Молотковая дробилка с вертикальным ротором

В настоящее время в Российской Федерации в соответствии с национальной программой строительства происходит подъем строительной индустрии. В связи с этим происходит колоссальное увеличение объемов производства строительных материалов. Встает вопрос о повышении эффективности существующих производств за счет совершенствования их технологических схем путем модернизации уже существующих машин для измельчения или их замены на новые, которые превосходят своими характеристиками старые [17].

Несмотря на очевидный прогресс в области совершенствования машин и оборудования для измельчения минеральных материалов процессы разрушения продолжают оставаться энергоемкими и трудоемкими. Ежегодно на измельчение тратится не менее 5% всей производимой в мире энергии, включая энергию двигателей внутреннего сгорания [78].

Из широкого разнообразия инновационных решений в области создания оборудования для измельчения, преимущественное право на применение в промышленности получает оборудование, обеспечивающее наиболее мелкий продукт с наименьшими энергетическими затратами, большим сроком службы изнашивающихся узлов или меньшим временем замены, по сравнению с применяемым оборудованием.

Одним из эффективных способов разрушения материала для разрушение ударом. Если сравнивать с изломом и сдавливанием, то время воздействия на разрушаемый материал занимает доли секунд. При этом более значительная часть кинетической энергии дробящего органа переходит в энергию разрушения минеральной структуры или образованию микротрещин и микродефектов.

Разрушение материала ударом происходит в роторных и молотковых дробилках, как с вертикальным, так и с горизонтальным расположением ротора. В настоящее время одним из перспективных направлений повышения эффективности предприятий по производству строительных материалов является применение дробилок ударного действия с вертикальным ротором. Такие машины обладают рядом преимуществ по сравнению с дробилками с горизонтальной компоновкой ротора. Особенностью таких дробилок является, например: в вертикальных машинах происходит так называемое щадящее измельчение без истирания, что позволяет разделить необходимые компоненты ценной породыматериал в процессе дробления движется под силой тяжести сверху вниз, что значительно сокращает его пребывание в камере дробления.

Наряду с простотой конструкции, все же существует и ряд недостатков: недостаточная изученность процессов протекающих в камере дробления, затрудняют выбор параметров дробилки для требуемой задачиотносительная сложность обслуживаниянедостаточная эксплуатационная надежность.

Проблемами совершенствования конструкций, технологии ударного измельчения и разработкой математических методик расчета конструктивно-технологических и энергетических параметров дробилок и мельниц ударного действия занимались известные ученые: Бауман В. А., Барабашкин В. П, Осокин В. П., Сиваченко Л. А., Левданский Э. И. и др.

Анализ литературных источников показал, что в области теории и конструирования молотковых дробилок с вертикальным ротором отсутствует единая методика их расчета. Это объяснимо большим разнообразием конструкций дробилок, в основу которых положены различные принципы разрушения материала [30, 40, 81,103, 105].

Вышеизложенное доказывает целесообразность решения задач по повышению эффективности дробилок ударного действия с вертикальным расположением ротора путем совершенствования их конструкции, а также более детального рассмотрения происходящих при измельчении процессов, и способов управления ими.

Рабочая гипотеза.

Повысить эффективность работы молотковой дробилки с вертикальным ротором возможно путем повышения степени измельчения, а так же за счет оптимизации движения материала внутри рабочей камеры.

Научная идея.

Необходимо исследовать такие режимы работы молотковой дробилки с вертикальным ротором при которых обеспечивалось бы эффективное воздействие рабочих органов дробилки — молотков на измельчаемый материал.

Цель работы.

Совершенствование конструкции молотковой дробилки с вертикальным роторомопределение рациональных режимов работы дробилки, обеспечивающих максимальную эффективность процесса измельчения.

Задачи исследований.

1. Провести анализ существующих конструкций, конструктивных особенностей расположения молотков на роторе, а так же тенденций развития и усовершенствования вертикальных молотковых дробилок.

2. Разработать математическую модель определения оптимальных параметров разрушения материала в вертикальной молотковой дробилке.

3. Создать экспериментальную установку, разработать план и методику исследования.

4. Исследовать влияние исследуемых параметров на эффективность измельчения.

5. Осуществить выбор рационального режима работы молотковой дробилки с вертикальным ротором.

6. Апробация результатов работы в промышленных условиях.

Научная новизна.

Получены уравнения для расчета: кинетической энергии яруса с молотками в зависимости от его конструктивных и технологических параметров, ротора молотковой дробилки с вертикальным ротором;

— радиального размера площади контакта молотка с материалом в зависимости от величины действующей силы и поперечного размера куска материала;

— максимального значения работы, затрачиваемой на разрушение материала в молотковой дробилке с вертикальным ротором и минимального значения частоты вращения ротора, необходимого для разрушения материала в молотковой дробилке с вертикальным ротором;

— мощности, потребляемой приводом молотковой дробилки с вертикальным ротором;

— уравнения регрессии, позволяющие определить рациональные режимы процесса измельчения в молотковой дробилке с вертикальным ротором.

Практическая ценность работы заключается в создании на основании теоретических разработок и экспериментальных исследований усовершенствованной конструкции вертикальной молотковой дробилки, которая обеспечит повышение эффективности процесса измельчения сырьевых материалов при производстве сухих строительных смесей. Новизна конструкторского решения защищена патентом РФ на полезную модель № 102 540 от 10.03.2011 г.

Результаты работы в виде предложенных конструктивных решений и рекомендаций по полученным режимам процесса измельчения могут быть использованы в строительной, химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Реализация работы.

Результаты работы апробированы на ООО «Боникс» в технологическом процессе приготовления сухих строительных смесей. Рассчитанный экономический эффект от внедрения составил 459,78 т.р. в условиях на 2012 г.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Механического оборудования» БГТУ им. Шухова В. Г. в 2009;2012 г. г.- на технических советах: ООО «Боникс», ЗАО «Мальцевский цементный завод», ОАО «БелАЦИ», ОАО «Шебекинский меловой завод», ОАО «Белгород Стройматериалы», Красносельск Стройматериалы Республика Беларусьна международной научно-технической конференции «Инновационные материалы и технологии» в 2011 г., Белгородв учебном процессе при выполнении дипломных и курсовых работ.

Публикации.

По результатам работы опубликовано одиннадцать печатных работ в том числе две статьи в изданиях рекомендованных перечнем ВАК РФ и два патента РФ на полезную модель: № 102 540 и № 113 676.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по результатам работы, списка литературы из 122 наименований. Работа изложена на 158 станицах, в том числе содержит 100 рисунков и 6 таблиц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Выполнен анализ существующих конструкций молотковых дробилок с вертикальным ротором, их основных узлов, технологических схем, рассмотрены возможные пути совершенствования молотковых дробилок.

2. На основании анализа предложена новая, патентно-чистая конструкция молотковой дробилки с вертикальным ротором, в которой устранены недостатки рассматриваемых машин и их основных узлов. Получены патенты РФ на полезную модель № 102 540.

3. Получены равнения для расчета кинетической энергии яруса с молотками и кинетической энергии ротора в зависимости от его конструктивных и технологических параметров.

4. Получено выражение для расчета радиального размера площади контакта молотка с материалом в зависимости от величины действующей силы и поперечного размера куска материала;

5. Получено уравнения для расчета максимального значения работы, затрачиваемой на разрушение материала в молотковой дробилке с вертикальным ротором и минимального значения частоты вращения ротора, необходимого для разрушения материала в молотковой дробилке с вертикальным ротором;

6. Получены аналитические выражения, определяющие максимально допустимый и рациональный размер исходного материала вводимого в камеру измельчения молотковой дробилки с вертикальным ротором, учитывающие геометрические параметры и физико-химические свойства измельчаемого материала.

7. Произведен теоретический анализ параметров установки отбойных плит по периметру камеры измельчения молотковой дробилки с вертикальным ротором, на основании которого выявлено, что при соударении измельчаемого материала о бронеплиты разрушения практически не происходит, а происходит лишь его упругое отражение.

8. Получено аналитическое выражение для основных затрат мощности привода молотковой дробилки, которое учитывает геометрические параметры и физико-химические свойства материала, конструкционные и технологические параметры молотковой дробилки с вертикальным ротором.

9. Дан сравнительный анализ теоретических расчетов с экспериментальными исследованиями — расхождения при определении потребляемой мощности не превышают 15%.

10. На основании реализации плана многофакторного эксперимента получены уравнения регрессии вида (Qe, Q02, R02, P)=f (z, h, l, n) и построены графические зависимости (Qz, Q02, R02, P)~f (z):f (h)-f (l)-f (n) Выявлено влияние исследуемых факторов и их эффектов взаимодействия на формирование функций отклика.

11. Определены рациональные значения (z, h, l, n). Условия: Qz —" max,.

Q02 —> min, R02 —> min, P —> min, выполняются при: z=6−7 шт.- /?=25−10″ 3mЗО-Ю" 3- /=15−10″ 3м — 22−10″ 3м- «=38 — 43 с» 1.

12. Результаты диссертационной работы апробированы на ОАО «Боникс» на линии по производству сухих строительных смесей.

13. Рассчитанный, экономический эффект от внедрения составил 459,78 тыс. руб. в условиях 2012 года.