CC BY
23
- © 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
'к
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)
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: kafedra-tmo@skgml-gtu.ru, Максимов Р.Н. — доктор технических наук, профессор, e-mail: MaksRN@yandex.ru, Байматов К.К. — кандидат технических наук, ассистент, e-mail: kaz-60@mall.ru, Максимов A.A. — аспирант,
Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет).
А
