Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор, анализ работ и инновации в области фракционирования мелких заполнителей бетонов 12
1.1. Основные требования, предъявляемые к цементо- и асфальтобетонам и строительным растворам и к их заполнителям 12
1.2. Современные способы классификации и обогащения мелких заполнителей бетонов и растворов 17
1.3. Краткий обзор вибрационных грохотов и направления их совершенствования 19
1.4. Анализ процесса грохочения мелкозернистых сред 23
1.5. Выбор и обоснование рациональной конструкции грохотов для мелкодисперсных сред 34
1.6. Анализ работ по динамике виброперемещения сыпучих сред и выбор модели слоя сыпучего материала для исследования динамики виброперемещения его по ситу виброударного грохота 42
1.7. Цели, задачи и общая программа исследований 48
Выводы 51
ГЛАВА 2. Анализ динамики взаимодействия и перемещения элементов двухмасснои системы грохота и перемещения слоя сыпучей среды по ситу виброударного грохота 53
2.1. Анализ динамики взаимодействия и перемещения элементов двухмассной виброударной системы 53
2.2. Ограничения и условия к моделированию процесса вибрационного перемещения слоя сыпучей среды по ситу виброударного грохота 59
2.3. Анализ динамики перемещения модели слоя сыпучей среды и определение скорости транспортирования 61
2.4. Алгоритм решения задач вибротранспортирования сыпучих сред з
по ситу виброударного грохота на ЭВМ 75
Выводы 77
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования процесса грохочения строительных песков при виброударном режиме колебаний сита грохота 78
3.1. Цели и задачи исследований 78
3.2. Методика проведения экспериментальных исследований 79
3.2.1. Выбор, обоснование параметров исследуемого процесса и уточнение объемов исследования 79
3.2.2. Экспериментальное оборудование и методы контроля измеряемых параметров 83
3.3. Проведение и результаты экспериментальных исследований 85
3.3.1. Экспериментальные исследования по проверке
эффективности очистки сита грохота, работающего
в виброударном режиме колебаний 85
3.3.1.1. Оборудование, измерительная аппаратура и методы контроля 86
3.3.1.2. Проведение и результаты экспериментов 90
3.3.2. Эксперименты по определению эффективности грохочения песков виброударным способом 92
3.3.2.1. Проведение и обработка результатов экспериментов 93
3.3.3. Эксперимент по определению скорости транспортирования слоя материала по ситу виброударного грохота и параметров его перемещения ПО
3.3.3.1. Оборудование, измерительная аппаратура и методы контроля ПО
3.3.3.2. Проведение экспериментов и идентификация параметров механореологической модели транспортируемого слоя песка 119
Выводы 129
Глава 4. Практическое применение результатов исследований виброударного грохота для фракционирования строительных песков 132
4.1. Рекомендации (методика) к расчету и выбору основных параметров виброударного грохота для фракционирования песков 132
4.2. Результаты внедрения виброударного грохота для фракционирования строительных песков 134
4.3. Экономический эффект от внедрения виброударного грохота для фракционирования строительных песков 135
Выводы 137
Заключение 138
Список литературы
- Краткий обзор вибрационных грохотов и направления их совершенствования
- Ограничения и условия к моделированию процесса вибрационного перемещения слоя сыпучей среды по ситу виброударного грохота
- Выбор, обоснование параметров исследуемого процесса и уточнение объемов исследования
- Результаты внедрения виброударного грохота для фракционирования строительных песков
Введение к работе
Актуальность темы исследования. На современном этапе развития строительства неуклонно повышаются требования к физическим, механическим, технологическим и др. свойствам строительных материалов, используемым для возведения объектов промышленного, гражданского, дорожного и др. видов строительства. Это обусловлено широким применением новых технологий и средств механизации в строительстве, которые в свою очередь базируются на использовании качественно новых строительных материалов (высокомарочные бетоны, пено- газобетоны, сухие строительные смеси, асфальтобетоны и др.), в которых в качестве мелкого заполнителя используется фракционированный строительный песок (природный, дробленый), обеспечивающий оптимальный гранулометрический состав мелкого заполнителя. Фракционирование строительного песка важный технологический процесс, необходимость проведения которого обусловлена, с одной стороны, неоднородностью зерновых составов исходных песков в различных месторождениях, а с другой стороны высокими требованиями к зерновому составу мелких заполнителей бетонов и сухих строительных смесей.
Наиболее эффективным оборудованием для разделения по фракциям строительного песка являются вибрационные грохоты (устройства, снабженные просеивающей поверхностью- ситом). Современные вибрационные грохоты различных конструкций при грохочении песков с размером ячеек сита менее 2,5 мм малопроизводительны и низкоэффективны. Это связано с тем, что в процессе грохочения мелкозернистых сред происходит интенсивная забивка отверстий просеивающей поверхности сита частичками материала, что в свою очередь ведет к сокращению живого сечения сита. В связи с сокращением площади живого сечения сита в процессе грохочения нижний продукт (т.е. материал, который должен провалиться сквозь сито) остается в верхнем (надрешетном продукте), что приводит к снижению качества и эксплуатационной производительности процесса грохочения.
Для очистки сит во время работы грохотов используются различные механические устройства, которые обладают рядом существенных недостатков. Принцип работы данных устройств основан на контактном воздействии (в том числе ударном) непосредственно на поверхность сита. Применение данных устройст приводит к интенсивному износу сита, изменению линейных размеров ячеек сита и, как следствие, к снижению качества продукции и долговечности сита, что и привело к отсутствию их широкого применения. Поэтому, актуальной задачей является совершенствование процесса грохочения и оборудования, которое позволило бы при грохочении материала (без интенсивного износа сита и изменения размеров ячеек сита) не допускать засорения просеивающей поверхности сита и тем самым повысить качество грохочения и эксплуатационную производительность грохотов.
На основе проведенного в рамках данной работы патентного поиска и литературного обзора грохотов и устройств для очистки сит грохотов была принята рабочая гипотеза о наличии высокого эффекта очистки просеивающей поверхности сита грохота, работающего в виброударном режиме колебаний, при котором, в каждом периоде колебаний совершается встряхивание сетки, закреплённой с натяжением на специальной раме. Для оценки эффекта очистки просеивающей поверхности сита при виброударном режиме колебаний была предложена двухмассная виброударная механическая система грохота, обеспечивающая очистку поверхности сита, закрепленного на раме, от частичек материала в каждом периоде колебаний, за счет воздействия ударного импульса, генерируемого при взаимодействии колеблющихся масс (короба грохота и рамы сита) через упругий ограничитель движения.
Степень изученности проблемы. Исследованием процесса вибротранспортирования сыпучих сред занимались такие ученые как: С.А. Асейнов, В.А. Бауман, Б.А. Бехонин, А.А. Борщевский, И.И. Блехман, И.И. Быховский, В.В. Верстов, И.Ф. Гончаревич, Г.Ю. Джанелидзе, В.В. Длоугий, В.Л. Лапшин, С.А. Осмаков, В.А. Повидайло, Е.Е. Рубинович, Э.Г. Саратовский, С.А. Сизиков, А.О. Спиваковский, К.В. Фролов и др.
Процесс грохочения сыпучих материалов исследовался такими отечественными учеными как: И.М. Абрамович, Л.А. Вайсберг, В.В. Гортинский, Е.А. Непомнящий, Ю.В. Лошкарев, В.А. Олевский, А.Ф. Перов, Д.Г. Рубисов, В.Я. Хайнман и др., к числу зарубежных исследователей следует отнести таких ученых как: Т. Бреретон, У. Прети, А.Ф. Таггарт, Ж. Феррара и др.
В результате многочисленных исследований были разработаны методики технологического расчета вибрационных грохотов, основными из которых являются методики, в основе которых лежит метод удельной производительности 1 м2 сита, разработанный в США в начале 20 века. В настоящее время, методика доработана и реализована в американских фирмах «Alis Сhalmers», «Astec», российском НПО «ВНИИстройдормаш». Также, известна методика, основанная на «массово-балансной» модели процесса грохочения, разработанная в институте «Механобр». Специальных методик технологического расчета и выбора эффективных параметров виброударных грохотов не разработано.
Необходимость создания высокоэффективного виброударного грохота для фракционирования строительных песков с эффективной очисткой сита, а также отсутствие рекомендаций к расчету виброударных грохотов предопределило необходимость проведения исследований, изложенных в данной работе.
Цель и задачи исследования.
Цель исследования - обоснование эффективных параметров виброударного грохота для фракционирования строительных песков.
Объектом исследования является виброударная механическая система двухмассного грохота для фракционирования строительных песков.
Предметом исследований являются процессы взаимодействия слоя мелкодисперсной сыпучей среды (строительного песка) с ситом, совершающим виброударные колебания.
Основные задачи исследования, решение которых обеспечивает достижение поставленной цели:
1. Моделирование динамической двухмассной системы виброударного грохота и установление параметров взаимодействия ее элементов, обеспечивающих рациональный виброударный режим колебаний сита грохота.
2. Моделирование процесса динамики перемещения мелкозернистой сыпучей среды (строительного песка) по ситу, совершающему направленные гармонические колебания с периодическим (в каждом периоде колебаний) ударным воздействием, с целью установления скорости вибротранспортирования слоя сыпучей среды по ситу, являющейся одним из основных параметров, определяющим транспортную производительность грохота, при этом решаются следующие частные задачи:
- выбор модели слоя сыпучей среды с учетом механо-реологических свойств слоя и сил сопротивлений, влияющих на перемещение слоя по ситу грохота, работающего в виброударном режиме колебаний;
- аналитическое описание динамики перемещения слоя сыпучей среды по ситу виброударного грохота с использованием модели слоя, включая разработку алгоритма и программы расчета параметров виброперемещений его
и скорости вибротранспортирования слоя сыпучей среды по ситу виброударного грохота;
-оценка адекватности механо-реологических параметров модели слоя сыпучей среды и расчетных параметров динамики перемещения слоя, включая скорость транспортирования его по ситу, совершающему виброударные колебания, путем сравнения основных параметров движения слоя, найденных расчетным и экспериментальным способами.
3. Экспериментальная проверка и сравнение способности грохота к очистке отверстий сит в условиях длительного по времени процесса грохочения песков, при работе его в виброударном и в безударном режимах колебаний.
4. Экспериментальное определение показателя эффективности грохочения песков при виброударном режиме колебаний сита грохота, в зависимости от факторов, определяющих процесс грохочения, таких как: амплитуда, частота колебаний, размер ячейки сита, время процесса грохочения, высота слоя и гранулометрический состав исходного песка, подлежащего грохочению.
5. Разработка рекомендаций к расчету виброударых грохотов для фракционирования строительных песков.
6. Оценка технико-экономической эффективности применения виброударных грохотов для фракционирования строительных песков.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
1) определены эффективные режимы колебаний виброударного грохота для фракционирования строительных песков;
2) разработана математическая модель двухмассной виброударной механической системы для исследования параметров взаимодействия элементов двухмассной системы виброударного грохота;
3) разработана математическая модель для расчета скорости транспортирования слоя сыпучей среды при виброударном режиме колебаний сита;
4) определены численные упруго-вязкие параметры модели слоя транспортируемого материала на основе идентификация их с реальным слоем строительного песка, транспортируемого в виброударном режиме ситом грохота;
5) подтверждена эффективность очистки сита при виброударном способе грохочения;
6) определена зависимость показателя эффективности грохочения песков на сите грохота, работающего в виброударном режиме колебаний от основных факторов, определяющих процесс грохочения.
Достоверность научных положений обеспечена:
- достаточной степенью сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований;
- лабораторными испытаниями грохота виброударного действия и данными внедрения виброударных грохотов;
- экспериментально-статистическими методами определения закономерности изменения эффективности грохочения, при виброударном режиме колебаний сита грохота, от основных факторов определяющих процесс грохочения.
Теоретическая и практическая значимость исследований заключается в следующем:
На основе проведенных экспериментально-теоретических исследований разработаны рекомендации к расчету и выбору основных параметров виброударных грохотов, включающие определение эффективных параметров перемещений элементов виброударной механической системы двухмассного грохота, расчет скорости вибротранспортирования слоя песка по ситу виброударного грохота, а также определение транспортной производительности и размеров просеивающей поверхности сита виброударного грохота для фракционирования строительных песков с различным гранулометрическим составом.
Результаты работы могут быть использованы в организациях, занимающихся созданием и внедрением новой техники в строительстве и производстве строительных материалов.
Общая методика исследования. Исследования выполнялись на основе моделирования виброударной механической системы и механореологических свойств сыпучей среды, с использованием математического аппарата теории колебаний, механики сыпучих сред в сочетании с физическим экспериментом, при выполнении которого применялись математические методы планирования и обработки результатов в исследованиях, а также современная тензо- и виброметрическая аппаратура. Эксперименты проводились на испытательных стендах (виброударном столе, виброударном грохоте).
Область исследования соответствует требованиям паспорта научной специальности ВАК: 05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины, п.3 «Совершенствование технологических процессов на основе новых технических решений конструкций машин».
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в ЗАО НИПКБ «Стройтехника» и на заводе железобетонных конструкций ЗАО «Метробетон».
Апробация работы. Основные положения исследования докладывались на 63, 65, 66- ой научных конференциях профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета- Санкт-Петербург (СПбГАСУ, 2006, 2008, 2009); 60-ой Международной научно-технической конференции молодых ученых- Санкт- Петербург (СПбГАСУ, 2007).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах, в числе которых 3 работы в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ и патент на изобретение №2424067 «Двухмассный виброударный грохот».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, приложений. Она изложена на 182 печатных страницах текста, включает 20 рисунков, 19 таблиц и библиографический список литературы из 146 наименований.
Краткий обзор вибрационных грохотов и направления их совершенствования
При строительстве ответственных и сложных строительных объектов для приготовления бетона настоятельно рекомендуется [37] применение мелких заполнителей с исключительно непрерывной гранулометрией. Требуется особенно тщательно осуществлять подбор составов заполнителей, за счет применения фракционированных песков на две и более фракции. Только в исключительных случаях разрешено применение заполнителей с прерывистой гранулометрией, если целесообразность их применения для приготовления бетона будет доказана экспериментально и технико-экономическими расчетами. Содержание в мелком заполнителе пылевидных фракций влечет за собой увеличение водопотребности бетонной смеси и как следствие этого, повышение расхода цемента [87,89,91]
При технико-экономическом обосновании для приготовления цементобетонов могут использоваться искусственные пески, а также смесь естественного песка с искусственным или естественных песков двух месторождений. Применяемые смеси песков по своим характеристикам должны удовлетворять требованиям ГОСТ 8736-93 [56].
Также как в гражданском строительстве в дорожном строительстве, особенно на современном этапе, особое внимание уделяется качеству цементобетонов и асфальтобетонов при устройстве дорожного полотна с твердым покрытием.
Качество асфальтобетона регламентируется ГОСТ 9128-97 [57] и ГОСТ 31015-2002 [51]. В этих же документах приводятся требования к чистоте и фракционному составу заполнителей асфальтобетонов.
Согласно ГОСТ 9128-97 [57], для приготовления асфальтобетонных смесей применяют пески: дробленые, природные нефракционированные и фракционированные, отвечающие требованиям ГОСТ 8736-93 [56]; крупные (модуль крупности Мк 2,5); средние (модуль крупности Мк = 2,0 - 2,5). В качестве дробленого песка допускается применение отходов дробления горных пород с наибольшим размером зерен 5 мм.
При подборе минеральной части асфальтобетона по принципу непрерывной гранулометрии допускается применять мелкий и очень мелкий песок (с модулем крупности меньше 2,0), если он обогащен крупным песком (природным или дробленым).
Асфальтобетонные смеси приготавливают на асфальтобетонных заводах (АБЗ). Основными технологическими операциями приготовления асфальтобетонных смесей являются: сушка и подогрев песка и щебня; сортировки их на 4-6 фракции, в том числе песка на две фракции, дозирования заполнителей минерального порошка и вяжущих материалов, перемешивание их и погрузка готовой смеси в автотранспорт. В современных зарубежных АБЗ фирмы VEBAU, AMMAN и др. классификация песков после их сушки осуществляется на фракции 0-2, 2-4, 4-6 мм.
Тенденции к обеспечению высокого качества также характерны для нового быстро развивающегося направления в строительстве - производства сухих строительных смесей (ССС) для штукатурных и отделочных работ и бетонов фракции от 0 до 8-10 мм. ССС применяют для устройства стяжки, заделки швов сборных бетонных конструкций, устройства наливных полов гражданских складских помещений торговых центров, складов и промышленных сооружений, штукатурных работ, шпаклевочных и затирочных работ при отделке помещений, для укладки плитки ГОСТ 31189-2003 [52]. Объем производства сухих смесей неизменно повышается. Для производства этих смесей широко используется природный песок, причем доля его в составе смесей составляют до 100% ГОСТ 31377-2008 [53].
При обосновании выбора песков, применительно к составам строительных растворных смесей рекомендуется ограничиваться указаниями о предельно допустимой крупности зерен. Так, в соответствии с требованиями ГОСТ 28013-98 [50], ГОСТ 31189-2003 [52], СП 82-101-98 [125], наибольшая крупность зерен заполнителя должна быть, не более: в составах кладочных растворов (кроме бутовой кладки) - 2.50 мм; в составах для бутовой кладки - 5.00 мм; в штукатурных растворах (кроме накрывочного слоя) - 2.50 мм; в штукатурных растворах для накрывочного слоя - от 0,1 до 1.25 мм. При производстве сухих строительных смесей используются пески классифицированные на фракции 0-0,315; 0,315- 0,63; 0,63-1,25; 1,25-2,5 2,5-5 мм, а для сухих бетонов дополнительно разделяют песчано-гравийные смеси на фракции 5-8; 5-10 мм. При этом, очень часто к отдельным по крупности классам песков предъявляют очень жесткие требования недопустимости наличия даже одной частицы крупнее границы заданного класса. В частности, это относится к шпаклевочным ССС, где в случае, использования машинного способа нанесения материала крупные частички нарушают структуру получаемой поверхности, что ведет к дополнительным затратам на устранение дефектов. Часто особые требования предъявляют сами производители ССС к пескам для производства ССС, даже если в ГОСТах таких столь высоких требований не предусматривается, по причине конкурентной борьбы за особое качество получаемых смесей и, соответственно, снижения экономических потерь.
Применение в качестве мелких заполнителей фракционированных песков позволяет решать важную проблему нерудной промышленности- переработка отходов дробления, которых скопилось на территории России свыше 1 млрд.м . Согласно ГОСТ 26633-91 [49], в качестве крупной фракции для обогащения мелких природных песков можно применять дробленый песок, в частности из отсевов дробления. Производство дробленого песка из отсевов, в том числе обогащенного, предусмотрено ГОСТ 8736-93 [56].
Отмеченные требования к мелким заполнителям бетонов и растворов предопределяют необходимость фракционирования песков для получения требуемых составов смесей песков с необходимой гранулометрией. Такой подход обеспечивает высокое качество различных бетонов, растворов, сухих смесей в соответствии с действующими ГОСТами, а также широкое использование местных сырьевых баз для нужд строительства.
Ограничения и условия к моделированию процесса вибрационного перемещения слоя сыпучей среды по ситу виброударного грохота
В главе 1 сформулированы основные предложения к выбору эффективных режимов работы виброударного грохота для рассева мелкодисперсных сред. Там же рассмотрены основные характерные этапы виброперемещения слоя сыпучей среды по грузонесущему органу и определены условия ударного воздействия на сито грохота для его очистки. Для анализа динамики виброперемещения слоя по ситу виброударного грохота, предварительно установим основные закономерности движения его грузонесущего органа [116,118].
Виброударный грохот состоит из короба массой т (рис. 2.1), который взаимодействует с неподвижным основанием посредством упругой связи (пружины) Кх. На корпус короба грохота mt неподвижно установлен двухвальный дебалансный вибратор с вынуждающей силой F(t) = Fe sin cot, проходящей через центр тяжести грохота; где Fe амплитудное значение вынуждающей силы вибратора; ю- круговая частота вынужденных колебаний (рад/с); t - время (с). В корпусе короба грохота массой т смонтирована рама просеивающего сита массой т2, которая взаимодействует с коробом грохота т посредством упругой связи (пружины) К2. В верхней части короба тх установлена полиуретановая пластина, с коэффициентом упругого сопротивления К , через которую происходит контакт (удар) масс т и т2. Между накладкой и массой т2 имеется зазор величиной «е». При принудительном, от действия силы F(t), движении короба грохота массой mi, через упругую связь К2 передается движение массе рамы сита т2 и происходит ее колебание за счет силы инерции и действия упомянутых упругих связей. Таким образом, приведенная система на рис. 2.1 по существу является двухмассная колебательная система, совершающая вынужденные колебания от действия гармонической силы F(t). Законы движения такой системы подробно изложены в [32,81,132,136]. Особенность данной двухмассной системы грохота (рис. 2.1) состоит в том, что введен упругий ограничитель амплитуды колебаний рамы сита т2, таким образом, создается виброударный режим колебаний.
Ниже рассматриваются установившиеся колебания, когда короб грохота mi и рама сита т2 движутся синхронно и в противоположном направлении относительно друг друга и при этом в определенный момент происходит их контакт друг с другом. Закон движения короба грохота /и и рамы сита т2 можно условно разделить на два этапа: -этап 1, когда зазор «е» больше относительного перемещения масс корпуса грохота тх и рамы сита т2 (взаимодействие масс тх и т2 осуществляется исключительно через пружину К2). На этом этапе сила давления N упругого ограничителя движения т2 на короб грохота т равна «нулю» (N =0), т.е. сила N отсутствует; - этап 2, когда зазор «е» станет равным «нулю» или «отрицательным», возникает сила давления N полиуретанового ограничителя движения Кр короба грохота m на раму сита т2, т.е. сила становиться Л 0. Если жесткость полиуретановой пластины Кр достаточно велика и велика скорость сближения двух масс /и и т2, то в момент соприкосновения масс их взаимодействие можно условно рассматривать как прямой удар массы т на массу т2. По истечении некоторого времени неизбежно наступит момент, когда массы »i ит2 выйдут из контакта друг с другом и наступит послеударный этап движения, рассматриваемых масс до следующего их соприкосновения (удара) через время равное периоду колебаний Т=2п/а . Для анализа движения элементов грохота mi и т2, введем неподвижную ось Y (рис. 2.1). Обозначим через w- суммарную величину масс короба грохота и вибратора, т2- массу рамы сита. Условимся, что все упругие элементы безынерционные. Используя принцип Даламбера, запишем уравнения движения колеблющихся масс т_ и т2 виброударного грохота во время действия удара и в безударном периоде движения масс. Уравнения движения масс т и т2 до удара (этап 1, А =0) Уравнения движения масс т и т2 до удара, относительно неподвижной оси
Уравнения движения масс т и т2 во время удара (этап 2, N 0) Законы движения (2.3) и (2.4) описывают безударный режим установившегося движения масс /и и т2, до момента начала их взаимодействия (удара). Ударное воздействие движущихся друг на друга масс необходимо производить в каждом периоде колебаний грохота в момент, когда скорость колебаний рамы просеивающего сита т2 и короба грохота тх имеет максимальное значение. Момент начала удара tHyd назначается до после отрыва материала от плоскости виброоргана.
Регулирование заданного момента начала tHyd и конца удара tkyd производится путем изменения величины зазора «е» (регулировочными пластинами). При этом зазор «е» может быть «положительным», «нулевым» или «отрицательным».
Исследования динамики виброперемещения слоя сыпучей среды по ситу виброударного грохота проводятся в режиме колебаний, при котором колеблющиеся массы соприкасаются в момент, когда фазовый угол cot колебаний виброоргана соответствует ш 2пп , где п - 0,1,2,3- число периодов колебаний. Такой режим колебаний позволяет осуществлять ударное воздействие двух масс грохота в момент отсутствия слоя материала на сите (см. рис. 1.5), что позволяет максимально эффективно проводить очистку ячеек сита от застрявших в них частиц материала.
Выбор, обоснование параметров исследуемого процесса и уточнение объемов исследования
В результате проведения экспериментов по определению эффективности грохочения песков фракций 0-8 и 0-2,5 мм виброударным способом, были получены уравнения регрессии (ур-я 3.2, 3.4, 3.6, 3.8), которые позволяют оценить степень влияния того или иного фактора ( А- амплитуда, п- частота колебаний, Нсп- высота слоя, Т - время процесса грохочения, D- размер ячейки сита, Р- процентное содержание подрешетного продукта в исходном- в пределах интервалов варьирования) на параметр- эффективность грохочения Е.
На основании отмеченных уравнений были сделаны следующие выводы: для песков фракции 0-8 мм (ур-я 3.2, 3.4), при различном Р- содержании подрешетного продукта в исходном материале (Р = 10-30 и / = 70-95, %) для всех уравнений характерна следующая особенность- на эффективность грохочения положительно влияют все факторы (за исключением, Нсл при р = 70-95% ур-е 3.4). Наиболее значимыми факторами являются- Р (процентное содержание подрешетного продукта в исходном материале), А (амплитуда), D (размер ячейки сита), остальные факторы мало влияют на эффективность грохочения.
Для песков фракции 0-2,5 мм (ур-я 3.6, 3.8), при различном содержании подрешетного продукта в исходном материале (Р = 10-30 и Р = 70-95, %) характерны следующие особенности: на эффективность грохочения во всех уравнениях значительное отрицательное влияние дает п (частота колебаний), отрицательно влияет высота слоя HCR, отрицательно (незначительно) влияет Р в случае Р = 10-30 % (ур-е 3.6). Все остальные факторы положительно влияют на эффективность грохочения, причем, значимость Гф (время грохочения) значительно возрастает по мере возрастания содержания подрешетного продукта в исходном материале (Р = 10-30 — / = 70-95,%), при этом значимость D снижается, А и Р также являются значимыми факторами.
Задачей эксперимента являлось определение скорости вибротранспортирования слоя материала по ситу грохота, а также экспериментальное определение моментов отрыва и падения слоя и динамической нагрузки на сито со стороны слоя материала в зависимости от значений факторов, влияющих на процесс виброперемещения сыпучей среды. Как установлено в параграфе 3.2.1, такими факторами являются параметры вибрации (амплитуда колебаний- А; частота колебаний- п; высота слоя- НС1; размер отверстий сита- D; время процесса грохочения- 7 ; процентное содержание подрешетного материала в исходном продукте- Р.
Для учета перечисленных факторов, а также параметров движения слоя в процессе эксперимента контролировались: параметры колебаний виброоргана (амплитуда, частота); гранулометрический состав, влажность сыпучей среды, высота и масса слоя; продолжительность контакта материала с ситом виброоргана (момент падения и отрыва); сила нормальной реакции слоя на сито виброоргана; скорость транспортирования слоя материала.
Экспериментальные исследования по определению скорости транспортирования слоя материала и параметров движения слоя по ситу грохота, работающего в виброударном режиме колебаний проводились на экспериментальной установке - экспериментальном виброударном грохоте (рис. 3.3) двухмассной конструкции, выполненной по патенту 2424067 [60].
Виброударный грохот состоит (рис. 3.4) из короба грохота 1 длиной 2000 мм и шириной 1000 мм, опирающегося посредством цилиндрических пружин 2 на раму основание грохота и рамы вибропривода 4, которая установлена на коробе
Экспериментальный виброударный грохот грохота 1 посредством цилиндрических пружин взаимодействия 5. Внутри короба грохота 1 смонтировано сито. В качестве сита используется тканая сетка по ГОСТ 3826-82 [54], с размерами ячеек М),63 мм. На раме вибропривода 4 установлен инерционный вибропривод 3 (с частотным преобразователем), который обеспечивает прямолинейные направленные колебания грохота при постоянном угле вибрации В=55 и позволяет регулировать амплитуду в пределах от 0,5 до 5 мм и частоту колебаний в пределах от 500 до 1500 кол/мин. На раме вибропривода 4 установлены, перпендикулярно линии действия вынуждающей силы, регулируемые по высоте ограничители движения и (полиуретановые пластины) 6. Регулировка зазоров между отбойниками и ответными частями, расположенными на коробе грохота 1 позволяет осуществлять работу виброударного грохота, как в ударном, так и в безударном режиме колебаний. При работе грохота в виброударном режиме регулировка зазоров позволяет обеспечивать проведение ударного воздействия в необходимый момент в каждом
Результаты внедрения виброударного грохота для фракционирования строительных песков
В случае грохочения материала на сите при обычных колебаниях без удара площадь живого сечения сита сокращалась на величину более чем на 76% ,т.е. происходило резкое снижение эксплуатационной производительности, связанное с засорением просеивающей поверхности.
Это в свою очередь подтверждает принятую в начале работы гипотезу о том, что виброударный режим колебаний позволяет решать проблему засоряемости сита виброударной установки.
В результате выполнения экспериментов и обработки данных получены уравнения регрессии (ур-я 3.2, 3.4, 3.6, 3.8) адекватно характеризующие связь эффективности грохочения при виброударном режиме колебаний с фракционным составом материала (характеризуемым процентным содержанием подрешетного продукта в исходном материале), высотой слоя, параметрами вибрации (амплитудой, частотой колебаний), временем процесса грохочения и размером отверстия сита. Выполненный статистический анализ результатов опытов подтвердил достоверность полученных экспериментальных зависимостей, относительная погрешность измерений расчетных значений эффективности Е, полученных путем решения регрессионных уравнений от значений, полученных экспериментальным путем, составляет не более 15%.
Область параметров, определяющих процесс грохочения сыпучих сред, принятых при эксперименте, удовлетворяют наиболее практически важным режимам работы виброударных установок.
В результате проведения экспериментальных работ была определена скорость вибротранспортирования слоя материала при виброударном режиме колебаний виброустановки в зависимости от значений факторов, влияющих на процесс виброперемещения сыпучей среды.
В результате экспериментальных работ получены данные, характеризующие основные параметры движения слоя песка в режимах вибротранспортировании в ударном режиме колебаний. Эти данные (момент отрыва материала от сита tomp,
момент падения материала на сито tnad, сила нормальной реакции слоя на сито N ) позволили установить адекватность принятой расчетной модели слоя материала реальным сыпучим средам (строительным пескам) и подтвердить достоверность методики расчета скорости транспортирования и основных параметров модели. Погрешность теоретического метода расчета скорости транспортирования слоя сыпучих сред по ситу виброударного грохота составляет не более 10%, что позволяет рекомендовать данный метод расчета для использования в инженерной практике проектирования виброударных установок.
Практическое применение результатов исследований виброударного грохота для фракционирования строительных песков заключается в следующем: - разработаны рекомендации к расчету и выбору основных параметров виброударного грохота для фракционирования песков на основе теоретических и экспериментальных данных процесса грохочения песков на сите виброударного грохота; - апробированы рекомендации к расчету и выбору основных параметров виброударного грохота путем использования их при создании экспериментального и промышленного образца виброударного грохота; - проведена оценка экономического эффекта от внедрения виброударного грохота.
Рекомендации (методика) к расчету и выбору основных параметров виброударного грохота для фракционирования песков
Основными технологическими показателями процесса грохочения являются транспортная производительность П и эффективность грохочения Е, которые являются взаимовлияющими друг на друга параметрами.
На эффективность грохочения Е влияют следующие основные факторы: амплитуда колебаний А, частота колебаний сита п, высота слоя материала на сите Нап D " размер отверстия ячейки сита, время процесса грохочения Тгр, , Р процентное содержание подрешентного продукта в исходном материале.
Скорость транспортирования материала V , как определяющий параметр транспортной производительности грохота, зависит от параметров вибрации сита (амплитуды колебаний А, частоты колебаний п, угла вибрации Р, длительности соударения ГУд, а также характеристик слоя материала (процентного содержания подрешетного продукта в исходном материале Р и высоты слоя Нсл).
В работе, для исследования процесса грохочения песка (крупностью 0-2,5 мм и 0-8 мм) при виброударном режиме колебаний сита, приняты следующие значения параметров: амплитуда колебаний А=2 и 3,75 мм; частота колебаний и=800 и 1000 кол/мин; угол вибрации P=55=const; длительности соударения Туд =7t/2=const (четвертая часть периода колебаний сита); высота слоя на сите Нсл-40 и 60 мм; размер отверстия сита D= 0,63 и 1,25 мм; 2,5 и 5 мм; время процесса грохочения Тгр; процентное содержание подрешетного материала в исходном продукте Р= 10 и 30%, 70 и 95%.
Для расчета площади (длины L и ширины В) просеивающей поверхности сита, обеспечивающей требуемый (заданный) показатель эффективности грохочения Е песка с заданным темпом (производительностью П), а также выбора параметров вибрации (амплитуды А и частоты колебаний п в пределах значений указанных ранее) разработаны следующие рекомендации: - принимаются исходные данные для расчета: эффективность грохочения Е, производительность П, крупность (вид) песка, содержание подрешетного продукта в исходном материале Р , размер отверстий ячеек сита D, высота слоя Нсл . определяется минимально возможное время процесса грохочения 7 и, соответствующие данному критерию, параметры вибрации (амплитуда А и частота колебаний п), по уравнениям регрессии 3.3, 3.5, 3.7, 3.9. - определяется скорость транспортирования V слоя песка по ситу виброударного грохота с учетом принятых значений А, п, Ясл„ при помощи программы Вибра7 (см. Приложение А) на ЭВМ.
