Влияние крупности разделения на выбор параметров движения рабочих поверхностей грохотов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

------------------------------------ © В.П. Франчук, В.П. Надутый,

А.И. Егурнов, 2009

В.П. Франчук, В.П. Надутый, А.И. Егурнов

ВЛИЯНИЕ КРУПНОСТИ РАЗДЕЛЕНИЯ НА ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ГРОХОТОВ

Проведено определение рационального соотношения амплитуды и частоты колебаний рабочей поверхности в зависимости от крупности разделения материала (шага расположения перфорации сита.

Ключевые слова: виброгрохот, коэффициент вибротранспортирования, ячейки сита.

~П последние годы достаточно широко на углеобогатитель-

-Я-М ных фабриках стали использоваться так называемые "высокочастотные" грохоты, которые показали себя эффективно при обезвоживании и классификации мелких классов угля. Необоснованный перенос этого принципа работы на грохоты для классификации средних и крупных классов, привело к негативным последствиям. Поэтому предлагаемая работа, посвященная обоснованию рациональных параметров движения рабочих поверхностей грохотов в зависимости от крупности разделения продуктов, является актуальной.

Целью работы является определение рационального соотношения амплитуды и частоты колебаний рабочей поверхности в зависимости от крупности разделения материала (шага расположения перфорации сита).

Зачастую при выборе параметров грохота не учитываются реальные характеристики грохотимого материала - крупность, влажность, толщина слоя, его реологические характеристики и т.п., которые оказывают существенное влияние, как на режим транспортирования, так и на протекание технологического процесса его разделения [1]. На необходимость выбирать режим движения виброгрохота в зависимости от крупности разделения указывал еще Клюге в 50-е годы прошлого столетия [2]. Однако при выборе типа и параметров грохотов на практике не всегда придерживаются определенных правил. Поэтому уточнение и разъяснение определенных соотношений принесет некоторую пользу производственникам.

Рис. 1 Конструктивные и расчетная схемы вибрационных грохотов с инерционным вибровозбудителем: 1 - исполнительный орган, 2 - вибровозбудитель. 3 -упругие амортизаторы

Соотношения приводятся в упрощенном виде для обеспечения удобства и оперативности при практическом использовании.

В практике переработки полезных ископаемых наиболее широкое применение получили вибрационные грохоты с двухвальным (рис. 1, а) или (рис. 1, b) одновальным инерционным вибровозбудителем, обеспечивающим направленные или эллиптические колебания исполнительного органа.

Параметры движения материала по рабочей поверхности определяются коэффициентом вибротранспортирования Г, определяемым как отношение нормальной составляющей амплитуды ускорений рабочей поверхности к составляющей ускорения земного тяготения [3], т.е. (см. рис. 1, а)

Am2 sin J3 (1)

gcosa

Для обеспечения большей интенсивности протекания технологического процесса, колебания рабочей поверхности грохота выбирают такими, чтобы обеспечивался режим вибрационного перемещения материала с отрывом от рабочей поверхности. Это осуществляется при коэффициенте режима вибротранспортирования Г>1, или, с учетом реологических свойств транспортируемого материала

[4]

£Г ^ 1 (1)

Здесь £- коэффициент, учитывающий упруго-диссипа-тивные свойства транспортируемого материала, обеспечивающие запазды-

вание его отрыв от рабочей поверхности (£ изменяется в пределах

0,9...0,95).

Считается, что реологические свойства материала сказываются при отрыве его от рабочей поверхности. В процессе полета, вследствие перфорации рабочей поверхности, сопротивлениями движению материала можно пренебречь. Тогда, по аналогии с [3], движение материала относительно рабочей поверхности будет описываться системой дифференциальных уравнений вида

x _ Am2 cos fi sinmt + gsina, (3)

y _ Am2 sin fi sin mt - gcosa,

где А и ш - амплитуда и частота колебаний рабочей поверхности. Не вдаваясь в подробности [5] решения уравнений (3) с учетом (1) и (2), а также обозначая p=at, получим выражения для определения параметров вибрационного перемещения материала относительно рабочей поверхности

x _ A cos fi

y _ A sin fi

Здесь wo _ arcsin

sin Wo - sin w + (w ^0 ) tgatgfi + {w - Wo )cos wo

(4)

(w -w )2 / \

smw0 - smw —^ + (w -Wo)coswo

2Г

1

¥

(5)

— фазный угол отрыва материала от рабочей поверхности. Фазный угол встречи материала определится из условия у = 0 при / = / в, т.е. из уравнения

A sin fi

sm wo - sm w

{We -Wo )

2Г

- + {Ve -Vo )

Vo)cosVo

_ 0.

Уравнение является трансцендентным, что приводит к сложностям при проведении инженерных расчетов. Вместе с тем, учитывая, что исследуется интенсивный режим движения технологической нагрузки (Г>2) и угол ее падения близок к 2п, принимая

/ = 2к — А/д, с ошибкой не более 10% это уравнение можно

представить как

6

(2л — А — /о )2 . .

sln /0 +А /в —±---------2^^------- +( 2л — А /в — /о ) C0s /о = 0 , (6)

откуда

А /в = — (2л + /о +Г соз /о) +

+^( 2л + /о + Г соз /о )2 — 2 [л2 + (л — /о )2 —(2лГ — /о) соз /о + 2Г з1п /о ^

Перемещение материала за один цикл колебаний определится из первого уравнения системы (4) как

Аs = х = (8)

.. (7)

_ A cos p

, і We - Wo )2 \

sin Wo - sin We +-—2Г tgatgP + і We - Wo) cos Wo

Учитывая, что за один цикл колебаний рабочего органа перемещение материала должно быть близким к шагу т перфорации рабочего органа, т.е А£ = Т , при выбранной величине коэффициента вибрационного перемещения Г, отношение амплитуды колебаний рабочей поверхности грохота к шагу ее перфорации определится из выражения

ц = А = (9)

Аs

cos fi

■ ■ , і We - Wo )2 , , о , ( \

sin Wo - sin We +~—2Г tgatgp + і We - Wo) cos Wo

и, соответственно из выражения (2), частота вынужденных колебаний

m_ rgcosa (10)

у г/т sin fi

Отношение амплитуды колебаний рабочей поверхности к шагу перемещения материала п с увеличением Г носит нелинейный, спадающий характер (рис. 2), хотя изменяется в небольших пределах (здесь и далее примеры даны при а=0°, в=450).

Если принять, что перемещение материала As за один период колебаний рабочего органа должен составлять от величины разме-

ра ячейки сита до размера шага расположения перфорации т, зависимость амплитуды колебаний от параметра т Рис. 2 Зависимость отношения амплитуды колебаний к шагу перфорации сита от коэффициента режима Г

2 2.5 3 3.5 4 4.5 Г

будет прямой пропорциональностью (рис. 3, а) и слабо реагировать на изменение Г (в пределах рабочего диапазона параметров колебаний грохота). Что же касается частоты колебаний, то ее величина находится в обратной зависимости от шага перемещений материала за один период колебаний рабочего органа (рис. 3, Ь). Практика показала, что при грохочении крупнокусковых материалов процесс разделения материала происходит более эффективно при большой амплитуде и малой частоте колебаний.

Вместе с тем, при грохочении крупнокусковых материалов следует также руководствоваться технической целесообразностью, поскольку в этом случае в качестве рабочей поверхности зачастую используются колосники, в том числе и каскадного типа [6]. В последнем случае величину т следует принимать в соответствии с размерами каскада. Что же касается классификации мелкодисперсных материалов, то здесь просматривается ограничение по частоте вынужденных колебаний, поскольку при ю>300 рад/с возможен вход в резонанс, как отдельных элементов конструкции грохота, так и рабочей поверхности даже при, казалось бы, жесткой конструкции ее крепления.

Приведенные выражения и графики дают ориентировочные соотношения для величины амплитуды и частоты колебаний грохота при направленных колебаниях его рабочей поверхности. В процессе работы у грохота с инерционным вибровозбудителем параметры колебаний могут меняться в зависимости от величины технологической нагрузки. Кроме того, здесь не учтено влияние высоты слоя технологической нагрузки: принята высота слоя, соответствующая рациональному протеканию процесса разделения материалов по крупности [1]. Мерой производительности грохота по исходному питанию является скорость вибрационного перемещения, которая также зави-

сит, помимо других факторов, от рационального соотношения между амплитудой и частотой колебаний.

,м

0.012

0.010

0.008

0.006

0.004

0.002

0

у

1\//-

<"'Ч2

/Г-

ы, 1/с 500

400

300

200

100

\ 4 / А

\с

■

0.01

0.02

0.03 0.04

т, м

0.01

0.02 0.03 0.04 т,

м

Рис. 3. Зависимость амплитуды и частоты колебаний рабочей поверхности от шага перфорации рабочей поверхности: 1

- при Г=2; 2 - при Г=5

Рис. 4 Зависимость удельной производительности грохота от шага перфорации рабочей поверхности:

1 - при Г=2, 2 - при Г=5

На рис. 4 представлен график зависимости производительности q1 грохота по исходному питанию, отнесенной к одному метру ширины рабочей поверхности, от крупности разделения продуктов (шага перфорации т рабочей поверхности) при рациональной толщине загружаемого слоя. Как следует из рис. 4, с увеличением крупности разделения удельная производительность, естественно, растет, асимптотически приближаясь к своему предельному значению соответствующему принятой величине коэффициента режима виброперемещеиия Г.

Следует еще раз подчеркнуть, что приведенные данные нужно рассматривать как ориентировочные, поскольку производительность грохота зависит от ряда характеристик материала и рабочей поверхности^], что не может быть изложено в объеме одной статьи. Здесь только показано, что амплитуду и частоту колебаний рабочей поверхности грохота следует выбирать с учетом крупности грохотимого материала и размеров ячейки сита.

Выводы

1. Для повышения эффективности классификации материалов необходимо обеспечить режим виброкипения (режим движения материала с подбрасыванием), способствующий его сегрегации.

2. Режим виброперемещения материала с подбрасыванием должен обеспечить один цикл его движения за один период колебаний рабочей поверхности; величина перемещения материала за один цикл должна быть соизмерима с шагом перфорации рабочей поверхности. Такой режим обеспечивается соответствующим выбором амплитуды и частоты колебаний (при неизменных величинах угла направления вибраций и угла наклона рабочей поверхности).

О 0.01 0.02 0.03 0.04 Гм

3. С увеличением крупности разделения материала (шага перфорации рабочей поверхности) рациональная величина амплитуды колебаний возрастает прямо пропорционально шагу перфорации, частота колебаний при этом снижается по нелинейному закону.

4. С увеличением коэффициента режима виброперемещения Г значение рациональной величины амплитуды колебаний уменьшается, а частоты - несколько увеличивается.

--------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Надутый В.П., Лапшин Е.С. Вероятностные процессы вибрационной классификации минерального сырья - К: Наукова думка - 2005. - 180 с.

2. Kluge W. Neuseitliche Siebmaschinen fur die Aufbereitung. - Erdol und Kohle - 1951, № 11.

3. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. - М.:

Наука - 1964 - 320 с.

4. Потураев В.Н., Франчук В.П., Надутый В.П. Вибрационная техника и технологии в энергоемких производствах. - Днепропетровск: НГА Украины -2002 - 190 с.

5. Франчук В.П. Инженерные методы расчета и выбора динамических параметров вибрационных грохотов, конвейеров, питателей. - Днепропетровск: Збагачення корисних копалин. Науково-технічний збірник, вип. 12 (53), 2001 - С.. 126-143.

6. Дятчин В.З., Ляшенко В.И., Франчук В.П. Совершенствование грохотов для горнорудной промышленности. - Металл Информ, № 32-33 (213-214) от 20.08.2007г.-С. 12-15. ЕШ

Franchuk V.P., Nadutiy V.P., Egurnov A.I.

THE INFLUENCE OF SEPARATION SIZE ON PARAMETERS OF MOTION OF WORKING SURFACES OF SCREENING MACHINES

The test on definition of rational rate of amplitude and vibration frequency of working surface depending on separation size of a material (interval of sieve perforation location) is carried out.

Key words: vibrating screen, coefficient of vibrotransportation, sieve openings.

— Коротко об авторах --------------------------------------------------

Франчук В.П. - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой горных машин и инжиниринга Национального горного университета,

Надутый В.П. - доктор технических наук, профессор кафедры горных машин и инжиниринга Национального горного университета,

Егурнов А.И. - кандидат технических наук, руководитель Приднепровского центра научного парка «КПИ».