Научная статья на тему 'Разработка конструкции и исследование режимов работы опытно-промышленной роторно-вибрационной мельницы'

Разработка конструкции и исследование режимов работы опытно-промышленной роторно-вибрационной мельницы Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
84
18
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МЕЛЬНИЦА / РОТОР / ВИБРАТОР / МОЩНОСТЬ / АМПЛИТУДА / ЧАСТОТА

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Максимов Н. П., Максимов Р. Н., Байматов К. К., Максимов А. А.

На основе теоретических и экспериментальных исследований, разработана конструкция опытно-промышленной установки роторно-вибрационной мельницы с диаметром ротора 1000 мм. На основе теоретических исследований получены зависимости определяющие скорость движения твердой частицы в зоне измельчения и определена пропускная способность мельницы по готовому продукту. Определена мощность главного двигателя и разработана методика расчета мощности электро-магнитных вибраторов в зависимости от параметров вибрационного воздействия (амплитуда, частота)

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

Текст научной работы на тему «Разработка конструкции и исследование режимов работы опытно-промышленной роторно-вибрационной мельницы»

- © Н.П. Максимов, Р.Н. Максимов,

К.К. Байматов, A.A. Максимов, 2012

УДК 621.926.7

Н.П. Максимов, Р.Н. Максимов, К.К. Байматов, А.А. Максимов

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЙ РОТОРНО-ВИБРАЦИОННОЙ МЕЛЬНИЦЫ

На основе теоретических и экспериментальных исследований, разработана конструкция опытно-промышленной установки роторно-вибрационной мельницы с диаметром ротора 1000 мм. На основе теоретических исследований получены зависимости определяющие скорость движения твердой частицы в зоне измельчения и определена пропускная способность мельницы по готовому продукту. Определена мощность главного двигателя и разработана методика расчета мощности электромагнитных вибраторов в зависимости от параметров вибрационного воздействия (амплитуда, частота).

Ключевые слова: мельница, ротор, вибратор, мощность, амплитуда, частота.

Многообразие измельчаемых материалов по их свойствам и преследуемым промышленным целям этого процесса приводит к большому количеству различных конструкций дробильно-помольных машин и установок.

Анализ конструктивных решений по дробильно-размольному оборудованию, особенно работающего с применением вибрации, показывает на возможность широкого применения этой техники на горно-металлургических предприятиях и создания новых конструкций этих машин.

Мельница (рис. 1) [1] состоит из опорной конструкции 1, в средней и верхней части которой выставлены нижний и верхний ряд пружин 2, поддерживающих вибрирующие рамы 4 и 7, причем пружины зафиксированы жесткими штоками 3, установленными при помощи гаек на раме 1 .

На вибрирующей раме 4 установлены два электромагнитных вибратора 5, причем статоры вибраторов закреплены болтами к раме 4, а якоря вибраторов связаны при помощи сто-252

ек 6 с вибрирующей рамой 7. Подобная конструкция позволяет при включении вибраторов 5 колебаться вибрирующим рамам 4 и 7 в противофа-зе, используя как активную, так реактивную составляющую колебательного движения. В центре мельницы на специальной конструкции, установленной на несущей раме 1 , закреплен кожух мельницы и опорная часть 10 для поддержания верхнего подшипникового узла 11 .

На несущей раме 1 , стоящей на виброопорах 24, в верхней её части, установлен асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором 16, осуществляющим передачу крутящего момента через клиноременную передачу 13 и ведомый шкив 12 на вертикальный вал 22.

Для осуществления процесса разрушения твердых сыпучих материалов мельница имеет две зоны измельчения верхнюю и нижнюю, состоящих из вибрирующих в противофазе чаш с внутренними коническими полостями 14 и 18, которые жестко, при помощи болтов связаны с вибрирующими

10 и II 15

Рис. 1. Конструкция опытно-промышленной ро-торно-вибрационной мельницы

0,117

0,1

0,083

и

£ 0,067

Я §

« 0,05 |

щ ё.

Р 0,033

0,017

0 0,0005 0,(11)075 0,001 0,00125 0,0015

Л у :1.ц: IVI.* колебаний, м

Рис. 2. Зависимость средней скорости движения частицы от амплитуды колебаний при: <в=315 с-1: 1 -п = 250 МИН-1, { = 0,3; 2 - п = 200 мин-1, { = 0,02; 3 - п = 150 мин-1, { = 0,04

рамами 4 и 6. Эти чаши совершают прямолинейные гармонические колебания в вертикальной плоскости. К вертикальному приводному валу 22 жестко закреплены роторы 15 и 20 выполненные в виде дисков. Рабочие поверхности футерованы плитами из марганцовистой стали, с болтовым креплением впотай. Приводной вертикальный вал, кроме верхней подшипниковой опоры 11, имеет нижнюю опору 23, установленную на раме 1, с помощью специальных горизонтальных ребер.

Для пересыпания разрушаемого сыпучего материала, из верхней зоны в нижнюю, имеется неподвижная коническая течка 12 и разгрузочная течка 21 , жестко закрепленные с кожухом 8 болтами.

При определении производительности роторно-виб-рационной мельницы, несмотря на большое количество влияющих на этот показатель факторов (прочность, крупность, влажность руды и т.д.), основополагающими будут конструктивные особенности машины и скорость выхода готового продукта из разгрузочной щели [2].

Скорость движения частиц в разгрузочной щели мельницы (без учета возможного заклинивания и проскальзывания частиц) можно определить по характеру движения частиц в зоне измельчения, которое можно описать дифференциальными уравнениями [3]

Рис. 3. Изменение минимальной пропускной способности кольцевой щели опытно-промышленной роторно-вибра-ционной мельницы при размоле доломита

Рис. 4. Изменение мощности на вертикальном валу опытно-промышленной роторно-вибрационной мельницы

mj xíj = - m2 A ю2 cos в • sin ю t -

- m 2 g • sin a - C - F

mj y = - m2 A ю2 sin p- sin ю t -

-m2g • cos a + N (1)

254

где mj - масса частицы; xq — ускорение частицы; m2 - масса вибрирующей чаши; А - амплитуда колебаний чаши; ю — частота колебаний чаши; g - ускорение свободного падения; t -время колебаний; C - центробежная сила; F - общая сила трения; N - реакция от всех сил.

Анализируя уравнения (1) при различных значениях амплитуды, частоты вращения ротора n и коэффициента трения f получены зависимости (рис. 2).

Пропускная способность мельницы по готовому продукту верхней или нижней зоны измельчения выразится формулой

Q = 3600K-п-D-V • B-у ф , т/ч (2)

где К - коэффициент пропорциональности, учитывающий неравномерность выхода материала из кольцевого зазора; D - диаметр ротора, м; В - переменная высота разгрузочной щели, м; V - скорость выхода готового продукта, м/с; у — плотность материала, т/м3; ф — поправочный коэффициент, учитывающий крупность исходного и конечного продукта, прочность руды, влажность и т.д. Получена зависимость пропускной способности мельницы от коэффициента неравномерности и угловой скорости (рис. 3).

Высота разгрузочной щели определяется по выражению:

В = (h + A- sin ю t), (3)

где h - высота разгрузочной щели в статическом положении; A - амплитуда колебаний.

При работе мельницы всегда необходимо соблюдать условие h > A при несоблюдении этого условия чаша будет бить по ротору.

Мощность главного двигателя ро-торно-вибрационной мельницы по формуле Л.Б. Ёевенсона

ч

1 я к ; и ,т : 1 (

Рис. 5. Схема двухмассовой колебательной системы роторно-вибрационной мельницы: 1 — статоры электромагнитных вибраторов; 2 — якоря электромагнитный вибраторов; 3 - штанги

N = —пр СТ с

ьЪЬп

(О2 - б1)

\ ср ср'

Вт

(4)

12 • Е-п

где кпр - коэффициент пропорциональности, учитывающий изменение прочности материала с изменением размера кусков; Ъ - поправочный коэффициент, учитывающий, число кусков, укладывающихся по длине камеры; стсж - предел прочности разрушаемого материала на сжатие, Н/м2; £ - длина зоны измельчения, м; п -

т2 — масса, включающая чашу нижней зоны дробления и статоры электромагнитных вибраторов; К1 — внешние, упругие связи (опорные пружины); К2 — внутренние, упругие связи (пружины электромагнитных вибраторов); С1 — коэффициент внешних сопротивлений, обусловленный взаимодействием чаш с измельчаемым материалом; Х1, Х2- величины перемещения масс, отсчитываемые от нейтральных положений.

Если пренебречь влиянием внешних, упругих связей К1, сопротивлением воздуха для каждой из масс, а также внутренними силами сопротивлений (потери на гистерезис) в упругих связях К2, то исследование свободной двухмассовой вибрационной системы можно свести к исследованию движения одной из масс этой системы относительно второй массы согласно уравнению

X + СХ + —X = ^э1пю t.

частота вращения вала, мин

.-1

Е - мо-

т

0,9

т

т

(5)

дуль упругости разрушаемого материала, Н/м2; п — к.п.д. привода.

Получена зависимость мощности от коэффициента неравномерности и угловой скорости (рис. 4).

При расчете мощности электромагнитных вибраторов определено, что роторно-вибрационная мельница (без вращающихся роторов) представляет собой двухмассовую колебательную систему (рис. 5), колеблющуюся в противофазе.

На схеме обозначено: т1 — масса, включающая чашу верхней зоны дробления, якоря электромагнитных вибраторов и соединительные элементы;

0,75

0,6

0,45

0,3

0,15

/ /

/

0

20

30

40

50

60

70

Частота колебаний, Гц

Рис. 6. Зависимость мощности электромагнитных вибраторов от частоты колебаний при амплитуде 0.5 мм и 1 мм

где X - перемещение одной из масс системы относительно другой; т -приведенная масса системы; с - приведенный коэффициент внешних сопротивлений; в) - частота вынужденных колебаний; Р0 - амплитуда возмущающей силы; к - суммарная жесткость упругих элементов.

При этом относительное перемещение колеблющихся масс определится уравнением

X =

Po X

-sin

m а,

(ю t)

(6)

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

где А — коэффициент динамичности; в0- частота собственных колебаний; ф — сдвиг фаз при установившемся движении между относительным перемещением и возмущающей силой.

Определив величины А, ®0> с, т и зная величину перемещения масс (амплитуда колебаний найдем величину возмущающего усилия Р0.

Потребляемую мощность электромагнитных вибраторов можно определить по уравнению (7):

N =

v- z2 • po2

(1 -z2 )2 + 4 V2-Z2

(7)

m

где V — коэффициент демпфирования; 2- коэффициент расстройки (отношение Ю /ю0).

Получены зависимости, показывающие, что с увеличением частоты колебаний затрачиваемая мощность электромагнитных вибраторов увеличивается практически линейно (рис. 6).

1. Патент РФ № 2301111. Роторно-вибрационная мельница / Опубл. в БИ. № 17, 2008 г. Авторы: Максимов Н.П., Бай-матов К.К.

2. Максимов Н.П., Максимов Р.Н., Бай-матов К.К. Экспериментальные исследова-

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ния роторно-вибрационной мельницы // Горный информационно-аналитический бюллетень МГГУ, № 6, 2009 г.

3. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. — М.: Наука, 1964. Н2Е

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Максимов Н.П. — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технологические машины и оборудование». e-mail: [email protected], Максимов Р.Н. — доктор технических наук, профессор, e-mail: [email protected], Байматов К.К. — кандидат технических наук, ассистент, e-mail: [email protected], Максимов A.A. — аспирант,

Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет).

А

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.