CC BY
21
УДК 66.621
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И ПАРАМЕТРОВ ВИБРОСЕПАРАТОРА
Н.В.Тельнов1
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассматривается методика определения рациональных режимов работы и параметров вибрационного сепаратора при условии неравномерного движения рабочего органа, когда амплитуда колебаний деки изменяется по ее длине. Приводится укрупненный алгоритм решения данной задачи, кратко описываются методы и способы определения значений параметров исследовательской механореологической модели. Ил. 3. Библиогр. 10 назв.
Ключевые слова: вибрационная сепарация; вибрационный сепаратор; вибродека; методика определения параметров вибросепаратора; режим работы вибросепаратора.
OUTLINES OF THE PROCEDURE TO DETERMIN EFFICIENT MODES AND PARAMETERS OF A
VIBROSEPARATOR
N. V. Telnov
National Research Irkutsk State Technical University,
The author deals with the procedure to determine rational modes and operation parameters of a vibrating separator under the condition of uneven movement of the working body, when the amplitude of deck oscillations varies along its length. He presents an enlarged algorithm to solve this problem, gives brief description of methods and ways to determine the values of the parameters of the research mechano-rheological model. 3 figures. 10 sources.
Key words: vibrational separation; vibrating separator; vibrodeck; method to determine parameters of vibroseparator; mode of vibroseparator.
Основным технологическим параметром вибросепаратора является его разделяющая способность, под которой понимают способность деки обеспечивать движение частиц материала в приемные ячейки в соответствии с их физико-механическими характеристиками. Разделяющую способность деки характеризуют углами умдх и (рис.1). Чем больше разность
= Умдх - Vмш , тем шире веер траекторий движения частиц минерального сырья, и тем выше разделяющая способность.
Для обеспечения высоких технологических показателей вибрационных сепараторов необходимо в каждом конкретном случае решать задачи по оценке эффективности процесса разделения минерального
сырья и выявлению рациональных режимов работы и параметров вибрационного оборудования исходя из физико-механических свойств исходного минерального сырья.
Параметрами вибрационного сепаратора, которые могут использоваться для оптимизации процесса разделения, являются: амплитуда; частота; закон колебаний; продольный а и поперечный у углы наклона деки; угол направления колебаний в (рис. 1); упругие, диссипативные, фрикционные характеристики материала рабочей поверхности деки; шероховатость рабочей поверхности. Путем правильного подбора указанных параметров обеспечиваются требуемые технологические характеристики оборудования [1, 2].
! Е2/ ¡——у i 7 г я у / / /
1 / а Я ! Ш/ 1-1
1 / л л]"дтв
1 1 ¿э1____
Рис.1. Схема вибродеки
1Тельнов Николай Васильевич, аспирант. Telnov Nicolay Vasilyevich, postgraduate student.
В результате выполнения настоящего исследования предложен еще один параметр оптимизации процесса вибросепарации - переменная амплитуда колебаний по длине деки. Практическое использование данного варианта оптимизации выдвигает необходимость разработки соответствующей методики расчета.
Оценка эффективности и выбор рациональных параметров и режимов работы вибросепаратора может осуществляться двумя путями: полностью экспериментально или с помощью математического моделирования реального вибрационного процесса.
Ранее была разработана методика определения рациональных режимов работы и параметров вибрационного сепаратора при равномерном движении деки [1, 3, 4]. Методика включает проведение экспериментальных и теоретических исследований с использованием математических моделей (схема приведена на
рис. 2). Пунктирной линией отмечены новые блоки алгоритма, добавленные в ходе выполнения настоящего исследования.
Для определения упруго-вязких параметров К и С исследовательской модели процесса вибросепарации используется разработанная методика и способ определения упругих характеристик материала [5, 6]. Последовательность реализации отдельных элементов методики выглядит следующим образом.
1. С помощью подготовленных образцов исходного минерального сырья, подлежащего обогащению, предложенным способом определяются упругие и вязкие характеристики материала. Для этого проводится эксперимент путем ударного воздействия сферическим индентором на исследуемый образец. В ходе эксперимента определяются время удара 1К и высота отскока сферического индентора dH. На основе полу-
Рис. 2. Алгоритм расчета рациональных режимов работы и параметров вибрационного сепаратора
ченных экспериментальных данных с помощью разработанной математической модели ударного процесса и соответствующей программы рассчитывается модуль упругости материала Е и коэффициент демпфирования упруго-вязкой модели v. Приближённо модуль упругости материала может быть определён из справочной литературы.
2. Оценивается масса частиц обогащаемого материала m и выполняется расчет упруго-вязких коэффициентов KY1 и CY механо-реологической модели процесса вибросепарации.
Коэффициент KY1 определяется по формуле Kyi= 2AE/h ,
где А - усредненная площадь поперечного сечения, нормального к направлению деформации; Е - модуль упругости материала; h - высота тела.
Коэффициент CY рассчитывается по формуле
Cy-2 v^J mKY1 ,
n = ; P ^F11 [2 - 4]. V m
где v = -
р 2т
3. Параметры упругопластического блока модели подбираются таким образом, чтобы углы наклона траекторий движения частиц (у) выбранных фракций и скорости их транспортирования соответствовали экспериментальным значениям. Значение коэффициента сдвига Ру упруго-пластического блока модели задается через коэффициент жесткости Ку1 упругого элемента упруго-вязкого блока модели Ру = КУ1 • РуК . Значение коэффициента жесткости упругого элемента Ку2 упруго-пластического блока модели рассчитывается аналогично КУ2 = КУ1 • . Подбор коэффициентов РК и ЕуК производился с учетом выполненных математических экспериментов [3, 7]. Коэффициент пропорциональности упругого элемента модели РК допустимо принимать постоянным (Рк = 0,1), так как его влияние на угол наклона траектории движения частицы в рассматриваемом диапазоне значений 0,1 ~ °'01 не существенно. При необходимости увеличения значения угла у коэффициент пропорциональности элемента сдвига РуК также увеличивался. Диапазон значений -0,01 +10.
Важным параметром упруго-вязкой модели процесса вибросепарации является коэффициент трения
Его величина может оцениваться на основе справочных данных или более точно определяться путем проведения эксперимента, в ходе которого также определяется угол вибросепарации а0 частиц исходного минерального сырья. Это продольный угол наклона виброоргана, при котором движение частиц материала вверх по виброоргану прекращается. На основе полученных данных производят расчет с помощью упруго-вязко-пластичной модели процесса вибросепарации [3] и определяют величину коэффициента трения модели, при которой движение модели вверх по виброоргану прекращается при найденном значении угла вибросепарации а0 .
С учетом формы и размера частиц оценивается вязкий коэффициент модели С*, характеризующий аэродинамические сопротивления движению частицы на этапе полета [8].
На этом формирование исследовательской модели процесса вибросепарации при равномерном движении деки завершается. На следующем этапе с помощью разработанной модели проводится компьютерный эксперимент с целью определения рациональных параметров и режимов работы вибросепаратора. Подбираются такие параметры и режимы работы, при которых будет достигаться необходимое качество обогащения. При этом критерием служит угол расхождения траекторий движения частиц А у . Чем больше величина Ау, тем эффективнее протекает процесс разделения частиц на вибродеке.
На завершающем этапе проводится проверочный эксперимент при выбранных параметрах и режимах работы вибросепаратора, по результатам которого оценивается качество получаемого концентрата. Рассчитанные рациональные параметры работы вибросепаратора при равномерном движении деки являются исходными данными для дальнейшего расчета рациональных параметров при реализации процесса вибросепарации на вибродеке с неравномерной амплитудой колебаний по длине деки.
В результате выполнения экспериментальных исследований было установлено, что использование режима неравномерного движения деки при определенных условиях позволяет повысить производительность сепаратора и качество разделения [9]. К практическому использованию рекомен-дован вариант неравно-мерного движения деки, при котором амплитуда колебаний верхней части деки больше, чем нижней (рис. 3). При этом режим движения нижней части деки должен соответствовать оптимальному режиму, установленному для случая равномерного движения деки. Амплитуда колебаний верхней части деки увеличивается на 40-60 % путем смещения центра тяжести подвижной части сепаратора выше линии действия центробежной силы вибраторов.
Усовершенствованная методика определения рациональных параметров вибросепаратора предполагает выполнение следующих основных операций:
1. Отбор проб компонентов исходного минерального сырья, подлежащих разделению в процессе вибросепарации, и подготовка испытательных образцов.
2. Определение упруго-вязко-пластичных характеристик исследовательской модели.
3. Определение коэффициента трения модели процесса вибросепарации по экспериментально найденному значению угла вибросепарации частиц минерального сырья.
4. Расчет с помощью математической модели рациональных параметров вибросепарации при равномерном движении деки: а, у, п, А, в. При этом для каждого компонента исходного минерального сырья, подлежащего разделению, формируется исследовательская модель. Моделируя процесс движения
n
Рис. 3. Схема движения деки вибросепаратора
частиц материала по виброоргану сепаратора, по расхождению траекторий движения частиц (углу ДуВ)
оценивают эффективность разделения исходного сырья. Наилучшего результата добиваются путем изменения параметров и режимов работы сепаратора.
5. Экспериментальная проверка и при необходимости корректировка рационального режима работы. При необходимости балансировка вибродеки.
6. Определение исходных параметров режима неравномерного движения деки:
А = А
^НИЗ ДЕКИ ^
А
= 1,5 А ;
ДА = 0,5А ;
АМАХХ Аверх ДЕКИ СовД
АМАХу АВЕРХ ДЕКИ амых = аниз ДЕКИ Со$Д
Верх деки Верх деки со^дверх деки ; Верх деки ; низ деки ;
А = А
■^тщ низ деки к
НИЗ ДЕКИ х
ДЕКИ '
где А - оптимальная амплитуда колебаний при равномерном режиме движении деки; ДВЕРХде:Ш - угол направления колебаний в верхней части деки; РНИздЕКИ - угол направления колебаний в нижней части деки.
7. Расчет траекторий движения частиц разделяемых фракций с помощью математической модели при неравномерной амплитуде колебаний деки [10]. При необходимости производится корректировка углов наклона деки а,^ , установленных для режима равномерного движения деки.
Поскольку отличие данной модели от исходной состоит в том, что амплитуда колебаний деки и угол направления колебаний Д в разных точках рабочей поверхности деки являются переменными величинами, зависящими от координаты х рассматриваемой точки деки, то для описания новых переменных были
предложены соответствующие зависимости.
Определение текущих значений Ах(х) = / (х) и
Аг(х) = /(х) производится следующим образом:
ДАх=АМлхх -Ашш; £лх=ДАх/1, где I - длина рабочей поверхности.
Тогда амплитуду колебаний по оси х можно определить: Ах=Ашмх+£ах х', где х' - координата частицы на виброоргане.
Закон движения виброоргана: АхБ1пт1= (АШш+£ах х')Б1па1
Представим х'=хн+Дх, где хН- координата частицы к началу расчётного этапа (скольжения, полёта); Дх -перемещение на расчётном этапе (скольжения, полёта).
Тогда Ах = Атых + еах (хн + Дх) .
Аналогично для Аг (х): ДАу=Амаху -А,
МЫу,
£Ау=ДАу/1;
Ау Б1па(=(АШу+£Ау х) Бп^
АТ = АММу +еА у (хн + Дх)
Текущее значение угла направления колебаний можно определить из выражения
ЪР = А-
Ах
8. Определение массы дополнительного груза
тДОП для разбалансировки деки и обеспечения заданного неравномерного режима движения деки (с помощью методики балансировки деки [3]).
9. Экспериментальная проверка и корректировка режима работы сепаратора. При необходимости регулировка центробежной силы вибраторов ¥ц для обеспечения заданной амплитуды колебаний.
Библиографический список
1. Лапшин В.Л., Рудых А.В., Демаков Е.И. Разработка методики определения упруго-вязких характеристик минерального сырья для моделирования процессов вибрационной сепарации // Вестник Иркутского регионального отделения АН ВШ. 2007. № 2 (12). С. 88-95.
2. Лапшин. В. Л., Байбородин В.А. Аналитическое моделирование процесса разделения руд на вибродеке. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1997. 119 с.
3. Демаков Е.И. Разработка упруго-вязко-пластичной меха-нореологической модели процесса вибрационной сепарации слюдяного сырья: дис. ... канд. техн. наук: 24.11.2008. Иркутск, 2008. 130 с.
4. Рудых А.В. Моделирование процесса вибросепарации слюдяного сырья с учетом его фактических упругих свойств: дис. ... канд. техн. наук: 25.12.2007. Иркутск, 2007. 194 с.
5. Лапшин В.Л., Демаков Е.И., Рудых А.В. Определение ме-ханореологических свойств минералов ударным способом // VI Конгресс обогатителей стран СНГ. Материалы Конгресса. М., 2007. Т. 1. С. 12-14.
6. Патент № 2272274 РФ, МПК 001Ы 3/32. Способ определения модуля упругости материала / В.Л. Лапшин, В.П. Ященко, А.В. Рудых, Б.О. Вугмейстер, Е.И. Демаков, А.В. Петров; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ИрГТУ.
№ 2004134044/28; заявл. 22.11.04; опубл. 20.03.06, бюл. №8.
7. Влияние упругопластических параметров блока механо-реологической модели на силу ударного взаимодействия сферического тела с плоской поверхностью / В.Л. Лапшин, В.П. Ященко, А.Ю. Перелыгина, Е.И. Демаков // Современные технологии, системный анализ, моделирование. 2009. Вып. 2(22). С. 36-41.
8. Байбородин Б. А., Борискина З.М., Малинович Г.И. Обогащение слюдяных руд. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1982. 246 с.
9. Лапшин В. Л., Тельнов В.Н. Исследование влияния амплитуды колебаний деки на процесс вибросепарации слюдяного сырья при неравномерном движении деки: материалы Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья». Екатеринбург, 2010. С. 25-32.
10. Лапшин В. Л., Тельнов В.Н. Математическая модель контактного взаимодействия частиц минерального сырья с вибродекой при условии неравномерной амплитуды колебаний по длине деки // Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный выпуск № 14. Обогащение полезных ископаемых - 1. М.: Изд-во Московского гос. горного ун-та, 2009. С. 355-363.
