Россия
Белгородская область, Россия
Белгородская область, Россия
ГРНТИ 55.03 Машиноведение и детали машин
ББК 347 Технология производства оборудования отраслевого назначения
В статье приводится описание технического решения проблемы, получения кубовидного щебня за счет разработки агрегата, совмещающего в себя процессы направленной подачи кусков горной породы к рабочим органам и силовом воздействии с определенным шагом в направлении наибольшей оси куска сланцевой породы. Дается описание устройства и принципа работы пресс-валкового агрегата для получения кубовидного щебня, включает в себя устройство для направленной подачи, рабочие органы в виде зубчатых валков, установленные на раме. Для создания направленного движения сланцевых кусков материала, имеющих продолговатую форму, в бункере подвижно закреплены направляющие ролики. Представлена методика расчета усилия, затрачиваемого на измельчение сланцевых материалов в пресс-валковом агрегате с целью получения кубовидного щебня.
пресс-валковый агрегат, усилия разрушения, кубовидный щебень
Введение: При разработке горных пород с целью получении обогащенного продукта в отвал уходит огромное количество материала, который накапливается в отвалах. Большую часть таких материалов занимают сланцевые породы, которые имеют вытянутую форму и слоистую структуру. Все возрастающая потребность в щебеночных материалах привела к расширению сырьевой базы в дорожном строительстве и использованию сланцевых материалов. Однако измельчение сланцевых горных пород в существующих дробильных агрегатах не позволяет получать щебень кубовидной формы. Использование щебня с размерами, значительно отличающимися от кубовидной формы, снижает срок службы дорожного полотна в 2–2,5 раза и повышает расход связующих материалов – цемента и битума. Прочность бетонных конструкций при этом снижается на 10–15 % при одновременном увеличении расхода цемента на 7–12 % и на 3–5 % водопотребности бетонной смеси. Все это требуют создания нового или модернизации существующего оборудования, которое позволит осуществить направленную подачу сланцевых материалов к рабочим органам агрегата и создавать силовое воздействие в заданном направлении [1].
Методология: Рациональное решение данной проблемы заключается в разработке и создании агрегата, совмещающего в себя процессы направленной подачи кусков горной породы к рабочим органам и силовом воздействии с определенным шагом в направлении наибольшей оси куска сланцевой породы.
Основная часть. С учетом полученных результатов исследования нами разработана опытная конструкция пресс-валкового агрегата с устройством для направленной подачи сланцевых кусков вдоль их большей оси к рабочим органам агрегата, что позволяет осуществить силовое воздействие и получить щебень кубовидной формы (рис. 1).
Пресс-валковый агрегат включает в себя устройство для направленной подачи 1, рабочие органы в виде зубчатых валков 2, которые установлены на раме 3. Для создания направленного движения сланцевых кусков материала, имеющих продолговатую форму, в бункере подвижно закреплены направляющие ролики. Зубчатые валки вращаются навстречу и имеют на своей поверхности зубья, установленные с определенным шагом [2–3].
Агрегат для измельчения материалов работает следующим образом. В загрузочный бункер подается исходный сланцевый материал, который захватывается валками, между которыми осуществляется его поворот в направлении наибольшей его оси и осуществляется подача к зубчатым валкам. Войдя в межвалковое пространство куски материала захватываются и разрушаются между зубьями, установленными с определенным шагом на рабочей поверхности валков. В результате чего получается щебень, имеющий кубовидную форму (рис. 3) [4–5].
Однако на создание направленной подачи сланцевых материалов к рабочим органам агрегата затрачивается мощность, а отсутствие методики расчета её величины тормозит внедрение данной конструкции в производство. Величина усилия предуплотнения оказывает существенное влияние не только на энергетические показатели процесса измельчения, но и на конструктивное исполнение агрегата и во многом определяется положением валика в бункере. Поэтому с целью определения рационального усилия, требуемого на равномерное распределение по ширине и уплотнение сланцевых материалов в валковом устройстве, рассмотрим схему, представленную на рис. 2
а) б)
Рис. 1. Агрегат для получения кубовидного щебня с устройством для направленной подачи сланцевых материалов: а – вид на загрузочное устройтсво; б – вид на зубчатые валки
Рис. 2. Расчетная схема механизма уплотнения.
Рис. 3. Материал после измельчении
От положения роликов 1 устройства для направленной подачи в бункере 2 в значительной мере зависят усилия предуплотнения, поэтому его положение примем через смещение его центра по горизонтали – и вертикали –
, а величину угла наклона стенки бункера
, угол захвата материала – через
.[6].
Толщина слоя материала "на выходе" (вдоль луча
) может быть рассчитана по формуле:
, (1)
где угол (угол наклона прямой AOB к горизонтали) находится из соотношения
.
Процесс уплотнения начинается с момента попадания частиц материала на линию . Полагая, что сила воздействия ролика прямо пропорциональна величине уплотнения материала, определим величину уплотнения по мере перемещения материала.
Уравнение прямой OE в полярных координатах (угол
отсчитывается от прямой
), имеет вид:
, (2)
где параметры определяются формулами,
,
. (3)
Изменение радиальной составляющей в зависимости от угла определяется по уравнению:
, (4)
где .
После ряда преобразований получим:
(5)
Построим зависимости от высоты
движения точки
при
,
,
=55 см,
=20 см, задавшись коэффициентом уплотнения, соответственно, равным 1,19; 1,24; 1,29 и 1,35 (рис.4).
Ролик зоне уплотнения воспринимает распределенную нагрузку (
– сила, действующая на единицу его рабочей поверхности, Н/м2) [7–8].
Исходя из выше сказанного величину усилия воздействия ролика на слой материала, определим по уравнению:
, (6)
где S – величина площади контакта рабочей поверхности ролика с уплотняемым материалом.
При уплотнении материала (без его разрушения его частиц), изменение величины распределенного усилия пропорциональна величине изменения радиальной составляющей (рис. 5).
Таким образом, интенсивность изменения можно записать в виде уравнения:
, (7)
где – коэффициент, учитывающий свойства уплотняемого материала (грансостав, форму и и др.), Н/м3. Физическая интерпретация коэффициента
состоит в следующем: это величина силы, которую надо приложить для уменьшения на единицу объема материала.
Исходя из предположения о том, усилия уплотнения равномерно распределены вдоль рабочей поверхности ролика, получим:
, ( 8)
где – элемент поверхности валка, определяется формулой
,
– линейный элемент длины вдоль образующей поверхности валка.
Рис. 4. Величина сжатия материала в зависимости от величины угла : 1 – l=10 см;
2 – l=13 см; 3 – l=16 см; 4 – l=19 см
Рис. 5. Схема к расчету интенсивности распределенной нагрузки
Таким образом, формула для вычисления силы воздействия валка на материал определяется формулой
(9)
где – длинна ролика,
– максимальная величина угла
.
Тогда в соответствии с расчетной схемой рис. 2, имеем .
С цель решения интегрального уравнения (9) сделаем замену , тогда
, (10)
где .
Учитывая что, величина параметра зависит от свойств уплотняемого материала, то величина его значение определялась в результате эксперимента.
На рис. 6 приведена зависимость коэффициента уплотнения от величины удельного усилия
, полученная экспериментальным путем.
С целью применения результатов эксперимента для определения параметра , уравнение для
представим в следующем виде:
. (11)
или
. (12)
Согласно данных, полученных в результате эксперимента (рис. 6), сделаем преобразования и представим в виде графической зависимости (рис. 7).
Сделав аппроксимацию полученных кривых зависимостей от
и приведя их к линейным (на рис.7 показаны пунктиром), получим уравнение следующего вида:
, (13)
где ,
.
Окончательно для и
находим:
, (14)
. (15)
|
|
|
|
Рис. 6. Зависимость коэффициента уплотнения
|
Рис. 7. Зависимость удельной нагрузки от коэффициента уплотнения
|
При получении уравнения (10) принимаем параметр величиной неизменной. Принимая во внимание, что величина
зависит от изменении угла
в заданных пределах от
до
сравнительно не велико, то уравнение примет следующий вид:
, (16)
где
. (17)
На рисунке 8, 9, в качестве иллюстрации, представлены результаты вычислений по уравнению (10) силы воздействия валика на уплотняемый материал при изменении угла наклона стенки бункера , радиуса валка
и смещения центра валика по вертикали
при
=17º,
=5 см,
=50 см,
=20 см,
=50 см,
=545 Н/см2 (известняк).
|
|
|
|
Рис. 8. Зависимость силы F от угла для различных значений r |
Рис. 9. Зависимость силы F от угла для различных значений l |
Заключение. Таким образом, проведенные экспериментальные и теоретические исследования позволили получить аналитическое выражение для расчета усилия, создаваемого роликами, необходимого для предуплотнения и создания направленной подачи сланцевых материалов к зубчатым валкам агрегата. Зная требуемые усилия на осуществление предуплотнения сланцевых материалов для создания их направленной подачи по известным уравнениям определяем необходимую мощность. Применение валкового устройства перед подачей материалов к валкам ПВИ позволяет не только создать направленную подачу сланцевых материалов, и предуплотнить и равномерно распределить их по ширине рабочих органов агрегата, что приводит к более равномерному их износу и, следовательно, долговечности [9–11].
1. Romanovich L.G., Romanovich M.A., Vybornova V.V., Riapukhina V.N. Small busi-nesses is a sphere of innovation in the age of globalization // Journal of Applied Engineering Science. 2014. Т. 12. № 4. С. 297-301.
2. Romanovich L.G., Sevostyanov V.V., Romanovich M.А., Arkatov A.Y. Innovation activity and technology transfer of higher educa-tion // Journal of Applied Engineering Science. 2014. Т. 12. № 4. С. 273-276.
3. Верич Е.Д., Егошин Ю.С. Новый тип мельниц и их управление // Горные машины и автоматика. 2005. № 1. С. 41-56.
4. Гзогян Т.Н., Губин С.Л. Совершенство-вание технологии дробления руд на Михай-ловском ГОКе. Подготовка сырьевых матери-алов к металлургическому переделу // Черная металлургия: Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2002. № 7. С. 25-26.
5. Егошин Ю.С., Лобинский А.В. Новый век - новый тип мельниц мельница барабанно - валковая // Сборник научных статей совре-менная наука. 2010. №3(5). С.73-76.
6. Матвейков С.В., Белобров Ю.Н. Валко-вый пресс измельчитель // Горная промыш-ленность. 1998. № 2. С. 28-29.
7. Romanovich А.А, Romanovich M.A. En-hancement of operating efficiency of grinding equipment. Advances in Engineering Research // Actual Issues of Mechanical Engineering (AIME 2017). 2017. Т. 133. С. 677-682.
8. Romanovich A.A. Performance review and principal directions for development of a grinding equipment in cement factory // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2014. Т. 9. № 11. С. 2367-2370.
9. Romanovich А.А, Glagolev S.N., Roma-novich M.A. Technology for the production of nanomaterial with the use of traditional grinding equipment // International Journal of Pharmacy & Technology. 2016. Т. 8. №4. С.25007-25014.
10. Носов О.А., Носова Е.В., Хабарова Н.В. Адаптивный привод прецезионной ма-шины // Автоматизация и современные техно-логии. Изд-во: Машиностроение. 2007. №3. С. 7-11.
11. Носов О.А., Васечкин М.А., Стоянова Н.В. Выбор режимов функционирования тех-нических систем // Автоматизация и совре-менные технологии. 2012. №4. С.6-11.
