Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Существующие методики процессов грохочения материалов .
1.1. Обзор и анализ имеющихся исследований технологических параметров процесса грохочения
1.2. Поведение насыпного материала в слое при виброгрохочении ." 18 27
1.3. Факторы, влияющие на процесс грохочения 27 31
1.4. Цель и задачи исследований 31 33
1.5. Выводы 33 33
ГЛАВА 2. Основы теории работы виброгрохота .
2.1. Непрерывная модель слоя подрешетного продукта 34 44
2.2. Методика расчета производительности процесса грохочения 44 51
2.3. Математическая модель грохота с направленными колебаниями 51 57
2.4. Математическая модель кинематики грохота с круговыми колебаниями 57 59
2.5. Выводы 59
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования на лабораторном стенде .
3.1. Методика экспериментальных исследований 61
3.2. Стендовое оборудование и материалы, подготовка экспериментов 61 69
3.3. Требования к точности и надежности 69 70
3.4. Обработка данных 70 76
3.5. Определение точности экспериментов и минимального числа опытов на одном режиме 3.6. Выводы 80
ГЛАВА 4. Исследование влияния конструктивно-технологических параметров работы грохотов на эффективность процесса грохочения .
4.1. Результаты исследования рациональных технологических показателей грохочения и их анализ 74
4.2. Результаты исследований рациональной кинематики грохота 100 104
4.3. Выводы, 104 105
ГЛАВА 5. Инженерная методика расчета рационального режима процесса грохочения .
5.1. Расчет рациональных параметров грохочения 106 110
5.2. Применение инженерной методики расчета режимов процесса грохочения на производстве 110 112
5.3. Выводы 112 113
ГЛАВА 6. Исследование в промышленных условиях на грохоте с круговыми колебаниями (ГИС - 42).
6.1. Основные положения экспериментальных исследований грохочения на ОАО «Дорстройматериалы» 114 117
6.2. Определение средних статистических технологических показателей и характеристики крупности исходного материала 117 121
6.3. Определение среднего статистического кинематического режима работы грохотов 121 124
6.4. Определение производительности для существующего ре- 124 132
жима работы грохотов
6.5. Выбор рационального режима грохочения 132 133
6.6. Расчет рационального режима грохочения 133 136
- Факторы, влияющие на процесс грохочения
- Математическая модель кинематики грохота с круговыми колебаниями
- Требования к точности и надежности
- Основные положения экспериментальных исследований грохочения на ОАО «Дорстройматериалы»
Факторы, влияющие на процесс грохочения
Экспериментальные исследования поведения насыпного материала при вибротранспортировке с использованием киносъемки [23], [24] представляются следующую качественную картину процесса виброперемещения.
В моменты контактов слоя с виброповерхностью материал получает силовые импульсы, затухающие по толщине слоя. Силы инерции периодически сжимают и разжимают слой, разрыхляя материал. Затухание импульсов характеризуется сдвигом фаз перемещений отдельных участков слоя, что связывается со свойствами слоя и кинематикой грохота. Последняя определяется динамическим «коэффициентом грохочения».
Для таких решений свойственна строгая цикличность перемещения по ситу с продолжительностью циклов перемещений (бросков) в пределах одного периода колебаний грохота. Уравновешивание скоростей слоя и грохота при этом происходит практически мгновенно, движение материала по ситу характеризуется отсутствием проскальзовании и осуществляется преимущественно в отрыве от сита. Скорость полета частиц пропорциональна скорости грохота, чередование фаз движения грохота и слоя происходит в строгой последова 19 тельности. Для обычных толщин слоя параметры его движения близко совпадают с теоретическими значениями параметров движения материальной точки.
Анализ послойного движения сыпучего материала по виброситам [27] показывает, что материал может быть условно разделен на любое количество слоев, каждый из которых является частной материальной системой со своим центром тяжести. Скорость и перемещение центра тяжести отдельного слоя вполне характеризуется средневзвешенными значениями скорости и перемещения отдельных частиц слоя.
Аналитические исследования движения единичных частиц по виброповерхности представлены в работах В.А.Олевского [6], И.И.Блехмана и Г.Ю. Джанилидзе [28,29,30], В.Н. Потураева и А.Г. Червоненко [32], Г.Д. Терскова [32], В. Кролля [35].
Однако перенос этих методов анализа на массу сыпучего материала не дает удовлетворительных результатов [31].
В связи с этим большое значение приобретают экспериментальные исследования, уточняющие теоретические положения.
И.Ф. Гончаревич, В.Д. Земсков, В.И. Корешков, А.СХ Спиваковский [24], [34], [35], [36] исследовали зависимости скорости вибротранспортирования от различных кинематических параметров вибротранспортной установки.
Так, в зависимости от частоты колебаний при фиксированных амплитудах колебаний скорость вибротранспортирования изменяется по параболическим кривым в сторону изменения частоты.
При одной и той же скорости грузонесущего органа с ростом частоты колебаний увеличивается и скорость транспортирования.
Было установлено, что и ускорение и скорость грузонесущего органа однозначно не определяют скорости транспортирования, но они могут быть связаны при данных условиях вибротранспортирования с помощью параметра Зависимость удельной производительности виброгрохота от размера ячеек сита для различных пород: 1- влажный неочищенный гравий; 2-гравий естественной влажности, чистый; 3-сухой гравий; 4-влажный гравий ; 5-уголь; 6-дробленный гравий; 7-песок; 8-кварц; 9-бой кирпича. где Ki и К2 - эмпирические коэффициенты, зависящие от физико-механических свойств материала, соответствующие углам у = 20...35 [26], со-частота вынужденных колебаний вибратора, с"1; у- угол наклона деки, град. Зависимость амплитуды колебаний грохота от размера ячеек сита: 1- по Олевскому, 2- по.Бауману.
Математическая модель кинематики грохота с круговыми колебаниями
На основании рассмотренного можно схематически расположить слои V (а значит, и Vk) на сите следующим образом (см. рис. 2.2). Заштрихованные участки на рис. 2.2 соответствуют площадям, занятым слоями V, вычисленным аналогично предыдущему примеру. Объединим все площади Sik, сдвинув их вплотную к краю сита и соединим в последовательности к их центры тяжести. В системе координат х,у полученные ломаные образуют приближенно интегральные кривые, являющиеся решениями некоторого дифференциального уравнения вида лощадь сита, просеивающая подрешетный продукт. В системе координат х,у полученные ломаные образуют приближенно интегральные кривые, являющиеся решениями некоторого дифференциального уравнения вида
Заметим, что при AL = Ах - 0 (что соответствует реальным условиям грохочения, характеризующимся большими значениями величин п6юах) ломаные будут весьма близки к интегральным линиям.
Нетрудно видеть, что получаемые таким образом интегральные линии могут быть описаны аппроксимирующими уравнениями, аналогичными соответствующими характеристиками крупности материалов [18] этого, получаем следующую фигуру слоя Vn (рис.2.4). Здесь "1т- линии" ограничивают высоты слоев отдельных фракции по длине сита и образуют вместе с "і- линиями" поверхности уровней, характеризующиеся d = const. "hd- линии" ограничивают по длине сита высоты слоев соседних фракций; " h k - линии" ограничивают по высоте объемы Vk.
Полученная непрерывная модель слоя представляет собой упорядоченную среду из частиц, образующих скалярное поле крупности (d = f(x,y,z)), удовлетворяющее однородному дифференциальному уравнению Лапласа в частных производных
Выражения (2.17) и (2.40) составляют теоретические предпосылки для определения рациональной загрузки сита при грохочении, основанные на вероятности просеивания зерен (1.41). Практическое их использование весьма затруднено громоздкостью вычислений. Имея в виду, что при анализе реальных процессов нет необходимости в рассмотрении их в полной аналогии с их непрерывными моделями, заменим получаемую модель аналогичной ей дискретной системой ограниченного числа фракций, входящих в состав слоя Vn, т.е, примем за основу сумму (2.23).
Рис, Непрерывная модель слоя подрешетного продукта. В проведенных выше рассуждениях подразумевалось, что объем Vn, определенный для некоторого оптимального режима грохочения может быть получен при условии, если остальная часть сита будет загружена монослоем над-решетного продукта, что требует определенного содержания в исходном материале крупных зерен в зависимости от площади сита. И, наоборот, (что фактически непременно) при заданном надрешетном продукте слой Vn получит иную структуру (а значит, и зерновой состав) при том же режиме работы грохота.
Не имея ранее возможности "распределить" сеющую поверхность между продуктами Vn и VH, подрешетный продукт рассматривался не как будущий продукт, а как уже полученный, что предполагало соответствующую загрузку сита и крупной фракцией с dH d .
Поскольку задачей является именно "прогнозирование" подрешетного продукта, то для этого необходимо получить сначала соотношения, обеспечивающие одновременное образование слоя Vn по его дискретной модели и монослоя VH, удовлетворяющий условию (2.3).
Выразим в (2.23) Sj с учетом SH через площадь, занимаемую какой-либо одной фракцией, например, фракцией "трудных" зерен, определенной в некотором диапазоне крупности около D (практически фракцию 0,75D...drp):
Требования к точности и надежности
Низкая эффективность грохочения Е в этом эксперименте также может быть объяснена и высокой скоростью транспортирования материала Vm по ситу, которая равна 313 мм/с. При неизменных параметрах tm ш, пбтах и Vm основные технологические параметры процесса грохочения могут быть повышены за счёт изменения параметров загрузки. Например, при « =7,54 мм и снижении выхода d «трудных» зерен Стр до 5,5 % при - = 0,835, производительность грохота Q составила 78,5 кг/мин при незначительном росте эффективности грохочения Е на 1.4%, которая составила 82,6%. Учитывая незначительное время нахождения материала на сите tm и высокую его скорость транспортирования Vm загрязнение ниє надрешетного продукта (3 составило 17,4%, что значительно выше допустимого.
При изменении условий эксперимента, когда время нахождения материала tm на сите увеличивается до 5,0с, частота вынужденных колебаний вибратора со составляет 62,8 с"1, а количество бросков материала пбтах =50 (линия 2), эффективность грохочения Е возрастает до 87,8%. В данном эксперименте содержание «трудных» зерен Стр в грохотимом материале уже увеличено до 8,7% d при увеличении размера исходного материала ёф до 7,95 мм и —— = 0,880. При увеличение крупности исходного материала (ёф) при неизменном размере отверстий сит (D=9MM) производительность виброгрохота Q составила 69,5 кг/мин. При неизменных условиях эксперимента (tm со, Пбтах Vm=const) и изменении характеристики грохотимого материала основные технологические параметры процесса грохочения могут быть изменены. Например, при снижении
d выхода граничных зерен материала drp равного 7,54 мм при — = 0,835 и выходе «трудных» зерен Стр равного 5,50% эффективность грохочения Е возрастает до 87,6% при незначительном на 6,9 кг/мин снижении производительности грохота Q, составляющем 62,6 кг/мин. Учитывая незначительное время нахождения материала на сите грохота tm, малое число бросков грохотимого материала на поверхности грохота пбтах равного 50 и высокой скорости транспортирования материала по ситу грохота Vm загрязнение надрешетного продукта (3 составило 17,4%.
С дальнейшим применением технологических и кинематических параметров нами наблюдается следующая картина. При увеличении времени нахождения материала на сите tm до 6с и частоты вынужденных колебаний вибратора грохота со до 96,5 с"1 (линия 3), что соответствует максимальным значениям со согласно плана эксперимента, количество бросков материала Пбтах=92, скорость транспортирования материала по ситу грохота Vm увеличится до 208,1 мм/с, а производительность грохота Q уменьшится до 45,9 кг/мин за счет того, что в связи с увеличением времени нахождения материала на сите tm нами подавалось на грохочение его меньшее количество, чтобы не перегрузить грохот. При этом процентное содержание «трудных» зерен Стр возросло до 9,3% при dr увеличении размера граничного зерна =8,15мм при — - = 0,901. Учитывая более «тяжелую» характеристику крупности исходного материала, но более благоприятные параметры грохочения (tm со, пбтах и Vm), эффективность процесса грохочения Е возросла до уровня 88,7%. Такое увеличение объясняется в dn первую очередь тем, что даже при —— = 0,901, что резко снижает вероятность прохода зерен грохотимого материала через отверстия сита, увеличение количества бросков материала в сравнении с предыдущим экспериментом (линия 2) возросло на 84% и составило 92. При неизменных условиях эксперимента (tm со, Пбтах и Vm) и изменении характеристики крупности исходного материала, основные технологические параметры процесса грохочения были отличными от предыдущих. Например, при увеличении размера граничного зерна сЦ до 8,00 d мм при—— = 0,884, выходе «трудных» зерен материала Стр=8,50% и выходе надрешетного продукта Сі в 51,00%, производительность виброгрохота Q повысилась на 21,1 %, т.е. на 9,7 кг/мин и составила 55,6 кг/мин, при увеличении эффективности грохочения Е до 89,1%, т.е. на 4,5%. Более высокие качественные параметры процесса грохочения характеризуются и более высокой относительной производительностью грохота Q, которая может быть определена по загрязнению надрешетного продукта, которое для данных условий эксперимента не превышает 12%.
При увеличении времени транспортирования материала по ситу tm до 7,0с и минимальном уровне частоты вынужденных колебаний вибратора со, согласно плана эксперимента, в 62,8 с"1, числе бросков материала на сите грохота Пбтах равном 70, скорость транспортирования грохотимого материала по ситу грохота Vm составляет 178,8мм/с, а производительность грохота Q за все время эксперимента (линия 4) составила 42,5 кг/мин. Для выяснения полной картины влияния на технологические параметры процесса грохочения кинематических параметров приведем характеристические значения материала для данного экс d перимента: размер граничного зерна сЦ равного 8,25 мм при —2- = 0,912, выход «трудных» зерен Стр составляет 10,4%. Как видно из анализа этих параметров при более крупном материале ф и Стр) и меньшем количестве бросков, чем в предыдущем эксперименте (линия 3), производительности почти равны, а эффективность грохочения Е возрастает до значения в 89,1%. Это показывает, что данные кинематические параметры, используемые для разделения более крупного материала, предпочтительны и могут быть рекомендованы к практическому применению. При прежних условиях эксперимента (tm=7c со=62,8с" , Пбтах-70, Ут=178,8мм/с) нами применялась характеристика крупности исходного материала, подлежащего грохочению. Например, при диаметре граничного зерна материала dVp равного 7,96 мм, выходе «трудных» зерен Стр равном 7,70%, производительность виброгрохота Q увеличилась на 9,2%, т.е. на 3,9 кг/мин и достигла уровня 46,4 кг/мин, а эффективность процесса грохочения Е была снижена с 89,1% до 86,5%. Загрязнение надрешетного продукта (3, косвенно подтверждающая низкую эффективность процесса грохочения Е для данного материала заданными параметрами процесса грохочения, составило 14%.
Основные положения экспериментальных исследований грохочения на ОАО «Дорстройматериалы»
С другой стороны, данный режим исключает ошибку, содержащуюся в оценке результатов экспериментов № 3,4 - III, как отнесенных к среднему статистическому материалу.
Уровень производительности в 100 м /час, следовательно, будет кон-трольным при рациональной Q 100 м /час, или определяющим рациональную производительность при 70 Q 120 м3/час. Получены следующие экспериментальные данные (см. таблицу 6.11). Анализ результатов показал следующее. По верхнему ситу (ячейки 40x40 мм): 1)Во всем диапазоне производительности Q=70,8... 124,0 м3/час значения засоренностей (Зф, Рф и эффективности Е практически не изменялись. Изменение значений этих величин в экспериментах позволяет использовать их средние значения: (Зф=10,8; (Зф=2,7; Е=94,7. 2) Сравнение средних значений экспериментальных величин со средними статистическими указывает на некоторое расхождение значений РФ при экспериментальной эффективности, что позволяет сделать два вывода: а) среднее статистическое значение РФ, определенное по приближенному расчету было заменено примерно на 1,8%; б) определение средней статистической характеристики крупности исходного материала дало малую ошибку, соответствующую разнице значений рф: 3,2...2,7=0,5%.
С учетом первой поправки вычислим уточненное значение средней статистической эффективности Е, принимая за Рф среднее значение экспериментов, проведенных на уровне средней статистической производительности (Q = 70,8; 73,0 м3/час), т.е. рф 10,0 %":"
Практически совпадающие значения качественных показателей грохочения в экспериментах указывают ориентировочно на рациональное значение производительности для среднего статистического режима грохочения, которое лежит около Q 130 м3/час.
Для сит с ячейками 10x10 мм и 20x20 мм характерна очень низкая эффективность грохочения, явно свидетельствующая о их перегрузе и малой длине сит. Следовательно, повышение их эффективности требует, во-первых, увеличения площадей сит с последующей оптимизацией режима их работы.
Данное утверждение подкрепляется следующим: Предполагаем, что для данного механического режима грохотов рациональная характеристика крупности материала должна лежать ниже средней статистической - это разгрузит нижние сита. Определяем среди экспериментов самый эффективный, но достаточно производительный (Q выше средней статистической) и рассматриваем его характеристику крупности материала. Таковым оказался эксперимент № 6 - III: 3ф = 5,2; Е = 96,2; Q = 116,1 м3/час с характеристикой крупности материала на рис. 6.4, которая действительно расположена ниже и ниже средней статистической (2), (3). Для подтверждения того, что характеристика (1) более близка к рациональной для данного механического режима работы грохотов сравним результат эксперимента № 6-ІЙ с другим, аналогичным по производительности экспериментом, но с характеристикой крупности, лежащей ниже (1). Данным условиям соответствует эксперимент № 8-Ш: Рф = 9,2; Е = 90,2; Q = 126,0 м /час (5). Как видим, эффективность грохочения верхнего сита понизилась, что свидетельствует о возникшем его перегрузе, а эффективность нижних сит повысилась (Ei = 82,2, Е2 = 66,1), что свидетельствует о перегрузе их при существующем режиме грохочения.
На основании этого определяем рациональную характеристику крупности исходного материала для существующего режима грохочения, в качестве которой принимаем «сглаженную» характеристику крупности эксперимента № 8-Ш - кривая 4. Выбор рационального режима грохочения
Экспериментальные исследования позволили определить основные причины отклонений качества щебня по засоренности от требований ГОСТа и наметить некоторые предварительные перед расчетом рационального режима грохочения мероприятия по их устранению. Так, было намечено исследовать на опытном грохоте вариант схемы грохочения с установкой на втором ярусе грохотов сплошных сит, только с крупной апертурой и с переносом сит с ячейками 10x10 мм на другие грохота.
Целью оптимизации режима работы грохота являлось проведение обоих видов засоренности продуктов замельчения и закрупнения по круглым ячейкам лабораторных сит и значениям, максимально близким к допускаемым ГОСТом в примерно равном соотношении. В виду необходимости переоснастки нижнего яруса грохота ситами появилась необходимость в определении засоренности нового продукта 20...40 мм при соответствующем режиме работы грохота.
Эти данные были получены экспериментально в связи с чем появилась необходимость в подборе новой апертуры сит с меньшими размерами ячеек. Очевидным следствием этого должно было быть увеличение замельчение продуктов. Было условленно первоначально ограничить превышение замельчение продукта 40...70 мм против допускаемого ГОСТом 1,5...2,0 % с тем, чтобы выяснить при этом поведение засоренности в продукте 20...40 мм и затем оптимально скорректировать ее повторным расчетом режима грохочения, исходя из нового значения р\ допускаемого для верхнего продукта. В виду этого в качестве исходного условия при расчете рационального режима грохочения было принято допускаемое замельчение верхнего продукта ІЗ = 6,7... 0,3%.
Выбор апертуры сит проводился на основании (4.3) и было получено для верхнего сита: D = 35,4x35,4 мм, для нижнего сита: D = 17,7x17,7 мм. Подходящие стандартные сита имели ячейки соответственно: 36x36 мм и 18x18 мм.
