CC BY
16DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-1-115-124 Севостьянов М.В., Синица Е.В., Уральский А.В., Шкарпеткин Е.А., *Бабуков В.А.
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
*E-mail: babukov-v@mail.ru
ВИБРО-ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
ТЕХНОГЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Аннотация. В статье рассмотрена проблема комплексной переработки техногенных анизотропных материалов. Определено направление производственной деятельности, которое требует создания специального оборудования селективного воздействия на каждом этапе технологического процесса. Представлено описание устройств агрегатов, имеющих базовую кривошипно-ползунную схему работы механизма для выполнения различных технологических функций: измельчение, классификация, тонкий и сверхтонкий помол, гомогенизация, агломерация и др. Приведена краткая характеристика патентозащищенных конструкций вибро-центробежных агрегатов: центробежный по-мольно-смесительный агрегат, центробежный агрегат с параллельными помольными блоками, виб-рационно-центробежный гранулятор, вибро-центробежный агрегат комбинированного действия. Рассмотрены конструктивные особенности вибро-центробежного агрегата комбинированного действия, предназначенного для комплексной переработки техногенных волокнистых материалов двумя способами. Подробно описан один из разработанных технологических вариантов реализации виброцентробежного комбинированного воздействия на материал, при котором по схеме реализации одно-ветьевого варианта последовательно выполняются процессы дезагломерации техногенных волокнистых материалов в первой камере, измельчение и смешение компонентов композиционной смеси во второй камере и микрогранулирование смеси с фибронаполнителями в третьей камере. Представлены результаты анализ кинематической схемы базового кривошипно-ползунный механизма и получена система уравнений для определения функций положения точек звеньев механизма, с учетом которых определены характеристики скоростных и силовых параметров в отдельных узлах агрегата. Получены аналитические выражения для расчета потребляемой мощности привода вибро-центро-бежного агрегата комбинированного действия. С учетом выявленных преимуществ вибро-центро-бежного агрегата определены направления его использования для комплексной переработки техногенных материалов.
Ключевые слова: техногенные материалы, многофункциональные агрегаты вибро-центробеж-ного типа, кривошипно-ползунный механизм, кинематический анализ, кинематические и энергосиловые параметры.
Введение. Проблема комплексной переработки и утилизации техногенных материалов, защиты окружающей среды от загрязнений становится одной из важнейших проблем не только для нашей страны, но и для других промышленно развитых стран, которую должно решать человечество в XXI в. Ежегодно на территории РФ образуется около 6 миллиардов тонн техногенных материалов, из которых порядка 40 миллионов тонн - это твердые коммунальные отходы. Причем, только 4-5 % вовлекаются в переработку [1].
В мире насчитывается более 1000 наименований техногенных продуктов, перспективных для применения в виде вторичного сырья. Из этого количества 700 наименований включены в банки данных как предмет использования, но лишь 60 из них утилизируются тем или иным способом. В то же время, огромный объем техногенных материалов является неиспользуемым потенциалом ресурсо-энергосбережения каждого промышленно-развитого государства [2].
Особое место при этом занимает группа техногенных волокнистых материалов (ТВМ), характеризующихся анизотропной текстурой; малой насыпной плотностью и сыпучестью, повышенной влагоемкостью, склонностью к слежива-емости, повышенным коэффициентом трения и другими физико-механическими характеристиками, усложняющими их переработку (классификацию, измельчение, смешение, транспортировку и др.). К числу ТВМ относятся: базальто-ватные и целлюлозно-бумажные отходы; отходы вермикулитового производства (гидрослюды) и химической промышленности, агропромышленного комплекса и др. Переработка указанных материалов требует создания специального оборудования селективного воздействия на каждом этапе технологического процесса [3-6].
Материалы и методы. С учетом актуальности решения вышеуказанных задач на кафедре ТКММ БГТУ им. В.Г. Шухова разработана серия агрегатов вибро-центробежного типа многофункционального действия. Каждый из агрега-
тов имеет конструктивно-технологические особенности, обеспечивающие выполнение поставленной задачи.
Так, центробежный помольно-смеситель-ный агрегат [7] предназначен для тонкого и сверхтонкого измельчения сыпучих материалов с различными физико-механическими характеристиками. Данный агрегат обеспечивает селективное динамическое воздействие мелющих тел на материал за счет различных траекторий движения помольных камер.
Дальнейшим совершенствованием данного агрегата стало создание центробежного агрегата с параллельными помольными блоками [8, 9], что позволило существенно повысить производительность при тех же энергозатратах.
Основываясь на базовом кривошипно-пол-зунном механизме агрегата для тонкого измельчения материала, был разработан вибрационно-центробежный гранулятор [10]. Агрегат предназначен для гранулирования композиционных материалов с различными физико-механическими характеристиками, в том числе с низкой насыпной плотностью (ро<600 - 800 кг/м3).
На этой же базе разработан и вибро-центро-бежный агрегат комбинированного действия, предназначенный для комплексной переработки техногенных волокнистых материалов и выполнения различных технологических операций.
Для обеспечения стабильных динамических режимов работы агрегатов разработаны технические устройства для автоматизированного управления технологическими процессами. [11, 12]
Каждая из разработанных конструкций ВЦА выполняет свои технологические функции за счет конструктивных особенностей и организации технологического процесса.
В качестве примера, рассмотрим конструктивные особенности и принцип действия ВЦА КД [13]. Вибрационно-центробежный агрегат комбинированного действия реализует следующие технологические процессы: дезагломерацию волокнистых материалов, например, базальто-во-локнистых отходов или целлюлозно-бумажных отходов; классификацию; измельчение отдельных компонентов композиционной смеси, а, также, ее гомогенизацию; получение фиброна-полнителей в виде отдельных фибр или высококонцентрированных микрогранул.
Кроме того, использование последовательно или параллельно расположенных камер при обеспечении их герметичности позволяют осуществлять в них процессы пароувлажнения, сушки, ва-куумирования и другие операции.
По схеме агрегата рис. 1 предусмотрена переработка ТВМ способом дезагломерации в верхней камере и микрогранулирования в нижней. Во втором варианте рис. 2 используется средняя камера для механоактивации, классификации или смешения материалов.
Верхняя камера выполнена призматической формы. Внутри камеры закреплены гирляндные цепные завесы. Верхние цепные завесы подпружинены по вертикали с помощью прорезиненных валиков, расположенных в их центральной части. Нижняя камера для переработки материала составлена из двух сопряженных в центре цилиндрических камер, ограниченных со стороны загрузки перегородками с загрузочными спиралевидными устройствами, а в центральной части -выгрузочными решетками. Кроме того, в цилиндрических камерах расположены мелющие тела.
Согласно схеме агрегата на рис. 2, устройство для получения фибронаполнителей содержит две камеры для переработки ТВМ и камеру микрогранулирования. Камера микрогранулирования, с загрузочным отверстием по центру и двумя выгрузочными отверстиями по краям, содержит по своему периметру прорезиненные вставки в виде усеченных конусов, направленных большими основаниями от центра в стороны выгрузки.
При необходимости переработки более плотных или слежавшихся ТВМ в обоих вариантах устройств прорезиненные валики могут быть соединены с виброустройствами [13].
Основная часть. Вышеуказанные конструкции ВЦА представляют кривошипно-ползунные механизмы, в которых функции кривошипа выполняет звено АВ, элемент ползуна С. Кинематическая связь звеньев кривошипа АВ и ползуна С выполняет рама (шатун), на которой закреплены рабочие камеры. Разработанные ВЦА имеют общую кинематическую схему (рис. 3), расчет которой сводится к следующему.
Проведенный анализ кинематической схемы механизма позволил получить систему уравнений для определения функций положения точек звеньев механизма, в которых закреплены рабочие камеры, н системе координат XoY,,. связанной со стойкой 0.
Для точки С:
f/icoscpo + l2 cos(<p0 + <Pi) = 0, I sin ф0 + l2 sin(фо + <pi) = ус,
где ус - координата точки С, м; huh- длины звеньев 1 и 2, м; фо- угол поворота входного звена 1, град.; ф1- угол поворота звена 2 относительно звена 1, град.
Рис. 1. Вибрационно-центробежный агрегат комбинированного действия с двумя камерами: 1 - станина; 2 - вертикальные направляющие; 3 - ползуны; 4 - опорные стойки; 5 - эксцентриковый вал; 6 - противовесы; 7 - рама; 8 - камера дезагломерации; 9 - загрузочное отверстие; 10 - выгрузочные отверстия; 11, 12, 14 - гирляндные цепные завесы; 13 - пружинные амортизаторы; 15 - крепление цепных завес; 16 - прорезиненные валики; 17 - виброустройства; 18 - гофрированные патрубки; 19, 20 - нижняя камера; 21, 22 - перегородки; 23, 24- загрузочные отверстия; 25, 26 - загрузочные спиралевидные устройства; 27, 28 - выгрузочные решетки; 29, 30 - выгрузочные отверстия; 31 - мелющие тела; 32 - бункер; 33 - ленточный транспортер
Для дальнейших преобразований необходимо учесть, что
<р2 2 — агсБт
СОКфц
ь
(2) (3)
где <р-1 - угол поворота звена 3 относительно звена 2, град.
Для точки К получим зависимости изменения координат точки К
хк = хк (Фо), ук = ук (Фо):
Ьсовфц + 1К соз(ф0 + Ф1) = хк, ( 1.4 )
ЬвШфо + 1к 8Ш(ф0 + ф!) = ук ,
Рис. 2. Вибрационно-центробежный агрегат комбинированного действия с тремя камерами: 1 - станина; 2 - вертикальные направляющие; 3 - ползуны; 4 - опорные стойки; 5 - эксцентриковый вал; 6 - противовесы; 7 - рама; 8 - камера дезагломерации; 9 - загрузочное отверстие; 10 - выгрузочные отверстия; 11, 12, 14 - гирляндные цепные завесы; 13 - пружинные амортизаторы; 15 - крепление цепных завес; 16 - прорезиненные валики; 17 - виброустройства; 18 - гофрированные
патрубки; 19, 20 - нижняя камера; 21, 22 - перегородки; 23, 24 - загрузочные отверстия; 25, 26 - загрузочные спиралевидные
устройства; 27, 28 - выгрузочные решетки; 29, 30 - выгрузочные отверстия; 31 - мелющие тела; 32 - бункер; 33 - ленточный транспортер; 34 - камера микрогранулирования; 35 - загрузочное отверстие; 36 - выгрузочные отверстия; 37 - прорезиненные вставки где 1к - расстояние от точки В до точки К вдоль звена 2, м.
Получаем функции положения: точки С:
Ус = <1 ' + Щ - ■ СО5ф0)2. (5)
точки К:
хк = ^СОЭфо + 1ксок(ф0 + фх) (6)
Ук = к81Пф0 + ^"(фо + фО; точки В, совершающей движение по окружности: хв = 11С05ф0; (7)
Ув = 1151Пф0,
Рис. 3. Расчетная схема кривошипно-ползунного механизма
С целью установления рациональных соотношений длин звеньев рычажного механизма введем коэффициент V относительной длины шатуна
V = (8)
Обозначив величину эксцентриситета Ь = е, выражения (5), (6), запишем в следующем виде:
Ус = е^тфо + д/У - соб^Фо); (9)
хк = е|соБф0 + ^соб(ф0 + фх)1; (10)
Используя полученные аналитические зависимости, проводим кинематический расчет ВЦА с определением величины перемещений, скоростей и ускорений центров звеньев. Исходными данными для кинематических расчетов являются конструктивные параметры экспериментального образца ВЦА, для которого величина эксцентриситета вала е = 0,02 м; коэффициент смещения средней камеры = 0,5; коэффициент относительной длины шатуна V = 33. Угловая скорость эксцентрикового вала постоянна и равна ю = 40 с -1. Использовались также результаты теоретических исследований агрегатов подобного кинематического типа [14-17].
Проведенный нами кинематический расчет параметров агрегата позволил определить характер скоростных и силовых параметров в отдельных узлах агрегата для расчета потребляемой мощности привода ВЦА.
Рассматривались условия действия силовых нагрузок на кинематические звенья и узлы ВЦА для дезагломерации ТВМ и гранулообразования композиционной смеси (рис. 4).
В данном случае изучался один из указанных технологических вариантов реализации
ВЦА, в котором при одноветьевом варианте реализуются последовательно процессы дезагломерации ТВМ в первой камере, измельчение и смешение компонентов композиционной смеси во второй камере и микрогранулирование смеси с фибронаполнителями в третьей камере.
На кинематические звенья ВЦА воздействуют следующие усилия. На ползуны верхней камеры дезагломерации А: силы тяжести камеры дезагломерации и ее рабочих элементов liq^j сила нормального давления N ползунов на направляющие камеры дезагломерации и сила инерции Foiy" верхней камеры. На кинематическое звено О1О3 - шатун в ею цен тральной части (камеру измельчения - смешения 13): сила тяжести камеры с мелющей загрузкой Со:, силы инерции по оси X-Fi)2xl и оси Y- Foix*- На камеру гранулирования С, расположенную в нижней части шатуна О1О3 и соединенную с кривошипом О Оз: сила тяжести Соз и сила инерции Fоз". В точке опоры эксцентрикового вала Rox и Roy и крутящий момент М эксцг передаваемый эксцентриковым валом. В точке расположения контргрузов (противовесов) О4: сила тяжести контргруза GK ф. и сила инерции
агрегата
Для определения мощности, затрачиваемой на преодоление сил сопротивления в кинематических звеньях, узлах и системе контргрузов ВЦА, используем метод определения приведенных моментов, заключающийся в равенстве мощностей, развиваемых приведенным моментом и моментами, возникающими от действия сил тяжести, инерции и других, приложенных к звеньям агрегата [18-19].
Nпр = Г,"/У; = £{' СчР1и1 собсц + (11)
где Fl - сила, приложенная к звену 1, Н; М1 - момент, приложенный к звену 1, Н м; и1 - скорость движения точки приложения силы Gl ^1), м/с; а1 - угол, образованный между векторами силы ^1) FlИ скорости и град.; «1 - угловая скорость 1-го кинематического звена, рад/с.
При определении мощности (11) массу ползунов и перерабатываемых в камерах материалов, в силу их незначительных величин по сравнению с рабочими элементами агрегата (подвижной рамы с тремя камерами, эксцентриковым валом, контргрузом и др.), не учитываем. Для удобства расчетов силы тяжести рамы и эксцентрикового вала приведены к соответствующим силам
тяжести камер дезагломерации, измельчения -смешения и гранулирования. Силовые нагрузки от действия веса звеньев О1О3 и О3О4 не учитываем ввиду их незначительных величин. Силы трения при перемещении ползунов в направляющих камеры дезагломерации также не значительны, Fтр=N•frр - min.
Согласно приведенной одноветьевой кинематической схеме ВЦА и указанных силовых нагрузок (рис. 4) аналитическое выражение для определения потребляемой мощности привода имеет вид:
Nnp = (С01К01 cosаи + fftyVo, cosa2í + G02V02 cos a3í + F0" Vb2 cosa4i + G03Vo3 cosaBi + +F03V03 соsabí +
(12)
cosa7i + 2F"rp VK rp cnsa8l),
где Voi,Vo2, V03 - соответственно, скорости точек (Oí, O2, Оз) приложения сил тяжести и инерции, м/с; Ук.гр. - скорость точки приложения сил тяжести Ск.гр. и инерции i:■. " контргрузов, м/с; МЭКсЦ - момент, приложенный к эксцентриковому валу, Нм, Мэксц=«эксц^е; «эксц - угловая скорость вращения эксцентрикового вала, рад/с; ан, a2i, a3i, a4i, a5i, a6i, a7i, a8i - соответственно, углы между векторами силовых нагрузок (Gi, Fi) и их скоростей (Vi) в точках приложения центров масс, град.
Рассмотрим схему воздействия силовых нагрузок (рис. 4) для определения параметров выражения (12). При этом, используя принцип Даламбера, считаем, что механическая система будет уравновешенной, если к существующим активным силам и реакциям связи будут приложены силы инерции.
Определим координаты точек приложения силовых нагрузок. Положение камер ВЦА определяет углом аоз (в системе координат ХОУ) при вращении точки 03 по круговой траектории во-
круг центра О, а также углом aoi, при перемещении кинематического звена О1О3 - шатуна [14, 20].
Координаты точки Oí по оси У получаем из следующих рассуждений.
При рассмотрении AOiSK и A OSK имеем
О;, К=01 Оу si na, i =00;, cosa а (13)
или полагая - длины шатуна L0]0;¡=0 [Оз и кривошипа Ьооз=е, а также Ке = — коэффициент
'ошз
отношения длины кинематических звеньев, кривошипа и шатуна, из последнего выражения (13) имеем
sin ао1 = К, cosao3 cos ао1 = 1J1 — sin2a0l = ^Jl — К§cosza03 , (14) Тогда координата точки Oi по оси Y
YBl = esina03 + lol03m>sa0l, (15) Для выражения (11) потребляемой мощности привода скорость перемещения ползуна Уо1 определяются при дифференцировании координаты Y„i, по углу поворота кривошипа а0з и угловой скорости вращения эксцентрикового вала.
Voí = Yo1 = шэксц ■ e(cos ao3 + 0,5К, sinao3),
Сила инерции, действующая на камеру дезагломерации, равна
Foi"= -Щ.Дду, (17)
где шд - масса камеры дезагломерации, кг;
аАу = "oí = Yol
Соответствующие значения координат X0i, Y„2. скорости V02 силы инерции Fg2y центра
Хо2 = 0,5/ eos осо3 Yo2 = е sin aQ3 + 0,5lolo3
(16)
аду - ускорение движения камеры дезагломерации, м/с2.
Значение пду определяем как производную скорости перемещения
= — 0J.
эксц
e(sina:ü3 — К cos2aü3),
(18)
Оз второй камеры («В») ВЦА определяются из выражений:
(19)
к2 = X* =
о>эксц0,5е sin аи-;
IГо1у = Ув = ^KC4eCcos«o3 + 0,25К sin2íto3), Рог = -тиа
(20) (21)
где тв - масса второй камеры, кг; авх, аву - соответственно ускорение движения второй камеры по осях X и У, м/с2.
В БХ"
Для выражения (21) значения ускорений по соответствующим координатам X и У будет иметь вид:
а.
а
-в у
iBX = v02x = %2Х = -0,5би|ксце cosao3, V02y = У02у = - 0,5 Ks с
-0,5й>|ксце cos «о3,
ао3 - 0,5 Kg cos 2 ао3),
Для точек Оз (нижняя камера) и 04 (противовес) координаты, соответственно, равны (рис. 4).
Хо3 = е соз ао3,Уо3 = еяла^;
Х04 = — гк ,-р соя ао4;
^04 — ^К.Гр. sin «о.
(22) (23)
Тогда окружные скорости для вышеуказанных точек О , и О4:
VОЗХ — ХпЪ — (О
dx,
о 3
oz _
d(e coscr03)
Vo3y - Ко3 - (ü
dx03 _
da,,
= O)
d(e-sia a03)
= —o)esina03,
ío ■
S3
dan
= w ' rK.rp. cos ao%
. dxo4 d(-
Петр. ' cos aoi)
V04-Х ~ XOA: ~ " " - M
dao4
,/ _ v - > v dy°* - / ,
Учитывая, что кривошип ООз=/-эксцентри-ситет и рычаг противовеса ОО4=Гк.гр. осуществляют равномерное вращательное движение с угловой скоростью Южсц., а силы инерции направлены вдоль линии O3O4, то полагая
-
FjU = m¿ ■ у- = m¿(<jjj • r¡)2r¿ = m¡&)zr¿,
получим значений сил инерции в центрах камеры гранулирования О:, и противовеса CU:
F& = т03ш^сце, (26)
^ftrp. = т04(УЭКСцТ[<.Гр.' (27)
где т0з, т04 - массы камеры гранулирования и контргруза, соответственно, кг.
Проведенные комплексные экспериментальные исследования подтвердили адекватность установленных закономерностей.
Так при исходных значениях параметров: масса камер - mi= 48 кг, тз= 42 кг, тз=42 кг; угловой скорости эксцентрикового вала - соэксц= 40 с1; величины эксцентриситета вала - е — 0,02 м; Укгр._5м/с; момент, приложенный к эксцентриковому валу - Мэксц^ 7,8 Нм; costr01 = 0,866; cosaoZ = 0,5; cos ao3=-0,5; cosa^ = -0,866; cosaoS = —0,866; cosao6 = —0,5; cosao7 = 0,5; cosaca = 0,866, а также, согласно выражению, G¿ = mg, получаем значения = 470,88 H; Gü2 = 412,02 II; G03 = 412,02 H. По формулам (6), (20), (24) получаем значения V0l = —0,38 м/ с, Vo2 = -0,34 м/с, Vo3 = -0,69м/с. По формулам (17), (21), (26) и (27) получаем значения
daa¡i
-rKini.-sing04)
= м ■ гк.гр. sin «о4
(24)
daa
-О)-Ti
К.Гр. cos а04
(25)
Ы"=1339,39 Н; F02u=8 Н; Foэu=1344 Н; Flt..гp.u= 196,2 Н. Согласно выражению (12) получаем значение мощности привода К= 1,1 кВт.
Выводы. Таким образом, для переработки техногенных материалов с различными физико-механическими характеристиками нами разработаны вибро-центробежные агрегаты различного конструктивного исполнения и технического назначения, выполняющие различные технологические операции со снижением энергозатрат на 20-30 % при их реализации. Данные агрегаты имеют следующие преимущества перед известными конструкциями:
• обладают универсальными технологическими возможностями при базовой кинематической схеме устройства;
• обеспечивают селективное воздействие динамических нагрузок при каждой последовательной стадии переработки материала;
• обладают модульным принципом, позволяющим осуществлять быструю перенастройку агрегата для выполнения различных технологических процессов;
• позволяют реализовать различные технологические процессы на единой конструктивно-технологической основе (дезагломерацию ТВМ, измельчение, классификацию, смешение, гранулирование, термо-влажностную обработку, сушку, вакуумирование, экстракцию и другие операции);
• обеспечивают возможность их использования для перспективных технологий: термолиз-ной переработки техногенных материалов, 3D-технологий, получения наноструктурированных композиционных смесей и др.
Источник финансирования. Работа выполнена в рамках государственного задания № 9.11523.2018/11.12
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гринин А.С., Новиков В.Н. Промышленные и бытовые отходы: хранение, утилизация, переработка. Москва: Фаир-пресс, 2002. 336 с.
2. Gurieva V.A., Belova T.C. Structural Features of the Cement-sand Mortar Reinforced with a Modified Basalt Microfiber // Procedia Engineering, 2016. Vol. 150. Pp. 2163-2167.
3. Lesovik V.S., Glagolev E.S., Popov D.Y., Lesovik G.A., Ageeva M.S. Textile-reinforced concrete using composite binder based on new types of mineral raw materials // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2018. 032033.
4. Гурьева В.А., Прокофьева В.В. Строительная керамика на основе композиции техногенного серпентинитового сырья и низкосортных глин // Строительные материалы. 2012. №8. С. 20-21.
5. Защепкина К.А. Перспективы применения материалов с добавлением базальтовых волокон и базальтового ровинга // Науковi нотатки. 2014. № 45. С. 215-219.
6. Стенин А.А., Лесовик В.С. Композиционные материалы на основе природных армирующих волокон / Сб.: Современные технологии деревообрабатывающей промышленности // Материалы международной научно-практической он-лайн-конференции. 2018. С. 315-320.
7. Пат. 2277973, Российская Федерация, По-мольно-смесительный агрегат / Гридчин А.М., Севостьянов В.С., Лесовик В.С., Уральский В.И., Синица Е.В.; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова; заявитель и патентообладатель ООО «ТК РЕЦИКЛ», No2005118705/03, заявл. 24.06.2005; опубл. 20.06.06, Бюл. №17.
8. Пат. 2381837, Российская Федерация, По-мольно-смесительный агрегат / Гридчин А.М., Севостьянов В.С., Лесовик В.С., Уральский В.И., Уральский А.В., Синица Е.В. // заявитель и патентообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова; заявитель и патентообладатель ООО «ТК РЕЦИКЛ». No 2008109444/03, заявл.11.03.2008, опубл. 20.02.2010, Бюл №5.
9. Елисеева М.А. Опыт и перспектива применения механоактивации в технологии производства бетонов // Молодий вчений. 2015. № 6-1 (21). С. 23-26.
10. Пат. 2412753, Российская Федерация, Вибрационно-центробежный гранулятор / Ильина Т.Н., Севостьянов М.В., Шкарпеткин Е.А., Уральский В.И.; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова. No 2009135800/05; заявл. 25.09.09; опубл. 27.02.2011, Бюл. №6.
11.Пат. 2494813, Российская Федерация, По-мольно-смесительный агрегат с автоматической балансировкой / Глаголев С.Н., Рубанов В.Г., Севостьянов В.С., Уральский В.И., Стативко А.А., Стативко С.А., Бушуев Д.А.; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова. No 2012117656/13; заявл. 27.04.2012; опубл. 10.10.13, Бюл. №28.
12.Красулин Н.А., Солодов В.С. Гранулирование угольной пыли на виброгрануляторе // Сб. мат-ов Х Всероссийской, сб. докл. науч.-практ. конф. молодых ученых с международным участием «Россия молодая». 2018. С. 53305.153305.5.
13.Пат. 2692624, Российская Федерация, Устройство и способ переработки волокнистых техногенных материалов для получения фиброн-аполнителей (варианты) / Севостьянов М.В., По-луэктова В.А., Севостьянов В.С., Сирота В.В., Уральский В.И., Мартаков И.Г., Бабуков В.А.; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова. No 2018131819; заявл. 03.09 2018, опубл.:25.06 2019, Бюл. № 18.
14.Синица Е.В., Севостьянов В.С., Уральский В.И., Уральский А.В. Теоретические основы создания центробежных измельчителей с селективным динамическим воздействием на материал. Монография. Белгород: Изд-во БГТУ, 2013. С.36-44.
15.Стативко С.А., Рубанов В.Г., Севостьянов В.С., Уральский В.И. Исследование вибрации центробежного помольного агрегата в зависимости от загрузки // Актуальные проблемы науки: сб. докл. междунар. науч.-практ. конф., (Кузнецк, 30 сент. 2011 г.), Кузнецк: ИП Тугушев С.Ю., 2011.Т.3. С. 99-102.
16.Бушуев Д.А., Воробьев Н.Д., Рубанов
B.Г. Анализ динамических нагрузок в подшипниках помольно-смесительного агрегата как объекте автоматизации // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2014. № 2. С.143-148.
17.Рубанов В.Г., Севостьянов В.С., Стативко
C.А.,. Бушуев Д.А. Вопросы автоматизации по-мольно-смесительных агрегатов для получения высокодисперсных материалов // Сб. докл. международной науч. практ. конференции «Инновационные технологии и материалы». Белгород, 11-12 октября 2011 г. Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова. 2011. Ч. 2. С. 215-220.
18.Бабичев А.П.,. Бабичев И.А Основы вибрационной технологии. Ростов н/Д, 1999. 621 с.
19.Крейнин Г.В. Кинематика, динамика и 20.Тарг С.М. Краткий курс теоретической
точность механизмов: Справочник. М.: Машино- механики. М.: Высш. шк., 2001. 216 с. строение, 1984. 214 с.
Информация об авторах
Севостьянов Максим Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры Технологические комплексы, машины и механизмы E-mail: msev31@mail.ru Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Синица Елена Владимировна, кандидат технических наук, доцент кафедры Технологические комплексы, машины и механизмы E-mail: evsinitsa@mail.ru Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Уральский Алексей Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры Технологические комплексы, машины и механизмы E-mail: alexx_1984.10@mail.ru Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Шкарпеткин Евгений Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры Технологические комплексы, машины и механизмы E-mail: jonick86@inbox.ru Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Бабуков Владимир Александрович, аспирант кафедры Технологические комплексы, машины и механизмы E-mail: babukov-v@mail.ru Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Поступила в октябре 2019 г.
© Севостьянов М.В., Синица E^., Уральский А.В., Шкарпеткин E.A., Бабуков В.А., 2020
Sevostyanov M. V., Tit E. V., Uralsky A. V., Shkarpetkin E.A., *Babukov V.A.
Belgorod state technological University. V. G. Shukhova, *E-mail: babukov-v@mail.ru
VIBRO-CENTRIFUGAL UNITS FOR COMPLEX PROCESSING OF TECHNOGENIC
MATERIALS
Abstract. The article deals with the problem of complex processing of technogenic anisotropic materials. The direction ofproduction activity, which requires the creation of special equipment for selective exposure at each stage of the technological process, is determined. A description of the devices of aggregates that have a basic crank-slide scheme of the mechanism for performing various technological functions is presented: grinding, classification, thin and ultrafine grinding, homogenization, agglomeration, etc. A brief description of patent-protected designs of vibro-centrifugal units is given: centrifugal grinding and mixing unit, centrifugal unit with parallel grinding blocks, vibration-centrifugal granulator, vibro-centrifugal unit of combined action. The design features of the vibro-centrifugal unit of combined action intended for complex processing of technogenic fibrous materials in two ways are considered. One of the developed technological options for the implementation of the vibration-centrifugal combined effect on the material is described in detail, in which, according to the single-branch variant, the processes of deagglomeration of technogenic fibrous materials in the first chamber, grinding and mixing of the components of the composite mixture in the second chamber and micro-granulation of the mixture with fiber fillers in the third the camera. The results of the analysis of the kinematic scheme of the basic crank-slide mechanism are presented and a system of equations for determining the position functions of the points of the mechanism links is obtained, the characteristics of speed and power parameters in individual units of the unit are defined. Taking into account the identified advantages of the vibro-centrifugal unit, the directions of its use for complex processing of technogenic materials are determined.
Keywords: technogenic materials, multifunctional units of vibro-centrifugal type, crank-slide mechanism, kinematic analysis, kinematic and power parameters.
REFERENCES [Promyshlennye i bytovye othody: hranenie, uti-
1. Grinin A.S., Novikov V.N. Industrial and l3iz6ciyarupsererabotka]. Moscow: Fair press' 2002. household waste: storage, utilization, processing p.(rus)
2. Gurieva V.A., Belova T.C. Structural Features of the Cement-sand Mortar Reinforced with a Modified Basalt. Microfiber Proceedings Engineering. 2016. Vol. 150. Pp. 2163-2167.
3. Lesovik V.S., Glagolev E.S., Popov D.Y., Lesovik G.A., Ageeva M.S. Textile-reinforced concrete using composite binder based on new types of mineral raw materials. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Pp. 032033.
4. Guryeva V.A., Prokofieva V.V. Construction ceramics based on the composition of techno-genic serpentinite raw materials and low-grade clays [Stroitel'naya keramika na osnove kompozicii tekhnogennogo serpentinitovogo syr'ya i niz-kosortnyh glin]. Building materials. 2012. No. 8. Pp. 20-21. (rus)
5. Zasypkina K.A. prospects of application of materials with the addition of basalt fibers and basalt roving [Perspektivy primeneniya materialov s do-bavleniem bazal'tovyh volokon i bazal'tovogo rovinga]. Nukov notatki. 2014. No. 45. Pp. 215-219. (rus)
6. Stenin A.A., Lesovik V.S. Composite materials based on natural reinforcing fibers [Kompozi-cionnye materialy na osnove prirodnyh armiruyush-chih volokon] Sb.: Sovremennye tekhnologii derevoobrabatyvayushchej promyshlennosti. Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj onlajn-konferencii. 2018. Pp. 315-320. (rus)
7. Gridchin A.M., Sevostyanov V.S., Lesovik V.S., Uralsky V.I., Sinitsa E.V. Grinding and mixing unit. Patent RF, no. 2277973, 2006. (rus)
8. Gridchin A.M., Sevostyanov V.S., Lesovik V.S., Uralsky V.I., Uralsky A.V., Sinitsa E.V. Grinding and mixing unit. Patent RF, no. 2381837, 2010. (rus)
9. Eliseeva M.A. Experience and prospects of using mechanical activation in technology of production of concrete [Opyt i perspektiva primeneniya mekhanoaktivacii v tekhnologii proizvodstva betonov]. Molodi scientist. 2015. No. 6-1 (21). Pp. 23-26. (rus)
10. Ilyina T.N., Sevostyanov M.V., Shkar-petkin E.A., Uralsky V.I. Vibration-centrifugal granulator. Patent RF, no. 2412753, 2011. (rus)
11. Glagolev S.N., Rubanov V.G., Sevostyanov V.S., Uralsky V.I., Stativko A.A., Stativko S.A., Bushuev D.A. Grinding and mixing unit with automatic balancing. Patent RF, no. 2412753, 2012. (rus)
12.Krasulin N. A., Solodov V. S. Granulation of coal dust on vibrogranulator [Granulirovanie
ugol'noj pyli na vibrogranulyatore] Sb. mat-ov H Vserossijskoj, sb. dokl. nauch.-prakt. konf. molodyh uchenyh s mezhdunarodnym uchastiem «Rossiya molodaya». 2018. Pp. 53305.1-53305.5. (rus)
13.Sevostyanov M.V., Poluektova V.A., Sevostyanov V.S., Sirota V.V., Uralsky V.I., Martakov I.G., Babukov V.A. Device and method of processing of fibrous technogenic materials for obtaining fiber fillers (variants). Patent RF, no. 2381837, 2019. (rus)
14.Sinitsa E.V., Sevostyanov V.S., Uralsky V.I., Uralsky A.V. Theoretical bases of creation of centrifugal grinders with selective dynamic influence on a material [Teoreticheskie osnovy sozdaniya centrobezh-nyh izmel'chitelej s selektivnym dinamicheskim vozdejstviem na material. Mono-grafiya]. Belgorod: Publishing house of BSTU, 2013. Pp. 36-44. (rus)
15.Stativko S.A., Rubanov V.G., Sevostyanov V.S., Uralsky V.I. investigation of vibration of centrifugal grinding unit depending on loading [Issledo-vanie vibracii centrobezhnogo pomol'nogo agregata v zavisimosti ot zagruzki]. Aktual'nye problemy nauki: sb. dokl. mezhdunar. nauch.-prakt. konf., (Kuzneck, 30 sent. 2011 g.), Kuzneck: IP Tugushev S.Yu., 2011. Vol. 3. Pp. 99-102. (rus)
16. Bushuev D. A., Vorobiev N. D., Rubanov V. G. Analysis of dynamic loads in the bearings of the grinding and mixing unit as an object of automation [Analiz dinamicheskih nagruzok v podshipnikah pomol'no-smesitel'nogo agregata kak ob"ekte avtomatizacii]. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov, 2014. No. 2. Pp. 143-148. (rus)
17.Rubanov V.G., Sevostyanov V.S., Stativko S.A.,. Bushuev D.A. questions of automation of grinding and mixing units for obtaining highly dispersed materials [Voprosy avtomatizacii pomol'no-smesitel'nyh agregatov dlya polucheniya vysokodis-persnyh materialov]. Belgorod, 11-12 October 2011, Belgorod: Publishing house of BSTU. V.G. Shukhov. 2011. CH. 2-P. 215-220. (rus)
18.Babichev A.P., Babichev I.A. Fundamentals of vibration technology [Osnovy vibracionnoj tekhnologii]. Rostov n/D, 1999. 621 p. (rus)
19.Kreinin G.V. Kinematics, dynamics and accuracy of mechanisms: Handbook [Kinematika, dinamika i tochnost' mekhanizmov: Spravochnik]. Moscow: Mashinostroenie, 1984. 214 p. (rus)
20.Targ S.M. Short course of theoretical mechanics [Kratkij kurs teoreticheskoj mekhaniki]. M.: No. SHK., 2001. 216 p. (rus)
Information about the authors
Sevostyanov, Maxim V. PhD, Associate Professor. E-mail: msev31@mail.ru. Belgorod state technological University. V.G. Shukhov. 46 Kostyukova str., Belgorod, 308012, Russia.
Tit, Elena V. PhD, Associate Professor. E-mail: evsinitsa@mail.ru. Belgorod state technological University. V. G. Shukhov. 46 Kostyukova str., Belgorod, 308012, Russia.
Uralsky, Alexey V. PhD, Associate Professor. E-mail: alexx_1984.10@mail.ru. Belgorod state technological University. V.G. Shukhov. 46 Kostyukova str., Belgorod, 308012, Russia.
Shkarpetkin, Evgeny A. PhD, Associate Professor. E-mail: jonick86@inbox.ru. Belgorod state technological University. V.G. Shukhov. 46 Kostyukova str., Belgorod, 308012, Russia.
Babukov, Vladimir A. Post-graduate Student. E-mail: babukov-v@mail.ru. Belgorod state technological University. V.G. Shukhov. 46 Kostyukova str., Belgorod, 308012, Russia.
Received in October 2019 Для цитирования:
Севостьянов М.В., Синица Е.В., Уральский А.В., Шкарпеткин Е.А., Бабуков В.А. Вибро-центробежные агрегаты для комплексной переработки техногенных материалов // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2020. № 1. С. 115-105. DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-1-115-124
For citation:
Sevostyanov M.V., Tit E.V., Uralsky A.V., Shkarpetkin E.A., Babukov V.A. Vibro-centrifugal units for complex processing of technogenic materials. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2020. No. 1. Pp. 115124. DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-1-115-124
