Обоснование рациональных параметров щековой дробилки со сложным движением щеки

В настоящее время в России приоритетным направлением является развитие минерально-сырьевого комплекса. И здесь повышение эффективности дезинтеграции руд и других твердых материалов является одной из основных задач.

Ежегодно в мире дроблению подвергается более 3 млрд. т. минерального сырья и других материалов. При этом следует отметить, что процесс дробления характеризуется значительными капитальными и эксплуатационными затратами, доля которых достигает 50-^70% от общих расходов на производство, а также высокой энергоемкостью, составляющей от 7 до 20 кВт-ч/т, и большим расходом легированных сталей.

Щековые дробилки со сложным движением щеки (ЩДС) применяются во многих отраслях промышленности для крупного, среднего и мелкого дробления различных по прочности и хрупкости материалов. Дроблению в них подвергаются: железные руды и руды цветных металлов, уголь, известняки и доломиты, строительные горные породы и т. д.

Однако ЩДС имеют ряд недостатков, основными из которых являются: большая вертикальная составляющая хода подвижной щеки, приводящая к повышенному износу футеровки и переизмельчению дробимого материала, повышенные нагрузки на эксцентриковый вал, ограничивающие изготовление дробилок больших типоразмеров, а также направления траекторий нижних точек подвижной щеки, препятствующие разгрузке материала из рабочей камеры.

Исследования, проведенные во ВНИИСтройдормаше, указывают на то, что устранение отмеченных недостатков связано в основном с выбором рациональной кинематики механизма дробилки.

Изучению кинематики и режима работы ЩДС посвящены исследования Л. Б. Левенсона, В. А. Баумана, Б. В. Клушанцева, А. Г. Алехина, Л. И. Логака, A.A. Дудко, Д. И. Беренова, И. П. Иванова, A.B. Потемкина и др. авторов. Путем теоретических и экспериментальных исследований ими были установлены функциональные взаимосвязи между основными конструктивными и режимными параметрами и основными технологическими показателями работы ЩДС, а также определены рациональные значения основных конструктивных и режимных параметров данного вида машин.

Тем не менее, влияние геометрических параметров кинематической схемы на технические показатели работы ЩДС является недостаточно изученным. Также в настоящее время не существует методики, позволяющей на стадии проектирования производить комплексную оценку такого влияния.

Отмеченные выше обстоятельства подтверждают необходимость исследования взаимосвязи между геометрическими параметрами кинематической схемы и показателями работы ЩДС, а также обоснования их рациональных значений, обеспечивающих повышение эффективности работы данного вида машин.

Работа базируется на исследованиях: к.т.н. Б. В. Клушанцева, В. А. Баумана, Д. И. Беренова, В. И. Логака, В. А. Зиновьева и др.

Цель работы. Повышение эффективности работы ЩДС применением рациональных значений геометрических параметров ее кинематической схемы, обеспечивающих увеличение скорости разгрузки материала из рабочей камеры, уменьшение вертикальной составляющей хода подвижной щеки и снижение нагрузки на эксцентриковый вал.

Идея работы. Обоснование рациональных значений геометрических параметров кинематической схемы ЩДС следует осуществлять на основании комплексной методики оценки функциональных связей этих параметров с техническими показателями работы дробилки. Задачи исследований:

— анализ методик проектирования современных ЩДС, а также методик расчета основных технических показателей работы данного вида машин;

— анализ значений геометрических параметров кинематической схемы современных ЩДС;

— установление функциональных взаимосвязей между геометрическими параметрами кинематической схемы и техническими показателями работы ЩДСг 8.

— разработка методики, позволяющей комплексно оценивать влияние геометрических параметров кинематической схемы на технические показатели работы ЩДС;

— экспериментальное исследование влияния угла наклона распорной плиты на скорость разгрузки материала из рабочей камеры ЩДС;

— обоснование и выбор рациональных значений геометрических параметров кинематической схемы ЩДС.

Защищаемые научные положения:

1. Математическая модель щековой дробилки со сложным движением щеки учитывает кинематические и кинетостатические параметры рабочего механизма, а также физико-механические свойства дробимого материала и позволяет находить рациональные значения параметров кинематической схемы, обеспечивающие увеличение скорости разгрузки материала из рабочей камеры, уменьшение вертикальной составляющей хода подвижной щеки и уменьшение нагрузки на эксцентриковый вал, а также оценивать технические показатели работы дробилки.

2. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что производительность щековой дробилки со сложным движением щеки минимальна при угле наклона распорной плиты у = 60° и с отклонением от этого значения на 20° в меньшую сторону возрастает на 40%, а с отклонением на 60° в большую сторону возрастает на 140%.

Методы исследований. В работе использован комплексный метод, включающий: научный анализ и обобщение опыта проектирования и эксплуатации ЩДСматематическое моделирование с использованием методов составления уравнений замкнутости векторных контуров и уравнений равновесия сил, действующих на звенья механизмастатистический метод расчета весовых коэффициентов влияющих факторовэкспериментальное исследование процесса разгрузки материала на стендовой модели с использованием цифровой видеосъемкистатистические методы обработки экспериментальных данных.

Научная новизна. Установлены функциональные зависимости между геометрическими параметрами кинематической схемы (эксцентриситетом эксцентрикового вала, длиной основания подвижной щеки, длиной распорной плиты, толщиной подвижной щеки, высотой рабочей камеры, углом наклона распорной плиты, углом наклона рабочей поверхности подвижной щеки и углом захвата) и техническими показателями работы ЩДС (ходом сжатия и путем трения подвижной щеки, степенью дробления, производительностью, потребляемой мощностью, удельной энергоемкостью процесса дробления и силовой загруженностью кинематических пар).

Обоснованность и достоверность научных результатов подтверждается лабораторными исследованиями на стенде и удовлетворительной сходимостью результатов компьютерного моделирования с данными эксперимента, а также применением современных средств измерений и использованием стандартных методик.

Практическая значимость работы:

— разработана конструкция экспериментального стенда, позволяющего оценивать влияние угла наклона распорной плиты на скорость разгрузки материала из рабочей камеры ЩДС;

— обоснованы рациональные значения геометрических параметров кинематической схемы ЩДС, обеспечивающие увеличение скорости разгрузки материала из рабочей камеры, уменьшение интенсивности процессов истирания, возникающих в рабочей камере и уменьшение нагрузки на эксцентриковый вал;

— предложена методика комплексной оценки влияния геометрических параметров кинематической схемы ЩДС на технические показатели ее работы, основанная на методе расчета весовых коэффициентов влияющих факторов;

— предложена методика выбора рациональных значений геометрических параметров кинематической схемы ЩДС. ю.

Реализация результатов работы:

— материалы диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов, бакалавров и магистров по специальности 150 402 «Горные машины и оборудование», а также 150 400 «Технологические машины и оборудование» .

Апробация работы:

Основные положения и результаты работы докладывались на:

— Ежегодной конференции молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2004, 2005);

— 56-ой и 57-ой студенческой научной конференции в Краковской горнометаллургической академии в Польше (Краков, 2005, 2006);

— Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса ВУЗов минерально-сырьевого комплекса России (Санкт-Петербург, 2006);

— Международном форуме молодых ученых «Проблемы рационального природопользования» (Санкт-Петербург, 2006);

— Ежегодной конференции молодых ученых во Фрайбергской горной академии в Германии (Фрайберг, 2008).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 4 печатных работы, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации.

Автор выражает благодарность своему научному руководителю проф. И. П. Тимофееву, доц. В. В. Денегину и другим сотрудникам кафедры «Конструирования горных машин и технологии машиностроения» СПГГИ (ТУ) за научное консультирование, помощь и поддержку в процессе выполнения работы. Также автор выражает отдельную благодарность В. П. Короткову и Б. П. Коновалову за помощь в проведении экспериментальных исследований.

137 4.4 ВЫВОДЫ.

При выборе рациональных значений параметров кинематической схемы ще-ковой дробилки со сложным движением щеки были получены следующие результаты:

— предложены критерии выбора рациональных значений параметров кинематической схемы ЩДС;

— предложена методика выбора рациональных значений параметров кинематической схемы ЩДС;

— обоснован диапазон рациональных значений угла наклона распорной плиты у = 75 96°, обеспечивающий уменьшение интенсивности процессов истирания, возникающих в рабочей камере, увеличение скорости разгрузки дробимого материала, уменьшение нагрузки на эксцентриковый вал при достаточном для эффективного дробления ходе сжатия подвижной щеки;

— установлено, что у щековой дробилки со сложным движением щеки модели 187 ДР при значении угла наклона распорной плиты у = 96° производительность О, увеличивается на 37%, средний путь трения Гср уменьшается на 24%, параметр нагружения Т{ эксцентрикового вала уменьшается на 10% и траектория нижней точки рабочей поверхности подвижной щеки Дф отклоняется на 30° от неподвижной щеки в сторону разгрузки материала, при ходе сжатия 5 подвижной щеки в нижней части рабочей камеры достаточном для эффективного дробления материала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Представленная диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой на основе выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований содержится решение актуальной задачи повышения эффективности работы щековой дробилки со сложным движением щеки путем выбора рациональных значений геометрических параметров ее кинематической схемы.

Проведенные исследования позволяют сформулировать следующие основные научные результаты и выводы:

— установлено, что значения угла наклона распорной плиты современных ЩДС находятся в интервале у = 40 60°, что не является рациональным с точки зрения производительности, силовой загруженности кинематических пар рабочего механизма и процессов истирания, возникающих в рабочей камере;

— установлены и исследованы функциональные зависимости между геометрическими параметрами кинематической схемы (эксцентриситетом эксцентрикового вала А^, длиной основания подвижной щеки.

Х2, длиной распорной плиты Х3, толщиной подвижной щеки Хь, высотой рабочей камеры Хн, углом наклона распорной плиты у, углом наклона рабочей поверхности подвижной щеки \1, а также углом захвата 5) и техническими показателями работы ЩДС (углом отклонения Дф траектории нижней точки рабочей поверхности подвижной щеки от рабочей поверхности неподвижной щеки, ходами сжатия Я и^, а таюке путями трения ^ и / подвижной щеки в верхней и нижней частях рабочей камеры, степенью дробления г, производительностью потребляемой мощностью Ы, удельной энергоемкостью процесса дробления q, параметрами силовой загруженности Т{, Т2, Тъ и Г4 кинематических пар);

— разработана математическая модель, описывающая геометрические, кинематические и кинетостатические характеристики рабочего механизма ЩДС, с учетом физико-механических свойств дробимого материала, сил тяжести, а также сил и моментов инерции, действующих на подвижные звенья, и позволяющая на стадии проектирования определять основные технические показатели работы данного вида машин;

— предложена методика комплексной оценки геометрических параметров кинематической схемы ЩДС, а также методика выбора их рациональных значений на основании разработанных критериев, связанных с основными техническими показателями работы данного вида машин;

— установлено, что основное влияние на технические показатели работы ЩДС оказывают: эксцентриситет эксцентрикового вала А, угол наклона распорной плиты у и длина основания подвижной щеки Х2;

— установлено, что на технические показатели работы ЩДС не оказывают влияния: толщина подвижной щеки Хк и длина распорной плиты Х3;

— даны рекомендации по выбору рациональных значений геометрических параметров кинематической схемы ЩДС;

— теоретически обосновано и экспериментально доказано, что производительность ЩДС минимальна при угле наклона распорной плиты у = 60° и с отклонением от этого значения на 20° в меньшую сторону возрастает на 40%, а с отклонением на 60° в большую сторону возрастает на 140%;

— теоретически установлено, что реакции, возникающие в кинематических парах рабочего механизма ЩДС, минимальны при угле наклона распорной плиты у = 85° и с отклонением от этого значения, как в меньшую, так и в большую стороны увеличиваются;

— обоснован диапазон рациональных значений угла наклона распорной плиты у = 75 4- 96°, обеспечивающий увеличение скорости разгрузки дробимого материала, уменьшение интенсивности процессов истирания, возникающих в рабочей камере и уменьшение нагрузки на эксцентриковый вал при достаточном для эффективного дробления ходе сжатия подвижной щеки.