Режимные параметры резонансных вибротранспортных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Закаменных, Алексей Юрьевич

• Закаменных, Алексей Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Закаменных, Алексей Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Анализ конструктивных решений резонансных вибротранспортных машин

1.2. Обзор исследований по транспортированию горной массы вибротранспортными машинами.

1.3. Задачи исследований.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА РЕЗОНАНСНЫХ ВИБРОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН.

2.1. Обоснование критерия эффективности рабочего процесса резонансных ВТМ

2.2. Непроизводительные энергозатраты при работе резонансных ВТМ

2.3. Математическая модель рабочего процесса резонансной ВТМ

2.4. Стохастическая модель движения груза в резонансной ВТМ

2.5. Методика определения энергозатрат при безотрывном режиме вибротранспортирования горной массы резонансной ВТМ

2.6. Выводы

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЙ РЕЗОНАНСНОЙ ВИБРОТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ

3.1. Описание установки, задачи исследований и методика проведения эксперимента.

3.2. Скорость вибротранспортирования горной массы резонансной ВТМ

3.3. Определение энергозатрат при вибротранспортировании горной массы

3.4. Выводы.

4. ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕЗОНАНСНЫХ ВИБРОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

4.1. Исходные данные и методика расчета

4.2. Пример расчета параметров резонансной ВТМ с магнитно-индукционным двигателем

4.3. Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Режимные параметры резонансных вибротранспортных машин»

Актуальность работы. В горнодобывающей промышленности процессы транспортирования и классификации твердых полезных ископаемых являются одними из наиболее масштабных и относительно энергоемких операций. Эти операции практически всегда используются и при производстве строительных материалов. В процессах транспортирования и классификации горной массы широко используются вибротранспортные машины (ВТМ). Практика эксплуатации вибротранспортных машин показывает, что в результате совершенствования их конструкции и режимов работы можно добиться определенного роста эффективности ВТМ и всего горнодобывающего предприятия. В связи с этим дальнейшее развитие вибротранспортных машин имеет важное экономическое значение.

Общая конструкция ВТМ зависит от типа вибровозбудителя - двигателя и трансмиссии. В настоящее время наибольшее распространение в горной промышленности получили ВТМ с силовыми, кинематическими, комбинированными и поршневыми (пневматическими и гидравлическими) вибровозбудителями. Абсолютное большинство этих ВТМ работают в «быстроходном» режиме с зарезонансной частотой.

Резонансные ВТМ появились в середине XX века. Конструктивное исполнение вибровозбудителей у этих машин было такое же, что и у зарезо-нансных ВТМ. Основным недостатком известных резонансных ВТМ является значительная нестабильность режима колебаний. При изменении технологической нагрузки это приводит к снижению эффективности процесса, что практически исключило их применение в промышленности.

Альтернативой известным вибровозбудителям являются линейные импульсные электромагнитные двигатели, одно из главных достоинств которых - простота конструкции трансмиссии. Рабочий процесс этих резонансных ВТМ с линейным импульсным двигателем в меньшей степени зависит от изменения технологической нагрузки. В отдельных случаях это также приводит к снижению эффективности их работы. В этой связи исследования, направленные на изучение рабочего процесса резонансных ВТМ с целью стабилизации и повышения эффективности их работы, являются актуальной научной задачей.

Предмет исследования - резонансные вибротранспортные горные машины с линейным импульсным электромагнитным двигателем.

Объект исследования - установившиеся и переходные рабочие процессы резонансной вибротранспортной машины с линейным импульсным двигателем.

Цель работы — повышение эффективности работы вибротранспортных резонансных горных машин с линейным импульсным электромагнитным двигателем на основе уточненной математической модели рабочего процесса, обоснования рациональных параметров и совершенствования конструкции ВТМ.

Идея работы заключается в том, что повышение эффективности рабочего процесса вибротранспортной машины можно осуществить путем выбора рациональных электромеханических параметров, учитывающих изменение рабочей нагрузки и, соответственно, режим работы горной машины.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Для заданной амплитуды и частоты колебаний минимум энергозатрат при работе резонансной ВТМ достигается при определенном соотношении массы груза и массы рабочего органа.

2. Обеспечение стабильной работы ВТМ в резонансном режиме при увеличении массы транспортируемого груза до величины, соизмеримой с массой рабочего органа, достигается, если двигатель имеет 20.25 % запас мощности от расчетной.

3. Одним из критериев энергетической эффективности работы резонансных ВТМ является отношение работы транспортирования к величине горной массы, находящейся на рабочем органе.

4. Процесс вибротранспортирования горной массы, имеющей случайные трибологические характеристики, с достаточной для практики степенью точности описывает стохастическая модель.

Научная ценность работы заключается в выявлении взаимосвязи электромеханических характеристик импульсного двигателя и динамических параметров резонансной вибротранспортной машины, а также разработке математической модели рабочего процесса ВТМ.

Практическая ценность диссертации состоит в разработке методики расчета режимных параметров резонансных низкочастотных ВТМ и энергетических параметров линейных импульсных двигателей.

Личный вклад автора состоит в организации и проведении экспериментальных исследований, анализе их результатов, разработке стохастической модели процесса безотрывного вибротранспортирования горной массы и энергетического критерия эффективности работы резонансных ВТМ.

Достоверность и обоснованность основных научных положений, выводов и рекомендаций обоснована корректным использованием положений теории вероятности и математической статистики, методов математического и физического моделирования, апробированными методами экспериментальных исследований и подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, относительное расхождение которых не превышает 10-15 %.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при проектировании резонансной ВТМ для классификации шихты в ОАО «Уралредмет» и машины для классификации хвостов россыпей.

Апробация работы. Основные результаты работы и её отдельные положения докладывались на 13-й Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья», Екатеринбург, 2008 г., заседаниях кафедры горнопромышленного транспорта, научного семинара кафедр горномеханического факультета УГГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 научные работы в журналах, материалах международных конференций, в том числе 2 статьи в журнале из списка ВАК.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 92 наименований, содержит 89 страниц текста, 33 рисунка и 11 таблиц, 2 приложения.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Закаменных, Алексей Юрьевич

4.3. Выводы

1. Результаты расчета показывают, что параметры резонансной ВТМ и магнитно-индукционного двигателя обеспечивают необходимую эффективность работы машины, а установившаяся избыточная температура обмотки не превышает допустимую.

2. Для выбора рациональных по соответствующим критериям параметров резонансной ВТМ и магнитно-индукционного двигателя следует произвести расчеты для нескольких вариантов сочетаний входных параметров и постоянных коэффициентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на базе выполненных исследований решена актуальная задача повышения эффективности работы резонансных вибротранспортных машин с импульсным линейным двигателем за счет выбора рациональных параметров и совершенствования конструкции на основе уточненной математической модели рабочего процесса.

Основные научные выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. При расчете скорости движения горной массы необходимо учитывать изменение коэффициента трения на различных этапах её движения. Для горных пород отношение кинематического коэффициента трения к статическому изменяется в широких пределах и составляет 0,61.0,82.

2. Предложенная стохастическая модель с достаточной для практики степенью точности описывает процесс безотрывного вибротранспортирования горной массы.

3. Рабочий процесс резонансных и зарезонансных вибротранспортных машин с инерционным или кинематическим возбуждением требует в 1,5. 2,0 раза больших энергетических затрат, чем у резонансных ВТМ с импульсным линейным двигателем.

4. Для обеспечения минимальных затрат электроэнергии при вибротранспортировании и грохочении горной массы относительная нагрузка рабочего органа резонансных ВТМ должна быть в пределах 0,2.0,3, а запас мощности импульсного двигателя в пределах 25.30 %.

5. Оценку энергетической эффективности работы ВТМ целесообразно производить по обобщенному энергетическому критерию (Кр) — отношению энергии (Е, Дж), которая затрачивается на перемещение материала по всей длине рабочего органа к его массе кг).

6. Результаты диссертационной работы использовались при проектировании резонансного трехпродуктового грохота для классификации лигатуры в ОАО «Уралредмет». Теплофизические испытания промышленного образца импульсного линейного двигателя для резонансного грохота подтвердили обоснованность принятых конструктивных решений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Закаменных, Алексей Юрьевич, 2008 год

1. Потураев В.Н. Резонансные грохоты/В.Н. Потураев. - М.: ЦНИЭИ-уголь, 1963.-94 с.

2. Спиваковскнй А.О. Горнотранспортные вибрационные машины /

3. A.О. Спиваковский И.Ф. Гончаревич. М.: Углетехиздат, 1959. — 219 с.

4. Иофин C.JI. Опыт создания и применения вибрационных механизмов для выпуска и доставки руды / C.JI. Иофин, Ю.И. Кудрявцев,

5. B.Е. Сергеев, В.В. Шкарпетин. — М.: Цветметинформация, 1971. 86 с.

6. Литвак А.Г. Резонансный грохот для обезвоживания угольного шлама / А.Г.Литвак, В.Н.Потураев, Ф.И.Марковский //Кокс и химия. М, 1960. -№5.- С. 17-21.

7. Спиваковский А.О. Вибрационные конвейеры, питатели и вспомогательные устройства / А.О. Спиваковский, И.Ф. Гончаревич. М.: Машиностроение, 1972.-326 с.

8. Обогатительное оборудование: отраслевой каталог 18-2-82. — Часть 2 /ЦНИИТЭИтяжмаш.-М, 1982.- 103 с.

9. Lindner G, Forderrinnen. Die Fordertechnick. — 1912. Heft 2.

10. Левенсон Л.Б. Машины для обогащения полезных ископаемых/ Л.Б.Левенсон. -М.-Л.: Госмашметиздат, 1933. 323 с.

11. Левенсон Л.Б. Дробление, грохочение полезных ископаемых / Л.Б. Левенсон, Б.И. Прейгерзон. М.-Л. .: Гостоптехиздат, 1940. — 771 с.

12. Левенсон Л.Б. Дробильно-сортировочные машины и установки / Л.Б. Левенсон, П.М. Цигельный. М.: Госстройиздат, 1952. — 562 с.

13. Терсков Г.Д. Движение тела на наклонной плоскости с продольными колебаниями /Г.Д.Терсков// Изв. Томского индустриального института им. С.М. Кирова, 1937. Том 56. - Вып. IV.

14. Бауман В. А. Исследование вибрационного питателя /В.А.Бауман//Сб. тр. Ленинградского института механизации строительства (ЛИМС). Л.-М.: Стройиздат, 1939.

15. Гончаревич И.Ф. Теория вибрационной техники и технологии / И.Ф. Гончаревич К.В. Фролов. М.: Наука, 1981. - 320 с.

16. Осмаков С.А. Приближенный способ определения средней скорости движения частицы по горизонтальной вибрирующей плоско-сти/С.А.Осмаков// Известия вузов. Строительство и архитектура. 1958. -№5.

17. Klockaus W. Fordergeschwindigkeit von Schwingrinnen und Schwingsiebe /W.Klockaus// Erdöl und Kohle. 1952. - № 8.

18. Олевский B.A. Кинематика грохотов/В.А.Олевский. JI.-M.: ГНТИ, 1941. - Часть I и II.-156 с.

19. Олевский В.А. Параметры режима и производительности грохотов/ В.А.Олевский // Обогащение руд. 1967-№3 (69). - С. 31-37.

20. Блехман И.И. О выборе основных параметров вибрационных кон-вейеров/И.И.Блехман // Обогащение руд. Л.: Механобр, 1959. - №2.

21. Блехман И.И. Вибрационное перемещение / И.И. Блехман, Г.Ю. Джанелидзе. -М.: Наука, 1964. -410 с.

22. Блехман И.И. Синхронизация динамических систем./ И.И. Блехман. -М.: Наука, 1971.-896 с.

23. Блехман И.И. Исследование процесса вибросепарации и вибротранспортировки/И.И. Блехман // Инженерный сборник. 1952. Т. XI.

24. Блехман И.И. Вопросы расчета и проектирования вибрационных конвейеров / И.И. Блехман // Труды IV научно-технической сессии Института «Механобр». Л, 1961.

25. Блехман И.И. Об эффективных коэффициентах трения при вибрациях / И.И.Блехман, Г.Ю.Джанелидзе // Известия АН СССР, ОТН. 1958. -№7.

26. Брусин В.А. К теории вибротранспортировки /В.А.Брусин/ Известия вузов. Радиофизика. 1960. — Т. III. — Вып. 3.

27. Потураев В.Н. Вибрационные транспортирующие машины /

28. В.Н. Потураев, В.Н. Франчук, A.B. Червоненко. М.: Машиностроение, 1964.-214 с.

29. Быховский И.И. Основы теории вибрационной техники. /И.И.Быховский//-М.: Машиностроение, 1969. 142 с.

30. Гончаревич И.Ф. Определение скорости вибротранспортирования вибрационного питателя-грохота / И.Ф. Гончаревич, A.B. Юдин // Тр. ИГД Минчермета. Свердловск, 1970. -№25. - Ст. 172-176.

31. Гончаревич И.Ф. Динамика вибрационного транспортирования. /И.Ф.Гончаревич М.: Наука, 1972. - 243 с.

32. Быховский И.И. Основы теории вибрационной техники / И.И.Быховский.-М.: Машиностроение, 1969.-363 с.

33. Гончаревич И.Ф. Вибрационные грохоты и конвейеры / И.Ф. Гончаревич, В.Д. Земсков, В.И. Корешков. -М.: Госгортехиздат, 1960. 145 с.

34. Спиваковский А.О. Вибрационные конвейеры, питатели и вспомогательные устройства / А.О. Спиваковский, И.Ф. Гончаревич. М.: Машиностроение, 1972.-326 с.

35. Юдин A.B. Тяжелые вибрационные питатели и питатели-грохоты для горных перегрузочных систем/А.В.Юдин. Екатеринбург: Изд-во УГГ-ГА, 1996. - 188 с.

36. Юдин A.B. Скорость движения материала на вибрационном колосниковом грохоте / A.B. Юдин, И.Ф. Гончаревич, А.Н. Шилин // Обогащение руд. JL, 1969. - №4. - С. 108-110.

37. Спиваковский А.О. Вибрационные и волновые транспортирующие машины / А.О. Спиваковский, И.Ф. Гончаревич. М.: Наука, 1983 - 382 с.

38. Вайсберг JI.A. Проектирование и расчет вибрационных грохотов /Л.А.Вайсберг. — М.: Недра, 1986. 97 с.

39. Юдин A.B. Скорость движения материала на вибрационном колосниковом грохоте / A.B. Юдин, И.Ф. Гончаревич, И.Ф. Шилин //Обогащение руд.-Л., 1969.-№4 (82). С. 18. 19.

40. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы / под ред. О.С. Богданова и др.. — М.: Недра, 1982. 365 с.

41. Нагаев Р.Ф. Периодические режимы вибрационного перемещения/Р.Ф.Нагаев. -М.: Наука, 1978. 152 с.

42. Барон Л.И. Горнотехнологическое породоведение. Предмет и способы исследований/Л.И.Барон. — М.: Наука, 1977. — 301 с.

43. Барон Л.И. Характеристики трения горных пород/Л.И.Барон. М.: Наука, 1967.-206 с.

44. Афанасьев А.И. Анализ энергозатрат резонансных вибротранспортных машин / А.И. Афанасьев, А.Ю. Закаменных // Известия вузов. Горный журнал. Екатеринбург, 2008. - № 8. - С. 21-22.

45. Крюков Б.И. Динамика вибрационных машин резонансного типа/Б.И.Крюков. -Киев: Наукова думка, 1967. 212 с.

46. Чиркова A.A. Исследование взаимосвязи электромеханических и силовых параметров магнитно-индукционного линейного импульсного двигателя /А.А.Чиркова// Известия вузов. Горный журнал. — 2005. — №6. — С. 101-106.

47. Афанасьев А.И. Параметры рабочего процесса магнитно-индукционного импульсного двигателя вибогрохота / А.И. Афанасьев, A.A. Чиркова // Известия вузов. Горный журнал. 2007. - № 7. -С. 94-98.

48. Импульсный электромагнитный привод /под ред. Н.П. Ряшенцева. — Новосибирск: Наука, 1988. — 163 с.

49. Ряшенцев Н.П. Введение в теорию энергопреобразования электромагнитных систем / Н.П. Ряшенцев, А.Н. Мирошниченко. — Новосибирск:1. Наука, 1987.- 157 с.

50. Ряшенцев Н.П. Динамика электромагнитных импульсных систем / Н.П. Ряшенцев, Ю.З. Ковалев. — Новосибирск: Наука, 1974. -186 с.

51. Электромагнитные импульсные системы / под ред. Н.П. Ряшенцева. -Новосибирск, Наука, 1989. 176 с.

52. Ряшенцев Н.П. Теория, расчет и конструирование электромагнитных машин ударного действия / Н.П. Ряшенцев, Е.М. Тимошенко, A.B. Фролов. Новосибирск: Наука, 1970. - 258 с.

53. Алабужев П.М. Теория подобия и размерностей. Моделирова-ние/П.М.Алабужев. -М.: Наука, 1968. 124 с.

54. Гордон A.B. Электромагниты постоянного тока / Гордон A.B. и др.. -М.: Госэнергоиздат, 1960.-446 с.

55. Гансбург Л.Б. Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов: справочник/ Л.Б. Гансбург, А.И. Федоров. — М.: Машиностроение, 1980.-364 с.

56. Тер-Акопов А.К. Динамика быстродействующих электромагни-тов/А.К.Тер-Акопов. — М.: Энергия, 1965. — 167 с.

57. Могилевский Г.В. Гибридные электрические аппараты низкого напряжения/Г.В.Могилевский. М.: Энергоиздат, 1966. - 232 с.

58. Любчик М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов/М.А.Любчик. М.: Энергия, 1974. — 392 с.

59. Русин Ю.С. Расчет электромагнитных систем/Ю.С.Русин. Л.: Энергия, 1968.- 131 с.

60. Митропольский А.К. Техника статистических исследова-ний/А.К.Митропольский. М.: Наука, 1971. - 576 с.

61. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул/Е.Н.Львовский. -М.: Высшая школа, 1982. 224 с.

62. Андерсон Т. Введение в многомерный статистический анализ/Т.Андерсон; пер. с англ. Б.В. Гнеденко. — М.: Физматгиз, 1963. 348 с.

63. Румшинский JI.3. Математическая обработка результатов экспери-мента/Л.З.Румшинский. М.: Наука, 1971. - 176 с.

64. Справочник по теории вероятности и математической статистике. — Киев: Наукова Думка, 1978. 256 с.

65. Хартман К. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов / К. Хартман, Э. Лецкий. М.: Мир, 1977. - 552 с.

66. Леман Э. Проверка статистических гипотез/Э.Леман; пер. с англ. Ю.В. Прохорова. М.: Наука, 1964. - 315 с.

67. Зельдович Я.Б. Элементы прикладной математики / Я.Б. Зельдович, А.Д. Мышкис. -М.: Наука, 1967. 646 с.

68. Гутер P.C. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта / P.C. Гутер, Б.В. Овчинский. М.: Наука, 1970. -432 с.

69. Обогатительное оборудование: отраслевой каталог 18-2-82. Часть 2.-М., 1982.- 103 с.

70. Хвингия М.В. Динамика и прочность вибрационных машин с электромагнитным возбуждением/М.В.Хвингия. — М.: Машиностроение, 1980. -143 с.

71. Вибрации в технике: справочник в 6-ти томах. — Т. 1. Колебания линейных систем / под ред. В.В. Болотина- М.: Машиностроение, 1978. — 352 с.

72. Вибрации в технике: справочник в 6-ти томах. — Т. 6 / под ред. К.В. Фролова. М.: Машиностроение, 1981. - 456 с.

73. Тимошенко, С.П. Колебания в инженерном деле. М.: Наука, 1967. - 242 с.

74. Безухов Н.И. Устойчивость и динамика сооружений / Н.И. Безухов, О.В.Лужин, Н.В. Колкунов. М.: Высшая школа, 1987. — 264 с.

75. Закаменных А.Ю. Стохастическая модель вибротранспортирования горной массы в вибропитателе-грохоте/А.Ю.Закаменных// Известия вузов. Горный журнал. — Екатеринбург, 2008 г. №8. - С. 110-112.

76. Олевский В.А. Конструкции расчеты грохотов: справочное пособие/В .А. Олевский. -М.: ГНТИЗ, 1955. 128 с.

77. Горная техника 2004: каталог-справочник. Дробильно-размольное и обогатительное оборудование. — М.: Изд. Конгресса обогатителей стран СНГ,2004.- 153 с.

78. Горная техника 2005: каталог-справочник. Дробильно-размольное и обогатительное оборудование. — М.: Изд. Конгресса обогатителей стран СНГ,2005.-201 с.

79. Горная техника 2007: каталог-справочник. Дробильно-размольное и обогатительное оборудование. — М.: Изд. Конгресса обогатителей стран СНГ, 2007.-201 с.

80. Чиркова A.A. Исследование взаимосвязи электромеханических и силовых параметров магнитно-индукционного линейного импульсного двигателя /А.А.Чиркова// Известия вузов. Горный журнал. 2005. - №6. - С. 101106.

81. Афанасьев А.И. Экспериментальные исследования тепловой на-груженности линейного двигателя горных и обогатительных машин /А.И.Афанасьев// Известия вузов. Горный журнал. — 2008. №1. - С. 94-98.

82. Третьяк Г.Т. Основы тепловых расчетов электрических аппаратов/ Г.Т.Третьяк, Н.Е. Лысов. М.: Энергия, 1935. - 156 с.

83. Расчет электромагнитных элементов источников вторичного электропитания/ А.Н. Горский, Ю.С. Русин, Н.Р. Иванов, Л.А.Сергеева. М.: Радио и связь, 1988. - 176 с.

84. Русин Ю.С. Трансформаторы звуковой и ультразвуковой часто-ты/Ю.С.Русин. Л.: Энергия, 1973. - 151 с.

85. Русин Ю.С. Проектирование индуктивных элементов приборов /Ю.С. Русин A.M. Чепарухин . Л.: Машиностроение, 1981. - 172 с.

86. Дульнев Г.Н., Теплообмен в радиоэлектронных устройствах/Г.Н. Дульнев. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 288 с.

87. Дульнев Г.Н. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах / Г.Н.Дульнев, И.Н.Семяшкин. Л.: Энергия, 1968. — 360 с.

88. Гончарук А.И. Расчет и конструирование трансформато-ров/А.И.Гончарук. -М.: Энергоатомиздат, 1990. -256 с.

89. Андреев С.М. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых/ С.М. Андреев, В.В. Зверевич, В.А. Перов. М.: Недра, 1966. -215 с.

90. Таггарт А.Ф. Справочник по обогащению полезных ископаемых. Том 2/ А.Ф.Таггарт. М.: Металлургиздат, 1960. — 435 с.

91. Степанов Л.П. Определение технологических параметров виброгрохотов. /Л.П.Степанов// Труды ВНИИСтройдормаш. Том 32. -1963.- С. 187-192.