Введение к работе
Актуальность работы: Для разрушения твердых материалов в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства широко используются дробилки и мельницы. Развитие индивидуальных и малых перерабатывающих предприятий, крестьянских и фермерских хозяйств поставило задачу создания малогабаритной техники этого назначения. Хотя в России и выпускается ряд подобных устройств, они в основном являются умснь-; шейными копиями существующего оборудования и технологических схем. Наиболее перспективным путем решения задачи создания малогабаритных дробилок и мельниц является их разработка на новых принципах, одним из которых является применение гироскопического эффекта, позволяющего получить большее эффективное воздействие на измельчаемый материал со стороны рабочих органов, чем в обычных, измельчителях тех же габаритов. Существующие гироскопические измельчители являются устройствами раздавливающего и истирающего способов измельчения, поэтому их рабочие органы характеризуются относительно низкими скоростями движения. При сравнительном анализе измельчителей, проведенном на кафедре "Приборостроение" С J ТУ, было отмечено, что для уменьшения удельного расхода энергии на измельчение целесообразно увеличивать линейные скорости движения частиц измельчаемого материала в процессе измельче-1шя, кроме этого, в литературе указывается на наиболее перспективный, с этой точки зрения, способ измельчения посредством удара частиц материала о препятствие и соударением их друг с другом. В связи с этим представляют интерес измельчители ударного действия - молотковые мельницы, обладающие простотой конструкции, компактностью, малой металлоемкостью, экономичностью и высокой надежностью, С механической точки зрения такой измельчитель представляет собой многомассовую систему, элементы которой испытывают периодические ударные воздействия и движутся во взвеси тонко дисперсных продуктов измельчения. При анализе динамики движения рабочих органов измельчителя требуется исследовать процессы, протекающие в механических системах при ударном возбуждении, а также процессы взаимодействия твердых тел с сыпучей средой. Ис? следованию общих вопросов динамики механических систем н сплошных, сред, а также работы молотковых измельчителей посвящено большое количество работ птсчргтіміиич и зарубежнрт авторов, таких, как ЛЭйлер,
й, Р.Граммель, Ю.А,Иш-
Ж.Лагранж, Д^Й^ЙЭЙЙ^Г М>п. сэльскохоз. академии м*. И. А. Тимирязева
Мив м« аЛ$ Й*п^~
линский, М.Б.Фабрикант и другие. Современное состояние вопросов дина
мики механических систем обстоятельно изложено в трудах В.Ф.Журавле
ва, А.П.Иванова, Н.А.Фуфаева, Е.Л.Николаи, - М.В, Диментберга, Я.Г.ГГа-
нобко, Н.Г.Четасва, Д.Р.Меркшт; исследованию динамики сплошных сред
и работе измельчителей ударного действия посвящены работы Л.И.Седова,
С.Сэвнджа, И.В.Ширко, В;И.Акуноеа, В.П.Осокина и других. Технические
решения по гироскопическим мельницам предложены Р. Грамм едем,
. Д.Гриффином, Л .В. Л ев иным; П.К.Плотниковым, К.Харрнсом и др. Анализ
публикаций по данной проблеме показал, что результаты ни одной из
имеющихся работ, посвященных рассматриваемой тематике, не могут быть
' без существенных дополнений и изменений положены в основу решения
поставленной задачи. ' '
Целью настоящей работы является построение математической модели гироскопического измельчителя ударного действия, проведение на ее основе исследования динамики движения рабочих органов с последующим использованием полученных результатов при выборе конструктивных параметров.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- построена математическая модель гироскопического измельчителя
ударного действия с пространственным движением N молотков в виде сис
темы обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений второго
порядка;
- получены условия устойчивости по Гурвицу для малых угловых ко
лебаний молотков по линеаризованным уравнениям движения, из которых
следует, что в отличие от измельчителя с плоским движением рабочих ор
ганов в гироскопическом измельчителе существует зона неустойчивости по
угловой скорости вращения ротора; даны аналитические решения для ус
тановившихся движений, где показано, что движение молотка аналогично
движению периодически возмущаемого гироскопического маятника;
подтверждена в результате проведенного математического моделирования движения рабочих органов измельчителей обоих типов на основе полных математических моделей правильность предположений, сделанных при анализе линеаризованных полных уравнений движения, а также эффективность гироскопического измельчителя.
разработаны методики экспериментальных исследований и оригинальные установки по исследованию динамики движения молотка при его
взаимодействии с зерном. В результате проведенных экспериментальных исследований определены значения действующих на молотки со стороны продуктов измельчения составляющих сил сопротивления, которые были использованы при математическом моделировании; получены значения пикового ударного ускорения it временя соударения молотка с зерном; определены частоты колебаний рабочих органов макетов измельчителя с плоским движением рабочих органов и гироскопического измельчителя, совпадающие с расчетными.
Достоверность результатов обеспечивается корректностью поставленных задач, строгостью применяемых методов решения, совпадением экспериментальных результатов с результатами математического моделирования. Численные результаты, полученные на основе теоретических формул, качественно подтверждаются экспериментальными данными н соответствуют физике исследуемых процессов.
Практическая ценность. Полученные результаты использованы при проектировании конструкций узлов измельчителей и выборе параметров их рабочих органов на АО "Саратовзлеватормельмаш" и на Вольском механн-ческом.заводе (Саратовская обл.). Материалы диссертации использовались в НИР, проводимых кафедрой "Приборостроение" СГТУ в рамках региональной научно-технической программы "Проблемы развития индустриального комплекса и социально-экономической сферы Саратовской области" (1996г.) и межвузовской программы Минвуза РФ "Конверсия. Агропромышленный комплекс. Высокие технологии" (1994-199бг), а также при чтении учебного курса "Специальные устройства бытовой техники".
Апробация работы. Результаты работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях Саратовского государственного технического университета (Саратов 1995-1997), на научных семинарах кафедры "Приборостроение" СГТУ, на международной конференции "Проблемы и перспективы прецизионной механики и управления в машиностроении" (Саратов 1997), на научном семинаре в СФВАУ (Саратов, 1998).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе получено 5 патентов на изобретения;
Объем работы. Диссертация состоит из введення, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы 217 страниц, в том числе 122 страницы машинописного текста, 25 страниц рисун-
ков и таблиц, список литературы из 89 наименований на 8" страницах и приложения на 2 страницах.
