Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Обґрунтування параметрів вібраційного млина з просторово-циркуляційним рухом гірської маси

Солона Олена Василівна

Дніпропетровськ - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі автоматизації та комплексної механізації

технологічних процесів Вінницького державного аграрного університету

Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник -доктор технічних наук, професор,

заслужений діяч науки і техніки України

Берник Павло Степанович,

Вінницький державний аграрний

університет, завідувач кафедри

автоматизації та комплексної

механізації технологічних процесів

Офіційні опоненти -доктор технічних наук, професор

Виноградов Борис Володимирович

Український державний хіміко-технологічний університет Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ),

завідувач кафедри теоретичної механіки та опору матеріалів;

кандидат технічних наук, доцент

Настоящий Владислав Анатолійович

Кіровоградський національний технічний університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри будівельних дорожніх машин і будівництва.

Провідна установа - Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України (м. Дніпропетровськ), відділ Механіки машин та процесів переробки мінеральної сировини.

Захист дисертації відбудеться 21 червня 2006 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.06 при Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ, просп. Карла Маркса, 19).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного гірничого університету (49027, м. Дніпропетровськ, просп. Карла Маркса, 19).

Автореферат розісланий 19 травня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, к.т.н. О.В. Анциферов

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Об'єм виробництва сірки - один із показників рівня розвитку промисловості країни. Сірка - необхідний компонент для виробництва мінеральних добрив, штучного волокна, двоокису титана, миючих засобів, штучного каучуку, в багатьох процесах переробки руд кольорових металів. Сірка є елементом з оригінальними властивостями і завдяки цьому дає початок створенню цілого ряду нової промислової продукції. Це сіркобетон, сірко-асфальти, піносірка. Головний споживач сірки - сірчанокислотне виробництво, яке спрямоване на виробництво мінеральних добрив. Широке використання сірки та компоненти на її основі отримали у сільському господарстві.

На даний час помел сірки з розміром частинок до 5 мкм здійснюється в кулькових барабанних і струменевих млинах. Недоліком перших є відносно мала питома продуктивність і великі енерговитрати, а струменеві млини мають обмежений технологічний температурний режим. Тому залишаються важливими питання створення нових типів устаткування для подрібнення.

Одним з прогресивних типів подрібнювачів є вібраційні млини, які мають високу продуктивність, малі енерговитрати і високі технологічні можливості. При цьому перспективним напрямком підвищення ефективності процесу подрібнювання є використання вібраційних млинів безперервної дії з просторово-циркуляційним рухом технологічного завантаження. Але для їх створення недостатньо вивчені закономірності руху завантаження помольних камер, що забезпечуються компонуванням і параметрами роботи віброзбуджувачів. Тому встановлення залежностей продуктивності млина від його режимних і конструктивних параметрів, визначення умов раціонального компонування віброзбуджувачів та їх синхронізації для млинів з просторово-циркуляційним рухом завантаження становить актуальну наукову задачу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась за пріоритетним напрямком розвитку науки і техніки "Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі", наведеним у Постанові Верховної ради України №2623/ІІІ від 11 липня 2001 року. Тема дисертаційної роботи виконана в межах досліджень держдоговірної теми №1014 "Складання та налагодження експериментального зразка вібраційного млина" (1999-2001).

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є збільшення ефективності процесу віброподрібнення на основі вибору кінематичної схеми вібромлина безперервної дії, обґрунтування його режимних та конструктивних параметрів, встановлення залежностей взаємодії з подрібнюваною гірничою масою. Її досягнення здійснювалося шляхом вирішення таких задач досліджень:

на основі аналізу відомих конструкцій вібромлинів та методів їх розрахунків визначити перспективне направлення їх удосконалення;

встановити залежності параметрів руху подрібнюваної гірничої маси уздовж помольних камер та в місцях перевантаження від параметрів коливань;

виконати досліди з визначення стійкого режиму синхронного руху вібромлина з віброзбуджувачами різної компоновки і встановити критерії їх стійкого руху;

розробити математичну модель вібраційного млина, теоретично дослідити умови стійкості його руху та провести чисельний аналіз при різних технологічних і динамічних параметрах;

розробити методику розрахунку параметрів вібраційного млина з просторово-циркуляційним рухом завантаження;

впровадження результатів роботи та вібраційного млина нової конструкції на підприємствах в технологічних лініях по переробці сірки.

Об'єкт дослідження - процес вібраційного переміщення сипкої маси у двокамерному вібраційному млині з інерційними віброзбуджувачами.

Предмет дослідження - залежності технологічних показників вібраційного млина від його режимних і конструктивних параметрів.

Методи дослідження. В роботі використовувалися теоретичні та експериментальні методи досліджень. Задача про самосинхронізацію віброзбуджувачів вирішина з використанням інтегрального критерію стійких синхронних рухів за допомогою диференційних рівнянь Лагранжа ІІ роду. Значення коефіцієнтів знайдені на ПК з використанням систем комп'ютерної математики Maple V. При проведенні експериментів та обробці експериментальних даних використовувалися методи планування експерименту та регресійного аналізу. Перевірка адекватності отриманих залежностей експериментальним даним здійснювалася методами математичної статистики.

Наукові положення, що захищаються в дисертації:

- залежність продуктивності Q вібраційного млина від швидкості транспортування гірської маси вздовж помольної камери, висоти вертикального підйому h_S має нелінійний характер з екстремумом, при цьому максимум продуктивності досягається при значеннях параметрів вібрації виконавчих органів млина: кутової швидкості приводного валу щ = 150 - 200 с^-1, амплітуди коливань помольної камери А = 1,9 - 2,8 мм для матеріалів із насипною густиною с = 600 ... 4700 кг/м³;

- збільшення передачі енергії в 2-4 рази від стінок камери до завантаження відбувається при розташуванні віброзбуджувача вздовж геометричної осі симетрії і в центі мас коливної системи;

- для нової схеми вібраційного млина найбільш стійке існування замкнених потоків і ефект підйому маси з перевантаженням в сполучених між собою камерах забезпечується самосинхронізацією основних віброзбудждувачів для значення , при умові 1,3 < л₂ < 2,75, де л₂ = P₂ / щ, P₂ - власна частота додаткових віброзбуджувачів. При цьому область існування стійкого синхронного руху залежить від моменту інерції коливальної системи, відстані між центрами основних віброзбуджувачів;

Ідея роботи полягає у врахуванні впливу просторово-циркуляційного руху технологічного завантаження на продуктивність вібраційного млина та на умови стійкісті режиму синхронізації його віброзбуджувачів при створенні млинів нового технологічного рівня.

Наукова новизна отриманих результатів:

отримала подальший розвиток теорія та практика вібраційної механіки, зокрема визначені умови вертикального підйому частини завантаження у вібраційних млинах із U-подібною камерою і досліджено вплив основних факторів на висоту підйому;

вперше розроблена схема вібраційного млина із просторово-циркуляційним рухом завантаження, в якому використано ефект підйому завантаження і за допомогою транспортно-технологічного пристрою здійснюється перевантаження в сполучених між собою камерах;

вперше розроблені і проаналізовані математичні моделі двомасового тривібраторного та тримасового чотиривібраторного вібраційних млинів із дебалансними віброзбуджувачами і встановлені межі стійкості синхронних і синфазних обертань кінематично не зв'язаних віброзбуджувачів, що забезпечує регульовану циркуляцію завантаження.

Наукове значення роботи зводиться до розробки аналітичних залежностей і обґрунтування параметрів вібраційного млина з просторово-циркуляційним рухом сипкої маси в залежності від конструктивних схем млина та параметрів коливань на основі раціонального розміщення віброзбуджувачів та забезпечення їх стійкого синхронного руху.

Практичне значення отриманих результатів. На рівні винаходів розроблено нову схему вібраційного млина. Визначено умови та параметри вібраційного поля, які регулюють інтенсивність і тривалість помелу.

Розроблені умови синхронізації, які забезпечують стійкий синхронний рух віброзбуджувачів і технічні рішення по конструюванню (патенти України на винаходи № 43792 А, В02С19/16, № 43793 А, В02С19/16, № 43813 А, F16D3/4, № 43814 А, F16D3/74, № 65570 А, В02С19/16). Порівняльні випробовування відомих вібромлинів із розробленою схемою доводять, що продуктивність помелу збільшується у 1,6 разів за однакових енерговитрат.

Розроблено параметричний ряд млинів з об'ємом робочих камер 25 л, 50 л, 100 л, 150 л, 300 л, 350 л, 400 л, 500 л та 1000 л.

Методика розрахунку продуктивності вібраційних млинів із просторово-циркуляційним рухом завантаження для помелу гірської маси впроваджена в Дніпропетровському інституті геотехнічної механіки НАН України, в національному університеті "Львівська політехніка", ПП "Привтех". Згідно договору між Вінницьким державним аграрним університетом та ВАТ "Гірхімпром" розроблено, виготовлено і впроваджено млин МВ-400 і визначено параметри енергетичних витрат на привод для тонкого помелу сірки.

Обґрунтованість та вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій забезпечені коректною постановкою задач, втіленням апробованих положень механіки руху сипкого середовища, задовільним збігом аналітичних експериментальних досліджень (розбіжність експериментальних і теоретичних величин визначення висоти підйому завантаження не перевищує 9,7%).

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати роботи отримано автором самостійно. У працях, опублікованих у співавторстві, здобувачу особисто належать: [1, 2, 3] - аналіз конструкцій вібромлинів безперервної дії, дослідження руху завантаження в експериментальному вібраційному млині МВЕ-5; участь у розробці вібропідйомника і методики дослідження підйому завантаження по вертикальному жолобу, узагальнення результатів дослідження; [6, 7, 8] - розробка і аналіз розрахункової схеми вібромлина МВ-400, участь у створенні експериментального вібраційного млина МВЕ-6, проведення експериментального дослідження поведінки завантаження, дослідження умов синхронного і синфазного руху співвісно агрегатованих віброзбуджувачів для даного експериментального вібромлина; [9,12] - розроблено відмінні ознаки компенсаційних муфт для передачі крутного моменту від електродвигуна до коливного валу; [10,11] - розроблено відмінні ознаки конструктивної схеми вібраційного млина; [15] - встановлені межі стійкості синхронних обертань віброзбуджувачів, що дозволило вибрати оптимальні параметри установки та режими роботи тримасового чотиривібраторного млина; [4,9] - одноосібні.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідалися на 3-й, 4-й Міжнародних науково-технічних конференціях "Вибрации в технике и технологиях" (Євпаторія, 1998 р.; Вінниця, 2002, 2004 рр.), на 8-й Міжнародній конференції "Теория и практика процессов измельчения, разделения, смешивания и уплотнения" (Одеса, 2000 р.), на Міжнародній науково-технічній конференції "Нові машини для виробництва будівельних матеріалів і конструкції, сучасні будівельні технології" (Полтава, 2000 р.), на науково-технічному семінарі з проблеми "Применение низкочастотных колебаний в технологических целях" (Ростов-на-Дону, 2000р.), науково-практичній конференції "Сучасні проблеми використання низькочастотних коливань в технологічних цілях" (Луганськ, 2001 р.), міжнародній науково-технічній конференції "Вібрації в техніці та технологіях" (Полтавський національний технічний університет ім. Юрія Кондратюка, Полтава 2005 р.), на науково-технічних конференціях Вінницького державного аграрного університету у 1994-2005 рр.

Публікації. З теми дисертації опубліковано 17 наукових праць, у тому числі 11 статей у фахових виданнях, 1 - у матеріалах наукових конференцій, отримано 5 патентів на винахід. Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 118 найменувань та додатків на 28 сторінках. Основний текст налічує 157 сторінок, в т.ч. 75 рисунків та 14 таблиць. Загальний обсяг роботи становить 185 сторінок.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

помольний вібраційний млин циркуляційний

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, показано її зв'язок з науковими темами, наукове та практичне значення отриманих результатів. Наведено дані про реалізацію та впровадження результатів роботи, її апробацію, особистий внесок автора у публікаціях.

У першому розділі проведено аналіз конструкцій вібраційних машин для подрібнення, описано сутність процесу подрібнення в умовах вібраційного технологічного впливу. Велику роль у розвитку вібраційних машин і теорії подрібнення гірської маси відіграли роботи Потураєва В.М., Франчука В.П., Берника П.С., Блехмана І.І., Денисова П.Д., Червоненка А.Г., Гончаревича І.Х., Вайсберга Л.А., Биховського Б.І., Надутого В.П., Овчинникова П.П., Корольова П.П., Анциферова О.В., Федоскіна В.О., Титова О.О., Чорного Л.М., Вино-градова Б.В., Настоящого В.А. та ін. Досліджені особливості процесу подрібнення у вібраційних млинах і галузі його технологічного використання, досліджені особливості впливу технологічного завантаження на механізми і параметри процесу подрібнювання у вібромлинах. Наведені результати оцінки основних параметрів вібромлинів із різними схемами збудження коливного руху робочих органів, основні параметри, що визначають вибір і ефективність експлуатації вібромлинів, а також основні параметри вібраційних млинів. Проведено аналіз конструкцій вібраційних млинів безперервної дії та їх розрахункових схем, на підставі якого розроблена класифікація млинів за 14 ознаками. Здійснено вибір, обґрунтовано предмет і сформовано задачі досліджень.

У другому розділі наведені результати експериментальних досліджень руху завантаження у вібраційних млинах з просторово-циркуляційним рухом завантаження в залежності від конструктивних схем вібромлинів і параметрів вібрації. Дослідження проводилися на експериментальному вібра-ційному млині МВЕ-5. На рис. 1 представлена принципова схема помольної камери вібраційного млина з просторово-циркуляційним рухом завантаження (Пат. 43792 А Україна, B 02C19/16).

Робочий орган являє собою замкнуті за допомогою переванта-жувального 6 і перехідного жолобів 4 помольні камери, які заповнені завантаженням. Під дією вібраційного поля завантаження 5 в лівій помольній камері 4 піднімається по вертикальному жолобу 1 і перетікає транспортним лотком 2 в праву помольну камеру. Подрібнений матеріал просіюється через вивантажувальну решітку 3 на вихід із млина, а робочі тіла відводяться до передньої частини правої помольної камери в зону завантаження подрібненого матеріалу. В передній частині правої помольної камери внаслідок безперервного переходу по жолобу 1 і транспортному лотку 2 утворюється збільшений рівень завантаження, сюди також надходить і подрібнюваний матеріал, а у задній її частині, внаслідок переходу частини завантаження в ліву помольну камеру - знижений рівень. В лівій помольній камері внаслідок відбору завантаження в передній частині утворюється понижений її рівень, а в задній, внаслідок притоку завантаження із правої помольної камери - збільшений. Таким чином в сполучених між собою помольних камерах утворюється просторово-циркуляційний рух завантаження по замкнутій гвинтовій траєкторії.

Для вивчення механіки руху завантаження використовувались матеріали з різноманітними розмірами, густиною. Перша серія експериментів для гранул полістиролу, (як модель завантаження) 3,5 мм, =610 кг/м³, при =157,1 (1500 об/хв.). Досліджувалися конструктивні схеми млинів з компонуванням віброзбуджувачів у верхній частині (рис. 2, а); в центрі маси коливальної системи (рис. 2, б); в нижній частині коливальної системи (рис. 2, в).

Значення величин висоти підйому середовища h_s, швидкості транспортування V_тр та продуктивності вібраційного млина Q є функціями 3-х параметрів:

, де - частота вібрації, 1/с; А - амплітуда вібрацій, мм; - насипна густина, кг/м³.

Було досліджено залежності висоти підйому h_S різних видів завантаження у вертикальному жолобі від параметрів коливань помольної камери і конструктивних схем, визначені геометричні параметри й оптимальне розташування жолоба в помольній камері (рис. 3).

Методом планування багатофакторного експерименту виду 2³ було отримано квадратичні рівняння регресії, які дозволяють адекватно описати залежності значень величин продуктивності вібраційного млина Q від основних параметрів коливань, насипної густини (рис. 4) та конструктивних схем млина: Q₁ - розміщення віброзбуджувача в центрі маси коливної системи, Q₂ - в нижній частині коливної системи (рис. 5)

Проведені параметричні оптимізації значень величин продуктивності вібраційного млина, при розміщенні віброзбуджувача у центрі між помольними камерами Q₁, дозволили отримати оптимальні значення параметрів вібрації: =150…200 1/с, А=1,9…2,8 мм для матеріалів із насипною густиною =600…4700 кг/м³, і максимальні значення критерію оптимізації Q₁=0,197…2,731 кг/с.

Визначена залежність швидкості транспортування завантаження уздовж помольної камери від частоти обертів віброзбуджувача для оптимального значення амплітуди коливань помольних камер для різних насипних матеріалів (рис. 6). , де Q_ср - середня продуктивність вібраційного млина кг/с; S - площа поперечного перерізу завантаження в помольній камері, м²; - густина завантаження кг/м³.

Встановлено наступні закономірності:

- найбільша висота підйому завантаження спостерігалася при встановленні жолоба біля зовнішньої бічної стінки однієї з помольних камер у зоні набігання на неї завантаження;

- експериментально встановлено, що положення нижнього торця жолоба, розташованого від днища помольної камери на відстані радіуса її кривизни;

- найбільша висота підйому завантаження в жолобі забезпечувалася при його довжині ;

- отримані квадратичні рівняння регресії, які описують залежність висоти підйому , швидкості транспортування та продуктивності від частоти , амплітуди для різних матеріалів

,

,

,

В третьому розділі проведені теоретичні дослідження можливості самосинхронізації віброзбуджувачів, які виконано шляхом використання інтегрального критерію стійких синхронних рухів.

Згідно цього критерію, фази обертання віброзбуджувачів в стійких синхронних рухах відповідають точкам мінімуму потенціальною функції D цих фаз. Потенціальна функція дорівнює середньому за період значенню функції Лагранжа L коливальної частини системи

(1)

де Т, П - відповідно кінетична і потенціальна енергії коливальної частини системи.

Динамічна схема дослідження вібраційного млина наведена на рис. 7.

Робоча камера (контейнер) вважається абсолютно жорстким твердим тілом, встановленим на нерухомій основі за допомогою достатньо м'яких пружних елементів. На камері, симетрично відносно вертикальної осі, за допомогою пружних елементів жорсткістю с встановленні два додаткових однакових твердих тіла, маса кожного з яких дорівнює М₂. Камера приводиться в коливальний рух за допомогою чотирьох дебалансних віброзбуджувачів, встановлених на відстані l₁ і l₂. Осі обертання всіх віброзбуджувачів лежать в горизонтальній площині, яка проходить через центр маси камери і додаткових тіл. Кожен віброзбуджувач оснащений індивідуальним приводом. За узагальнені корди-нати системи прийнято: x, y і ц, що відповідають горизон-тальному, вертикальному і кутовому переміщенню камери, а також x₁, y₁ і х₂, у₂ - координати, що відповідають горизонтальним і верти-кальним переміщенням пер-шого і другого додаткових тіл. Диференціальні рівняння руху вібраційного млина при рівномірному обертанні віброзбуджувачів будуть мати вигляд:

(2)

де - амплітуди змушуючої сили, яка розвивається кожним віброзбуджувачем ; і - маси й ексцентриситети віброзбуджувачів, встановлених відповідно на контейнері і додаткових тілах.

Запишемо частотне рівняння

.(3)

У результаті знаходимо , де .

Рішення диференціальних рівнянь (2), що відповідає усталеним вимушеним коливанням, може бути записане у формі

де А_i - амплітуда коливань.

Роль потенціальної функції відіграє середнє за період значення функції Лагранжа L = Т - П коливальної частини системи.



(5)

де - не залежна від кутів величина, - постійні коефіцієнти, що залежать від параметрів системи.

Прирівнюючи до нуля похідні , одержимо рівняння для визначення значень постійних у можливих синхронних рухах

(6)

Рівнянням можуть задовольняти п'ять наступних комбінацій фаз :

(7)

Однак найбільший практичний інтерес представляють симетричні коливання, тобто три перші комбінації фаз.

Аналіз умов мінімуму функції D аналітичним шляхом, внаслідок великої громіздкості коефіцієнтів , досить складний. Тому дослідження проведені на ПК. Графічний розв'язок цих умов для другої групи комбінації фаз наведений на рис. 8.

Побудови виконані за допомогою стандартного пакета програм Maple V при наступних параметрах системи:

, , , м, , кгм²; , .

М=М₁+М₂

В результаті теоретичних досліджень встановлено, що:

- розглянута динамічна схема може забезпечити самосинхронізацію віброзбуджувачів, при цьому можливі всі симетричні коливання вібромлина, які представляють практичний інтерес;

- встановленні межі стійкості синхронних обертань віброзбуджувачів, що дозволяє вибрати оптимальні параметри установки та режими її роботи;

- представлена динамічна схема дає можливість змінювати фази обертання збуджувачів шляхом зміни їхньої робочої частоти (обертання);

- стійкість того чи іншого режиму обертання збуджувачів залежить передусім від жорсткості пружної підвіски додаткових тіл і частоти обертання збуджувачів;

- встановлені частоти власних коливань і закон руху розглянутого вібраційного млина.

В четвертому розділі проведено оцінку конкурентоздатності та сформульовані рекомендації з практичного використання результатів досліджень.

Розроблено методику розрахунку продуктивності вібраційного млина для помелу гірської маси. Розроблені конкретні рекомендації з розрахунку і конструювання основних вузлів вібраційних млинів з просторово-циркуляційним рухом завантаження: помольних камер, розвантажувальних пристроїв, пружних зв'язків (пружних підвісок, пружних муфт).

Для передачі крутного моменту послідовно з'єднаних простих двоопорних віброзбуджувачів при кінематичній синхронізації розроблено дві конструкції пружних торових муфт (патенти України на винаходи № 43813 А, F16D3/4, № 43814 А, F16D3/74).

Аналіз пружних характеристик досліджуваних муфт дозволяє зробити висновок, що вони мають явно виражену нелінійну пружну характеристику, що є свідченням їхньої значної жорсткості при навантаженні на кручення, на відміну від пелюсткової, яка має практично лінійну характеристику і є еластичною.

Наведені приклади виконання вібраційних млинів. Представлені конструкції вібраційних млинів МВ-350, МВ-450, МВ-500, МВ-1000 з робочим об'ємом помольної камери - 350 дм³, 400 дм³, 500 дм³, 1000 дм³.

Представлено параметричний ряд вібраційних млинів з просторово-циркуляційним рухом завантаження.

При циркуляційному русі завантаження у вібраційних млинах безперервної дії інтенсивність подрібнення в 1,6 рази вища, ніж у вібраційних млинах дискретної дії.

Проведена оцінка на конкурентноздатність дослідно-промислового зразка вібраційного млина МВ-400 показала незаперечні переваги перед кульковими і струменевими млинами.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково дослідною-роботою, в якій вирішено актуальне наукове завдання встановлення для млина з просторово-циркуляційним рухом завантаження залежності продуктивності процесу подрібнення від його геометричних розмірів, амплітуди і частоти віброзбуджувачів та умов їх синхронізації, що явилось основою для обґрунтування раціональних параметрів нової конструктивної схеми вібраційного млина безперервної дії.

1. В результаті аналізу досліджень визначено один із раціональних напрямків створення вібраційних млинів безперервної дії. Обґрунтована конструктивна схема млина, в якому плоске вертикальнодіюче вібраційне поле забезпечує підйом частини завантаження і за допомогою транспортно-перевантажувального пристрою здійснює безперервне регульоване його переміщення з однієї помельної камери в другу, тим самим забезпечується циркуляційно-просторовий рух середовища, в якому відбувається процес помелу в результаті ударної взаємодії мелючих тіл і матеріалу, який подрібнюється.

2. Експериментальні дослідження руху сипучого середовища під дією інтенсивного вібраційного поля () на дослідних зразках вібраційних млинів із U-подібною робочою камерою показали виникнення і стійке існування замкнутих потоків, які нагадують потоки рідини (ця подібність не є чисто зовнішньою) і які безпосередньо залежать від параметрів вібрації. При цьому встановлено:

2.1. Максимальна передача енергії від стінок камери до завантаження відбувається при розташуванні віброзбуджувача вздовж геометричної осі симетрії і в центрі мас коливної системи, тобто коли забезпечується рух камер по однаковій круговій траєкторії.

2.2. Найбільша висота підйому завантаження спостерігається при установці перевантажувального жолоба у зовнішній бічній стінці помельної камери в зоні набігання на неї завантаження, а максимальний підйом має екстремальний характер і досягає максимуму, коли амплітуда коливань камери дорівнює половині діаметра ударних тіл (кульок), а поздовжній розмір щілини жолоба дорівнює половині відстані між стінками камери.

2.3. Залежність швидкості транспортування і висоти підйому завантаження від амплітуди і частоти коливань, форми і матеріалу ударних тіл описуються емпірично й апроксимуються ступеневими залежностями.

2.4. Вірогідність розроблених моделей доведено на конкретних прикладах: теоретичні результати порівнювалися з експериментальними. Похибка результатів не перевищувала 9,7% при довірчій імовірності 0,9.

3. Експериментальні дослідження способів виведення подрібненого матеріалу крізь торцеву стінку розвантажувального лотка із зони помелу показали, що найбільш продуктивним є розташування вивантажувальної решітки на виході, в зоні максимального притиснення завантаження до днища контейнера, що в 30-32 рази інтенсивніше, ніж через торцеві ґрати на 1дм² перетину ґрат.

4. Сформульовані принципи проектування вібраційних млинів з об'ємом робочих камер 150 л і більше, віброзбудження яких базується на використанні ефекту динамічної синхронізації паралельно розташованих дебалансних віброзбуджувачів. За допомогою інтегрального критерія стійкості синхронних рухів отримані умови існування стійких синхронних і синфазних рухів дебалансних валів тримасового чотиривібраторного двокамерного вібраційного млина з активними додатково встановленими обертовими неврівноваженими масами. При основні віброзбудники будуть рухатися синфазно при , де , - власна частота додаткових віброзбуджувачів; - відстань між основними віброзбуджувачами; - маса і момент інерції системи.

5. Для примусової синхронізації в осьовому напрямку простих універсальних (двоопорних) віброзбуджувачів розроблено конструкції торових муфт, які забезпечують допустиму величину відносного кутового зміщення і демпфіруючу здатність при їх деформаціях.

6. Розроблена методика розрахунку параметрів вібраційних млинів із просторово-циркуляційним рухом завантаження. Методика впроваджена в Дніпропетровському інституті геотехнічної механіки НАН України, ПП "Привтех", в національному університеті "Львівська політехніка". Механіко-технологічні дослідження показали, що продуктивність подрібнення підвищується в 1,6 разів у порівнянні з існуючими вібраційними млинами з плоским рухом завантаження.

7. Спроектовано, виготовлено і впроваджено на ВАТ "ГІРХІМПРОМ" вібраційний млин із просторово-циркуляційним рухом, об'ємом 400 л для помелу сірки, продуктивністю 2,2 т/год, економія питомих енерговитрат 22,6 кВтгод/т.

ПУБЛІКАЦІЯ ОСНОВНИХ ПОЛОЖЕНЬ ДИСЕРТАЦІЇ

Денісов П.Д., Берник П.С., Солона О.В. Дослідження поведінки завантаження в сполучених помольних камерах вібраційних млинів безперервної дії. // Машинознавство. - 1999. - №12 (30) - С.49-52.

Денисов П.Д., Берник П.С., Солоная Е.В. Вибрационные мельницы непрерывного действия. // Вибрации в технике и технологиях. - 2000. - № 1 (13). - С. 27-31.

Особливості проектування тримасових вібраційних машин з опозитно розташованими віброзбуджувачами. Денісов П.Д., Берник П.С., Паламарчук І.П., Солона О.В. // Вибрации в технике и технологиях. - 2000. - № 2 (14). - С. 15-17.

Солоная Е.В. Технологические испытания экспериментальной вибромельницы МВЭ-5. // Вибрации в технике и технологиях. - 2000. - № 4 (16). - С. 87-89.

Берник П.С., Денисов П.Д., Солоная Е.В. Об одном случае синхронизации последовательно агрегатных вибровозбудителей. // Збірник наукових праць / ХДПУ. - Харків, 2000. - Вип. 1 (3) - С.7-12.

Берник П.С., Денисов П.Д., Солоная Е.В. Синхронизация последовательно агрегатных вибровозбудителей. // Збірник наукових праць / ПДТУ. - Полтава, 2000. - С.132-136.

Денисов П.Д., Берник П.С., Солоная Е.В. К вопросу о динамической синхронизации вибровозбудителей в вибрационной мельнице. // Збірник наукових праць / ХТУ "ХПІ". - Харків, 2001. - Вип. 1 (14). - С.64-67.

Берник П.С., Денисов П.Д., Солоная Е.В. Технологические испытания вибромельницы непрерывного действия МВЭ-5. // Сборник научных трудов / ОТМА. - Одесса, 2001. - Вып. 8. - С. 13-17.

Солоная Е.В. Исследование механических характеристик муфт // Вибрации в технике и технологиях. - 2002. - №2(23). - С. 44-46.

Пат. 43792 А Україна, B 02C19/16. Вібраційний млин. / П.C. Берник, П.Д. Денісов, О.В. Солона. (Україна) - № 98126996; Заявл. 29.12.98; Опуб. 17.12.2001. Бюл. № 11 - 3 с.

Пат. 43793 А Україна, B 02C19/16. Вібраційний млин. / П.C. Берник, П.Д. Денісов, О.В. Солона. (Україна) - № 98126997; Заявл. 29.12.98; Опуб. 17.12.2001. Бюл.№ 11 - 3 с.

Пат. 43813 А Україна, F 16D3/4. Пружна муфта. / П.C. Берник, П.Д. Денісов, О.В. Солона. (Україна) - № 99116344; Заявл. 23.11.99; Опуб. 17.12.2001. Бюл. № 11 - 3 с.

Пат. 43814 А Україна, F 16D3/74. Еластична муфта. / П.C. Берник, П.Д. Денісов, О.В. Солона. (Україна) - № 99116345; Заявл. 23.11.99; Опуб. 17.12.2001. Бюл. № 11 - 3 с.

Пат. 65570А. Україна, В 02С19/16. Вібраційний млин. / П.С. Берник, П.Д. Денісов, О.В. Солона. (Україна) - № 99126915; Заявл. 20.12.99; Опуб. 15.04.2004. Бюл. № 4. - 3 с.

Денисов П.Д., Берник П.С., Солоная Е.В. Исследование механики загрузки вибрационных мельниц. // Вибрации в технике и технологиях: Тр. ІІІ Международной научно-технической конференции. - Евпатория, 1998. - С. 89-92.

Ярошевич Н.П., Солоная Е.В., Денисов П.Д. К вопросу о динами-ческой синхронизации агрегатированных вибровозбудителем в трёхмассной четырёхвибраторной мельнице. // Вибрации в технике и технологиях. - 2003. - № 6 (32). - с. 77-81.

Спірін А.В., Солона О.В., Килимнюк В.І. Оцінка на конкурен-тоздатність вібраційного млина // Вибрации в технике и технологиях. - 2005. - № 2 (40). - С. 93-95.

АНОТАЦІЯ

Солона О.В. Обґрунтування схеми і вибір параметрів вібраційних млинів з просторово-циркуляційним рухом завантаження. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06 - гірничі машини. Вінницький державний аграрний університет, Вінниця, 2002 р.

Розроблена нова схема вібраційного млина з просторово-циркуляційним рухом завантаження, яка забезпечує при однакових питомих енерговитратах більшу продуктивність у порівнянні з існуючими схемами за рахунок використання гідродинамічного підйому завантаження, розроблена конструкція експериментального вібраційного млина з просторово-циркуляційним рухом завантаження. Досліджена механіка руху сипкого середовища завантаження в залежності від конструктивних схем вібромлинів, параметрів вібрації і розташування віброзбуджувачів. Визначені залежності висоти підйому і швидкості транспортування завантаження уздовж помольної камери при зміні числа обертів віброзбуджувача і амплітуди коливань.

За допомогою інтегрального критерію стійкості синхронних рухів отримані умови існування стійких синхронних рухів тримасового чотири- вібраторного двокамерного вібраційного млина з пасивним і активним встановленням додаткових мас в робочих камерах. Розроблено і впроваджено методику розрахунку конструювання вібраційних млинів з просторовим рухом завантаження.

Ключові слова: вібраційний млин, помольна камера, просторово-циркуляційний рух завантаження, віброзбуджувач, висота підйому, швидкість транспортування.

АННОТАЦИЯ

Солоная Е.В. Обоснование схемы и выбор параметров вибрационной мельницы с пространственно-циркуляционным движением загрузки. - Рукопись.

Диссертация на получение ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.06. - горные машины. Винницкий государственный аграрный университет, Винница, 2006 г.

Диссертация посвящена вопросам разработки, создания и исследования вибрационной мельницы с пространственно-циркуляционным движением загрузки для помола сыпучих материалов.

Исследования проводились на экспериментальной вибрационной мельнице, рабочий орган которой представляет собой замкнутые при помощи перегрузочного и переходного желобов помольных камер. Под действием плоского вибрационного поля в сообщенных между собой помольных камерах образуется циркуляционное движение загрузки по замкнутой траектории. Скорость транспортирования загрузки вдоль помольных камер, а, следовательно, и производительность вибрационной мельницы находятся в прямой зависимости от высоты подъема загрузки по вертикальному желобу, а тонина помола - от компоновки рабочего органа с вибровозбудителем.

На торце помольной камеры располагался вертикальный желоб. Под действием плоского вибрационного поля загрузка поднимается вверх по желобу. Высота подъема зависит от амплитуды колебаний, частоты вращения вибровозбудителя, а также от конструктивной схемы вибромельницы.

Исследованы зависимости подъема различных материалов в вертикальном желобе от параметра колебаний помольной камеры, определены геометрические параметры и оптимальное расположение желоба в помольной камере. Выявлены зависимости скорости транспортирования загрузки вдоль помольной камеры от амплитуды колебаний помольной камеры и частоты при аппроксимации экспериментальных кривых, которые описываются эмпирическими уравнениями. Проведены исследования тонины помола измельчаемого материала в зависимости от вариантов компоновки рабочего органа с вибровозбудителем и схемы транспортировки загрузки.

Приведено решение конкретной прикладной задачи о самосинхронизации вибровозбудителей трехмассовой четырехвибраторной двухкамерной вибрационной мельницы, которое выполнено с помощью использования интегрального критерия устойчивых синхронных движений. Получены условия устойчивых синхронных и синфазных движений дебалансных валов вибромельницы с активно установленными вращающимися неуравновешенными массами.

На базе выполненных исследований создана инженерная методика расчета параметров вибрационной мельницы с пространственно-циркуляционной загрузкой, учитывающие как их назначение, так и требуемые технологические параметры.

Ключевые слова: вибрационная мельница, пространственно-циркуляционное движение загрузки, помольная камера, измельчаемый материал, вертикальный желоб, вибровозбудитель, механика движения, сыпучая среда, вибрационные поля, скорость транспортирования.

ANNOTATION

O.V. Solona scheme substantiation and selection of parameters of vibration mill with space-circulatory Loading Motion-Manuscript.

Theses being submitted for obtaining of the scientific degree of the Candidate of Technical sciences on the speciality 05.02.02. - science of machines. Vinnytsia State Agrarian University, Vinnytsa, 2002.

New scheme of vibration mill with space-circulatory motion of loading was developed. It provides, under the similar specific energy expenditures, higher productivity comparing to the existing schemes at the cost of using the hydro-dynamic loading.

Mechanics of motion of granular medium of loading according to different constructions of vibration mills, parameters of vibration and location of vibroexcitators was studied.

Relations between elevation altitude and load transportation speed along the milling chamber under rotation speed of vibroexcitator and oscillations amplitude are determined.

Key words: vibration mill, milling chamber, space-circulotory loading.

Размещено на Allbest.ru