CC BY
14
УДК 622.646
К ПРОБЛЕМЕ ВЫПУСКА СВЯЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ ВИБРАЦИОННЫМ СПОСОБОМ
Людмила Ивановна Гендлина
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории вибротехники, тел. (383)217-06-12, e-mail: gen@misd.ru
Самуил Яковлевич Левенсон
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, зав. лабораторией вибротехники, тел. (383)217-06-76, e-mail: lev@misd.ru
Представлен анализ возможностей использования вибропитателей разных конструкций для выпуска связных материалов. Предложено виброустройство с гибким рабочим органом, позволяющее обеспечить равномерное перемещение сыпучей массы с существенным сцеплением, приведена его техническая характеристика.
Ключевые слова: вибропитатель, вибровыпуск, связный материал, затухание колебаний.
VIBRATORY TECHNIQUE TO YIELD COHESIVE MATERIALS
Lyudmila I. Gendlina
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Senior Researcher, Vibrotechnique Laboratory, tel. (383)230-05-05, extension 317, e-mail: gen@misd.ru
Samuil Ya. Levenson
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Ph. D., Head of Vibrotechnique Laboratory, tel. (383)205-30-30, extension 312, e-mail: lev@misd.ru
The feasible application of different-design vibrofeeders to yield cohesive materials is analyzed. A vibration device with the flexible active member for coherent materials uniform movement is proposed. The specification of the device is provided.
Key words: vibrofeeder, vibroyield, cohesive material, vibration damping.
При переработке минерального сырья в горном и строительном производстве требуется перемещать большие объемы сыпучей массы, которая представляет собой многокомпонентные смеси геоматериалов с различными физико-механическими свойствами. Как правило, эти смеси включают глинистые составляющие, существенно увеличивающие связность материала при повышении его влажности. Технологическими линиями предусматривается временное хранение этих материалов в накопительных емкостях. Последующая выгрузка осуществляется либо гравитационным способом, либо с помощью питателей различных конструкций, среди которых широко используются вибропитатели. Их разработкой занимаются многие организации как в нашей стране, так и за рубежом. Создаваемые ими вибропитатели предназначены для перемещения сыпучих материалов, не склонных к налипанию, что и указывается в их технической характеристике. Выпуск горной массы с глинистой составляю-
щей сопровождается налипанием, а при низких температурах намерзанием материала на грузонесущей поверхности.
Принципиальное отличие вибропитателей, созданных в Институте горного дела СО РАН [1], заключается в том, что рабочий орган, имеющий малую жесткость в поперечном направлении, совершает изгибные колебания, обеспечивающие процесс выпуска. Продольные колебания рабочего органа пренебрежимо малы из-за большого трения между рабочим органом и основанием, на котором он свободно размещается. Питатели этого класса просты по конструкции, имеют малую металлоемкость, надежно работают под завалом горной массы и при отрицательных температурах. Но их существенный недостаток - значительная величина затухания колебаний от виброисточника вдоль рабочего органа, поэтому амплитуда колебаний на загрузочном участке рабочего органа может быть в десятки раз меньше, чем у вибровозбудителя, что снижает скорость перемещения материала и увеличивает время его пребывания на вибрирующей грузонесущей поверхности. Это является одной из причин уплотнения сыпучей массы на загрузочном участке питателя. Эффективность работы машины резко снижается с увеличением связности выпускаемого материала.
Для устранения отмеченного недостатка вибропитателей с упругим рабочим органом была принципиально изменена их конструктивная схема. В новой конструкции рабочий орган малой изгибной жесткости в подвешенном состоянии опирается на упругие опорные элементы, установленные по нормали к концевым участкам грузонесущей поверхности. Каждый опорный элемент одним концом жестко связан с рабочим органом, а другим - с рамой и работает на изгиб. Благодаря такой конструкции реализуются продольные колебания рабочего органа, что позволяет существенно увеличить вибрацию на загрузочном участке виброустройства.
Закономерности выпуска связных материалов вибропитателем с гибким рабочим органом, взаимосвязь его конструктивных и динамических параметров с характеристикой выпускаемого материала изучались методом физического моделирования [2,3]. В статье приведены некоторые результаты исследования.
На рис. 1 показан график распределения вдоль рабочего органа амплитуды продольной и поперечной составляющих виброскорости. Начало координат выбрано в точке приложения вынуждающей силы на расстоянии 0,5 метра от кромки разгрузочного участка рабочего органа, отсчет координат - в сторону загрузочного участка. Масса выпускаемой супеси 450 кг, ее влажность 12.5 %, измерения проводились в начальный момент выпуска, допуская несущественное изменение величины нагрузки на грузонесущей поверхности.
Из приведенных на рисунке результатов следует, что продольная составляющая вносит значительный вклад в результирующее колебание рабочего органа, вибрация загрузочного участка которого осуществляется практически только за счет этой составляющей (кривые 1б, 2б), поперечная составляющая колебаний почти полностью затухает.
Затухание колебаний является объективной причиной, оказывающей негативное влияние на скорость перемещения материала по рабочему органу. Экспериментально установлено, что при неизменных конструктивных параметрах среди факторов, влияющих на затухание колебаний по длине рабочего органа, основными являются масса и сцепление перемещаемого материала.
и-10"2, м/с 1а 2а 1б 2б
45
30
15
0
0,50 0,75 1,00 1,25 1,50
Ь, м
Рис. 1. Распределение амплитуды виброскорости вдоль рабочего органа:
частота колебаний:1 - 31 Гц; 2 - 28 Гц; составляющие колебаний: а - поперечная; б - продольная
\ / \ / \ / \ / / / / /
V \ / V у / ! /
/ ---__V /
\ 7 N ^ ~
Затухание оценивалось по безразмерной амплитуде колебаний аоз загрузочного участка рабочего органа, представляющей отношение амплитуд виброскорости на этом участке и на участке приложения вынуждающей силы. С увеличением массы материала на рабочем органе аоз сначала резко уменьшается, что связано с ростом затухания (рис. 2, кривая 1), так при увеличении массы от 150 кг (100 кг/м) до 470 кг (320 кг/м) параметр аоз уменьшился почти в 2 раза.
а0з
2, б
1 б
2 а
1, а
б, кг
Рис. 2. Зависимость безразмерной амплитуды виброскорости загрузочного участка рабочего органа от массы выпускаемого материала: влажность материала:
1 - 12 %; 2 - 14.4 %; частота колебаний: а - 26.5 Гц; б - 30 Гц
При последующем увеличении массы ее влияние постепенно слабеет и ограни-
и и м и 11 /
чивается величинои, называемой присоединенном массой (в рассматриваемом варианте это 950.. .1000 кг). Дальнейшее увеличение нагрузки на рабочий орган не оказывает заметного влияния на колебательный процесс.
Эксперименты также показали, что сцепление связного материала неоднозначно влияет на затухание колебаний. При одинаковых условиях и постоянной по величине массе материала на рабочем органе увеличение его влажности в диапазоне 9 - 12 % не вызывает заметного изменения параметра аоэ (рис. 3). При дальнейшем росте влажности до 14 - 16 % затухание существенно уменьшается (растет безразмерная амплитуда аоэ).
tв, с
90 ■
80 .
70 ■
60 ■
50 ■
40 ■
30 ■
20 .
10 ■ 0
2, а 2, б
1, а
1, б
4
< 1 >
13 14
15 16 %
Рис. 3. Зависимость амплитуды аоэ виброскорости загрузочного участка рабочего органа и времени ¿в выпуска связного материала от его влажности: масса материала: 1 - 320 кг, 2 - 450 кг, 3 - 650 кг; частота колебаний: а - 26,5 Гц, б - 30 Гц; 4 - время выпуска: масса материала 450 кг, частота колебаний 30 Гц
Ослабить негативное влияние затухания можно за счет увеличения продольной составляющей колебания, например, используя направленную вынуждающую силу. Установлено, что интенсивность колебаний на загрузочном участке рабочего органа существенно зависит от угла вибрации и возрастает с его уменьшением. По результатам экспериментов рекомендуется выбирать этот угол в интервале 35°... 500. При меньших углах вибрации и прочих равных условиях снижение амплитуды поперечных колебаний приводит к уменьшению как толщины перемещаемого слоя материала, так и скорости его движения, что в итоге замедляет процесс выпуска.
Результаты исследования процесса вибровыпуска связных материалов были использованы при создании питателя (рис. 4). Его рабочий орган 1, выполненный из стального листа толщиной 5 мм, в подвешенном состоянии размещается на раме 2 с помощью упругих элементов, закрепленных на концевых участках, что позволило реализовать продольные колебания питателя и усилить вибрацию на его загрузочном участке. Рабочий орган и рама, представляющая собой короб, образуют емкость с загрузочным и разгрузочным окнами, при этом рабочий орган является днищем этой емкости. В качестве источника колебаний используется инерционный вибровозбудитель.
Рис. 4. Экспериментальный образец вибропитателя для выпуска сыпучих
материалов, в том числе связных:
1 - рабочий орган; 2 - рама
Испытания показали, что питатель способен надежно перемещать связные материалы без налипаний на рабочий орган. При указанных в таблице параметрах вынуждающей силы производительность выпуска супеси с содержанием глинистой составляющей около 10 %, влажностью 13,5 % составила 55 - 60 т/ч.
Таблица
Техническая характеристика питателя
Габаритные размеры, мм:
длина 1500
ширина 664
высота 1050
Площадь выпускного окна, м2 0.27
Масса, кг 160
Частота колебаний, Гц 35
Вынуждающая сила, Н 2400
Мощность вибровозбудителя, Вт 950
ВЫВОДЫ
В предложенной конструктивной схеме вибропитателя реализуется режим, позволяющий снизить отрицательное влияние затухания колебаний загрузочного участка рабочего органа.
Вибропитатель, созданный на основе результатов исследований, обеспечивает равномерный выпуск материалов с существенным сцеплением.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Тишков А.Я., Гендлина Л.И., Еременко Ю.И., Левенсон С.Я. Вибрационное воздействие на сыпучую среду при выпуске ее из емкости // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2000. - № 1. - С. 55-60
2. Гендлина Л.И., Еременко Ю.И., Куликова Е.Г., Левенсон С.Я. Совершенствование процесса вибрационного выпуска связных материалов из емкости // Горное оборудование и электромеханика.-2006. - №7. - С. 42 - 45
3. Левенсон С.Я., Гендлина Л.И., Глотова Т.Г., Алесик М.Ю., Морозов А.В. Энергосберегающие вибрационные устройства для выпуска связных материалов из емкостей на предприятиях горной промышленности // Горное оборудование и электромеханика. - 2010. -№ 10. - С. 8 - 12
© Л. И. Гендлина, С. Я. Левенсон, 2017
