МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ I НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Дятчин Володимир Захарович

УДК 621.928.23

ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ВІБРАЦІЙНОГО

ЖИВИЛЬНИКА-ГРОХОТА З ПРОСТОРОВИМИ

КОЛИВАННЯМИ КОРОБА

Спеціальність 05.05.06 – гірничі машини

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському науково-дослідному та проектно-розвідуваль-ному інституті промислової технології (м. Жовті Води) Міністерства палива та енергетики України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Франчук Всеволод

Петрович, Національний гірничий університет (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри гірничих машин.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Дирда Віталій Іларіонович, Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова (м. Дніпропетровськ) Національної академії наук України, завідуючий відділом;

кандидат технічних наук, Сансієв Василь Георгієвич, Український науково-дослідний інститут вуглезбагачення (м. Дніпропетровськ) Міністерства палива та енергетики України, старший науковий співробітник.

Провідна установа – Криворізький технічний університет Міністерства освіти і
науки України

Захист дисертації відбудеться „ 24 ” листопада 2004 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.06 при Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ-27, просп. Карла Маркса, 19, тел. 47-24-11).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ-27, просп. Карла Маркса, 19).

Автореферат розісланий „ 1 5” жовтня 2004р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої

ради, канд. техн.наук O.B. Анциферов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Досвід експлуатації рудних складів і перевантажувальних пунктів з бункерами-нагромаджувачами в гірничодобувній і переробній промисловості показує, що найбільш трудомісткою є операція вивантаження скельних сипучих матеріалів з ємності внаслідок сводоутворення, зависань, злежування, нерівномірного витікання й інших факторів, що спричиняють порушення виробничого процесу, істотно зменшують фактичну місткість складських приміщень і спричиняють застосування важких ручних операцій. Звичайно розвантажувальний пристрій бункерів вирішувався на основі важкого пластинчастого живильника і похилого інерційного грохота.

Вітчизняний і закордонний досвід по створенню й експлуатації фабрик і кар'єрних установок показує, що найбільш ефективними в даному вузлі є пристрої, виконані на основі застосування вібраційного живильника-грохота, що поєднує операції розвантаження і просівання в одній машині, встановленій безпосередньо під бункером перед дробаркою або сепаратором. Використання живильника-грохота замість традиційного рішення дозволяє зменшити обсяг промислових споруд і металоємність вузла, знизити капітальні витрати і витрати енергії, поліпшити процес випуску матеріалу з ємності.

Підвищення якості переробки сипучого матеріалу та надійності роботи машин, зниження відходів при збагаченні руди висувають нові завдання щодо створення живильників-грохотів, які мають надійні зносостійкі сита з високою ефективністю просіювання.

В останні роки питання підвищення ефективності просівання матеріалу вирішується шляхом створення складних просторових коливань робочого органу, а також розробкою нових конструкцій просіваючих поверхонь до них. Крім того, наявність складного, нерівномірного руху робочої поверхні живильника-грохота по ширині розвантажувального бункера сприяє процесові витікання матеріалу, запобігає його зависанню.

Одержувані в даний час просторові коливання короба за рахунок розвороту дебалансів одновального віброзбуджувача, або застосування для цих цілей додаткового віброзбуджувача для створення поперечних коливань короба, викликають хаотичний рух матеріалу по ситу, сприяють його бункеризації і, отже, не досягається підвищення ефективності просівання. Крім того, поперечні коливання створюють додаткове напруження короба грохота, знижуючи його надійність.

Тому визначення способу використання просторових коливань робочого органу живильника-грохота та їх вплив на технологічний процес, а також визначення закономірностей зміни швидкості руху гірської маси на робочому органі грохота в залежності від форми його поверхні, є актуальною науковою задачею щодо підвищення ефективності просівання матеріалу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Задачі, що поставлені в дисертаційній роботі, викликані виробничою необхідністю, а їхнє розв’язання здійснювалося науково-дослідним відділом Українського науково-дослідного та проектно-розвідувального інституту промислової технології (УкрНДПРІпромтехнології), виконавцем яких є автор. Усі теми пройшли державну реєстрацію:

- “Дослідження, розробка, удосконалення й освоєння засобів механізації виробничих процесів видобутку руди на базі вібраційної техніки” (1984-1986рр.) - номер держреєстрації У –33414;

- “Дослідження і розробка машин і пристроїв для технологічних процесів збагачення уранової руди й утилізації порожніх порід у закладку при відпрацьовуванні Новокостянтинівського і Центрального родовищ” (1998-1999рр.) – номер держреєстрації – 0196U023314.

Мета роботи. Підвищення ефективності випуску і грохочення скельних абразивних матеріалів за рахунок обґрунтування параметрів живильника-грохота з просторовими коливаннями короба, що створюються двома різноспрямованими самобалансовими віброзбуджувачами, і криволінійного профілю робочої поверхні.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються наступні задачі:

- дослідження конструктивних і динамічних схем вібраційних машин, призначених для грохочення та вібротранспортування сипкого матеріалу, а також конструкцій просіваючих поверхонь грохотів;

- розробка математичної моделі й обґрунтування динамічних параметрів живильника-грохота зі збудженням коливань двома різноспрямованими віброзбуджувачами;

- дослідження і створення вібраційного живильника-грохота на основі використання двох спрямованих збуджуючих сил для одержання просторових коливань робочого органу, перевірка адекватності математичної моделі;

- визначення раціональних параметрів коливань робочого органу, що підвищують ефективність і продуктивність просівання матеріалу;

- створення методики визначення параметрів нових форм просіваючих поверхонь із криволінійним профілем, що підвищують ефективність просівання;

- розробка інженерної методики розрахунку і вибору параметрів вібраційного живильника-грохота з різноспрямованими збуджуючими силами та впровадження результатів роботи у виробництво.

Об'єкт дослідження – процес переміщення скельного сипучого матеріалу по робочій поверхні живильника-грохота при просторових коливаннях робочого органу.

Предметом дослідження є параметри виконавчого органу, віброприводу і робочої поверхні живильника-грохоту з різноспрямованим збудженням коливань.

Ідея дисертаційної роботи полягає у використанні закономірності просторових коливань виконавчого органу живильника-грохота від двох різноспрямованих самобалансових віброзбуджувачів на його технологічні показники і застосування криволінійного профілю робочої поверхні для підвищення ефективності просівання.

Методи досліджень. Поставлені задачі розв’язувалися шляхом узагальнення й аналізу літературних джерел, використання комплексного методу досліджень, що включає теоретичне й експериментальне вивчення, аналізу фактичного матеріалу, отриманого в результаті лабораторних досліджень, із упровадженням результатів у розробку нових конструкцій машин і освоєнням їх у практиці збагачення руд. Експериментальні дослідження проводилися в лабораторних умовах на спеціально виготовлених моделях грохотів. Обробка отриманих даних і перевірка порівняльних аналітичних виразів здійснювалися на ПЕОМ у пакетах Excel і MathCAD з використанням стандартних методів математичної статистики. Теоретичні дослідження проведені з використанням класичних методів теорії коливань з урахуванням непружних опорів, із застосуванням поняття комплексного модуля пружності, введеного Є.В.Сорокіним, згідно принципу Вольтерра.

Наукові положення, що захищаються в дисертації.

1. Просторові коливання робочого органу живильника-грохоту, що одержуються від двох збуджуючих сил віброзбуджувачів і спрямованих під різними кутами до просіваючої поверхні, забезпечують подовжнє і поперечне переміщення матеріалу по робочій поверхні, що сприяє підвищенню ефективності і продуктивності просівання скельного матеріалу на 20-25%.

2. Ефективність робочого процесу залежить від розмірів кутів напрямку збуджуючих сил, що дорівнюють ?1 = 42-48° і в2 = 13-17° та відстані (В1) між точками прикладання цих сил по ширині робочого органу (В) – В1 = (0,45-0,55)В.

3. Криволінійна каскадна просіваюча поверхня грохота, за рахунок різності радіусів кривизни колосників Rк= (4,5-5,5)rк, дозволяє рухатися матеріалу на грохоті з різною швидкістю, що збільшується в бік розвантаження, сприяє розтягуванню шару матеріалу до моно шару, перевертанню шматків при переході з каскаду на каскад, що підвищує процес розділення матеріалу на 15-20 %.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Вперше розроблена математична модель живильника-грохота, яка враховує поводження короба під дією двох різноспрямованих сил вібраторів, які забезпечують як спрямовану збуджуючу силу, так і момент, що з'являється при зміні напрямку сил.

2. Досліджено процес отримання просторових коливань живильника-грохота від двох різноспрямованих збуджуючих сил, що прикладені в різних точках по ширині робочого органу і впливають на його довжину.

3. Отримані аналітичні залежності для визначення параметрів вібропереміщення матеріалу враховують особливості поводження робочої поверхні в різних точках по довжині і ширині живильника-грохота.

4. Вперше досліджено рух матеріалу, що враховує криволінійний характер робочої поверхні і визначено її параметри в залежності від величини продукту розділення.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій забезпечуються високою збіжністю значень раціональних кутів напрямку збуджуючих сил віброзбуджувачів і відстані між точками їх прикладання, що отримуються при теоретичних та експериментальних дослідженнях; високою ефективністю та продуктивністю просівання при отриманих раціональних параметрах коливань робочого органу грохота, що характеризується довірчими інтервалами ± 8% з довірчою імовірністю 95%, а також результатами випробувань дослідно-промислових зразків живильників-грохотів і просіваючих поверхонь, що підвищують ефективність просівання матеріалу на 20-25%.

Наукове значення полягає в обґрунтуванні отримання просторових коливань робочого органу живильника-грохота від двох збуджуючих сил, що спрямовані під різними кутами до робочої поверхні і прикладені в різних точках по ширині робочого органу; у встановленні закономірності зміни швидкостей руху робочого органу в поздовжньому та поперечному напрямках при зміні кутів напрямку збуджуючих сил; у визначенні впливу нової (криволінійної) форми робочої поверхні та її параметрів на ефективність просівання.

Практичне значення полягає в розробці науково обґрунтованої інженерної “Методики розрахунку і вибору параметрів живильника-грохота з просторовими коливаннями робочої поверхні”, розробці технічної документації декількох видів вібраційних живильників-грохотів з використанням даної методики, у впровадженні цих машин у різних технологічних лініях, розробці „Методики вибору і розрахунку параметрів нових форм просіваючих поверхонь”, створенні нових просіваючих поверхонь.

Реалізація результатів роботи. Результати виконаних досліджень використані УкрНДПРІпромтехнології (м. Жовті Води) – при розробці ряду конструкцій вібраційних живильників-грохотів (ГПВ-350, ГПВ-100, ПГВ-40/400, ПГВ-200/400) і просіваючих поверхонь до цих грохотів і до грохотів типу ГИЛ і ГИТ; при промислових випробуваннях грохота-живильника ГПВ-100 на підприємствах ДП “СхідГЗК”; при промислових випробуваннях живильника-грохота ПГВ-40/400 у Приаргунському гірничо-хімічному комбінаті (м. Краснокаменськ, Російська Федерація); при промислових випробуваннях литих сталевих просіваючих поверхонь із криволінійним профілем колосників на ДП “СхідГЗК” для відокремлення руди шматками 200 мм і 70 мм; при промислових випробуваннях зварених каскадних решіток і гумових сит із криволінійними виступами на робочій поверхні на Балаклавському рудоуправлінні для отримання щебеню класу 40 мм і 15 мм і на Миндякському руднику (ВО “Уралзолото”, Російська Федерація) для збагачення руди; інститутом УкрНДІвуглезбагачення (м. Луганськ) застосована "Методика розрахунку та вибору динамічних параметрів вібраційного живильника-грохота" при модернізації транспортно-перевантажувальних пунктів вуглезбагачувальних підприємств.

Особистий внесок автора: встановлено закономірності поводження сипучого матеріалу при складному русі робочої поверхні під дією різноспрямованих сил; досліджено процес впливу просторових коливань робочого органу живильника-грохота на ефективність і продуктивність просівання; створено дві лабораторні установки живильника-грохота, проведено лабораторні дослідження, визначено раціональні кути напрямку збуджуючих сил віброзбуджувачів для одержання високої ефективності і продуктивності просівання; у лабораторних і промислових умовах підтверджено вплив місця розташування віброзбуджувачів по ширині робочого органу на ефективність і продуктивність просівання; аналітично й експериментально обґрунтовано розміри щілин сита, радіуси кривизни профілю колосника сита і криволінійних виступів плоского сита; розроблено інженерну методику розрахунку параметрів живильника-грохота з просторовими коливаннями робочого органу і методику вибору і розрахунку параметрів нових форм просіваючих поверхонь.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи і результати досліджень доповідалися на Всесоюзній конференції по вібраційній техніці (м. Кобулеті, республика Грузія, 1987); на міжнародній конференції “Сучасні шляхи розвитку гірничого обладнання і технології переробки мінеральної сировини” (м. Дніпропетровськ, 2001); на міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми механіки гірничо-металургійного комплексу” (м. Дніпропетровськ, 2002); на 6-ій міжнародній науково-практичній конференції по збагаченню корисних копалин (сел. Мелекіне Донецької обл., 2003); на міжнародній науково-технічній конференції “Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості” (м. Кривий Ріг, 2004).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 14 друкованих працях, у тому числі 10 – у наукових фахових виданнях.

Обсяг і структура роботи. Дисертаційна робота містить 170 сторінок машинописного тексту і складається зі вступу, чотирьох розділів, висновку, списку використаних джерел, що включає 114 найменування. Текстова частина ілюстрована 42 малюнками, містить 12 таблиць і 9 додатків на 47 сторінках.

ЗМІСТ РОБОТИ

Розділ 1 присвячений огляду сучасного стану процесу просівання сипучого матеріалу при видобутку та переробці корисних копалин.

Докладно розглянуто типи конструкції і динамічні схеми вібраційних машин для просівання і вібротранспортування матеріалу, а також конструкції просіваючих поверхонь грохотів, що представлені в роботах Блехмана І.І., Гончаревича І.Ф., Дирди В.І., Потураєва В.М., Червоненко А.Г., Хажинського Ю.Н. В результаті аналізу виявлено недоліки роботи крутопохилих грохотів із круговою збуджуючою силою, що мають низьку ефективність просівання й обґрунтовано перспективність застосування для просівання важких скельних абразивних матеріалів вібраційних живильників-грохотів зі спрямованою збуджуючою силою віброзбуджувачів. Досвід застосування існуючих конструкцій просіваючих поверхонь (колосників, сит) показав їхню низьку надійність й ефективність при просіванні абразивного скельного матеріалу.

Огляд конструкцій сучасних вібраційних грохотів і динамічних схем, аналіз їхніх переваг і недоліків дозволили зробити висновок про те, що найбільш перспективним засобом підвищення ефективності і продуктивності просівання матеріалу є створення просторових коливань в робочому органі грохота. Автори робіт Гру Г.А., Учитель А.Д., Засєльський В.І., Сансієв В.Г., Жгульов А.С. в якості таких машин пропонують вібраційні грохоти з одновальним віброзбуджувачем і крутопохилим робочим органом, у якого дебаланси на краях валів установлені зі зсувом на певний кут відносно один одного. Ефективність грохочення таких грохотів збільшується на 5-8 %, однак, напруження, що виникає в бортах грохоту через створюваний момент сил дебалансами приводить до зниження надійності таких машин, а при грохоченні масового вантажу у великих шматках вони малоефективні.

Аналіз конструкцій просіваючих поверхонь грохотів показав, що підвищенню ефективності грохочення матеріалу сприяє каскадна просіваюча поверхня. Матеріал, рухаючись по каскадній поверхні, неодноразово перевертається і стикається з нею більш зручними гранями для просівання.

Наведено огляд теоретичних досліджень динаміки вібраційних грохотів і живильників-грохотів, виконаних такими вченими як: Вайсберг Л.А., Картавий Н.Г., Червоненко А.Г., Надутий В.П., Учитель О.Д., Гру Г.А., Франчук В.П., Засєльський В.І., Букати Г.Б., Юдін О.В. та ін. Відзначено, що відомі на даний час методики розрахунку вібраційних машин, які здійснюють прямолінійні гармонійні, еліптичні або просторові коливання, дають інформацію для їхнього проектування.

Однак у них не враховуються особливості роботи живильника-грохота, що знаходиться завантажувальною частиною робочого органу під стовпом сипучого матеріалу і сприймає позацентрове навантаження приєднаної маси. Тому актуальною є задача розробки методу розрахунку вібраційного живильника-грохота з просторовими коливаннями робочого органу, що поєднує функції пластинчастого живильника і віброгрохота в одній машині при установці її під бункером перед дробаркою. В результаті обґрунтування нової динамічної схеми живильника-грохота найбільш ефективною прийнято схему, що дозволяє створювати просторові коливання робочого органу від двох віброзбуджувачів із спрямованими збуджуючими силами.

Разом з цією задачею відзначено, що для підвищення ефективності грохочення матеріалу і збільшення терміну служби просіваючих поверхонь, варто виконати роботи по удосконаленню конструкцій решіток і форм отворів.

У заключній частині розділу сформульовані задачі теоретичних і експериментальних досліджень і методи їх виконання.

Розділ 2 присвячений обґрунтуванню і вибору структурної динамічної схеми вібраційного живильника-грохота, складанню розрахункової схеми і рівнянь руху двохпривідного вібраційного грохота з віброзбуджувачами різноспрямованої дії сил. Розрахункова схема грохота представлена на рис. 1.

При складанні динамічної розрахункової схеми прийняті такі допущення:

-

-

-

-

-

-

На базі наведеної розрахункової схеми з урахуванням викладених допущень складені диференціальні рівняння, що описують рух системи, користуючись рівнянням Лагранжа II роду, наведено рішення системи диференціальних рівнянь, що після перетворень отримано у вигляді:

(1)

Тут - амплітуди переміщень виконавчого органу по відповідних координатах, у загальному випадку, величини комплексні.

При дослідженні параметрів вібропереміщення матеріалу зі складною траєкторією руху робочої поверхні грохота визначено, що величина вібропереміщення Г визначається виразом:

(2)

де ? – кут нахилу робочої поверхні до горизонту, - частота коливань.

Розрахунки вказують, що невелике розходження в кутах напрямку збуджуючого зусилля (у даному випадку 1,5?) приводить до істотної зміни коефіцієнта Г по ширині робочої поверхні. Ще більше розходження у величині коефіцієнта Г має місце при різниці напрямку векторів збуджуючого зусилля у 30?.

Швидкість вібропереміщення визначається в напрямку вісей х і z наступними виразами (рис. 2):–

швидкість матеріалу в подовжньому напрямку

(3)–

швидкість переміщення матеріалу в поперечному напрямку

(4)

де о і в – фазний кут відриву і зустрічі матеріалу з робочою поверхнею, - кут нахилу робочої поверхні, x, z – додаткові кути, викликані поворотними коливаннями робочої поверхні. Аналіз параметрів вібропереміщення матеріалу показує, що в залежності від вибору параметрів установки напрямку вектора збуджуючих зусиль віброзбуджувачів можна регулювати швидкість і якісні характеристики руху матеріалу по робочій поверхні грохота.

Як випливає з графіка (рис. 2а), при розходженні в напрямку збуджуючих зусиль приводів в 30?, забезпечується практично рівномірне збільшення швидкості вібропереміщення матеріалу в подовжньому напрямку, що дозволяє (внаслідок зменшення шару сипучого матеріалу) інтенсифікувати процес грохочення. Що ж стосується переміщення матеріалу в поперечному напрямку (рис. 2б), то воно вкрай нерівномірне, у залежності від положення матеріалу на поверхні грохота, частки можуть навіть змінювати напрямок переміщення. Це також сприяє підвищенню ефективності грохочення за рахунок перевертання великих шматків матеріалу (у сполученні з робочою поверхнею спеціального профілю) і очищення їхньої поверхні від дрібних фракцій.

Аналіз графіків залежності сумарної швидкості переміщення від положення частки на робочій поверхні грохота (рис. 2в) показує, що швидкість матеріалу нерівномірна по ширині грохота, особливо в місці завантаження матеріалу з підбункерного простору. Це приводить до нерівномірності розвантаження матеріалу по ширині бункеру, що запобігає зависанню матеріалу в ньому і, отже, забезпечує високу надійність роботи системи вивантаження.

Графіки швидкостей переміщення матеріалу, представлені на рис. 2, отримані при розміщенні віброзбуджувачів по ширині коробу, що дорівнює 0,5 ширини робочого органу. При збільшенні цього розміру швидкість руху матеріалу в подовжньому і поперечному напрямках стає нерівномірною і навіть змінює свій напрямок на розвантажувальному кінці грохота в зворотний бік. Це явище буде сприяти нагромадженню матеріалу на грохоті, забиванню його отворів і, отже, зниженню ефективності просівання.

Розділ 3 присвячений експериментальним лабораторним дослідженням, у ньому відбито планування і методику проведення експерименту, дано аналіз результатів досліджень, що дозволив установити відповідність цих результатів розглянутим у розділі 2 теоретичним дослідженням.

При виготовленні елементів установки були змодельовані параметри машини, її динамічні характеристики і матеріал, прийнята регулююча і вимірювальна апаратура, що серійно випускається. Лабораторні дослідження проведені відповідно до програми і методики, розробленої на підставі стандартних положень. Загальний вид моделі представлений на рис. 3.

Дослідження проводилися в два етапи на двох моделях. На першій моделі досліджені впливи частоти коливання, типу віброзбуджувача і напрямок збуджуючої сили на продуктивність і ефективність грохочення матеріалу, а також визначені раціональні розміри отворів просіваючої поверхні. У результаті цих досліджень виявлені найбільш ефективні параметри віброзбуджувача (частота коливань – 16-25 Гц, напрямок збуджуючої сили – 30-45),а також встановлено, що віброзбуджувач зі спрямованою збуджуючою силою забезпечує більш високу продуктивність і ефективність грохочення. Разом з тим визначено, що щілиноподібна каскадна просіваюча поверхня із щілинами, що розширюються, найбільш ефективна для відсівання потрібного класу матеріалу. Установлено залежність розмірів щілини від розміру шматка (d), що відсівається: m=0,5d; n=0,8d; =2,5d, тут m і n – ширина щілини на завантажувальній і розвантажувальній ділянці, – довжина щілини. Дані параметри були прийняті за основу при проведенні досліджень на другій моделі.

Задачею досліджень на другій моделі було визначення впливу просторових коливань робочого органу грохота, створюваних двома віброзбуджувачами зі спрямованими силами, на продуктивність і ефективність грохочення.

У результаті обробки експериментальних даних отримано числові значення раціональних кутів напрямку збуджуючих сил віброзбуджувачів, відстань між точками прикладання цих сил по ширині робочого органу, що дозволяють одержати просторові коливання робочого органу, які збільшують ефективність і продуктивність грохочення матеріалу. Разом з тим визначено істотний вплив на продуктивність грохочення матеріалу дії збуджуючих сил, зі зсувом по фазі.

Графічне зображення залежностей ефективності і продуктивності грохочення від кутів напрямку збуджуючих сил віброзбуджувачів представлені на рис. 4. Раціональними кутами напрямків векторів сил віброзбуджувачів є 1=45° і 2=15° , тобто =45°-15°=30° , що дозволили досягти ефективності просівання 90-95%.

При лабораторних дослідженнях просторових коливань робочого органу живильника-грохота вивчено процес випуску і руху матеріалу по робочому органу, що дозволило відзначити, що матеріал з боку більшого кута дії збуджуючої сили краще виходить з бункера, а з боку меншого кута швидше транспортується по робочому органу. При цьому матеріал здійснює поперечне і подовжнє переміщення зі збільшеною траєкторією шляху при незмінній довжині і ширині робочого органу.

Разом з тим визначено співвідношення відстані між точками прикладення збуджуючих сил віброзбуджувачів (В1) і довжини робочого органу (L) з його шириною (В):

В1 = 0,5В; L = 3В. (5)

Оцінка точності отриманих залежностей зроблена за відомою стандартною методикою. В результаті обробки даних встановлено, що погрішність теоретичних значень кутів напрямку збуджуючих сил і відстані між точками їх прикладення з довірчою імовірністю 95% знаходиться в межах 8%.

Поряд з цими даними в розділі представлено обґрунтування вибору і розрахунку параметрів нових конструкцій просіваючих поверхонь. Для грохочення матеріалу у малих шматках запропонована криволінійна (хвильова) конструкція сита з еліптичними (овальними) отворами , або плоскі сита з криволінійними виступами на робочій поверхні сита , що встановлені вздовж сита між отворами.

Для матеріалу у середніх та великих шматках рекомендується каскадна колосникова просіваюча поверхня із криволінійним профілем каскадів відносно подовжньої осі робочого органу грохота (рис. 5).

У результаті аналітичного обґрунтування визначені ефективні розміри щілин і параметри профілю колосників і виступів. Розміри щілин в залежності від діаметра (d) шматка матеріалу визначаються як:

m=0,6d; n=(0,8-1)d; Lk=2,5d (6)

і кут розхилу щілин дорівнює 3-4. Тут m і n – початкова і кінцева ширина щілини, Lk - довжина колосника.

Крім того визначено, що радіуси кривизни колосників знаходяться у відношенні як Rк =(4,5-5,5)rк.

Розділ 4 представлений методикою розрахунку параметрів вібраційного живильника-грохота з просторовими коливаннями робочого органу і результатами промислового впровадження даного типу грохотів і нових конструкцій просіваючих поверхонь.

Задаючись кутами напрямку збуджуючих сил в1 і в2, визначених у результаті теоретичних і експериментальних досліджень живильника-грохота і продуктивністю машини, визначається швидкість V транспортування матеріалу, амплітуда А и частота щ коливань короба, коефіцієнт режиму роботи Г машини. У результаті розв’язання рівняння руху короба разом з отриманими даними V і щ визначається величина збуджуючої сили Р віброзбуджувачів.

. (7)

Прийнявши в якості віброприводу два двохвальні віброзбуджувачі з однаковою величиною збуджуючих сил, далі визначаються конструктивні параметри дебалансу. Виходячи з того, що збуджуюча сила створюється обертовою дебалансовою масою, що володіє кінетостатичним моментом МК, цю силу для одного віброзбуджувача можна записати виразом

Р/2=МКщ2/g . (8)

З формули (8), одержавши вираз для визначення МК, обчислюється маса дебалансу m1, ширина b, радіус R і ексцентриситет с1 дебалансу.

Оскільки пружна система віброгрохота виконує дві основні функції – забезпечення необхідної вантажонесучої здатності і підтримка коливань робочого органу в заданому режимі – розрахунок параметрів пружних елементів здійснюється з урахуванням статичного та динамічного навантаження на них у завантажувальній і розвантажувальній частинах робочого органу.

Приведена маса навантаження у цих частинах робочого органу визначається за формулами:

, (9)

де - питомий тиск матеріалу; - маса віброзбуджувача;

- маса робочого органу; - приєднана маса.

Надалі, по заданих геометричних параметрах робочого органу – довжини L і ширини B, уточнюється продуктивність роботи машини й, в останню чергу, розраховується споживана потужність привода.

На підставі даної методики розроблено ряд конструкцій вібраційних живильників-грохотів, призначених для відділення дрібної фракції матеріалу і подачі великих шматків у дробарку.

У розділі демонструються загальні види розроблених і впроваджених живильників-грохотів і підтверджується економічною ефективністю їхньої роботи на гірничорудних підприємствах.

У процесі експлуатації живильника-грохота ГПВ-100 для поліпшення його роботи одновальний віброзбуджувач був замінений на два двовальні із спрямованими збуджуючими силами, що були спрямовані під різними кутами відповідно до результатів експериментальних досліджень і на підставі методики розрахунку (в1=45, в2=15). Внесені зміни підвищили продуктивність машини в 1,5 рази й ефективність грохочення матеріалу на 15%.

Живильник-грохот ПГВ-40/400 із просторовими коливаннями робочого органу підтвердив високу ефективність роботи при грохоченні піщано-гравійної суміші, що включає шматки, які змерзлися, і вологий глинистий матеріал. На даному живильнику-грохоті були проведені дослідження і перевірка впливу збуджуючих сил віброзбуджувачів, прикладених у різних точках робочого органу, на ефективність роботи машини. Результати вимірів амплітуд коливань робочого органу в горизонтальній, вертикальній і поперечній площинах, а також зменшення залипання просіваючої поверхні дають підстави для висновку про підвищення ефективності роботи живильника-грохота. Відмінною рисою його конструкції є каскадна форма просіваючої поверхні із криволінійним (хвильовим) профілем каскадів. Отвори виконані у формі щілин, що розширюються й відкритих на розвантажувальному кінці. Результати експериментальних досліджень такого грохота показали збільшення продуктивності на 10-15%, ефективності грохочення на 16%, яка склала 86%. Ефективними кутами напрямку збуджуючих сил віброзбуджувачів є в1=45 і в2=15.

По аналогічній динамічній схемі з двома двовальними віброзбуджувачами розроблена конструкція вібраційного живильника-грохота ПГВ-200/400, призначеного для поділу скельного абразивного матеріалу на класи величини ± 200 мм, ±100 мм, ± 75 мм у залежності від установлюваної на ньому змінної решітки. Даний тип живильника-грохота відноситься до машин важкого типу зі слабкопохилим робочим органом і, в порівнянні з віброгрохотом типу ГИСЛ, відрізняється меншою металоємністю, габаритами й енергоємністю при однаковій продуктивності по живленню.

В зазначеному розділі представлені технічна характеристика живильників-грохотів, їх загальний вид та ряд нових конструкцій просіваючих поверхонь, призначених для поділу матеріалу на різні класи величини. Відзначено, що для матеріалу у великих (350-200 мм) і середніх (60-100 мм) шматках доцільно виконувати просіваючу поверхню каскадною, з криволінійним профілем колосників і з щілинами, що розширюються, а в якості матеріалу колосників використовувати зносостійкий чавун (ІЧХ) або марганцевисту сталь (рис. 6а). Для дрібної фракції ефективніше використовувати каскадно-хвильову робочу поверхню з листової гуми з овальними отворами, або плоскі гумові карти з криволінійними виступами на робочій поверхні (рис. 6б).

Застосування зазначених конструкцій сит дозволило підвищити ефективність грохочення матеріалу на 20-25% і збільшити зносостійкість просіваючої поверхні у 3-4 рази. Розглянуті просіюваючі поверхні демонструються рисунками і фотографіями.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою роботою, в якій на підставі теоретичних і експериментальних досліджень та узагальнень вирішена наукова задача важливого прикладного значення, яка покладається в обґрунтуванні параметрів вібраційного живильника-грохота с просторовими коливаннями короба, які отримуються від двох різноспрямованих збуджуючих сил та розвитку методу розрахунку динаміки такої системи для підвищення на цій основі ефективності її роботи.

Основні наукові результати, висновки та рекомендації:

1. Розроблено математичну модель живильника-грохота, що враховує коливання короба від дії двох різноспрямованих сил, які створюють спрямовані і поворотні його переміщення, дозволяє одержати аналітичні залежності для визначення параметрів вібропереміщення матеріалу по довжині і ширині робочого органу.

2. Визначено високу ефективність і надійність роботи живильника-грохота з просторовими коливаннями робочого органу, одержувані від двох віброзбуджувачів зі спрямованими збуджуючими силами, сили яких спрямовані під різними кутами до просіваючої поверхні і прикладені в двох точках по ширині робочого органу на відстані одне від одного, що дорівнює 0,5 ширини робочого органу.

3. У результаті теоретичних і експериментальних досліджень визначена залежність продуктивності й ефективності грохочення при зміні напрямку збуджуючих сил віброзбуджувачів, отримані найбільш ефективні кути дії цих сил на робочий орган, що складають в1= 45 і в2 =15.

4. Встановлено, що відстань між точками прикладення збуджуючих сил до робочого органу, спрямованих під різними кутами, визначає характер коливань його по довжині і ширині, руху матеріалу по ситу і впливає на вибір довжини робочого органу (L), яка знаходиться у співвідношенні з шириною короба (В), як L=3В.

5. Для просівання скельного матеріалу у великих та середніх шматках ефективніше застосовувати колосникові каскадні решітки з криволінійним профілем каскадів і щілинами, що розширюються; для грохочення матеріалу у малих шматках доцільніше використовувати криволінійні хвилеподібні сита з овальними отворами, або плоскі сита з криволінійними виступами на його робочій поверхні. Зазначені положення відображені в методиці вибору і розрахунку нових форм просіваючих поверхонь.

6. Застосування результатів досліджень при експлуатації розроблених нових конструкцій живильників-грохотів і просіваючих поверхонь дозволили підвищити ефективність грохочення матеріалу на 20-25 %, продуктивність - на 12-15% і зносостійкість сита - в 3-4 рази. Це було досягнуто за рахунок зміни і подовження траєкторії руху шматків матеріалу по ситу, виключення заклинювання їх в просіваючих отворах і переорієнтування (перекидання) великих шматків у процесі руху їх по криволінійній робочій поверхні.

7. Запропонована в дисертаційній роботі методика розрахунку динамічних параметрів використана: при розробці вібраційних живильників-грохотів типу ПГВ і ГПВ, призначених для роботи в дробильно-сортувальних комплексах шахт при грохоченні рудного матеріалу у великих шматках і порожньої породи.

8. Результати роботи застосовані ДП “СхідГЗК” (м. Жовті Води) при виготовленні й експлуатації живильників-грохотів ПГВ-350 і ГПВ-100, а також при виготовленні й експлуатації литих колосникових просіваючих поверхонь із криволінійним профілем колосників; Приаргунським гірничо-хімічним комбінатом (м. Краснокаменск, Російська Федерація) при виготовленні й експлуатації вібраційного живильника-грохота ПГВ-40/400 з каскадною колосниковою просіваючою поверхнею; ВО „Уралзолото” (Російська Федерація) і на фабриці Балаклавського РУ (Україна) при грохоченні руди і готуванні щебеню на гумових ситах із криволінійними виступами на робочій поверхні; в інституті УкрНДПРІпромтехнології при проектуванні підземного дробильно-сортувального комплексу споруджуваної шахти із застосуванням вібраційного живильника-грохота ПГВ-200/400; інститутом УкрНДІвуглезбагачення при модернізації перевантажувальних пунктів вуглезбагачувальних підприємств.

Основні положення дисертації опубліковані в наступних роботах:

1. Дятчин В.З. Вибрационный питатель-грохот со сложными пространственными колебаниями просеивающей поверхности // Технический прогресс в атомной промышленности. Сер.: Горно-металлургическое производство.- № 1.– 1987. – С.15-18.

2. Просеивающая поверхность виброгрохота ГИТ-52 / Поддубный И.К., Финогеев В.И., Дятчин В.З., Бессонов В.И. // Технический прогресс в атомной промышленности. Сер.: Горно-металлургическое производство.– №6. – 1989. – С.5-6.

3. Дятчин В.З. Создание, освоение и совершенствование вибрационных питателей-грохотов и просеивающих поверхностей к ним // Всеукраїнський науково-технічний журнал “Вибрации в технике и технологиях”. - № 3. – 2001. – С.21-23.

4. Франчук В.П., Дятчин В.З. Инженерная методика расчета и выбора динамических параметров вибрационного питателя-грохота // Науковий вiсник НГУ. – 2003. – Вип. № 7. – С. 53-56.

5. Франчук В.П.. Дятчин В.З. Динамика грохота с двухприводным инерционным вибровозбудителем // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб.- 2003.- Вип. № 17(58).- С.51-58.

6. Дятчин В.З. Исследование параметров вибрационного питателя-грохота со сложной траекторией движения рабочей поверхности // Науковий вiсник НГУ. – 2004. – Вип. №1. – С.53-57.

7. А.с. 1120535 СССР, МКИ В 07 В 1/28. Способ грохочения сыпучего

материала / И.К.Поддубный, В.Н.Платонов, О.К.Авдеев, В.З.Дятчин (СССР). – № 3500067/29-03; Заявлено 14.10.82; Опубл. 07.03.86, Бюл. № 9. – 3с.

8. А.с. 1299007 СССР, МКИ В 07 В 1/28, Вибрационный грохот / А.Х.Дудченко, В.И.Финогеев, И.К.Поддубный, В.П.Мартыненко, Н.Н.Лозовец, В.З.Дятчин (СССР). – № 3922158/29-03; Заявлено 04.07.85; Опубл. 30.01.88, Бюл. № 4. – 4с.

9. А.с. 1729616 СССР, МКИ В 07 В 1/46. Сито грохота / И.К.Поддубный, В.З.Дятчин, В.И.Финогеев, А.Х.Дудченко, Ф.Ф.Максименко, В.А.Гончаренко (СССР). – № 4790958/03; Заявлено 09.11.89; Опубл. 30.04.92, Бюл. № 16. – 4с.

10. Дятчин В.З. Вибрационный питатель-грохот ПГВ-40/400 / ИЛ ВИМИ. – 1985. - № 85-2511.

11. Поддубный И.К., Финогеев В.И., Дятчин В.З. Просеивающая поверхность вибрационного грохота / ИЛ ВИМИ. – 1990. - № 90- 0781.

12. Добыча и переработка урановых руд в Украине. – Бабак М.И., Кошик Ю.И., Авдеев О.К., Безродный С.А., Савельев Ю.Я., Курашов А.И., Черевик В.С., Недельский А.Г., Дудченко А.Х., Коровин Ю.Ф., Дятчин В.З., Синчук В.В., Копанев А.В., Жуков В.А., Пухальский В.Н., Могилевский А.С., Пильчик А.В., Куча П.М.; под ред. Чернова А.П. Монография.-К.:<< АДЭФ- Украина >>.- 2001.- С. 65-75.

13. Дятчин В.З., Поддубный И.К., Франчук В.П. Исследования вибрационного питателя-грохота с пространственными колебаниями короба / Тезисы всесоюзной конференции по вибрационной технике (Кобулети).: Тбилиси – 1987.

14. Дятчин В.З., Дудченко А.Х., Франчук В.П. Определение рациональных форм просеивающих поверхностей для грохочения различной крупности материала / Материалы международной научно-технической конференции “Проблемы механики горно-металлургического комплекса”. Дніпропетровськ, Навчальна книга, 2002 – С.63.

Особистий внесок здобувача в роботи, опубліковані в співавторстві:

[2] – розробка конструкції решітки, прийнято участь у випробуваннях сита; [4] - надано розрахунок конструктивних параметрів віброзбуджувача і несучої здатності пружної системи; [5] – прийнято участь у розробці динамічної розрахункової схеми грохота для проведення теоретичних досліджень; [7] – обгрунтування способу отримання просторових коливань від двох різноспрямованих збуджуючих сил; [8] – запропонував кривизну колосників виконати зі змінним радіусом; [9] – запропоновано та обґрунтовано параметри криволінійних виступів на робочій поверхні сита; [11] – обґрунтування і розробка конструкції просіваючої поверхні із криволінійним профілем колосників; [12] - представлено загальні види і технічна характеристика вібраційних живильників-грохотів типу ПГВ і ГПВ, описані результати впровадження нових конструкцій просіваючих поверхонь на різних гірничорудних підприємствах; [13] – виготовлення моделі живильника-грохота, проведення лабораторних досліджень; [14] – визначення конструктивних параметрів отворів і радіусів кривизни каскадів просіваючої поверхні в залежності від розміру матеріалу, що відсівається.

АНОТАЦІЯ

Дятчин В.З. Обґрунтування параметрів вібраційного живильника-грохота з просторовими коливаннями короба. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06 – гірничі машини. Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2004.

На разі аналітичного огляду обґрунтована перспективність отримання просторових коливань робочого органу живильника-грохота від двох вiброзбуджувачiв, збуджуючі сили яких мають напрямки під різними кутами до просiваючої поверхнi. Наведені теоретичні та експериментальні дослідження нової динамічної схеми живильника-грохота. Отримані залежності швидкості подовжнього та поперечного переміщення матеріалу по робочій поверхні грохота від кутів впливу збуджуючих сил віброзбуджувачів, а також вплив різниці цих кутів і розміщення віброзбуджувачів на грохоті на ефективність та продуктивність грохочення.

Обґрунтована нова форма просіваючої поверхні з криволінійним профілем колосників, які підвищують ефективність грохочення матеріалу та надійність сита. Розроблена та впроваджена інженерна методика розрахунку і вибору динамічних параметрів вібраційного живильника-грохота, який виконує просторові коливання, а також методика визначення і розрахунку параметрів нових форм просіваючих поверхонь вібраційних грохотів.

Ключові слова: вібраційний живильник-грохот, просторові коливання, робочий орган, просіваюча поверхня, криволінійний профіль, криволінійні виступи, спрямована збуджуюча сила, віброзбуджувач.

АННОТАЦИЯ

Дятчин В.З. Обоснование параметров вибрационного питателя-грохота с пространственными колебаниями короба. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.06 – горные машины. Национальный горный университет, Днепропетровск, 2004.

Диссертация посвящена вопросу разработки методов расчета рациональных параметров вибровозбудителей для создания пространственных колебаний рабочего органа, позволяющих повысить эффективность и производительность грохочения материала. На основании аналитического обзора обоснована перспективность получения пространственных колебаний рабочего органа питателя-грохота от двух вибровозбудителей, вынуждающие силы которых направлены под разными углами к просеивающей поверхности.

Исследован процесс выпуска и движения сыпучего материала по рабочему органу питателя-грохота при изменении направлений вынуждающих сил в широком их диапазоне. В результате анализа полученных данных определена зависимость производительности и эффективности грохочения материала от углов направления вынуждающих сил вибровозбудителей и разности фаз воздействия их на рабочий орган. Выведены аналитические зависимости для определения длины и ширины рабочего органа машины в зависимости от точек приложения вынуждающих сил к рабочему органу. Установлен факт неравномерности движения материала по ситу при действии вынуждающих сил под разными углами к нему. Получены зависимости скорости продольного и поперечного перемещения материала по рабочей поверхности грохота от углов воздействия вынуждающих сил вибровозбудителей.

В ходе лабораторных исследований, для выяснения общей физической картины, проведена работа по визуальному