Имитационное моделирование разделения слюдосодержащих руд в транспортирующих желобах Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

- © В.Я. Потапов, В.В. Потапов,

Л.А. Семериков, Я.И. Конев, 2015

УДК 622.742

В.Я. Потапов, В.В. Потапов, Л.А. Семериков, Я.И. Конев

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗДЕЛЕНИЯ СЛЮДОСОДЕРЖАЩИХ РУД В ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ ЖЕЛОБАХ

Приведен результат имитационного разделения слюды и вмещающих пород на поверхности транспортирующего желоба. В качестве разделительного признака используется фрикционные характеристики минералов. Оценено влияние поверхности желоба и влияние режимных факторов на траектории движении частиц при сходе с желоба.

Ключевые слова: желоб, математические уравнение, траектории движения.

В практике транспортирование перерабатываемых руд, часто используются перегрузочные желоба, на которых минеральные комплексы (полезные ископаемые и породы) могут при их движении подвергаться первичному разделению за счет различие фрикционных характеристик горных пород.

Данные желоба можно использовать как предварительный этап разделения и классификации транспортируемого материала.

Прогнозирование результатов предварительного разделения и выбор рациональных параметров устройства возможно осуществить с помощью моделирования рассматриваемого процесса на ПЭВМ. Большинство исследователей пользуются методами такого моделирования на основе уравнений движения частицы обогащаемого материала по шероховатой наклонной плоскости, составленных с помощью основного закона динамики точки (второго закона Ньютона). Использование точечной механической модели характерно и для определения механических характеристик частиц, составляющих стандартную методику исследований [1].

Подача горной массы в узел стратификации происходит свободным

засыпанием на наклонную плоскость (желоб), поэтому начальная скорость V0 во всех приведенных формулах получена на основании анализа удара частицы о наклонную плоскость в виде [3, 4]:

V0 =^2 дИ ■ (эш а - ¡ск соэ а) , (1)

где h - высота, с которой падают частицы на наклонную плоскость, м.

Вторая стадия сепарации - свободный полет частиц обеспечивает их падение на разных расстояниях от места соскальзывания с поверхности полки. Силы сопротивления движению здесь не столь велики, как трение на фрикционной поверхности, особенно при небольших скоростях движения, при которых происходит сепарация. Поэтому на этой стадии движения форма рудных частиц играет не столь заметное значение. Их свободное движение описано с помощью законов равномерного (по горизонтали) и равнопеременного (по вертикали) движений. Дальность полета частицы после отрыва от желоба получена в виде:

} =

V соэ а

д

-V э1п а)

а + 2дЬ -

(2)

а - расчеши траектории

Э О,« САМ 0,06 1Ш ftl Q.U 0,14

а - люперкмештныо Траектории

п/м

O.L

O.li

ft. м

flit

, w ода «в ^ о,! дчЦ

m

1 i Л u V 1 И, 7 Hp Л sV 5

4 A

I * VE 1 liW

5 - m-nepi ментальные траектории 1,4

9 0,0? 0,04 0,06 0,0В 0,1 0,17 0,14

twa ода 0,06 W 0,1

о,и

/г,м

2 Л л

г - расчетные траектории

/.и

от о,« о.ов o,i о,и о, и

охи о,« о,® urn

о,«

ft, м

0,11

1 j К 1 0=30 1Н

В<щ

гз

2

Рис. 1. Траектории движения частиц после схода с плоскости класса - 0,4+0,25 мм:

1 - слюда, 2 - кварц, 3 - гранат, 4 - слюда в смеси, 5 - кварц в смеси, 6 - гранат в смеси, 7 - смесь общая (30% слюды, 60% кварца, 10% граната); а), в) прямолинейная полка, длина 1 м, угол наклона 43°; б), г) трамплинообразная полка, углы наклона участков а1 = 60°, а1 = 25°, длина участков 1 м и 0,1 м; г) подача воздушной струи, ширина зоны действия воздуха 0,05 м, скорость воздушного потока 1,0 м/с, точка подачи воздушного потока 0,04 м от края полки

где Ь - вертикальное расстояние до модели для описания процесса сепа-места падения частиц, м. рации от стадии загрузки до момента

Совокупность приведенных фор- извлечения обогащенного материала. мул составила основу математической В соответствии с этими соотношения-

Й Ли, м/с

о, а

о,«

о,:

>

)Г N \ N \

-

1

0.8 0.6

1 - \ ш. .1,15+0.7 мм; 2 - ь"1К ( .0,7+0,4 мм, 3 ■ к.'лее -0,-1+0.25 мм. 4 - класс -11.25 »0.15 мл

75

а, 1-рад

\ \\

\\ ш-5 и

\ ч.

\ > V 01=7. 1

го зо ^о 50 60 Юисс -0.4-НШ мм

70 во а. град

Рис. 2. Зависимость разности скоростей схода частиц кварца и слюды от углов наклона плоскости: а) прямолинейная полка, длина 1 м; б) полка с трамплином, длина участков разгона 1 м, трамплина 0,1 м; ах, а2 - углы наклона участков полки

коэффициентом трения (резина). На процесс разделения оказывает существенное влияние угол наклона разделительной поверхности. Воздействие воздушного потока в направлении сортируемого материала проявляется для частиц, обладающих парусностью (слюда, асбест), это позволяет усилить отклонение частиц данных пород из общего потока рудной массы, что обеспечивает также эффективность процесса разделения [4].

Как видно из графических зависимостей, представленных на (рис. 2) для обеспечения качества разделения продуктов разных классов крупности необходимая скорость движения материала по плоскости без трамплина соответствует 0,8 м/с при наклоне угла полки 43°, с установкой трамплина под углом 15° скорость подачи материала составляет 1 м/с.

На основании полученных зависимостей определены основные направления в конструировании узла стратификации (желоба). Наибольшая эффективность разделения минералов исследуемой руды соответствует устройству, имеющему наклонную плоскость, состоящую их двух участков: участка разгона длиной 1 м и трамплина 0,1 м с регу-

ми проводился вычислительный эксперимент, в котором изменялись конструктивные параметры фрикционного сепаратора (величины И, Ь, а).

Моделирование движения частиц по наклонной плоскости осуществлялось согласно рассмотренным уравнениям с учетом коэффициентов кинетического трения и приведенного коэффициента трения-качения, значения которых задавались генератором случайных чисел [4, 5]. С помощью математической модели изучено влияние конструктивных особенностей узла стратификации, скорости направления и точки подачи воздушного потока, производительности, крупности исходного материала на эффективность разделения. На рис. 1 представлены траектории движения частиц, полученные имитационным моделированием.

По рисункам видно, что данные виды сырья можно эффективно разделять фрикционными методами. При этом на процесс разделения, как видно из графиков траектории движения частиц, влияют конструктивные параметры узла стратификации. Установлено, что наибольшую эффективность разделения обеспечивает поверхность, выполненная из материалов с высоким

лируемыми углами наклона, величина которых зависит от крупности обогащаемого класса. Скорость воздушного потока зависит от скоростей витания разделяемых компонентов и составля-

1. Потапов В.Я., Ляпцев С.А., Матвеев Д.В., Феклистов Ю.Г., Потапов В.В. Теоретический анализ движения и удара частицы обогащаемого материала о наклонную плоскость // Известия вузов. Горный журнал. - 2007. № 1. - С. 110-113.

2. Ляпцев С.А., Потапов В.Я. Совершенствование узла стратификации фрикционного сепаратора // Современные проблемы науки и образования. - 2011. - № 2. - С. 7-10. URL: www.science-education.ru/96-4622

3. Потапов В.Я., Потапов В.В. Закономерности движения куска горной породы по наклонной плоскости фрикционного сепара-

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

ет 0,8-1,8 м/с, в зависимости от крупности минералов [5]. Представленные результаты могут быть использованы при проектировании транспортных систем обогатительных фабрик.

_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

тора // Известия вузов. Горный журнал. -2011. - № 5. - С. 94-100.

4. Ляпцев С.А., Потапов В.Я. Математическое описание поведения рудных частиц в воздушном потоке разделительных аппаратов // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 1. - С. 7-10. URL: www.science-education.ru/101-5493

5. Александрова Е.П. Закономерности воздушной сепарации слюдосодержащих мелкочешуйчатых сланцев и технология их обогащения: дис: ... канд. техн. наук. -Свердловск, 1982. - 205 с. ü^re

Потапов В.Я. - кандидат технических наук, доцент, Потапов В.В. - кандидат технических наук, доцент, Конев Я.И. - аспирант, Семериков Л.А. - аспирант,

Уральский государственный горный университет, e-mail: [email protected].

UDC 622.742

SIMULATION MODELING OF THE SEPARATION OF MICA-CONTAINING ORES IN CONVEYING GUTTERS

Potapov V.Ya.\ Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Potapov V.V.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Semerikov L.A.1, Graduate Student, Konev Ya.I.1, Graduate Student,

1 Ural State Mining University, 620144, Ekaterinburg, Russia, e-mail: [email protected].

Present the results of a simulation split mica and enclosing rocks on the surface of the conveying gutter. As a characteristic separating used by friction properties of minerals. The influence of the surface trough and effect of regime factors on the particle's trajectory during descent from the gutter. Key words: gutter, math equation, trajectory.

REFERENCES

1. Potapov V.Ya., Lyaptsev S.A., Matveev D.V., Feklistov Yu.G., Potapov V.V. Izvestiya vuzov. Gornyi zhurnal. 2007, no 1, pp. 110-113.

2. Lyaptsev S.A., Potapov V.Ya. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2011, no 2, pp. 7-10. URL: www.science-education.ru/96-4622

3. Potapov V.Ya., Potapov V.V. Izvestiya vuzov. Gornyi zhurnal. 2011, no 5, pp. 94-100.

4. Lyaptsev S.A., Potapov V.Ya. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2012, no 1, pp. 7-10. URL: www.science-education.ru/101-5493

5. Aleksandrova E.P. Zakonomernosti vozdushnoi separatsii slyudosoderzhashchikh melkocheshuichatykh slantsev i tekhnologiya ikh obogashcheniya (Air separation mechanisms and processing technologies for mica-bearing fine-flake shale), Candidate's thesis, Sverdlovsk, 1982, 205 p.