CC BY
41
УДК 621.443 - 519.6 Дорохов Александр Фёдорович,
д. т. н., профессор, профессор кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»,
Астраханский государственный технический университет, тел. 8906187-40-83, e-mail: dorokhovaf@rambler.ru Проватар Алексей Геннадиевич, начальник центра практики и содействия трудоустройству Каспийского института морского и речного транспорта филиал ФБОУ ВПО «ВГУВТ», Астрахань,
тел. 8-908-618-03-79, e-mail: provatar@mail.ru Матвеев Юрий Иванович,
д. т. н., профессор, заведующий кафедрой «СЭУ» ФБОУ ВПО «ВГУВТ», Нижний Новгород,
тел. (831) 419-78-58, e-mail: vgavt@vgavt-nn.ru Никулин Анатолий Михайлович, магистр техники и технологий, инженер-конструктор, ОАО «Волго-Каспийский судоремонтный завод», Астрахань, тел. (85145) 98-0-31, e-mail:vksrz@mail.ru
РЕГУЛЯРИЗАЦИЯ МИКРОРЕЛЬЕФА ВНУТРЕННИХ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЦИЛИНДРОВЫХ ВТУЛОК ПРИ МЕЛКОСЕРИЙНОМ РЕМОНТЕ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
A. F. Dorokhov, A. G. Provatar, Yu. I. Matveev, A. M. Nikulin
REGULARIZATION OF THE MICRORELIEF OF INTERNAL WORKING SURFACES OF CYLINDER PLUGS AT SMALL-SCALE REPAIR OF THE SHIP DIESEL
Аннотация. Исследуется действие сил трения на ЦПГ судовых дизельных двигателей, анализируются конструкторско-технологические методы снижения данного воздействия и решаются задачи по введению в технологию ремонта одного из методов регуляризации микрорельефа (вибрационное накатывание). В работе также приводятся результаты расчетов экономической эффективности при применении метода вибрационного накатывания при мелкосерийном ремонте судовых дизелей. Данные исследования позволят эффективнее использовать имеющиеся мощности заводов и сократить расходы на эксплуатацию оборудования. Экономический анализ применения метода вибрационного раскатывания показал, что условия, получаемые от применения данного метода при обработке цилиндровых втулок, являются выгодными для обеих сторон - как для исполнителя, так и для заказчика. Исполнитель получает доход за обработку цилиндровых втулок, а заказчик получает повышенный ресурс втулок, увеличение мощности двигателя или экономию по расходу топлива, что складывается в существенный доход для заказчика.
Ключевые слова: мощность, цилиндровая втулка, вибрационная обработка, самоцентрирования цилиндровой втулки, виброголовка.
Abstract. Action of friction forces on TsPG of ship diesel engines is investigated, design-technology methods of decrease in this influence are analyzed and problems of introduction to technology of repair of one of methods of regularization of a microrelief (a vibration rolling) are solved. Results of calculations of economic efficiency at application of method of vibration rolling at small-scale repair of ship diesels are also given. These researches will allow to use the available capacities of plants more effectively and to cut down expenses on operation of the equipment. The economic analysis of application of method of vibration unrolling showed that the conditions received from application of this method when processing cylinder plugs are favorable to both parties - both for the performer, and for the customer. The performer gains income for processing of cylinder plugs, and the customer receives the raised resource of plugs, increase in engine capacity or economy on fuel consumption that develops in the essential income for the customer.
Keywords: power, cylinder plug, vibration processing, self-centerings of the cylinder plug, vibrohead.
Введение
Достигнутые к настоящему времени значения технического уровня современных и перспективных судовых дизелей базируются на высоких и сверхвысоких значениях показателей рабочего процесса, конструктивных и технологических решениях по элементам остова, цилиндропоршневой группы, системе топливоподачи и по применяемым материалам [1, 2]. Такой подход обуславливает высокий уровень затрат на исследования, проектирование и производство дизелей, является характерным для принципиально новых машин, а достигнутые показатели по существу являются предельными на значительную перспективу в силу конструктивных, технологических, материаловед-
ческих и экономических ограничений. В этой связи весьма рациональным представляется направление улучшения эксплуатационных показателей, базирующееся на внедрении в производство серийных или модернизируемых двигателей известных или новых технических решений. Каждое такое решение может давать небольшой количественный прирост эксплуатационных показателей, но будучи применёнными в совокупности, в силу принципа суперпозиции, они могут дать ощутимый эффект. Для возможности применения в технологии ремонта на судоремонтных предприятиях конструкторско-технологического метода вибрационного раскатывания внутренних рабочих поверхностей цилиндровых втулок рассмотрим тех-
Машиностроение и машиноведение
нологию ремонта и техническую оснащенность применительно к предприятиям, которые производят ремонт дизельных двигателей в Астраханском регионе. Так как Астраханская область находится на северной части Каспийского моря и имеет обширную дельту реки Волги, на ее территории расположено большое количество предприятий, занимающихся судостроительной и судоремонтной деятельностью. Ведущими промышленными предприятиями в этих отраслях в Астраханской области являются [3]: ЗАО «Ахтубинский судо-строительно-судоремонтный завод», ЗАО «ПК «Эко Плюс», ЗАО «Судостроительно-судоремонтный завод имени В. И. Ленина», ОАО «Астраханское судостроительное производственное объединение», ОАО «Волго-Каспийский судоремонтный завод», ОАО «Судостроительный завод «Красные Баррикады», ОАО «Судостроительный завод «Лотос», ООО «Галактика», «Астраханский СРЗ» - филиал ОАО «ЦС «Звездочка».
Грань между судостроительным и судоремонтным предприятием латентна, так как завод может быть одновременно судостроительным и судоремонтным. Отличие в том, что кто-то создает объекты судовой отрасли, а кто-то старается продлить их ресурс путем регулярного ремонта, являясь своеобразным «лекарем» проявлений эксплуатации. Так как затраты на ремонт и техническое обслуживание в процессе эксплуатации машин в несколько раз превышают их стоимость [4], то необходимо уделить особое внимание технологиям ремонта, стремящимся выровнять планку стоимости новой детали с её отремонтированным или модернизированным аналогом. При замене цилиндровых втулок они либо приобретаются у фирменного завода-изготовителя и его поставщиков, либо изготавливаются в условиях собственного производства, как это делается на ЗАО «Судо-строительно-судоремонтный завод имени В. И. Ленина» и на «Астраханском тепловозоремонтном заводе» - филиале ОАО «Желдорреммаш», занимающемся ремонтом дизельных двигателей. Снижение потерь мощности на преодоление сил трения Важным фактором улучшения эксплуатационных показателей поршневых ДВС является снижение потерь мощности на преодоление сил трения в цилиндропоршневой группе, которые составляют (по разным оценкам) от 47 до 53 % мощности всех внутренних потерь двигателя. Наиболее простым, с точки зрения конструкции и технологии, является достаточно известный метод формирования на зеркале цилиндра регулярного микрорельефа [5] (рис. 1).
Рис. 1. Цилиндровая втулка судового дизеля типа
Ч9,5/11 с нанесённым на зеркало регулярным микрорельефом 2-го вида, согласно [5]
Для применения метода вибрационной обработки в технологии ремонта дизелей, по известным рекомендациям [5], необходимо иметь на предприятии токарные станки - это условие не обременяет мелкосерийный ремонт закупкой специальных станков. Токарные станки, имеющиеся в оснащении на каждом производстве, легко переоборудуются при помощи специальных приспособлений и устройств для вибрационной обработки поверхностей. Это позволяет достигать значений всех параметров регулярного микрорельефа с широким диапазоном регулирования, варьируя частотой вращения шпинделя и скоростями подач.
Если рассматривать дизели, ремонт которых на данных предприятиях одобрен Российским речным регистром, то с наибольшим внутренним диаметром цилиндровых втулок будет дизель КУБ48, с Оц ~ 400 мм. Цилиндровая втулка такого диаметра установится в станок 16К20, так как максимально возможный диаметр обрабатываемой заготовки данным станком над станиной равен О = 440 мм [6]. Однако на заводы иногда приходят на ремонт крупнотоннажные суда с мощными энергетическими установками, в которых наружные диаметры цилиндровых втулок больше, чем может обработать станок 16К20. Для таких случаев необходимо проанализировать максимально возможные диаметры закрепления цилиндровых втулок на токарных станках, имеющихся в производстве на судоремонтных заводах (табл. 1).
Из табл. 1 следует, что на астраханских судоремонтных предприятиях при помощи токарно-винторезных станков можно обрабатывать цилиндровые втулки максимальным наружным диаметром до 1000 мм, что по сути является большим запасом по диаметру для обработки разных типо-
Т а б л и ц а 1
Марки токарных станков и их максимальный диаметр обрабатываемой заготовки над станиной
Марка станка Диаметр заготовки, мм
токарно-винторезный станок ARAD SNA 560 560
токарно-винторезный станок № 163 700
токарно-винторезный станок № 165 1000
токарно-винторезный станок РТ 1008 1020
токарно-винторезный станок 1М63 700
токарно-винторезный станок МК6056 500
токарно-винторезный станок 1К20 220
токарно-винторезный станок 16К20 440
размеров цилиндровых втулок методом вибрационного накатывания [6].
Для установки цилиндровых втулок на планшайбе токарного станка, предлагается изготовить приспособление, применяя прочную конструкцию с ребрами жесткости, которая позволит исключить ее возможную деформацию при воздействии на нее сил, возникающих при виброраскатке. На рис. 2 представлена схема конструкции приспособления для установки цилиндровых втулок двигателей на планшайбе токарно-винторезного станка. В данном случае показано закрепление цилиндровой втулки двигателя ЯМЗ-238М2 в приспособлении. Но так как цилиндровые втулки бывают разных типоразмеров (как правило, с увеличением диаметра увеличивается и длина), то приспособление имеет такие габаритные размеры и универсальную систему зажима, что способно принимать втулки диаметром от 145 до 230 мм (ЯМЗ-238М2, 6ЧН12/14, 6ЧН18/22, КУБ26А-3 и др.), а также диаметром от 250 до 350 мм (КУБ36, КУБ48 и др.). Данная конструкция приспособления, представленная на рис. 2, имеет ребра жест-
Рис. 2. Схема конструкции приспособления для установки цилиндровой втулки при виброраскатывании
кости по своей окружности, что обеспечивает общую жесткость всей конструкции в целом с закрепленной в ней цилиндровой втулкой. Также приспособление оснащено самоцентрирующим зажимным механизмом, состоящим из подвижных планок для закрепления цилиндровой втулки в нем. При одновременной подаче гидропласта [7] под давлением в полость над планками, планки начинают выдвигаться из своих посадочных мест и сдавливать поверхность цилиндровой втулки, одновременно центрируя её. Схема самоцентрирования цилиндровой втулки в приспособлении такова: гидропласт подается через клапан подвода гидропласта, клапан стравливания воздуха в это время находится в открытом положении. Когда остатки воздуха и поступающий гидропласт начинают выходить из спускного клапана, дается время для спуска небольшого количества гидропласта и воздуха из пространства над подвижными планками, а затем стравливающий клапан перекрывается и увеличивают давление поступающего гидропласта через клапан подачи. При достижении определенного давления (давление различается для приспособлений, изготовленных для разных типоразмеров цилиндровых втулок), позволяющего надежно закрепить цилиндровую втулку в данном приспособлении, перекрываются краны подачи гидропласта.
Планки зажимают распором цилиндровую втулку, центрируя ее. Отсоединяются питающие шланги и приспособление с установленной в ней цилиндровой втулкой готово к обработке методом вибрационного раскатывания. Для передачи гидравлического усилия подвижным планкам используется гидропласт марки СМ [7], он обладает высокой вязкостью, в зазор 0,03 мм он начинает просачиваться под давлением 30 МПа. Это значит, что при хорошей подгонке подвижных планок по посадочным местам в корпусе приспособления, уплотнительных деталей не потребуется - гидропласт не просочится. После завершения обработки
Машиностроение и машиноведение
цилиндровой втулки и ее изъятия из приспособления, подвижные планки извлекаются из своих посадочных мест, а остатки гидропласта вымываются растворителем.
После определения с базовым приспособлением, остается выбрать основной инструмент нанесения микрорельефа - виброголовку. Виброголовка - это устройство, которым наносят регулярный микрорельеф методом вибрационного раскатывания. Ее рабочими параметрами являются ^в.х. - число двойных ходов деформирующего элемента, d - диаметр деформирующего элемента и l - амплитуда движения деформирующего элемента (рис. 3).
При совместной настройке этих параметров и параметров токарно-винторезного станка, возможно нанесение разнообразного регулярного микрорельефа на рабочие поверхности цилиндровых втулок в зависимости от размеров и условий их работы.
Движение виброголовки с необходимыми выше параметрами осуществляется с помощью привода, имеющего разные виды. Привод может быть электрическим, гидравлическим, пневматическим, но самым простым и надежным является электрический привод посредством электродвигателя. Для применения вибрационного накатывания в условиях производства можно принять универсальную виброголовку (рис. 4) в силу простоты, надежности и невысокой стоимости. Такая виброголовка способна обрабатывать внутренние цилиндрические поверхности диаметром от 50 мм и более на глубину до 125 мм.
Однако так как длина цилиндровых втулок в зависимости от мощности дизеля может достигать до 500 мм, то необходимо обеспечить необходимую глубину обработки данной виброголовкой увеличением длины штока до 500 мм (рис. 5).
Рис. 3. Регулируемые параметры виброголовки
Рис. 5. Необходимое увеличение длины штока виброголовки
Рис. 4. Вибрационная головка для раскатывания цилиндровых втулок
При усилии N - деформирующего элемента на обрабатываемую поверхность цилиндровой втулки, шток будет отклоняться в силу упругого отжатия виброголовки и появится прогиб штока по оси, это приведет к уменьшению глубины вдавливания деформирующего элемента, а в последующем - к искривлению прямолинейности направляющего штока виброголовки (рис. 6).
£5
щ
\
Рис. 6. Нагрузка штока виброголовки при обработке цилиндровой втулки
f - стрела прогиба штока, которую можно найти по формуле:
Ы-/3 ~ \2пЕ - Я4 '
где N - сила, приложенная к деформирующему элементу для внедрения его в поверхность цилиндровой втулки. Примем Р = 150 кГс, такое усилие способно вдавить такой деформирующий элемент, как алмазный наконечник, в высокотвердую поверхность цилиндровой втулки, обработанную токами высокой энергии с твердостью HRC до 88, что является максимальным пределом твердости внутренних рабочих поверхностей втулок [8].
Е - модуль упругости материала. В данном случае модуль упругости материала будет определяться материалом, из которого изготовлен шток. Для обеспечения большей жесткости за материал штока примем углеродистую сталь с небольшим модулем упругости, равным Е = 210 МПа.
L - длина штока.
R - радиус штока, характеристика, которой
можно варьировать для достижения минимального прогиба.
Рассчитаем и сравним по табл. 2 зависимость прогиба штока от его радиуса.
Из табл. 2 видно, что с увеличением радиуса будет увеличиваться и диаметр штока, поэтому необходимо обеспечить возможность обработки виброголовкой цилиндровой втулки изнутри без помех, иначе шток с деформирующим элементом (шариковой головкой) просто не поместится в полость втулки с диаметром меньше 100 мм. Поэтому оптимальным радиусом при длине 500 мм будет являться R = 30 мм (D = 60 мм), при котором прогиб штока составляет 0,29 мм.
Однако при снижении силы воздействия деформирующего элемента, при меньшей твердости материала обрабатываемой втулки и глубины нанесения канавок прогиб штока будет уменьшаться. Следовательно, для каждого типоразмера втулок необходимо учитывать в расчетах изменение прогиба штока от силы вдавливания, чтобы компенсировать его при получении канавок нужной глубины. При динамическом анализе сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме ДВС (рис. 7), виден характер изменения «боковой» силы N прижимающей поршневую группу к внутренней рабочей поверхности втулки. Величина силы N и определяет значение силы трения, препятствующей перемещению поршня и требующей для своего преодоления потери определённой части индикаторной мощности. За рабочий цикл 4-тактного ДВС поршневая группа под действием «боковой» силы N совершает 6 перекладок. При этом наибольшего своего значения сила N достигает при такте «рабочий ход», от ~ 420 до ~500 градусов угла поворота кривошипа коленчатого вала, если считать от начала цикла (см. рис. 7). Поэтому авторы посчитали уместным на участке внутренней рабочей поверхности цилиндровой втулки, по ходу поршня, соответствующего вышеозначенному углу поворота кривошипа, нанести более частый вид микрорельефа, чем тот, который предполагается нанести на участок рабочей поверхности втулки выше и ниже означенного участка.
Зависимость прогиба штока от его радиуса
Т а б л и ц а 2
R, мм f, мм
10 23,7
20 1,48
30 0,29
40 0,09
Машиностроение и машиноведение
Рис. 7. Схема действия сил в кривошипно-шатунном
механизме за рабочий цикл 4-тактного ДВС
Конкретные виды микрорельефа должны определяться в зависимости от типа двигателя и, соответственно, от значений сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме. На рис. 8 приведена схема распределения рельефов поверхностного слоя зеркала цилиндра в зависимости от условий трения на каждом участке движения поршневой группы [9].
В зоне А цилиндровой втулки предполагается достичь минимально возможных параметров шероховатости (Яа), для того чтобы масло не удерживалось на данном участке и не пригорало, так как эта зона характеризуется высокими температурой и давлением. Предлагаемый технологический метод - алмазное выглаживание. Зона В разделена на четверти своей площади. От ее середины вверх и вниз мы предлагаем наносить более мелкий вид регулярного микрорельефа ввиду того, что в этой области поршень создает максимальное давление на стенки цилиндровой втулки и скорость прохождения этого участка поршнем выше. При помощи учащения сетки регулярного микрорельефа уменьшается площадь контакта поршневых колец и юбки поршня с зеркалом цилиндровой втулки в данной зоне и снижается обобщённый коэффициент трения на данном участке.
Рис. 8. Зоны обработки цилиндровой втулки: зона А - площадь поверхности от края втулки до первого поршневого кольца при нахождении поршня в верхней мёртвой точке (ВМТ); зона В - площадь поверхности от первого поршневого кольца при нахождении поршня в ВМТ до последнего поршневого кольца при нахождении
поршня в нижней мёртвой точке (НМТ); зона С -площадь поверхности от последнего поршневого кольца до края юбки при нахождении поршня в НМТ
Зона С предполагает нанесение микрорельефа другого вида, с меньшей частотой пересекающихся канавок, но способствующего повышению маслоемкости поверхности, в основном для работы юбки поршня в условиях гидродинамического трения [10]. При таком зональном нанесении регулярного микрорельефа методом вибрационного раскатывания на внутреннюю рабочую поверхность цилиндровой втулки, нам потребуется варьировать таким значением, как длина хода деформирующего элемента виброголовки (ее возвратно -поступательное движение). Оперативно воздействовать, по мере необходимости и в широком диапазоне значений, на данном типе виброголовки не представляется возможным. Для этого необходимо произвести вручную смену эксцентрика, определяющего своими геометрическими параметрами амплитуду движения шариковой головки (деформирующего элемента), что негативно сказывается на применении метода вибрационного раскатывания в условиях производства, так как замена эксцентрика отнимает время от основной работы и обязывает предприятие иметь обширный набор различных эксцентриков для разных типов регулярного микрорельефа.
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Рис. 9. Схема приспособления с механизмом изменения амплитуды нанесения микрорельефа
Предлагается изменить конструкцию узла изменения амплитуды движения данной виброголовки, взамен эксцентрикового метода. На рис. 9 показан предлагаемый вид узла изменения амплитуды движения виброголовки, основанный на ва-риаторной схеме изменения диаметра окатываемой поверхности полуконуса головкой. Путем смещения вдоль эксцентричной оси вращения полуконуса мы задаем необходимое нам значение амплитуды. Такая схема способна управлять ею максимально быстро, а также имеет множество вариантов значений амплитуд движения деформирующего элемента виброголовки для разнообразного вида регулярного микрорельефа, наносимого на зеркало цилиндровых втулок. При внесении в конструкцию узла изменения амплитуды движения деформирующего элемента виброголовки потребовалось изменить некоторые другие ее детали. В частности, была удлинена направляющая и скользящая втулка виброголовки и применена прижимная пружина, для того чтобы головка имела постоянный контакт с поверхностью эксцентричного полуконуса.
При обработке виброголовкой рабочей поверхности цилиндровой втулки основным деформирующим элементом является шарик. Материал шарика зависит от твердости материала, в котором он создает деформацию. Его твердость должна быть выше твердости обрабатываемой детали, поэтому при твердости материала цилиндровой втулки ИЯС < 40 используются шарики из твердо-
сплавных материалов, а при твердости ИЯС > 40 шарики заменяются на алмазные наконечники из синтетических сверхтвердых материалов.
Заключение
Анализ конструкторско -технологических методов, способствующих снижению потерь мощности на преодоление сил трения в цилиндро-поршневой группе ДВС, показал что весьма эффективным методом является метод вибрационного раскатывания. Метод позволяет снизить потери мощности после обработки зеркала цилиндровой втулки на 20 % по сравнению с серийным двигателем, уменьшить износ рабочей поверхности цилиндровой втулки в 1,5 раза за счет повышения маслоемкости зеркала цилиндра и сокращения его контактной поверхности, а также обеспечивает упрочнение поверхностного слоя цилиндровой втулки за счет наклепа, который образуется в процессе обработки цилиндровой втулки данным методом.
Экономический анализ применения метода вибрационного раскатывания показал, что условия, получаемые от применения данного метода при обработке цилиндровых втулок, являются выгодными для обеих сторон - как для исполнителя, так и для заказчика. Исполнитель получает доход за обработку цилиндровых втулок, а заказчик получает повышенный ресурс втулок, увеличение мощности двигателя или экономию по расходу топлива, что складывается в существенный доход для заказчика.
Машиностроение и машиноведение
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Конкс Г.А., Лашко В.А. Мировое судовое дизеле-строение. Концепции конструирования, анализ международного опыта Издательство: Машиностроение. 2005, 512 с.
2. Возницкий И.В., Пунда А.С. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 1. Теория и эксплуатация двигателей. М. : Моркнига, 2010. 384 с.
3. Ведущие промышленные предприятия России [Электронный ресурс] // Национальный реестр. URL: http://www.leading-industry.ru. (Дата обращения 22.06.2015).
4. Сорокин В.М., Курников А.С. Основы триботехники и упрочнения поверхностей деталей машин : курс лекций. Нижний Новгород : Изд-во ВГАВТ, 2006. 273 с.
5. Хоанг Куанг Лыонг, А. Ф. Дорохов, И. А. Апкаров. Исследования характеристик тепловыделения судо-
вого двигателя внутреннего сгорания при дизельном и газодизельном рабочем процессе по экспериментальной индикаторной диаграмме // Вестник Астра-хан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. 2014. № 1. С. 67-76.
6. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. Л. : Машиностроние, 1982. 346 с.
7. Тепинкичеева В.К. Металлорежущие станки. М. : Машиностроение, 1973. 472 с.
8. Изготовление штампов, пресс-форм и приспособлений. М. : Высшая школа, 1974. 387 с.
9. Арзамасов Б.Н., Сидорин И.И., Косолопов Г.Ф. Материаловедение. М. : Машиностроение, 1986.
10. Зеббар Джаллел, Сатжанов Б. С. Расчет температурного состояния цилиндровой втулки судового дизеля // Вестник Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. 2009. № 1. С. 151-155.
УДК 669.71:502.3 Ястребов Константин Леонидович,
д. т. н., профессор кафедры «Мировая экономика», Иркутский национальный исследовательский технический университет, тел. 89086476118, e-mail: jarosvet@istu.irk.ru
Кондратьев Виктор Викторович, к. т. н., начальник отдела инновационных технологий ФТИ, Иркутский национальный исследовательский технический университет, тел. 89025687702, e-mail: kvv@istu.edu
Николаев Михаил Дмитриевич,
генеральный директор ООО «Торговый дом «БайкА1», тел. 89025661166, e-mail: splav-al@yandex.ru
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЫПУЧИХ ТЕЛ ПРИ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ В МЕЛЬНИЦАХ
K. L. Yastrebov, V. V. Kondratiev, M. D. Nikolaev
MECHANICAL PROPERTIES OF GRANULAR MATERIALS DURING GRINDING IN MILLS
Аннотация. В статье проведено исследование характеристик крупности частиц сыпучего материала. Описаны формы и размеры частиц, характеристики проб сыпучего материала. Определен класс фракции сит: того, через которое прошла данная фракция, и того, на котором она задержалась. Приведен график гранулометрического состава, на котором по оси абсцисс откладываются размеры отдельных фракций или их логарифмы, а по оси ординат - выход отдельных фракций в процентах от веса всей пробы. Классифицированы сыпучие тела и минеральные частицы по крупности. Описаны виды обломочных и песчаных материалов. Проанализировано взаимодействие воды и водяного пара с сыпучими материалами в зависимости от крупности. Обратимые и необратимые деформации непосредственно зёрен обусловлены упругими деформациями сыпучего тела. Приведен модуль деформации сыпучего тела.
Ключевые слова: основы динамики сыпучих тел, механические свойства сыпучих тел, рудное мокрое самоизмельчение, дезинтегратор, методы и аппаратурное оформление, управление комплексом измельчения.
Abstract. The article investigates the characteristics of the particle size of the granular material, describes the shape and size of the particles, the sample characteristics of the granular material and defines a fraction class of a sieve, through which given faction passed, and the one on which it stood. The graph of granulometric composition is given, where the abscissa axis is the size of the individual fractions or their logarithms, and the ordinate is the output of individual fractions in percent by weight of the sample. Bulk solids and mineral particles are classified by size. The types of debris and sand materials are described. The interaction of water and water vapor with the bulk material depending on size is analyzed. Reversible and irreversible deformation of the grains directly are due to elastic deformation of the bulk solids. The bulk modulus of deformation of the solid is given.
Keywords: the basics of the dynamics of granular materials, mechanical properties of bulk solids, wet ore selfgrinding, disintegrator, methods and instrumentation, management of complex grinding.
Введение
Крупность частицы сыпучего материала характеризуется наибольшим её размером d, выраженным в миллиметрах. Форма частицы определяется соотношением между её длиной I и поперечными размерами а и Ь. Различают частицы угловатые, округленные и неправильной формы. Проба сыпучего материала характеризуется зерно-
вым или гранулометрическим составом. Гранулометрическим составом сыпучего тела называется относительное содержание в нём частиц разной крупности, выраженное в процентах от общего веса пробы. Грансостав сыпучего тела устанавливается последовательным просеиванием (или грохочением) пробы через ряд сит или решет с отверстиями разного размера. Класс фракции определя-
