Научная статья на тему 'Применение разгонно-ударных мельниц для раскалывания стальной дроби и особенности их скоростных расчетов'

Применение разгонно-ударных мельниц для раскалывания стальной дроби и особенности их скоростных расчетов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
1
1
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
разгонно-ударная мельница / абсолютная скорость / стальная дробь / многоступенчатое измельчение / шаровая мельница. / rotor-impact mill / absolute rate / steel grit / multi-stage milling / ball mill.

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Левченко Эдуард Петрович, Павлиненко Ольга Игоревна, Власенко Дмитрий Алексеевич

Путем аналитических расчетов и анализа зависимости абсолютной скорости вылета стальной дроби из ротора разгонно-ударной мельницы уточнена скорость удара частиц при производстве колотой стальной дроби. В результате анализа протекающих процессов выявлены пути их улучшения за счет применения многоступенчатого измельчения и эффективного отвода готового продукта.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Левченко Эдуард Петрович, Павлиненко Ольга Игоревна, Власенко Дмитрий Алексеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Using the rotor-impact mills for steel shot cleaving and peculiarities for their rate computations

The impact velocity of particles in steel grit production has been defined through analytical calculations and analyzing the dependence of steel shot absolute escape velocity out of impact mill rotor. As a result of analysis of occurring processes the ways for their enhancement were found out due to using the multi-stage milling and effective product yielding.

Текст научной работы на тему «Применение разгонно-ударных мельниц для раскалывания стальной дроби и особенности их скоростных расчетов»

Павлиненко О.И., Власенко Д. А.

(ДонГТУ, г. Алчевск, ЛНР)

ПРИМЕНЕНИЕ РАЗГОННО-УДАРНЫХ МЕЛЬНИЦ ДЛЯ РАСКАЛЫВАНИЯ СТАЛЬНОЙ ДРОБИ И ОСОБЕННОСТИ ИХ СКОРОСТНЫХ РАСЧЕТОВ

Путем аналитических расчетов и анализа зависимости абсолютной скорости выпета стальной дроби из ротора разгонно-ударной мельницы уточнена скорость удара частиц при производстве колотой стальной дроби. В результате анализа протекающих процессов выявлены пути их улучшения за счет применения многоступенчатого измельчения и эффективного отвода готового продукта.

Ключевые слова: разгонно-ударная мельница, абсолютная скорость, стальная дробь, многоступенчатое измельчение, шаровая мельница.

Механика

УДК 621.66-9

к.т.н. Левченко Э.П.,

В настоящее время все более широкое внимание уделяется сравнительно новым видам дробильно-измельчительных машин, в том числе работающим по принципу разгона материала лопастями быстро вращающегося ротора и реализующим способ разрушения свободным ударом (рис. 1). Это вызвано их некоторыми преимуществами по сравнению с широко распространенными молотковыми дробилками.

1 - корпус, 2 - ротор, 3 - разгонная лопасть, 4 - отбойное кольцо, 5 - загрузочная воронка, 6 - разгрузочное устройство

Рисунок 1 - Разгонно-ударная мельница

Аналогичные устройства, на основе лабораторной установки «Штраубе», приме-

няются для определения износостойкости стальной дроби. Однако, для приготовления колотой дроби применяются шаровые мельницы, работающие по принципу стесненного удара, что зачастую приводит к лишнему переизмельчению с образованием пылевых фракций, идущих в отходы. Поэтому, актуальной является задача эффективного раскалывания стальной дроби при низком процентном содержании металлической пыли и экономном расходовании электроэнергии на дробление.

Основным фактором, непосредственно влияющим на разрушающую способность материала при выбросе из ротора разгонно-ударной мельницы, является скорость, чему уделяется внимание многих исследователей таких машин [1-3]. Таким образом, точное определение критической скорости, гарантирующей разрушение стальной дроби является первостепенным, ибо раскалывание происходит, как правило, при однократном ударном воздействии, что должно быть гарантировано еще на этапе проектирования машины.

Одним из эффективных методов определения скорости выброса из мельницы является применение математического аппарата на основе решения дифференциальных зависимостей, описывающих движение частиц в роторе мельницы.

Механика

Задачей данной публикации является уточнение аналитической зависимости скорости вылета стальной дроби из ротора разгонно-ударной мельницы и возможности их применения для раскалывания стальной дроби.

В ранее проводимых исследованиях известна математическая зависимость абсолютной скорости вылета материала из раз-гонно-ударной мельницы от основных параметров ротора [1]:

Уи =о)Ях

1 +

V?

+1+/

+

1 п п г V л ^ у л.

Г Я

л//2+1 + /

(1)

За основу исследований при выводе формулы (1) принята расчетная схема (рис. 2).

Рисунок 2 - Расчетная схема

Зависимость (1) была получена на основе дифференциального уравнения [1].

т^ + 2/ю—-Л = ю2($-г-/), (2)

с/Г Л

где т - масса частиц в г.; ей* - элементарное перемещение частицы по лопасти ротора за время гй; ю - угловая скорость вращения ротора, с1',/- коэффициент трения; г - радиус, нормальный к лопасти.

При этом точка М задает текущее положение частицы в момент времени / на разгонной лопасти ЬР (рис. 2). Положение частицы на лопасти во время движения характеризуется перемещением 57/у = ЬМ. Угловая скорость вращения диска равна со. В плоскости лопасти на частицу действуют следующие силы: /V/ - сила реакции лопасти, N2 - сила реакции диска, ^ - сила Ко-риолиса.

В соответствии с законом Ньютона [4], в проекции на ЬР сумма действующих на сферу сил:

т-а-Ртр -Рц • со8а = 0,

где: т - масса частицы; а -ее ускорение; Рт/) - сила трения; Рц - центробежная сила; а - угол наклона лопасти к радиусу диска.

Решением уравнения (2) служит выражение для относительной скорости [1].

у

от

Ш

(о\ л/я2 -г2 -г„ •/

V./2+1+./

. (3)

Абсолютная скорость V находится по теореме косинусов [5] (рис. 3):

У = л1У2 +У2 -2-У ■V

' Л1' от ' окр ' от ' окр '

(4)

где Уокр =а>-Я, |ОР| 1 Кжр. Из треугольника КРО (рис. 3) следует [5]:

5(0 = 7^7-Ь. (5)

Такая зависимость получена с учётом того, что частица дроби начинает двигаться по

ЖЫ 20 77-1738. Сборник научных трудов ДонГТУ 2016. № 3 (46)

_Механика_

лопасти не от центра диска, а только на расстоянии ЬР (в связи с тем, что лопасть расположена не радиально, а ротор снабжён распределительным конусом, имеющим радиус нижнего основания КО). Таким образом, длина пути движения дроби 8(1) = |ЬР| = |КР| - |КЬ|, что меньше на величину |КЬ| = Ь того пути, который могла бы пройти частица, если бы движение начиналось в месте пересечения нормального радиуса распределительного конуса и образующей поверхности лопасти.

У = соЯх

1 +

? 1 п п г ^ у л.

Я

I л//2+1+/

(6)

Погрешность вычислений по формуле (6) в практических расчетах не превышает 2% [5].

Определим погрешность вычислений абсолютной скорости, рассчитанной по формулам (1) и (6):

А V

Уь-У

Ги

•100%,

(7)

Для упрощения расчетов, проводимых в общем виде, выполним анализ формулы абсолютной скорости, исходя из того, что коэффициент трения качения для дроби, имеющей форму сферы, можно считать, как бесконечно малую величину, и им можно пренебречь. Так, например, для шарикоподшипника качения, имеющего множество сферических тел качения, составляет 0,995, т. е. потери на трение шариков фактически отсутствуют.

Подставим значения формул (1) и (6) без учета коэффициента трения в выражение (7):

Рисунок 3 - Движение по лопасти

В таком случае абсолютная скорость вылета частиц из ротора определяется по формуле, которая отличается от (1) знаком «минус» при втором слагаемом:

И

п

Я

А ¥ = ■

/

•100% = 200%.

п

я

Таким образом, расчеты по формуле (1) могут приводить к завышенным результатам скорости удара стальной дроби при ее раскалывании почти в 2 раза.

Минимальную предударную скорость частицы дроби можно найти экспериментальным путем для размеров дроби разного диаметра, исходя из равенства кинетической и потенциальной энергий, обеспечивающих гарантированное раскалывание:

Е =

тд ■ V;

тг ^g^hi

(8)

где т0 - масса частицы дроби, г; Утш -минимальная скорость дроби в момент удара, гарантирующая ее раскалывание; /и,. -

Механика

масса падающего груза при экспериментальном раскалывании дроби, г; § - ускорение свободного падения; /г - минимальная высота падения груза, вызывающая раскалывание дроби, м.

Из равенства (8) скорость удара частицы об отбойную плиту должна составить не менее:

У>\2-

т

т.

^g^h.

(9)

У>

2-

т.

р ■ лс1

^g^h.

(10)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Или, окончательно, со всеми численными вычислениями:

Г>-0,22Ы

(П)

где й? - диаметр дроби, м.

Приравняв скорости, найденные по выражениям (6) и (11), можно определить угловую скорость вращения ротора раз-гонно-ударной мельницы.

I т

0,22, —г • Л = соЯ х \с13

1 +

Отсюда угловое ускорение ротора раз-гонно-ударной мельницы будет описываться выражением (13):

со = -

0,22

1 +

г г 1 _ " _ л. /*

Я2 я1

С учетом численных значений, входящих в уравнение (9), и объема сферы жсГ/б при удельной массе стальной дроби р=7,82 г/см3 формула (9) приобретет следующий вид:

(13)

Или, упрощенно, при бесконечно малом (нулевом) значении коэффициента трения качения:

со = -

Я \ с/

1 +

2 Г

г. (14)

И

У

V./2+1+./

? 1 п п г ^ у л.

Я

I л//2+1+/

(12)

При необходимости легко пересчитать угловую скорость вращения в частоту вращения по известным зависимостям.

Л Для практического применения свободного удара при раскалывании стальной дроби необходимо создавать достаточно большие скорости ее вылета. Это негативно может сказываться на надежности работы машины в связи с высокой изнашивающей способностью металлических абразивных частиц и самой дроби, относительно быстро выводя машину из работоспособного состояния. При этом возможны внезапные разрушения защитного корпуса, в результате чего может возникнуть повышенная вероятность угрозы обслуживающему персоналу. Поэтому крайне желательно снизить угловую частоту вращения ротора, например, путем осуществле-

ISSN 2077-1738. Сборник научных трудов ДонГТУ 2016. №3 (46)

_Механика_

ния многоступенчатого разрушения [6], когда на первом этапе стальная дробь может получать внутренние дефекты, приводящие к предварительному зарождению трещин в ее структуре, а на последующих стадиях - проводить окончательное раскалывание.

При проводимых экспериментах было замечено, что выбрасываемая из ротора дробь отражается от брони рабочих плит и рикошетом возвращается в зону действия лопастей ротора, что существенно снижает эффективность работы мельницы, резко увеличивая потери электроэнергии, а также сильно изнашивает конечные участки рабочих лопастей. Это впоследствии требует их частой замены и проведения сложных балансировочных работ. Таким образом, ремонтопригодность мельницы существенно усложняется, и снижаются межремонтные сроки эксплуатации. Одним из технических решений, направленных на устранение данного недостатка, является выполнение отбойных поверхностей с наклоном в сторону выгрузки раскалываемого материала.

Приведенные недостатки разгонно-ударных дробильно-измельчительных машин при раскалывании стальной дроби указывают, что применяемые для этой цели шаровые мельницы являются более надежными и безопасными в работе, однако требуют адекватной доработки в части организации более надежного способа реализации стесненного удара, т. к. ударное

Библиографический список

взаимодействие сферических мелющих тел со сферическими частицами дроби является очень неэффективным с точки зрения осуществления центрального удара. Поэтому в первоначальный момент дробь раскалывается очень плохо, а затем, когда появляются частицы некруглых форм, начинается их резкое переизмельчение с образованием значительного количества металлической пыли, идущей в отбраковку.

Выводы и направление дальнейших исследований.

1. Известная формула абсолютной скорости вылета частицы из ротора разгонно-ударной мельницы для стальной дроби сферической формы дает фактически в два раза завышенное значение, что затрудняет адекватное описание протекающих процессов приготовления колотой дроби.

2. Разгонно-ударные дробилки за счет реализации способа разрушения свободным ударом обеспечивают значительную скорость вылета стальной дроби, что является неблагоприятным с точки зрения как стойкости футеровочных элементов мельницы, так и охраны труда производственного персонала.

3. Перспективным направлением раскалывания стальной дроби в разгонно-ударных мельницах с точки зрения снижения скоростей вылета дроби является применение многоступенчатых схем измельчения и эффективного отвода отраженных от отбойных поверхностей частиц к зоне разгрузки мельницы.

1. Оскаленко Г.Н. Исследование дробления и измельчения силикатных и других материалов в центробежной роторной мельнице-дробилке : автореф. дис. на соиск. науч. степени канд. техн. наук : спец. 05.05.04 "'Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины" /Г.Н. Оскаленко. — Днепропетровск, 1965. —27 с.

2. Вайтехович П.Е. Модель движения материала в роторе-ускорителе центробежно-ударной дробилки /П.Е. Вайтехович, П. С. Гребенчук, A.B. Таболич // Труды БГТУ. Химия и технология неорганических веществ. — 2014. —№ 3. — С. 102-104.

3. Королев П.П. Исследования по роторно-ударным дробилкам / П.П. Королев, В.Н. Алтухов, Э.П. Левченко // Сборник научных трудов ДГМИ. —Алчевск, 2002. —Вып. 16. — С. 180-184.

4. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики / С.М. Тарг. — М. : Гос. изд-во физ,-мат. литературы, 1963. — 480 с.

Механика

5. Левченко Э.П. Интенсификация технологического процесса измельчения зерна на комбикорм в центробежно-ударной мельнице: дис. канд. техн. наук : 05.05.11 / Левченко Эдуард Петрович. — Луганск, 2001. — 179 с.

6. Пат. 2029618 Россия, МКИ В02С 13/14. Центробежная дробилка / Онопченко А.Н., Зин-ченко A.M., Левченко Э.П., Сухомлин P.M.; заявитель и патентособственник Левченко Эдуард Петрович. —№ 4882162/33; заявл. 16.11.90; опубл. 30.01.93, Бюл. №6. — 3 е.: ил.

Рекомендована к печати к.т.н., проф. ДонГТУ Ульяницким В.Н.,

д.т.н., проф. ДонНТУ Еронько С.П.

Статья поступила в редакцию 16.05.16.

к.т.н. Левченко Е.П., Павлиненко O.I., Власенко Д.О. (ДонДТУ, м. Алчевськ, ЛНР)

ЗАСТОСУВАННЯ РОЗГ1ННО-УДАРНИХ МЛИШВ ДЛЯ РОЗКОЛЮВАННЯ СТАЛЬНОГО ДРОБУ ТА ОСБЛИВОСТ1ÏX ШВИДК1СНИХ РОЗРАХУНК1В

Шляхом аналйпичних розрахунюв та аналгзу залежноат абсолютноï ьивидкоат вильоту стального дробу з ротору розгтно-ударного млину уточнено швидкють удару частинок при ви-poÔHUifmei колотого стального дробу. В результатi аналгзу процеЫв, що проттають, виявлено шляхи ïx покращення за рахунок застосування багатоступеневого подр1бнення та ефективного eideody готового продукту.

Ключов1 слова: розгтно-ударний млин, абсолютна швидкють, опальный dpi6, багатоступе-неве подр1бнення, кульковий млин.

PhD in Engineering Levchenko E.P., Pavlinenko O.I., Vlasenko D.A. (DonSTU, Alchevsk, LPR)

USING THE ROTOR-IMPACT MILLS FOR STEEL SHOT CLEAVING AND PECULIARITIES FOR THEIR RATE COMPUTATIONS

The impact velocity of particles in steel grit production has been defined through analytical calculations and analyzing the dependence of steel shot absolute escape velocity out of impact mill rotor. As a result of analysis of occurring processes the ways for their enhancement were found out due to using the multi-stage milling and effective product yielding.

Key words: rotor-impact mill, absolute rate, steel grit, multi-stage milling, ball mill.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.