CC BY
23Романович А. А., канд. техн. наук, проф.
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ВАЛКОВ НА ВЫХОДНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ
ПО ПОВЫШЕНИЮ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ИХ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
AlexejRom@mail.ru
В статье рассмотрены влияния скорости валков на производительность ПВИ, и условия повышения износостойкости их рабочей поверхности. Приведены выражения позволяющие определить размеры ячеек наплавляемой сетки, которые позволяют осуществить запрессовки измельчаемого материала в ячейки сетки.
Ключевые слова: измельчение, пресс-валковый измельчитель, валки, предуплотнение, разрушение.
Современная строительная индустрия базируется на переработке огромного количества нерудных материалов с различным минералогическим составом и физико-механическими свойствами (глин, песков, известняков, гранитов, базальтов и др.). При этом поиск, разведка, добыча нерудных материалов, а также их переработка сопровождаются значительными материальными и энергетическими затратами. Примерно около 10% всей мировой электроэнергии расходуется на процессы дробления и помол.
Указанные обстоятельства определяют большое внимание ученых и практиков к развитию технологии их переработки и конструктивному совершенствованию дробильно-помольного оборудования.
Известно, что использование пресс-валковых измельчителей (ПВИ) в качестве пре-дизмельчителя обеспечивает снижение удельного расхода электроэнергии помольных агрегатов на 25-35 % и повышение производительности на 15-40% [1,2]. Однако не высокая надежность в работе тормозит их широкое внедрение в производство.
Практика применения пресс-валков показала, что значительное влияние на работоспособность валков оказывают условия их эксплуатации и повышенный износ рабочих поверхностей валков.
Согласно, проведенных исследований износ поверхностей валков в значительной степени зависит от скорости их вращения. Фирма Ро1у81ш пользуется следующим правилом: окружная скорость вращения валка (м/с) не должна превышать диаметр валка (м), т.е. У<Б. Фирма Коррет принимает отношение У/Б< 1,3. Фирма КИБ принимает такие же значения для своих установок с меньшими диаметрами валков; для больших диаметров валков принимается У/Б<1.
Однако скорость вращения валков оказывает также существенное влияние на производительность агрегата, энергетические и качествен-
ные характеристики процесса измельчения. Поэтому с целью изучения влияния окружной скорости валков на выходные показатели процесса измельчения при различных усилиях измельчения были проведены исследования на экспериментальной модели пресс-валкового измельчителя.
Параметры установки были рассчитаны таким образом, чтобы они обеспечивали возможность регулирования факторов во всем диапазоне исследований. Принцип работы установки заключается в следующем. Исходный материал подается к вращающимся навстречу друг другу валкам 1,2 со сменными бандажами (Дср=0,4м, В=0,25м) (рис.1), имеющими различную величину конусности. Валки, один из которых установлен подвижно в опорах, имеют индивидуальный привод и приводятся в движение электродвигателями постоянного тока П42М3 через редуктор РЦД-350 (1=25) 4. Питание двигателей осуществлялось от сети переменного тока через выпрямители (типа В-200). Частоту вращения регулировали реостатами (типа АОМН-40-220-75-44). Для замера и контроля количество оборотов валков применяли электронный тахометр (типа ЦАТ-3М) с пределом измерений 0... 10000 мин-1. Для контроля потребляемой приводом мощности и цепь питания двигателей включали комбинированный прибор (типа Д-552). Распорное усилие, возникающее между валками при измельчении материала, измерялось с помощью манометра 5 с пределом измерений 250 МПа, соединенного с узлом амортизации 6. Изменение величины давления измельчения осуществлялось путем увеличения или уменьшения силы сопротивления пружины.
В качестве исследуемого материала принят известняк (осж=76 МПа) и клинкер (асж=23 МПа). Насыпная масса материалов составила: известняка - 1400 кг/м3.
Фракционный состав измельчаемых материалов представлен в таблице 1.
Рисунок 1. Экспериментальная установка пресс-валкового измельчителя
Таблица 1
Фракционный состав измельчаемых
Материал Весовое содержание фракций в % при размере зерен (мм)
1 1...3 3.5 5.7 7.10 10
Известняк 0,5 5,4 15,2 23,4 30,2 25,3
После обработки экспериментальных данных и перевода из кодированной формы в натуральную, уравнение для определения производительности при измельчении известняка примет вид:
диз=1517,83+298,43+1675,6и+2,759К-
-3874,8КфР-28,П67 $-166,345'>Зи-0,475К--35,815Кфр+164,58 и2+4,26 иК+319,7 оКфр+ +0,346К2+0,581ККфр +1708Кфр2
Анализ графической зависимости Е,М,р^=Г(о) рис. 2 позволило установить, что при увеличении окружной скорости вращения валков при измельчении а, следовательно, и скорости деформирования исследуемого материала в пределах от о=0,2м/с до о=0,9 м/с влечет за собой увеличение степени измельченности Е, она возрастает с ЕШв=37,2 % до ЕШв .=50,6% - на 36%. Потребляемая мощность привода растет пропорционально увеличению окружной скорости вращения валков. Так, например, при увеличении в диапазоне о=(0,32...0,9)м/с потреб-ляебмая мощность возрастает с Нкл=2,51х103 кВт до Нш=5,54х103 кВт. Увеличение окружной скорости вращения валков в пределах от о=0,32м/с до о=0,6м/с влечет за собой так же пропорциональный прирост приведенной производительности рКл=586,1 кг/ч до ркл=1062,3 кг/ч.
Однако, при увеличении окружной скорости вращения валков от о=0,6м/с до о=0,9 м/с снижается прирост приведенной производи-
тельности сначала незначительно, а затем более интенсивно. Снижение прироста значений р при о>0,6м/с обусловлено увеличением проскальзывания измельчаемых кусков материала относительно поверхности валков. Данное явление сказывается на характере изменения удельных энергозатрат, при увеличении значений о(о>0,6м/с) наблюдается прирост значений q, что свидетельствует об увеличении проскальзывания частиц материала относительно поверхности валков, что приводит к повышенному их износу рабочих поверхностей валков.
Е.% 50--
ио-'
30 20 10 +
0,кг/ч
Ы,х10 Вт д,Вт-ч/кг
и
и
1
0,8
0,6
0,2 0А 0,6
0,8
+ 5
и
А-з
2 + /
У,м/с
Рисунок 2. Влияние окружной скорости валков и усилия измельчения на выходные показатели процесса измельчения
Поэтому целесообразно применение технических приемов по уменьшению проскальзывания материалов относительно поверхности валков и, следовательно, уменьшения их износа, особенно при повышенных скоростях (о>0,6м/с) работы агрегатов.
В настоящее время известно большое количество технических приёмов, обеспечивающих повышение износостойкости и эксплуатационной надёжности агрегатов валкового типа: поверхностное упрочение рабочих поверхностей валков, использование съёмных сегментов с заданной рельефной поверхностью и геометрическим профилем, использование предварительно-напряженных сегментов и др. [4-6].
По нашему мнению, наиболее доступным и эффективным конструктивно-технологическим решением при измельчении анизотропных материалов, обладающих невысокой сыпучестью, является «самофутеровка» рабочей поверхности валков (или съёмных элементов) с помощью рифлей (рис. 3), нанесённых электродуговой сваркой или другими способами.
Рисунок 3. Схема самофутеровки рабочей поверхности валков ПВА. а - расположение ромбовидных ячеек на поверхности валков; б - элементарная ячейка
Выступающие над поверхностью валков наклонные (ёлочкообразные) рифли обеспечивают не только лучшие условия для захвата измельчаемых анизотропных материалов, обладающих малой сыпучестью, и доставку их в зону максимального силового воздействия - разрушения, но и равномерное перераспределение слоя шихты по ширине валков. Для исключения сдвигового деформирования измельчаемых частиц о рабочие поверхности валков в направлениях N и S (рис. 3) имеются боковые грани ромбовидных ячеек (АВ и СД) выполнены с меньшей высотой, чем наклонные. Это предохраняет поверхность валков от интенсивного абразивного износа. При этом для реализации принципа «самофутеровки» поверхности валков необходимо соблюдать условие [6]:
«(cos а + к) + 0,5(^ + kn2) cos а
4r
/g
(1)
п(cos а + к) + 0,25^2 cos а где: /о — коэффициент трения измельчаемого
материала о боковые стенки рифлей; П, к - величина кратности значений радиуса округлости Г ячеек сетчатой поверхности валков, соответственно, по их длине Iяч и ширине вяч; ОС -
угол наклона рифлей на поверхности валков.
Теоретические размеры элементарной ячейки при заданных значениях Г и (X определяем из следующих рассуждений. При а= р/2
АО = г^та; АС = 2г^та; АЗ = г/tga;
ББ = Ща ;
Тогда: АВ = АБ + ББ = г (1 + tg 2а)/tga Полагая длину ячейки
=_tg2 а
2
„ ,„ ß 2r(1-l = 2AB cos — = ——
tga
- cos а, а ширину
ячеики
ЛГТ „ . ß 2r(1 + tga) .
яч = ВД = 2 AB sin— = ^-^- sin а,
2 tga
после преобразований получим:
l ч = 2r I sin а; вч = 2r Icosa (2)
яч. ^ яч. 4 '
При а = 45 получаем ¡яч =вяч = —=, т.е.
л/2
ячейка приобретает форму квадрата.
Схема элементарной ячейки для данного случая представлена на рис.Зб.
Таким образом, используя выражения 1 и 2 можно определить размеры ячеек наплавляемой сетки, которые позволяют осуществить условия «самофутероки» (запрессовки измельчаемого материала в ячейки сетки).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Романович А.А. «Некоторые вопросы измельчения материалов в пресс-валковом измельчителе» Современные проблемы строительного машиностроения: Материалы седьмых академических чтений РААСН / А.А.Романович. Белгород. Гос. техн. акад. строит. мат. - Белгород, 200 1. -Ч . 2 . С .260-262.
2. Sevostianow W., Bogdanow W. Energiesparende Mahlaggregate mit niedriegen zerk-lenerungkleen. XI Internationale Baustaffund Sibi Rattagynd. Ibausil. Weimai, 1991.
1. Иоффе Р.С. Анализ напряжений и деформаций при прокатке порошков/ Р. С. Иоффе Порошковая металлургия. -М. 1974.-вып.2. -с.25...33.
2. Белый И.К. Исследование характера интенсивности износа формующих элементов вальцового пресса. / Белый И.К., Шилов П.М., Грузглина С. С.// Обогащение полезных ископаемых. Киев. - 1972, вып. 11. - с.16-19.
3. Миносян А.Г. Исследование процессов износа рабочих органов пресс-валковых измельчителей и совершенствование их конструкции / А.Г. Миносян. Автореферат на соискание ученой степени к.т.н. - Белгород; 2000 - 19с.
4. Романович А.А. Энергосберегающий помольный комплекс для переработки природных и техногенных материалов.// А.А.Романович. Монография. Белгород, БГТУ им. В.Г. Шухова, 2006г. 186с.
