Управление процессами грохочения сыпучих компонентов асфальтобетонной смеси Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 691.168

Ю.Э. ВАСИЛЬЕВ, канд. техн. наук, А.В. ЛИБЕНКО, д-р техн. наук,

Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ);

М.Н. АЛЕХИНА, инженер (m-alekhina@yandex.ru), Н.В. МОТИН, канд. техн. наук,

ООО «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий» (Москва)

Управление процессами грохочения сыпучих компонентов асфальтобетонной смеси

Грохоты, используемые на предприятиях строительной индустрии, рассматриваются в большинстве случаев как обособленно действующие устройства классификации дробленого материала. Однако потенциальные возможности процесса грохочения проявляются наиболее отчетливо, если анализировать грохот в качестве элемента неразрывной технологической цепи дробление-классификация, решая задачу повышения его технико-экономических показателей за счет управления процессом классификации фракционируемого материала.

Результаты экспериментальных исследований горизонтального виброгрохота с применением мотор-вибраторов в качестве привода представлены на рис. 1. Три амплитуды колебаний с эллиптической траекторией (размер большой оси эллипса 4; 3,5 и 2,5 мм; соотношение полуосей соответственно 1:6; 1:3 и 1:3) и четыре амплитуды прямолинейных колебаний (4,6; 4; 3,5 и 2,5 мм) получены за счет регулирования положения дебалансов. Использовались три рабочие поверхности с размерами отверстий 40x40, 20x20 и 10x10 мм. Исходным материалом был гранитный щебень с содержанием 40% верхнего класса и 35% зерен размером меньше половины размера отверстий. Критериями оценки служили эффективность Е грохочения и максимальная производительность Q по исходному материалу, при которой обеспечивались качественные показатели процесса.

Анализ кривых, полученных на рассеивающих поверхностях с отверстиями 40x40 мм (рис. 1, а), показывает, что в этом случае наибольшие эффективность грохочения и производительность обеспечиваются на режиме с амплитудой 4,6 мм и прямолинейной траекторией колебаний. Стабильное качество продуктов обеспечивается до производительности 120-130 т/ч.

Снижение амплитуды колебаний до 3,5 мм, то есть на 1,1 мм, значительно ухудшает технологические показатели процесса. Транспортирующая способность грохота при нагрузке, превышающей 45-50 т/ч, становится низкой вне зависимости от траектории колебаний, и материал постепенно накапливается на сите грохота.

При работе грохота с амплитудой колебаний 4 мм повышение нагрузки до 80-85 т/ч как в случае прямолинейной, так и при эллиптической траектории колебаний не вызывает заметного снижения качества продуктов. В случае прямолинейной траектории колебаний материал более равномерно распределяется по ситу.

Таким образом, по технологическим показателям наиболее оптимальным является режим с прямолинейной траекторией и амплитудой колебаний 4,6 мм.

При грохочении материала на сите с отверстиями 40x40 мм качественные показатели рассева в случае колебаний с амплитудой 2,5 мм неудовлетворительны, а при амплитуде колебаний 3,5 мм на 1-3% выше, чем при амплитуде 4 мм. Очевидно, вследствие более длительного пребывания материала на сите эффективность процесса повышается, но вместе с тем значение максимальной производительности снижается с 80-85 т/ч

при амплитуде колебаний 4 мм до 60-70 т/ч при амплитуде 3,5 мм.

Удельные показатели процесса грохочения на сите с отверстиями 20x20 мм оказались значительно более высокими, чем при грохочении на сите с отверстиями 40x40 мм.

Эффективность процесса грохочения на сите с отверстиями 10х10 мм еще более повышается. При колебаниях короба грохота с амплитудой 2,5 и 3,5 мм высокие технологические показатели обеспечиваются до производительности 55 и 65 т/ч (рис. 1, в), что соответствует нормированной удельной нагрузке для такого размера отверстий просеивающей поверхности (23 м3/ч на 1 м площади сита).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что характер зависимостей Е=/^)при рассеве на ситах с отверстиями различных диаметров на всех режимах одинаков, имея ярко выраженный максимум.

а Е, %

80

60

____ 3

1 4 I 1 4 vz"^5*4^ 1 1 1 1

0 20 40 60 80 100 120 140 Q, T/ч

б Е, % 90 80 70

60

3

5 5

1 1 lili i i 1 1 1

0 20 40 60 80 100 Q, T/ч

в Е, %

70

4

6J ^

7J

1 1 lili 1 1 1 1 1

0

20

40

60

80

100

Q, T/ч

Рис. 1. Зависимость эффективности грохочения от производительности на сите с отверстиями: а - 40x40 мм; б - 20x20 мм; в - 10x10 мм; 1, 3, 5, 7 - прямолинейная траектория колебаний, амплитуды соответственно равны 4,6; 4; 3,5; 2,5 мм; 2, 4, 6 — эллиптическая траектория, амплитуды соответственно равны 4; 3,5; 2,5 мм

научно-технический и производственный журнал Q'fffjyTf S JJbrlbJ" "70 ноябрь 2011

п .

/Дщ1

и,

САР|*

'4 од

КУ

а

> К смесителю

Рис. 2. Структурная схема комплексной системы автоматизации дробильно-сортировочной установки: 1 (Дщ,), 4 (Дщ2) - щековые дробилки; 2 - грохот; 3 - ленточный питатель; 5 (Дк2) - конусная дробилка; 6 - накопительные бункеры отдельных фракций щебня; 7 - распределительный бункер с коэффициентом перемещения заслонки ф; ф, - коэффициент перемещения заслонки; Од - производительности дробилки; Од - заданная производительность дробилки; О,, Q2, Qз, Q4 - производительности транспортеров отдельных фракций щебня; -у2, -у3 - процентное содержание фракций в рецепте; -у4 - процентное содержание сверхмерного щебня; САР - система автоматического регулирования, СЭР - система экстремального регулирования; Е - эффективность грохочения

Последние обстоятельства позволяют предложить для управления процессом по минимуму эффективности грохочения Е систему экстремального регулирования (СЭР).

Функции системы порождают ее структуру и должны быть ей адекватны. Система управления процессом дробления и сортировки является комплексной и вклю-

чает в себя два взаимосвязанных подконтура локального управления дробилкой и грохотом.

Грохот обладает экстремальной статической характеристикой, которая смещается с изменением расхода дробленого материала, поступающего из разгрузочного отверстия дробилки (РОД). Использование СЭР для поиска максимума статической характеристики предполагает соблюдение ряда технических требований к характеру изменения производительности Q материального потока. Качество оптимизации процесса сортировки независимо от типа используемой СЭР определяется потерями на поиск в регулярном режиме и числом ложных переключений на конечном интервале наблюдений m = х/ст, где шаг квантования обусловливается допустимой динамической ошибкой системы, а среднеквадра-тическое отклонение — характеристиками расхода Q. Управление объектом (грохотом) с помощью экстремальной системы будет представлять собой непрерывный процесс поиска максимума координат статической характеристики в виде пробного изменения настроек, анализа результатов измерений и определения направления к экстремуму. В соответствии с этим набором функций разрабатывается структура СЭР.

Стабилизация значений Q и его статистических параметров должна осуществляться системой регулирования процесса дробления, придавая ему свойства, обеспечивающие работу СЭР без сбоев.

Таким образом, достаточно общая структура комплексной системы автоматизации дробильно-сортировочной установки будет иметь вид (рис. 2).

Первый контур системы должен обеспечить стабилизацию производительности дробилки Од, включая в себя измеритель текущего значения Од, сравнение этого значения с заданием Од и воздействие в соответствии со знаком ошибки А на регулирующий орган с целью изменения параметра управления Овх.

Второй контур системы в соответствии со сформированной экстремальной статической характеристикой грохота (блок формирования БФ) осуществляет поиск ее экстремума системой экстремального регулирования СЭР.

Вариант автоматизации дробилки первичного дробления должен обеспечить минимизацию дисперсии потока дробленого материала, поступающего на сортиров-

№вт

т

Физическая структура

Алгоритмическая структура

Gи —

т Gр

Ки

Рис. 3. Модель измерителя расхода с разомкнутой системой измерений: а - исходная структура; б - преобразованная структура; 1АЛ - передаточные функции питателя и весового транспортера; Ки - коэффициент усиления измерительного элемента; Gи - измеренная масса материала; Gр -реально прошедшая масса материала через транспортер; р - оператор Лапласа; т - сдвиг времени; е'Р! - экспонента; А - суммарная погрешность

6

а

б

Д

Ы ®

научно-технический и производственный журнал

ноябрь 2011

71

ку. Техническая реализация подобной структуры опирается на анализ свойств отдельных технических элементов системы: щековой дробилки первичного дробления, транспортирующих, распределительных и измерительных устройств расхода, грохотов.

Результаты ряда исследований показали, что способ поддержания заданного значения производительности дробилки при переменном составе горной массы, путем изменения величины разгрузочной щели является наиболее эффективным.

Этот вывод подтверждается и опытами Б.Н. Дубровина на дробилке 225x325 мм, в которых доказано, что в пределах 0,6Ятах < Я < Ятах ее производительность прямо пропорциональна ширине разгрузочной щели. В опытах В.А. Баумана, проводившихся на дробилке 250x400 мм, прямо пропорциональная зависимость между производительностью и шириной щели подтвердилась при Я < 0,6Ятах, то есть в рабочем диапазоне возможных значений Я.

При формировании системы регулирования расхода дробилки в качестве измерителя расхода используются, как правило, ленточные весовые транспортеры с плоскопараллельной подвеской. Нагрузка от массы материала на ленте транспортера передается к датчику традиционной рычажной системой. Динамические свойства системы регулирования будут при этом неудовлетворительны из-за большого времени установления переходных процессов. Можно предложить принципиально иную схему измерения расхода, представляющую собой две параллельные ветви (рис. 3), первая из которых соответствует реальной измерительной цепи дробилки в виде весового транспортера «жесткой» подвески, а вторая — технологической части, интегрирующей производительность дробилки со сдвигом времени попадания материала из дробилки к следующим за ней в техноло-

гической цепи агрегатам. Измеренная Gиз и реально прошедшая через транспортер Gссып массы материала сравниваются между собой, а интегрирование их разностей дает суммарную погрешность за время измерений.

Модель (рис. 3) позволяет спроектировать систему измерения массы, обладающую высокими метрологическими характеристиками за счет вычитания из измеренного значения Gиз ошибки А(г): Gиз(t) — А(г). Умножение текущего значения массы на скорость движения ленты дает истинное значение расхода дробилки в данный момент времени. Получен идеальный безинерционный измеритель расхода, который может быть использован в комплексной системе регулирования производительности щековой дробилки первичного дробления и грохота.

Таким образом, рассмотрение грохота в качестве элемента неразрывной технологической цепи дробление—классификация позволяет решить задачу повышения ее технико-экономических показателей за счет оптимизации работы грохота по критерию эффективности Е, что предполагает выдерживание его экстремального значения при определенном значении расхода щебня, поступающего из разгрузочного отверстия дробилки. Предложенная оптимальная технологическая схема и система автоматического регулирования процессами дробления-сортировки обеспечивает максимальную эффективность непрерывного процесса получения фракционированного щебня.

Ключевые слова: грохот, дробление, фракция, щебень. Литература

1. Бауман В.А., Клушанцев Б.В., Мартынов В.Д. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. М.: Машиностроение, 1975. 351 с.

НА!

IV Международная конференция

ГИИ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧНОГО И ДОЛГОВЕЧНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

23-27 марта 2012 г. Каир, Египет

Организаторы конференции:

Египетско-российский университет Национальный исследовательский центр жилья и строительства (HBRC), Ижевский государственный технический университет

ЕдурКач Кии1яп ип^^Ау

(никсЦ J ^ыЦЛ у

■ ......

Соорганизаторы:

Томский политехнический университет, Омский государственный технический университет, Казанский государственный архитектурно-строительный университет, Московский государственный строительный университет, Российский университет дружбы народов, ВНИИСТРОМ им. П.П. Будникова

Тематика конференции:

Нанокомпозиты в строительных материалах Нанотехнологии в строительстве Защита от пожара с помощью наночастиц Нанотехнологии в кондиционировании воздуха Наноструктурирующие материалы в архитектуре

Производство лакокрасочных материалов с нанодобавками Нанотехнологии в стеклах и керамике Нанотехнологии для энергоэффективности в зданиях Моделирование нанокомпозитов Модификация минеральных вяжущих наносистемами

В дни проведения конференции будет работать выставка нанопродуктов, нанооборудования и других специализированных изделий. Информационная поддержка - журнал «Строительные материалы»®

СТТОИТЕЛЬНЫЕ

МАТЕРИАЛЫ1

Сайт конференции: http://inter.istu.ru/russian/nano_r.html

Контактная информация в Египте:

Профессор Шериф Солиман Египетско-российский университет Cairo High Road, Bard City-Suez E-mail: president@eruegypt.com Тел.: +20 (02) 28643349, (02) 28643341 Факс: +20 (02) 28643332

Контактная информация в России:

Профессор Григорий Иванович Яковлев Ижевский государственный технический университет 426069 Ижевск, ул. ^уденческая, д. 7 E-mail: gyakov@istu.ru Тел.: +7(3412) 59 33 07 Факс: +7(3412) 59 25 55

72

научно-технический и производственный журнал

ноябрь 2011

iA ®