Введение к работе
Актуальность. Задача добычи и переработки полезных ископаемых стоит перед человечеством с момента зарождения металлургии, как сферы деятельности, и не теряет своей актуальности по сей день. Объёмы добычи минерального сырья, в виде хрупких пород различного состава, растут с каждым годом. За 2012 год, только в Кемеровской области, объём добычи угля превысил 200 млн. тонн, а за первое полугодие 2013 он возрос ещё на 4,9 %. С ростом объёмов добычи полезных ископаемых, растёт и потребность в их переработке. Добытый объём полезных ископаемых нуждается в обогащении для максимального извлечения полезных минералов из руд. Первичной стадией подготовки сырья для обогащения является дробление.
Щековые дробилки применяют как для получения готового продукта (уголь, строительный камень, щебень и пр.), так и на подготовительных стадиях крупного и среднего дробления в случаях, когда к готовому продукту предъявляются строгие требования к форме готовых кусков. В связи с этим разработка высокопроизводительной щековой дробилки становится приоритетным направлением научно-исследовательских работ с целью обеспечения промышленности достаточным количеством обогащенного минерального сырья.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Федерального государственного бюджетного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет».
Цель работы. Разработать кинематическую схему привода щековой дробилки, обеспечивающей высокую производительность и обладающую малодетальной конструкцией. На основе теоретических и экспериментальных исследований установить значимость воздействия факторов, влияющих на производительность щековых дробилок и разработать адекватную методику её расчёта.
Для реализации цели в работе поставлены следующие задачи:
провести анализ существующих кинематических схем привода щёк щековых дробилок и на его основе сформулировать требования к кинематической схеме высокопроизводительной щековой дробилки;
на основе сформулированных требований разработать кинематическую схему привода щеки дробилки, представляющего собой двухкривошип-ный шарнирный четырёхзвенник, задающий поступательное движение подвижной щеки, имеющую малодетальную конструкцию, которая обеспечивает высокую производительность и качество готового продукта;
провести силовой анализ процесса дробления в дробилке с разработанной кинематической схемой привода подвижной щеки и определить напряжённые состояния, возникающие в дробимых кусках;
провести анализ влияния угла захвата и величины хода сжатия на производительность щековых дробилок и на его основе разработать методику определения основных конструктивных параметров (угол захвата и величина
хода сжатия) щековой дробилки с предложенной кинематической схемой, обеспечивающих максимальную производительность;
разработать методику расчёта производительности щековых дробилок;
разработать методику расчёта установочной мощности привода дробилки с поступательным движением подвижной щеки;
изготовить исследовательскую установку и провести испытания образцов для проверки теоретических выводов.
Научная новизна заключается в том, что:
впервые разработана кинематическая схема привода дробилки с поступательным движением щеки, обеспечивающая эвакуацию раздробленного материала в течении 3/4 оборота эксцентрикового вала;
в результате силового анализа установлено, что в процессе дробления в дробилке с поступательным движением подвижной щеки в дробимом куске, при его опираний на щёки дробилки в трёх и более точках, возможно создание сложного напряжённого состояния с одновременным действием нормальных и касательных напряжений;
определены характер и степень влияния конструктивных параметров (угла захвата и хода сжатия) на производительность щековых дробилок;
разработана методика, позволяющая определять конструктивные параметры щековой дробилки с поступательным движением щеки, обеспечивающие максимальную производительность;
получена математическая зависимость для расчёта числа кусков, одновременно находящихся в зоне дробления по её высоте;
установлены условия захвата дробимого куска щеками дробилки с поступательным движением щеки;
разработана методика расчёта производительности дробилки с поступательным движением подвижной щеки;
получено аналитическое выражение для расчёта установочной мощности привода дробилки с поступательным движением, учитывающее тип напряжённого состояния, возникающего в дробимых кусках.
Практическая значимость работы заключается в том, что выполненные исследования позволили определить параметры щековой дробилки с поступательным движением подвижной щеки и, в частности, производительность, которая выше, чем у дробилок с простым и сложным движением щёк в среднем на 24 % и 76 % соответственно. Разработанная кинематическая схема привода подвижной щеки позволяет снизить содержание переизмельчённого материала в готовом продукте дробления, в сравнении с дробилками с простым и сложным ходом щёк, в среднем на 10 % и 30 % соответственно. В результате того, что предложенная кинематическая схема позволяет эвакуировать раздробленный материал из камеры дробления не только за счёт силы тяжести, но и за счёт движения щеки в сторону разгрузки, а так же, за счёт организации разгрузки камеры дробления в течении 3/4 оборота приводного вала, повышается пропускная способность камеры дробления, т. е. увеличивается количество дроби-
мого материала, проходящее через поперечное сечение камеры в единицу времени. Таким образом, дробилка с поступательным движением щеки, организованным по предложенной кинематической схеме, не склонна к переполнению камеры дробления. Определено влияние угла захвата и величины хода сжатия на производительность щековых дробилок, что позволит оптимально выбирать данные параметры для вновь проектируемых машин.
Научные результаты, выносимые на защиту и личный вклад автора. На защиту выносятся следующие результаты, полученные лично автором:
теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение повышения производительности щековой дробилки за счёт организации поступательного движения приводной щеки;
определение условий захвата дробимого куска щеками дробилки с поступательным движением;
обоснование того, что разрушение дробимого куска, в дробилке с поступательным движением щеки, происходит, в том числе, и в результате создания в нём сложного напряжённого состояния;
методика определения конструктивных параметров щековой дробилки с поступательным движением щеки, обеспечивающих максимальную производительность;
методика расчёта производительности щековой дробилки с поступательным движением подвижной щеки. Сравнение производительностей дробилок с простым, сложным и поступательным движением подвижной щеки;
методика расчёта мощности привода подвижной щеки дробилки с поступательным движением.
Достоверность и обоснованность научных положений и результатов работы обеспечена сочетанием методов теоретического анализа, сходимостью определяемых величин, полученных различными методами, использованием классических положений теории упругости, механики разрушения и теории сопротивления материалов, совпадение теоретических расчётов с результатами экспериментов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: XXXII Российской школе по проблемам науки и технологий, посвященной 65-летию Победы (Миасс, 2012); Научно-практической конференции молодых специалистов ОАО «ОУК «Южкузбассуголь» (Новокузнецк, 2012); Международная научно-практическая конференция - Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов (Новокузнецк, 2012); XVII Всероссийская научно практическая конференция «Металлургия: технологии, управление, инновации, качество (Новокузнецк, 2013)».
Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 9 печатных работах, в том числе 4 в журналах, входящих в перечень ВАК. Получен один патент на изобретение.
Соответствие паспорту специальности. Диссертационная работа по своим целям, задачам, содержанию, методам исследования и научной новизне соответствует паспорту специальности - 05.02.13 «Машины, агрегаты и процессы» (металлургического производства).
п. 1 « Разработка научных и методологических основ проектирования и создания новых машин, агрегатов и процессов; механизации производства в соответствии с современными требованиями внутреннего и внешнего рынка, технологии, качества, надёжности, долговечности»;
п.З «Теоретические и экспериментальные исследования параметров машин и агрегатов и их взаимосвязей при комплексной механизации основных и вспомогательных процессов и операций».
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, основных выводов и приложений. Изложена на 169 машинописных страницах, содержит 89 рисунков, 36 таблиц, список использованных источников из 63 наименований.
