Определение основных параметров роторных мельниц с зубчатоподобным зацеплением тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.04, кандидат технических наук Данилов, Роман Геннадиевич

• Данилов, Роман Геннадиевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Данилов, Роман Геннадиевич

Оглавление.

Введение

Глава 1. Существующие типы мельниц для получения минеральных порошков для асфальтобетонов и методы их расчета

1.1. Анализ конструкций машин для тонкого измельчения

1.2. Обзор теоретических исследований по определению геометрических,

силовых и энергетических параметров мельниц

Выводы по главе 1

Цель и задачи исследования

Глава 2. Теоретическое определение силовых и энергетических параметров роторных мельниц с зубчатоподобным зацеплением

2.1. Схема движения материала в камере помола роторных мельниц с зубчато-подобным зацеплением и анализ возможности использования существующих зависимостей для расчета сопротивления измельчению

2.2. Механизм измельчения материала в роторной мельнице с зубчатоподобным зацеплением путем истирания под действием касательных напряжений и оценка эффективности зон измельчения

2.3. Определение основных силовых и энергетических параметров роторной

мельницы с зубчатоподобным зацеплением

2.3.1 .Определение момента истирания и трения при движении измельчаемого

материала

'2.3.2. Определение момента сопротивления дроблению

2.3.3. Определение общего момента сопротивления измельчению

2.3.4. Определение мощности привода

2.4. Определение производительности роторной мельницы с зубчатоподобным зацеплением при движении материала поперек осей вращения ротора

Глава 3. Экспериментальное обоснование теоретического расчета

3.1. Сравнение эффективности зон помола

3.2. Сопоставление результатов расчёта момента сопротивления при измельчении с данными эксперимента

З-.З. Экспериментальное обоснование теоретических зависимостей по определению мощности привода

68

3.4. Сопоставление полученных зависимостей для расчета производительности с данными эксперимента

Выводы по третьей главе

Глава 4. Методика расчета силовых и энергетических параметров роторной мельницы с зубчатоподобным зацеплением и определение ожидаемого технико-экономического эффекта от реализации результатов исследований.

4.1. Методика расчета силовых и энергетических параметров роторной мельницы с зубчатоподобным зацеплением

4.2. Определение ожидаемого технико-экономического эффекта от реализации результатов исследований

Общие выводы, результаты и направления дальнейших исследований

Список литературы

Приложение

Приложение 1.

Эксперимент 1. Изучение механизма измельчения материала в камере мельницы. 82 Эксперимент 2. Влияние зазоров между подвижными и неподвижными

элементами помольной камеры на тонкость измельчения и мощность

Эксперимент 3. Установление влияния величины перекрытия измельчающих

элементов в зацеплении роторов на тонкость измельчения

Эксперимент 4. Исследование влияния продолжительности измельчения на расход

энергии при помоле прочных пород

Эксперимент 5. Результаты экспериментальных исследований по помолу

известнякового щебня

Эксперимент 6. Влияние размеров частиц загружаемого материала на работу

роторной мельницы с зубчатоподобным зацеплением

Эксперимент 7. Получение активированного минерального порошка

Эксперимент 8. Опыт по измельчению кварцевого стекла в роторной мельнице с

зубчатоподобным зацеплением

Приложение 2. Определение тонкости продукта и времени помола при

производстве активированного минерального порошка

Приложение 3. Программа для расчета силовых и энергетических параметров

роторных мельниц на ЭВМ

Справка о внедрении

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение основных параметров роторных мельниц с зубчатоподобным зацеплением»

Введение.

Измельчение исходных составляющих является одним из основных процессов в производстве строительных материалов. К их числу относятся цемент, известняк, известь, гипс, различные наполнители строительных пластмасс, кварцевый песок, минеральные порошки для асфальтобетона и др. Актуальность исследования в этой области определяется большим влиянием степени измельчения на технологические свойства порошков и огромным объемом производства многих из них. В России только цемента производят несколько десятков млн. т. в год. Причем по мере развития техники требования к дисперсности цемента (как и других вяжущих), определяющей скорость его твердения и прочность в начальный период, ужесточаются. Особенно высокой степенью диспергирования должны обладать порошки предназначенные для производства магнитов, пластмасс, резины, бумаги, картона и др. Это порошки из железных магнитных руд, известняка, мела, каолина, талька, глинозема. Такие же материалы используются и в производстве керамики, эмалей, лаков, красок, качество которых также зависит от дисперсности порошков.

Необходимость повышения дисперсности строительных и других материалов, как в виде целевой продукции, так и на промежуточных стадиях переработки в изделия потребовала совершенствования и создания новых типов помольных агрегатов и приборов дисперсионного анализа. Исследования высокодисперсных материалов оказались тем более актуальными, что с ростом дисперсности затрудняется их измельчение и анализ. Тонкое измельчение является дорогостоящей операцией. Небольшой прирост удельной поверхности материала приводит к резкому увеличению затрат, а начиная с некоторой предельной тонкости помола для данного матери способа разрушения его частиц дальнейшее измельчение становится практически • невозможным [18, 22].

В результате комплекса экспериментальных и теоретических исследований в последние годы в научно-технической литературе сложились новые взгляды на помол. Ныне считают [22], что процесс измельчения представляет собой чрезвычайно сложное явление, в котором наряду с механическими существенное значение имеют физико-механические факторы и окружающая среда. Эти же факторы влияют на изменение технологических свойств материалов в результате измельчения.

Снижение энергоемкости, металлоемкости и увеличение производительности процесса измельчения требует совершенствования существующего помольного оборудования и поиска новых технических решений, направленных на интенсификацию процесса тонкого измельчения материалов. Большой интерес представляет

использование для этих целей новых конструктивных схем механического воздействия рабочих органов на измельчаемый материал. В частности использования в качестве рабочих органов системы роторов, имеющих зубчатоподобное зацепление.

Отмеченные проблемы тонкого измельчения приводят к необходимости проведения исследований с целью освещения процессов происходящих при разрушении материала в роторных мельницах и разработки методик и рекомендаций для совершенствования существующих и проектирования новых роторных мельниц различного типа.

В данной работе рассмотрены вопросы повышения эффективности работы роторной мельницы с зубчатоподобным зацеплением. На основании теоретического и экспериментального анализа процессов происходящих внутри камеры помола роторной мельницы с зубчатоподобным зацеплением впервые определен механизм разрушения частиц измельчаемого материала. Установлены зависимости, позволяющие определить момент сопротивления измельчению и мощность потребляемую мельницей при работе. Предложены формулы для определения мощности двигателя и производительности роторных мельниц с зубчатоподобным зацеплением.

На защиту выносится: гипотеза механизма измельчения в роторных мельницах с зубчатоподобным зацеплением; формулы определяющие: величины разрушающих нагрузок для измельчения материала, момент сопротивления измельчению, мощность потребляемую мельницей при работе, мощность двигателя для привода мельницы и производительность роторной мельницы с зубчатоподобным зацеплением при поперечном относительно осей вращения ротора движении материала; методика определения основных параметров роторных мельниц с зубчатоподобным зацеплением; новая схема движения материала в мельнице - поперек осей вращения ротора.

Практическая ценность работы определяется разработанной методикой расчета основных параметров роторных мельниц с зубчатоподобным зацеплением с помощью которой предложена новая конструкция мельницы с поперечным относительно осей ротора движением материала. Увеличение производительности новой мельницы достигает от 10 до 60 % по сравнению с существующими роторно-шаровыми мельницами с продольным, вдоль осей роторов, движением материала.

Диссертация выполнена на кафедре "Дорожно-строительные машины" в Московском государственном автомобильно-дорожном институте (Техническом университете).

Заключение диссертации по теме «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины», Данилов, Роман Геннадиевич

Общие выводы, результаты и направления дальнейших исследований.

В диссертационной работе рассмотрен вопрос формирования механизма измельчения в роторных мельницах с зубчатоподобным зацеплением, разработана новая схема движения материала, интенсифицирующая процесс измельчения. В работе дана уточненная методика определения основных параметров роторных мельниц с зубчатоподобным зацеплением для расчета: мощности привода, предельно-допустимой величины размера и прочности куска размалываемого материала, а также зависимости для определения производительности мельницы при работе в различных режимах. По результатам работы можно сделать ряд выводов:

1 .Установлено, что материал в роторных мельницах с зубчатоподобным зацеплением измельчается, главным образом, путем истирания под действием касательных напряжений, возникающих между слоями потока материала, за счет разности скоростей слоев.

2.Теоретически установлено, что материал в роторных мельницах с зубчатоподобным зацеплением измельчается, главным образом, в трех зонах измельчения: в зазоре между ротором и корпусом и в зоне встречного соединения двух потоков - за счет касательных напряжений истирания возникающих в потоке, а в зоне зацепления - двумя способами - под действием касательных напряжений истирания и за счет раздавливания защемившихся между взаимодействующими зубьями частичек.

3. . Предельная прочность измельчаемого материала в исследуемых мельницах прямо пропорциональна квадрату частоты вращения ротора, массе загрузки, радиусу ротора и коэф. внутреннего трения материала, и обратно пропорциональна площади сечения зазоров между подвижными и не подвижными элементами камеры помола роторных мельниц.

4.Установлено, что момент сопротивления измельчению материала в роторной мельнице с зубчатоподобным зацеплением является суммой двух составляющих: момента от трения и истирания материала в потоке и момента от дробления защемляющихся между зубьями в зоне зацепления частиц материала.

5.Установлено, что мощность, потребляемая двигателем при работе мельницы, является суммой трех составляющих: мощности, затрачиваемой на трение и истирание потока материала, мощности, потребляемой на дробление защемившихся между зубьями в зоне зацепления частиц и мощности, расходуемой на преодоление трения в подшипниках.

6.Установлен предельный размер загружаемых кусков для предотвращения заклинивания мельницы. Размер загружаемого куска материала должен быть меньше величины зазора между двумя соседними зубьями ротора.

7.Для увеличения эффективности использования двигателя по мощности диаметр пальцев ротора должен быть наименьшим с учетом ограничения по прочности пальцев.

8.Применение в роторных мельницах с зубчатоподобным зацеплением новой схемы движения материала поперек осей вращения роторов дает значительное увеличение производительности: для прочных пород, в среднем на 10%, для легких и средних пород - на 50-60% по сравнению с мельницами, движение материала в которых осуществляется вдоль осей вращения роторов.

В результате проведенного исследования предложена новая конструкция роторной мельницы с зубчатоподобным зацеплением. Показатель удельной энергоемкости 1\Г/П новой мельницы снизился на 9% и составляет 9,1 кВтч/т, ожидаемый экономический эффект от внедрения составляет 1733 руб. по ценам 1989 го,п;а на одну машину.

Отсутствие всестороннего исследования с учетом вероятностных характеристик измельчения для определения фактической мощности, расходуемой роторной мельницей, не дает возможности рассчитывать и прогнозировать затраты энергии в мельницах такого типа при помоле различных материалов. Поэтому для уточнения полученных формул необходимо проведение дальнейших исследований работы роторной мельницы с зубчатоподобным зацеплением с учетом проявления вероятностных характеристик процесса.

Для уточнения качественных и количественных характеристик механизма измельчения материала в роторных мельницах за счет касательных напряжений необходимо провести эксперименты на роторных мельницах других конструкций: f ударных, валковых, дезинтеграторах и т.д.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Данилов, Роман Геннадиевич, 1998 год

ЛИТЕРАТУРА.

1. Акунов В.И. Валковые мельницы высокого давления // Строительные и дорожные машины, 1994 №7 С. 10-11.

2. Акунов В.И. Помольная техника сегодня и завтра // Труды института НИИ Цемент. Струйные аппараты и процессы. Выпуск 93. - М., 1987.

3. Алылтуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат. 1965. -

*

21 Ас. ил.

4. Анферов В.А. Определение основных параметров роторно-шаровой мельницы: Дис...кан. техн. наук. М.: МАДИ, 1990. 178 с.

5. A.c. № 1443958 (СССР) Измельчитель./ Баловнев В.И., Анферов В.А. и др. опуб. в

6.и. №46, 1988.

6. Бауман В.А. и др. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций: Учебник для строительных вузов./ В.А.Бауман, Б.В.Клушанцев, В.Д.Мартынов. -2 е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1981. -324 е., ил.

7. Борщевский A.A., Ильин A.C. Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий: Учебник для вузов по спец. "Пр-во строит, изделий и конструкций".-М.: Высш. шк., 1987. -368 е.: ил.

8. Гийо Р. Проблема измельчения материалов и её развитие. М., Стройиздат., 1964.

9. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для вузов / Т.М.Башта, С.С.Руднев, Б.Б.Некрасов и др. -2 е изд., перераб. -М.: Машиностроение, 1982 -423с., ил. Ю.Дешко Ю.И., Креймер М.Б., Крыхтин Г.С. Измельчение материалов в цементной промышленности. М.: Стройиздат., 1964, -275 е., ил.

11. Дробилки. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации./ Б.В.Клушанцев, А.И.Косарев, Ю.А.Муйземнек. - М.: Машиностроение, 1990. -320 с. , ил.

12.Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. -559 е., ил.

13!Иосилевич Г.Б. Детали машин: Учебник для студентов машиностроит. спец. вузов. -М.: Машиностроение, 1988. -368 е.: ил.

14.Лесин А.Д. Вибрационное измельчение материалов. Элементы теории и методика расчета основных параметров вибромельниц. М., Промстройиздат, 1957. 15.Оборудование интенсифицирующего действия для измельчения дорожно-строительных материалов: Обзорная информация / В.И.Баловнев, В.А.Анферов, Л.А.Хмара - М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1989, вып. 3 ,- 44 с.

16.Пугин К. Г. Определение параметров и производительности роторных мельниц интенсифицирующего действия. Дис...кан. техн. наук. М.: МАДИ, 1994. -155 с.

17.Сборник задач по машиностроительной гидравлике / Будаев Д.А., Калмыкова ЗА., Подвидз Л.Г. и др. -З^изд., М.: Машиностроение, 1972, - 472 с.

18.СйденкоП.М. Измельчение в химической промьпцленности. М., "Химия", 1968.

19.Строительные машины: Справочник: В 2 т. Т.2: Оборудование для производства строительных материалов и изделий / В.НЛямин, М.НГорбовед, Н.Н.Быховский и др.; Под общ. ред. М.Н.Горбовца. - 3 еизд., перераб. - М.: Машиностроение, 1991, - 496 е.: ил.

20. Технико-экономическое обоснование создания новой техники: Методические указания по дипломному проектированию по специальности 0511 / И.А.Васильев, М.Д.Гилула, А.Ф.Дергачев, И.ИКургачев. Часть 1, М..МАДИ, 1979, - 35 с.

21. Технико-экономическое обоснование создания новой техники: Методические указания по дипломному проектированию по специальности 0511 / И.А.Васильев, М.Д.Гилула, АФ.Дергачев, И.И.Кургачев. Часть 2, М.:МАДИ, 1979, - 49 с.

22.Ходаков Г.С. Тонкое измельчение строительных материалов. М.: Издательство литературы по строительству, 1972 -240 с. ил.

НА ИНОСТРАННЫХ ЯЗЫКАХ:

23.Brewis Т. Grinding Mills. //Mining magazine ~ 1991, September p. 151-155.

24. Crushing: manufacturer, realignments and product innovations. // Engineering and mining journal - 1991, April p.28-33.

25.Grinding. Bigger mills. Smarter controls. // Engineering and mining journal -1991, April p.34-38.

26.Hint U.A. Wissenschaftliche. Zeitschrift der Hochschule fur Architekture und Bauwerken. Weimer, 1970, №4.

27.Huhta R. Roller Mills VS Tube Mills. "Rock Products", vol. 87,1984, №8 p.43-44.

28.Milling // Mine and quarry - 1991, July/August p.22-23.

29.Rose H.E. A mathematical analysis of the internal dynamics of the ballmill on the basis of probability theory. Trans. I. Chem. Eng, Vol. 35. №2. 1957.