CC BY
12Романович А.А., канд. техн. наук, Алёхин П.В., аспирант, Мещеряков С.А,. инженер
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРЕСС-ВАЛКОВОМ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕ
Graff_Pavel@mail. ru
В статье представлены аналитические исследования определения усилий измельчения анизотропных материалов в пресс-валковых измельчителях, описана разработанная авторами статьи конструкция пресс-валкового измельчителя с устройством для равномерной подачи анизотропных материалом.
Ключевые слова: измельчение, пресс-валковый измельчитель, валки, сжатие, разрушение.
В настоящее время на планете известно более тысячи различных твёрдых минералов. Известные горные породы отличаются между собой по минералогическому составу и строению (структуре и текстуре).
Минеральные породы, имеющие слоистую структуру и обладающие различными физико-механическими свойствами в различных направлениях, называются анизотропными.
Строение анизотропных материалов определяется геодезическими процессами, происходящими в земной коре, а также воздействием внешних факторов: тектоническими перемещениями в земной коре, её деформацией, а также происходящими процессами: давлением, температурой, выветриванием и др.
Анизотропные горные породы широко распространены в недрах земли и являются очень часто сопутствующими минеральными, порода-
Физико-механические характеристики
ми при добыче полезных ископаемых и как правило накапливаются в отвалах и требуют дополнительной переработки. Только на месторождениях Курской магнитной аномалии их разведано и разрабатывается около 1 млрд. м3, что свидетельствует о целесообразности поиска путей их рационального использования и переработки.
Многочисленные исследования учёных [13] подтверждают прямую зависимость коэффициента анизотропии К ' " 1
Кан --:
где а± ,ст.
- соответственно, предел прочности анизотропного материала в направлении, перпендикулярном слоистости минерала и предел прочности материала в направлении, параллельном слоистости минерала ( табл.1).
Таблица 1.
№ Наименование Физико-механические характеристики
п.п материала Истинная плотность, кг/м3 Объёмная масса, кг/м3 Средневзвешенный размер частиц, 10 м Насыпная плотность, кг/м3 Прочность при сжатии, МПа Коэффициент анизотропии, K ан
8 i 8
1. Известняк органогенный плотный 2480 2320 7,3 1420 95 65 1,46
2. Метаморфический сланец трещиноватый 2740 2690 4,9 1740 130 59 2,2
3. Кварцитопесчаник полосчатый 2650 2580 0,9 1540 112 46 2,43
Анализ и комплексные научно-технические исследования процессов разрушения анизотропных материалов осуществляется в различных дробильно-помольных агрегатах [1-6] показывает, что при организации процесса крупного и мелкого дробления анизотропных материалов
необходимо учитывать не только их специфические особенности, но и условия организации самого процесса измельчения:
- условия загрузки материалов лещадной формы и направленного их движения;
- направления приложения силовой нагрузки при их разрушении;
- технологические схемы организации процессов измельчения материалов на каждой стадии их переработки (классификация измельченных продуктов, внутренний и внешний рецикл измельчаемых материалов, сепарация тон-коизмельчённых частиц и др.);
Разработанные и используемые в промышленности конструкции дробильно-помольных агрегатов, как правило, не позволяют учитывать специфические особенности и использовать скрытые резервы энергосбережения анизотропных материалов, что в значительной степени повышает энергозатраты на их переработку.В этой связи весьма важным направлением является поиск теоретических закономерностей и разработка конструктивно-технологических решений по установлению наиболее рациональ-
ных условий разрушения анизотропных материалов.
Известно, что использование пресс-валковых изсмельчителей (ПВИ) обеспечивает снижение удельного расхода электроэнергии на 25-40%, в зависимости от свойств материалов, и повышение производительности помольных агрегатов на 15-40% .
Высокую эффективность использования ПВИ подтверждает так же и положительный опыт эксплуатации пресс-валковых измельчителей за рубежом и проведенные нами экспериментальные исследования по измельчению материалов различной прочности.
Разработанная нами конструкция пресс-валкового измельчителя с устройством для загрузки материалов (рис. 1) позволяет осуществить направленную подачу материалов в межвалковое пространство и создавать воздействие на измельчаемую шихту вдоль линий их наименыпего сопротивления.
Рис. 1 Пресс валковый измельчитель с устройством для подачи анизотропных материалов 1 - валок; 2 - загрузочный бункер; 3 - направляющие устройство; 4 - валик; 5 - валик; 6 - внутренние подвижные стенки бункера; 7 - опора; 8 - рольганг; 9 - пружинный элемент; 10 - опора; 11 - телескопические направляющие; 12 - пружинный элемент; 13 - ось; 14 - направляющая стенка.
Конструкция пресс-валкового измельчителя, представляет собой два валка установленных на раме и вращающихся на встречу друг другу над которыми расположен загрузочный бункер с закрепленными в нем двумя направляющими устройствами и валиками.
Пресс-валковый измельчитель для измельчения анизотропных материалов, работает следующим образом. Материал, например кварци-топесчаник, базальтовые отходы, сланцы, шлаковые отходы и другие ( имеющие анизотропную структуру ), подается в загрузочный бун-
кер, где захватывается между поверхностями валиков и рольгангов , поворачивается в направленни вдоль линии их слоистости и подается к валкам.
Анизотропный материал, поступаемый в межвалковое пространство, подвергается измельчению под действием высокого давления
сжатия между валками в направлении наименьшего его сопротивления перпендикулярно линии слоистости материала.
Однако широкому внедрению пресс-валковых измельчителей у нас в стране препятствует отсутствие научно-обоснованной методики их расчета и проектирования.
Рис. 2. Экспериментальная установка Пресс-валкового измельчителя с устройством для направленной подачи
анизотропных материалов
N =
ПВА
N.
тр
Одним из важных показателей при измельчении материалов является потребляемая мощность двигателя агрегата.
При измельчении анизотропных материалов в ПВИ с устройством для направленной подачи выполняется ряд технологических операций:
- равномерное и направленное распределение шихты по ширине валков и ее предварительное уплотнение;
- раздавливающее-сдвиговое деформирование слоя анизотропных тел в межвалковом пространстве;
- промежуточная классификация измельченного материала и транспортирование на измельчение.
Суммарная мощность привода ПВИ, затрачиваемая на выполнение вышеуказанных технологических операций, может быть определена по формуле
^.В. = МР ■ Ло2 Ру„./0
Где /^-коэффициент трения материала о валок; г - радиус валка
Мощность, затрачиваемая валками на измельчение анизотропных материалов, N , определяется крутящим моментом (моментом
Np. В .+ N
+ N.
(1)
где N в - мощность, затрачиваемая направляющими валками, Вт;
- мощность, затрачиваемая на измельчение анизотропных материалов валками, Вт;
- мощность, затрачиваемая на пре-
одоление сил трения в подшипниках валков, Вт;
Мощность привода, затрачиваемая направляющими и уплотняющими валками, определяется максимальным моментом сопротивления Мкр от действия силы трения Гтр = Рупл.мах /о
между рабочей поверхностью валка и слоем уплотняемого материала.
Л ■г ■а, Вт
(2)
сопротивления) м , необходимым для враще-
ния валков при измельчении материалов.
Максимальный крутящий момент равен:
Жзм = 2Мкр ■ R = 2Р ■ R ■ В ■ I = 2Р ■ R ■ В .
(3)
Мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения в подшипниках валков зависит от момента трения Мтр, возникающий в цапфах опорных валов который равен:
Ррез ^пр ^ ц
_ _рез J пР ц
тр
2
(4)
где
P
рез
- результирующая сила от макси-
мального усилия измельчения Р и силы тяжести валка (, Н; / - приведенный к валу коэф-
N = (2Ру„/о • г + 2Р• R
фициент трения качения, /пр; ^ - диаметр
цапфы валка, м.
Результирующая сила определяется по формуле:
Ррез = >/ Р + , тогда Мтр = й Ф'2 + ( /,р • йц (5)
Суммарная мощность привода ПВА, затрачиваемая на выполнение вышеуказанных технологических операций, может быть определена по формуле
2• В?,тан +й .¡Р2 + (2 /пр • йц )1щ (6)
Таким образом, полученное уравнение позволяет определить величину потребляемой мощности приводом ПВИ с устройством для направленной подачи анизотропных материалов и в значительной степени снизить энергозатраты на их измельчение за счет направленного силового воздействия вдоль линии наименьшей прочности материала.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гридчин АМИсследование процесса измельчения анизотропных материалов в пресс-валковых агрегатах./ Гридчин А.М., Севостьянов В.С., Лесовик В.С., Редькин Г.М., Романович А.А., Колесников А.В.// Известия ВУЗов. Строительство. -2007 - № 9, С. 71-78.
2. Лесовик В.С. Об использовании в производстве строительных материалов кристаллических сланцев железорудных месторождений КМА./ Лесовик В.С., Кузнецова А.П., Соколов Н.А.// Комплексное использование нерудных пород КМА в строительстве. -М.; Транспорт. 1976. - 112-119.
3. Севостьянов В.С. Расчёт и проектирование пресс-валковых измельчителей/ В.С. Севостьянов// Белгород; Изд. БТИСМ, 1994. - 136 с.
4. Половинкина Ю.И. Структуры и текстуры изверженных и метаморфических горных пород. Ме-тафорфические горные породы. /Ю.И. Половинкина. - М.; Недра. 1966. - 4.2. - с. 382.
5. Домбровский В.В. Подпрессовка материала в конусных дробилках среднего и мелкого дробления и способы её снижения / В.В. Домбровский, В.Д. Руднев// Томский инженерно-строительный институт. -Томск. 1984 - 22 с.
3. Севостьянов В.С. Энергосберегающие помольные агрегаты /. - Белгород. Издательство БГТУ; 2006. - 436 с.
