НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

Кононов Дмитро Олександрович

УДК 621.771.06

ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ ДОЗУВАННЯ СИПУЧИХ МАТЕРІАЛІВ ШЛЯХОМ УДОСКОНАЛЕННЯ ВІБРАЦІЙНИХ ЖИВИЛЬНИКІВ

05.05.08 - Машини для металургійного виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 2004

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано у Національній металургійній академії України Міністерства освіти та науки України (м. Дніпропетровськ)

Науковий керівник: | кандидат технічних наук, професор Усачов Володимир Петрович, Національна металургійна академія України, професор кафедри “Машини та агрегати металургійного виробництва” (м. Дніпропетровськ).

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук Учитель Олександр Давидович, професор, завідувач кафедри електромеханічного обладнання металургійних заводів, декан Криворізького металургійного факультету НМетАУ;

кандидат технічних наук, професор Смирнов Геннадій Федорович, професор кафедри “Прикладної механіки” Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту ім. акад. В.Лазаряна.

Ведуче підприємство: | Донецький національний технічний університет Міністерства освіти та науки України, кафедра механічного обладнання заводів чорної металургії

Захист відбудеться 30.06.2004 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д08.084.03 Національної металургійної академії України, 49005, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національної металургійної академії України (49005, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.)

Автореферат розісланий 28.05.2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 08.084.03, д.т.н., проф. |

Л.В.Камкіна

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Продукція заводів чорної металургії (ЧМ) є однією з основних статей експорту України. Найбільш важливими задачами розвитку ЧМ України в теперішній час є підвищення якості продукції, яка випускається, ресурсозбереження та забезпечення її конкурентноздатності на світовому ринку. Для виконання поставлених задач необхідно здійснювати удосконалення існуючого та створення нового високоефективного й високопродуктивного устаткування.

Точне дотримання технологічних вимог при виробництві сталі є одним з основних факторів, які визначають якість продукції, що випускається. В даний час для підвищення якості та конкурентноздатності сталі, виплавленої в киснево-конвертерних цехах, існує тенденція до збільшення кількості різних компонентів шихти, які використовуються у плавці. Деякі з цих компонентів мають високу вартість, і тому їхня частка в собівартості сталі досить велика.

Аналіз існуючих систем подачі, дозування, зважування та транспортування сипучих матеріалів (ПДЗТСМ) свідчить, що на підприємствах гірничо-металургійного комплексу широкого поширення здобули системи дозування на основі вібраційних живильників (ВЖ) з приводами різноманітного типу.

Широко застосовувані електровібраційні живильники відрізняються значною вартістю, складністю систем керування та налагодження. Більш просту систему керування мають вібраційні живильники з інерційним приводом, але вони не забезпечують необхідну точність дозування.

У зв'язку з цим розробка та впровадження устроїв, здатних забезпечити необхідну точність дозування компонентів шихти при низькій вартості, простоті конструкції та керування є актуальними і мають теоретичне та практичне значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота є складовою частиною напрямку наукової діяльності кафедри “Машини та агрегати металургійного виробництва” НМетАУ, спрямована на розробку та впровадження високонадійного й ефективного металургійного устаткування та відповідає Національній програмі розвитку і реформування гірничо-металургійного комплексу України до 2010 р. від 06.10.1998р. №166-IV.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є удосконалення конструкції вібраційного живильника з інерційним приводом для системи ПДЗТСМ, що забезпечує високу точність дозування сипучої шихти.

Об'єктом дослідження є вібраційні живильники системи подачі, дозування, зважування та транспортування сипучих матеріалів.

Предметом дослідження є підвищення точності дозування систем подачі, дозування, зважування та транспортування сипучих матеріалів.

Для досягнення зазначеної мети були поставлені та вирішені наступні задачі:

виконаний аналіз існуючих схем систем ПДЗТСМ, використовуваних у киснево-конвертерному виробництві;

розроблені математичні моделі руху ВЖ із приводом обмеженої потужності з різними варіантами врахування впливу матеріалу, що переміщується, на динаміку вібраційної машини;

розроблені шляхи до визначення конструктивних параметрів окремих елементів системи дозування, які дозволяють підвищити точність дозування сипучих матеріалів при використанні вібраційного живильника з інерційним приводом, з врахуванням форми поперечного перерізу робочого органу;

досліджено вплив основних конструктивних та динамічних параметрів на технологічні показники роботи вібраційного живильника;

одержані залежності для визначення оптимальних розмірів поперечного перерізу робочого органу ВЖ, що забезпечують найменше передозування матеріалу при зупинці;

виконані експериментальні дослідження енергосилових параметрів вібраційного живильника системи подачі, дозування, зважування та транспортування сипучих матеріалів киснево-конвертерного цеху №2 КДГМК “Криворіжсталь”.

Методи дослідження. Експериментальні дослідження експлуатаційних параметрів роботи живильника здійснювалися на діючому устаткуванні з використанням апаратури в реальному масштабі часу. Аналіз параметрів роботи вібраційного живильника, отриманих під час промислових досліджень, здійснювався за допомогою сучасних математичних методів із використанням ЕОМ.

Дослідження математичних моделей здійснювалося з використанням спеціалізованих пакетів прикладних програм на основі алгоритмів, розроблених автором.

Науковою новизною отриманих результатів є:

Вперше одержані залежності, що уточнюють параметри роботи ВЖ (амплітуда коливань, швидкість переміщення матеріалу), з урахуванням впливу перехідних електромагнітних явищ, що протікають в асинхронному електродвигуні при пуску та вибігу, які дозволяють уникнути "зависання" вібраційного живильника.

Результати дослідження параметрів роботи ВЖ на основі розроблених математичних моделей з урахуванням різної взаємодії робочого органа та матеріалу, що транспортується.

Уперше одержана система кінцевих виразів, що описують поведінку сипучої середи, з врахуванням форми поперечного перерізу ВЖ, що дозволяє з більш високим рівнем точності визначати технологічні показники роботи системи ПДЗТСМ.

На основі розроблених наукових положень та їх реалізації отримані результати, які свідчать про наявність екстремуму функції передозування матеріалу в залежності від форми поперечного перерізу лотка під час зупинки живильника, що може бути використаним для підвищення точності дозування.

Теоретично визначені оптимальні значення кута, утвореного днищем живильника для U- образного поперечного перерізу, що забезпечують мінімальне перевантаження при вибігу і, які залежать від фізико-механічних властивостей матеріалу, що транспортується.

Практичне значення одержаних результатів роботи. За рахунок використання ВЖ з оптимальними параметрами, розроблено спосіб підвищення точності дозування сипучого матеріалу, який завантажується в конвертер при високому рівні автоматизації.

Обрано раціональні конструктивні параметри вібраційного живильника на основі розроблених наукових положень, які забезпечують сталий рух матеріалу і підвищену точність його дозування.

Для системи ПДЗТСМ киснево-конвертерного цеху №2 із конвертерами ємністю 160 т КДГМК “Криворіжсталь” розроблені та впроваджені вібраційні живильники ВП-2 із U- образною формою поперечного перерізу лотка і з підвищеною точністю дозування сипучих матеріалів, незначною матеріалоємністю, вартістю із високим рівнем надійності та ремонтопридатний.

Економічний ефект від реалізації результатів дисертаційної роботи становить 16000 грн.

Особистий внесок здобувача полягає у наступному:

постановці задачі оптимізації розмірів поперечного перерізу для забезпечення мінімального перевантаження матеріалу, розробці алгоритмів рішень та їхніх реалізацій;

розробці методів визначення конструктивних рішень вібраційного живильника, які дозволили підвищити точність дозування сипучих матеріалів у киснево-конвертерного цеху №2 КДГМК “Криворіжсталь”;

розробці математичних моделей пошарового руху сипучого матеріалу та руху вібраційного живильника з урахуванням різної взаємодії робочого органу з матеріалом, що транспортується.

В публікаціях, в яких відображено основні результати дисертації та які написані у співавторстві, автору належить: [1] – постановка задачі підвищення точності дозування шляхом вибору раціональної форми поперечного перерізу вібраційного живильника; [2] – розробка математичної моделі вібраційного живильника з урахуванням взаємодії лотка з матеріалом, результати теоретичного дослідження руху живильника; [3] – аналіз конструкцій сучасних вібраційних машин, проблеми та загальні задачі досліджень вібраційних живильників; [4] – результати теоретичних досліджень динаміки живильника з урахуванням перехідних електромагнітних явищ в асинхронному електродвигуні; [5] – спосіб підвищення точності дозування вібраційних живильників, багатошарова математична модель сипучого матеріалу; [6] – модель руху сипучого матеріалу по лотку живильника з довільною формою поперечного перерізу; [7] –постановка задач промислових досліджень.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідалися на XXIX міжнародної науково-технічної конференції “Запоріжсталь-2002” (м. Запорожжя, 28-29 листопада, 2002р.), об'єднаному науковому семінарі механіко-машинобудівного факультету Національної металургійної академії України (м. Дніпропетровськ, 3 липня 2003р.), ХІ міжнародної науково-практичної конференції “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я” (Харків, 15-16 травня 2003р.).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 7 статтях. Результати теоретичних і експериментальних досліджень опубліковані у співавторстві.

Структура та об’єм дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел з 100 найменувань, 8 додатків. Загальний обсяг роботи складає 200 сторінок комп'ютерного тексту, у тому числі 120 сторінок основного тексту, 75 рисунків, 12 таблиць, 8 додатків на 19 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі виконаний аналіз існуючих схем систем ПДЗТСМ киснево-конвертерних цехів. Встановлено, що в існуючих системах ПДЗТСМ точність дозування лежить у межах 2,5–4%. Показано, що для дотримання вимог, що висуваються до сталі киснево-конверторного виробництва, необхідно забезпечити швидке завантаження матеріалу при необхідному рівні точності дозування. На основі цього сформульовані вимоги, що висуваються до сучасних способів механізації подачі сипучих матеріалів: висока продуктивність; експлуатаційна надійність; висока точність дозування, в першу чергу особливо дорогих компонентів шихти; мінімальне забруднення та запилення робочого приміщення; високий рівень автоматизації. Виконаний огляд різних типів ВЖ, їх приводів та пружних зв'язків, їхні переваги та недоліки, наведено обґрунтування їх застосування в системах ПДЗТСМ вібраційних живильників.

В даний час існує ряд теоретичних і експериментальних методів аналізу роботи вібраційних транспортуючих машин (ВТМ), практичних зведень і рекомендацій, які сприяють вирішенню задач створення й успішної роботи ВЖ. Розробці теорії вібраційних машин і вібротранспортування, методів вибору конструктивних, динамічних і технологічних параметрів присвячені роботи О.О. Співаковського, І.І.Блехмана, І.Х.Гончаревича, Г.Ю.Джанелідзе, Е.Е.Лавендела, В.М.Потураєва, Б.І.Крюкова, В.М.Олевського, В.В. Гущина, О.Д.Учителя та ін.

Дан аналіз робіт з динаміки сипучих середовищ, який свідчить, що до теперішнього часу немає ефективних методик, які дозволили б досить строго підійти до теоретичного дослідження та математичного опису закономірностей вібраційного переміщення і напруженого стану шару та стовпа сипучого вантажу, а є тільки розробки для окремих випадків роботи ВЖ.

До недоліків відомих моделей вібропереміщення матеріалу можна віднести наявність великої кількості коефіцієнтів, які визначаються експериментальним шляхом, а також те, що в них, в основному, розглядалася прямокутна форма поперечного перерізу робочого органу вібраційного живильника. З досвіду експлуатації ВТМ відомо, що при застосуванні робочого органу вібраційного живильника, з поперечним перерізом відмінного від прямокутного, продуктивність системи дозування змінюється в досить широких межах як при сталому, так і при перехідному процесі. Пропонується використовувати цей ефект для підвищення точності дозування.

Дослідження роботи вібраційного живильника слід спрямовувати:

на аналіз динаміки вібраційного живильника з приводом обмеженої потужності та урахувати взаємодію живильника і переміщуваного матеріалу;

на вплив форми поперечного перерізу робочого органу вібраційного живильника на технологічні показники роботи системи ПДЗТСМ, що дозволить підвищити точність дозування.

З аналізу попередніх досліджень сформульовані мета та задачі роботи.

В другому розділі приведені результати дослідження динаміки вібраційного живильника з приводом обмеженої потужності.

Розглянуто модель ВЖ з приводом самобалансового типу системи ПДЗТСМ, схема якого показана на рис. 1. ВЖ складається з лотка 1, що через пружні зв'язки 2, спирається на фундамент 3. Робочий орган приводиться в коливальний рух двувальнім, самобалансовим віброзбуджувачем 4, який одержує обертання від асинхронного електродвигуна. Матеріал уявляє собою одиничний вантаж 5 незміною маси. Для забезпечення усталеної роботи живильника при можливому коливанні навантаження приймаємо зарезонансне наголодження, тобто пружна система повинна бути "м'якою". Точки ВЖ здійснюють складний плоскопаралельний рух, у загальному випадку, траєкторією руху точок ВЖ, при усталеному русі, є еліпс, що за певних умов перетворюється у пряму лінію чи окружність.

Рівняння руху знаходилось з використанням рівняння Лагранжу II-го роду. Спочатку була визначена система рівнянь для моделі без урахування матеріалу, а потім були запропоновані дві моделі руху "живильник-матеріал" із різним урахуванням зв'язку робочого органу з технологічним навантаженням. У першій моделі зміна маси коливних частин здійснювалася східчасто, тобто маса матеріалу, що транспортується, враховувалася цілком або приймалася рівною нулю.

Система диференціальних рівнянь руху складається з рівнянь руху ВЖ і рівнянь руху матеріалу відносно робочого органу:

(1)

де –координата, швидкість та прискорення живильника; –кут повороту, кутова швидкість та прискорення вала дебалансу; – відносне прискорення матеріалу; М–загальна маса частин, що коливається; m –маса матеріалу; І –загальний момент інерції елементів обертання; m0 – сумарна маса дебалансів; с–сумарна жорсткість пружної системи в напрямку осі q; r–радіус дебалансів; –момент на валу електродвигуна; м–коефіцієнт грузлого опору руху живильника; b– коефіцієнт в’язкого опору; fпр– приведений коефіцієнт тертя у підшипниках віброзбуджувача; d–діаметр цапфи підшипника; – кут нахилу лотка до горизонту; – кут між віссю q та площиною живильника (кут вібрації); –керуюча функція;

; (2)

N–нормальна складова реакції між лотком і матеріалом; –сила тертя:

(3)–

коефіцієнт тертя спокою, –коефіцієнт тертя ковзання.

Недоліком даного підходу є східчаста (різка) зміна одного з параметрів системи (маси), але це в деякій мірі імітує удар матеріалу об лоток, що складно враховувати при несталому русі.

У другій моделі "живильник-матеріал" вплив маси матеріалу враховувався величиною її нормальної реакції (впливом сили тертя на рух живильника зневажаємо).

Диференціальні рівняння руху в цьому випадку мають вигляд:

(4)

Позначення аналогічні вищевказаним для першої системи рівнянь.

При дослідженні сталого руху, у першому наближенні, використовувалася формула Клосса в уточненій формі:

, (5)

де –ковзання; –критичне ковзання; –критичний момент електродвигуна:

, ; ; , (6)

–номінальний момент електродвигуна; –кратність максимального моменту електродвигуна; –номінальне ковзання; –кратність пускового моменту електродвигуна.

Рішення отриманих систем диференціальних рівнянь знаходилось чисельними методами із застосуванням спеціалізованих пакетів програмного забезпечення, на підставі алгоритмів, розроблених автором. На рисунках. 2 і 3. наведені деякі результати розрахунку.

У таблиці 1 наведені окремі найбільш важливі параметри, які були отримані при розрахунках. Також у таблицю додане рішення для моделі ВЖ із приєднаною масою. Результати рішення для даного випадку залежать від коефіцієнта режиму роботи та вимагають уточнення, тому що сам коефіцієнт режиму роботи залежить від коливних мас. Аналіз результатів показав гарну збіжність результатів для всіх моделей при сталому режимі руху (максимальні відхилення складають не більш 2%).

Але в перехідних режимах спостерігається значне розходження в результатах. Звідси можливо зробити висновок, що для визначення параметрів роботи ВЖ та системи ПДЗТСМ, у цілому, при усталеному русі, можна використовувати кожну з розроблених моделей.

Таблиця 1

Характеристики роботи живильника для різних випадків розрахункових схем

Показник | Модель 1 | Модель 2 | Модель із "приєднаною масою"

1 | 2 | 3 | 4

Амплітуда сталих коливань, мм | 2,65 | 2,67 | 2,63

Максимальна амплітуда при пуску, мм | 7,1 | 9,2 | 10,2

Максимальна амплітуда при зупинці, мм | 13,1 | 15 | 16,9

Середня швидкість переміщення матеріалу при усталеному русі, м/с | 0,370 | 0,377–

При дослідженні перехідних процесів пуску та вибігу ВЖ необхідно розглядати процеси, що протікають в асинхронному електродвигуні. Система, що описує перехідні електромагнітні процеси, має вигляд:

(7)

де –активний та індуктивний опори статора та ротора, відповідно; – індуктивний опір взаємоіндукції; –напруга та сила струму в проекції на осі d і q у статорі та роторі, приведені до статора; –проекції вектора повного потокозчеплення на осі d та q; – електромагнітний момент; p– кількість полюсів;–синхронна кутова швидкість обертання електродвигуна.

Спільне рішення системи рівнянь (7) та (1 чи 4) дозволяє одержати характеристики роботи ВЖ, як при перехідних режимах, так і при сталому.

Дослідження розроблених рівнянь виконувалося для різноманітних випадків пуску, були розглянуті можливі варіанти “зависання” електродвигуна на знижених оборотах.

Також проаналізовані можливі варіанти зупинки ВЖ: вільний вибіг та гальмування противовмиканням. Використання примусового гальмування дозволяє знизити амплітуду коливання, але величина струму в обмотках статора значно зростає, що впливає на довговічність електродвигуна.

Третій розділ присвячений визначенню раціональних параметрів форми поперечного перерізу ВЖ з метою мінімізації величини перевантаження матеріалу під час зупинки вібраційного живильника. Розглянуто фізичні закономірності процесу вібраційного транспортування.

У процесі розгляду фізичної моделі сипучого матеріалу з довільною формою поперечного перерізу ВЖ одержана система рівнянь, яка описує шаровий рух матеріалу.

Система диференціальних рівнянь руху живильника та трьохшарової моделі матеріалу з U- образною формою поперечного перерізу (рис. 4), з урахуванням згасання коливань у сипучому матеріалі, має вигляд:

(8)

де mi – маса i-го шару; – коефіцієнт загасання для вертикальної чи горизонтальної складової рушійної сили; – кут, утворений днищем живильника та горизонталлю в поперечному перерізі живильника; – сила тертя між шарами; – сила тертя між шаром та стінкою робочого органу ВЖ.

Інші позначення відповідають моделям із дискретною масою матеріалу.

Продуктивність системи при усталеному русі визначається з формули:

, (9)

де – щільність матеріалу; Аi – площа поперечного перерізу i-го шару; T– тривалість інтервалу часу сталого руху (циклу); xi – переміщення і-го шару за цикл.

Передозування матеріалу визначається як:

, (10)

де – переміщення матеріалу з моменту початку зупинки живильника (на реальному обладнанні після сигналу системи управління, при моделюванні цей час задається заздалегідь).

Вплив форми поперечного перерізу лотка вібраційного живильника на величину перевантаження оцінювався на основі розробленої системи рівнянь, яка описує багатошарову модель сипучого матеріалу. Як постійні величини приймалися ширина робочого органу та продуктивність при усталеному русі. Результати розрахунків наведені в таблиці 2.

З аналізу отриманих значень видно, що прийнята раніше форма забезпечує найменше перевантаження матеріалу при зупинці живильника.

Використання даної моделі дозволяє розробити методику визначення раціональних розмірів поперечного перерізу лотка вібраційного живильника, що забезпечують мінімальне передозування матеріалу. Ця задача, для спрощення рішення, поділена на три етапи:

1.

2.

3.

На рис. 5 показано деякі залежності передозування матеріалу при зупинці ВЖ від кута при днищі робочого органу живильника. Отриманий ефект можна пояснити перерозподілом швидкостей між шарами матеріалу, що мають різні маси. Аналізуючи отримані залежності можна зазначити, що положення екстремуму функції передозування залежить від співвідношення різних коефіцієнтів тертя: тертя матеріалу об лоток (пари “сипучий матеріал – сталь”) і внутрішнього тертя матеріалу. Істотним також є співвідношення між коефіцієнтом зчеплення і коефіцієнтом тертя ковзання. У залежності від фізико-механічних властивостей матеріалу значення кута , при якому забезпечується мінімальне передозування, лежить у межах 10...15.

У четвертому розділі наведені результати промислових досліджень ВЖ, встановлених у системі дозування сипучих матеріалів киснево-конвертерного цеху №2 з конвертерами ємністю 160т КДГМК “Криворіжсталь”.

Метою промислових досліджень вібраційних живильників з U- образною формою поперечного перерізу робочого органу, створених на основі результатів даної роботи, є: дослідження динамічних параметрів роботи промислових вібраційних живильників; визначення впливу розмірів U- образної форми на технологічні показники роботи системи подачі сипучих матеріалів; визначення розмірів лотка, які забезпечують мінімальне перевантаження.

У результаті проведення досліджень були отримані осцилограми параметрів роботи при різних режимах (сили струму в обмотках статора, переміщення точок лотка живильника). Дослідження показали, що параметри роботи електродвигуна (сила струму) і живильника (максимальні амплітуди) не перевищують припустимих значень.

У п'ятому розділі наведені загальні рекомендації з проектування вібраційних живильників. Розглянуто характеристики надійності та якості вібраційних машин.

Для визначення впливу основних конструктивних і експлуатаційних параметрів на роботу вібраційного живильника був проведений багатофакторний математичний експеримент. У результаті отримані залежності для наступних параметрів роботи вібраційного живильника: максимальної амплітуди при пуску і вибігу, амплітуди і продуктивності при усталеному русі. У результаті одержані наступні залежності, для вібраційного живильника ВП-2:

для максимальної амплітуди під час пуску вібраційного живильника

;

для максимальної амплітуди під час вибігу вібраційного живильника

;

для амплітуди сталого руху

;

для продуктивності вібраційного живильника в усталеному русі

;

де - маса частин коливання живильника; - момент інерції віброзбуджувача; - статичний момент мас дебалансів; - кратність пускового моменту електродвигуна; - кут нахилу лотка живильника до горизонту.

Аналізуючи отримані рівняння регресії, розроблені наступні рекомендації:

регулювати продуктивність живильника, яка пропорційна амплітуді, при усталеному русі доцільно змінюванням відношення або кута нахилу робочого органа до горизонту;

для забезпечення стабільного запуску вібраційного живильника з зарезонансним налагодження, а також зменшення пускових резонансних амплітуд, необхідне застосування асинхронного короткозамкнутого електродвигуна з підвищеним пусковим моментом (з підвищеним ковзанням);

для зменшення резонансних амплітуд (особливо під час вибігу) момент інерції обертових частин обертання віброзбуджувача необхідно мінімізувати, тобто необхідний статичний момент забезпечується за рахунок маси дебалансів , а не за рахунок ексцентриситету .

ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Список наукових праць складають:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

АНОТАЦІЯ

Кононов Д.О. Підвищення точності дозування сипучих матеріалів шляхом удосконалення вібраційних живильників. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.08 - машини для металургійного виробництва. – Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2004 р.

Дисертація присвячена питанням удосконалення вібраційних живильників для систем подачі, дозування, зважування та транспортування сипучих матеріалів з метою забезпечення високої точності дозування шихти, на основі результатів теоретичних та експериментальних досліджень.

У роботі розроблені різні підходи до визначення параметрів роботи з відмінними варіантами обліку впливу матеріалу, що переміщується, на динаміку живильника, з врахуванням перехідних електромагнітних процесів, які протікають в асинхронному двигуні, на підставі яких розроблені математичні моделі.

Запропоновано спосіб підвищення точності дозування сипучих матеріалів за рахунок застосування раціональної форми поперечного перерізу робочого органу живильника, а також уточнення динамічних параметрів роботи вібраційного живильника при різних режимах роботи. Використання форми поперечного перерізу, відмінного від прямокутного, дозволяє мінімізувати передозування матеріалу при зупинці живильника. Для визначення технологічних параметрів роботи живильника запропонована система рівнянь, яка враховує багатошарову модель сипучого матеріалу. Запропоновано методику визначення оптимальних конструктивних розмірів поперечного перерізу лотка.

Отримано оптимальні значення кута нахилу днища лотка вібраційного живильника для U- образного поперечного перерізу при різних значеннях коефіцієнтів тертя спокою й ковзання. Оптимальні значення лежать у межах 10...15, в залежності від фізико-механічних властивостей матеріалу.

Ключові слова: живильник вібраційний, точність дозування, передозування, переріз поперечний, робочий орган, параметри раціональні , процеси перехідні .

АННОТАЦИЯ

Кононов Д.А. Повышение точности дозирования сыпучих материалов путем усовершенствования вибрационных питателей. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.08 - машины для металлургического производства. – Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 2004 г.

Диссертация посвящена вопросам усовершенствования вибрационных питателей для системы подачи, дозирования, взвешивания и транспортирования сыпучих материалов с целью обеспечения высокой точности дозирования шихты, на основе полученных новых научных результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Анализ существующих систем дозирования сыпучих материалов показал, что на предприятиях горно-металлургического комплекса Украины широкое распространение получили системы на основе вибрационных питателей с приводами различного типа. Широко применяемые электровибрационные питатели отличаются высокой стоимостью, сложностью систем управления и настройки. Более просты вибрационные питатели с инерционным приводом, но они не обеспечивают необходимую точность дозирования, особенно в случаях, когда питатель работает в режиме частых пусков и остановок.

Предложен способ повышения точности дозирования сыпучих материалов за счет применения рациональной формы поперечного сечения рабочего органа питателя, а также уточнения динамических параметров работы вибрационного питателя при различных режимах работы. Использование формы поперечного сечения отличного от прямоугольного позволяет минимизировать передозировку материала при остановке питателя. Для определения технологических параметров работы питателя предложена многослойная модель сыпучего материала.

В работе предложены два подхода к определению параметров работы вибропитателя с разными вариантами учета влияния перемещаемого материала на динамику питателя, а также с учетом переходных электромагнитных процессов, протекающие в асинхронном двигателе, на основании которых разработаны математические модели.

Разработана послойная математическая модель транспортируемого сыпучего материала, учитывающая форму поперечного сечения рабочего органа питателя. На основе полученных зависимостей и научных предложений предложена методика определения оптимальных параметров сечения лотка питателя, обеспечивающие минимальную передозировку.

Получены оптимальные значения угла наклона стенок при днище лотка вибрационного питателя для U- образной формы поперечного сечения при разных значениях коэффициентов трение покоя и скольжение. Оптимальные значения лежат в границах 10...15, в зависимости от физико-механических свойств материала.

Экспериментальные исследования показали, что вибропитатель инерционного типа с U- образной формой поперечного сечения рабочего органа позволяет повысить точность дозирования сыпучих материалов в кислородно-конвертерном производстве до 0,5-1%, за счет уменьшения передозировки материала при выбеге.

Ключевые слова: питатель вибрационный, точность дозирования, передозировка, сечение поперечное, орган рабочий, параметры рациональные, процессы переходные.

THE SUMMARY

Kononov D.O. Increase of fidelity of dosing of bulk materials by improvement of percussive feeders. The manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a specialty 05.05.08 - ambulance for metallurgical production. - National metallurgical academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2004.

The thesis is dedicated to a problem of improvement of percussive feeder for a haulage system, dosing, weighing and transportation of bulk materials with the purpose of maintenance of a split-hair accuracy of dosing of charge on the basis of outcomes idealized and experimental researches.

In operation designed two mathematical models with miscellaneous alternatives of the account(record-keeping) of influencing of a removed material on dynamics of feeder, and also mathematical model of feeder with allowance for of transitory electromagnetic processes, which one flow past in an induction motor.

The method of increase of fidelity of dosing of bulk materials is offered at the expense of applying a rational cross-section profile of an end-effector of feeder. Usage of a cross-section profile distinct from rectangular allows to minimize an overdosage of a material at a stop of feeder. For definition(determination) of technological arguments of operation of feeder the multilayer pattern of bulk material is offered. The method of application of definition of optimal arguments of a cross-section of a chute is offered.

The best values of angle of lean of the back end of a chute of percussive feeder for U - figurative cross-section profile are received at miscellaneous significances of factors a static friction and slip. The best values lay in borders 10... 15, depends of physical and mechanical properties of a material.

Keywords: percussive feeder, fidelity of dosing, overdosage, cross-section of an end-effector, rational arguments, transient phenomenons.