CC BY
56
Оптимизация параметров работы щековой дробилки
для повышения качества заполнителей из дробленого бетона
И.О. Егорочкина, Д.Ю. Кучеренко, В.Х. Согомонов, А.И. Кирюхин Донской государственный технический университет
Аннотация: Произведены расчеты основных технических характеристик щековой дробилки и установлено влияние параметров работы оборудования на свойства исследуемого материала - заполнителя из дробленого бетона. Представлены результаты патентного поиска в направлении совершенствования конструкции дробильного оборудования и предложен вариант модернизации. Оптимизация параметров работы щековой дробилки позволит изменить принцип дробления материала, продлить ресурс работы, упростить процессы обслуживания и ремонта, повысить качество вторичного заполнителя.
Ключевые слова: измельчение, щековая дробилка, заполнитель из дробленого бетона, модернизация, оптимизация, футеровка, срок службы, надежность.
Объемы переработки утилизируемых строительных конструкций возрастают из года в год. Данной проблеме посвящено значительное количество работ [1-5]. ГОСТ 32495-2013 «Щебень, песок и песчано-щебеночные смеси из дробленого бетона и железобетона» устанавливает ограничения по области применения вторичных заполнителей несоответствующего качества. В работе [6] показана возможность получения бетонов классов до В30 на вторичных заполнителях, растворная составляющая которых не превышает 35 %. Обогащение таких заполнителей, заключающееся в удалении (истирании) раствора с поверхности позволяет использовать их наравне с природными [7-9]. В связи с развитием технологий повышения качества вторичных заполнителей дробильно-сортировочные комплексы нуждаются в конструкционной доработке и оптимизации их работы, так как дополнительное механическое воздействие на дробленый бетон, нередко с включениями обрывков арматуры, гораздо быстрее изнашивает рабочие узлы дробящих машин.
Целью настоящей исследовательской работы является изучение достижений науки и техники в сфере машиностроения и разработка варианта
модернизации дробильного оборудования для решения проблемы продления ресурса работы дробилки, упрощения обслуживания и ремонта, достижения хорошего экономического эффекта и повышения качества готового продукта - заполнителя из дробленого бетона.
В результате проведенного патентного поиска принято эффективное техническое решение [10]. Сущность изобретения заключается в изготовлении плит сложной формы, с футеровкой неподвижной и подвижной щек, выполненной с размещенными в средней части камеры дробления криволинейными выступами, обращенными внутрь камеры дробления. Для повышения качества вторичного заполнителя необходимо добиваться удаления растворной части, исключая раскол природных зёрен. Оптимизация и контроль параметров работы модернизированной дробилки позволят получить вторичный заполнитель кубовидной формы, практически свободный от слабой растворной части. Регулировкой положений дробящих плит и размеров загрузочного и выгрузочного отверстий щековой дробилки, возможно реализовать метод «мягкого» дробления, предложенный в работе [11]. Благодаря кривизне плит плоские куски переламываются в изогнутой разгрузочной полости, снижается выход лещадных кусков (рис.1).
1, 2 -подвижная и неподвижная щеки дробилки; 3 - зона выгрузки материала; 4 - внутреннее пространство дробилки; 5, 6 - футеровка подвижной и неподвижной щек дробилки; 7, 8 - криволинейные выступы подвижной и
3
Рисунок 1 - Модернизация щековой дробилки:
неподвижной щек дробилки; 12 - пазы для крепления рифленых элементов (13); 14 - измельчаемый материал (заполнитель из дробленого бетона).
Для обеспечения «мягкого» режима разгрузочное отверстие дробилки должно быть открыто до максимально возможной ширины для компенсации дробильного пространства, которые занимают криволинейные выступы на щеках, а выгрузочное - минимальных размеров, чтобы дробление велось при максимальном заполнении рабочего пространства дробилки в режиме «завала». Измельчение в таком режиме обеспечит разрушение и отделение растворной составляющей от зерен крупного заполнителя.
В настоящей работе представлен расчет параметров дробилки с учетом модернизации. Представлены результаты расчета эффективности работы дробилки СМД-28, типоразмера ЩДС- 9х12 с постоянным размером загрузочной камеры и с переменным, оптимизированным изменением внутреннего объёма загрузочной камеры криволинейными выступами.
Расчеты. Технические характеристики дробилки СМД-28: размеры приемного отверстия: Ь х В = 900 х 1200 тт; ширина выходной щели в фазе открытия: Н=130 тт; наибольший размер куска исходного материала: Б = 750 тт; dsr = 300 тт; производительность: Q = 180 т /Ыг; мощность установленного привода: Крг = 110 103^.
Основной технический параметр мощность двигателя дробилки (К^) определяется по формуле П.М. Сиденко [12]:
3 szh2 • Q )
Ndv :=----—-
2Е • 0.85 1п(а), где (1)
33
^ = БМя- - степень измельчения куска; а = / dsr - объёмная степень однократного разрушения.
В случае одного изменяемого параметра (размер начального куска): коэффициент измельчения = БМ^ ; коэффициент объемного измельчения
33
(в данном случае дискретная переменная величина): А(Б^т) = Мя-
Данный расчет применяется для дробильных агрегатов с постоянным размером загрузочной камеры. По результатам расчетов построена зависимость степени измельчения от мощности двигателя дробилки (рис. 2)
Рисунок 2 - Зависимость степени измельчения от мощности двигателя
Анализируя данную зависимость, можно сделать вывод, что увеличение размеров начального куска ведет к снижению мощности двигателя, но чем больше куски начального материала, тем меньше мощности расходуется на трение между кусками породы при сжатии щёк дробилки.
Для модернизированной дробилки рассмотрена математическая модель Баумана В. А. [12] применимая для расчетов параметров работы дробильных агрегатов с переменным размером загрузочной камеры.
При переменном значении размеров загрузочной камеры: В^т = 200, 400,..., В требуемая мощность двигателя (К^_ь) определяется по формуле:
^ ь :=
2
szh ' п ' В 12Е • 0.85
(о2 - dsr2)n
, где (2)
п = 1,7 Б-1 - частота вращения эксцентрика (паспортная);
п^т = 0.....10 Б-1 - частота вращения эксцентрика (при переменном значении
частоты вращения).
По результатам расчетов построена зависимость степени измельчения от мощности двигателя дробилки (рис. 3).
Рисунок 3- Зависимость мощности дробилки и степени измельчения
от вида режима дробления
Анализируя полученные зависимости, можно прийти к выводу, что с точки зрения эксплуатационных и экономических параметров, конструкция дробилки стала более надежна и производительна. В условиях испытательной лаборатории был подвергнут «мягкому» дроблению вторичный бетонный щебень. Измельчение-истирание велось в 3 стадии, в режиме «завала». Результаты испытаний показали значительное улучшение параметров качества заполнителя из дробленого бетона (рис.4). 60
водопоглощение,%
40
20
0
пустотность,%
дробимость, %
количество раствора,%
1 2 3
Стадии дробления «мягкого» режима
Рисунок 4 - Зависимость параметров качества вторичного заполнителя
от вида режима дробления
Вывод. На основании проведенных исследований предложен вариант модернизации щековой дробилки, заключающийся в изменении профиля средней части дробящей плиты, что в свою очередь изменяет режим и принцип измельчения. Оптимизация параметров работы модернизированного агрегата позволит повысить качество готового продукта - заполнителя из дробленого бетона и продлить срок службы дробящих поверхностей, и в целом надежность и долговечность дробильного агрегата.
Литература
1. Гусев, Б.В. Вторичное использование бетонов / Б.В. Гусев, В.А. Загурский. - М.: Стройиздат, 1988.- 97 с.
2. Malesev, M., Radonjanin, V., Dimca, M. Recycled Concrete as Aggregate for Structural Concrete Production - Part I. In Proceeding of 4th International Science Meeting: Sustainability, 2(5), 1204-1225. - Serbia.: Novi Sad, 2010. pp. 495-504. doi:10.3390/su2051204.
3. Li, X. Recycling and re-use of waste concrete in China: Part I. Material behavior of recycled aggregate concrete. - China. Pekin.:Resource. 2008, № 1 (2), рр. 3644. doi: 10.1016/j. resconrec. 2008.09.006.
4. Курочка, П.Н., Мирзалиев, Р.Р. Свойства щебня из продуктов дробления вторичного бетона как инертного заполнителя бетонных смесей // Инженерный вестник Дона, № 4, 2012, URL: ivdon.ru/magazine/archive/ n4y2012/3090
5. Егорочкина, И.О., Костыря, Я.И. Электроимпульсные технологии получения вторичных заполнителей высокого качества // Строительство и архитектура - 2015: матер. конф. - Ростов-на-Дону, Изд-во ФГБОУ ВПО РГСУ, 2015. С. 405-406.
6. Айрапетов, Г.А., Несветаев, Г.В., Егорочкина, И.О. Структура и свойства бетонов с компенсированной усадкой на вторичных заполнителях //Бетон и железобетон. 1998. № 2. С. 25-29.
7. Кучеренко, Д.Ю., Егорочкина, И.О. Оценка возможности получения высококачественных вторичных заполнителей для монолитного строительства. // Новая наука: Современное состояние и пути развития. 2016. № 2-2 (62). С. 137-140.
8. Егорочкина, И.О., Кучеренко, Д.Ю. Сравнительная оценка качества заполнителей из дробленого бетона // Новая наука: техника и технологии. 2017. № 3. С. 30-33.
9. Егорочкина, И.О. Рекомендации по подбору состава бетонов на вторичных заполнителях с разномодульными включениями //Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2014. № 3.С. 49-53.
10. Тарасов, Ю.Д. Щековая дробилка./ Пат. Рос. Федерации 2338592. МПК B02C 1/02 (2006.01), 20.11.2008.
11. Коровкин, М.О., Шестернин, А.И., Ерошкина Н.А. Использование дробленого бетонного лома в качестве заполнителя для самоуплотняющегося бетона // Инженерный вестник Дона, № 3, 2015, URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2015/3090
12. Клушанцев, Б.В., Косарев, А.И., Муйземнен, Ю.А. Дробилка. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации. - М.: Машиностроение, 1990, 320 с.
Reference
1. Gusev B.V., Zagurskiy V.A. Vtorichnoye ispol'zovaniye betonov [Re-use of concrete]. M.: Stroyizdat, 1988. 97 р.
2. Malesev, M., Radonjanin, V., Dimca, M. Serbia.: Novi Sad, 2010. pp. 495-504. doi: 10.3390/su 2051204.
3. Li, X. China. Pekin: Resource. 2008, № 1 (2), рр. 36 - 44. doi: 10.1016/j. resconrec. 2008.09.006.
4. Kurochka, P.N., Mirzaliyev, R.R. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, № 4. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2012/3090.
5. Egorochkina, I.O., Kostyrya, YA.I. Stroitel'stvo i arkhitektura. 2015. Rostov-na-Donu: Izdatel'stvo FGBOU VPO RGSU, 2015. рр. 405-406.
6. Ayrapetov, G.A., Nesvetayev, G.V., Egorochkina, I.O. Beton i zhelezobeton. 1998. № 2. рр. 25-29.
7. Kucherenko, D.YU., Egorochkina, I.O. Novaya nauka: Sovremennoye sostoyaniye i puti razvitiya. 2016. № 2-2 (62). рр. 137-140.
8. Egorochkina, I.O., Kucherenko, D.YU. Novaya nauka: tekhnika i tekhnologii. 2017. № 3. рр. 30-33.
9. Egorochkina I.O. Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Stroitel'stvo i arkhitektura, 2014. № 3. рр. 49-53.
10. Tarasov, YU.D. Shchekovaya drobilka. [Aggregate Crusher]. Pat. (RU) № 2338592. MPK B02C 1/02 (2006.01), 20.11.2008.
11. Korovkin, M.O., Shesternin, A.I., Yeroshkina N.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), № 3, 2015. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2015/3090
12. Klushantsev, BV, Kosarev, AI, Mujzemen, Yu.A. Crusher. Drobilka. Konstruktsiya, raschet, osobennosti ekspluatatsii [Construction, calculation, operation features]. M.: Mashinostroyeniye, 1990, 320 p.
