CC BY
10
УДК 621.928.26
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-343-348
ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ФОРМЫ ДИСКОВ ВАЛКОВОГО ГРОХОТА
С ПОДВИЖНЫМИ ФАРТУКАМИ
А.В. Кондратьев, В.Ю. Анцев, С.П. Смородов, А.А. Гусаров
В статье приводится сравнительный анализ движения частицы по вращающимся многогранным и круглым дискам валкового грохота с подвижными фартуками. Получены зависимости времени нахождения частицы непосредственно на поверхности сита от варьирования кинематических параметров разделительного устройства. Прогнозируется и доказывается целесообразность применения круглых дисков на основе результатов грохочения гравия.
Ключевые слова: валы, частица, частота вращения дисков, скорость движения фартуков, время нахождения на дисках, гравий, эффективность грохочения.
Известные результаты исследований процессов разделения сыпучих смесей показали несомненное преимущество валковых сортировок по сравнению с барабанными и вибрационными устройствами, как по эффективности, так и по производительности процесса грохочения [1-3]. Однако, низкая эксплуатационная надежность валковых грохотов, например, при разделении твердых включений, таких как гравий или щебень, является основным препятствием широкого их использования в дробильно-сортировочных комплексах. Данный недостаток вызван частыми заклиниваниями твердых включений между вращающимися дисками и валами вследствие постоянно изменяющегося расстояния между ними, что обусловлено многогранной формой дисков [4, 5]. Вследствие этого твердое включение, попавшее в промежуток между диском и стоящим рядом валом, когда расстояние между ними максимальное, подается диском в сторону вала, что приводит к остановке работы разделительного устройства или его поломке. Варьирование указанного промежутка происходит в пределах разницы диаметров описанной и вписанной окружностей диска, и чем эта разница будет больше, тем вероятность заклинивания будет выше. Устранение данного негативного явления можно достичь за счет применения на валах устройства круглых дисков, когда зазор между торцом диска и валом при их вращении остается неизменным. При этом невысокую транспортирующую способность круглых дисков можно компенсировать путем размещения над поверхностью дисков подвижных фартуков, обеспечивая тем самым высокую эффективность процесса грохочения без снижения производительности [6, 7]. Для обоснования рациональной формы дисков необходимо было изучить характер движения частицы по ним, сопоставляя время полета включения и время его нахождения на поверхности сита в общем времени движения по просеивающей поверхности. Данная оценка движения частицы исходит из того, что чем больше времени частица соприкасается с дисками, тем меньше будет время ее полета и тем выше будет вероятность ее просеивания [8]. На завершающем этапе исследований необходимо провести сравнительный анализ эффективности грохочения сыпучего материала на валковом сите с многогранными и круглыми дисками.
Для достижения поставленной цели исследования проводили на стенде валкового грохота с подвижными фартуками, общий вид которого представлен на рис. 1. Экспериментальный стенд состоял из шести валов, на которых поочередно устанавливались многогранные (восьмигранные) и круглые диски. Боковая стенка валкового сита была выполнена из оргстекла для фиксации траектории движение частицы с помощью камеры. В качестве частицы использовали костяной шар и каменное включение. В ходе проведения эксперимента изменяли частоту вращения валов с дисками n в пределах 30 ... 90 об/мин и скорость движения фартуков уф в интервале 0,22 ... 0,42 м/с. Путем покадровой разборки траектории движения частицы определяли время ее нахождения непосредственно на поверхности сита и соответственно время ее полета. Для сравнительной оценки эффективности процесса грохочения использовали гравийную смесь, при этом границы изменения кинематических параметров валкового сита были следующие: n = 40.. .140 об/мин; уф = 0,25.0,67 м/с.
Сначала изучали влияние частоты вращения дисков на время нахождения частицы (шара) на поверхности сита по отношению к общему времени движения включения на разделительном устройстве при постоянной скорости движения фартуков Уф = 0,32 м/с.
В данном случае следует отметить, что независимо от скорости вращения валов и формы дисков,
343
общее время движения частицы по рабочей поверхности устройства остается неизменным, поскольку средний показатель скорости движения включения определяется скоростью перемещения фартуков. Процентный показатель времени нахождения частицы (шара) на дисках в зависимости от частоты вращения валов представлен на рис. 2, где можно наблюдать снижение времени соприкосновения включенияс поверхностью сита при увеличении скорости вращения валов, как на многогранной, так и на круглой форме дисков. При этом, можно наблюдать значительное снижение с 96 % до 15...20 % времени ^ частицы на поверхности многогранных дисков (линия 1) с соответствующим возрастанием времени полета шара от 4 до 80.85 % при повышении п. Вместе с тем, увеличение частоты вращения валов с круглыми дисками (линия 2) приводит к небольшому снижению времени ^ в пределах всего 16 %, изменяясь от 84 до 68 %. Поэтому время полета составляет в среднем 24 %. Данное обстоятельство указывает на слабую зависимость времени нахождения частицы непосредственно на просеивающей поверхности от частоты вращения круглых дисков.
Рис. 1. Общий вид экспериментального стенда валкового грохота с подвижными фартуками
№ 100
и о и о
я
«
о я
X
а
^
и о
с
«
я
а
и
75
50
25
2
\д
Д 1
20
36
52
68
84
100
Частота вращения дисков п ,об/мин
Рис. 2. Зависимость времени нахождения шара на поверхности сита от п: 1 - восьмигранные диски; 2 - круглые диски
На рис. 3 показано влияние скорости движения фартуков на время ^ нахождения шара на поверхности восьмигранных дисков (линия 1) и на круглых дисках (линия 2) при п = 60 об/мин. Здесь также можно наблюдать существенное преимущество по времени ^ на грохоте с круглыми дисками. Показатель времени нахождения шара на круглых дисках не опускался ниже 70 % во всем интервале изменения Уф. Одновременно происходило возрастание ^ от 27 до 60 %
на грохоте с восьмигранными дисками при повышении скорости движения фартуков.
0
100
и о и о
я
«
о я X а
о
с «
я ^
а
и
80
60
40
20
О - 2
и-* 1
0,2
0,26 0,32 0,38
Скорость движения фартуков v ф, м/с
0,44
Рис. 3. Зависимость времени нахождения шара на поверхности сита от Уф: 1 - восьмигранные диски; 2 - круглые диски
Почти аналогичные зависимости t = f (Уф) получены при движении по ситу отдельного
каменного включения для восьмигранных дисков (линия 1) и для круглых дисков (линия 2) (рис. 4). На графиках наблюдается заметно большая зависимость времени нахождения камня на сите с многогранными дисками от скорости движения фартуков, чем на устройстве с круглыми дисками. При этом если на восьмигранных дисках время t составляло от 65 % до 84 %, то на круглых дисках t изменялось в пределах 84.. .94 %.
Таким образом, изучение движения частицы по валковому ситу показало существенное повышение времени контакта включения с просеивающей поверхностью при использовании на грохоте круглых дисков во всем диапазоне изменения кинематических параметров валкового устройства.
Показатели сравнительных исследований процесса грохочения гравия в зависимости от частоты вращения валов на сите с восьмигранными и круглыми дисками полностью подтвердили выводы предварительного изучения движения частиц по валковому грохоту (рис. 5) [9]. С повышением n от 40 до 140 об/мин на устройстве с восьмигранными дисками происходило резкое снижение эффективности Е грохочения гравия с 99 % до 75 % (линия 1). В то же время на грохоте с круглыми дисками Еоставалась в пределах 96.98 % во всем диапазоне изменения n (линия 2).
^ 100
я ч я s-о о я
й а и ш о я й я
а
га
90
80
70
60
^__
1
0,2
0,26 0,32 0,38
Скорость движения фартуков v ф, м/с
0,44
Рис. 4. Зависимость * от уф при движении камня: 1 - восьмигранные диски;
2 - круглые диски
Несколько более высокая результативность процесса грохочения была получена на круглых дисках (линия 2) в сравнении с многогранными (линия 1) и при изменении скорости движения фартуков Уф в интервале 0,25.0,67 м/с (рис. 6) [9].
100
«
я я
(D
V $
о а
-е -е со
93
86
79
72
—^-1 г 2
Д 1
30
60 90 120
Частота вращения дисков n , об/мин
150
Рис. 5. Зависимость эффективности грохочения гравия от частоты вращения дисков: 1 - восьмигранные диски; 2 - круглые диски
«
я я
(D V
о У. о а
100
96,5
93
о я я я
Ё
(D
-е -е со
89,5
86
Ä1
0,22
0,34
0,46
0,58
0,7
Скорость движения фартуков v ф, м/с
Рис. 6. Зависимость эффективности грохочения гравия от скорости движения фартуков: 1 - восьмигранные диски; 2 - круглые диски
В итоге проведенных исследований была обоснована круглая форма дисков для валкового грохота с подвижными фартуками. Использование круглых дисков значительно увеличивает время нахождение частиц непосредственно на просеивающей поверхности без снижения транспортирующей способности валкового грохота, вследствие чего достигаются высокие показатели эффективности фракционирования каменных материалов. Одновременно круглая форма дисков является более рациональной и с позиции предотвращения заклинивания твердых включений между рабочими элементами валкового сита, что повышает его эксплуатационную надежность. Дальнейшее совершенствование валкового грохота с подвижными фартуками позволит существенно расширить область применения таких разделительных устройств на дробильно-сортировочных комплексах горноперерабатывающей промышленности и на машинах для производства и переработки нерудных строительных материалов.
Список литературы
1. Юдин А.В., Шестаков В.С. Выбор оборудования и оценка схем мобильных карьерных комплексов при отработке закарстовых месторождений // Известия вузов. Горный журнал. 2017. № 1. С. 92-100.
2. Шабельник Б.П. Разработка технологического процесса очистки корнеплодов и создание конвейеров очистителей свеклоуборочных машин: дис. ... докт. техн. наук: Харьков, 1986. 497 с.
3. Хомяков А.Г., Новиков А.В. Оценка производительности сепараторов камнеуборочных машин: Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1984. № 3. С. 37-39.
346
4. Socher H. Entwicklung eines Scheibenrostsiebes fur Krumenentsteinungsmashienen // Agrartechnik. 1977. № 27. S. 26-28.
5. Выбор конструктивных схем и расчет параметров валковых сортировок / А.В. Кондратьев, С.М. Кочканян, И.С. Вовченко // Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел, деталей технологического и энергетического оборудования: межвуз. сб. науч. тр. Тверь: ТГТУ, 2012. С. 80-85.
6. Ротационный сепаратор: а. с. 1344283 СССР. № 4071082/29-15/ Кондратьев А.В., Мясников А.Б., Самсонов Л.Н., Дунаев Н.С., Жуков А.Н.; завл. 26.05.86; опубл. 15.10.87, Бюл. 38. 3 с.
7. Сепарирующе-транспортирующее устройство: пат. 2004095 Рос. Федерация. № 4854992/15/ Кондратьев А.В., Мясников А.Б., Кочканян С.М., Иванов Е.И., Пупенков М.Н.; за-явл. 27.07.90; опубл. 15.12.93, Бюл. 45-46. 3 с.
8. Абдуллах А.К. Обоснование конструкции и параметров валкового грохота для сортировочных комплексов дорожно-строительных маши: автореф. на соиск. ученой степ. канд. техн. наук: 05.05.04 - дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины. Тверь, 2014. 19 с.
9. Kondratiev A., Smorodov S., Antsev V., Kirichek A. Improving the efficiency of the roller screen with circular disks. В сборнике: International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE 2018) electronic edition. Сер. «MATEC Web of Conferences», 2018. P. 02068.
Кондратьев Александр Владимирович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, avkondr@yandex.ru, Россия, Тверь, Тверской государственный технический университет,
Анцев Виталий Юрьевич, д-р техн. наук, профессор, заведающий кафедрой, anzev@yan-dex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Смородов Сергей Петрович, старший преподаватель, ssp. tver@yyandex. ru, Россия, Тверь, Тверской государственный технический университет,
Гусаров Андрей Александрович, доцент, Gusarov-A-A@yandex.ru, Россия, Тверь, Тверской государственный технический университет
JUSTIFICATION OF THE RATIONAL FORM OF DISKS ROLLER SCREEN WITH MOVABLE
APRONS
A.V. Kondratiev, V.Y. Antsev, S.P. Smorodov, A.A. Gusarov
The article presents a comparative analysis of the particle motion on rotating polyhedral and round disks of a roller screen with movable aprons. The dependences of the particle residence time directly on the sieve surface on the variation of the kinematic parameters of the separation device are obtained. The expediency of using round discs based on the results of gravel screening is predicted and proved.
Key words: shafts, particle, disk rotation speed, apron movement speed, time spent on disks, gravel, screening efficiency.
Kondratiev Alexander Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, avkondr@yandex.ru, Russia, Tver, Tver State Technical University,
Antsev Vitaly Yurievich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, anzev@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Smorodov Sergey Petrovich, senior lecturer, ssp.tver@yandex.ru, Russia, Tver, Tver State Technical University,
Gusarov Andrey Alexandrovich, docent, Gusarov-A-A@yandex.ru, Russia, Tver, Tver State Technical University
