Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса исследований и постановка задач... 12
1.1 Обзор конструкций и анализ работы ММС на предприятиях алмазодобывающей промышленности 12
1.2 Обзор научно-исследовательских работ, методов и средств повышения качества узлов и деталей ММС 17
1.3 Постановка задач и методы исследования 26
2 Исследование эксплуатационной надежности ММС 28
2.1 Методика выбора объекта наблюдения и обоснование коэффициента «трудности эксплуатации» 23
2.2 Информационное обеспечение для выполнения статистических исследований 33
2.2.1 Разработка и создание банка данных по отказам ММС 33
2.2.2 Особенности сбора информации об отказах ММС 35
2.3 Методическое обеспечение для выполнения статистических исследований 37
2.3.1 Методика выбора номенклатуры показателей надежности для статистического анализа 37
2.3.2 Методика обработки, обобщения информации об отказах и проверки ее на адекватность полученным результатам 38
2.4 Результаты статистических исследований надежности ММС по данным эксплуатации фабрик №3, 12, 14 43
2.4.1 Результаты эксплуатационной надежности ММС в условиях фабрики №12 43
2.4.2 Результаты эксплуатационной надежности ММС в условиях фабрики №14 54
3 Исследования параметров и процессов, происходящих внутри ммс под нагрузкой 69
3.1 Оптимизация режимов и параметров мельницы самоизмельчения 69
3.1.1 Прилифтерный режим 70
3.1.2 Содопадный режим 74
3.1.3 Каскадный режим 76
3.2 Исследования износа резиновой футеровки ММС под действием руды. 83
3.3 Определение вероятности повреждения алмазов в ММС при самоизмельчении 99
4 Экспериментальные исследования режимов работы и параметров мельницы 105
4.1 Методика экспериментальных исследований режимов и параметров ММС 105
4.1.1 Результаты экспериментальных исследований производительности мельниц 107
4.1.2 Результаты экспериментальных исследований виброхарактеристик элементов ММС 108
4.1.3 Результаты экспериментальных исследований оптимальных режимов работы ММС 127
4.1.4 Результаты экспериментальных исследований износа футеровки ММС 129
5 Разработка мероприятий по повышению эффективности работы ММС 135
5.1 Разработка методики определения параметров ММС 135
5.2 Разработка рекомендаций по совершенствованию конструкций ММС и их промышленная проверка 136
Заключение 138
Список использованных источников 141
Приложения 151
- Обзор научно-исследовательских работ, методов и средств повышения качества узлов и деталей ММС
- Информационное обеспечение для выполнения статистических исследований
- Определение вероятности повреждения алмазов в ММС при самоизмельчении
- Результаты экспериментальных исследований оптимальных режимов работы ММС
Введение к работе
Сырьевая база АК «АЛРОСА» является наиболее крупной в мире и представлена коренными, россыпными и техногенными месторождениями, основная часть запасов которых сосредоточена в Западном регионе Якутии. На Удачнинский, Айхальский и Мирнинский ГОКи приходится основной объем добычи алмазов. Все фабрики данных ГОКов имеют схожую технологическую цепочку обогащения. Мельницы мокрого самоизмельчения являются практически единственным способом подготовки алмазосодержащего сырья после дробления (грохочения) к обогащению[1,2].
В настоящее время на фабрике №12 У ГОКа установлены мельницы Сызранского и японского производства диаметром барабана 9 метров, на фабрике №14 Айхальского ГОКа и на фабрике №3 Мирнинского ГОКа работают мельницы Сызранского завода диаметрами барабана соответственно 10,5м. и 7м. Все барабаны мельниц имеют запроектированную частоту вращения, поэтому движение материала внутри барабана соответствует определенным режимам [3,4].
Изменяя режимы работы мельниц (прилифтерный, водопадный, каскадный), можно внутри барабана влиять на процессы, происходящие при вращении крупнокуского материала и взаимодействии отдельных крупных кусков друг с другом и лифтерами. При этом можно увеличивать (уменьшать) количество стадий дробления и самоизмельчения, а также влиять на сохранность алмаза вследствие его физико-механических свойств [5, 6 ,7].
Сохранность алмаза во многом зависит от крупности материала и режима работы мельницы самоизмельчения. При этом было установлено на основании экспериментальных данных и теоретических расчетов, что рациональное число оборотов барабана мельницы составляет 0.75пкр, где пкр — критическая скорость вращения барабана, при которой груз вращается по круговым траекториям и не покидает лифтеров даже в верхней точке круговой траектории. Поэтому и японские и сызранские мельницы запроектированы с постоянным числом оборотов 0.75пкр.
В настоящее время институты Иргиредмет [4, 5] и Якутнипроалмаз [7, 8, 9, 18] провели в промышленных условиях целый ряд испытаний, при которых изменялась частота вращения барабана мельницы и определялись производительность, затраты электроэнергии и сохранность алмазов. Получены положительные результаты. Однако задача определения оптимальной частоты вращения барабана мельницы не была решена из-за несовершенства методического обеспечения проведения экспериментальных исследований, при выполнении которых не были учтены факторы, влияющие га работоспособность ММС (надежность, эффективность работы и др.).
Основными причинами, снижающими надежность и эффективность работы ММС в промышленных условиях является внезапные и постепенные отказы их узлов и механизмов. Анализ литературных источников [10, 11, 12, 13] показал, что надежность ММС оказывает решающее влияние на эффективность их работы. В тоже время, вопросы выбора оптимальных режимов мельницы, в зависимости от структурно-механического состояния руды внутри барабана, недостаточно изучены, а существующие методы их расчета и выбора параметров не учитывают многих факторов, влияющих га работу мельницы [11, 14, 15, 16, 17].
Поэтому в данной работе предпринята попытка теоретически определить оптимальную частоту вращения барабана с учетом структурно-механического состояния руды внутри него и параметры в зависимости от условий эксплуатации. В работе исследовались режимы работы, при которых внутри барабана мельницы одновременно существовали прилифтерный, водопадный и каскадный режимы. Выбор наиболее эффективного режима работы мельницы зависит прежде всего от частоты вращения барабана, при которой минимальные затраты энергии на подъем груза и повреждаемость алмаза. Установлено экспериментально, что вероятность возникновения повреждаемости алмазов, при прилифтерном режиме составляет 0.001, при водопадном увеличивается в 3-5 раз и при каскадном снижается ниже уровня 0.001 [18]. Задача оптимизации работы ММС в зависимости от структурно-
8 механического состояния руды внутри барабана и технологических параметров мельницы и расчет параметров является актуальной и ее решение имеет важное отраслевое значение.
Работа выполнена в соответствии с межотраслевой программой алмазодобывающей промышленности «Качество основной продукции предприятий АК «АЛРОСА», утвержденной (21 марта 2001, №29, утвержденной президентом компании Штыровым В.А.); госбюджетной НИР ПТИ (ф) ЯГУ «Разработать методы и средства управления надежностью машин и сооружений для условий Якутии», утвержденной Министерством высшего образования и науки РФ 15 января 2002 года (госзаказ параграф 53); госбюджетной НИР ПТИ (ф) ЯГУ «Алмазы. Золото. Интенсификация переработки и обогащения алмазосодержащих руд», выполняемой по постановлению Правительства PC (Я) (заказ РС(Я) параграф 55).
Идея работы заключается в учете влияния структурно-механического состояния насыпного груза внутри мельницы на расчет и оптимизацию его параметров.
Целью работы является повышение эффективности работы мельниц мокрого самоизмельчения в условиях горных предприятий алмазодобывающей промышленности путем выбора, расчета и оптимизации их параметров.
Научные положения, защищаемые в работе:
Прилифтерный, каскадный, водопадный режимы работы ММС возникают внутри барабана в зависимости от скорости его вращения меньших критического значения, которые для ММС пропорциональны корню квадратному из диаметра барабана, и оцениваются математической моделью, описывающей для каждого режима взаимосвязь между высотой подъема материала, параметрами ММС и характеристиками материала.
Конструктивные параметры ММС, условия их эксплуатации и уровень обслуживания отображаются только теми вероятностными моделями надежности, у которых оценки параметров не выходят за пределы
доверительного интервала, а их адекватность реальным условиям оценивается данными эксплуатации.
3. Износ рабочих лифтеров ММС под действием материала внутри ММС зависит от абразивно-усталостного их состояния и от контактных напряжений на сферической поверхности индентора. Причем процесс абразивно-усталостного износа и резания лифтеров зависит от контактных напряжений на его поверхности, частоты вращения барабана и его заполнения материалом и оценивается моделями контактного сжатия, учитывающие характеристики материала, параметры индентора и динамику их взаимодействия.
Научная новизна полученных результатов:
Впервые разработаны математические модели взаимодействия руды с элементами барабана, учитывающие его структурно-механическое состояние, случайное взаимодействие частиц и скорость вращения, позволяющие определить оптимальные параметры, при которых происходит минимум затрат энергии на измельчение руды.
Получены новые закономерности взаимодействия руды внутри барабана с его элементами при различных физико-механических свойствах, позволяющие определить оптимальную скорость вращения барабана.
Впервые определены экспериментально амплитудно-частотные характеристики процесса вибрации основных узлов, деталей ММС, по которым можно прогнозировать их техническое состояние.
Установлены вероятностные и регрессионные модели распределения вероятностей наработки на отказ (восстановления) ММС и их узлов, оценки параметров которых получены для определенных конструкций и условий эксплуатации. При этом значения этих оценок находятся в пределах доверительного интервала.
Обосновано новое перспективное направление исследований для ММС — управление их надежностью путем разработки методов расчета, оптимизации параметров и прогнозирование надежности, что позволило научно
обосновать техническое решение, внедрение которого внесло значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса.
Практическое значение полученных результатов:
Разработана методика расчета и оптимизации параметров ММС в зависимости от условий эксплуатации и структурно-механического состояния руды внутри мельницы.
Разработана методика прогнозирования надежности ММС по данным эксплуатации, позволяющая для различных условий работы мельниц выбрать наиболее совершенную конструкцию.
Разработана методика прогнозирования надежности ММС по данным вибродиагностики, позволяющая в промышленных условиях определить по информативным параметрам техническое состояние ММС.
Разработаны рекомендации по совершенствованию конструкции ММС и оптимизация их параметров. Рекомендации внедрены на предприятиях АК «АЛРОСА»
Разработаны новые методы расчета и оптимизации параметров ММС в зависимости от условий их эксплуатации.
Достоверность научных положений подтверждается:
Опытно-промышленной проверкой предложенных рекомендаций на действующих ММС в условиях горных предприятий алмазодобывающей промышленности.
Представительными данными эксплуатации, лабораторных и промышленных исследований, выполненных на ММС с учетом «коэффициента трудности» эксплуатации, метрологии, современных методов испытаний, что обеспечило требуемую точность измерения.
Сопоставимостью результатов теоретических исследований с данными лабораторных и промышленных экспериментов с погрешностью не превышающей 15-20%.
4. Научно - обоснованными допущениями, базирующимися на фундаментальных положениях теории сыпучей среды упругости, статистики и случайных процессов.
Личный вклад автора состоит в определении цели, идеи работы; постановки задач исследования; обосновании научных положений, выводов и рекомендаций и методов расчета и оптимизации параметров ММС. Экспериментальная часть работы выполнена совместно с сотрудниками лаборатории рудоподготовки и основных методов обогащения института Якутнипроалмаз. Текст диссертации изложен автором самостоятельно.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Международной конференции «Машиностроение и техносфера XXI века», г. Севастополь, сентябрь 2001 года; на IV Конгрессе обогатителей стран СНГ, г. Москва, март 2003 года; на Международной конференции «Интенсификация процессов добычи полезных ископаемых в условиях Крайнего Севера» г. Якутск, август 2003 года; Республиканская конференция молодых ученых, аспирантов и студентов, «Лаврентьевские чтения» 2002г; конкурс Министерства высшего образования и науки РФ. «Лучшая работа года» (получен диплом), 2001г.; на научно-практических конференциях студентов и молодых ученых г.Мирный, апрель 2002 года, май 2003 года, на Научно-практической конференции, посвященной 10-летию МПТИ (ф) ЯГУ г. Мирный, март 2004 года.
Публикации: Основное содержание диссертационной работы изложено в десяти печатных изданиях, в том числе 1 глава в книге, 3 работы в научных изданиях рекомендуемых ВАК, 1 статья издана в зарубежном сборнике, 4 статьи в Российских и Республиканских сборниках
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка источников из 111 наименований, 6 приложений, содержит 221 страницы машинописного текста, в том числе 75 рисунков, 19 таблиц, 70 страниц приложений.
Обзор научно-исследовательских работ, методов и средств повышения качества узлов и деталей ММС
Первые мельницы самоизмельчения были испытаны в условиях Кривбасса и предприятий «Якуталмаз». Успешное их внедрение в горнорудной промышленности позволило Сызранскому заводу совместно с Механобрчерметом последовательно разработать и испытать в промышленных условиях различные модификации мельниц самоизмельчения от MMC-70x2J, ММС-90хЗО до ММС-105x50 с объемом барабана 400 м3 и установленной мощностью привода 12000 кВт.
Актуальность создания и промышленные испытания мельниц самоизмельчения большой производительности и мощности привода подтверждаются всем отечественным и зарубежным опытом рудоподготовки различного сырья к обогащению. По прогнозам ведущих институтов России [34] основным способом рудоподготовки остается дробление и измельчение в барабанных мельницах. Мельницы самоизмельчения позволяют объединить в своей конструкции одновременно две стадии дробления и две стадии измельчения [35], что позволяет значительно снизить эксплуатационные затраты по сравнению с шаровыми и стержневыми мельницами [36]. Применение мельниц самоизмельчения при рудоподготовке кимберлитовых руд позволяет увеличить эффективность извлечения алмазов за счет мокрого самоизмельчения и сохранность кристаллов за счет выбора щадящего режима работы мельниц в зависимости от гранулометрического состава руды, загружаемой в мельницу (прилифтерного, каскадного, водопадного).
К важным преимуществам мельниц самоизмельчения необходимо также отнести снижение капитальных затрат, улучшение качества подготовки руд к обогащению и увеличение производительности [37].
Указанные достоинства мельниц самоизмельчения, доказанные зарубежной практикой и опытом работы на предприятиях СССР [38, 39], подтвердили прогрессивность самоизмельчения и обеспечили интенсивное внедрение в промышленное производство. Первые исследования процесса дробления и самоизмельчения в мельницах выполнены в работах [14, 40], в которых впервые в зависимости от крупности груза были получены аналитические выражения для критической скорости вращения барабана, траектории движения кусков внутри мельницы и место отрыва груза от круговой траектории.
В работах [11, 17] рассмотрены вопросы движения материала в центральной части мельницы. Установлено, что в центральной части поперечного сечения мельницы концентрируются более крупные куски. Движение материала в этой части может быть каскадным, водопадным, смешанным или центрифугальным [11]. При вращении барабана близком пкр возможно возникновение прилифтерного движения кусков по траекториям близким круговой.
В работе [17] указанные зоны рассмотрены с точки зрения их влияния на работоспособность мельниц самоизмельчения и мощность привода. Установлено, что в нижней части мельницы возникает так называемое ядро материала, состоящее из мелких фракций и крупных, размещенных как внутри ядра, так и на его поверхности. При режиме каскадного движения (без подбрасывания груза) материал как цельное ядро движется по круговой траектории с барабаном мельницы (без проскальзывания) и при достижении угла естественного откоса в движении скатывается по наклонным поверхностям мелкокусковых фракций. Ударное взаимодействие крупных кусков друг с другом и элементами мельницы является основным механизмом разрушения горной массы при этом режиме работы. Сделан вывод об эффективности самоизмельчения при каскадном режиме работы и затратах энергии на дробление и самоизмельчение.
В работе [41] получены аналитические выражения для мощности мельницы. Установлено, что общая теоретическая мощность, затрачиваемая в мельнице на дробление и самоизмельчение, определяется как сумма мощностей каждой из выделенных зон. Значительная часть общей мощности затрачивается при этом только на перемещение горной массы внутри барабана мельницы.
Особенности конструкции мельниц самоизмельчения подробно изложены в работах [11, 42, 43, 44, 45, 46]. Установлены необходимые технологические параметры мельниц, основные узлы и влияние их надежности и работоспособности на эффективность работы мельниц. Приведены сравнительные характеристики работы мельниц в различных условиях эксплуатации.
В работе [47] приведены результаты исследований соотношения высоты и шага лифтеров, диаметра барабана и его длины. Установлено, что увеличение длины барабана мельницы приводит к увеличению удельного расхода электроэнергии. Вопросы эффективности измельчения руд подробно изложены в [15]. Установлены рациональные параметры мельниц и сравнительные технико-экономические показатели, которые подтверждают экономическую целесообразность применения способа самоизмельчения руд.
Большое внимание в технической литературе уделено вопросам надежности оборудования горно-обогатительных фабрик и отдельных горных машин для подготовки руд к обогащению [48, 49, 50]. Эти работы используют основные положения теории надежности, рассмотренные в работах Шора [51], Гнеденко Б.В. [52], Проникова А.С. [26] и Солода Г.И [52]
Мельницы мокрого самоизмельчения изготавливаются Сызранским заводом тяжелого машиностроения, Японскими и Шведскими фирмами. Производственное качество ММС во многом определяется уровнем технического оснащения указанных фирм, научным обоснованием выбранных режимов работы и параметров, а также уровнем надежности и работоспособности, заложенным при проектировании ММС. Потребительское качество мельниц определяется условиями их эксплуатации. Как правило, ММС по конструктивным особенностям практически не отличаются друг от друга. На практике применяются ММС с развернутым приводом (конструкция Сызраньского ЗТМ), с редукторным приводом и венцовои передачей, с двумя приводами и одной венцовои передачей. Указанные различия указывают на уровень производственного качества. Некоторые технические решения (например, металлическая, резиновая футеровки) не соответствуют условиям эксплуатации и их потребительское качество оказывается ниже уровня экономической целесообразности их применения.
Производственному и потребительскому качеству горных машин посвящены работы [10, 11, 12 ,22, 54-65], из которых вопросам создания высокого технического уровня машин на стадии проектирования посвящены работы [60, 61, 63, 64], технологичности машин [56, 57, 58], надежности и эффективности работы машин [62, 63, 64], обоснованию экономических [62, 63, 64], экологических [1, 64] и эргономических [19, 64] показателей.
Указанные работы раскрывают вопросы создания горных машин высокого уровня производственного и потребительского качества, технологичных в изготовлении, экологически чистых, экономически целесообразных для условий горных предприятий.
Информационное обеспечение для выполнения статистических исследований
Информационное программное обеспечение представляет собой комплекс, основными компонентами которого являются: основная программа, обеспечивающая взаимодействие остальных компонентов программы, включая базу данных, имеющая интерфейс для диалога с пользователем, расчетные подпрограммы. Управление и взаимодействие указанных программ и подпрограмм производится блоком информации, который по определенным признакам (шифр предприятия, шифр оборудования, причина отказа, продолжительность простоев и другие) распределяет полученную информацию по массивам, дает команды на ее обработку, длительное хранение и сокращает время поиска информации по указанным признакам с помощью дифференцированного подхода. Информационно-поисковая система содержит следующие основные виды поиска: по отказам узлов, деталей мельниц, по заданной причине отказа, виду простоя, по условиям эксплуатации и другим признакам. Каждая часть поисковой системы обеспечивает поиск как всех отказов, так и в заданных пределах. Поиск нужной информации заканчивается распечаткой на ЭВМ выборки и статистической ее обработкой в пределах заданного времени эксплуатации.
Банк данных содержит следующие составные элементы: база данных предприятий база данных карт общих сведений база данных шифров база данных отказов база данных моделей База данных предприятий содержит перечень предприятий. Анализировались мельницы обогатительных фабрик №3, 12,14 соответственно Мирнинского, Удачнинского, Айхальского горно-обогатительных комбинатов (ГОК) База данных карт общих сведений (КОС) включает перечень мельниц, эксплуатируемых в условиях предприятия, с указанием номера мельницы, завода изготовителя, даты ввода в эксплуатацию и пр. База данных шифров содержит шифры узлов, подузлов оборудования и их расшифровку База данных отказов включает перечень отказов мельниц с указанием номера, шифром узла и подузла, причины отказа, времени и продолжительности восстановления. База данных моделей формируется по данным статистического расчета, и в нее заносится количество отказов мельниц в заданный промежуток времени, закон наработки на отказ, параметры закона, вероятность согласия по критериям Пирсона, Колмогорова, Мизеса. Для сопоставимости указанной информации используются единые определения, формы, коды и шифры. Кодовые номера помогают пользователю однозначно трактовать причины отказов, способы устранения, шифры предприятий, оборудования и другие. На рис. 1 приведена схема шифров мельницы, которая используется при вводе (выводе) информации в банк данных. Сбор информации об отказах узлов, механизмов мельниц самоизмельчения производится непосредственно в промышленных условиях при помощи автоматизированной системы с использованием ЭВМ. При этом из оперативной памяти машины при помощи информационно-поисковой системы выделяется информация, относящаяся к рассматриваемому объекту наблюдения, и формируются выборки отказов и восстановления за определенный период эксплуатации. Итоговая информация - распечатка ЭВМ -выполняется по специальной схеме (вид простоя, наименование узла, детали, дата отказа, продолжительность простоя, причина отказа) и ежемесячно поступает для занесения информации в банк данных.
Объектом статистического наблюдения являются мельницы самоизмельчения, эксплуатируемые в условиях фабрик №3, 12, 14 Западного региона Якутии. Поступление первичной информации по отказам мельниц самоизмельчения возможно из двух типов источников - корреспондентского и автоматизированного при помощи систем автоматизированного сбора информации по отказам узлов и механизмов мельниц. Были составлены единые шифры, коды, формы и определения, сформирована их иерархия и взаимодействие между отдельными узлами и механизмами оборудования, что позволяет пользователю однозначно трактовать причины его отказов, способы их устранения, шифры предприятий и др. При этом каждому объекту наблюдения присваиваются информационные элементы в соответствии с принятой технологической маркировкой. При корреспондентском способе сбора информации об отказах ММС главными отчетными документами являются: карта общих сведений, журнал наблюдений, карта накопления отказов, которые заполняются в соответствии с имеющимися нормативами. В журнале наблюдений фиксируют следующие данные: дату отказа, время появления отказа, способ его устранения, продолжительность восстановления, наработку с начала эксплуатации и др. Указанные данные, согласно шифру отказавших узлов и механизмов, вводятся в банк данных, где подвергаются анализу. Автоматизированный сбор информации предполагает на предприятии в наличии иметь автоматизированную систему сбора информации и системы передачи информации в банк данных. Сбор информации об отказах ММС выполняется с помощью ЭВМ, которая с помощью специальных программ фиксирует состояние каждого узла и ММС в целом, а также наработку узлов на отказ. При этом в память машины заносится информация о простоях, причинах простоя, шифрах оборудования и других. Занесенная в банк данных информация распределяется согласно шифрам по файлам. С помощью поисковой информационной системы из файлов банка данных выделяется информация, которая относится к исследуемому объекту и формируются выборки отказов и восстановлений, формирование которых производилось согласно [10, 12, 80].
Определение вероятности повреждения алмазов в ММС при самоизмельчении
На предприятиях АК «АЛРОСА» для дробления и измельчения алмазосодержащего сырья применяются мельницы мокрого самоизмельчения (ММС) с диаметром барабана 7; 9; 10,5 м конструкции иностранных фирм («Сведала», «Роксайл») и Сызранского завода. Несмотря на различия в конструкции, параметрах, режимах работы и условиях эксплуатации, каждая ММС совершает дробление под действием ударных нагрузок и измельчение за счет сил трения материала о стенки ММС и между частицами. Согласно исследованиям института Якутнипроалмаз процесс рудоподготовки алмазосодержащего сырья в мельницах самоизмельчения в зависимости от режима ее работы можно рассматривать как многостадиальное дробление (крупное, среднее, мелкое) и измельчение. Установлено, что внутри мельницы в зависимости от угловой скорости вращения барабана могут возникать водопадный, каскадный и смешанный режимы работы, которые вносят существенные изменения в процесс дробления и измельчения. Так, например, при угловой скорости вращения барабана близкой критической (пкр) возникают прилифтерный режим (частный случай водопадного), при котором крупные куски поднимаются вверх в прилифтерной зоне по круговым траекториям, а затем - в свободном падении по параболической траектории взаимодействуют с лифтерами и крупными кусками, расположенными в центре ММС. При угловой скорости вращения барабана 0,75 пкр и меньшей возникают водопадный, каскадный или смешанный режимы, при которых ударное взаимодействие отдельных кусков кимберлита с лифтерами, крупными кусками зависит от траектории их движения (параболической, скатывания вниз по наклонной плоскости) и крупности. Спайность у кристаллов алмаза совершенная, то есть он раскалывается в четырех плоскостях, параллельных основным плоскостям тетраэдра.
Исходя из физико-механических свойств кристаллов алмазов нами рассмотрена вероятностная задача возможных повреждений алмазов в ММС в зависимости от ее параметров и гранулометрического состава груза, поступающего в барабан. При этом можно выделить три основных случая: падающий кусок кимберлита, содержащий вкрапление алмаза, испытывает значительные динамические нагрузки при взаимодействии с элементами барабана и крупными кусками; падающий кусок кимберлита взаимодействует с подсыпкой из алмазосодержащего материала, распределенной по поверхности лифтера или между ними. падающий крупный кусок взаимодействует с крупнокусковым грузом, расположенным в центральной части барабана (ядро состоящее из крупных кусков). Первый случай взаимодействия крупного куска с футеровкой или крупными кусками предполагает рассмотрение контактной задачи. В зависимости от значения кинетической энергии падающего куска сила его взаимодействия с элементами ММС (крупными кусками) может быть больше или меньше, чем сила, необходимая для разрушения руды, определенной крепости. При этом алмаз, находящийся во время взаимодействия в зажатом состоянии, практически не испытывает ударного импульса. Передача ему динамического воздействия может произойти только в случае, если вкрапление кристалла алмаза находится на поверхности крупного куска. Рассматриваем случай повреждаемости алмазов, находящихся на поверхности крупных кусков, взаимодействующих с футеровкой ММС. При этом принимаем: во взаимодействии принимают участие крупные куски, которые перемещаются по параболической траектории внутри мельницы - водопадный режим - NB0V; крупные куски имеют форму близкую к шарообразной, а алмаз расположен на их поверхности в виде выступа; события (А) - попадания крупного куска в элементы ММС; (В) -наличие на поверхности взаимодействующего куска алмаза; (С) — при взаимодействии с элементами ММС кусок повреждает алмаз считаем независимыми, для которых общая вероятность определяется из выражения: На рис. 45 представлена схема расположения материала в ММС при водопадном режиме и траектории полета кусков в зависимости от их крупности и высоты подъема высокими лифтерами. Зона взаимодействия крупных кусков с лифтерами ММС (h) определяется расстоянием между точками пересечения траектории крупных кусков при минимальной и максимально возможной высоте подъема их лифтерами и внутренней поверхностью барабана.
Результаты экспериментальных исследований оптимальных режимов работы ММС
Для выбора оптимальных режимов работы ММС в условиях фабрики №12 были выполнены экспериментальные исследования взаимосвязи эффективности их работы и скорости вращения барабана. Эксперименты выполнялись на мельницах японского и отечественного производства. Так как мельницы японского производства не имеют механизмов для регулирования скорости вращения барабана (праб=0,75пкр, где пкр= 9,55 vg =14,1 об/мин), то реальная скорость их вращения определялась по частоте их вращения за фиксированное время. При этом время фиксировалось секундомером, число оборотов — визуально, а измерения выполнялись 3-5 раз для каждой мельницы. Полученные данные приведены в табл.17. Полученные значения скорости вращения барабана измеренные экспериментально отличаются от расчетных на 0,1-0,2 об/мин и при этом погрешность измерения составляет не более 12%, что позволяет при выполнении сравнительных испытаний принимать скорость вращения барабана расчетную. Сравнительные испытания производились с интервалом в 1-2 месяца и при этом были задействованы ММС-1 (японского производства) и ММС-4, ММС-5 (Сглзранского завода), оборудованные ПЧТ. При выполнении экспериментов скорость вращения барабана мельниц Сызранского завода устанавливалась (0,80; 0,70; 0,65; 0,60)пкр (табл.18), а критериями эффективности принимались: удельный расход электроэнергии на измельчение алмазосодержащего сырья, (кВт-і/т); средневзвешенный диаметр зерен измельченной руды на выходе из ММС. В табл. 18 приведены результаты испытаний при степени заполнения барабана рудой 38-40%, постоянных водном режиме измельчения Ж:Т=(0,45-0,6):1, рудной загрузке по потребляемой мощности и составе шихты. Анализ данных таблицы 18 показал, что оптимальным режимом работы ММС по критериям удельного расхода электроэнергии и средневзвешенного диаметра зерен измельченной руды на выходе является 0,7пкр. (9,87 об/мин), при которой удельные затраты энергии снижаются до 10,06 кВт-ч/т (ММС-4), 10,12 кВт-ч/т (ММС-5), а средневзвешенный диаметр зерен соответственно — 3,42 мм; 3,39 мм. Опыт эксплуатации мельниц мокрого самоизмельчения на обогатительных фабриках Западного региона Якутии показал, что при переработке алмазосодержащего сырья происходит повреждаемость кристаллов алмазов [9].
С целью снижения повреждаемости алмазов в мельницах мокрого самоизмельчения применяют резиновую футеровку, которая состоит из рабочих и промежуточных лифтеров, плит барабана, торцевых лифтеров и металлических разгрузочных решеток (рис. 71). В зависимости от режимов работы мельниц и геометрических размеров лифтеров срок их службы может достигать до 1 года. Износ резиновой футеровки барабана обусловлен ее взаимодействием с абразивным материалом. Согласно методике определения износа футеровки мельниц под действием материала, расположенного внутри барабана мельниц, необходимо было выполнить следующий объем работ: определить параметры износа лифтеров мельниц, находящихся в эксплуатации, с интервалом измерений 6 месяцев опррделить параметры износа лифтеров мельниц, снятых с эксплуатации. геометрические размеры лифтеров, находящихся в эксплуатации определяли в следующем порядке: по длине и ширине лифтеров наносилась разметка точек, в которых измерялся износ; в каждой измеряемой точке устанавливался штырь (забивался) мерной длины и по его остаточной длине определялся размер футеровки в данной точке; На рис. 70 представлены характерные картины износа рабочих и торцевых лифтеров под действием абразивного материала, а в табл.19 значения их износа
