Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор современного состояния процесса разрушения твердых материалов и конструкций конусных инерционных дробилок 10
1.1. Теоретические принципы рационального разрушения твердых материалов 10
1.2. Организация процесса разрушения материалов в дробильно-измельчительных машинах 13
1.3. Разрушение материала в слое 20
1.3.1. Методы определения прочностных характеристик при разрушении материалов 20
1.3.2. Связь макро- и микропроцессов при разрушении в слое 22
1.3.3. Аппроксимации вероятности разрушения и функции разрушения 23
1.3.4. Различие между частицами правильной и неправильной формы 24
1.3.5. Изменение гранулометрического состава материала при разрушении в слое 25
1.4. Принципиальная схема и основные особенности конусных инерционных дробилок 25
1.5. Методы определения технологических показателей КИД и выбор их параметров 30
1.5.1. Выбор механических параметров конусных инерционных дробилок 30
1.5.2. Определение пропускной способности и производительности конусных инерционных дробилок 32
1.5.3. Профилирование камеры дробления 35
1.5.4. Определение дробящей силы 36
1.5.5. Определение энергоемкости процесса дробления 37
1.5.6. Влияние конструктивных параметров дробилки на технологические показатели 37
1.6. Цели и задачи исследования 39
1.7. Выводы 40
2. Разработка механико-технологической модели конусной инерционной дробилки 42
2.1. Основные задачи механико-технологического расчета конусной инерционной дробилки 42
2.2. Общее кинетическое уравнение преобразования гранулометрического состава: дифференциальная и интегральная формы, функции отбора и дробления 43
2.3. Функция отбора при фрактальном характере поверхности кусков.. 46
2.4. Связь между функциями дробления в дифференциальной и интегральной формах кинетического уравнения 50
2.5. Уравнение энергетического баланса: зависимость давления и деформации слоя от плотности упругой энергии 55
2.6. Качественное описание процесса движения и разрушения материала в камере дробления КИД 59
2.7. Механико-математическая модель и методика расчета конусной инерционной дробилки 62
2.8. Оценка адекватности модели 72
2.9. Выводы 75
3. Реализация результатов работы 77
3.1. Условия проведения моделирования 77
3.2. Влияние частоты вращения, статического момента дебаланса и двойного кольцевого зазора на технологические показатели дробилки 79
3.3. Выбор рационального сочетания режимных параметров КИД 85
3.4. Выводы 88
4. Экспериментальные исследования влияния коэффициента боковой стесненности на пористость слоя материала 89
4.1. Актуальность и задачи эксперимента 89
4.2. Планирование эксперимента 90
4.3. Обработка результатов эксперимента 94
4.4. Построение математической модели процесса 97
4.5. Проверка адекватности модели 99
4.6. Выводы 100
5. Экспериментальные исследования деформируемости слоя материала 101
5.1. Актуальность и задачи эксперимента 101
5.2. Планирование эксперимента 102
5.3. Механизм разрушения материала в конусных инерционных дробилках 104
5.4. Оптимальное соотношение высоты слоя и крупности кусков 107
5.5. Конструкция и принцип действия стенда для изучения процесса разрушения слоя хрупкого материала при сжатии 109
5.6. Обработка результатов эксперимента 112
5.7. Выводы 119
Заключение 120
Литература 122
Приложения 135
- Определение пропускной способности и производительности конусных инерционных дробилок
- Общее кинетическое уравнение преобразования гранулометрического состава: дифференциальная и интегральная формы, функции отбора и дробления
- Влияние частоты вращения, статического момента дебаланса и двойного кольцевого зазора на технологические показатели дробилки
- Конструкция и принцип действия стенда для изучения процесса разрушения слоя хрупкого материала при сжатии
Введение к работе
Процессы переработки минерального сырья, в особенности циклы дробления и измельчения, являются самыми энергоемкими и дорогостоящими в горно-обогатительной промышленности: общие затраты достигают 20% от всей вырабатываемой в стране электроэнергии.
Кроме того, затраты на дробление и измельчение составляют 45-55% капитальных и до 60% эксплуатационных затрат ряда предприятий, например, обогатительных фабрик. К основным направлениям, позволяющим снизить эти затраты, следует отнести интенсификацию процессов дробления и измельчения материалов путем оптимизации режимов работы оборудования, совершенствование схем дробильно-измельчительных переделов, а также разработку и внедрение в производство нового высокоэффективного оборудования.
Одним из аппаратов нового поколения дробильного оборудования является разработанная в институте «Механобр» конусная инерционная дробилка (КИД). Ряд особенностей ее конструкции, при реализации разрушения слоя материала, позволяет не только получить более высокие, чем у эксцентриковых дробилок, технологические показатели, но и облегчить эксплуатацию, допуская, например, пуск под нагрузкой, работу под завалом и возможность «подстройки» при изменении механических свойств дробимого материала.
Кроме максимального снижения крупности продукта, в ряде производств нежелательно переизмельчение материала. В других случаях требуется получение продукта с максимальным выходом заданных узких классов крупности, то есть продукта с определенной гранулометрической характеристикой.
Решение этих задач позволит снизить безвозвратные потери сырья и повысить качество продукта.
Конусные инерционные дробилки за счет возможности изменения в каждом конкретном случае их рабочих параметров, таких как статический момент дебаланса, его частота вращения, двойной кольцевой зазор, позволяют получать продукт дробления в широком диапазоне крупности и гранулометрического состава, а при выборе оптимального сочетания этих параметров — продукт наиболее полно отвечающий требованиям заказчика.
Вместе с тем, следует учитывать, что такого длительного опыта конструирования и эксплуатации, как у эксцентриковых дробилок, здесь нет. В связи с этим ускорение процесса поиска рациональных конструктивных решений, обеспечивающих надежную работу дробилки и высокие технологические показатели, возможно только при наличии достоверных расчетных методов определения прочностных и технологических характеристик конусных инерционных дробилок, отличающихся вследствие специфики привода и кинематической схемы от аналогичных задач при расчете конусных дробилок с эксцентриковым приводом. Реализация расчетных методов в виде компьютерных программ дает возможность перейти к автоматизированному проектированию дробилок с оптимизацией их конструкции и рабочих режимов - в этом случае натурный эксперимент заменяется численным, что в значительной степени позволяет сократить временные и финансовые затраты на стадии проектирования.
Существующие модели КИД дают возможность только приблизительно, на основе полуэмпирических зависимостей, оценить гранулометрический состав продукта дробления, что не позволяет осуществить обоснованный выбор режимных параметров дробилки на стадии проектирования для получения продукта дробления требуемой крупности.
Таким образом, задача разработки механико-математической модели КИД, позволяющей на основе соотношений теории фрактального разрушения горных пород и теории виброперемещения описать преобразование гранулометрического состава материала в камере дробления конусной инерционной дробилки, является весьма актуальной. Работа базируется на исследованиях: д.ф-м.н. И.И. Блехмана, д.т.н. Л.А. Вайсберга, д.т.н. Е.Б. Кремера, к.т.н. Л.П. Зарогатского, к.т.н. Н.А. Иванова, к.т.н. Я.М. Кацмана, к.т.н. Л.В. Яхкинда и др.
Идея работы состоит в том, что за счет управления рабочим процессом и режимными параметрами дробилки достигаются условия, при которых технологические характеристики продукта дробления будут соответствовать заданным.
Защищаемые научные положения:
1. Механико-математическая модель конусной инерционной дробилки с учетом фрактальных свойств поверхностей раскола разрушаемых горных пород и взаимосвязей между кинематическими и динамическими параметрами дробилки позволяет оценить гранулометрический состав продукта дробления на стадии проектирования, при этом установлено, что для проектируемой дробилки КИД-1500, при её максимальной производительности и минимальной удельной энергоемкости процесса дробления 0,43 кВт-ч/т, выход щебня заданного класса -40+20 мм при дроблении габбро-диабаза достигает 70% за счет минимизации статического момента дебаланса и снижения его частоты вращения до 47 рад/с.
2. Экспериментально установлено: пористость слоя материала в верхнем сечении камеры дробления линейно зависит от значения коэффициента боковой стесненности слоя, определяемого отношением средневзвешенной крупности материала к ширине загрузочной щели дробилки, а модуль деформации слоя рудных материалов линейно увеличивается с ростом предела прочности сжимаемых руд в интервале от 200 до 320 МПа.
Метод исследования — комплексный, включающий анализ и обобщение исследований по разрушению материала в камере дробления КИД и определению гранулометрического состава продукта дробления; экспериментальные исследования по разрушению слоя материала; математическое моделирование рабочих процессов конусных инерционных дробилок.
Научная новизна
Установлена зависимость пористости слоя материала в узкой щели от значения коэффициента боковой стесненности; установлена зависимость модуля деформации слоя рудных материалов от предела прочности сжимаемых руд в интервале от 200 до 320 МПа; разработана механико-математическая модель КИД, учитывающая взаимосвязи между кинематическими и динамическими параметрами дробилки, свойствами дробимого материала и позволяющая определять гранулометрический состав дробимого материала.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием апробированных методов теоретической механики, теории фрактального разрушения хрупких пород и теории виброперемещения для описания движения и деформирования материала в камере дробления конусной инерционной дробилки; достаточным и статистически обоснованным объемом и представительностью выполненных экспериментов; удовлетворительной сходимостью (ошибка в пределах 5%) результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Практическая значимость работы
Разработана методика расчета и программное обеспечение для выбора рационального сочетания параметров конусной инерционной дробилки, обеспечивающих при дроблении требуемые технологические характеристики продукта дробления.
Реализация результатов работы
Результаты исследований использованы в НПЬС «Механобр-техника» и ЗЛО ПКБ «Автоматика» при проектировании камер дробления и выборе режимных параметров новых конструкций конусных инерционных дробилок для получения заданных технологических характеристик продукта дробления.
Апробация работы
Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на конференции молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (СПГГИ (ТУ), 2003, 2005); на международном совещании «Плаксинские чтения» (ИПКОН РАН, 2004); на международной конференции «Проблемы и перспективы развития горных наук» (ИГД СО РАН, 2004); на конференции «Современное состояние и перспективы развития механизации и электрификации горного и нефтегазового производства» (СГЯТИ (ТУ), 2005); на международной конференции «Неделя горняка» (МГГУ, 2003, 2005); на международном Конгрессе обогатителей стран СНГ (МИСиС, 2003, 2005).
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н., проф. И.П. Тимофееву, генеральному директору — научному руководителю НІЖ «Механобр-техника», д.т.н., проф. JT.A. Вайсбергу за постоянную творческую помощь, научное консультирование и административную поддержку работы, а также всем специалистам НПК «Механобр-техника».
Определение пропускной способности и производительности конусных инерционных дробилок
Производительность дробилки является одним из основных технологических показателей, в связи с чем методика ее достоверной оценки необходима для выбора рационального сочетания параметров машины на стадии конструирования. Неудовлетворительность использования для этой цели эмпирических зависимостей [2, 67] очевидна, и в середине 70-х гг. начали развиваться уточненные методы, основанные на исследовании поведения материала в камере дробления методами теоретической механики. Одной из первых в этом направлении является работа [32], в которой перемещение материала в разгрузочной зоне камеры дробления определяется в предположении о двух возможных режимах движения материала - полета и скольжения по броне, каждый из которых продолжается половину периода качаний конуса. При оценке массовой пропускной способности авторы допускают возможность уплотнения материала. Дальнейшее развитие методов определения производительности дробилок на базе исследования движения материала в камере дробления происходило по двум направлениям.
Первое разрабатывалось сотрудниками кафедры конструкций машин университета Дружбы народов им. Патриса Лумумбы и в исследованиях ПО «Уралмаш». Основное предположение в рассматриваемых работах состоит в том, что в камере дробления, удовлетворяющей принципам Э.Б. Саймонса [58, 118], куски материала движутся и разрушаются независимо друг от друга. Сущность предложенного метода состоит в следующем.
Рассматривается некоторое осевое сечение камеры дробления, ограниченное образующими броней конуса и чаши. Предполагается, что образующая чаши неподвижна, а образующая конуса совершает в плоскости сечения гармонические колебания. Для представителя каждой фракции исходного питания производится отдельный расчет движения в камере дробления, заключающегося в полете или скольжении вниз вдоль образующей до момента зажатия между бронями в соответствующей зоне камеры дробления. Исходя из статистически обработанных экспериментальных данных определяется грансостав, получаемый в результате разрушения рассматриваемого куска. На основании расчета по фракциям вычисляется суммарная производительность дробилки по всему исходному питанию и грансостав дробленого продукта.
Эта методика отражает подход ПО «Уралмаш» к профилированию, при котором возрастание пропускной способности от приемной зоны к разгрузочной обеспечивает независимое движение и разрушение каждого куска. Применительно к таким камерам дробления предлагаемые в данном направлении исследований методы следует признать вполне обоснованными.
В то же время, существует ряд дробилок, для которых характерно движение и разрушение материала в слое. К таким машинам относятся, например, дробилки «Гиродиск» и конусные инерционные дробилки, работающие под завалом. В связи с разработкой в институте «Механобр» теории инерционных дробилок, под руководством д.ф-м.н. И.И. Блехмана появилось второе направление, развиваемое к.т.н. Н.А. Ивановым, к.т.н. О.П. Барзуковым, к.т.н. Л.Г. Титовой, к.т.н. К.С. Якимовой и к.т.н. Я.М. Кацманом [13, 16, 36, 39].
В работах второго направления методами теории вибрационного перемещения при заданной кинематике движения звеньев дробилки изучается перемещение материала в плоскости осевого сечения камеры дробления между образующими броней конуса и чаши, совершающими плоские прямолинейные колебания. Поскольку при изучении движения слоя естественно сделать предположение о том, что один раз за период качаний конуса (т.е. за цикл) слой зажимается между бронями, рассматривается перемещение материала в ряде горизонтальных сечений камеры дробления на протяжении одного цикла. Слой материала отождествляется с материальной частицей, для которой, в отличие от работ первого направления, допускаются все возможные режимы движения — полет, скольжение вдоль брони конуса или чаши вверх или вниз, мгновенные и длительные остановки. На основании найденных перемещений определяются объемные пропускные способности сечений и, с учетом эмпирической зависимости плотности материала от положения сечения, массовые пропускные способности. Минимальная из массовых пропускных способностей и принимается за производительность дробилки. Существенная неодинаковость пропускных способностей различных сечений камеры дробления указывает на необходимость корректировки формы броней. Следует отметить, что в действительности часть мелких фракций может продолжать движение и в зоне наибольшего сближения футеровок, что учитывается в [36] введением поправочного коэффициента.
Форма камеры дробления существенно влияет на эффективность работы дробилки. За счет изменения профиля броней удается значительно повысить производительность и улучшить характеристики дробленого продукта [17, 58, 99]. В связи с этим в последние годы проводятся интенсивные исследования по оптимизации формы камеры дробления как на основе экспериментальных работ, так и с помощью упоминавшихся выше теоретических методов, позволяющих моделировать процесс движения и разрушения материала. Общие требования к оптимальному профилю сводятся к обеспечению высокой производительности, эффективного разрушения материала без прессования и равномерности износа броней по всей высоте камеры дробления. Эти требования, как правило, противоречивы, и при выборе профиля необходимо принимать компромиссные решения, отражающие особенности конкретной технологической схемы.
В соответствии с двумя подходами к организации процесса дробления («кусок о броню» и дробление в слое) и методами исследования характера движения материала в камере дробления, методы профилирования также развиваются в двух направлениях.
Представители первого направления (УДН им. Патриса Лумумбы, ПО «Уралмаш») на основании теоретических и экспериментальных исследований разрабатывают камеры дробления, обеспечивающие при дозированном питании дробление типа «кусок о броню» [21, 29, 44, 47, 58, 91, 99, 108] с учетом необходимых для разрушения деформаций кусков материала.
Общее кинетическое уравнение преобразования гранулометрического состава: дифференциальная и интегральная формы, функции отбора и дробления
Физический смысл интегральной формы (2.3) кинетического уравнения (2.1) следующий. Первый, неинтегральный член справа, представляет собой часть осколков заданного размера, принадлежащих к рассматриваемому классу крупности, которые подверглись дроблению к тому моменту, когда плотность упругой энергии достигла значения А. Второй, интегральный член, определяет пополнение данного класса за счет осколков, получающихся при разрушении более крупных кусков на всем протяжении процесса нагружения. Интегральная функция отбора к(х,А)может быть интерпретирована как вероятность разрушения частицы х в ходе нагружения до плотности упругой энергии А.
В то же время дифференциальный аналог функции (р{х,А) может быть истолкован как условная вероятность разрушения куска размером х в интервале изменения плотности энергий от А до A + dA при условии, что кусок этого размера сохранился неразрушенным при плотности энергии А. Вероятность сохраниться неразрушенным при плотности энергии A + dA может быть таким образом вычислена как (\-k{x,A))\\ — (p{x,A)dA\. С другой стороны, эта вероятность очевидно равна l-k(A + dA). Поэтому между функциями к(х.А) и р(х,А) существует следующее соотношение Определенное соотношение между дифференциальной и интегральной функциями у/ и Р также существует. Вывод этого соотношения будет приведен в п. 2.5. Пока отметим только, что вследствие сохранения массы материала эти функции удовлетворяют интегральным условиям
До этого обсудим возможный вид функции отбора с использованием представлений о фрактальной геометрии поверхности разлома.
Математический аппарат классической физики тесно связан с дифференцированием функций и поэтому предполагает их достаточную гладкость. Шары, цилиндры, кубики — вот наиболее часто используемые модельные геометрические образы. Традиция «геометрического упрощения» глубоко проникла и в такой раздел физики, как теория разрушения. Вместе с тем, именно куски руды менее всего напоминают шары, цилиндры и кубики, обладая необычайно сложной формой и негладкой сильно изрезанной поверхностью, подобной горному пейзажу. Примечательно, что отдельные участки этой поверхности, которые кажутся при некотором увеличении гладкими, при усилении увеличения предстают такими же «горными пейзажами», как и исходная поверхность. Это свойство называется масштабной инвариантностью, а поверхности, обладающие ими - фрактальными поверхностями.
Фрактальная геометрия появилась во второй половине XX века благодаря блестящим трудам Б. Мандельброта [113] и за несколько десятилетий превратилась в один из бурно развивающихся разделов современного естествознания. Для фрактальных поверхностей не существует обычная площадь, как предел суммарной площади исчезающе малых покрывающих поверхность элементов. Вместо нее вводится другая мера \imN(S)6D, где N(S) - число покрывающих элементов, 6-их линейный масштаб (длина), a D — некоторая величина, подобранная таким образом, чтобы указанный предел существовал. Эта величина D называется фрактальной размерностью. Она характеризует негладкость, изрезанность поверхности и заключена в интервале от 2 до 3, достигая значения 2 для обычных гладких поверхностей.
Фрактальные свойства поверхности частиц оказывают значительное влияние на закономерности разрушения твердых тел. Наличие указанных свойств для поверхностей реальных тел подтверждается результатами многочисленных экспериментов. Обнаружено, что фракталами являются поверхности металлов и горных пород, керамических, пористых и многих других материалов.
В основу фрактальной теории разрушения положены [101] следующие основные гипотезы: - поверхность, возникающая при разрушении твердых тел фракталь-на, а энергия, затрачиваемая на разрушение, пропорциональна числу оборванных межкристаллических (межмолекулярных) связей; - процесс распространения трещин в твердом теле можно рассматривать как обобщенный процесс случайных блужданий (анизотропное многомерное обобщенное броуновское движение); - образующиеся на боковой поверхности трещины микр о повреждения являются зародышевыми трещинами на последующих этапах разрушения. Указанные гипотезы позволяют, в частности, обобщить классическую теорию разрушения Гриффитса на случай трещин с фрактальной поверхностью. Напомним идею классической теории Гриффитса. Она состоит в том, что предельное равновесие трещины определяется балансом упругой энергии деформации и поверхностной энергии трещины. В случае дискообразной трещины с характерным линейным размером h это балансовое условие имеет вид Здесь в правой части стоит вариация поверхностной энергии, которая для гладкой трещины пропорциональна ее площади, а, следовательно, квадрату размера /Ї, а в левой - вариация объемной упругой энергии, пропорциональная объему h некоторой характерной области вблизи трещины. Здесь Л - плотность упругой энергии, подведенной к трещине, а к\ и к2 - коэффициенты, учитывающие форму трещины и области, из которой высвобождается энергия для развития трещины. Уравнение (2.6) можно переписать в виде
Влияние частоты вращения, статического момента дебаланса и двойного кольцевого зазора на технологические показатели дробилки
Используя методику механико-технологического расчета (п. 2.7), были определены значения производительности, энергоемкости процесса дробления и гранулометрического состава дробленого продукта для всех заданных значений параметров дробилки. Результаты расчетов могут быть представлены в виде графиков производительности Q, т/ч (рис. 3.1, 3.2); энергоемкости процесса дробления q=P/Q, кВт-ч/т (Р — потребляемая мощность, кВт) (рис. 3.3, 3.4); выхода отдельного заданного класса -40+20 мм у, % (рис. рис. 3.5, 3.6) в зависимости от частоты вращения дебаланса со, статического момента Sd двойного кольцевого зазора - 2S.
Частота вращения дебаланса, т.е. частота качаний дробящего конуса, является одним из наиболее важных параметров дробилки.
Увеличение частоты вращения дебаланса при работе дробилки приводит к увеличению числа актов зажатия материала. Вследствие этого время между последовательными актами зажатия материала уменьшается, снижая тем самым скорость движения материала по камере дробления. Как видно из графиков (рис. ЗЛ, 3.2), производительность дробилки с ростом частоты вращения с 47 до 63 рад/с падает с 280 т/ч до 170 т/ч, в то время как изменение величины статического момента дебаланса практически не оказывает влияния на производительность за исключением увеличения производительности от 180 до 200 т/ч при увеличении статического момента дебаланса со 150 до 200 кгм при частоте его вращения 63 рад/с.
Энергоемкость дробления (рис. 3.3) увеличивается как на всем интервале исследуемых частот вращения, так и с ростом величины статического момента дебаланса.
Кинематическая схема механизма КИД позволяет сохранить крупность дробленого продукта при износе броней, не требуя столь частого, как для эксцентриковых дробилок, «подтягивания» щели. При этом, однако, меняются такие важные показатели, как производительность и энергоемкость дробления.
Из рис. 3.2 и 3.4 видно, что с увеличением кольцевого зазора от 50 до 70 мм производительность дробилки и энергоемкость дробления повышается. Установившемуся режиму работы дробилки соответствует динамическое равновесие конуса под действием реакции в сферичекой опоре конуса, инерционных сил конуса и дебаланса и реакции сжатого слоя, определяемой деформированным состоянием материала. При увеличении кольцевого зазора сохранение угла нутации на прежнем уровне привело бы к уменьшению относительных деформаций слоя вследствие увеличения его толщины и нарушению равновесия конуса.
Следовательно, возрастание кольцевого зазора приводит к росту угла нутации, т.е. амплитуды колебаний конуса, а сопутствующее этому повышение интенсивности вибраций дробилки приводит к увеличению скорости движения материала и, соответственно, производительности дробилки. Одновременный рост инерционной силы конуса не позволяет крупности дробленого продукта значительно увеличиться.
Одной из отличительных особенностей конусных инерционных дробилок является возможность их настройки применительно к конкретному дробимому материалу путем изменения величины статического момента дебаланса Sd, что предусмотрено конструктивными решениями. Правильный выбор значения Sd позволяет обеспечить эффективное разрушение материала без необоснованного увеличения дробящей силы, приводящего к прессованию материала и необоснованному повышению нагрузок на конструкцию дробилки.
Увеличение статического момента вызывает рост инерционной силы дебаланса и давления на дробимый материал. Однако уменьшение толщины слоя материала при росте нагрузки ограничивается максимально достижимой относительной деформацией слоя материала: таким образом, увеличение статического момента дебаланса эффективно лишь до достижения величины S/, соответствующей началу прессования.
Более того, дальнейшее возрастание Sd может привести к противоположному результату - росту толщины слоя материала в разгрузочном сечении. Увеличению статического момента дебаланса соответствует и увеличение амплитуды линейных и угловых колебаний корпуса дробилки. При этом возрастают скорости движения броней конуса и чаши в момент начала раскрытия щели, что при характерном для рассматриваемой дробилки соотношении параметров влечет за собой рост скорости движения материала в камере дробления и сокращение времени движения материала до зажатия. Поскольку увеличение относительной деформации невозможно ввиду достижения предельного уплотнения материала, происходит увеличение толщины слоя материала за счет падения амплитуды колебаний конуса Д, (или угла нутации у0).
С другой стороны, при недостаточном значении статического момента дебаланса возрастает крупность дробленого продукта, а также возникает опасность «заклинивания» конуса при пуске дробилки, если инерционная сила дебаланса не обеспечивает сжатия слоя до разрушающей деформации.
Из рис. 3.5 видно, что с ростом величины статического момента дебаланса при его частоте вращения 47 рад/с содержание в продукте дробления класса -40+20 мм практически не меняется и составляет около 70%. При со = 52 рад/с выход класса -40+20 мм составляет 70% до значения статического момента дебаланса 200 кгм, после чего возрастает до 73%. На скоростях со = 57 и 63 рад/с очевиден рост выхода класса -40+20 мм до . = 200 кгм от 65 и 70% до 70 и 73% соответственно, после чего наступает сокращение выхода до 71 и 67%.
Конструкция и принцип действия стенда для изучения процесса разрушения слоя хрупкого материала при сжатии
Отсюда, для габбро-диабаза D = 661,53/0,01766 = 37,5 МПа; для гранита D = 498,08/0,01766 = 28,2 МПа.
Анализируя горные породы, использованные в предыдущих исследованиях, по их пределу прочности на сжатие (джезказганская руда, алмалыкская руда, кварцит), можно видеть, что они относятся к материалам средней прочности (асж ю 200МПа). В нашем случае габбро-диабаз и гранит относятся к прочным материалам (сг = 250- 320 МПа). На основании этого можно сделать вывод, что модуль деформации зависит не только от пористости слоя, но и от прочности материала.
С учетом установленного ранее значения модуля деформации слоя D = 20 МПа для рудных материалов с пределом прочности 200 МПа, можно построить графическую зависимость изменения модуля деформации слоя с ростом предела прочности сжимаемых руд (рис. 5.12).
Из рисунка видно, что модуль деформации слоя линейно зависит от предела прочности руды, что дало возможность аппроксимировать экспериментальные данные линейным уравнением регрессии в интервале предела прочности испытуемых руд от 200 до 320 МПа
Полученная зависимость (5.3) позволяет определить значение модуля деформации слоя в зависимости от прочностных характеристик дробимой руды, а с учетом соотношений (4.8) и (5.1) становится возможным определить напряжение в сжимаемом слое и, следовательно, дробящую силу при каждом зажатии слоя материала между бронями конуса и чаши дробилки.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что процесс разрушения материала в слое состоит из трех фаз: в первой фазе происходит уплотнение слоя, во второй материал интенсивно разрушается, в третьей фазе начинается прессование материала, процесс разрушения приостанавливается и дальнейшее сжатие становится неэффективным.
Сжатие на слоя материала на прессе позволило определить значение модуля деформации для прочных рудных материалов: для гранита с пределом прочности сгсж = 250 МПа - модуль деформации равен 28,2 МПа, для габбро-диабаза с пределом прочности усж = 320 МПа модуль деформации равен 37,5 МПа; получена эмпирическая зависимость модуля деформации слоя рудных материалов от предела прочности сжимаемых руд в интервале от 200 до 320 МПа.
В диссертационной работе даны разработанные автором теоретические и практические положения, представляющие решение актуальной научно-практической задачи повышения эффективности работы конусной инерционной дробилки путем выбора рационального сочетания режимных параметров для получения заданного гранулометрического состава продукта дробления.
Проведенные исследования позволяют сформулировать следующие основные научные результаты и выводы: 1. Разработана механико-математическая модель и выполнено моделирование работы конусных инерционных дробилок, позволившее оценить изменение гранулометрического состава продукта дробления (выход заданного класса), производительности и удельной энергоемкости при изменении статического момента дебаланса, его частоты вращения и размера разгрузочной щели дробилки. 2. Разработана методика выбора рационального сочетания режимных параметров, позволяющая увеличить выход продукта дробления годного класса при заданном уровне производительности и энергозатрат на дробление. 3. В результате моделирования определено рациональное сочетание режимных параметров дробилки КИД-1500 при дроблении габбро-диабаза для получения щебня заданного класса -40+20 мм: 2S = 90 мм; со = 47 рад/с; Sj= 100 кгм. Технологические показатели дробления будут следующие: Q = 278,2 т/ч; q = 0,43 кВт-ч/т; у-40+20 70%. 4. Установлено влияние коэффициента боковой стесненности слоя на пористость слоя материала в узкой щели; получена эмпирическая зависимость, которая позволяет рассчитать пористость в верхнем сечении камеры дробления конусной инерционной дробилки, зная среднюю крупность исходного продукта и ширину загрузочной щели дробилки. 5. Определено значение модуля деформации слоя для прочных рудных материалов: для гранита с пределом прочности сгсж = 250 МПа -модуль деформации равен 28,2 МПа, для габбро-диабаза с пределом прочности асж = 320 МПа модуль деформации равен 37,5 МПа; получена эмпирическая зависимость модуля деформации слоя рудных материалов от предела прочности сжимаемых руд в интервале от 200 до 320 МПа.
