Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа



На правах рукописи


БРУСОВА ОЛЬГА МИХАЙЛОВНА


Увеличение ЭФФЕКТИВНОСТИ

МОЛОТКОВЫХ ДРОБИЛОК ЗА СЧЕТ ОБОСНОВАНИЯ

Оптимальных Характеристик РАБОЧЕГО ОРГАНА


Специальность 05.05.06 – «Горные машины»


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Екатеринбург – 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уральский муниципальный горный Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа университет»


Научный управляющий –

доктор технических наук, доцент Лагунова Юлия Андреевна


Официальные оппоненты:

Боярских Геннадий Алексеевич, доктор технических наук, доктор, ФГБОУ ВПО «Уральский муниципальный горный университет», зав. каф. эксплуатации горного оборудования;

Червей Сергей Алексеевич, кандидат технических Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа наук, дивизион «Горное оборудование» дирекции по продажам ОАО «Уралмашзавод», директор


Ведущая организация – ОАО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт асбестовой промышленности»
(ОАО «НИИпроектасбест»)


Защита состоится «_06_» __апреля____ 2012 г. в _10.00_часов на заседании Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа диссертационного совета Д 212.280.03 при ФГБОУ ВПО «Уральский муниципальный горный университет» в зале заседаний Ученого совета по адресу:

620144, г. Екатеринбург, ГСП, ул. Куйбышева, 30.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский муниципальный горный Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа университет».


Автореферат разослан «05» _марта__2012 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, доктор М.Л. Хазин

^ ОБЩАЯ Черта РАБОТЫ


Актуальность темы. Процессы дробления и измельчения обширно употребляются в почти всех отраслях народного хозяйства. Они оказывают Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа существенное воздействие на технико-экономические характеристики производства и качество готовых изделий и сырья. Резерв увеличения эффективности производства заключается в модернизации технологического оборудования и совершенствовании технологических процессов.

Молотковые молотилки обширно употребляются на Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа стадиях среднего и маленького дробления при разрушении породы с коэффициентом крепости до 12 по шкале М.М. Протодьяконова.

Слабеньким звеном в молотковой молотилке является рабочий орган, состоящий из вала, дисков и молотков. Из Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа опыта работы горных компаний понятно, что срок службы молотков, зависимо от перерабатываемого продукта, составляет от 170 до 530 часов. Таковой срок службы приводит к большенному количеству технических обслуживаний (около 20 ТО в год Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа), завышенному расходу обратных средств на закупку молотков. Увеличение надежности работы молотков, дисков и вала в купе с простотой конструкции молотилки в целом сделает этот тип ударных машин одним из совершенных. Увеличение эффективности использования Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа молотилки может быть достигнуто за счет роста срока службы молотков до их предельного состояния и роста межремонтного периода.

Сложившаяся ситуация просит проведения дополнительных исследовательских работ по разработке усовершенствованной конструкции и созданию методики оценки остаточного Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа ресурса рабочего органа. Это может быть при помощи внедрения способов неразрушающего контроля, которые позволяют оценивать остаточный ресурс оборудования (на базе замера вибросигнала), как следует, оперативно определять текущее состояние рабочего органа, выявлять Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа недостатки и выдавать советы по срокам ремонта.

Таким макаром, исследование рабочего процесса молотковой молотилки, разработка конструкции рабочего органа завышенной эффективности, определение фактического технического состояния рабочего органа, прогнозирование остаточного ресурса и Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа понижение суммарных издержек на техобслуживание и ремонт являются животрепещущей научно-технической задачей, отвечающей потребностям практики горного производства.

^ Объект исследования: рабочий орган молотковых дробилок.

Предмет исследования: оценка напряженно-деформированного состояния рабочего органа и Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа определение остаточного ресурса молотковых дробилок.

^ Цель работы – увеличение эффективности работы молотковой молотилки за счет совершенствования конструкции и обоснования характеристик рабочего органа.

Мысль работы. Понижение массы и увеличение производительности молотковой молотилки благодаря оптимальным Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа характеристикам её рабочего органа.

^ Способы исследований. Внедрение достаточного объема статистической инфы, характеризующей уровень эксплуатации частей рабочего органа молотковой молотилки. При выполнении теоретических исследовательских работ использовались главные положения и способы теории подобия и моделирования, моделирование напряженно Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа-деформированного состояния (НДС) рабочих частей молотковой молотилки, анализ и обобщение научно-технической и патентной инфы; при проведении экспериментальных исследовательских работ – положения теории надёжности, способы математической статистики и теории вероятностей Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа, способы неразрушающего контроля.

^ Научные положения, выносимые на защиту:

1. Выбор оптимальных геометрических характеристик рабочего органа молотковых дробилок проводится на базе анализа результатов моделирования напряженно-деформированного состояния рабочего органа, с учетом фактических нагрузок, возникающих при дроблении Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа глинистых пород.

2. Увеличение долговечности и надежности рабочего органа обеспечивается за счет оптимального внедрения схемы установки молотков на роторе, учитывающей геометрические характеристики рабочего органа, определяемые конструкцией молотков и дисков.

3. Производительность молотковой молотилки определяется Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа коэффициентом готовности и увеличивается с повышением межремонтного периода, который находится в зависимости от точности оценки остаточного ресурса рабочего органа.

^ Научная новизна результатов исследовательских работ заключается:

^ Достоверность научных положений, выводов и результатов исследования подтверждается: корректным внедрением способов математического моделирования, способов статистической обработки экспериментальных данных Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа, современного вычислительного оборудования и компьютерного программного обеспечения; применением современной виброизмерительной и регистрирующей аппаратуры; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследовательских работ, расхождение меж которыми не превосходит 7…10 %.

^ Практическая значимость работы состоит:

- в разработке Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа конструкции рабочего органа;

- в моделировании нагрузок при расчете НДС рабочего органа (ротора и молотков) молотилки;

- в выработке советов по повышению твердости поверхностного слоя молотков, что увеличивает эффективность молотковой молотилки;

- в предложении рациональной структуры Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа ремонтного цикла молотковой молотилки для дробления бокситов.

^ Личный вклад создателя заключается:

в организации, проведении и анализе результатов комплекса экспериментальных исследовательских работ; в сборе и обработке статистической инфы, характеризующей характеристики работы молотковых дробилок Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа; в разработке конструкции частей рабочего органа (молотка); в разработке структуры ремонта модернизированной конструкции молотилки; в оценке остаточного ресурса оборудования по данным вибродиагностики.

^ Реализация выводов и советов работы.

Предложенная рациональная конструкция рабочего Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа органа молотковой молотилки рекомендуется компаниям, использующим молотковые молотилки. Новенькая конструкция рабочего органа и методика оценки ресурса с помощью вибродиагностики внедрена на Краснооктябрьское бокситовое рудоуправлении АО «Алюминий Казахстана» (КБРУ) и АО «Соколовско-Сарбай-ское Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа горно-обогатительное производственное объединение» (ССГПО).

^ Апробация работы. Главные положения диссертационной работы докладывались и дискуссировались на интернациональных научных технических и практических конференциях: «Актуальные препядствия современной науки, техники и образования» (Магнитогорск, 2009-2011 гг.); «Технологическое Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа оборудование для горной и нефтегазовой индустрии. Чтения памяти В.Р. Кубачека» (Екатеринбург, 2009–2011 гг.); «Роль стратегии индустриально-инновационного развития Республики Казахстан в критериях глобализации: препядствия и перспективы» (Рудный, 2009 г.); «Творчество юных – инноваторскому Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа развитию Казахстана» (Усть-Каменогорск, 2011 г.); «Вклад молодежи в развитие науки Казахстана» (Костанай, 2011 г). Главные результаты диссертационной работы доложены, оговорены и получили положительную оценку на научном семинаре кафедры «Транспорт и технологические машины» Рудненского промышленного института Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа (Казахстан) и расширенном заседании кафедры «Горные машины и комплексы» УГГУ.

Публикации: По материалам диссертационной работы размещено 12 работ, в том числе 3 из списка ведущих рецензируемых научных журналов и изданий.

^ Структура и объем Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, библиографического перечня из 95 наименований и 8 приложений. Работа изложена на 165 страничках, в том числе содержит 29 таблиц, 55 рисунков и 8 приложений на 56 страничках.


^ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Введение посвящено Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа обоснованию актуальности избранной темы, сформулированы цель, мысль, задачки исследования и научные положения.

В первой главе приведены анализ характеристик работы и результаты наблюдений за эффективностью работы молотковых дробилок, эксплуатируемых на предприятиях Костанайской Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа области Республики Казахстан.

В горной индустрии, теплоэнергетике и строительной отрасли молотковые молотилки используются для дробления угля, бокситов, лимонитов, известняка и др. Значимым недочетом молотковых дробилок будет то, что при дроблении жестких и в особенности абразивных Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа материалов происходит резвый износ их рабочих частей – молотков и футеровки. Влажность дробимого материала уменьшает производительность дробилок и наращивает расход энергии при работе.

Годичный объем дробления пород на горных предприятиях с внедрением молотковых Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа дробилок приближается к 30 млн. т. Наибольшее распространение на открытых горных разработках и промышленных предприятиях получили молотковые молотилки российского и забугорного производства, что разъясняется возможностью действенного разрушения широкого спектра горных пород Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа с разными физико-механическими качествами. Объемы дробления горных пород молотковыми молотилками безпрерывно растут: в 2000 г. – 14 млн. т, в 2005-м – 18 млн. т, в 2010-м – более 25 млн. т. По мере роста объемов дробления на карьерах Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа все более животрепещущими становятся вопросы эффективности работы молотковых дробилок.

В решение препядствия теории разрушения горных пород молотковыми молотилками, увеличения надежности и долговечности дробильного оборудования большой вклад занесли работы ученых П Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа. Риттингера, В.Л. Кирпичева, Ф. Кика, Ф. Бонда, В.А. Олевского, В.П. Осокина, Е.Е. Серго, Б.В. Фадеева, Б.В. Клушанцева, В.А. Донченко, В.П. Барабашкина, С.Е. Андреева и др Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа.

Экспериментально изучены главные причины, действующие на производительность и технический ресурс молотковых дробилок.

Главную роль в повышении технического ресурса рабочего органа молотковой молотилки играют молотки. Условия работы молотков характеризуются высочайшей динамической нагрузкой Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа, абразивным износом и необходимостью их нередкой подмены. Все это делает особенные требования к их конструкции. Конструкция молотков должна обеспечивать высочайший коэффициент использования металла (отношение массы изношенной части к массе нового молотка). Материалы Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа молотков должны владеть высочайшей износостойкостью и ударной вязкостью.

С целью увеличения срока службы молотилки предложено применить шахматную расстановку молотков, которая защитит вал от прямого воздействия кусков горной породы. Имеющиеся теории разрушения материалов в молотковых Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа молотилках не учитывают воздействие ресурса работы молотилки, её узлов и деталей на производительность. Воздействие на степень дробления будет оказывать и расстояние меж рядами молотков.

Во 2-ой главе рассмотрены теоретические Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа предпосылки процесса взаимодействия молотка с горной породой; составлена математическая модель процесса разрушения горной породы с учетом типа удара, зависимо от расстановки молотков на валу ротора проведены моделирование НДС и алгоритмизация процессов, происходящих в молотилке Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа.

Математическая модель базирована на теории удара. В молотковых молотилках можно выделить два более соответствующих вида взаимодействия молотка молотилки с горной породой: прямой удар, когда кусочек породы опирается на детали молотилки и подвергается Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа центрированному удару о молоток; и скользящий удар, когда происходит внецентренный удар по краю кусочка.

Разрушение породы молотками при прямом ударе

Ударные силы определяются величиной ударного импульса. В согласовании с аксиомой количеств Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа движения, ударный импульс ^ И равен количеству движения молотка К:

К = И, (1)

К = m(vуд – vк); , (2)

где F(tуд) – ударная сила, Н; tуд – продолжительность удара, с; vуд – скорость соударения молотка о кусочек Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа, м/с; vк – скорость молотка после удара, м/с; m – масса кусочка породы, кг.

Ударный импульс определяется из данных значений массы породы и скорости соударения молотка с кусочком.

Работа ударной силы для разрушения кусочка Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа объемом V определяется зависимо от физико-механических параметров породы и энергоемкости процесса ударного разрушения. В согласовании с догадкой Ф. Кика, работа деформации (Дж) определяется по формуле

А = 0,5σ2сжV / E,

где σсж – предел прочности породы Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа на сжатие, Па; V – объем деформируемого тела, м3; Е – модуль упругости породы, Па.

Продолжительность удара определяется величиной деформации либо глубиной внедрения молотка в породу S, м:

tуд = S / (0,5 vуд) (2)

Работа разрушения породы Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа при условии всепостоянства ударной силы определяется из выражения

А = Fуд.S . (3)


И тогда = Fуд.tуд, Н/с.

С учетом выражения (2) получим

И = 2 FудS/vуд = 2А/ vуд . (4)

Из формулы (4) работа определяется:


A = 0,5 И Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа vуд . (5)

Работа разрушения прямым ударом находится в зависимости от скорости соударения молотка о породу и ударного импульса.

Разрушение породы молотками при скользящем ударе за счет сжимающих нагрузок

Под действием удара молотка кусочек дробимого материала Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа, поданный в зону дробления, отбрасывается на подвижную плиту. Соударение молотка с кусочком происходит скользящим ударом. Процесс сопровождается скалыванием поверхностного слоя кусочка и постепенным дроблением.

Разглядим процесс удара как итог взаимодействия масс молотка и Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа кусочка. Схема дробления кусочка молотковой молотилки со встроенными в корпус томными конвейерами показана на рис.1. Начало координат находится в месте контакта молотка и дробимого кусочка (точка А) в исходный момент удара. При Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа скользящем ударе дробление происходит за счет сжатия породы при внедрении молотка по направлению вектора скорости скольжения vс.



Молотки, внедряясь, проворачивают кусочек на угол ∆β, при всем этом деформация сжатия

∆ = l1 – l2 , (6)

где l Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа1, l2 – расстояние от моментального центра скоростей до точки контакта ^ А, м. Расстояние определяется по аксиоме косинусов:

l12 = 2r2 – 2 r2соs2β1;

l22 = 2r2 – 2 r2соs2β2 , (7)

где r – радиус кусочка породы Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа, м.

Подставив значения в формулу (6), получим величину деформации

∆ = 1,414 r ((1 – соs2β1)0,5 – (1 – соs2β2)0,5). (8)

По закону Гука предел прочности на сжатие в кусочке породы

σ = Е ε, (9)

где ε = ∆/l1 – относительная деформация кусочка; Е – модуль упругости породы, Па.

Величина наибольшей деформации Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа должна соответствовать деформации разрушения кусочка, при которой напряжения в кусочке будут равны лимиту прочности породы на сжатие:

(10)

Как следует, деформация разрушения находится в зависимости от положения молотка относительно кусочка, перемещающегося по отбойной Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа плите, и размера кусочка.

На основании проведенного анализа процесса ударного взаимодействия молотков с кусочками горной породы установлены оптимальные области внедрения предложенных режимов удара:

- разрушение больших кусков породы следует создавать прямым ударом ввиду Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа огромных значений ударных сил;

- средние кусочки целенаправлено разрушать в режиме скользящего удара, чтоб обеспечить завышенную степень дробления.

Проанализированы методы расстановки молотков на роторе. При кольцевом расположении молотков появляются последующие недочеты: меж молотками Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа пролетают значимые фракции породы, ударяя при всем этом в торец диска, что приводит к разрушению диска; при ударе молотка о огромные фракции происходит отскок молотка, который, в свою очередь, соударяясь Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа с промежным кольцом, приводит к его износу и разрушению деталей ротора. При проведении планово-предупредительных ремонтов (ППР) приходится восстанавливать детали наплавкой, что, в свою очередь, ведет к дисбалансу ротора и, как следствие, к досрочному Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа выходу из строя подшипников ротора и электропривода.

Для устранения этого явления предложено поменять конструкцию ротора методом установки молотков в различных плоскостях (рис. 2), что позволит перекрыть зону падения породы, убрать удары Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа её о торец диска.



В предлагаемой конструкции молоток, отскакивая при ударе о большие фракции, проворачивается на 360° и не ударяет по диску ротора. Это наращивает ресурс работы ротора и понижает риск появления аварийных ситуаций Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа.

В табл. 1 приведены расчетные характеристики, приобретенные для 2-ух схем установок молотков на диски ротора с учетом вида удара (прямого и скользящего).


Таблица 1

Сравнительный анализ вариантов установки молотков

Характеристики

Кольцевая

установка

Шахматная

установка

Поворот вала ротора, град

90

45

Частота вращения вала Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа ротора, мин-1 (с-1)

590 (9,8)

750 (12,5)

Время меж ударами, с

0,026

0,013

Путь, пройденный кусочком породы, м

0,0052

0,0017

Количество молотков, шт

40

20

Масса молотков, кг

55

80

Общий вес молотков, кг

2200

1600

Количество дисков, шт, из их:

- последних

- промежных

11

2

9

7

2

5

Масса дисков, кг

- последних

- промежных

9510

750

890

7880

750

1276

Итого масса ротора, кг

14356

12174

Мощность мотора, кВт

400

400

Производительность, т/час

290

370

Усилие дробления Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа, кН

- приходящееся на один молоток

7,62

0,76

5,99

1,2

Распределенная нагрузка на валу, кН

104,2

89,1

Наибольший изгибающий момент, кН.м

83,3

71,2

Вращающий момент, кНм

6,48

5,09

Величина силы, действующей на диск, кН

132,6

336,5

Толщина диска, мм

62

105

Припас прочности диска

5,34

4,5

Коэффициент припаса прочности вала:

- по обычным напряжениям

- по касательным напряжениям


8,1

20,3


8,8

27,2

Общий Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа припас прочности

7,52

8,4

Долговечность подшипников вала ротора, час

2,9 104

3,2 104


Ресурс работы молотковой молотилки при шахматном расположении молотков повысился в 1,5 раза, в отличие от кольцевой установки. При всем этом вышло понижение нагрузок в подшипниках молотилки и уменьшение нагрузки Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа на вал ротора. Это дает повышение времени безаварийной работы. Таким макаром, шахматная установка молотков на роторе по многим характеристикам превосходит кольцевую установку и является более рациональной.

Модель напряженно-деформированного состояния рабочих Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа частей молотковой молотилки построена с внедрением компьютерного пакета Solid Works, определены деформация и напряжения, возникающие в элементах ротора при разных положениях молотков (рис. 3) с учетом вида удара.




Целью расчета является оценка нагрузок Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа, действующих на вал ротора, который передает вращающий момент и повсевременно испытывает ударные нагрузки. Особенностью конструкции будет то, что предельное состояние может наступить как из-за заслуги материалом пластического состояния, так и в Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа итоге утраты стойкости. Приобретенные напряжения не превосходят допустимые значения, а для шахматного расположения – напряжения в 3 раза меньше, что обосновывает рациональность конструкции.

Предложена конструкция молотка (рис. 4), для которой определены размеры, удовлетворяющие требованиям разрушения породы Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа. Масса и размеры молотка определяют угол поворота его после удара по кусочку большего размера в питании, другими словами величину отскока. Наибольшая величина угла поворота при молотках с бойком ограничивается дисками ротора.

Расчет Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа молотка проведен: по величине силы, действующей при вращении ротора с учетом массы молотка и части оси подвеса; по расстоянию меж осью подвески и центром масс; по моменту инерции молотка Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа относительно оси его вращения; по радиусу и моменту инерции; по ударной нагрузке.

Беря во внимание математическую модель воздействия скользящего удара на разрушение кусочка породы в рабочем пространстве молотковой молотилки и теорию Герца, согласно Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа которой сила дробления находится в прямой зависимости от массы молотка и массы породы при дроблении, задаем значение угла контакта молотка с породой в исходный момент β1, определим угол β2, при котором произойдет разрушение породы для Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа разных масс молотка.

Расчет проводим для кусочка породы поперечником 100 мм, при всем этом значении угол β1 = 80° (определен графически). Согласно теории разрушения величина на смещение центра инерции кусочка составляет для молотков различной массы от Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа 0,017 до 0,025 мм, а масса молотков – от 50 до 100 кг (табл. 2). Подставив данные значения в формулу (10), получим: значение угла β2 меняется от 40° до 70°. При всем этом самое наилучшее разрушение породы происходит при массе молотка Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа, равной 80 кг.

Выведена зависимость степени дробления i от массы молотка (m1=0,84+0,5i) и энергоемкости N от массы ротора (m2 =10,3N-0,012) при новейшей и базисной конструкциях (m1 и m2 – масса молотка и ротора).


Теория разрушения Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа была испытана при помощи компьютерного моделирования в программке ANSYS 11.0. Начальными данными для моделирования являлись: порода – глинистый боксит, модуль Юнга Е=3.108 Па, коэффициент Пуансона μ=0,3, плотность породы ρ=2,87 т/м3, крепость f=8, поперечник кусочка для Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа прямого удара d=300 мм, для скользящего – d=100 мм; молоток – сталь ρ=7,8 т/м3, Е=2.1011 Па, масса m1 от 50 до100 кг; ротор – частота вращения n=590 об/мин, поперечник ротора d=1700 мм.


Таблица 2

Расчетные Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа характеристики при поперечнике кусочка 100 мм

Масса молот-ка, кг

Коэф. связи массы молотка и массы кусочка породы

Макс.де-формация породы, м

Угол разруше-ния β2, 0

Ширина молотка, мм

Масса ротора, т

Мощность молотилки, кВт

50

0,704

0,0145

48

110

11,52

379

60

0,702

0,0162

54

132

11,78

388

70

0,699

0,0173

57

175

11,99

394

80

0,697

0,0181

62

208

12,17

400

90

0,696

0,0192

63

241

12,39

408

100

0,695

0,0193

63,5

278

12,62

414



Рассмотрен более страшный Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа случай при разрушении породы – это зажатие кусочка породы меж отбойной плитой и молотком. Смещение в точке соприкосновения молотка с породой составляет около 80 мм, в центре породы – 50 мм, молоток же при ударе отскакивает от породы Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа на 90 мм.

Возникающие напряжения сформировывают щель в породе, при прочности породы 300 МПа возникают участки с нагрузкой 341 МПа. Не считая того, создаются зоны завышенного напряжения в молотке, которые появляются в зоне Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа удара (износ молотка) и в зоне крепления молотков. При поперечнике кусочка 100 мм появляются деформации в породе, значения которых более 40 мм. Наибольшие напряжения в породе 218 МПа. На рис. 5 показаны суммарные деформации и видно, что при Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа прямом ударе формируется трещинка шириной 1,5 мм, а при скользящем ударе – 1 мм.



На основании приведенных расчетов избираем геометрические характеристики молотка. Толщина молотка выбирается из условия перекрытия вала ротора установкой молотков в шахматном порядке Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа, она равна 150 мм; высота принимается с учетом теории скользящего удара, другими словами расстояние меж краем молотка и отбойной плитой должно быть 100 мм, что соответствует выходному кусочку породы; ширина молотка составляет 300 мм, что Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа соответствует наибольшему размеру кусочка питания.

С помощью системы автоматического расчета и проектирования APM WinMachine выполнен расчет вала ротора на усталостную крепкость при действующих на него нагрузках.

В третьей главе приведена методика Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа экспериментальных исследовательских работ надежности молотковых дробилок с целью уточнения эксплуатационной производительности и определения интенсивности отказов рабочего оборудования (вала ротора, дисков, молотков) при различной установке молотков на валу ротора.

Проведены статистические исследования эксплуатационной Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа надежности молотковой молотилки для установления закономерности конфигурации всеохватывающего показателя надежности от срока эксплуатации и объема выполненных работ. Приведены закономерности в виде уравнений регрессий и графиков.

При помощи способа корреляционно-регрессионного анализа в итоге Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа обработки начальных статистических данных были получены модели, дозволяющие предсказывать всеохватывающие характеристики надежности молотковых дробилок в критериях дробления глинистых пород. Проведена оценка скопленных за 2011 год данных по эксплуатации рабочего органа (вал ротора, диски Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа, молотки).

Рассчитаны вариационные ряды выборок по наработке на отказ каждого элемента рабочего органа по двум видам ротора. Составлены таблицы статистических данных и гистограммы рассредотачивания (см. рис. 7) для каждого типа рабочего органа Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа, входящего в молотковую молотилку. На рис. 6 представлены характеристики безотказности работы ротора базисной и новейшей конструкций.



Рис. 6. Графики характеристик неотказной работы ротора базисной и новейшей конструкций


Уровень эксплуатационной надежности дробилок определяется структурой ремонтного цикла Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа и системой технических обслуживаний. По системе ППР ремонтный цикл для молотковых дробилок: 6Т1+2Т2+К.

Анализ вероятностной свойства показал, что вполне изнашиваются в этот период только молотки и диски, у Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа всех других частей имеется значимый ресурс работы. Потому в итоге проведения модернизации молотков и дисков молотилки можно повысить межремонтные периоды меж ТО с 420 до 700 ч., а меж Т1 с 1410 до 2100 ч. работы. Новенькая конструкция Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа дисков и молотков позволит выдержать таковой режим ППР. Коэффициент готовности оборудования указывает возможность работоспособного состояния машины в хоть какой случайный момент времени (рис. 8). Выведена зависимость производительности от времени простоев в ремонтах: Q=11-0,1t Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа, где Q – средняя производительность; t – время простоя в ремонте.

4-ая глава посвящена созданию программно-аппаратного комплекса диагностики рабочего оборудования, разработке мероприятий по увеличению эффективности молотковых дробилок, анализу данных, приобретенных на реальной Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа экспериментальной модели рабочего органа молотковой молотилки, расчету технико-экономических характеристик молотилки.




Диагностика оборудования увеличивает надежность и наращивает ресурс работы за счет ранешнего обнаружения изъянов и дефектов, которые могут быть устранены Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа во время технических обслуживаний.

В текущее время понятно много способов неразрушающего контроля, из которых более подходящим для горнорудного производства является способ вибродиагностики. Сущность способа заключается в анализе вибрационных характеристик в разных точках оборудования. В Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа работе применен один из характеристик вибрации – виброускорение. Разработана компьютерная программка, которая копит данные по виброускорению в течение определенного количества времени работы молотилки, а при превышении допустимого предела говорит об угрозы, прогнозируя Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа время грядущего отказа молотилки. Диагностический комплекс состоит из вибропреобразователя, усилителя, самописца уровня, анализатора, электронно-лучевого осциллографа, датчиков тока и напряжения. В качестве устройства сбора, обработки и хранения данных употребляется ПЭВМ.

Для оценки Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа эффективности работы молотковой молотилки была разработана конструкция ротора с шахматным расположением молотков (рис. 9). Масса новейшей конструкции ротора уменьшена на 2 тонны за счет уменьшения количества и конфигурации дисков и молотков.

В процессе Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа проведения опыта по оценке работо-способности молотковой дробил-ки с новейшей конфигурацией ротора была изучена эффективность дробления бокситовых руд.

Благодаря понижению массы рабочих органов уменьшаются нагрузки в подшипниках молотилки и нагрузки на Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа вал ротора, что приводит к повышению времени безаварийной работы.

Принципиальным фактором, определяющим сопротивление молотков износу, является твёрдость поверхностного слоя, которая после термообработки составляет 185-210НВ.

Понятно, что высшую сопротивляемость износу сталь 110Г13Л Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа имеет при твёрдости 450-500НВ и значимой глубине упрочненного слоя (30-40 мм). Из-за насыщенного износа молотков, определяемого десятками и даже сотками мм, производительность дробилок понижается. Обычно, молотки работают в тяжёлых критериях, когда абразивный Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа износ смешивается с ударом при значимых удельных давлениях, достигающих 60 МПа. Даже такая износоустойчивая сталь, как 110Г13Л, не выдерживает критерий эксплуатации: срок службы молотков составляет наименее 30 дней, при всем этом в 1-ые три денька Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа изнашивается до 15 % общей массы (рис. 10). Это приводит к резкому изменению процесса дробления и возникновению огромных динамических вибраций.

Исследования по установлению нрава рассредотачивания твёрдости по разным зонам поперечного сечения изношенных молотков Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа проявили, что значимого их наклёпа при работе не происходит. Наибольшая твёрдость 390 НВ наблюдается на глубине 1-2 мм, при 4 мм она не превосходит 250-280 НВ, а на глубине 5-8 мм соответствует начальной твёрдости металла в неупрочненном состоянии Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа.

Имеющиеся способы поверхностного упрочнения металла малоэффективны из-за малой глубины упрочнения (2-4 мм) и низкой производительности. Молотки, сделанные из стали 110Г13Л либо 40ГЛ, не наплавляются, потому что наплавленный металл стремительно скалывается в Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа процессе работы, потому увеличение износостойкости стали 110Г13Л является животрепещущей задачей. Для увеличения твердости стали 110Г13Л, из которой сделаны молотки, АО «КБРУ» был предложен способ упрочнения рабочих поверхностей молотков взрывом Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа. Суть этого способа состоит в том, что взрывчатое вещество, наложенное определённым образом на молоток, в итоге взрыва создаёт у поверхности детали зону с давлением порядка сотен и тыщ паскалей. Ударный фронт, проходя через металл Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа, производит его упрочнение на глубину до 20 мм.

Проведены исследования по выбору типа основания при таком упрочнении. Исходя из убеждений заслуги высочайшей твердости, довольно высочайшей ударной вязкости и сохранения деталей от Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа разрушения является основание из свинцовой стружки. В качестве взрывчатого вещества (ВВ) служил пылеобразный гексоген. Для выявления расхода ВВ на набор молотков были проведены тесты с различной массой взрывчатки. Результаты испытаний приведены на рис Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа. 11. В качестве прибора употреблялся твердомер ТБ 5004, производящий измерение твердости по способу Бринелля в спектре 4-450НВ. В итоге испытаний выявлено, что лучший расход взрывчатого вещества составляет 1,6 кг на набор молотков.

Проведено экономическое сопоставление Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа молотковой молотилки, работающей на КБРУ, и новейшей конструкции. Приобретенные в итоге расчета данные показаны в табл. 3.


Таблица 3

Главные технико-экономические характеристики 2-ух вариантов молотилки


Характеристики

Базисная

молотилка

Модернизированная молотилка

Производительность молотилки, тыс.т / г.

2304

3003

Серьезные вложения, тыс Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа. руб.

1278

270

Численность рабочих, чел

4

3

Фонд заработной платы, тыс. руб.

470

353

Издержки на сервис молотилки, тыс. руб.

7387,87

7316,2

Масса молотилки, тыс.т.

67

65

Материалоемкость, тыс. руб.

201

195

Приведенные издержки, тыс. руб.

7580

7330

Экономический эффект, тыс. руб.

-

256



Рост годичный производительности Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа повысится на 30 %. Величина серьезных издержек снижена на 70 % за счет внедрения способа неразрушающего контроля, который позволит уменьшить время простоя в ТО и ремонтах и предсказывать остаточный ресурс рабочего органа молотилки.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


В диссертационной работе на Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа базе выполненных исследовательских работ дано новое решение животрепещущей научной задачки – улучшение конструктивных характеристик рабочего органа молотковой молотилки, обеспечивающих повышение межремонтных периодов оборудования, увеличение эффективности его работы и понижение массы молотилки.

Главные научные Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа выводы и результаты диссертационной работы, приобретенные лично создателем, заключаются в последующем:

1. Разработана математическая модель процесса дробления в молотковой молотилке, учитывающая тип удара и позволяющая найти оптимальные геометрические характеристики рабочего органа (молотков Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа), методы их установки.

2. Определены рациональные характеристики рабочего органа молотилки на базе исследования НДС его конструктивных частей (вала, ротора, дисков, молотков), обеспечивающих понижение массы молотилки.

3. Разработана методика и составлена программка для ЭВМ по Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа расчету остаточного ресурса рабочего органа молотковой молотилки на базе способа неразрушающего контроля (вибродиагностики).

4. На теоретическом уровне и экспериментально установлено воздействие твердости поверхности молотков на скорость и равномерность их износа по ширине Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа ротора. Твердость рабочей поверхности молотков должна быть 600-1000 НВ.

5. Экспериментально установлено, что упрочнение стали 110Г13Л способом взрыва позволяет повысить наработку молотков до 20 тыс. т по сопоставлению с базисными молотками (наработка 14 тыс Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа. т).

6. Разработан оптимальный график выполнения ремонтных работ, основанный на анализе динамики износа рабочего органа (молотков).

7. Советы, направленные на увеличение эффективности молотковых дробилок, приняты к реализации на АО «КБРУ» с ожидаемым экономическим эффектом 256 тыс. руб. в Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа год на одну молотилку.


^ Главные научные результаты диссертации

размещены в последующих изданиях:

Статьи, размещенные в ведущих рецензируемых научных
журнальчиках и изданиях, входящих в Список ВАК Минобрнауки Рф

  1. Лагунова Ю.А., Брусова О.М., Саитов Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа В.И. Повышение срока службы молотковых дробилок // Известия вузов. Горный журнальчик. – 2012. – № 1. - С. 74-77.

  2. Лагунова Ю.А., Брусова О.М. Воздействие коэффициента готовности на структуру ремонтного цикла дробильного оборудования // Эффективность молотковых дробилок: Отдельные статьи Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнальчика). – 2012. - № 1. – С. 3-6.

  3. Лагунова Ю.А., Брусова О.М. Математическая модель процесса дробления горной породы молотковыми молотилками // Эффективность молотковых дробилок: Отдельные статьи ГИАБ (научно-технического журнальчика Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа). – 2012. - № 1. – С. 7-14.


Работы, размещенные в других изданиях:

  1. Брусова О.М., Лагунова Ю.А. Внедрение систем автоматического расчета для выбора рациональной конструкции вала ротора молотковой молотилки // Научный вестник МГГУ. – 2012. – № 1. – С.19-22.

  2. Брусова О.М. Модернизация Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа конструкции молотковой молотилки // Вестник науки Костанайского социально-технического института им. З.Алдамжар: Серия естественно-технических наук. - Костанай: Изд-во КСТУ. – 2009. - №1. – С. 56-61.

  3. Брусова О.М. Неувязка абразивного износа рабочего инструмента молотковых дробилок // Вестник науки Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа Костанайского социально-технического института им. З.Алдамжар: Серия естественно-техни-ческих наук. - Костанай: Изд-во КСТУ. – 2001. - №4. - С.57-62.

  4. Першин Г.Д., Брусова О.М. Ұнтақғыш балғажұмыс құралының қызмет Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа көрсету мезгілін ұзарту // Вестник Жезказганского института им. О.А. Байконурова. – Жесказган: Изд-во ЖезГУ. - 2011. - №4.- С. 120-124.

  5. Брусова О.М. Выбор хорошей конструкции молотка для молотковой молотилки ДМЭ-17×14,5 // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой индустрии Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа. Чтения памяти В.Р. Кубачека: сб. докладов VII Интернациональной научно-технической конференции. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2009. - С. 152-155.

  6. Брусова О.М. К вопросу роста производительности молотковых дробилок // Роль стратегии индустриально-инновационного развития Республики Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа Казахстан в критериях глобализации. Трудности и перспективы: материалы Интернациональной научно-практической конференции. – Рудный: Изд-во РИИ, 2009. –Т.1. - С. 67-72.

  7. Брусова О.М. Оценка остаточного ресурса молотковой молотилки с помощью вибродиагностики // Технологическое оборудование для Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа горной и нефтегазовой индустрии. Чтения памяти В.Р. Кубачека: сб. докладов VIII Интернациональной научно-технической конференции. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2010. - С. 191-194.

  8. Олизаренко В.В., Брусова О.М. Оценка выработки Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа на отказ деталей молотковой молотилки в критериях эксплуатации // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой индустрии. Чтения памяти В.Р. Кубачека: сб. докладов IХ Интернациональной научно-технической конференции. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2011. С Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа. 203-205.

  9. Першин Г.Д., Брусова О.М. Воздействие расстановки молотков на валу ротора молотковых дробилок на производительность // Инновации в образовании и науке в критериях политической и экономической модернизации Казахстана: материалы Интернациональной научно-практической Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа конференции. – Рудный: Изд-во РИИ, 2011. – С. 123-126.



Подписано в печать 28 02.2012 г. Печать на ризографе.

Бумага писчая. Формат 60х84 1/16. Гарнитура Times New Roman.

Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ ___

Издательство УГГУ

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30

ФГБОУ ВПО «Уральский Повышение эффективности молотковых дробилок за счет обоснования рациональных параметров рабочего органа муниципальный горный университет»

Отпечатано с оригинал-макета

в лаборатории множительной техники издательства УГГУ.



povishenie-ognestojkosti-stroitelnih-konstrukcij.html
povishenie-pedagogicheskoj-kulturi-roditelej-zakonnih-predstavitelej-obuchayushihsya.html
povishenie-prochnosti-ili-uprochnenie-materialov.html