CC BY
9Научная статья УДК 658.274:621.926
Испытания роторных мельниц с зубчатоподобным зацеплением для определения качества измельчения материалов, применяемых в дорожном строительстве
Роман Геннадиевич Данилов 1, Геннадий Владимирович Кустарев 2, Никита Михайлович Андрюхов 3
1 Государственный научный центр Российской Федерации ФГУП «НАМИ», Москва, Россия 2, 3 Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), Москва, Россия
1 info@nami.ru, https://orcid.org/0000-0002-5453-6164
2 dormash@madi.ru
3 andryukhov_nm@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-2982-114X
Аннотация. Проведение испытаний роторных мельниц, предназначенных для получения и совершенствования дорожно-строительных материалов, является актуальной задачей. Совершенствование механического оборудования для получения порошков различной тонкости представляет практический интерес. Роторные мельницы отличаются компактными размерами, относительно малой массой и низкими энергетическими затратами при работе. В статье приведены результаты испытаний роторных мельниц при измельчении различных материалов. Результаты исследования могут быть использованы в том числе и при проведении экспертизы дорожно-строительных материалов в части качества дисперсности дорожно-строительных материалов.
Ключевые слова: производство дорожно-строительных материалов, роторная мельница с зубчатоподобным зацеплением, тонкость измельчения, строительные порошки
Для цитирования: Данилов Р. Г., Кустарев Г. В., Андрюхов Н. М. Испытания роторных мельниц с зубчатоподобным зацеплением для определения качества измельчения материалов, применяемых в дорожном строительстве // Проблемы экспертизы в автомобильно-дорожной отрасли. 2023. № 2(7). С. 30-34.
Original article
Tests of rotary mills with gear-like gearing to determine the quality of grinding materials used in road construction
Roman G. Danilov 1 , Gennady V. Kustarev 2, Nikita M. Andryukhov 3
1 Federal State Unitary Enterprise Central Scientific Research Automobile and Automotive Engines Institute "NAMI", Moscow, Russia
2, 3 Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI), Moscow, Russia
1 info@nami.ru, https://orcid.org/0000-0002-5453-6164
2 dormash@madi.ru
3 andryukhov_nm@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-2982-114X
Abstract. Testing of rotary mills designed to obtain and improve road construction materials is an urgent task. The improvement of mechanical equipment for the production of pow-
© Данилов Р. Г., Кустарев Г. В., Андрюхов Н. М., 2023
ders of various fineness is of practical interest. Rotary mills are characterized by compact dimensions, relatively low weight and low energy costs during operation. The article presents the results of tests of rotary mills when grinding various materials. The results of the study can be used, among other things, during the examination of road-building materials in terms of the quality of dispersion of road-building materials.
Keywords: production of road-building materials, rotary mill with gear-like gearing, fineness of grinding, building powders
For citation: Danilov R. G., Kustarev G. V., Andryukhov N. M. Tests of rotary mills with gear-like gearing to determine the quality of grinding materials used in road construction. Automotive and Road expert evaluation. 2023; (2): 30-34. (in Russ).
Введение
Интенсификация технологических процессов в машиностроении и строительстве в ближайшей перспективе основывается на возможности широкого использования наноматериалов. Конструирование таких материалов в ряде случаев требует наличия тонких и сверхтонких порошков. Механическое разрушение исходного материала является наиболее доступным и менее затратным методом получения тонкодисперсного порошка. Совершенствование механического оборудования для получения порошков различной тонкости представляет практический интерес. Большой объем исследований в области создания измельчителей накоплен в МАДИ, где эти работы ведутся с 1988 г. [1]. Измельчение является одним из основных процессов в технологии производства строительных материалов, таких как цемент (для получения различных видов бетона), сухих смесей, извести, гипса, а также других вяжущих материалов и различных добавок. Эти материалы активно используются и в дорожном строительстве. Производство современных строительных материалов невозможно без использования оборудования для измельчения. Производители оборудования предлагают мельницы одного типа для различных отраслей промышленности, расширяя сферу применения своей продукции. Самая распространённая проблема нашей промышленности -это устаревшее оборудование, которое нуждается в замене и модернизации [2].
В рамках научно-исследовательской работы, коллективом авторов данной статьи была проведена экспертиза имеющихся конструкций оборудования для измельчения материалов, применяемых в дорожном строительстве. Результатом данных исследований стала разработка конструкции роторной мельницы с зуб-чатоподобным зацеплением, а также оптимизированы ее параметры для применения к изготовлению дорожно-строительных материалов.
Описание конструкции роторной мельницы
Разработанная роторная мельница (рис. 1) состоит из корпуса, внутри которого находятся два горизонтально расположенных вала, с закрепленными роторами, на периферийной части которых находятся зубчатоподобные элементы. Каждая пара роторов находится в зацеплении, один из них является ведущим, второй - ведомым. При работе ведущий ротор передает крутящий момент ведомому. Исходный материал через загрузочный люк подается в помольную камеру, где под действием значительных центробежных сил отбрасывается к стенкам камеры и принимает форму тора. Материал в основном измельчается в трех зонах [3] камеры: в зоне зацепления зубчатоподобных элементов (зона 3), в зоне зазора между ротором и корпусом мельницы (зона 1) и в верхней части помольной камеры - зоне встречного соединения двух потоков материала с ведущего и ведомого роторов (зона 2).
Рис. 1. Роторная мельница с зубчатоподобным зацеплением
Использование зубчатоподобного зацепления позволяет существенно интенсифицировать процесс измельчения. Многократные высокочастотные сдвиговые воздействия на материал обеспечивают образование новых поверхностей частиц материала при минимальных энергетических затратах.
В процессе испытаний измельчению подвергались материалы с различными физико-механическими свойствами: кварцевое искусственное стекло, отсев известнякового щебня, фосфогипсовые отходы Череповецкого обогатительного комбината, твердые отходы Усть-Каменогорского горнообогатительного комбината, речной песок, уголь, цемент, отработанная формовочная смесь, известняк с природным содержанием битума, технологический материал для производства магнитов - ферриты и многие другие. Как показали исследования [3, 4], существенное влияние на тонкость получаемого продукта оказывают физико-механические свойства измельчаемого материала и конструктивные параметры мельницы, а также частота вращения роторов и время нахождения материала в зоне помола.
Возможно увеличение производительности мельницы за счет увеличения частоты вращения роторов и изменения геометрии камеры помола с целью снижения зазоров между рабочими элементами.
На увеличение тонкости продукта оказывает существенное влияние время нахождения материала в мельнице. В опытах по получению активированного минерального порошка при постоянной частоте вращения ротора 1740 мин-1, массе загрузки материалом 300 г измерялась тонкость готового продукта при варьировании времени помола. Измельчению подвергался мелкий кварцевый песок с модулем крупности Мк = 1,2 и отработанная формовочная смесь (ОФС) с модулем крупности Мк = 1,2. Получены данные по помолу кварцевого стекла (тигля) с диаметром наибольших кусков 15 мм при частоте вращения 1500 мин-1 и времени помола 2 мин. Тонкость продукта определялась на фотоседиментометре АФС-2М.
При домоле цементов [5, 6] проводились совместные исследования на лабораторной шаровой мельнице с целью определения сравнительной эффективности роторной мельницы с зубчатоподобным зацеплением. Результаты исследования приведены на рис. 2.
S,см2/г 6000
4000
2000
5 12 30 ^ мин 60
Рис. 2. Зависимость изменения удельной поверхности цемента М400 (Б,', см2/г)
от времени помола (^ мин)
Цемент в шаровой мельнице подвергался доизмельчению в течение 1 ч. Величина удельной поверхности цемента М400 достигла 5146 см 2/г при исходной 2600 см2/г (кривая 1). Роторная мельница с зубчатоподобным зацеплением способна образовать такую же величину удельной поверхности 5220 см2/г за 12 мин (кривая 2). Разница во времени объясняется высокоскоростным измельчением частиц материала цемента в роторных мельницах с зубчатоподобным зацеплением под действием касательных напряжений истирания [7, 8].
Установлено, что при домоле цемента в роторной мельнице с зубчатопоб-ным зацеплением тонкость помола достигается с меньшими затратами энергии, чем в шаровой мельнице.
С увеличением частоты вращения ротора тонкость продукта увеличивается.
С увеличением времени помола тонкость помола увеличивается по степенной функции:
Д-71 = аР1 ,
где п - показатель степени.
Однако существует некоторый предел, при котором тонкость помола увеличиваться больше не будет.
Заключение
Роторные мельницы с зубчатоподобным зацеплением, разработанные в МА-ДИ, являются высокоэффективным оборудованием для получения тонких порошков. Оборудование при необходимости может быть использовано в технологии получения наноматериалов, применяемых в дорожном строительстве. Мельницы обеспечивают высокую экономию энергозатрат и широкий диапазон регулирования тонкости измельчения. Результаты исследования могут быть использованы в том числе и при проведении экспертизы дорожно-строительных материалов в части качества дисперсности дорожно-строительных материалов.
Список источников
1. Авторское свидетельство № 1443958 СССР, МПК В02С 17/00 (2006.01). Измельчитель : № 4212564/31-33 : заявл. 20.03.1987 : опубл.15.12.1988/ В. И. Баловнев, Л. Б. Белоногов, В. А. Анферов, К.С. Пустовойт ; заявитель Пермский политехнический институт. - 3 с. : ил.
2. Ковалева, Я. А. Анализ оборудования для измельчения материалов, применяемых в дорожном строительстве / Я. А. Ковалева, Н. П. Ремарчук // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. - 2007. - № 38. - С. 143-144. - ЕБЫ ОТиАШ.
3. Анферов, В. А. Определение основных параметров роторно-шаровой мельницы : специальность 05.05.04 «Дорожные и строительные машины» : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / В. А. Анферов; МАДИ. -Москва, 1990. - 21 с. - Место защиты: МАДИ. - Библиогр.: с. 20-21.
4. Данилов, Р. Г. Механизм тонкого измельчения в роторных мельницах с зубчатоподоб-ным зацеплением / Р. Г. Данилов // Строительные и дорожные машины. - 1997. - №12. - С. 29-31.
5. Данилов, Р. Г. О тонкости помола в роторных мельницах с зубчатоподобным зацеплением / Р. Г. Данилов // Повышение эффективности машин для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог: сб. науч. тр. МАДИ (ТУ). - М., 1998. - С. 61-65.
6. Баловнев, В.И. Оборудование интенсифицирующего действия для измельчения дорожно-строительных материалов: обзорная информация / В. И. Баловнев, В. А. Анферов, Л. А. Хмара. - Москва: ЦНИИТЭстроймаш, 1989. - Вып. 3. - 42 с.
7. Баловнев, В. И. Установка с мельницей интенсифицирующего действия / В. И. Баловнев, Р. Г. Данилов // Строительные и дорожные машины. - 2001. - № 9. - С. 10-11.
8. Баловнев, В. И. Высокоэффективное оборудование для тонкого измельчения строительных материалов / В. И. Баловнев, Р. Г. Данилов // Строительные и дорожные машины. - 2009. - № 12. - С. 24-27.
References
1. Balovnev V. I., Belonogov L. B., Anferov V. A., Pustovojt K. S. Copyright certificate 1443958 A1, 15.12.1988.
2. Kovaleva Уа. A., Remarchuk N. P. Vestnik Harkovskogo nacionalnogo avtomobilno-dorozhnogo universiteta, 2007, no. 38, рр. 143-144.
3. Anferov V. A. Opredelenie osnovnyh parametrov rotorno-sharovoj melnicy (Determination of the main parameters of a rotary ball mill), Candidate's thesis, Moscow, MADI, 1990, 21 p.
4. Danilov R. G. Stroitelnye i dorozhnye mashiny, 1997, no. 12, рр. 29-31.
5. Danilov R. G. Povyshenie effektivnosti mashin dlya stroitelstva, remonta i soderzhaniya avtomo-bilnyh dorog, Sbornik trudov, Moscow, MADI (TU), 1997, рр. 61-65.
6. Balovnev V. I., Anferov V. A., Hmara L. A. Oborudovanie intensificiruyushchego dejstviya dlya izmelcheniya dorozhno-stroitelnyh materialov: obzornaya informaciya (Intensifying equipment for crushing road construction materials: overview), Moscow, CNIITEstrojmash, 1989, iss. 3, 42 p.
7. Balovnev V. I., Danilov R. G. Stroitelnye i dorozhnye mashiny, 2001, no. 9, рр. 10-11.
8. Balovnev V. I., Danilov R. G. Stroitelnye i dorozhnye mashiny, 2009, no. 12, рр. 24-27.
Информация об авторах Р. Г. Данилов - кандидат технических наук, заведующий отделом Центра Спецавтомобили НАМИ.
Г. В. Кустарев - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой дорожно-строительных машин МАДИ. Н. М. Андрюхов - ассистент МАДИ.
Information about the authors R. G. Danilov - Candidate of Sciences (Technical), Head of the department of the Center for Special Vehicles NAMI.
G. V. Kustarev - Candidate of Sciences (Technical), Associate Professor, Head of the Department of Road Building Machines MADI. N. M. Andryukhov - assistant MADI.
Статья поступила в редакцию 10.05.2023; одобрена после рецензирования 08.06.2023; принята к публикации 08.06.2023.
The article was submitted 10.05.2023; approved after reviewing 08.06.2023; accepted for publication 08.06.2023.
