Разработка конструктивных схем двухщековых дробильных машин и методов их кинематического и силового исследования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Гаряшин, Владимир Владимирович

• Гаряшин, Владимир Владимирович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гаряшин, Владимир Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1 ДРОБЛЕНИЕ И ДРОБИЛЬНЫЕ МАШИНЫ

1.1 Понятие о процессе дробления. Его роль в металлургической промышленности

1.2 Классификация дробильных машин. Щековые дробилки

1.3 Современные требования к новым дробильным машинам

1.4 Постановка задач исследования

2 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА ДВУХЩЕКОВОЙ ДРОБИЛЬНОЙ МАШИНЫ

2.1 Метрический синтез кинематической схемы двухщековой дробильной машины с шестисторонним замкнутым изменяемым контуром

2.2 Исследование кинематики двухщековой дробильной машины графоаналитическим методом

2.3 Обоснование замены вращательной пары на поступательную

2.4 Выводы

3 КИНЕМАТИЧЕСКОЕ И СИЛОВОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗ

МА ДВУХЩЕКОВОЙ ДРОБИЛЬНОЙ МАШИНЫ С ОПОРНОЙ ПОСТУПАТЕЛЬНОЙ ПАРОЙ

3.1 Метрический синтез кинематической схемы механизма двухщековой дробильной машины

3.2 Кинематическое исследование восьмизвенной дробильной машины графоаналитическим методом

3.3 Кинематическое исследование двухщековой дробильной машины с опорной поступательной парой аналитическим методом

3.4 Силовое исследование механизма двухщековой дробильной машины

3.5 Обоснование использование опорного звена двухщековой дробильной машины в качестве третьей подвижной щеки

3.6 Выводы

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДРОБИЛЬНОЙ МАШИНЫ

4.1 Энергопотребление и определение мощности привода

4.2 Определение производительности

4.3 Обоснование варианта схемы двухщековой дробильной машины с поступательной парой

4.4 Методика расчёта и проектирования двухщековой дробильной машины с поступательной парой

4.5 Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка конструктивных схем двухщековых дробильных машин и методов их кинематического и силового исследования»

Одним из первых и наиболее энергоёмких процессов в металлургическом производстве является процесс дробления минерального сырья, в основном - руд чёрных и цветных металлов. Ежегодно из недр Земли извлекается и перерабатывается около 25 млрд. тонн минерального сырья, требующие для их переработки десятки ГВт часов энергии.

Главное требование, предъявляемое к рудоподготовке, - максимальное раскрытие полезных минералов, которое достигается в процессе дробления и измельчения исходной горной массы. Практически все применяемые в настоящее время технологии переработки предусматривают последовательное сокращение крупности в 4-6 стадий - в зависимости от типа горной породы, ее физико-механических свойств и требований к конечному продукту дробления. В каждой стадии применяется одна дробилка, а в общей технологической схеме многостадийного процесса - соответствующее количество дробилок, конвейеров, перегружателей, грохотов и других устройств. Самое широкое применение имеют щековые дробилки, используемые на стадиях крупного и среднего дробления.

Задача совершенствования самого процесса дробления и дробильных машин является не просто актуальной, её решение можно отнести к вопросам государственной важности.

В настоящей работе решается задача создания новых схем щековых дробильных машин, оснащённых двумя и более рабочими щеками, что может обеспечить увеличение степени дробления материала за одну операцию при сохранении заданной производительности.

Целью работы является обоснование принципов структурного синтеза, полного кинематического и силового анализа двухщековых дробильных машин, а так же возможности их практического применения.

Для реализации поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:

1. Исследовать кинематику двухщековой дробильной машины, содержащей в своём составе шестизвенный замкнутый изменяемый контур: обосновать способ метрического синтеза её кинематической схемы; разработать методы её кинематического анализа, позволяющие проведение корректировки схемы.

2. Обосновать необходимость усовершенствования двухщековой дробильной машины путём введения в её состав опорного поступательно движущегося звена.

3. Разработать методы кинематического и силового исследования новой, защищённой патентом РФ двухщековой дробильной машины с опорной поступательной парой.

4. Обосновать возможные модификации конструкции новой двухщековой дробильной машины с использованием поступательно движущегося звена в качестве дополнительной подвижной щеки.

5. Найти способы определения усилий дробления и производительности неоднощековых дробильных машин с учётом одновременного разрушения дробимого материала в нескольких секциях камеры дробления.

6. На основании проведённых исследований разработать общую методику расчёта щековых дробильных машин с двумя и более подвижными щеками.

Методы исследования. В работе использованы методы структурного синтеза, кинематического и силового анализа механических систем, положения механики разрушения и теории производительности машин.

Научные положении, выносимые на защиту:

1. Изучение более чем векового опыта создания и промышленного применения щековых дробильных машин показало, что в направлении их совершенствования может быть реализована идея использования нескольких дробящих щек при согласованном их движении, способных разрушать дробимый материал до различных размеров фракций. Уже при создании двух щековых дробильных машин становится необходимым решать новые задачи их структурного синтеза.

2. Создание новых структурных схем дробильных машин с использованием двух и более подвижных щек, защищенных патентами РФ на изобретение, потребовало разработки новых подходов и приёмов при выполнении метрического синтеза кинематических схем, позволяющих последовательно методом итераций находить вполне работоспособные схемы, имеющие перспективы воплощения в металле.

3. Кинематическое и кииетостатическое исследование найденных кинематических схем, в основе которых лежит применение сложной шестизвенной статически определимой группы Ассура нулевой подвижности, не может быть осуществлено без разработки специальных, ранее не применявшихся методов и приёмов, основанных на решении новых задач теории механизмов.

4. При исследовании производительности и энергоёмкости двухщековых дробильных машин возникает новая применительно к щековым дробилкам задача о согласовании работы последовательных секций машины, образованных дробящими щеками, как по степени дробления, так и по объёмам дробимого материала.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждается результатами теоретических исследований, основанных на классических методах теории механизмов и машин, применительно к конструкциям новых дробильных машин с двумя подвижными щеками.

Научная новизна работы заключается в разработке:

• Нового приёма метрического синтеза, основанного на согласовании фрагментов группы нулевой подвижности;

• Методов кинематического и силового исследования новых, ранее не применявшихся в технике механизмов;

• Приёмов согласования производитель!юстей секций дробильной машины.

Практическая полезность работы заключается в том, что разработанные схемы неодиощековых дробильиых машин могут быть доведены до промышленного использования, а разработанные методы их исследования и проектирования могут быть применены при разработке новых щековых дробильных машин.

Апробация работы.

Основные результаты исследования докладывались на:

• ХГП, XIV и XV Всероссийских научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых, 2009-2011гг, г. Новокузнецк, Россия;

• XXI, XXII и XXIII научно-практических конференциях по секции механики и машиностроения, 2010 - 2012гг, г. Новокузнецк, Россия;

• Первом международном Джолдасбековском симпозиуме, 2011 г, г. Ал маты, Казахстан;

• V международной конференции «Проблемы механики современных машин», 2012г, г. Улан-Удэ, Россия.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 1 научная статья в журнале, входящем в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ; 7 публикаций в материалах Международных и Всероссийских конференций; 1 патент на изобретение и 1 решение о выдаче патента на изобретение.

Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертационная работа по своим целям, задачам, содержанию, методам исследования, научной новизне и практической полезности соответствует п.1 «Разработка научных и методологических основ проектирования и создания новых машин, агрегатов и процессов; механизации производства в соответствии с современными требованиями внутреннего и внешнего рынка, технологии, качества, надежности, долговечности, промышленной и экологической безопасности» паспорта специальности 05.02.13 - машины, агрегаты и процессы (металлургического производства).

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Гаряшин, Владимир Владимирович

4.5 Выводы

1. Мощность привода исследованной щековой дробильной машины определяется путём интегрирования величины уравновешивающего момента на приводном валу за время цикла её работы. Закон изменения уравновешивающего момента устанавливается на основании кинето-статического исследования машины, при условии, что усилия дробления устанавливаются как средние с учётом реальных сил сопротивления дроблению в каждой секции камеры дробления.

2. Использование в дробильной машине нескольких подвижных щек ставит новую задачу при их проектировании, а именно задачу о согласовании производительности и разрушения во всех секциях камеры дробления. Лишь при одинаковой производительности секций можно добиться наибольше производительности в целом.

3. Коэффициент заполнения камеры дробления не зависит от размеров загрузочного и разгрузочного отверстий, его значение на 18% ниже среднего рекомендуемого в известной литературе. Это уточнение позволяет приблизить значение расчётной производительности к действительному.

4. Трёхщековая дробильная машина может использоваться на практике в нескольких вариантах: со всеми тремя подвижными щеками; с двумя подвижными щеками - верхней и средней; с двумя подвижными щеками - средней и нижней. Разработанные методы и приёмы могут быть использованы для исследования всех трёх модификаций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Суммируя вышесказанное, следует отметить, что в диссертации содержится решение актуальной научно-технической задачи разработки методологических основ исследования и проектирования новых неоднощековых дробильных машин, имеющей существенное значение для развития металлургической промышленности. Основные выводы по работе:

1. Одним из действенных направлений совершенствования щековых дробильных машин является использование для дробления двух и более рабочих щёк с синхронизацией их взаимодействия. Со структурной точки зрения неоднощековые дробильные машины требуют использования в их составе сложных, не распадающихся па более простые, групп Ассура - до шестизвенных включительно.

2. Для механизма двухщековой дробильной машины с шестиугольным замкнутым изменяемым контуром разработаны оригинальные метод метрического синтеза кинематической схемы и графоаналитический метод определения скоростей звеньев, а также найдено решение для определения ускорений, основанное на методе У.А. Джолдасбекова.

3. Недостатки, выявленные в ходе исследования двухщековой дробильной машины, вызвали необходимость усовершенствования её конструкции. Была доказана необходимость замены одной из вращательных кинематических пар, а именно пары трёхпарного балансирного звена, соединяющей его со стойкой, на поступательную. Изменение конструкции оказалось существенным, что подтверждается патентом РФ на изобретение.

4. Задачи метрического синтеза, кинематического и силового анализа двухщековой дробильной машины с поступательно движущимся опорным звеном потребовали обоснования и использования принципиально новых приёмов и методик, неизвестных ранее в теории механизмов.

5. На основании созданной виртуальной модели камеры дробления машины и рассмотрения возможного варианта одновременного разрушения материала во всех её секциях, разработаны рекомендации для определения мощности привода машины исходя из результатов кинетостатического исследования, и производительности, с учётом её равенства во всех секциях.

6. Разработанная в диссертации методика расчёта неоднощековых дробильных машин с шестисторонним замкнутым изменяемым контуром основывается на условии равенства производительностей во всех секциях дробления и может найти применение в теории сложных схем дробильных машин.

7. Механизм новой щековой дробильной машины с опорной поступательной парой может выполняться в трёх модификациях: с двумя подвижными щеками - верхней и средней (патент РФ 2423179); с тремя подвижными щеками (положительное решение по заявке № 2011139062 на выдачу патента); с двумя подвижными щеками - средней и нижней. Выявление оптимальной модификации требует полного исследования каждой с использованием приёмов и методик, разработанных в настоящей диссертации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гаряшин, Владимир Владимирович, 2012 год

1. Андреев С. Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых Текст. / С. Е. Андреев, В. А. Петров, В. В. Зверевич. 3-е изд., пере-раб. и доп. - М. : Недра, 1980. - 415 с.

2. Артоболевский И. И. Теория механизмов Текст. / И. И. Артоболевский. -М. : Наука, 1975. 776 с.

3. Артоболевский И. И. Синтез плоских механизмов Текст. / И. И. Артоболевский, Н. И. Левитский, С. А. Черкудинов. М. : Физматгиз, 1959. -1084 с.

4. Басов А. И. Механическое оборудование обогатительных фабрик и заводов тяжелых цветных металлов Текст. / А. И. Басов. М. : Металлургия, 1974.-527 с.

5. Бауман В. А. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций: учебник для строительных вузов Текст. / В. А. Бауман, Б. В. Кпушанцев, В. Д. Мартынов. 2-е изд. пере-раб. -М. : Машиностроение, 1981. -324 с.

6. Бейер Р. Кинематический синтез механизмов Текст. / Р. Бейер. М. : Машгиз, 1959.-318 с.

7. Булычев В. В. Дробильные машины. Конструкция, эксплуатация, ремонт Текст. / В. В. Булычев. Свердловск : Металлургиздат, 1957. - 211 с.

8. Гаряшин В. В. Обоснование кинематической разрешимости механизма трёхщековой дробильной машины Текст. / В. В. Гаряшин // Проблемы механики современных машин : материалы V международной конференции. Улан-Удэ : изд-во ВСУГТУ, 2012. - Т. 1. - 276 с.

9. Гернет М. М. Курс теоретической механики : учебник для вузов Текст. / М. М. Гернет. 3-е, изд., перераб. и доп. М. : «Высшая школа», 1973. -464 с.

10. ГОСТ 27412-93 Дробилки щековые. Общие технические условия Текст. -Введ. 01.07.1997. Минск. : Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации ; М. : Изд-во стандартов, 1997. - 24с.

11. ГОСТ Р 50544-93 Породы горные. Термины и определения Текст. -Введ. 31.03.1993. М. : Изд-во стандартов, 1993. - 48с.

12. Дворников Л. Т. Структура, кинематическое и силовое исследование плоских шарнирных групп Ассура : монография Текст. / Л. Т. Дворников, С. П. Стариков. Новокузнецк : СибГИУ, 2010. - 198 с.

13. Дворников Л. Т. Кинетостатическое исследование плоского восьмизвен-ного механизма шестого класса с поступательной парой Текст. / Л. Т. Дворников, В. В. Гаряшин // Вестник КузГТУ. 2012. - № 1. - С. 72 - 73.

14. Дворников Л. Т. Энергоемкость разрушения как фундаментальная характеристика горных пород Текст. / Л. Т. Дворников, Н. И. Наумкин // Известия АН Кирг. СССР . 1988. № 2. - С. 75 - 80.

15. Джолдасбеков У. А. Графоаналитические методы анализа и синтеза механизмов высоких классов Текст. / У. А. Джолдасбеков. Алма-Ата : Наука, 1983.-256 с.

16. Дороннин В. И. Синтез плоских стержневых механизмов, приближенно воспроизводящих заданное движение ведомого объекта Текст. / В. И Дороннин // Механика машин, 1969. Вып. 15 - 16. - С. 5 - 23.

17. ЕНиР. Единые нормы и расценки на строительные, монтажные и ремонтно-строительные работы. Сборник Е 36. Горнопроходческие работы. Выпуск 1. Строительство угольных шахт и карьеров Текст. М. : Стройиз-дат, 1987.- 126 с.

18. Загудаев А. И. Влияние жесткости щековой дробилки на её технико-экономические показатели Текст. / А. И. Загудаев, Г. А. Ревзин // Тр. ВНИИстройдормаша. 1984. -№ 99. - С. 13 - 19.

19. Заявка 2011139062 РФ, МПК8 В 02 С 1/04. Трёхщековая дробильная машина Текст. / Л. Т. Дворников, В. В. Гаряшин ; заявитель ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» ; заявл. 23.09.2011.-6 с. : ил.

20. Зиновьев В. А. Курс теории механизмов и машин Текст. / В. А. Зиновьев. М. : Наука, 1975. - 204 с.

21. Клушанцев Б. В. Дробилки. Конструкции, расчёт, особенности эксплуатации Текст. / Б. В. Клушанцев, А. И. Косарев, Ю. А. Муйземнек. М. : Машиностроение, 1990. - 320 с.

22. Клушанцев Б. В. О некоторых особенностях кинематических схем и конструкций щековых и конусных дробилок Текст. / Б. В. Клушанцев // Тр. ВНИИстройдормаша, 1977. Вып. 77. С. 3 13.

23. Кожевников С. Н. Теория механизмов и машин Текст. / С. Н. Кожевников. -М. : Машиностроение, 1973. 592 с.

24. Комаровский Э. Б. Дробильно-измельчительные системы ДАУ Текст. / Э. Б. Комаровский // Горная промышленность. 2008. - № 5. - С. 34.

25. Косарев А. И. Исследование нагрузок на эксцентриковый вал щековой дробилки со сложным движением подвижной щеки Текст. / А. И. Косарев, Н. С. Овчаренко, Г. А. Сперанский, А. П. Арбузов // Тр. ВНИИстройдормаша. 1977. -№ 77. - С. 18-21.

26. Левенсон Л. Б. Дробильно-сортировочные машины и сортировки Текст. / Л. Б. Левенсон, П. М. Цигельный. М. : Госстройиздат, 1952. - 562 с.

27. Левенсон Л. Б. Производство щебня Текст. / Л. Б. Левенсон, Г. М. Клюев. -М. : Госстройиздат, 1959. 168 с.

28. Левитский Н. Н. Теория механизмов и машин Текст. / Н. Н. Левитский. -М. : Наука, 1990. 590с.

29. Лейбович Р. Е. Технология коксохимического производства: учебник для техникумов Текст. / Р. Е. Лейбович, Е. И. Яковлева, А. Б. Филатов. 3-е изд., перераб. и доп. -М. : Металлургия, 1982. 360с.

30. МА «Навигатор». Обзор дробильного оборудования : информационный обзор. Электронный ресурс. Череповец, 2010. Режим доступа: http://marketing.rbc.ru/research/562949978621347.shtml.

31. Макаров А. В. О синтезе кинематических схем щековых дробильных машин Текст. / А. В. Макаров, В. В. Гаряшин // Тезисы докладов первого международного Джолдасбековского симпозиума (1-2 марта, 2011 г.). -Алматы: Казак университет!, 2011. С. 88.

32. Механическое оборудование заводов цветной металлургии Текст. : учебник для вузов. В 3-х частях. Ч. 1. Притыкин Д. П. Механическое оборудование для подготовки шихтовых материалов. / Д. П. Притыкин. -М. : Металлургия, 1988. 392 с.

33. Олевский В. А. Конструкции, расчёты и эксплуатация дробилок Текст. / В. А. Олевский. М. : Металлургиздат, 1958. - 459 с.

34. Патент 2142850 С1 РФ, МПК В02С1/04. Щековая дробилка Текст. / Л. Т. Дворников, А. В. Макаров № 98110302/03; заявл. 01.06.1998; опубл. 20.12.1999, Бюл. № 20 - 5 с.; 1 ил.

35. Патент 2232637 С1 РФ, МПК В02С1/04. Щековая дробилка Текст./ Л. Т. Дворников, А. В. Макаров № 2003103458/03; заявл. 05.02.2003; опубл. 20.07.2004, Бюл. № 25 - 5 с. ; 1 ил.

36. Патент 2235594 С1 РФ, МПК В02С1/04. Щековая дробилка Текст. / Л. Т. Дворников, А. В. Макаров № 2003103459/03; заявл. 05.02.2003; опубл. 10.09.2004, Бюл. № 35 - 5 е.; 1 ил.

37. Патент 2347616 РФ, МПК С1 В02С1/00. Щековая дробилка двойного дробления Текст. / А. Н. Петухов, А. И. Дашкевич, П. С. Желобков № 2007119356/03; заявл. 24.05.2007; опубл. 27.02.2009. - 5 е.; 1 ил.

38. Патент 2332260 С1 РФ, МГЖ В 02 1/01. Двухщековая дробильная машина Текст. / Л. Т. Дворников, С. П. Стариков № 2006111137/22; заявл. 05.04.2006; опубл. 20.01.2008, Бюл. №2. ; - 5с. ; 1ил.

39. Патент 2423179 С1 РФ, МПК В02С 1/02. Двухщековая дробильная машина Текст. / Л. Т. Дворников, А. В. Макаров, В. В. Гаряшин, Д. О. Чашников № 2010107717/21; заявл. 02.03.2010; опубл. 10.07.2011, Бюл. № 19-5 с. ; 1 ил.

40. Перов В. А. Дробилки Электронный ресурс. // Большая советская энциклопедия. М. : Советская энциклопедия, 1969 - 1978. Режим доступа: И11:р:/Л1ю. academic.ru/dic. пз£/Ъ8е/85799/Дробилка.

41. Протодьяконов М. М. Материалы для урочного положения горных пород. Часть I. Горные породы Текст. / М. М. Протодьяконов. М. : Изд. ЦК горнорабочих СССР, 1926. - 274с.

42. Семенов С. Дробилки. Сферы применения различных видов дробилок Текст. / С. Семенов // Строительная техника и технологии, 2006. № 6. С. 20-23.

43. Сперанский Г. А. Анализ напряженно-деформированного состояния станины щековой дробилки методом конечных элементов / Г. А. Сперанский, Ю. М. Гольдки, Б. И. Коновалов // Тр. ВНИИстройдормаша, 1984. №99.-С. 8-12.

44. Теория и практика дробления и тонкого измельчения Текст. / Под ред. Г. Г. Егорова. М. - Л. : НКТП, 1932. - 235 с.

45. Фридман С. Э. Обогащение полезных ископаемых Текст. / С. Э. Фридман, О. К. Щербаков. М. : Недра, 1985. - 206 с.

46. Целиков А. И. Машины и агрегаты доменных цехов. В 3-х томах. Т.1. Машины и агрегаты доменных цехов. Учебник для вузов Текст. / А. И. Целиков, П. И. Полухин, В. М. Гребеник и др. 2-е изд., перераб и доп. -М. : Металлургия, 1987. 440 с.

47. Чашников Д. О. Кинематическое исследование плоского восьмизвенного механизма шестого класса с поступательной парой Текст. / Д. О. Чашников, В. В. Гаряшин // Успехи современного естествознания. 2011. - № 7.-С. 231 -232.

48. Чашников Д. О. Кинематическое исследование плоского восьмизвенного механизма шестого класса с поступательной парой аналитическим методом Текст. / Д. О. Чашников, В. В. Гаряшин // Успехи современного естествознания. 2012. -№ 6. - С. 158 - 159.

49. Черноусов П. И. Металлургия железа в истории цивилизации Текст. / ГГ. И. Черноусов, В. М. Мапельман, О. В. Голубев. М. : МИСиС, 2005, -413 с.

50. Djoldasbekov U. A. Kinematics of Assur groups of high classes and orders Текст. / U. A. Djoldasbekov, M. M. Khozhamberdiev, Z. Baigunchekov // Tp. IV Всемирного конгресса по TMM, 1975. С. 681 - 684.

51. Lowrison G. S. Crushing and Grinding. The size reduction of solid materials Текст. / G. S. Lowrison. London : Butterworths&Co, 1974.