Молотковая дробилка с вертикальным ротором тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Раков, Александр Михайлович

• Раков, Александр Михайлович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Раков, Александр Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ И НАПРАВЛЕНИЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ МОЛОТКОВЫХ ДРОБИЛОК С ВЕРТИКАЛЬНЫМ РОТОРОМ.

1.1. Назначение. Область применения. Классификация.

1.2. Анализ существующих конструкций молотковых дробилок с вертикальным ротором.

1.3. Конструктивные особенности расположения молотков на роторе

1.4. Технологические схемы молотковых дробилок.

1.5. Направления совершенствования конструкции молотковых дробилок с вертикальнымротором и их рабочих органов.

1.6. Методики расчета основных параметров.

1.7. Предлагаемая конструкция молотковой дробилки с вертикальным ротором.

1.8. Цели и задачи исследований.

1.9. Выводы.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛА В МОЛОТКОВОЙ ДРОБИЛКЕ С ВЕРТИКАЛЬНЫМ

РОТОРОМ.

2.1. Вычисление момента инерции диска с ударными элементами.

2.2. Связь между количеством вводимой энергии в массив измельчаемого материала и величиной прикладывемой силы.

2.3. Описание механизма измельчения массива материала.

2.4. Нахождение работы, производимой объемом с повышенной концентрацией энергии.

2.5. Определение кинетической энергии вращательного движения ротора дробилки.

2.6. Описание взаимодействия материала с отбойными плитами внутри корпуса молотковой дробилки с вертикальным ротором.

2.7. Определение расчетной мощности двигателя молотковой дробилки с вертикальным ротором.

2.8. Выводы.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Основные положения экспериментальных исследований.

3.2. Описание экспериментальной установки и средств контроля.

3.3. Поисковые эксперименты.

3.4. План проведения многофакторного эксперимента.

3.5. Характеристика исследуемого материала.

3.6. Выводы.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

МОЛОТКОВОЙ ДРОБИЛКИ С ВЕРТИКАЛЬНЫМ РОТОРОМ.

4.1. Получение уравнений регрессии, описывающих зависимость производительности по готовому продукту, производительности, приведенной к остатку на сите №02, остатку на сите№ 02 и мощности, потребляемой приводом от варьируемых факторов.

4.2. Влияние исследуемых факторов на производительность молотковой дробилки с вертикальным ротором по готовому продукту.

4.3. Влияние исследуемых факторов на производительность по продукту, размер которого больше 0, 2 мм.

4.4. Влияние исследуемых факторов остаток на сите №02.

4.5. Влияние исследуемых факторов на мощность, потребляемую приводом молотковой дробилки с вертикальным ротором.

4.6. Выбор рационального режима работы молотковой дробилки с вертикальным ротором.

4.7. Сопоставление теоретических и экспериментальных данных

4.8. Выводы.

ГЛАВА 5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

5.1. Описание промышленной установки.

5.2. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Молотковая дробилка с вертикальным ротором»

В настоящее время в Российской Федерации в соответствии с национальной программой строительства происходит подъем строительной индустрии. В связи с этим происходит колоссальное увеличение объемов производства строительных материалов. Встает вопрос о повышении эффективности существующих производств за счет совершенствования их технологических схем путем модернизации уже существующих машин для измельчения или их замены на новые, которые превосходят своими характеристиками старые [17].

Несмотря на очевидный прогресс в области совершенствования машин и оборудования для измельчения минеральных материалов процессы разрушения продолжают оставаться энергоемкими и трудоемкими. Ежегодно на измельчение тратится не менее 5 % всей производимой в мире энергии, включая энергию двигателей внутреннего сгорания [78].

Из широкого разнообразия инновационных решений в области создания оборудования для измельчения, преимущественное право на применение в промышленности получает оборудование, обеспечивающее наиболее мелкий продукт с наименьшими энергетическими затратами, большим сроком службы изнашивающихся узлов или меньшим временем замены, по сравнению с применяемым оборудованием.

Одним из эффективных способов разрушения материала для разрушение ударом. Если сравнивать с изломом и сдавливанием, то время воздействия на разрушаемый материал занимает доли секунд. При этом более значительная часть кинетической энергии дробящего органа переходит в энергию разрушения минеральной структуры или образованию микротрещин и микродефектов.

Разрушение материала ударом происходит в роторных и молотковых дробилках, как с вертикальным, так и с горизонтальным расположением ротора. В настоящее время одним из перспективных направлений повышения эффективности предприятий по производству строительных материалов является применение дробилок ударного действия с вертикальным ротором. Такие машины обладают рядом преимуществ по сравнению с дробилками с горизонтальной компоновкой ротора. Особенностью таких дробилок является, например: в вертикальных машинах происходит так называемое щадящее измельчение без истирания, что позволяет разделить необходимые компоненты ценной породы; материал в процессе дробления движется под силой тяжести сверху вниз, что значительно сокращает его пребывание в камере дробления.

Наряду с простотой конструкции, все же существует и ряд недостатков: недостаточная изученность процессов протекающих в камере дробления, затрудняют выбор параметров дробилки для требуемой задачи; относительная сложность обслуживания; недостаточная эксплуатационная надежность.

Проблемами совершенствования конструкций, технологии ударного измельчения и разработкой математических методик расчета конструктивно-технологических и энергетических параметров дробилок и мельниц ударного действия занимались известные ученые: Бауман В.А., Барабашкин В.П, Осокин В.П. , Сиваченко Л.А., Левданский Э.И. и др.

Анализ литературных источников показал, что в области теории и конструирования молотковых дробилок с вертикальным ротором отсутствует единая методика их расчета. Это объяснимо большим разнообразием конструкций дробилок, в основу которых положены различные принципы разрушения материала [30, 40, 81,103, 105].

Вышеизложенное доказывает целесообразность решения задач по повышению эффективности дробилок ударного действия с вертикальным расположением ротора путем совершенствования их конструкции, а также более детального рассмотрения происходящих при измельчении процессов, и способов управления ими.

Рабочая гипотеза

Повысить эффективность работы молотковой дробилки с вертикальным ротором возможно путем повышения степени измельчения, а так же за счет оптимизации движения материала внутри рабочей камеры.

Научная идея

Необходимо исследовать такие режимы работы молотковой дробилки с вертикальным ротором при которых обеспечивалось бы эффективное воздействие рабочих органов дробилки - молотков на измельчаемый материал.

Цель работы

Совершенствование конструкции молотковой дробилки с вертикальным ротором; определение рациональных режимов работы дробилки, обеспечивающих максимальную эффективность процесса измельчения.

Задачи исследований

1. Провести анализ существующих конструкций, конструктивных особенностей расположения молотков на роторе, а так же тенденций развития и усовершенствования вертикальных молотковых дробилок.

2. Разработать математическую модель определения оптимальных параметров разрушения материала в вертикальной молотковой дробилке.

3. Создать экспериментальную установку, разработать план и методику исследования.

4. Исследовать влияние исследуемых параметров на эффективность измельчения.

5. Осуществить выбор рационального режима работы молотковой дробилки с вертикальным ротором.

6. Апробация результатов работы в промышленных условиях.

Научная новизна

Получены уравнения для расчета: кинетической энергии яруса с молотками в зависимости от его конструктивных и технологических параметров, ротора молотковой дробилки с вертикальным ротором;

-радиального размера площади контакта молотка с материалом в зависимости от величины действующей силы и поперечного размера куска материала;

- максимального значения работы, затрачиваемой на разрушение материала в молотковой дробилке с вертикальным ротором и минимального значения частоты вращения ротора, необходимого для разрушения материала в молотковой дробилке с вертикальным ротором;

- мощности, потребляемой приводом молотковой дробилки с вертикальным ротором;

- уравнения регрессии, позволяющие определить рациональные режимы процесса измельчения в молотковой дробилке с вертикальным ротором.

Практическая ценность работы заключается в создании на основании теоретических разработок и экспериментальных исследований усовершенствованной конструкции вертикальной молотковой дробилки, которая обеспечит повышение эффективности процесса измельчения сырьевых материалов при производстве сухих строительных смесей. Новизна конструкторского решения защищена патентом РФ на полезную модель № 102540 от 10.03.2011 г.

Результаты работы в виде предложенных конструктивных решений и рекомендаций по полученным режимам процесса измельчения могут быть использованы в строительной, химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Реализация работы

Результаты работы апробированы на ООО «Боникс» в технологическом процессе приготовления сухих строительных смесей. Рассчитанный экономический эффект от внедрения составил 459,78 т.р. в условиях на 2012г.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Механического оборудования» БГТУ им. Шухова В.Г. в 2009-2012 г.г.; на технических советах: ООО «Боникс», ЗАО «Мальцевский цементный завод», ОАО «БелАЦИ», ОАО «Шебекинский меловой завод», ОАО «Белгород Стройматериалы», Красносельск Стройматериалы Республика Беларусь; на международной научно-технической конференции «Инновационные материалы и технологии» в 2011 г., Белгород; в учебном процессе при выполнении дипломных и курсовых работ.

Публикации

По результатам работы опубликовано одиннадцать печатных работ в том числе две статьи в изданиях рекомендованных перечнем ВАК РФ и два патента РФ на полезную модель: №102540 и №113676.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по результатам работы, списка литературы из 122 наименований. Работа изложена на 158 станицах, в том числе содержит 100 рисунков и 6 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Раков, Александр Михайлович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выполнен анализ существующих конструкций молотковых дробилок с вертикальным ротором, их основных узлов, технологических схем, рассмотрены возможные пути совершенствования молотковых дробилок.

2. На основании анализа предложена новая, патентно-чистая конструкция молотковой дробилки с вертикальным ротором, в которой устранены недостатки рассматриваемых машин и их основных узлов. Получены патенты РФ на полезную модель № 102540.

3. Получены равнения для расчета кинетической энергии яруса с молотками и кинетической энергии ротора в зависимости от его конструктивных и технологических параметров.

4. Получено выражение для расчета радиального размера площади контакта молотка с материалом в зависимости от величины действующей силы и поперечного размера куска материала;

5. Получено уравнения для расчета максимального значения работы, затрачиваемой на разрушение материала в молотковой дробилке с вертикальным ротором и минимального значения частоты вращения ротора, необходимого для разрушения материала в молотковой дробилке с вертикальным ротором;

6. Получены аналитические выражения, определяющие максимально допустимый и рациональный размер исходного материала вводимого в камеру измельчения молотковой дробилки с вертикальным ротором, учитывающие геометрические параметры и физико-химические свойства измельчаемого материала.

7. Произведен теоретический анализ параметров установки отбойных плит по периметру камеры измельчения молотковой дробилки с вертикальным ротором, на основании которого выявлено, что при соударении измельчаемого материала о бронеплиты разрушения практически не происходит, а происходит лишь его упругое отражение.

8. Получено аналитическое выражение для основных затрат мощности привода молотковой дробилки, которое учитывает геометрические параметры и физико-химические свойства материала, конструкционные и технологические параметры молотковой дробилки с вертикальным ротором.

9. Дан сравнительный анализ теоретических расчетов с экспериментальными исследованиями - расхождения при определении потребляемой мощности не превышают 15 %.

10. На основании реализации плана многофакторного эксперимента получены уравнения регрессии вида (Qe, Q02, R02, P)=f(z,h,l,n) и построены графические зависимости (Qz, Q02, R02, P)~f(z):f(h);f(l);f(n) Выявлено влияние исследуемых факторов и их эффектов взаимодействия на формирование функций отклика.

11. Определены рациональные значения (z,h,l,n). Условия: Qz —» max,

Q02 —> min, R02 —> min, P —> min, выполняются при: z=6-7 шт.; /¡=25-10"3m -ЗО-Ю"3; /=15-10"3м - 22-10"3м; «=38 - 43 с"1.

12. Результаты диссертационной работы апробированы на ОАО «Боникс» на линии по производству сухих строительных смесей.

13. Рассчитанный, экономический эффект от внедрения составил 459,78 тыс.руб. в условиях 2012 года.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Раков, Александр Михайлович, 2012 год

1. A.c. № 1681747 Устройство для измельчения материалов/ Тугаев A.M., Дата публикации: 07.10.1991.

2. A.c. № 1793961 Молотковая дробилка/ Тугаев A.M. Дата публикации: 07.02.1993.

3. A.c. 1344406 СССР, МКИ В 02 С 13/14 Молотковая дробилка/ В.М.Балабанов. Опубл. 15.10.1987.

4. A.c. РФ № 1594772 Молотковая дробилка/ Тугаев A.M., Ворона O.K., Гибелев Е.И. Дата публикации: 15.03.1994.

5. Абушкевич A.A. Энергосберегающий помольный комплекс для цементного клинкера на основе роторно-цепного предизмельчителя и трубной мельницы: дис. на соискание уч. степ. канд. техн. наук. / Абушкевич A.A. Белгород., 2000. - 153с.

6. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента.- М.: Металлургия, 1969.

7. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий,- М.: Наука, 1976.-279с.

8. Алексеева И. У. Теоретическое и экспериментальное исследование законов распределения погрешностей, их классификация и методы оценки их параметров: автореф. дис. на учен, степени канд. техн. наук. / И. У. Алексеева. Л., 1975. - 20 с.

9. Андреев С.Е., Зверевич В.В., Перов В.А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. Госгортехиздат, 1961.

10. Андреев С.Е., Перов В.А., Зверович . Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. 3 изд. перераб. и доп.-М.: Недра -1980.-415с.

11. Асатурян В. И. Теория планирования эксперимента / В. И. Асатурян. -М.: Радио и связь, 1983. 248 с.

12. Ахназарова С. J1. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии / С. JI. Ахназарова, В. В. Кафаров. М.: Высшая школа, 1985.- 326 с.

13. Банит Ф.Г., Несвижский O.A. Механическое оборудование цементных заводов. М.: Машиностроение, 1975.- 318с

14. Барабашкин В. П., Молотковые и роторные дробилки, М., 1963; Булычев

15. B. В., Болдырев В. Е., Новое оборудование обогатительных фабрик, М., 1967.

16. Бауман В.А., Клушанцев Б.В., Мартынов В.Д.Механическое оборудование предприятий строительных материалов изделий и конструкций. Изд.2, перераб.1981. Твердый переплет. 324 с.

17. Бауман, В.А. Роторные дробилки / В.А., Бауман. М.: Машиностроение, 1973.-352 с.

18. Береснев В.В. Обоснование основных параметров роторно-цепной дробилки.Дисс. канд. техн. наук/ Могилев.:МГТУ, 2000.-141 с.

19. Биленко J1. Ф. Закономерности измельчения в барабанных мельницах / Л. Ф. Биленко. М.: Наука, 1984. - 200 с.

20. Богданов B.C. Вертикальная молотковая мельница. Интенсификация измельчения. / Богданов B.C., Раков A.M.// Инновационные материалы и доклады: сб.докладов Междунр. науч.-практич. конф Белгород: Изд-во БГТУ, - 2011. - Ч. 1.- С. 74-78.

21. Богданов B.C. Исследование режимов работы вертикальной молотковой дробилки / Богданов B.C., Раков A.M. // Вестник БГТУ, 2012. - №31. C. 166-170.

22. Богородский A.B. Исследование процесса измельчения сыпучих материалов в мельницах ударного действия / A.B. Богородский, В.Н. Блиничев, В.Б. Лапшин // В кн. тезисы докладов IV Всесоюзной конференции по механике сыпучих материалов Одесса. 1980. - С. 190.

23. Болдырев A.C. Технический прогресс в промышленности строительных материалов / A.C. Болдырев, В.И. Доббужинский, Я.А. Ренитар. М.: Стройиздат, 1980.-399с.

24. Большаков В.Д. Теория ошибок наблюдений / В.Д. Большаков. М.: Недра, 1983.-223с.

25. Бонд Ф.С. Законы дробления. / Ф.С. Бонд // Труды Европейского совещания по измельчению. М.: Стройиздат, 1966. - С 195-205с.

26. Бондарь А.Т. Планирование эксперимента в химической технологии / А.Т. Бондарь, Г.А. Статюха. Киев: Вища школа, 1976. - 181с.

27. Борщев В.Я. Оборудование для измельчения материалов: дробилки и мельницы учебное пособие. Тамбов: издательство Тамбовского31.