CC BY
87
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИБРОМАШИН
ПРИ ВЫПУСКЕ ГОРНОЙ МАССЫ ИЗ АККУМУЛИРУЮЩИХ ЕМКОСТЕЙ
Самуил Яковлевич Левенсон
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, заведующий лабораторией вибротехники,
тел. (383)217-06-76, e-mail: lev@misd.nsc.ru 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.nsc.ru
Владимир Михайлович Усольцев
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, научный сотрудник лаборатории вибротехники, тел. (383)220-14-98
Представлены результаты исследования процесса вибровыпуска геоматериалов, в том числе связных, из различных емкостей и показаны пути повышения эффективности вибромашин, предназначенных для этой цели.
Ключевые слова: вибрационный питатель, вибровыпуск, геоматериал, связные материалы, сцепление.
GAIN IN PERFORMANCE OF VIBRATION MACHINES IN ROCK DISCHARGE FROM ACCUMULATING TANKS
Samuil Ya. Levenson
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk 54 Krasny prospect, PhD Eng, Head of Vibratory Equipment Laboratory, tel. (383)217-06-76, e-mail: lev@misd.nsc.ru
Lyudmila I. Gendlina
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk 54 Krasny prospect, PhD Eng, Senior Researcher, Vibratory Equipment Laboratory, tel. (383)217-06-12, e-mail: gen@misd.nsc.ru
Vladimir M. Usoltsev
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Researcher, Vibratory Equipment Laboratory, tel. (383)220-14-98
The article reports the studies into the process of vibration discharge of geomaterials, including coherent materials, and shows ways of improving performance of the associated vibration machines.
Key words: vibration feeder, vibration discharge, geomaterial, coherent materials, cohesion.
На предприятиях горнодобывающей промышленности значительный объем перерабатываемых материалов складируется в накопительных емкостях: бункерах, рудоспусках, блоках с последующим их выпуском в средства доставки питателями различных конструкций, среди которых широко используются вибропитатели. Вибрационный способ выпуска в сравнении с гравитационным позволяет, не изменяя размеров выпускных отверстий, существенно увеличить их проходимость, уменьшить количество зависаний и улучшить санитарно-гигиенические условия труда горнорабочих.
В ряду вибрационной техники, используемой для выпуска и доставки материалов, известны виброустройства с упругим рабочим органом, созданные в Институте горного дела СО РАН [1]. Эти вибромашины имеют более широкие возможности для реализации различных режимов транспортирования и значительно меньшую металло- и энергоемкость.
Результаты исследования выпуска сыпучей массы вибропитателями этого класса показали, что, если грузонесущая поверхность в загрузочной (заглубленной) части выполнена криволинейной, то создаются более благоприятные условия для движения материала. В таком случае указанный участок превращается в искусственную поверхность скольжения, вдоль нее сдвиговая прочность ниже, чем вдоль поверхностей скольжения, возникающих в транспортируемом материале. С криволинейным рабочим органом выполнены вибропитатели типа "Волна", которые используются для выпуска сыпучих материалов из различных емкостей в транспортные средства. Простота конструкции и несложный монтаж этих питателей стали определяющими факторами для их широкого использования на подземных предприятиях горнорудной промышленности.
На рис. 1 в качестве примера показана схема питателя "Волна- 4П", используемого для выпуска руды из блока.
Рис. 1. Схема установки вибропитателя "Волна-4П" в горной выработке
1 - рабочий орган; 2 - вибровозбудитель; 3 - накопительная емкость В условиях добычи полезных ископаемых открытым способом применение вибротехники, в том числе вибрационных питателей, пока ограничено. Тем не менее, в настоящее время имеется некоторый опыт эксплуатации перегрузочных пунктов с вибротехникой как в нашей стране, так и за рубежом.
Исследования, выполненные в ИГД СО РАН, показали, что хороший результат может быть получен при использовании на перегрузочных пунктах угольных карьеров бункеров большой емкости с вибрационным выпуском. Испытания таких перегрузочных узлов, оборудованных вибрационными питателями "Волна-8", успешно проведены на карьерах Кузбасса при погрузке горной массы в думпкары (рис. 2), а также при перегрузке из автомобильного в железнодорожный транспорт (рис. 3).
Рис. 2. Бункерно-экскаваторный Рис. 3. Перегрузка горной массы
перегрузочный пункт из автомобильного
в железнодорожный транспорт
При виброперемещении горной массы с малым сцеплением проблем, как правило, не возникает. Однако выпуск из аккумулирующих емкостей (рудоспусков, блоков, бункеров) материалов с существенным содержанием глинистой составляющей сопровождается налипанием выпускаемой массы на рабочий орган, образованием сводов и полостей, при этом резко снижается скорость перемещения вплоть до остановки процесса. В общем случае выпуск связных материалов сложно осуществить и любым другим способом.
Связные сыпучие среды характеризуются существенными по величине силами сцепления между частицами, и при перемещении такой массы сопротивление сдвигающим усилиям оказывает не только внутреннее трение, но и силы сцепления.
Были проведены эксперименты, цель которых заключалась в определении закономерностей изменения реологических характеристик связного материала под действием вибрации [2]. Установлено, что при воздействии на него вибрационными нагрузками даже сравнительно небольшой интенсивности (до 5 м/с ) изменяются как сцепление, так и
коэффициент внутреннего трения. Эксперимент показал, что если связность невелика, то сопротивление сдвигу под действием вибрации уменьшается в основном за счет снижения сцепления, коэффициент внутреннего трения при этом почти не изменяется. С увеличением связности материала вибрация вызывает рост коэффициента внутреннего трения и падение сцепления, причем, изменение сцепления значительно существеннее, чем коэффициента внутреннего трения. Полученные результаты позволяют утверждать, что вибрация, уменьшая сопротивление сдвигу, создает достаточно благоприятные условия для его перемещения, однако для их реализации требуется принципиально изменить режим вибрационного воздействия на горную массу.
В машинах с упругим рабочим органом процесс вибрационного перемещения реализуется за счет поперечных колебаний грузонесущей плоскости. Под нагрузкой эти колебания затухают как вдоль самой плоскости в обе стороны от вибровозбудителя, так и вглубь перемещаемого материала. Поэтому на загрузочном участке амплитуда колебаний существенно меньше, чем на участке приложения вынуждающей силы.
Если сохранить прежний режим вибрационного воздействия и при работе со связными средами, то, как показывают наблюдения за процессом, в начальный период выпуска заметно движение материала только над виброисточником, на загрузочном участке оно отсутствует до тех пор, пока не освободится разгрузочная часть рабочего органа. Процесс отличается нестабильностью, частыми зависаниями, уплотнением материала на загрузочном участке.
Но, несмотря на сложности выпуска таких материалов, задача может быть успешно решена с помощью вибрационных устройств с упругим рабочим органом. Результаты проведенных исследований [3] показывают, что транспортирование связных материалов обеспечивают режимы, при которых реализуются не только поперечные, но и продольные колебания рабочего органа виброустройства. В этом случае в работу включается загрузочный участок и осуществляется равномерное перемещение сыпучей массы по всей длине грузонесущей поверхности.
Конструктивно это может быть достигнуто, например, за счет использования системы упругих опорных элементов для закрепления рабочего органа на жесткой раме. Опорные элементы размещаются на концевых участках виброустройства и работают на изгиб.
Эксперименты показали, что такая конструктивная схема обеспечивает существенное (в 3.5-4 раза) увеличение амплитуды колебаний загрузочного участка рабочего органа (рис. 4), и, как следствие, рост скорости перемещения связного материала на этом участке, что создает условия для достаточно стабильного и равномерного его движения по всей транспортирующей поверхности виброустройства. Используя результаты исследований, разработано несколько вариантов конструктивных схем виброустройств для выпуска горной массы из емкости, одна из них показана на рис. 5. Вибрационный питатель "Волна - 1,5М" предназначен для выпуска
различных геоматериалов, в том числе с существенным сцеплением, из аккумулирующих емкостей технологических комплексов предприятий горной, металлургической и других отраслей промышленности. В настоящее время разработан его эскизный проект, в котором реализована новая конструктивная схема.
°/ 2 3 1
/иъ
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00,
с /, м 5
Рис. 4. Распределение безразмерной амплитуды виброскорости вдоль
нагруженного рабочего органа:
1 - без опорных элементов; с опорными элементами жесткостью на изгиб:
2-2.31 кН-м2, 3 -5.77 кН-м2
2 3 1
Рис. 5. Вибрационный питатель "Волна-1,5М"
1 -рабочий орган; 2 - вибровозбудитель; 3 - опорные элементы; 4 - рама
Таким образом, повысить эффективность выпуска сыпучих геоматериалов, в том числе с существенным сцеплением, можно, реализовав режимы, обеспечивающие повышение амплитуды колебаний загрузочного участка рабочего органа, что способствует возрастанию скорости движения
горной массы на этом участке и достаточно равномерному перемещению ее по всей длине грузонесущей поверхности.
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. 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.
3 Гендлина Л.И., Левенсон С.Я., Алесик М.Ю., Куликова Е.Г. О влиянии параметров вибрационного устройства на процесс выпуска связных материалов из емкости // Горное оборудование и электромеханика. - 2013. - №1 - С.43-46.
© С. Я. Левенсон, Л. И. Гендлина, В. М. Усольцев, 2014
