Применение математического моделирования для определения технологических показателей и выбора рационального сочетания параметров конусной инерционной дробилки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

--------------------------------------- © P.M. Бабаев, 2004

УДК 622.23.05:51 P.M. Бабаев

ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОГО СОЧЕТАНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОНУСНОЙ ИНЕРЦИОННОЙ ДРОБИЛКИ

Семинар № 15

ТТ- скорение процесса поиска рациональных конструктивных решений, обеспечивающих надежную работу дробилки и высокие технологические показатели, возможно только при наличии достоверных расчетных методов определения прочностных и технологических характеристик конусной инерционной дробилки, отличающихся вследствие специфики привода и кинематической схемы от аналогичных задач при расчете конусных дробилок с эксцентриковым приводом. Реализация расчетных методов в виде компьютерных программ дает возможность перейти к автоматизированному проектированию дробилок с оптимизацией их конструкции и рабочих режимов -в этом случае натурный эксперимент заменяется численным, что в значительной степени позволяет сократить временные и финансовые затраты на стадии проектирования.

Все дробилки КИД, несмотря на наличие различных конструкций [4], в том или ином виде включают корпус, дробильную чашу, дробящий конус, привод конуса в виде вибратора дебалансного типа и привод дебаланса (рис. 1).

Основные технологические особенности КИД, связанные с типом привода, состоят в следующем:

• дробилка не имеет «холостого хода» в обычном понимании: при отстутствии материала в камере дробления происходит обкатка футеровки конуса по футеровке чаши;

• дробление осуществляется за счет инерционных сил конуса и дебаланса: предусмотренная конструктивно возможность изменения величины статического момента дебаланса позволяет осуществлять «настройку» дробилки для эффективного дробления кон-

кретного материала с обеспечением требуемых характеристик дробленого продукта;

• износ броней практически не сказывается на крупности дробленого продукта, так как толщина слоя материала в камере дробления определяется кинетикой дробления и заданным силовым воздействием, а не фиксированным углом нутации конуса, как в дробилках с эксцентриковым приводом;

• по тем же соображениям возможен пуск дробилки под нагрузкой, не приводящий к перегрузкам ее механизма.

Кроме того, для предотвращения передачи значительных динамических усилий на фундамент инерционные дробилки снабжены системой мягкой виброизоляции.

Таким образом, кинематическая схема КИД определяет принципиальную возможность, а повышенная частота качаний конуса обеспечивает при соответствующем уровне дробящей силы получение мелкого продукта дробления

[1].

В расчетном отношении конусная инерционная дробилка представляет собой значительно более сложный механизм, чем дробилка с эксцентриковым приводом. Это связано, в первую очередь, с тем, что вместо двух существенных степеней свободы - угла поворота конуса и угла поворота эксцентрикового стакана - приходится рассматривать десять: шесть степеней свободы соответствуют корпусу дробилки, три - конусу, имеющему с корпусом одну общую точку (центр сферической опоры конуса) и, наконец, одна степень свободы - углу поворота дебаланса относительно оси его вращения, совпадающей с осью дробящего конуса.

Исследование влияния параметров конусной инерционной дробилки на ее технологиче-

Рис. 1. Конусная инерционная дробилка с нижней опорой конуса: 1 - дебаланс; 2 - корпус; 3 - конус; 4 -чаша; 5 - опора конуса; 6 - амортизатор; 7 - шпиндель; 8 - шкив; 9 - клиноременная передача; 10 -

электродвигатель

ские показатели произведено на разработанной в ОАО «Механобр-техника» математической модели работы КИД [3]. Используемые в работе уравнения динамического равновесия конуса совместно с алгоритмами определения перемещений материала в камере дробления и вычисления динамы сил дробления при учете физико-механических свойств дробимого материала представляют собой замкнутую анали-тико-алгоритмическую систему соотношений, связывающую механические параметры дробилки, форму камеры дробления, свойства дробимого материала и характеристики установившегося режима работы КИД.

При разработке данной методики расчета КИД внесены изменения в ранее использовав-

шиеся модели. В частности, движение материала в камере дробления изучается с учетом пространственного характера колебаний броней дробящего конуса и дробильной чаши, а не плоских колебаний, как это было принято в предшествующих исследованиях. Наконец, учет в этой модели реальных характеристик дробимого материала, установленных путем специально проведенных в ОАО «Механобр-техника» экспериментальных исследований

[2], позволил отказаться от использования ряда эмпирических коэффициентов.

На рис. 2-9 приведены результаты моделирования технологических показателей для дробилки КИД-1500 с профилем камеры дробления, ориентированным для получения продукта крупностью -40 мм при максимальной крупности исходного питания 170 мм. Размер двойного кольцевого зазора 2Б = 100 мм, радиус сферической опоры

Частота вращения дебаланса, 1/с

за=іооі^ш

Sd=150kgm

Sd=200kgш

Sd=225kgm

Sd=250kgш

Sd=300kgш

Sd=100kgш

Sd=150kgш

Sd=200kgш

Sd=225kgш

Sd=250kgш

Sd=300kgш

Частота вращения дебаланса, 1/с

Рис. 2. Зависимость массовой производительности от статического момента дебаланса Sd и его частоты вращения СО

8ё, кгм

Рис. 4. Зависимость толщины слоя Н от статического момента дебаланса Sd и его частоты враще-

Чм ю, с'1

Рис. 3. Изолинии массовой производительности Qм , т/ч

конуса Г = 1,19 м. Диапазон изменения величины статического момента дебаланса: Sd = 100^300 кгм, диапазон изменения частоты вращения дебаланса: Ю = 42^63 с- .

Как видно из приведенных результатов расчетов, массовая производительность дробилки с увеличением частоты вращения падает при всех значениях статического момента дебаланса. Крайне низкая производи-

ю, с

тельность на начальном участке исследуемого диапазона угловых скоростей объясняется недостаточной величиной статического момента дебаланса Sd = 100 кгм. На этом этапе дробящей силы, включающей в себя силы инерции конуса и дебаланса, недостаточно для сжатия слоя материала до разрушающей деформации. Далее, с ростом частоты вращения дебаланса, дробящая сила увеличивается и производительность растет.

Частота вращения дебаланса, 1/с

Sd=100kgm

---- Sd=150kgm

----Sd=200kgш

Sd=225kgш

---- Sd=250kgш

Sd=300kgш ----- Мощность ЭДВ Р=250КШ

Рис. 6. Зависимость потребляемой мощности Р от статического момента дебаланса Sd и его частоты

вращения Ю

Г

Рис. 7. Изолинии потребляемой мощности Р , кВт

С другой стороны, резкое падение производительности при Sd = 300 кгм происходит вследствие начала прессования слоя материала и падения амплитуды колебаний конуса А0 Кривые изменения толщины слоя материала в разгрузочном сечении камеры дробления имеют в большинстве случаев ярко выраженный минимум, причем с увеличением статического момента дебаланса толщина слоя уменьшается. По мере увеличения Ю растут инерционные силы конуса

Рис. 8. Зависимость дробящей силы Р от статического момента дебаланса Sd и его частоты вращения Ю

У со, с'1

Рис. 9. Изолинии дробящей силы Р , И

ЙЭДеб&лаЙЩЧЙ<«)ЛЩИВ«'Ш05Р^ЯТврВДВДР.ЕНИЯШИ етея^НЙиййй с некоторой частоты ю , т.е. с увеличением дробящей силы, изменяется характер движения материала в камере дробления: мелкие классы, образующиеся в больших количествах в верхних

сечениях, ускоренно транспортируются к разгрузочной зоне. В результате равновесие сил сопротивления руды и сил инерции конуса и дебаланса достигается при большей толщине слоя Н. Возрастание толщины слоя материала и коэффициента трения качения

Параметры и показатели Значения

Частота вращения дебаланса, с'1 47

Статический момент дебаланса, кгм 250

Рабочий разгрузочный зазор, мм 50

Крупность продукта дробления по 10% остатку на ситах, мм 38.5

Производительнось, т/ч 269.7

Потребляемая мощность, КВт 253.9

Дробящая сила, Н 1107129

конуса по дробимому материалу приводит к увеличению крупности дробленого продукта и повышению энергозатрат на дробление.

Потребляемая мощность в процессе дробления и дробящая сила увеличиваются как на всем интервале исследуемых частот вращения, так и с ростом величины статического момента дебаланса. Уменьшение дробящей силы при Sd = 100 кгм, начиная с Ю = 58 с , происходит вследствие падения амплитуды колебаний конуса из-за увеличения толщины слоя материала в разгрузочном сечении камеры дробления, а сила инерции, развиваемая дебалансом, оказывается недостаточной для преодоления силы сопротивления слоя сжатию.

Исходя из технического задания, для получения заданных технологических показателей дробилки КИД-1500, рекомендованы следующие рациональные сочетания конструктивных параметров:

В случае возникновения необходимости получения технологических показателей

Частота вращения дебаланса, 1/с

--- 8д=100к£т

--- Sd=150kgm

--- Sd=200kgm

--- Sd=225kgm

Sd=250kgm ... Sd=300kgm

дробилки, отличных от указанных в таблице, можно рекомендовать воспользоваться рис. 3, 5, 7, 9 на которых показаны изолинии функций двух переменных: массовой производительности д _ у sd), толщины слоя

Н = / {G^,Sd), потребляемой мощности

Р = / (&,Sd) и дробящей силы

Р — у ^ Sd). Таким образом, можно легко

подобрать рациональное сочетание параметров ю и Sd для требуемых технологических показателей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вайсберг Л.А., Зарогатский Л.П. Новые машины и комплектные технологические линии для дробления и измельчения материалов. «Проблемы машиностроения и надежности машин». Машиностроение, Наука, 2002 г., №1, с. 64-71.

2. Иванов Н.А., Барзуков О.П., Лаубган В.Р., Яхкинд Л.В. Изучение закономерностей дробления руд при сжатии слоя. Отчет. /Руководители Иванов Н.А., Барзуков О.П., Лаубган В.Р., Яхкинд Л.В. - №

ГР 0182.9006685; Инв. № Центра 0283.0041254. -

Ленинград, 1983. - 85 с.

3. Кацман Я.М. Механико-технологическая модель и оптимизация параметров конусной инерционной дробилки: Дис. на соиск. учен. степени канд. техн. наук (05.05.06). / Научн. рук. И.И. Блехман. -Ленинград, ВНИИ Механобр, 1985. - 184 с.

4. Ревнивцев В.И., Денисов Г.А., Зарогатский Л.П., Туркин В.Я. Вибрационная дезинтеграция твердых материалов. - М.: Недра, 1992. - 430 с.

Коротко об авторах ------------------------------------------

Бабаев Рустам Михайлович - ОАО «Механобр-техника», г. Санкт-Петербург.