CC BY
58
-------------------------------------- © С.Я Левенсон, Л.И. Гендлина,
Ю.И. Еременко, Е.Г. Куликова, 2010
УДК 622-932.2
С.Я. Левенсон, Л.И. Гендлина, Ю.И. Еременко,
Е.Г. Куликова
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫПУСКА СМЕРЗШЕГОСЯ УГЛЯ ИЗ ПОЛУВАГОНОВ
Выявлена серьезная проблема доставки к месту назначения сыпучих материалов (угля, песка, руды, щебня и т.п.), добываемых на горных предприятиях, вследствие их смерзания. Проведены экспериментальные исследования нового способа разрушения смерзшегося угля в лабораторных условиях.
Ключевые слова: смерзание, виброрыхлитель, вибрационный способ, ударное разрушение.
Семинар № 19
Для доставки к месту назначения сыпучих материалов (угля, песка, руды, щебня и т.п.), добываемых на горных предприятиях, используется железнодорожный транспорт, в частности, открытые полувагоны. В зимнее время возникает серьезная проблема выпуска этих грузов вследствие их смерзания. Если летом трудоемкость разгрузки полувагона около 3-х человеко-часов, то зимой на такую же операцию затрачивается 150-200 и более человеко-часов, при этом простой вагонов возрастает в десятки и сотни раз.
Из известных способов разрушения и выпуска смерзшейся сыпучей массы наибольшее распространение получил вибрационный способ. Устройство для разрушения (виброрыхлитель) в общем случае состоит из двух узлов: направляющей (накладной) рамы и движущегося в ней рабочего (рыхлящего) органа, снабженного штырями и вибровозбудителем, как правило, электрическим инерционным. Машина краном устанавливается на полувагоне так, чтобы
направляющая рама легла на его верхнюю обвязку, а рабочий орган опирался штырями на поверхность массива груза. При включении вибровозбудителя рабочий орган под действием силы тяжести и вынуждающей силы внедряется штырями в смерзшуюся массу, разделяя ее на куски, которые потом высыпаются через открытый люк.
У рассмотренного способа разгрузки есть существенные недостатки:
• повреждаются стенки полувагонов, т.к. погружной элемент, используемый для разрушения смерзшегося груза, имеет в основании форму клина, который при забивании создает распирающие силы (рис. 1, а), передаваемые через разрушаемый материал на них;
• устройство отличается сравнительно высокой энергоемкостью, так как внедрение разрушающих элементов в массив осуществляется в безударном режиме, только с помощью вибрации;
• электрические вибровозбудители, используемые в устройстве, имеют невысокую надежность, кроме того, при
Р
Рис. 1. Внедрение в массив смерзшегося угля погружного элемента в виде:
а - внешнего клина; б - внутреннего конуса
разгрузке угля возникает необходимость их взрывобезопасного исполнения, что дополнительно усложняет и удорожает конструкцию.
Проблема разгрузки полувагонов со смерзшимся грузом, в частности углем, может быть решена с использованием менее энергоемкого и более эффективного ударного разрушения устройством, в котором клин создается внутренними стенками рабочего органа (рис. 1, б). При этом распирающие силы замкнуты внутри последнего, разрыхляя материал, находящийся в этой области, не воздействуя на стенки вагонов и не повреждая их.
Экспериментальные исследования нового способа разрушения смерзшегося угля были проведены в лабораторных условиях. Программа исследований предусматривала:
• подтверждение принципиальной возможности использования предлагаемого способа для разрушения смерзшегося груза и отсутствия силовых воздей-
ствий на стенки емкости, из которой выпускается материал;
• определение влияния угла внутреннего конуса или клина на перемещение рабочего органа и степень разрыхления материала разной прочности.
Исследование процесса разрушения и разгрузки смерзшегося угля проводились в летний период, при этом материал моделировался смесью цемента, мелкого угля и воды. Соотношение сухих компонентов изменялось и составляло 3:1, 5:1, 7:1 соответственно, что по твердости перекрывает мерзлый грунт (К = 2 по Про-тодьконову) и мягкий уголь (К = 1,5 по Протодьконову).
Модель (рис. 2) представляла собой сотовую емкость 1 без днища, состоящую из трех секций, отличающихся между собой твердостью заполняющего их материала. Размеры каждой секции составляли 0,4 х 0,4 х 0,4 м. Стенки емкости были изготовлены из кровельного железа толщиной 8 = 0.5 мм. Рабочий
орган 2 был выполнен в виде режущего ножа с углом внутреннего клина а (рис. 1,6). Направляющей для свободно па-
Рис. 2. Стенд для исследования разрушения мерзлого грунта: 1 - сотовая емкость; 2 - рабочий орган; 3 - стержень; 4 - груз
дающего груза 4 массой 10 кг служил стержень 3, прикрепленный к ножу на кронштейне. Энергия удара груза изменялась высотой его подъема. Использовались ножи с углом внутреннего клина, равным 100, 120 и 180. Каждый опыт повторялся 5-У раз.
Разрушение блока с соотношением угля и цемента 7:1 зафиксировано при энергии удара 35 Дж, блока с соотношением 5:1 - при 55 Дж, а для разрушения блока с составляющими 3:1 потребовалась энергия удара 71 Дж.
Угол клина а (рисунок 1) также влияет на эффективность разрыхления смерзшегося материала. С его увеличением растут силы F внутри рабочего органа:
F = P sin —,
2
где Р - вынуждающая сила, прикладываемая к рабочему органу.
При этом давление, достаточное для нарушения целостности массива, достигается при погружении рыхлителя в материал на меньшую глубину.
Было установлено, что при угле клина а = 10° разрушение происходит при внедрении рабочего органа в блок на 3/4 его высоты, а при а = 180 - на 1/3.
После прохождения рабочим органом блока в нем оставалась полость с гладкими стенками (так было во всех трех рассмотренных случаях), разрушенный внутри полости материал начинал высыпаться, в основном, на глубине 3/4 высоты блока. Выпуск материала в нижней части блока осуществлялся в форме обратной воронки.
Был рассмотрен вариант, когда рабочий орган внедрялся в блок так, что его прямолинейный участок перемещался вдоль стенок емкости. При этом ни в одной из секций деформаций тонких стенок не наблюдалось, что подтверждает предположение об отсутствии воздействия на них распирающих сил.
На основе результатов лабораторных экспериментов, было разработано устройство, содержащее ударный привод и рабочий орган в виде трубы, во внутренней полости которой размещался разрушающий элемент, выполненный в виде внутреннего конуса.
Принцип действия устройства (рис. 3) заключается в следующем. Используя грузоподъемный механизм 1, рабочий орган 2 с ударным приводом 3 устанавливается торцом на поверхность смерзшегося груза. При открытом люке полувагона 4 включают привод 3, который создает ударные импульсы, направленные в сторону рабочего органа 2 и,
Рис. 3. Устройство для разгрузки смерзшегося груза: а - общий вид; б - установка устройства в полувагоне; 1 - грузоподъемный механизм; 2 - рабочий орган; 3 - ударный привод; 4 - полувагон
Рис. 4. Устройство для разрушения смерзшегося груза в полувагоне: 1 - грузоподъемный механизм; 2 - груз; 3 - рабочий орган; 4 - ударный привод; 5 - полувагон; 6 - разрушающие груз элементы; 7 - цилиндрические полости; 8 - отделяемый элемент
соответственно, в сторону груза. При ударном воздействии рабочий орган внедряется в груз и отделяет от последнего цилиндрический элемент 8 (рис. 4), который разрушается внутри рабочего органа внутренними элементами 6. Дойдя до нижней поверхности массива, рабочий орган освобождается от кусков груза под действием сил гравитации. Затем устройство извлекают и переставляют на новое место, при этом в массиве на всю его толщину образуется цилиндрическая полость 7. Так осуществляют рыхление и разгрузку груза вдоль и поперек горизонтальной поверхности полувагона.
В качестве ударного привода рабочего органа можно использовать пневматический ударный узел одностороннего действия.
Устройство прошло успешные испытания в производственных условиях на
участке разгрузки угля одной из дистанций пути Западно-Сибирской железной дороги. Был выпущен смерзшийся уголь из четырех полувагонов, и подтверждена работоспособность конструкции.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бауман В.А. Вибрационные машины и процессы с строительстве [Текст] / В.А. Бауман, И.И. Быховский - М. - 1977 - 255 с.
2. Патент РФ на изобретение 2203844. МПК8 В 65 G 67/24. Способ и устройство для рыхления и разгрузки смерзшихся или сле-
жавшихся грузов, преимущественно из полувагонов / А.Я. Тишков, Х.Б. Ткач, Л.И. Гендлина, С.Я. Левенсон, Ю.И. Еременко, Б.Н. Смо-ляницкий, А.М. Фрейдин. - № 2001108046/28; заявл. 26.03.2001; опубл. 10.05.2003, Бюл. № 13 - 12 с.: ил. IiiГJ =1
— Коротко об авторах
Левенсон С.Я. - кандидат технических наук, заведующий лабораторией Гендлина Л.И. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник Еременко Ю.И. - старший научный сотрудник Куликова Е.Г. - кандидат технических наук, научный сотрудник
Новосибирск, Институт горного дела СО РАН, лаборатория вибротехники, [email protected]
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИИ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
ДИССЕРТАЦИИ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ»
СТЕНИН Николай Юрьевич Разработка флотационной технологии и пневматического аппарата для очистки оборотных и сточных вод 25.00.13 к.т.н.
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ
БА САЛЕХ САИД САЛЕМ САИД Ресурсосберегающая технология бурения разведочных скважин в аридной области бассейна Масила (Йемен) 25.00.14 к.т.н.
