Міністерство освіти України

Національна гірнича академія України

КИРИЧЕНКО Віталій Іванович

УДК 621.926/.927

ОБГРУНТУВАННЯ КОНСТРУКТИВНИХ ПАРАМЕТРІВ ТА РЕЖИМІВ

РОБОТИ МЛИНІВ ПРИМУСОВОГО ПОДРІБНЕННЯ З ОБЕРТАЛЬНИМ ІНТЕНСИФІКАТОРОМ

Спеціальність 05.05.06 - Гірничі машини

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Дніпропетровськ

1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національній гірничій академії України

Міністерства освіти України

Науковий консультант:

доктор технічних наук, академік НАН України, професор

ПІВНЯК Геннадій Григорович,

завідувач кафедри систем електропостачання

Національної гірничої академії України

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Надутий Володимир Петрович,

завідувач відділу механіки машин і процесів переробки

мінеральної сировини ІГТМ НАН України

доктор технічних наук, професор

Учитель Олександр Давидович,

завідувач кафедри устаткування Криворізького філіалу

Державної металургійної академії України

доктор технічних наук, професор

Штепа Валерій Петрович,

професор кафедри будівельних і шляхових машин

Придніпровської державної академії будівництва і архітектури

Провідна установа

Донецький державний технічний університет (м. Донецьк)

Захист відбудеться "_9__"_червня_1999 р. о 14 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 08.080.06 по захисту дисертацій при

Національній гірничій академії України (320027, Дніпропетровськ-27,

пр. К. Маркса, 19, тел. 47-24-11)

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національної гірничої

академії України за адресою: 320027, Дніпропетровськ-27, пр. К. Маркса, 19

Автореферат розісланий "7" травня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

канд. техн. наук Анциферов О.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Переробка корисних копалин - одна із найважливіших галузей народного господарства. Біля 5 % всієї електроенергії світу вит-рачається на дроблення та подрібнення. Економічне значення цих операцій визначається тим, що на збагачувальних фабриках на них припадає 50...70% загальних капітальних та експлуатаційних витрат. Саме тут найбільші витрати енергії та металів. основні споживачі електроенергії у цій галузі - барабанні млини, домінуючий стан яких не викликає сумніву. Але вони мають незадовільні питомі показники, можливості поліпшення яких практично вичерпані. Енергонапруженість кульових млинів залишається меншою 35 кВт/м3, а металомісткість - близькою до 4 т/м3. Для млинів самоподрібнення вони близькі до 25 кВт/м3 та 2 т/м3. Питомі витрати футерівки та куль сягають 0,25 та 2,5 кг/т відповідно. Для зменшення собівартості готової продукції гірничо-збагачувальні комбінати часто прагнуть підвищити одиничну продуктивність млинів. однак можливості цього напрямку обмежені, в тому числі труднощами створення простих та на-дійних приводів. Це тим більш важливо, що вартість та площа млинів і їх приводів близькі. при потужності до 5000 кВт застосовують одно- , а при більшій - багатодвигунні зубчасті приводи, ускладнені проблемами вирівнювання навантажень. або більш коштовні електричні з низькочастотними перетворювачами. Звичайно для приводу млинів використовують спеціальні млинові двигуни з підсиленими пусковими обмот-ками і підвищеними пусковими струмами та обмеженою кількістю пусків підряд. Останнє для потужних млинів супроводжується значними економічними збитками. Відомо про негативний вплив на мережу живлення значних пускових струмів двигунів з прямим пуском. Є труднощі запуску млинів після тривалої перерви у роботі без попе-реднього вивантаження сировини із барабана. Забезпечують успішний запуск підвищенням на 10...30% установленої потужності двигунів, використанням пристрою синхронного запуску, хоча це і підвищує кошторис млинів в цілому.

Зазначений перелік труднощів та аналіз можливих напрямків їх вирішення зумовив пропозицію Національної гірничої академії України і ряду наукових, виробничих та проектних організацій впровадити в промислові умови метод та млини примусового подрібнення. Сутність методу - у використанні надкритичних частот обертання млинів, перенесенні енергії подрібнення тертям та роздавлюванням у внутрішні прошарки за рахунок поперечної сегрегації внутрішньомлинового завантаження. Це підняло межу потужності однодвигунного зубчастого привода практично пропорційно зростанню обертів млинів і за рахунок вилучення перетворювачів частоти істотно покращило техніко-економічні показники елект-ричних приводів, спростило багатодвигунні зубчасті. зросли енергонапруженість і питома продуктивність. І хоча питомі витрати футерівки зменшилися в 3-4 рази у порівнянні з кульовими млинами, запропоновані млини мали істотну ваду - концентрацію місця зношування з відповідним негативним впливом на міжремонтний термін. Тому до прийняття рішення про промислове впровадження слід підвищити їх працездатність, додатково знизити витрати футерівки, можливо повніше врахувати відомі напрямки покращання ефективності процесу подрібнення. Слід визначитися стосовно доцільності використання млинів на докритичних частотах обертання, удосконалити конструкцію і підвищити продуктивність пристроїв розвантаження, ретельніше відпрацювати питання теоретичного визначення по-тужності привода, розмірів млинів та навантажень їх робочих поверхонь. Необхідно подбати про можливо кращу форму механічних характеристик млинів та пускових - для приводних двигунів. особливої ваги перелік набуває при прогнозі очікуваних показників потужних млинів.

З урахуванням зазначеного, а також перспективності промислового використання методу та млинів примусового подрібнення, особливо в Україні, де зосереджена значна кількість комбінатів та підприємств з подрібненням сировинних матеріалів у барабанних млинах, установлення закономірностей механіки взаємодії внутрішньомлинового завантаження з робочими поверхнями млинів, впливу його властивостей на енергетичні та технологічні показники примусового подрібнення різних матеріалів і обгрунтування раціональних параметрів засобів забезпечення працездатності млинів і їх електромеханічних систем є актуальною науковою проблемою і завданням великої практичної ваги.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертації пов'язана з плановими роботами ВНДПІгірколірмета, НДПІ Механобр, Механобрчормета, ВНДІнеруда та АТ Укррудпром, відповідає постано-ві ДКНТ при Раді Міністрів СРСР за № 377 від 14.08.86 про утворення МНТК "Механобр", згідно плану якого ма-лося на меті ''...використання та створення енергонапружених под-рібнювальних апаратів (струминні, планетарні, відцентрові, вібропланетарні та баштові млини, млини динамічного та примусового самоподрібнення), які дозволяють інтенсифікувати процес подріб-нення та суттєво підвищити питому продуктивність агрегатів у по-рівнянні із стандартними барабанними млинами...". Виконана робота базується на дослідженнях та розробках науково-дослідницьких тем 444, 567, 030325, 030326, 030348, 030349, МП-11, МП-22, МП-45, МП-54 та МП-58 Національної гірничої академії України.

Мета дослідження. Метою роботи є удосконалення методу примусового подрібнення та розробка ресурсозберігаючих млинів з доказом їх працездатності та ефективності застосування, розробка теоретичних положень і отримання залежностей для визначення основних розмірів, навантажень робочих поверхонь та вибору режимів роботи, розробка теоретичних положень і рекомендацій по удосконаленню розвантажувальних пристроїв та електропривода.

Ідея роботи полягає у використанні закономірностей взаємодії внутрішньомлинового завантаження з робочими поверхнями млина, принципу програмного формування струмів збудження та резонансних явищ в розщеплених обмотках збудження для збільшення міжремонтного періоду та ефективності використання млинів примусового подрібнення.

Для досягнення поставленої мети в дисертації вирішуються наступні наукові завдання:

1. Розробити та обгрунтувати положення стосовно підвищення працездатності робочих поверхонь інтенсифікаторів та визначення головних геометричних співвідношень, розмірів та режимів роботи ресурсозберігаючих млинів.

2. Розробити методику розрахунку кінематичних параметрів внутрішньомлинового завантаження та принципи визначення зусиль, напруженостей та моментів клиноподібної зони, уточнити основні складові потужності, дослідити форму механічних характеристик млинів та розробити рекомендації і засоби їх поліпшення.

3. Розробити основи теоретичного визначення ефективних параметрів криволінійних елеваторів та обгрунтувати напрямки їх подальшого удосконалення.

4. Визначити межі ефективного використання привода з двома синхронними двигунами і розробити рекомендації стосовно вибору системи керування ним, розробити концепцію підвищення надійності його запуску та принципи розрахунку параметрів і механічних характеристик синхронного двигуна з розщепленою обмоткою збудження.

Наукові положення, що виносяться на захист:

1. поперечні щілини порожнистого обертального інтенсифікатора у вигляді циліндра менші, а хвостовики у декілька разів товщі найбільших подрібнювальних кусків, причому його діаметр та ексцентриситет слід визначати з урахуванням спільного обтискання клиноподібної зони, центрифугуючого шару та піддатливої футерівки барабану, коефіцієнт заповнення барабану вибирати 0,55...0,7, а відношення сировина/кулі - 0,6. При цьому у межах 0...1 зменшення проковзування інтенсифікатора збільшує максимум тиску на робочих поверхнях млина, кутове положення максимуму та потужність внутрішньомлинового завантаження.

2. Для найбільшої продуктивності млинів у місці спряження дотичні поперечних розрізів розвантажувальних конуса та криволінійних елеваторів повинні співпадати, причому кривизна їх профілю зростає при підвищенні частот обертання млинів і коефіцієнтів взаємного тертя з вивантажувальним продуктом.

3.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше експериментально обгрунтована ефективність конструкції ресурсозберігаючого млина. доведено, що рихлення центрифугуючого шару і відсутність перед хвостовиками інтенсифікатора згладжувальної призми із малих часток забезпечують поперечну сегрегацію внутрішньомлинового завантаження і виключають його ковзання відносно робочих поверхонь млина. На відміну від відомих рішень, коли надійно захищалася лише робоча поверхня барабана, використання змінної жорсткості футерівки барабана суттєво підсилює поперечну сегрегацію внутрішньомлинового завантаження і у поєднанні із затримкою поперечними щілинами перед потовщеними захисними хвостовиками циліндричного інтенсифікатора з обертанням лише найбільших подрібнювальних кусків або куль для захисту хвостовиків від спрацювання, а також зростанням їх кількості істотно збільшує міжремонтний термін млинів.

2. Теоретично обгрунтовані діаметр та ексцентриситет інтенсифікатора для розвитку необхідного для руйнування сировини тиску клиноподібної зони і визначена найменша необхідна для ударного руйнування частота обертання млина. показано, що при визначенні тиску на робочих поверхнях ресурсозберігаючих млинів, діаметра та ексцентриситету їх інтенсифікаторів слід враховувати проковзування інтенсифікатора та спільне обтискання клиноподібної зони з центрифугуючим шаром і футерівкою барабана, причому у межах 0...1 зменшення проковзування збільшує максимум тиску і його кутове положення, обертальний момент барабана і потужність внутрішньомлинового завантаження. На відміну від відомих, запропоновані положення враховують негативний вплив піддатливості футерівки барабана і проковзування інтенсифікатора на рівень відносного обтискання внутрішньомлинового завантаження і тиск роздавлювання, дають можливість точніше вибрати діаметр і ексцентриситет інтенсифікатора.

3. Теоретично обгрунтовані необхідні для ефективного вивантаження продуктів із млина профіль криволінійних елеваторів та координати його поєднання з розвантажувальним конусом. доведено, що для традиційних частот обертання млинів профіль елеваторів слід будувати за допомогою отриманого рівняння одночасного ковзання, причому найбільшу продуктивність забезпечує поєднання елеваторів з розвантажувальним конусом в точці з теоретично визначеними оптимальними координатами. На відміну від відомого графоаналітичного методу побудови профілю, отримане рівняння елеватора одночасного ковзання та оптимальні координати точки його поєднання з розвантажувальним конусом надійніше забезпечують вивантажування елеватором продуктів і при відносно вищих частотах обертання млинів та підвищеній густині зливу млинів.

4. Вперше обгрунтовані межі ефективного застосування дводвигунного синхронного привода та принцип компенсації кінематичних похибок зачеплення, визначені заповнення барабану і кутове розташування інтенсифікатора, необхідні для формування механічних характеристик млина з мінімальними середнім моментом і моментом зрушення. показано, що для надійного запуску, скорочення його терміну та збільшення допустимої кількості пусків привода підряд, що в свою чергу допускає використання не спеціальних, а нормальних двигунів, а також компенсації негативного впливу кінематичних похибок зачеплення вісі обертання інтенсифікаторів повинні бути у межах четвертого квадранту, коефіцієнт заповнення барабану близьким до 0,6...0,7, а струми обмоток збудження мати програмно сформовані гармонічні складові. На відміну від відомих підходів, запропоновані рішення забезпечують моменти зрушення на рівні 10...30% від уста-

лених, найменші коефіцієнти заповнення механічних характеристик млинів і компенсацію наявних гармонічних складових кінематичних збурень гілок приводу з синхронними двигунами.

Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці методів розрахунку конструктивних і динамічних параметрів потужних барабанних млинів з інтенсифікаторами, методики визначення параметрів електропривода млина, в розробці на рівні винаходів низки технічних рішень стосовно конструкції барабанних млинів та їх приводів і рекомендацій по вибору режимів подрібнення різних матеріалів, технічних вимог та умов на проектування потужних барабанних млинів і удосконалення систем їх привода. На основі відпрацьованих за участю автора технічних вимог Кольський філіал СКБ Механобру (м. Апатити) розробив робочі креслення, а КЦРЗ (м. Кривий Ріг) виготовив експериментальний промисловий ресурсозберігаючий млин МПС(Р)-1200х700 з установленою потужністю приводів 310 кВт. У подальшому для обгрунтування доцільності випробувань цього млина в умовах ПівнГЗК на основі технічних умов НГА України, розроблених за участю автора НДПІ МЕХАНОБРчормет виконав проектні опрацювання для виз-начення економічного ефекту від впровадження промислових млинів цього типу в умовах РЗФ-2 (м. Кривий Ріг). Згідно розрахунків, заміна 9 млинів МРГ-5500х7500 і секції доподрібнення скрапу на млини МПС(Р)-3200х4500 дає економію 2,1 млн крб на рік у цінах 1990 року. У по-дальшому НДПІ МЕХАНОБРчормет розробив проект, а ПівнГЗК та Національна гірнича академія України здійснили монтаж та підготовку до випробувань в умовах РЗФ-2 подрібнювальної ус-тановки з млином МПС(Р)-1200х700. В рамках завдань "Союзнеруд" і виконання НГА України НДР № 030348 розроблені креслення, виготовлена, змонтована і випробувана в умовах дослідного стенду ВНДІнеруда діюча модель млина МИР-500х300 з круглоциліндричним інтенсифікатором і потужністю 30 кВт, в результаті чого визначені показники примусового подрібнення тальку, мікротальку, графіту, діопсиду, слюди та компонентів цементу і затверджено очікуваний економічний ефект від впровадження результатів НДР у розмірі 68 тис. крб (у цінах 1988 року), розроблені проекти технічних вимо-г на розробку промислових млинів примусового подрібнення діопсиду, тальку і компонентів цементу. При виконанні НДР № 030326 НГА України розробила, виготовила та здійснила випробування на дослідній фабриці НДПІ "Механобрчормет" млина МИР-500х650 потужністю 30 кВт із нерухомим, з подовжніми щілинами спіралеподібним інтенсифікатором, в результаті чого визначений та затверджений очікуваний економічний ефект 183,22 тис. крб (у цінах 1987 року) від заміни двох кульових млинів МШЦ-3600х5500 на один млин МИР-4000х1600. В рамках НДР № 030325 виготовлений та випробуваний в лабораторних умовах синхронний двигун із розщепленою обмоткою збудження, результатом чого став доказ принципової можливості застосування резонансних ефектів для підвищення пускових моментів синхронних двигунів (акт випробувань від 10.12.83, Дніпропетровський гірничий інститут).

Особистий внесок здобувача.

Автором самостійно сформульовані мета і задачі досліджень, ідея роботи, наукові положення, висновки та рекомендації роботи. Усі теоретичні та експериментальні роботи виконані при безпосередній участі здобувача як відповідального виконавця або наукового керівника. Особисто здобувачем розроблені засоби забезпечення працездатності ресурсозберігаючих млинів і їх електроприводів, принципи та методики визначення навантажень робочих поверхонь і потужності приводів, рекомендації стосовно доцільних режимів подрібнення, отримане рівняння профілю елеватора одночасного ковзання та оптимальні координати його поєднання з розвантажувальним конусом, рівняння механічних характеристик млина, запропоновані використання резонансних ефектів та розщеплення обмоток збудження синхронних двигунів і принципи визначення параметрів їх схем заміщення, низькочастотне примусове подрібнення та оптимізація кутового розташування інтенсифікаторів, принцип компенсації кінематичних збурень шляхом формування гармонічних складових струмів збудження.

Апробація результатів дисертації.

Основні положення, наукові і практичні результати роботи оприлюднені на секціях науково-технічних рад "Механобра'', "ВНДІнеруда'' та "Механобр-чормета'' (1981...1995); науково-технічних конференціях: "Проблеми створення нових машин і технологій" (Кременчуг, 1997), "Розвиток теорії і практики, удосконалення техноло-гії рудопідготовки при збагаченні" (Ленінград, 1981), "Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія і практика" (Алушта, 1998), ювілейній, присвяченій 90-річчю ДГІ (Дніпропетровськ, 1989); III Всесоюзній "Електробезпека на гір-ничорудних підприємствах чорної металургії СРСР" (Дніпропет-ровськ, 1982); Республіканській "Перспективи розвитку електромашинобудування на Україні" (Харків, 1983); зональних "Процеси дроблення, подрібнення і класифікації в технології переробки за-лізних руд" та "Стан і напрямки розвитку техніки та технології рудопідготовки в 11-й п'ятирічці в чорній металургії" (Бєлгород, 1983, 1985); на зональній нараді "Підсумки розвитку техніки та технологій збагачення залізних руд Кривбасу в 11-ій п'ятирічці" (Кривий Ріг, 1985); конференціях: Всесоюзній "Прискорення науково-технічного прогресу в промисловості будівельних матеріалів і будівельної індустрії (Бєлгород, 1987); Міжнародних "Теорія і практика процесів подрібнення та розподілення" (Одеса, 1994) та "Сучасні шляхи розвитку гірничого обладнання технологій переробки мінеральної сировини" (Дніпропетровськ, 1997) та науковій "Колоїдна хімія і фізико-хімічна механіка природних дисперсних систем" і сьомій науковій школі "Вібро-технологія" (Одеса, 1997); 5-й Ювілейній Міжнародній "Теорія и практика процесів подрібнення, розподілення, смішування та ущільнювання" (Одеса, 1997); Міжнародних 2-ій "Управління енерговикористанням"(Львів, 1997) та "ХХІ століття - проблеми і перспективи освоювання родовищ корисних копалин" (Дніпропет-ровськ, 1998) науково-практичних конференціях; 5-ій ювілейній науково-технічній конференції з міжна-родною участю "Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія і практика" (Алушта, 1997); Міжнародних науково-технічних конференціях "Сучас-ні технології економічного та безпечного виробництва і викорис-тання електроенергії" та "Комп'ютерні технології у навчанні, наукових дослідженнях і промисловості" (Дніпропетровськ, 1997, 1998); на семінарах ПНДЛ-2 та засіданнях кафедр НГА України.

Публікації. Основний зміст дисертації опублікований у 38 друкованих роботах, з яких 24 - у наукових фахових виданнях. З числа останніх - 12 одноосібних. Результати робіт захищені 11 ав-торськими свідоцтвами на винахід.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, семи розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 264 най-менувань та додатків. Основний текст роботи викладений на 297 сторінках і містить 105 рисунків на 60 сторінках і 36 таблиць на 17 сторінках.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність досліджень і сформульовані наукова проблема, мета і задачі досліджень, показані їх зв'язок з науковими планами та наукова новизна, практичне значення отриманих результатів та їх апробація, а також дані по публікації досліджень.

В першому розділі досліджені сучасний стан подрібнювального устаткування та аналіз тенденцій його розвитку. зроблений висновок про домінування традиційних барабанних млинів з практично вичерпаними можливос-тями подальшого покращання металомісткості, енергоозброєності, питомих продуктивності, витрат енергії, подрібнювальних тіл, футерівок, об'ємів та площ виробничих приміщень. Поряд з цим є труднощі із забез-печенням надійності та взагалі створенням потужних млинів та їх привода. Для покращання ситуації іде пошук нових методів та засобів інтенсифікації подрібнення, розробка нових технологій та високонапружених млинів. обгрунтовані доцільність надкритичних частот обертання та підвищення опору внутрішньомлинового завантаження, ефективність тертя в умовах підвищеного тиску та роздавлювання, корисність самоподрібнення для кращого розкриття корисних компонентів та поперечної сегрегації внутрішньомлинового завантаження для захисту робочих поверхонь млинів, ефективність застосування вібрацій, високих температур та багато інших.

Серед принципово нових пропозицій - млин примусового подрібнення професора Д.К. Крюкова, надстиснення сировини у різних напрямках, технологія CQ+ та інші. За літературними джерелами покращання в % питомих показників подрібнення за рахунок використання нових засобів та методів - у відповідності до даних табл.1.

Видно, що для зниження питомих енерговитрат найбільш ефективні надстиснення сировини в різних напрямках у валкових млинах та технологія CQ+. На окремих матеріалах близький результат при примусовому подрібненні. Обгрунтований і висновок про позитивний вплив на поліпшення енерговитрат процесів тертя і нагрівання, вібраційного подрібнення. Слід врахувати, що використання валкових млинів із надтиском з готовим продуктом у вигляді брикетів означає, на відміну від млинів примусового подрібнення, необхідність у застосування доподрібнення з відповідними додатковими витратами.

Таблиця 1 - До порівняння характеристик засобів подрібнення

Засіб або метод подрібнення | Витрати куль | Витрати футерівки | Продук-тивність | Енерви-трати

Квадратний профіль внутрішньої

поверхні | 16 | 40 | 15...19

Нагрівання до 800о С | 50...100 | 20...40

Вібраційні млини: двохкамерні з нахилом | 90 | 10...20

трьохкамерні | 50...100 | 20...40

з обертанням | 50

Баштові млини | 50

Відцентрові млини | 30

Валкові млини | 10...40 | 10...55

Валкові млини з тиском понад 50 МПа | 35...64 | 64

Стиснення у різних напрямках до 50...250 МПа | 71...80

Прес-валок | 25...100 | 15....37

гладкі прес-валки з тиском 50...270 МПа | 15...40

Технологія CQ+ | 67

Примусове подрібнення | 0...100 | 50...80 | 100...800 | 10...70

Стосовно технології CQ+ слід зазначити, що із доступних літературних джерел важко зробити достатньо виважений висновок стосовно продуктивності та інших показників подрібнення зважаючи на малу досягнуту одиничну продуктивність (0,12 т/год). Істотною перевагою млинів примусового подрібнення є значне, у порівнянні з іншими, зростання питомої продуктивності з одночасною економією витрат футерівки та можливим виключенням необхідності вживати подрібнювальні тіла. Разом з тим зазначено, що у зв'язку з концентрацією місць зношування робочої поверхні ці млини мають недостатній міжремонтний термін. Отже, для успішного впровадження технології та млинів примусового подрібнення в промислові умови слід підвищити їх надійність та працездатність, розробити достатньо ефективні методи визначення їх розмірів та навантажень на конструктивні елементи, довести очікувані переваги від їх застосування у процесах подрібнення різних матеріалів, вибрати конструкції та обгрунтувати ефективність роботи розвантажувальних пристроїв та складових електромеханічних систем млинів, поєднати в одній конструкції переваги валкових млинів і примусового подрібнення.

У звязку з зазначеним зроблений висновок, що установлення закономірностей механіки взаємодії внутрішньомлинового завантаження з робочими поверхнями млинів, впливу його властивостей на енергетичні та технологічні показники примусового подрібнення різних матеріалів і обгрунтування раціональних параметрів засобів забезпечення працездатності млинів і їх електромеханічних систем є актуальною науковою проблемою і завданням великої практичної ваги. Для вирішення поставленої проблеми сформульовані наукові завдання.

У другому розділі шляхом експериментальних досліджень характеру та інтенсивності зношування встановлено, що для слабких матеріалів інтенсифікатор може бути нерухомим, з потовщеним захисним хвостовиком, що профіль інтенсифікатора суттєво впливає на форму епюри тиску у клиноподібній зоні, а наявність

Рис.1 - Поперечний розріз ресурсозбе-

рігаючого млина:

1 - клиноподібна зона; 2 - шар обвалювання; 3 - інтенсифікатор; 4 - центрифугуючий шар; 5 - барабан

перед хвостовиком ділянки різкого розширення відчутно віддаляє максимум тиску від останнього з відповідним зменшенням інтенсивності його зношування та підвищенням міжремонтного терміну млина в цілому. Встановлений позитивний вплив на працездатність млина щілин перед хвостовиками. У підсумку інтенсифікатор запропоновано виготовляти у вигляді порожнистого циліндра з можливістю обертання та поперечними щілинами (рис.1), достатніми для затримки перед хвостовиками лише найбільших кусків сировини (при самоподрібненні) або подрібнювальних куль, причому хвостовики у декілька разів товщі за них, а футерівка барабана - змінної жорсткості. Запропоновані ресурсозберігаючі млини, на відміну від відомих, виключають можливість утворення у місці спряження хвостовика з робочою поверхнею нерухомої призми із кусків малих розмірів, що призводило до інтенсивного зношування останнього внаслідок ковзання по ньому стиснених центрифугуючого шару та частини клиноподібної зони і не давало змоги використати захисну здатність великих кусків або подрібнювальних куль. Запропоноване розширення зони віддаляє максимум тиску від хвостовика і додатково зменшує темп його спрацювання. Змінна жорсткість футерівки барабана - завдяки рихленню центрифугуючого шару і підсиленню поперечної сегрегації внутрішньомлинового завантаження - створює додаткові сприятливі умови для віддалення основної зони подрібнення від робочих поверхонь. Розроблені рекомендації разом із зростанням в декілька разів кількості почергово працюючих хвостовиків за рахунок обертання інтенсифікатора сприяють суттєвому збільшенню міжремонтного терміна млинів.

Показано, що радіус Ri та ексцентриситет інтенсифікаторів слід визначати з урахуванням вихідної пористості , необхідного рівня напруженості руйнування та спільного обтискання футерівки барабану, центрифугуючого шару і клиноподібної зони за виразами:

,

де відносна деформація при заданій напруженості визначається із виразу ; D=20 Мпа - експериментально визначений для багатьох руд модуль деформації; величина ; ; - кути тертя кусків між собою під час руху та з поверхнею інтенсифікатора у стані спокою; >1 - запас деформації футерівки; - модуль Юнга футерівки; DС - найбільший розмір кусків; Rб - радіус барабана.

Встановлено, що для розколювання часток розміром d середній тиск повинен перевищувати

,

де - межа міцності при стисканні; Е - модуль Юнга кусків розміром DС.

отримані вирази необхідних для ударного руйнування частот обертання млинів.

На основі опрацювання експериментальних даних отримана статистично вірогідна модель механічних характеристик млина як ряд Фурьє вигляду

де - середній момент характеристики; - коефіцієнт заповнення барабану; - кут розташування інтенсифікатора; - визначена в результаті перевірки на значущість та точність доцільна кількість гармонік; =2 - усталена частота обертання млина в долях криичної; - поточне значення частоти.

Форма механічних характеристик млинів - на рис.2. встановлено, що для забезпечення надійного запуску млини із надкритичними частотами обертання повинні мати коефіцієнти заповнення вище 0,6...0,7, а вісі обертання інтенсифікаторів - не виходити за межі четвертого квадранту системи координат. Впровадження рекомендацій зменшить моменти зрушення млинів до рівня 10...30 % від усталених (рис.3), що знижує вимоги до пускових моментів привода і дозволяє використання в ньому двигунів нормального виготовлення з відносно меншими пусковими струмами. Одночас-

но забезпечується практично мінімальний рівень середнього моменту, що скорочує термін розганяння млинів і збільшує допустиму кількість пусків підряд.

Один з напрямків підвищення питомої продуктивності - низькочастотне примусове подрібнення, для чого кут розташування інтенсифікатора млинів з докритичними частотами обертання в усталеному режимі повинен бути у межах другого квадранту і близьким до 3р/4. Це істотно підвищує момент опору внутрішньомлинового завантаження (а відтак і продуктивність) тихохідних млинів без принципових змін у конструкції, однак супроводжується підвищенням моментів зрушень до рівня 120...130% і погіршенням форми механічних характеристик. Покращує ситуацію підвищення моментів двигунів при значних ковзаннях, для чого на рівні винаходу запропонований двигун із спеціальною, розщепленою обмоткою збудження з власною розподіленою ємністю або підключенням зовнішніх конденсаторів (рис.4). За принципом дії у такій обмот-ці в асинхронних режимах виникає резонанс, внаслідок чого зростають пускові моменти дви-гуна. Виготовлення та випробування діючої моделі такого синхронного двигуна підтвердили принципову можливість підвищити асинхронний момент двигунів за рахунок створення та використання резонансних явищ у обмотці збудження. Показано, що для зниження рівня пускових струмів в асинхронних режимах поряд з розщепленням обмотки збудження одночасно слід послабити пускову обмотку як основного спожи-вача реактивної енергії.

Третій розділ присвячений обгрунтуванню ефективності примусового самоподрібнення руд із вмістом заліза та примусового подрібнення металічними кулями нерудних матеріалів. Зроблений висновок, що значні обсяги переробки руд з вмістом заліза та недостатня ефективність традиційних барабанних млинів вимагають істотного покращання ситуації і замість кульового слід застосувати примусове самоподрібнення у ресурсозберігаючих млинах. Поряд з цим для особливо міцних руд корисне утворення свіжих поверхонь подрібненням циркуляційного навантаження, наприклад, у валкових млинах. Рудногалечне подрібнення доцільно замінити на примусове з використанням галі, скрапу чи куль. Це, на відміну від відомих технологічних схем, навіть при низьких частотах обертання барабанних млинів значно підвищить їх питому продуктивність при одночасній. економії у декілька разів футерівок та покращанні ефективності, особливо при подрібненні циркуляційного навантаження. При випробуваннях млина примусового подрібнення в умовах дослідного стенду Механобрчормета встановлена практично повна відсутність проміжних класів у зливі млина (рис.5), що значно спрощує класифікацію. У підсумку для руди міцністю до 18 одиниць за шкалою Протодьяконова за вперше створеним класом мінус 40 мкм досягнуті питома продуктивність - 2,3 т/(м3год); енерговитрати - 40,65 (кВтгод)/т; приріст класу у зливі млина -39 %.

При подрібненні слюди в умовах дослідного стенду ВНДІнеруда в діючій моделі ресурсозберігаючого млина примусового подрібнення МИР-500х300 для частинок розміром 63...100 мкм отримана модель характеристичного відношення (ХВ) у вигляді:

XB=40,13-3,9х1+7,41х2-11,Зх3+6,5х1х2-4х1х3+4,5х2х3-5,73х22.

Тут х1 ,х2 , х3 - кодовані рівні коефіцієнта завантаження ц (фізичні межі 0,604...0,676), відношення об'ємів слюди та куль е (межі 0,4...0,6) і терміну подрібнення t (межі варіювання 10...30 хв) відповідно. Стандарт індивідуальних значень функції Sad= 6,61, а графічна ілюстрація впливу незалежних чинників на функцію відгуку (ХВ) - на рис.6.

Висновки: у млині з металічним подрібнюючим середови-щем для частинок -100+63 мкм важко розраховувати на ХВ>70...75; природну слюду слід подрібнювати у млині примусового подрібнення з пружними футерівкою та подрібнюючим середовищем при видаленні удару та збільшенні тертя, можливо більших циркуляції і заповненні барабана, співвідношенні сировина/кулі 0,55. Це, на відміну від відомого найліпшого подрібнення у бігунних млинах, підвищує характеристичне відношення до 48 одиниць, тобто на 20%. Справедливість вис-новку підтверджується і даними табл.2.

Одним з актуальних завдань лишається отримання тальків класу мінус 45 мкм з вмістом класу мінус 30 мкм не нижче 97% та мікротальку з вмістом класу мінус 5 мкм 52% при білизні 70%. Встановлено, що досягти цього можна примусовим подрібненням з використанням уралітової галі або куль при заповненні барабана 0,68 та відношенні сировина/кулі 0,6. Експериментально у млині МИР-500х300 досягнуті продуктивність 1,83 т/(м3год) (що у 6 разів вище, ніж у кульових млинах) та питомі енерговитрати 17,55 (кВтгод)/т при білизні 72,4 %.

в результаті статистичного опрацювання експериментальних даних отримані поліномні моделі для питомих продуктивності Qу , енерговитрат Еу та білизни В залежно від кодованих рівнів коефіцієнта заповнення барабану х1 , співвідношення об'ємів сировина/кулі х2 та терміну перебування у барабані х3 :

Qу=1+0,083х1-0,49х3-0,088х1х3-0,0494х2х3-0,045х1х2х3+0,068(х12-73)+0,22(х32-0,73);

Еу=36,5-8,1х2+7х3-3,7х1х2+1,46х1х3+3,1х2х3+1,34х1х2х3+3(х12-0,73)+7,73(х22-0,73)+

+6,7(х32-0,73); В=72,78-0,88х1х2х3-1,213(х22-0,73)-1,04(х32-0,73)+0,82х1.

Межі варіювання незалежних чинників такі ж, як і при подрібненні слюди.

Графічна ілюстрація моделей - на рис.7, де Qу отримані при варіюванні х3 у межах -1...0 (групи графіків 1...3), Еу - при х3 =1 (верхні графіки) та х3=-1(нижні графіки). Для білизни В залежності побудовані при -1х1+1 за умови х3=-1 (товсті лінії) та х3=0,25. Висновок: найменші питомі енерговитрати та продуктивність при підвищених заповненні барабану х1 і співвідношенні об'ємів сировина/кулі х2 та допустимо малому терміну перебування у барабані х3. Найвища білизна - при можливо більшому х1 та х2 у межах 0...0,5 і зростає із збільшенням терміну подрібнення х3 . По мікротальку МТ-КШС без шкідливих домішок продуктивність зросла на 62%.

При виробництві графіту для електровугільних виробів типу ЭУТ актуальним є зниження питомих енерговитрат, які на установках "Фуллер" складають понад 1500 (кВтгод)/т. Експериментально доведена ефективність примусового подрібнення графіту при малих заповненням барабану та терміні перебування у барабані, підвищеному відношенні сировина /кулі. Шкідливі домішки при цьому не перевищують 2%. Встановлено, що ступінь завантаженості барабана істотно впливає на продуктивність і практично ніяк - на питомі енерговитрати. У порівнянні з відомим, запропонований метод більш ніж у 20 разів знижує питомі енерговитрати, що свідчить про його значні переваги та доцільність про-мислового використання. В результаті опрацювання експериментальних даних отримані моделі питомих продуктивності Qу та енерговитрат Еу у вигляді:

Qу=0,0909-0,027х1х2-0,0179х2-0,0114х3+0,0034х1-2,44*10-3х1х3-4,74*10-3х2х3,,

Еу=190+0,625х1-129,6х2+5,875х3..

Графічна ілюстрація моделі питомих енерговитрат - на рис.8.

В результаті опрацювання результатів примусового подрібнення діопсиду комбінату Алдан-слюда отримані адекватні поліномні моделі питомих продуктивності та енерговитрат, а також залишку на сітці +40 мкм, які наведені у табл.3.

експериментальні дані:

Qу=1,95 т/(м3год); Еу=10,59 (кВтгод)/т та залишок 38,96%.

порівняно з кульовим подрібненням практично втричі зменшилися питомі витрати енергії, майже на порядок підвищи-лася питома продуктивність (рис.9). Встановлено також, що при подрібненні компо-нентів цементу питома продуктивність теж у декілька разів вища у порівнянні з кульовим млином.

У четвертому розділі наведені результати експериментальних досліджень механіки та енергетики експериментального ресурсозберігаючого млина МПС(З)-360х290 з обертальним інтенсифікатором.

Кінематична схема млина - на рис.10, де 1,6 - двигуни; 2,5 - пружні муфти; 3 - підвінцева шестерня; 4 - вінець; 7 - барабан; 8 - інтенсифікатор.

Шляхом планування експериментів при частотах 1,668ш2,032, проковзу-

ванні 0S1 та коефіцієнті заповненні барабану 0,692ц0,782 отримана підсумкова модель тиску на внутрішній поверхні барабану вигляду:

х1,х2,х3=[22,6-8,89х-4,22(х-0,73)]/2+(6,82х-10,39)cos+[3,19-5,28х+

+2,66(х-0,73)]cos2+[3,26х-1,85-3,32(х-0,73)]соз3+[1,02-1,75х+

+2,01(х-0,73)]соs4+[0,83х -1,19(х-0,73)]cos5+(6,25-2,33х)sin+

+(3,36х-4,74)sin2+(4,46-4,01х)sin3+[2,96х-2,7-1,84(х-0,73)]sin4+

+[1,35-2,09х+2,11(х-0,73)sin5+[1,64х-1,49-1,46(х -0,73)]sin6+

+(0,7-1,09х)sin7+(0,69х-0,53)sin8+ +0,66sin9, в.о.

За базові прийнято: ( - густина внутрішньомлинового завантаження, кг/м3; g=9,81 м/с2); Dб - діаметр барабана, м.

модель дисперсії для тиску знайдена у вигляді

.

Виявлено екстремальний вигляд за-лежності тиску від рівня заповнення барабану. Найбільший тис-к - при =0,737. Встановлено, що на рівень істотно впливає проковзування інтенсифікатора х2 (рис.11, де х1=х3=0, а проковзування 0,0885S1,0).

Для максимума тиску та його кутового розташування знайдені моделі:

,

.

Середньоквадратичні похибки індивідуальних значень 7,428 в.о. та 0,139 рад. Встановлено, що збільшення проковзування (х2) зменшує макси-мум тиску і віддаляє його від місця найбільшого звуження клиноподібної зони.

Моделі вертикальної та горизонтальної складових впливу нормального тиску на барабан (рис.12) мають вигляд та . При

базовому зусиллі Н похибка визначення індивідуальних значень зусиль - 4,76 в.о., а зусиль - 3,17 в.о.

Для відносних потужності внутрішньомлинового завантаження Рвм та моментів обертання інтенсифікатора Мр і барабана Мб отримані моделі вигляду:

,

середньоквадратичні похибки склали 0,309; 0,065 та 0,288 в.о. відповідно. За базові , Вт; , Нм та , 1/с.

Графічна ілюстрація зазначених моделей - на рис.13, де -1,215х3+1,215 (а, б) та -1,215х1+1,215 (в.о.).

Встановлено, що потужність внутрішньомлинового завантаження Рвм зростає при підвищених обертах барабану і зменшенні проковзування інтенсифікатора. Зміна проковзування х2 може навіть змінити знак моменту інтенсифікатора Мр.

Для умов експерименту енергонапруженість практично на порядок вища, ніж для традиційних млинів.

На момент обертання барабану Мб найсильніше впливає проковзування інтенсифікатора.

Установ-лений взаємозв'язок між потужністю приводних двигунів млина та режимом його роботи. За критерій взяте відношення відповідних потужностей обертання та розрахункової потужності внутрішньомли-нового завантаження.

Відношення потужностей привода інтенсифікатора Рр та внутрішньомлинового завантаження Рвм визначене як

Відношення потужності привода барабана Рб до потужнос-ті Рвм визначене у вигляді виразу

Середньоквадратична похибка Кр дорівнює 0,309, а для Кб вона 0,085 в.о.

Мі-німальній встановленій потужності при-водів відповідає або загальмований інтенсифікатор, або йо-го робота при малих проковзуваннях, коли момент обертання інтенсифікатора від-сутній або спрямований в той же бік, що й момент від привода барабана.

Ілюстрація висновку - побудування з довірчими зонами на рис.14.

при подрібненні міцних матеріалів забезпечити значний тиск та водночас спростити конструкцію млина можна вивільненням інтенсифікатора. Таке рішення, на відміну від інтенсифікатора з приводом, істотно спрощує конструкцію млина при несуттєвому зменшенні його енергонапруженості та продуктивності. Доведено, що за цих умов проковзування інтенсифікатора малі, а тиск - майже найбільший. При підвищенні частоти обертання млина момент обертання змінюється мало. Вплив заповнення барабана у досліджених межах варіювання незначний.

У п'ятому розділі на основі досліджень динаміки вивантаження продуктів профіль криволінійних елеваторів млинів з відносно низькими частотами обертання та коефіцієнтами тертя вивантажувальних частинок з поверхнею елеватора на відміну від відомого графоаналітичного методу пропонується виконувати за допомогою отриманого теоретичним шляхом рівняння одночасного початку ковзання:

,

причому раціональні координати точки поєднання елеватора з розвантажувальним конусом млина (рис.15) визначаються як

та ,

де RH - радіус розвантажувального конуса, а м - коефіцієнт взаємного тертя поверхні елеватора та часток внутрішньомлинового завантаження.

За результатами експериментів продуктивність елеваторів із запропонованим профілем на 50 % вища у порівнянні з радіальними.

Шляхом досліджень траєкторій вивантажувальних часток встановлено, що для відносно підвищених частот обертання та густини вивантажувальної пульпи профіль криволінійних елеваторів слід виконувати з відносно підвищеною у порівнянні з профілем одночасного ковзання кривизною. Встановлено, що при відносній координаті початку ковзання не вище 0,3 траєкторії руху частинок продукту пересікаються з поперечним розрізом розвантажувального конуса, що свідчить про ефективність їх виведення із барабану (рис.16).

У шостому розділі при визначенні коефіцієнта заповнення барабану та кінематичних параметрів внутрішньомлинового завантаження з урахуванням циліндричного профілю інтенсифікатора за вихідну запропонована схема рис.17.

З урахуванням того, що

Rh=cos(h-H)+[RP2-2sin2(h-H)]1/2; =Rh-RP; P=arcsin[sin(h-H)/RP]; =h+P; =+/2; Х01=Rhcosh+hcos(h+P); У01=Rhsinh+hsin(h+P); X012+У012=(RH-h)2; xm=Rhcosh +0,5hsin ; ym=Rhsinh-0,5hcos ; Vm=(RH-h/2); xD=xm+2VmtDcos ; yD=ym+2VmtDsin-22tD2; xD2+ yD2=(RH-h/2); =P-; =[hsinP/(RH-h)] послідовно визначені висота шару обвалення

h=(RH2-Rh2)/(RH+2RhcosP),

тривалість циклу обертання

,

та складові повного об'єму барабана, а саме шару обвалення обв*=2h(RH-h/2)tц та зони клина

-

Повний коефіцієнт заповнення барабана визначений як бар=1-RH2+обв+кл. Розрахунки виконані у відносних одиницях. За базові величини прийнято: Rб - радіус барабана, м; К=(g/Rб)1/2 - критична частота обер-тання, 1/с; vбаз=КRб - лінійна швидкість, м/с; tбаз=2/К - термін одного оберту барабана з критичною частотою, с; vБ=RБ2LБ - розрахунковий об'єм барабана, м3.

Для точнішого визначення тиску на поверхні взаємодії "кли-на" та шару обвалення, на відміну від відомого підходу, запропоноване врахування впливу зусиль тяжіння, що важливо для низьких (до-критичних) частот обертання млина, коли відцентрові зусилля та вага частинок шару обвалювання близькі. За розрахункову - схема рис.18.

В результаті уточнена нормальна складова напруженості на поверхні взаємодії клиноподібної зони та шару обвалення

, в.о.,

де кут =+-H-, базова напруженість Б=gRб , а друга складова враховує вплив зусиль тяжіння.

дотична напруженість 0=0Ntgз , де з - кут тертя внутрішньомлинового завантаження. Кут т =h+-arcsin[h/(RH-h)].

напруженості, зусилля, обертальні моменти та тиск у межах клиноподібної зони млина з циліндричним профілем інтенсифікатора запропоновано визначати, на відміну від відомого підходу, з урахуванням проковзування інтенсифікатора та одночасного обтискання клиноподібної зони, центрифугуючого шару та змінної жорсткості футерівки барабана. підхід базується на припущенні про лінійну залежність між напруженістю та деформацією всередині клиноподібної зони як суцільного, пружного та однорідного сипкого середовища, на урахуванні впливу кута нахилу зусиль на її поверхні на напруженість всередині. При розробці положень по визначенню напружень клиноподібна зона поділена