эффективность грохочения и мощность потребляемую приводом спирально-винтового инерционного грохота.
Реализация работы Результаты работы внедрены в условиях ИП «Лотков» (г. Курск) при классификации отсевов дробления щебня с целью получения заполнителей бетонов и растворных смесей, а также в учебном процессе Белгородского государственного технологического университета имени В.Г. Шухова на кафедре механического оборудования.
Апробация работы Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях, проходивших в БГТУ им. В.Г. Шухова; международной научно-технической конференции ИНТЕРСТРОЙМЕХ-2011; на заседании кафедры теоретической механики и мехатроники Юго-Западного государственного университета, протокол № 9 от 09.02.2012 г; на заседании технического персонала ИП «Лотков» в 2013 г.
Расчет амплитуды колебаний винтового грохота
Поведение сыпучих сред, таких как, например, песок, гравий или каменный уголь, очень разнообразно и зависит от размера частиц, граничных условий, объемной концентрации сил, действующих на частицы. Вообще сыпучий материал можно рассматривать как некоторую двухфазную среду, состоящую из твердых частиц и газа [39,41, 42, 43,54,55,76-98]. При большой объемной концентрации твердых частиц материал остается в покое подобно твердому телу, при уменьшении концентрации частиц начинает течь подобно жидкости, а при дальнейшем уменьшении концентрации частиц ведет себя подобно газу. Такое разнообразие обеспечивается тем, что сыпучая среда состоит из частиц макроскопического размера, где термин «макро» подразумевает пренебрежимость тепловым движением и важность эффектов с характерным масштабом порядка размера частицы; между частицами действуют неконсервативные контактные силы, поэтому сыпучая среда быстро рассеивает энергию, и методы статистической механики, предполагающие сохранение энергии, имеют ограниченную применимость. Изучение свойств сыпучей среды и моделирование ее движения представляет все более возрастающий интерес как с научной точки зрения, так и для решения технологических задач, в которых сыпучая среда является обрабатываемой средой. Исследования движения сыпучих сред представлены в работах [83-97].
Для однофазных моделей сыпучих материалов существует достаточно развитая теория и математические подходы, описание которых приводится в целом ряде работ. В то же время моделирование движения двухфазных и трехфазных сред представляет определенные трудности. Потребность в решении таких задачах особенно высока в силу того, что сыпучие материалы представляют собой смеси, состоящие из частиц различного размера.
Например, в задаче о разделении сыпучего материала по крупности на вибрирующей сетке можно говорить о смеси, состоящей, как минимум, из частиц двух типов. Одна компонента смеси при этом обладает свойством непротекания через сетку, а вторая – свободно протекает через неё. В то же время при решении задачи о транспортировании этого сыпучего материала можно применить только однокомпонентную модель.
Таким образом, правильный выбор и построение математической модели технологического процесса требует понимания не только закономерностей поведения дисперсного материала, но и знание условий протекания технологического процесса. Необходимо также учитывать, что вибрационные технологические процессы протекают в условиях периодической тиксотропии, раз 34
рушения и создания структур. Этапы быстрого движения разреженного потока сочетаются с медленным деформированием структурированной системы. Эти свойства хорошо проявляются при изучении виброкипящего слоя, возникающего в сыпучем материале при воздействии вертикальной вибрации с уровнем ускорения, превышающим ускорение свободного падения при частотах, не превышающих некоторое предельное значение.
Эксперименты показывают, что при полете реализуется режим быстрого движения среды, то же самое имеет место при вибротранспорте с подбрасыванием. В этом случае структура материала разрушается и восстанавливается с частотой внешнего воздействия.
Вибрационная сепарация сыпучих материалов предполагает медленное выделение одной из компонент с помощью перфорированной границы, при этом эффективность процесса существенно зависит от объёмной концентрации твердой фазы, которая, в свою очередь, определяется параметрами вибрационного воздействия на смесь [81,92-95]. В этих работах показано, что в ходе контакта частицы сжимаются, их центры сближаются, а поверхности вблизи точки контакта деформируются, в результате чего образуется пятно контакта, размер которого мал по сравнению с размерами частиц.
В данной диссертационной работе рассматривается сыпучий материал как некоторая совокупность твердых частиц различного размера. Модель разделения сыпучего материала на вибрирующей сетке построена с использованием результатов, приведенных в работах [76-81].
Расчет для каждой частицы напряжений и деформаций, которые вызывают контактное взаимодействие, является весьма сложным и дорогостоящим на современном этапе развития вычислительной техники. Поэтому в модели среды моделируется движение только некоторых частиц, выполняющих роль маркеров, по перемещению которых с известной степенью точности можно судить о поведении сыпучего материала в целом. В то же время адекватность описания движения сыпучего материала с помощью дискретной модели напрямую зависит от количества частиц, представленных в модели, и правильности моделирования процессов взаимодействия между частицами. 1.7. Описание конструкции спирально-винтового грохота
Для решения задачи по повышению эффективности процесса классификации мелкого сыпучего строительного материала нами была исследована конструкция спирально-винтового инерционного грохота.
Схема грохота представлена на рисунках 1.20., 1.21.
Короб грохота 1 выполнен в виде винтовой поверхности с вертикальной осью. В сечении короб может иметь прямоугольную, круговую или др. формы. Просеивающая поверхность, выполненная в виде геликоида 2, разделяет короб на две части: надрешётную (а) и подрешётную (б).
Короб устанавливается относительно рамы на упругих опорах 3 и приводится в вибрационное движение с помощью вибратора 4. В верхней части короба имеется загрузочный бункер 5, через который осуществляется подача исходного материала в надрешётное пространство.
Просеивающая поверхность может быть изготовлена из набора сит, установленных последовательно. По длине короба размещены отводные патрубки 6, которые предназначены для отвода разных фракций из подрешётного пространства.
Исходный материал подается через бункер 5 в надрешётную часть короба и под действием вибрации и сил тяжести перемещается вдоль просеивающей поверхности 2. Перемещение материала сопровождается его классификацией на просеивающих поверхностях и перемещением материала, прошедшего классификацию в подрешетном пространстве.
В рассмотренной конструкции могут быть реализованы две схемы грохочения от мелкого к крупному (рис. 1.20.) и комбинированная (рис. 1.21.). При схеме от мелкого к крупному (рис. 1.20.) подрешетное пространство короба 1 поделено на участки, соответствующие каждому ситу, в конце каждо го участка устанавливается разгрузочный патрубок 6, который позволяет вывести из короба весь материал, прошедший классификацию, в нижней части короба также имеется патрубок разгрузки материала, оставшегося на сите (наиболее крупные частицы).
Описание экспериментальной установки и контрольно-измерительного оборудования
Анализ рисунков 2.15.-2.20. особенно полезен при детальном изучении поведения частиц на сите в процессе разделения их по крупности.
Очевидно, что в результате действия переносных сил инерции и сил межчастичного взаимодействия частицы малого диаметра начинают проникать через сетку не мгновенно после начала процесса движения сыпучего материала по поверхности вибрирующей сетке, а с задержкой по времени, определяемой уровнем вибрационного ускорения и соотношением между размером ячейки и диаметром мелкой частицы. В рассматриваемом примере время задержки составляет приблизительно 1,0 с. При этом частицы большого диаметра остаются на поверхности сетки, двигаясь по ней с периодическим отрывом. Именно периодический отрыв частиц от поверхности позволяет разрыхлять слой сыпучего материала, что обеспечивает перемещение мелких частиц в сторону сетки с последующим их проходом через отверстия.
В настоящем времени вибрационные методы классификации сыпучих материалов по крупности получили широкое распространение. Разнообразие вибрационных машин и инструментов, применяемых при этом, чрезвычайно большое. К таким машинам можно отнести многофункциональные вибрационные транспортно-технологические агрегаты для переработки горных пород, а также малогабаритные вибрационные сита для разделения строительных материалов [16, 49, 75]. Особым интересом для малых предприятий по производству строительных материалов пользуются классификаторы сыпучих материалов компактных размеров.
Особенно учитываются свойства механических и электрических узлов, системы управления и технологической нагрузки, взаимодействующей с рабочим органом при разработке и проектировании таких вибрационных машин и устройств. Оптимальные параметры проведения технологического процесса позволяет обеспечивать только применение регулируемого электропривода, особенно в случаях обработки материалов в условиях изменения в широком диапазоне количества поступающего на грохот обрабатываемого материала.
Инерционный дебалансный вибровозбудитель, оснащенный электродвигателем, часто является источником вибрации таких машин, который имеет ограниченную мощность и относится к классу приводов с «неидеальным» источникам энергии [63-65].
Такие машины с электроприводом рассматриваются как сложные электромеханические системы, где вместе рассчитываются выражения механической и электрической частей, так как одновременная работа органа машины и вращающегося дебалансного привода может породить большое количество нединейных эффектов в их динамике. Результаты исследования динамики колебательных систем с дебалансным приводом от двигателя широко представлены в работах [15, 20, 31, 80]. С учетом взаимного влияния асинхронного двигателя и механической колебательной системы исследуется динамика инерционного вибровозбудителя, установленного на рабочем органе, представленная в работах [15, 20]
Важное место при исследовании динамики вибрационных агрегатов занимают аспекты науки о взаимодействии рабочего органа машины и обрабатываемого материала как при переходных, так и при стационарных режимах [4, 19]. Основная трудность проявляется в том, что адекватное описание деформационных свойств технологической нагрузки должно учитываться при моделировании динамики всей системы «привод-машина-среда».
Исследуемая в настоящей работе машина относится к классу вибрационных систем, принципиальная схема которого изображена на рисунке. Машина представляет собой (рис. 2.21.) несущий корпус 1, упруго-вязким образом связанный с неподвижным основанием 2. Корпус жестко связан с рабочим органом 5, представляя собой единое целое. На корпусе расположен дебалансный вибровозбудитель с приводом от электродвигателя 3, обеспечивающим заданное периодическое движение рабочего органа, который, в свою очередь, воздействует на обрабатываемую среду 6. Направление движения инструмента и обработки обеспечивается идеальными направляющими 4.
В данной работе будет рассматриваться движение рабочего органа в вертикальном направлении плоскости yO x , совпадающей с направлением поля силы тяжести g. При выбранной схеме вращение дебаланса вибровозбудителя происходит относительно горизонтальной оси, перпендикулярной плоскости yO x .
Расчетная схема рассматриваемой системы представлена на рисунке 2.22. Корпус и рабочий орган инструмента моделируются абсолютно твердым телом массой m2 , поступательное движение центра масс (точка O1 рис.2.22.) которого описывается координатой x , которая отсчитывается от положения равновесия. Для описания взаимодействия грохота с технологической нагрузкой применяются различные модели, в том числе твердое тело, жидкость; дисперсные двухфазные системы, состоящие из множества мелких частиц (дисперсная фаза), распределенных в однородной среде (дисперсионной среде), характеризующиеся сильно развитой поверхностью раздела между фазами.
Рис. 2.22. Расчетная схема вибрационного грохота
Часто реальные среды с распределенными параметрами в математических моделях могут быть заменены элементами с дискретными массами, соединенными между собой упругими, вязкими и (или) пластическими связями и сосредоточенными в точках. Такая точка зрения позволяет описать взаимодействие рабочего органа грохота и среды с помощью обыкновенных дифференциальных уравнений.
Будем считать, что дебаланс, вращающийся на валу электродвигателя, представляет собой точечную массу щ с эксцентриситетом г, вращающуюся вокруг оси электродвигателя. Положение дебаланса относительно корпуса будем определять углом ср.
Со стороны обрабатываемой среды на рабочий орган грохота действует сила Fj, свойства которой будут подробно описаны в дальнейшем. 2.4.2. Модель взаимодействия рабочего органа с обрабатываемой
Влияние угла подъема винтовой линии просеивающей поверхности на эффективность грохочения и производительность грохота по готовому продукту
Анализ диаграммы показывает, что при напряжениях, превышающих критическое значение, (область 2) осуществляется упруго-вязко-пластическая деформация технологической нагрузки, при меньших напряжениях (область 1) происходит упруг-вязкая деформация.
1. Разработана методика расчета мощности потребляемой приводом, учитывающая конструктивные и технологические параметры работы спирально-винтового инерционного грохота.
2. Предложена математическая модель процесса вибрационного разделения сыпучего материала на вибрирующей сетке, основанная на представлении сыпучего материала в виде совокупности сферических частиц различного диаметра, что позволяет учесть основные свойства контактного взаимодейст 92 вия и достаточно реалистично воспроизводить массовое поведение сыпучей среды при различных условиях вибрационного нагружения. Модель включает в себя систему дифференциальных уравнений, описывающих движение маркеров, интегрированных в сыпучую среду и отражающих характер движение частиц сыпучего материала.
3. Разработан оригинальный алгоритм интегрирования дифференциальных уравнений движения частиц, учитывающий контактное взаимодействие; предложен метод определения момента контакта частиц.
4. В результате математического моделирования построены зависимости средней частоты прохождения частиц через сито, от размера отверстий сита и от радиуса проволоки сита при различных амплитудах колебания грохота.
5. Выявлена область параметров, обеспечивающих максимальную эффективность процесса разделения.
6. На основе разработанной математической модели исследован процесс взаимодействия вибрационного грохота, оснащенного регулируемым электроприводом, обеспечивающим вращательное движение внутреннего тела. На корпусе грохота установлен рабочий орган, который взаимодействует с препятствием, моделируемым упруго-вязко-пластической моделью.
7. Разработанный алгоритм численного интегрирования нелинейных дифференциальных уравнений позволил проанализировать как нестационар ное, так и стационарное движение рабочего органа с учетом свойств электро привода.
8. Установлено, что при малых коэффициентах вязкости и относительно небольшой массе дебаланса влияние технологической нагрузки проявляется в немонотонном характере изменения средней мощности от средней скорости вращения в виде резонансного пика, а при значительных массах дебаланса происходит сглаживание резонансного пика.
9. Установлена качественная и количественная зависимость характера движения дебаланса и рабочего органа от относительной массы дебаланса
Основные положения экспериментальных исследований В ходе проведения экспериментальных исследований исследовалось влияние технологических режимов работы спирально-винтового инерционного грохота на процесс классификации отсевов дробления щебня.
Данные исследования позволили определить наиболее рациональные конструктивные параметры, технологические режимы работы грохота с целью достижения максимальной эффективности процесса классификации.
В ходе организации и проведения экспериментальных исследований были выполнены следующих этапы: - разработка и изготовление экспериментальной установки спирально-винтового инерционного грохота; - установление конструктивных и технологических параметров, подвергающихся изменению и контролю при проведении экспериментальных исследований; - выбор критериев оценки эффективности процесса грохочения; - выбор плана проведения многофакторного эксперимента, установление уровней и интервалов варьирования исследуемых параметров процесса.
Порядок проведения экспериментальных исследований процесса грохочения в спирально-винтовом инерционном грохоте представлен в виде алгоритма на рисунке 3.1. . Описание экспериментальной установки и контрольно измерительного оборудования
Для проведения экспериментальных исследований процесса грохочения отсевов дробления щебня в спирально-винтовом инерционном грохоте требуется применение специального экспериментального оборудования, отвечающего следующим условиям: экспериментальная установка для исследования процесса грохочения должна обеспечивать возможность изменения исследуемых параметров и режимов работы грохота в заданных пределах;
Порядок проведения эксперимента по изучению процесса грохочения в спирально-винтовом инерционном грохоте - конструкция стенда, контрольно-измерительная аппаратура должна соответствовать исследованию изучаемого процесса и обеспечивать необходимую точность измерения. С учетом указанных требований была разработана и изготовлена экспериментальная установка спирально-винтового инерционного грохота. Общий вид и схема экспериментальной установки представлены на рисунке 3.2. Рис. 3.2. Общий вид и схема спирально-винтового инерционного грохота: 1 – короб; 2 - просеивающая поверхность; 3 – пружины; 4 – вибратор; 5 - загрузочный бункер;
Короб грохота 1 выполнен в виде винтовой трубы с вертикальной осью. В коробе устанавливается просеивающая поверхность 2, изготовленная в виде геликоида, которая разделяет короб на две части: надрешётную и подрешёт-ную. Короб устанавливается относительно рамы на пружинах 3 и приводится в вибрационное движение с помощью вибратора 4. В верхней части короба имеется загрузочный бункер 5, через который осуществляется подача исходного материала в надрешётное пространство. Просеивающая поверхность может быть изготовлена из набора сит, установленных последовательно. По длине короба размещены отводные патрубки 6, которые предназначены для отвода материала из подрешётного пространства. Исходный материал подается через бункер 5 в надрешётную часть короба и под действием вибрации и сил тяжести перемещается вдоль просеивающей поверхности 2. Перемещение материала сопровождается его классификацией. Материал, прошедший через просеивающую поверхность, разгружается через отводные патрубки 6; материал, не прошедший ни через одно из сит, разгружается в нижней части короба. Также из нижней части короба разгружается материал, отсортированный на последнем участке просеивающей поверхности.
Короб грохота представляет собой винтовую трубу, разделенную по полам просеивающей поверхностью, выполненной в виде прямого геликоида. Нижняя (относительно просеивающей поверхности) половина короба - основание, выполнена цельной, верхняя состоит из двух частей - крышек, которые присоединяются к основанию с помощью болтовых соединений. Верхняя крышка изготовлена заодно с площадкой, на которую устанавливается вибратор. Для закрепления короба на раме с помощью пружин сжатия к основанию короба прикреплены опорные поверхности в виде уголков. Для закрепления просеивающей поверхности на внутренней поверхности основания короба изготовлены планки, к которым сито крепится винтами.
