CC BY
16
УДК 622 ББК 33.16
Д 53
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВИБРОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ
(Рецензирована)
Дмитрак Юрий Витальевич,
доктор технических наук, профессор, ректор Северо-Кавказского горно-металлургического института (ГТУ), Россия, 362021, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44. Тел.: (916) 303 41 91. е-mail: dmitrak@yandex.ru
Аннотация. Погрузка и транспортирование пластичных и сыпучих грузов характеризуется снижением их качества, негативным воздействием на окружающую среду и высокой стоимостью работ. Повышение эффективности погрузки обеспечивается использованием вибро-трубопроводного транспорта материалов, что избавляет от строительства вспомогательных сооружений, не изменяет состояние среды и улучшает логистику грузов. Даны результаты аналитических исследований с использованием данных зарубежной и отечественной практики по проблеме доставки материалов. Детализирован аспект использования инновационной технологии вибро-транспортирования грузов. Даны параметры транспортирования бетонных смесей с повышением их качества за счет эффекта вибрации в трубопроводе. Обоснованы оптимальные параметры транспортирования материалов с минимизацией угрозы окружающей среде. Оптимизация параметров транспортирования хвостов выщелачивания позволяет снизить уровень химически опасного загрязнения экосистем окружающей среды продуктами выщелачивания. Обозначено направление получения экологического и технологического эффекта от использования одновременно природоохранной и ресурсосберегающей технологии.
Ключевые слова: транспортирование, груз, окружающая среда, вибро-транспорт, бетонная смесь, вибрация.
THE EFFECTIVENESS OF VIBROSENSITIVITY MATERIALS
(Reviewed)
Dmitruk Yuri V.,
doctor of technical Sciences, Professor, rector of the North-Caucasian mining and metallurgical Institute (GTU) Russia, 362021, Vladikavkaz, street of Nikolaev, 44. Ph.: (916) 303 41 91. е-mail: dmitrak@yandex.ru
Summary. Loading and transportation of plastic and bulk cargo is characterized by a decrease of their quality, negative environmental impact and high cost. Improving the efficiency of loading is ensured by the use of a vibrating pipeline transportation of materials, which eliminates the construction of auxiliary structures, does not change the state environment and improves logistics of goods. The analytical results using data from foreign and domestic practice on the issue of delivery of materials. Detailed aspects of the use of the innovative technology of vibro-transportation of cargo. The parameters of transportation of concrete mixtures with the increase in their quality due to the effect of vibration in the pipeline. Justified the optimal parameters of transport of materials with minimization of threats to the environment. Optimization of parameters of transport tailings leaching allows to reduce the level of hazardous chemical pollution in the ecosystems of the environment by leachate. Indicates the direction of obtaining environmental and technological effect from the use at the same time environmental and resource-saving technologies.
Keywords: transport, cargo, environment, vibro-transport, concrete mix, vibration.
Перемещение строительных материалов является одной из наиболее трудоемких операций строительства [1]. Оно осуществляется в определенной последовательности, поскольку нарушение режимов представляет опасность для транспортирующих средств и устройств и окружающей среды.
Чаще всего транспортирование строительных грузов требует обустройства, строительства бункера или использования механизмов, конвейеров и контейнеров. Сыпучие грузы перемещаются или в виде гидро-смесей с использованием в качестве транспортного средства воды или в сухом виде без использования воды. Оба варианта реализуются с использованием трубопроводов.
Важной характеристикой бетонных смесей является влажность, определяющая их основные свойства. технологии с использованием в качестве транспортного средства воды должны уступать технологиям с минимизацией ее количества.
Проблема транспортирования материалов отличается особой актуальностью при подземной разработке месторождений полезных ископаемых при необходимости перемещения больших объемов материалов в сложных условиях.
Вибро-транспортирование увеличивает доступную длину доставки материалов и в подземных условиях, и на дневной поверхности, за счет активации ее компонентов. Это позволяет использовать запасы малоактивного природного сырья и отходов производства. Немаловажно, что это позволяет сохранить земную поверхность и устраняет необходимость строительства новых бетонных установок.
Целью исследований указанного направления является обоснование эффективности вибротранспортирования сыпучих и гидро-насыщенных материалов с моделированием параметров перемещения.
Вибрационное транспортирование материалов заключается в воздействии на трубопровод колебаний знакопеременной силы, которые уменьшают сопротивление транспортированию, в то время, как гидравлический или пневматический напор перемещает материал [].
При неполном заполнении трубопровода сопротивление транспортированию равно коэффициенту динамического трения. При полном же заполнении трубы сопротивление транспортированию превышает массу перемещаемога материала, что препятствует его перемещению.
Показатели вибро-транспорта зависят от амплитуды и частоты вибрации. Амплитуда вибрации не должна превышать 1 мм. Для беспрепатственно-го перемещения материала диаметр трубопрнтодаи наиболее крупного куска перемещаемо гоматеипа-
ла должны соотноситься, не более, чем 5/1. Сжатый воздух при необходимости подают в магистраль через эжекторы в верхней части трубопровода.
Первое использование технологии относится к практике разработки месторождений объединения «Висмут» (Германия). Там смесь с осадкой конуса 8 перемещали на расстояние до 2 км.
В конце прошлого века при подземной разработке месторождения Шокпак-Камышовое (Казахстан) использовали вибро - установку для доставки бетонных смесей на расстояние, недоступное традиционной технологии. Если для повышения транспортабельности в материал обычно добавляли воды до осадки конуса 11, то при новой про-мышленно-экспериментальной технологии материал транспортировали при осадке конуса 9, что улучшало условия работы цемента.
Параметры транспортирования смесей: диаметр воздушной врезки 40 мм; диаметр закладочного трубопровода 170 мм; давление сжатого воздуха в воздушном трубопроводе 6000 Па; производительность установки 60 м3/ч. Состав транспортируемой смеси, кг/м3: цемента до 100, доменных шлаков 160-250, воды - 380. Скорость движения смеси по трубопроводу, м/с: 1,2-1,5. Производительность системы, м3/ч - 100.
При подаче бетонной смеси на расстояние до 2,5 км, частоте колебаний 10-30 Гц и амплитуде 0,51,5 мм расход энергии составил 0,15-0,22 кВт/м3. При равном расходе цемента прочность бетонной смеси увеличилась на 20-25 %.
Вибрационные колебания производили инерционные вибро-возбудители на упругих опорах (рис.1).
1 - двигатель;
2 - муфта;
3 - вибратор;
4 - трубопровод;
5 - амортизатор;
6 - фундамент
Рисунок 1. Устройство вибратора на транспортном трубопроводе
1- узел загрузки;
2- транспортный трубопровод;
3-вибратор;
4- амортизатор;
5- причал;
6- судно
Рисунок 2. Схема погрузки сыпучих грузов на морское судно
Опыт вибро-транспортирования сухих грузов может быть востребован при транспортировании и погрузвематериановв снежных отраслвх аозяИ-ства, например, на морском транспорте (рис.2).
Воздействие вибрации обеспечивает тиксо-тропное разжижение дисперсной среды и перемещение контактирующего со стенками трубопровода материала. Оно проявляется путем ускорения колебаний трубопровода ю:
ш =
(0,6 - 0,9) £
(1)
При А = 1,0-1,5 м создается исключающий расслоение материала тиксотропно разжиженный пристенный слой. Эффективная вибрация осуществляется при колебании трубопровода с минимальной амплитудой А :
Ат 2 ё Ш Рг
(2)
где р , - плотность частиц материала, кг/м3; ро - плотность дисперсной среды, кг/м3.
При расположении вибровозбудителя в центре
инерции длина секции:
11 = Ь
А - А а
(3)
где Ь - коэффициент, учитывающий расположение вибро возбудителя;
а1 - коэффициент затухания колебаний (0,0070,008 мм/м).
В транспортируемой массе выделяется основной поток с вязко-пластичными свойствами и при-свенный слов. Внвяревний риаметр трубопровода:
(4)
Д = 24,45У^Ц^Г
м/с;
где V - средняя скорость транспортирования,
ср
й - средний размер транспортируемого мате-
риала, мм.
Пропускная способность трубопровода: 46
V = -
(5)
где р - производительность установки, м3/ч; Д - диаметр трубопровода, мм.
Удельные потери давления на горизонтальном участке трубопровода:
158,73Д + Чо
Ар =
Л_
6
(6)
где Ар - удельные потери давления, П а/м; т1о - напряжение сдвига пристенного слоя, а; ц - вязкость тиксотропно разжиженного пристенного слоя, Па с.
1?Г0>1\[т1 Па с
(7)
У'
г-1 о
I м I оПм
Рисунок 3. Расчетная схема трубопровода
Дальность подачи материала установкой;
I =
Р
Ар
(8)
где р г плотно сть твердеющ ей закл адочной смеси, кг/м3
Упругие опоры УВТ выполняют функции основных и поддерживающих упругих связей (рис. 3).
Мощность Ы, потребляемая вибро-возбудите-лем, складывается из расходуемой на поддержание вынуждающих колебаний трубопровода мощности N. и идущей на компенсацию потерь энергии в ви-бро-возбудителе мощности Ым:
N = N. + NM
г м
(9)
Мощность на поддержание колебаний трубопровода:
N. = РШзт2р
(10)
где ф - угол сдвига фаз между перемещением трубопровода и направлением его вынуждающей силы.
Угол сдвига фаз:
ф = arctg
(11)
где Зт = 7иД11 - внутренняя поверхность трубопровода - секции;
Ь - коэффициент сопротивления смеси колебаниям трубопровода, (ТО-7,0) м2)-
Величина N ■
м
N м г / ¿РК
(12)
где f - 0,003 - условный коэффициент треп
ния в подшипниках качения;
й - диаметр шейки дебалансного вала в месте сопряжения с подшипником.
Мощность электродвигателя секции: лг Я
где Цм - к. п. д. упругой муфты, 0,95.
(13)
Установленная мощность привода установки вибро-транспорта:
Ыу = ПсЫ&
где п - количество секций.
(14)
Значение скорости движения материала принимается минимальной, что позволяет исключить его расслоение при незначительных изменениях подачи из-за неточности дозировки компонентов.
Реализация технологии при осуществлении погрузки сыпучих грузов существенно улучшает экологические условия в окрестностях промышленного объекта.
Рассматриваемая технология позволяет оптимизировать параметры транспортирования грузов и снизить объем попадающих в окружающую среду
I
2
I
I
о
опасных ингредиентов с получением экологического и технологического эффекта [17-23].
Показатели транспортирования и погрузки сыпучих грузов и гидро-смесей могут быть радикально улучшены путем применения инновационной вибро-технологии с использованием трубопроводов.
Технология вибро-проводной доставки грузов, кроме радикального улучшения экологической обстановки в районе погрузочных работ, обладает достоинствами:
- уменьшает объемы и площади погрузочных устройств и сооружений;
- осуществляется в изолированном пространстве трубопровода;
- легко контролируется и управляется.
Реализация вибро-технологии отвечает направлению комплексного решения экономических и экологических проблем в смежных отраслях народного хозяйства.
ИСТОЧНИКИ:
1. Вагин В.С., Голик В.И. Проблемы использования природных ресурсов Южного Федерального округа. Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению подгот. 650100 «Приклад. геология», по горно-геол. специальности. - Владикавказ: Проект-Пресс, 2005. - 192 с.
2. Голик В.И. Специальные способы разработки месторождений. - М.: Инфра-М, 2014. -132 с.
3. Golik V.I., Dmitrak Yu. V. Parameters of transportation of tailings of metals lixiviating // E3S Web of Conferences The Second International Innovative Mining Symposium. 2017
4. Golik V., Dmitrak Yu. Parameters of solidifying mixtures transporting at underground ore mining // E3S Web of Conferences The Second International Innovative Mining Symposium. 2017.
5. Golik V. I., Hasheva Z. M., Galachieva S. V. Diversification of the Economic Foundations of Depressive Mining Region // The Social Sciences (Pakistan). -2015. - Т. 10. - № 6. - P. 746-749.
6. Golik V., Komaschenko V., Morkun V., Khasheva Z. The effectiveness of combining the stages of ore fields development // Metallurgical and Mining Industry. -2015. - Т. 7. - № 5. - P. 401-405.
7. Golik V., Komashchenko V., Morkun V., Irina G. Improving the effectiveness of explosive breaking on the bade of new methods of borehole charges initiation in quarries // Metallurgical and Mining Industry. - 2015.
- Т. 7. - № 7. - P. 383-387.
8. Golik V., Komashchenko V., Morkun V., Zaalishvili V. Enhancement of lost ore production efficiency by usage of canopies // Metallurgical and Mining Industry. - 2015. - Т. 7. - №4. - P. 325-329.
9. Golik V.I., Stradanchenko S.G., Maslennikov S.A. Experimental study of non-waste recycling tailings ferruginous quartzite // International Journal of Applied Engineering Research. - 2015. - Т. 10. - №15.
- P. 35410-35416.
10. Магомедов Ш.Ш. Приготовление и транспортирование твердеющих смесей // Логическое управле-
ние технологическими процессами и системами. Сборник Математической межд. конф. - Москва-Владикавказ, 1999.
11. Платонов В.Н., Поддубный И.К. Устройство и опыт работы вибро-самотечной установки по доставке закладочных смесей на руднике в Тюрингии. Вибрационная техника. - М.: Общество «Знание», 1992.
12. Polukhin O.N., Komashchenko V.I., Golik V.I., Drebenstedt C. Substantiating the possibility and expediency of the ore beneficiation tailings usage in solidifying mixtures production // Scientific Reports on Resource Issues Innovations in Mineral Ressource Value Chains: Geology, Mining, Processing, Economics, Safety, and Environmental Management. Freiberg, 2014. С. 402-412.
13. Голик В.И., Разоренов Ю.И. Разработка транспор-тно-технологических схем вибро-транспортиро-вания материалов и их эффективность // Эксплуатация морского транспорта. - 2016. - №1. - С.3-9.
14. Голик В.И., Комащенко В.И., Качурин Н.М. Концепция комбинирования технологий разработки рудных месторождений // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. -2015. - № 4. - С. 76-88.
15. Голик В.И., Разоренов Ю.И. Проектирование горных предприятий. - Новочеркасск: Южно-Российский государственный технический университет, 2007. - 262 с.
16. Голик В.И., Шевченко Е.В., Ермишина Е.Б. Концептуальные аспекты развития промышленных предприятий современной России. Монография.
- Краснодар: Изд-во Южного института менеджмента. - 2011. - 272 с.
17. Дмитрак Ю.В., Зиновьева Т.А., Сычёв Н.Н. Использование системы msc. Nastran для оптимизации силовой конструкции вибрационной мельницы // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2007.
- № 4. - С. 295-299.
18. Дмитрак Ю.В., Камнев Е.Н. АО «Ведущий проек-тно-изыскательский и научно-исследовательский институт промышленной технологии» - Путь длиной в 65 лет // Горный журнал. - 2016. - № 3. -С. 6-12.
19. Разоренов Ю.И., Голик В.И. Проблемы глубокой утилизации отходов переработки угля // Маркшейдерия и недропользование. - 2013. - № 4 (66).
- С. 52-54.
20. Khasheva Z.M., Golik V.I. The ways of recovery in economy of the depressed mining enterprises of the Russian Caucasus // International Business Management. - 2015. - Т. 9. - № 6. - С. 1210-1216.
21. Golik V.I., Khasheva Z.M., Shulgatyi L.P. Economical efficiency of utilization of allied mining enterprises waste // Journal of the Social Sciences. -2015. - Т. 10.
- № 6. - С. 750-754.
22. Голик В.И., Хашева З.М. Механизм экономической диверсификации горной отрасли регионов Кавказа // Научный вестник Южного института менеджмента. - 2014. - № 1. - С. 39-47.
23. Голик В.И., Лукьянов В.Г., Хашева З.М. Обоснование возможности и целесообразности использования хвостов обогащения руд для изготовления твердеющих смесей // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. - 2015. - Т. 326. - № 5. - С. 6-14.
