Введение к работе
Актуальность проблемы. Успешное выполнение задач, стоящих перед торфяной отраслью на современном этапе, требует постоянного совершенствования оборудования и поиска путей создания новых высокоэффективных и надежных машин и механизмов, обеспечивающих качественное и производительное выполнение технологических процессов добычи м переработки торфяного сырья. Важное место во всем комплексе операций добычи'и "Переработки торфа занимают процессы очистки торфяной залежи от древесных включении, осуществляемые активными корчевателями и машинами глубокого фрезерования.
Качественные показатели процесса выделения пней из торфа зависят, во
многом, от надежности и эффективности работы валковые сепараторов корче-
вателышх и фрезерных машин. Однако практика эксплуатации сепарирующих
устройств валкового типа показала недостаточно надежную и недостаточно
качественную их работу. Нерешенность вопросов предотвращения заклинива
ния древесных включений между рабочими элементами сепаратора и наматы
вания растительности на валы устройства, наряду с другими причинами, обу
славливает низкую эксплуатационную. надежность активных корчевателей,
производительность которых снижается в 2-3 раза. А из-за невысокой интен
сивности процесса разделения вынос с сепарирующих устройств слаборазло-
жившегеся торфа вместе с пнями доходит до 70 % на корчевателях и до 30 %
на машинах глубокого фрезерования. .
Практика использования вапковых сепараторов в сельскохозяйственной, мелиоративной, горноперерабатывающей и химической промышленностях также указывает на ряд их недостатков - заклинивание твердых включений, наматывание волокнистого магери&іа, налипание влажных частиц и, вследствие этого, низкое качество процесса сепарации.
Совершенствование процессов разделения на ватковых сепараторах и создание новых высокоэффективных сепарирующих устройств валкового типа с учетом специфики их использования в различных технологических процессах является актуальной проблемой, имеющей важное научное и практическое значение не только для торфяной промышленности, но и для других отраслей народного хозяйства, где они используются.
Работа выполнялась в соответствии с тематическими планами научно-исследовательских работ: «Проблемы механизации іі автоматизации горного производства»; «Разработать перспективную систему машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1996-2005 гг., часть III Мелиорация».
Цель работы. Разработка научных основ расчета конструктивных и кине матических параметров валковых сепараторов и создание новых высокоэф
фектиьных сепарирующих устройств валкового типа, обеспечивающих надежное и качественное разделение компонентов торфяной смеси.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Провести анализ современного уровня развития и совершенства валковых сепараторов, выявить причины их недостаточно высокой эксплуатационной надежности и іінтєнсіівности процесса сепарации, определить возможные пути решения исследуемой проблемы;
-
На основе теоретических и экспериментальных исследований обосновать параметры сепарирующих устройств из условии предотвращения заклинивания твердых включений (тінгй или камней) и предупреждения процесса намотки волокнистой" растительности, исходя из физико-механических f войств разделяемого материала;
-
С использованием обобщенной математической модели процесса сепарации намегигь пути повышения интенсивности разделения торфа и твердых включений, разработать конструкции интенсифицирующих устройств и обосновать их параметры;
-
С помощью регрессионных моделей исследовать процессы сепарации компонентов торфяной смеси и установить рациональные условия эффективного их разделения;
' 5.,Выполнить комплексные научные исследования направленные на создание принципиально новой конструктивной схемы валкового сепаратора, обеспечивающего качественное отделение от твердых включений неразложивших-ся волокнистых растительных остатков;
-
Разработать методику расчета основных параметров валковых сепараторов с учетом технологических условий их работы.
-
Произвести промышленную апробацию выполненных разработок и оцепить их технико-экономическую эффективность.
„ Объекты и методы исследований. В качестве обьектов исследований
служили:
торф верхового типа моховой и травяно-моховой групп степенью разложения от 0 до 25 / с относительной влажностью 80-85 %, взятый с залежей трфопредприггий «Емел/ьяновское» и кОршинское»;
древесные включения, отобр&нные с торфяных залежей после прохода ї|>резьі машины глубокого фрезерования РАПП-ЗА (МП-20) и после активного корчевателя;
гибкие корневые остатки и длинная травяная растительность торфяных месторождений;
каменные включения и сплетенные растительные остатки;
лабораторно-экснериментальнос и опытно-промышленное оборудование. |і.'прабоіанное для проведения научных исследований.
В диссертационной работе использован комплексный метод исследовании, включающий теоретическое и экспериментальное моделирование процессом сепарации. Применялись математическое и физическое моделирование, регрессионный и статистический анализ с применением ЭВМ, тензометрнрова-ние и скоростная кинофотосъемка.
Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:
в разработке теоретических основ и методики рационального проектирования сепарирующих устройств валкового типа, обеспечивающих надежное и качественное выполнение процесса сепарации, основанной на обобщении большого экспериментального материала исследований работоспособности валковых сепараторов з торфяной, горноперерабатывающей и сельскохозяйственной промышленностях;
в теоретическом и экспериментальном исследовании адекватных математических моделей процесса разделения компонентов торфяной смеси на валковых сепараторах с рациональными параметрами;
в установлении путей интенсификации процесса разделения и на основе экспериментальных исследований получении теоретических уравнений регрессии, связывающих показатели качества и эффективности сепарации с технологическими, к тематическими и конструктивными характеристиками сепарирующих устройств;
в теоретическом и практическом обосновании ряда приоритетных патентно-чистых технических решений вадковых сепараторов для различных условий их работы;
в разработке алгоритмов расчета оптимальных параметров валковых сепараторов с учетом специфических особенностей процесса разделения ті :р-дых включений (пней или камней) и торфа.
Практическая ценность работы. Разработанные теоретические основы проектирования высокоэффективных валковых сепараторов, а также методики рзечета их рациональных рабочих органов являются решением крупной научной проблемы не только в торфяной промышленности, но и в горноперерабатывающеи, сельскохозяйственной и других отраслях экономики, использующих технологии разделения (грохочения) различных материалов с твердым» включениями, что позволит повысить надежность, и качество вьт^пнения процесса сепарации.
Разработанные алгоритмы и программное обеспечение ЭВМ, для расчета рациональных параметров валковых сепараторов могут быть использованы при совершенствовании известных конструкций устройств и модернизации новых схем различных типоразмеров сепараторов.
Основные научные и практические результаты диссертации используются: при подготовке диссертаций аспирантами;. при выполнении научно-исследовательских работ кафедрами «Торфяные машины и оборудование» и
«Строительные, дорожные машины и оборудование». Ряд результатов и методик включены в учебник «Торфяные машины и комплексы» и используются при изучении дисциплин торфяного профиля, при курсовом и дипломном проектировании;.
Полученные результаты исследований использованы при разработке валкового сепаратора стнлочного агрегата АСК-1, при корректировке конструк-іорскоіі документации на изготовление сепаратора для машины глубокого фрезерования МГ1-20. Методические основы выбора рациональных параметров сепарирующих устройств применяются Северном научно-исследовательским институтом гидротехники и мелиорации (СевНИИГиМ) при создании камнеуборочных машин для уборки мелкого камня. Практические рекомендации по совершенствованию сепараторов валкового типа припаї ы к внедрению в технологических линиях по производству на основе торфа удобрений типа «экогумус» производственно-коммерческой фирмой «Медиум».
Проведенные экономические расчеты показали высокую эффективность и целесообразность практического использования разработанных конструкций сепарирующих устройств в торфяной промышленности.
tia защиту выносится решение крупной народно-хозяйственной проблемы но созданию высокоэффективных конструкции валковых сепараторов 'торфяных машин и оборудования. Автор защищает следующие основные положения;
научно-обоснованные положения о закономерностях процессов заклинивания, наматывания и разделения компонентов торфяной смеси, включающие теоретические основы расчета кинематических, и конструктивно-технологических параметров сепарирующих устройств валкового типа;
математические модели в виде эмпирических уравнений регрессии, позволяющие установить общие закономерности и рациональные условия процесса разделения на сепараторах;
теоретические принципы и методики рационального проектирования валковых сепараторов, обеспечивающих повышение производительности и снижение удельной энергоемкости;
- конструктивно-технологические разработки, защищенные авторскими
свидетельствами и патентами, а также инженерные методики расчета пара
метров высокоэффективных валковых сепараторов, подтвержденные резуль
татами экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных и
промышленных условиях.
Личное участие автора заключается в постановке и разработке основной идеи и темы диссертации, в формулировании и решении задач теоретического и экспериментального характера. Под руководством автора и при его непосредственном учпепш были разработаны и изготовлены лаборагорно-эксперименгальные и оиытно-нромышлеиные образцы вгшкопых сепараторов,
прелдол.оны методики проведения экспериментов, созданы принципиально ноные конструкции сепарирующих устройств и разработаны методики инженерного расчета их основных параметров.
Апробации работы. Основные результаты исследований докладі-'ішлись и обсуждались на: научно-технических конференциях преподавателей, сотрудников н аспирантов 'ПТУ (Калинин, 1986 г., Тверь, 1997 г.); научно-технической конференции молодых ученых и специалистов Всесоюзного научно-исследовательского института торфяной промышленности (Ленинград, I9S6 и 1990 гг.); Всесоюзном научно-техническом семинаре «День молодого новатора торфяной промышленности» (Москва, ВДНХ, 1987 г.); 1-й и 2-й научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов ТвеГШ (Тверь, 19S8 и 1991гг.): конференции молодых ученых и специалисток Тверского региона (Тверь, 1995 г.); XX научно-практической конференции «Ведение сельского хозяйстіїа Тверской области в условиях природоохранного и ннзкозатратиого земледелия» (Тверь, 1997 г.); симпозиуме «Неделя горняка-97» (Москва, 1997); семинаре участников круглого стола «Ученые Верхневолжья - селу» (Тверь, 1998 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 55 печатных работ, получено 29 авторских свидетельств и патентов. Список основных публикаций по теме диссертации приведен ниже.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка литературы (232 наименования) и приложения. Общий объем диссертации 360 страниц, в том числе 270 страниц машинописного текста, 160 рисунков, 18 таблиц.
Автор выражает благодарность заведующим кафедр '<Торфяныо машины и оборудование», «Строительные, дорожные мгшикы и оборудование» Тверского государственного технического университета Самсонову Льву Николаевичу и Мясннкозу Арнольду Борисовичу, определившим нап-рааление исследований, за всестороннюю помощь при выполнении данной работы, а также кандидату технических наук Кочканяну Сейрану Мнкаеловичу за содействие п проведенні! исследований и реализации их результатов.
Похожие диссертации на Создание высокоэффективных валковых сапараторов торфяных машин и оборудования
