Совершенствование конструкции и анализ работы одновалковых дробильных машин с целью повышения их производительности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат наук Медведева Ксения Сергеевна

• Медведева Ксения Сергеевна
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Медведева Ксения Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ ДРОБЛЕНИЯ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ ДРОБИМЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1 Обзор наиболее часто применимых подходов и приёмов разрушения хрупких материалов

1.2 Обзор развития гипотез разрушения материалов при дроблении

1.3 Конструкции валковых дробилок

1.4 Конструкция и принцип действия роторных дробилок

1.5 Производительность валковых дробилок

Выводы и постановка задач исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ДРОБЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ В ОДНОВАЛКОВОЙ ДРОБИЛЬНОЙ МАШИНЕ

2.1 Условия захвата дробимого куска в одновалковой дробильной машине с наклонной поверхностью щеки

2.2 Определение степени дробления материала в одновалковой дробильной машине с наклонной щекой

2.3 Определение степени дробления материала в одновалковой дробильной машине с упором на валке

2.4 Силовой анализ процесса разрушения хрупких материалов в одновалковой дробильной машине с упором на валке

2.5 Силовой анализ процесса разрушения хрупких материалов в одновалковой дробильной машине с упором на валке с наклонной щекой

2.6 Определение напряжений, возникающих в разрушаемом куске при дроблении в одновалковой дробильной машине

Выводы по главе 2:

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДРОБЛЕНИЯ В ОДНОВАЛКОВОЙ ДРОБИЛЬНОЙ МАШИНЕ С УПОРОМ НА ВАЛКЕ

3.1 Описание опытно-экспериментальной установки

3.2 Разрушение образцов из изотропного материала

3.2.1 Силовые характеристики процесса дробления образцов из изотропного материала

3.2.2 Характер разрушения образцов из изотропного материала в одновалковой дробильной машине с упором на валке

3.2.3 Анизотропные материалы и процесс их разрушение в одновалковой дробильной машине с упором на валке

Выводы по главе

4. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОДНОВАЛКОВОЙ ДРОБИЛЬНОЙ МАШИНЫ

4.1 Влияние коэффициента трения на производительность одновалковой дробильной машины с наклонной щекой

4.2 Метод расчета количества упоров на валке

4.3 Сравнительный анализ производительности валковых дробильных машин97

4.4 Влияние коэффициента трения между дробимым материалом и щекой в одновалковой дробильной машине с упором на величину сил, действующих на дробимый кусок

4.5 Расчет мощности привода одновалковой дробильной машины с упором на валке

4.6 Методика проектирования одновалковых дробильных машин с упором на валке

4.7 Апробация результатов диссертационной работы

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование конструкции и анализ работы одновалковых дробильных машин с целью повышения их производительности»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Развитие металлургической промышленности страны тесно связано с ростом объемов используемого минерального сырья, являющегося исходным компонентом для различных технологических процессов, при этом должен соблюдаться соответствующий фракционный состав рудных и нерудных материалов. Для получения необходимого размера фракции сырья применяются различные агрегаты. Поскольку подавляющее большинство шихтовых материалов, используемых в металлургии, являются хрупкими, поставленная задача решается путем дробления исходных кусков большого размера.

Расход энергии на дробление минерального сырья при рудо - и углеподготовке для ведения металлургических процессов, в мировом энергетическом балансе составляет более 5 %. Такой расход энергии в большей степени предопределен высокой энергоемкостью непосредственно процесса дробления, основанного на сжатии разрушаемых кусков. Существующие конструкции дробильных машин и способы дробления имеют ряд существенных недостатков, связанных с высокой энергоемкостью, относительно низкой производительностью процесса дробления и переизмельчением дробимого материала. Перспективным является направление совершенствования конструкций дробильных машин, основанное на реализации способов дробления высокой производительности, генерирующих в разрушаемых кусках сложное напряженное состояние посредством одновременно действующих нормальных и касательных напряжений. В связи с этим разработка научных, методологических основ создания новых конструкций дробильных машин и повышение эффективности существующих, является важной и актуальной научно-практической задачей.

Степень разработанности темы исследования. Наибольший вклад в изучение теорий и процессов дробления внесли: П.В. Риттингер, В. А. Бауман,

В. Л. Кирпичев, А. Кик, Ф. Бонд, П. А. Ребиндер, А. Гриффитс, С.Е. Андреев, Б.В. Клушанцев, Ю.А. Муйземнек, Л.А. Вайсберг и др.

Развитие теории дробления связывается с уточнением закономерностей процесса разрушения рудных и нерудных материалов, разработкой научных и методологических основ повышения производительности машин с минимальными удельными энергозатратами дробления, так как удельный расход энергии на единицу получаемой продукции является одним из основных технико - экономических показателей дробильных машин.

Работа выполнена в соответствии с планом научно - исследовательских работ ФГБОУ ВО «Сибирский государственный индустриальный университет».

Цель работы. Разработка конструкции и методов расчета одновалковых дробильных машин повышенной производительности, обеспечивающих создание в разрушаемом материале сложного напряженного состояния.

Задачи исследования:

1. Развить теоретические основы повышения производительности одновалковых дробильных машин при соблюдении условия формирования в разрушаемом материале сложного напряженного состояния.

2. Определить степень дробления в одновалковой дробильной машине с упором на валке и принудительной подачей разрушаемого материала в зону дробления.

3. Провести силовой анализ процесса разрушения хрупких материалов в одновалковой дробильной машине с наклонной щекой и с упором на валке для определения напряжений, возникающих в дробимом куске.

4. Спроектировать и изготовить опытно-экспериментальную установку дробильной машины повышенной производительности, позволяющую создать в дробимом материале сложное напряженное состояние, возникающее при совместном действии нормальных и касательных напряжений, с принудительной подачей разрушаемого материала в зону дробления.

5. Установить закономерности разрушения исходного материала и получаемого фракционного состава в процессе дробления при различной величине зазора между щекой и валком, оснащенным упором.

6. Определить влияние коэффициента трения между дробимым материалом и щекой в одновалковой дробилке с упором на валке на величину сил, действующих на дробимый кусок.

7. Провести сравнительный анализ производительности двух - и одновалковой дробилок, в том числе с упором на валке.

8. Разработать методику расчета установочной мощности привода одновалковой дробилки с принудительной подачей разрушаемого материала в зону дробления.

Научная новизна.

1. Разработаны научные и методологические основы повышения производительности одновалковых дробильных машин посредством конструктивных решений, обеспечивающих принудительную подачу разрушаемого материала в зону дробления и формирования в исходном куске сложного плоского напряженного состояния, при котором возникают нормальные и касательные напряжения.

2. Определена степень дробления, установлены и научно обоснованы закономерности влияния различных факторов на фракционный состав получаемого в процессе дробления материала для одновалковых дробильных машин с принудительной подачей разрушаемых кусков в зону дробления.

3. Установлено влияние коэффициента трения между дробимым материалом и щекой в одновалковой дробильной машине с упором на валке на величину сил, действующих на дробимый фрагмент.

4. Получено аналитическое выражение для расчета установочной мощности привода одновалковой дробильной машины с принудительной подачей разрушаемого материала в зону дробления.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Разработаны, защищенные патентами, конструкции одновалковых дробильных машин с принудительной подачей разрушаемого материала в зону дробления, позволяющие увеличить производительность энергоэффективных одновалковых дробильных машин с гладкими валками (Патенты Российской Федерации на изобретения № 2583096 «Валковая дробилка», № 2603923 «Валковая дробилка»). Конструктивно обеспечено условие создания сложного напряженного состояния в разрушаемом теле во время работы одновалковой дробилки с принудительной подачей перерабатываемого материала в зону разрушения. Разработанная конструкция одновалковой дробильной машины с упором на валке рекомендована к промышленному внедрению в ООО «Регионстрой».

Результаты проведенного исследования используются в учебном процессе при подготовке обучающихся по направлению 15.03.02 «Технологические машины и оборудование».

Методология и методы исследования. В работе используются методы теоретического анализа с использованием классических положений евклидовой геометрии, законов механики разрушения и теории сопротивления материалов.

Степень достоверности результатов обеспечена использованием апробированных методов исследования, сочетанием методов теоретического анализа, сходимостью данных физического моделирования и теоретических исследований.

На защиту выносятся:

1. Конструкция энергоэффективной одновалковой дробилки с упором на валке, в которой использование упора позволяет осуществлять принудительную подачу разрушаемого материала в зону дробления, и обеспечить увеличение производительности.

2. Результаты силового анализа процесса разрушения хрупких материалов в одновалковой дробильной машине с наклонной щекой и упором на валке, подтверждающие, что в дробимом куске возникает сложное напряженное

состояние при совместном действии нормальных и касательных напряжений.

3. Результаты экспериментальных исследований закономерностей разрушения исходного материала и получаемого фракционного состава в процессе дробления при различной величине зазора между щекой и валком, оснащенным упором.

4. Результаты сравнительного анализа производительности двух - и одновалковой дробилок, в том числе с упором на валке.

5. Методика расчета установочной мощности привода одновалковой дробилки с принудительной подачей разрушаемого материала в зону дробления.

Личный вклад автора состоит в критическом анализе литературных данных, планировании и проведении теоретических и экспериментальных исследований, создании конструкций одновалковых дробильных машин повышенной производительности, анализе, обработке и обобщении полученных результатов, формулировке основных выводов и положений, выносимых на защиту.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Диссертационная работа по своим целям, задачам, содержанию и научной новизне соответствует паспорту специальности 05.02.13 Машины, агрегаты и процессы (металлургического производства) по пунктам: 1. Разработка научных и методологических основ проектирования и создания новых машин, агрегатов и процессов; 3. Теоретические и экспериментальные исследования параметров машин и агрегатов; 5. Разработка научных и методологических основ повышения производительности машин, агрегатов и процессов.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: XIX Международной научно - технической конференции «Металлургия: технологии, инновации, качество» (г. Новокузнецк, 2015 г.); Международной научно - практической конференции «Наукоёмкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (г. Новокузнецк, 2017 г.); XV, XVII Международной научно - технической конференции

«Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» (г. Екатеринбург, 2017, 2019 г.).

Публикации. Результаты диссертационного исследования опубликованы в 10 печатных работах, в том числе 3 статьях в рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ, а также в 1 статье в журнале, входящем в базу данных Scopus. По результатам работы получено 2 патента на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов и приложений. Изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 58 рисунков, 2 таблицы, список использованных источников из 80 наименования.

1. АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ ДРОБЛЕНИЯ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ ДРОБИМЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Вследствие роста потребления минерального сырья уровень его мирового спроса ежегодно растет на 3 - 8% [1]. Все технологическое оборудование создается для ведения какого - либо процесса, при этом развитие процесса происходит быстрее, чем совершенствование оборудования, поэтому первоначальные параметры оборудования перестают удовлетворять изменившимся потребностям. Это дает толчок к развитию техники, а рост потребления готовой продукции влечет за собой необходимость повышения производительности агрегатов.

В металлургическом, горном, строительном и других индустриальных производствах перерабатывают материалы в значительных объемах, для их дальнейшего использования, при этом класс крупности также имеет значительную градацию. Получение заданной крупности, происходит при измельчении фрагментов больших габаритов на дробильных машинах.

Наибольший вклад в изучение процессов дробления внесли: П.В. Риттингер, С.Е. Андреев, В. А. Бауман, В. Л. Кирпичев, А. Кик, Ф. Бонд, П. А. Ребиндер, А. Гриффитс, Б.В. Клушанцев, Ю.А. Муйземнек и др.

Дробление хрупких пород, используемых в металлургии: ферросплавов, металлургического шлака, агломерата и других, служит толчком для поиска новых решений в усовершенствовании подходов направленных на снижение энергозатрат и увеличение качества готовой продукции. Решая проблему негативного воздействия конструкции машин на производимый продукт, посредствам усовершенствования конструкций и технологий дробления [2].

В металлургии фракционный состав дробленого материала кокса, агломерата, угля оказывает существенное влияние на ход технологического

процесса. Так, исследование влияния крупности агломерационного топлива на процесс агломерации [3], которое проводилось через изменение выхода годного агломерата показало, что увеличение крупности кокса с 0 - 0,4 до 0,4 - 1 мм вело к возрастанию выхода годного с 68,5% до 74,0%. Данные закономерности объясняются изменением газопроницаемости слоя шихты в условиях использования коксовой мелочи различной крупности, причём переизмельчение топлива приводило к резкому снижению исходной скорости фильтрации воздуха через слой в связи с уменьшением среднего размера гранул окомкованной шихты, что согласуется с данными работы [4].

В исследованиях, выполненных НМетАУ установлено [5], что по мере возрастания крупности топлива с 0,5 до 3,5 мм отношение оксида углерода (II) и оксида углерода (IV) в отходящих газах уменьшается, т.е. растет полнота сжигания углерода. При полном удалении из топлива мелких фракций (0 - 0,5 мм) его расход удалось снизить на 15,2%, а концентрацию оксида углерода (II) на 17,6%. Максимальная удельная производительность агломашины

(1,246 т/(м ч))

получена с использованием коксовой мелочи фракции 0,56 - 3 мм, против 0,775 т/(м ч) при использовании фракции 0 - 0,56 мм [6].

Особенностью ферросплавного производства является тот факт, что после дробления фракция меньше 5 мм готового продукта уходит в неиспользуемый отсев, при этом объем отсева составляет порядка 10%.

1.1 Обзор наиболее часто применимых подходов и приёмов разрушения хрупких материалов

Определение хрупкого разрушения материалов определяется деструкцией твердых образцов и увеличение образованных в них разломов, кратеров, трещин. Для того, чтобы в полной мере иметь представление о дроблении образцов и контролировать способы их разрушения, иметь представление о большинстве

решения практических задач, следует уделить внимание теории хрупкого разрушения.

Разрушение материала происходит при преодолении предельного значения нагрузки, прикладываемой к телу. Как известно, тело в состоянии покоя состоит из микрочастиц, расположенных на одинаковых промежутках друг от друга. Расстояние сохраняется при температуре и давлении, характерных для конкретного материала. Межатомные взаимодействия, точнее кулоновская сила внутри тела, создает его прочность. Когда расстояние изменяется, происходит сближение или отдаление частиц друг от друга, происходит изменение сил действующих внутри тела, в том числе и электростатической силы. Это происходит, когда на тело из вне прикладывают силу, которая перераспределяется во внутреннюю, в свою очередь последняя старается возвратить частицы в исходное положение. При превышении критической разрушающей нагрузки происходит разрушение материала.

В зависимости от характера разрушающей нагрузки дробление кусков хрупкого материала может происходить за счет механизма раскалывания или раздавливания [7]. Площадь разрушаемого тела при раскалывании значительно больше, чем площадка, на которую прикладывается сила, необходимая для его разрушения О2 » 5 (рисунок 1.1 а). Таким образом, происходит развитие спрессованных точек, в количестве 2 штук, в площадках, где была приложена нагрузка. Поперечное расширение ядер вызывает растягивающие напряжения а, под действием которых возникает и развивается продольная трещина С. Далее материал раскалывается на фрагменты, после преодоления критического напряжения. Также используется разрушение материала клиньями, в таком случае на кусок подается сосредоточенная линейная сила, под действием которой он раскалывается пополам.

а

Рисунок 1.1 - Модель, наглядно отражающая принципы раскалывания и

раздавливания (а, б)

Однако, при сравнении однородно приложенной нагрузки, для получения в дальнейшем результата появления фрагментов определенной формы, используют раздавливание. Как показано на рисунке 1.1 б, приложенная сила единообразно действует на разрушаемый материал. Следует отметить, что при данном нагружении в образце возникают касательные напряжения, предельное скапливание которых происходит под углом 90°/2, по отношению к действию сжимающих напряжений. Эта гипотеза достаточно точно изложена в теории Гриффитса [8]. Она заключается в происхождении трещины, под действием небольшого нагружения, в месте среди точек концентрации сжатия, а точнее всего пути ее возникновения. Результат этого, образование двух кусков в виде конусов, и высыпание оставшегося материала, который находился между кусками.

Следует отметить, что для концепции критерия наибольших нормальных напряжений, то есть первого критерия прочности Галилея, служит подход, при котором происходит превышение предела прочности растягивающим усилием, которое и служит источником происхождения трещин.

Представленные способы разрушения материала свойственны для локального куска, при плавной подаче нагрузки, но стоит отметить, что в производственных условиях дробление складывается из комбинации множества способов раздавливания и раскалывания. Также взрыв, является одним из способов дробления хрупких материалов, данная техника разрушения описана у В. А. Падукова [10]. О. Г. Латышев описал происхождение множества единичных точек уплотнения, вызванных ударом, при котором кусок распадается на большое количество фрагментов [9].

Второй критерий прочности (Мариотт, 1682г.) - критерий наибольших относительных удлинений. Он объясняет явление, при котором увеличение нагружения, которое дает толчок к развитию трещин на площадках, линии, действия которых проходят параллельно действию сжимающего усилия, материал сохраняет свою несущую способность. Объясняет это работа механизма межзеренного скольжения, когда разрыв между частицами осуществляется по средствам разницы в упругости минеральных зерен. При этом критическая продольная деформация сжатия равна:

*сж = -, (1.1)

V

где еР - наибольшее главное удлинение по критерию Мариотта; v -

коэффициент запаса прочности.

Условие образования продольных трещин приближенно можно записать в

виде:

—

°СЖ ~ —. (1.2)

У

При дальнейшем росте напряжений вступает в действие классический механизм раздавливания, и разрушение определяется предельными касательными напряжениями в площадках под углом 45° к линии действия нагрузки (III теория прочности) [11]. Предел прочности на одноосное сжатие является характеристикой, при которой хрупкая порода разрушается, теряя свою несущую способность.

Рост трещин приводит к разрушению твердых тел. Тело, в котором присутствуют повреждения целостности поверхности, вследствие его нагружения из вне, будет оставаться в исходном состоянии до того момента, пока нагрузка на него не превысит критического значения. Далее при возрастании нагружения, образец разрушится на части, по причине увеличения числа трещин.

Влияние времени воздействия нагрузки на прочность твердого тела описывает кинетическая теория прочности академика С.Н. Журкова [12]. Концентрация напряжений происходит возле дефекта, который возник точечно. Ионы, колеблющиеся в район равновесного положения, при отклонении на небольшие расстояния Да, при действии тепловых флуктуаций, в некоторый период времени отдаляются на расстояние превышающее значение Да. Если в твердом теле действует растягивающее напряжение, то оно фиксирует расхождение ионов, и они уже не могут возвратиться в положение равновесия. Этот дефект под действием растягивающих напряжений и тепловых флуктуаций развивается, превращаясь в конечном итоге в трещину.

Величина затрат энергии при дроблении фрагментов хрупких пород отличается в зависимости от характера разрушения - это сжатие или удар. Разница необходимой энергии в 1,5 раза больше для сжатия [13].

В промышленности используются дробилки для разрушения материалов сжатием (валковые, щековые, конусные) и ударом (роторные, молотковые) (таблица 1.1), поэтому свойства дробимости на уровне количественных оценок и характеристик дробимости изучены для этих двух видов разрушающего воздействия [14].

Дробилки ударного действия имеют существенный недостаток, который выражается в том, что лишь 25 - 30 % готового продукта получаются с заданным диапазоном крупности [15].

Таблица 1.1 - Типы дробилок

Тип дробилки Вид разрушающего воздействия Местоположение исходного материала

Щековая раздавливание, раскалывание, частичное истирание пространство между двумя щеками при их периодическом сближении

Конусная раздавливание, излом, частичное истирание пространство между двумя коническими поверхностями, одна из которых движется эксцентрично по отношению к другой, осуществляя непрерывное дробление материала

Валковая раздавливание, истирание пространство между двумя валками, вращающимися один навстречу другому

Молотковая удар, истирание пространство под шарнирно подвешенными молотками

Роторная удар пространство между жестко прикрепленными к ротору билами, между отражательными плитами

1.2 Обзор развития гипотез разрушения материалов при дроблении

В России для сбережения денежных средств, достаточно грамотно распределить пути движения энергетических потоков. В промышленной сфере, огромная часть затрат энергии распределяется на производственные предприятия, в которых происходят процессы обработки материалов (дробление и переработка). Стоит также отметить, что существенная доля энергетических ресурсов уходит в воздух, не производя никакой работы, из-за неточности конструкции дробильных машин в частности (как пример, нерациональные формы рабочих органов), недостатки в системах привода.

Кусок хрупкого материала - это тело, форма которого при разрушении не сопровождается значительными изменениями. Процесс разрушения отдельного куска следует обозначить понятием - аддитивный процесс. И.Б. Шлаин доказал данный подход при разрушении тела в дробильных машинах [16]. Доказав, что при действии двухстороннего сжатия происходит разрушение каждого хрупкого

куска, не принимая во внимание местоположение в зоне дробления остальных фрагментов. Общий цикл способа разрушения каждого фрагмента до необходимой величины фракции складывается из частных ступеней дробления фрагментов идущих друг за другом без перерывов, до конечной крупности. Работа, выполняемая на каждом этапе дробления, служит для расчета затрат энергии полного процесса разрушения от первоначального материала до конечной заданной фракции [17].

Исследованием энергоемкости процесса дробления занимаются давно. В 1867 г. профессор П.В. Риттингер впервые выдвинул гипотезу о том, что работа А, затраченная при дроблении или измельчении исходного материала, прямо пропорциональна вновь образованной поверхности Б [18]:

А = К -АР, (1.3)

где К - коэффициент пропорциональности; ЛР - приращение поверхности.

Представленная выше гипотеза получила название первого закона дробления.

Размеры вновь образованной поверхности можно выразить через начальные и конечные размеры дробимого фрагмента. Если рассматривать дробимый фрагмент материала кубической формы со стороной Э, то площадь стороны куба равна П2, а, так как, у куба шесть граней, то поверхность фрагмента кубической

формы будет 6 Б2. При измельчении этого фрагмента до размера с1 со степенью

дробления / = ^^, получим 13 кубиков, каждый из которых имеет поверхность 6d2. В этом случае вновь образованная поверхность АР:

АР = Ы2 • г3 - 6Б2 = ^^^ - 6Б2 = 6Б2 (/ -1). (1.4)

Значит, по закону Риттингера, работа, необходимая для дробления одного фрагмента размером & равна:

А = К -АР = К • 6П 2(г -1), (1.5)

или

А = Кх В 2(1 -1). (1.6)

Использовать данную формулу на практике весьма затруднительно, поскольку коэффициент пропорциональности К, связывающий затраченную работу и приращение поверхности зависит от характеристик материала и способа его дробления.

Этот коэффициент пропорциональности широко применяется в различных гипотезах дробления и математических зависимостях для определения работы измельчения фрагментов хрупких пород. Его физический смысл заключается в возможности учета физико-механических свойств и характеристик дробимого материала. Важным является допущение о постоянстве свойства фрагментов хрупкой породы. В связи с этим и коэффициент К остается постоянным. Изменение значения коэффициента, например в связи с нестабильностью размеров разрушаемых фрагментов, приведет к нарушению корректности математических выражений представленных выше гипотез [19].

Результаты экспериментальных исследований процессов измельчения свидетельствуют о корректности гипотезы Риттингера в интервале значений

2 3

удельной поверхности продуктов измельчения 250 - 1000 мм /мм [18]. При меньших или больших значениях удельной поверхности наблюдается нарушение пропорциональность увеличения удельной поверхности и расхода энергии на измельчение [20].

Существующие теории прочности имеют определенные области применения в зависимости от возникающего напряженного состояния и свойств материала [21]. Их применение без учета этих факторов приводит к значительным расхождениям теоретических (расчетных) и экспериментальных данных. Аналогичная ситуация наблюдается и в применении гипотез дробления, области использования которых ограничены преимущественным способом разрушения массы фрагментов. В связи с этим существуют различные модификации и уточнения зависимости Риттингера. В частности В.А. Олевским [22] введены коэффициенты, учитывающие влияние крупности различных дробимых материалов на удельный расход энергии. С их использованием удельная поверхность Б может быть рассчитана по соотношению

5 = К0А • ^{С/ А), (1.7)

где Б - удельная поверхность; К0,С - коэффициенты, имеющие постоянное значение во всем диапазоне крупности; А - удельный расход энергии.

Для практического применения этой зависимости необходимы данные об удельных расходах энергии на дробление.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Медведева Ксения Сергеевна, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Экономический рост и проблемы потребления минеральных ресурсов в мировой экономике // Личный финансовый университет : сайт. - URL: http://finuni.ru/yekonomicheskiy - rost - i - problemy - potrebleniya - minerai -resursov - v - mirovoy - ekonomike/ (дата обращения: 20.03.2019).

2. Масленников, В. А. Дробилки разрушающие материал сжатием / В. А. Масленников // Известия вузов. Горный журнал. - 1996. - № 10-11. - С. 124-138.

3. О механизме влияния крупности коксовой мелочи на агломерационный процесс / Ю. С. Карабасов, А. Н. Похвистнев, Е. Ф. Шкурко, В. С. Валавин // Известия вузов. Черная металлургия. - 1975. - № 11. - С. 22-26.

4. Ефименко, Г. Г. Распределение углерода при окомковании агломерационной шихты / Г. Г. Ефименко, С. П. Ефимов // Известия вузов. Черная металлургия. -1967. - № 4. - С. 18-23.

5. Kodama, Takuma Взаимосвязь реакционной способности топлива и его крупности при агломерации / T. Kodama // Tetsu-to-hagane / Journal of the Iron and Steel Institute of Japan. - 1982. - Vol. 68, № 4. - С. 36.

6. Одинцов, А. А. Повышение качества железорудного агломерата на основе разработки ресурсосберегающей технологии подготовки твердого топлива : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.16.02 / Одинцов Антон Александрович ; Сиб. гос. индустр. ун-т. -Новокузнецк, 2015. - 23 с.

7. Протасов, Ю. И. Разрушение горных пород. / Ю. И. Протасов. - 4-е изд., перераб. и доп. - Москва : Горная книга. - 2009. - 453 с.

8. Griffits, A. A. The phenomena of rupture and flow in solids / A. A Griffits // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. - 1921. - Vol. 221. - P. 163-198.

9. Латышев, О. Г. Разрушение горных пород / О. Г. Латышев. - Москва : Теплотехник. - 2007. - 672 с.

10. Падуков, В. А. Разрушение горных пород при ударе и взрыве / В. А. Падуков, В. А. Антоненко, Д. С. Подозерский. - Ленинград : Наука. - 1971. - 160 с.

11. Филоненко-Бородич, М. М. Курс сопротивления материалов / М. М. Филоненко-Бородич, С. М. Изюмов, Б. А. Олисов. - Москва : Гостехиздат. - 1956.

- 528 с.

12. Журков, С. Н. Временная зависимость прочности при различных режимах нагружения / С. Н. Журков, Э. Е. Томашевский // Некоторые проблемы прочности твердого тела. - Москва : Ленинград. - 1959. - С. 68 - 75.

13. Лагунова, Ю. А. Дробимость хрупких материалов при разрушении их сжатием / Ю. А. Лагунова // Известия вузов. Горный журнал. - 1996. - № 10-11. -С.121 - 124.

14. Клушанцев, Б. В. Дробилки. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации / Б. В. Клушанцев, А. И. Косарев, Ю. А. Муйземнек. - Москва : Машиностроение.

- 1990. - 320 с.

15. Фишман, М. А. Дробилки ударного действия / М. А. Фишман. - Москва : Госгортехиздат. - 1960. - 189 с.

16. Шлаин, И. Б. Разработка месторождений нерудного сырья / И. Б. Шлаин. -Москва : Недра. - 1985. - 344 с.

17. Патент № 2569862 СССР, МПК: B07B 1/00. Способ определения гранулометрического состава дробленого материала с оценкой формы зерна: № 2569862129/03 : заявл. 13.01.1978: опубл. 05.04.1980 / Родин Р. А. ; патентообладатель Всесоюзный научно-исследовательский и проектно изыскательский институт по проблемам добычи, транспорта и переработки минерального сырья в промышленности строительных материалов. - Бюл. № 13.

18. Rittinger, P. V. Lenbruch fur Aufbereitungakunde / P. V. Rittinger - Berlin. -1867. - 170 p.

19. Андреев С. Е. По поводу обобщенного закона дробления / С. Е. Андреев // Горный журнал. - 1968. - № 5. - С. 28 - 31.

20. Ракишев, Б. Р. Общая закономерность энергоемкости дробления горных пород / Б. Р. Ракишев, М. С. Кушпанов // Вестник АН Каз. ССР. - 1987. - №. 4. -С. 48 - 53.

21. Биргер, И. А. Расчет на прочность деталей машин: Справочник/ И. А. Биргер, Б. Ф. Шорр, Г. Б. Иосилевич. - 4-е изд., перераб. и доп. - Москва : Машиностроение. - 1993. - 640 с.

22. Олевский, В. А. Размольное оборудование обогатительных фабрик / В. А. Олевский. - Ленинград. - 1963. - 225 с.

23. Buss, B. Zur Bruchfunction bei der Einselkornd ruckzerkleinerung / B. Buss, H. Shubert. - Zerkleingen ; Zerkleinerun in Canns. - 1971. - 239 p.

24. Кирпичев, В. А. О подобии при упругих явлениях / В. А. Кирпичев // Журнал русского физико-химического общества. - 1874. - Т. VI, вып. IX. - С. 152-155.

25. Бауман, В. А. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций / В. А. Бауман, Б. В. Клушанцев, В. Д. Мартынов. - Москва : Машиностроение. - 1975. - 351 с.

26. Ребиндер, П. А Понизители твердости породы при бурении / П. А. Ребиндер, Л. А. Шрейнер, К. Ф. Жигач. - Москва : АН СССР, 1941. - С. 58-71.

27. Hukki, R. T. Tumbling mill capacity and power consumption are related to mill speed / R. T. Hukki // Transactions of the AIME. - 1954. - Vol. 199. - P. 728-730.

28. Tartaron, F. X. Foundation of General Theory Comminution American inst. of Mining Metallurgical and Petroleum Engineers Trans / F. X. Tartaron. - 1964. - Vol. 229.

29. Бонд, Ф. С. Законы дробления / Ф. С. Бонд // Труды Европейского совещания по измельчению. - Москва : Стройиздат. - 1966. - С. 195-208.

30. Ходаков, Г. С. Физика измельчения / Г. С. Ходаков. - Москва : Наука, 1972. -308 с.

31. Клушанцев, Б. В. Расход энергии на дробление материала / Б. В. Клушанцев // Строительные и дорожные машины. - 1994. - № 8. - С. 20-21.

32. Валиев, Р. З. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией / Р. З. Валиев, И. В. Александров. - Москва : Логос, 2000. - 272 с.

33. Brach I. Theoretishe problemi der Mineralstoffserkleinerung und deren Finflub auf der Entweiklund der Zerkleinerung maschinen wiss // L.Techn. Koohschkle. Otto nongueriche. - Magdeburg, 1965. - № 1-2.

34. Ракишев, Б. Р. Математическая модель энергоемкости разрушения горных пород / Б. Р. Ракишев, М. С. Кушпанов // Известия вузов. Горный журнал. - 1990. -№ 12. - С. 50-53.

35. Степанов, А. Л. Влияние модуля упругости материала и мелющих тел на процесс избирательного измельчения руд в шаровых мельницах / А. Л Степанов, А. В. Фролов, П. А. Кочетков // Известия вузов. Горный журнал. - 1990. - № 12. -С. 84-87.

36. Hirosi, M. A now theory of size reduction involving fracture technics / M. Hirosi, A. Ikkitosi // Canadian Metallurgical Quaterly. - 1971. - Vol. 10. - P. 1-4.

37. Койфман, М. И. Прочность минеральных частиц высокой стойкости / М. И. Койфман // Доклады Академии Наук СССР. - 1940. - Т. 29, вып. 7. - С. 477-500.

38. Кармазин, В. В. Кинетико-реласксационные модели интергранулярного энергосберегающего разрушения руд / В. В. Кармазин, В. И. Кармазин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2001. - № 1. - С. 21-26.

39. Родин, Р. А. О причинах и условиях образования зерен лещадной формы / Р. А. Родин // Сборник трудов ВНИИстройдормаш. - 1980. - № 87. - С. 62-72.

40. Бауман, В. А. Некоторые результаты исследований щековых дробилок / В. А. Бауман // Механизация строительства. - 1954. - № 7. - С. 22-28.

41. Рундквист, В. А. Общая форма законов дробления / В. А. Рундквист // Научно-технический бюллетень Механобра. - 1956. - № 2. - С. 23-27.

42. Загудаев, А. И. Исследование нагрузок в щековых дробилках / А. И. Загудаев, А. И. Косарев, Н. С. Овчаренко // Сборник трудов ВНИИстройдормаш. -1987. - № 109. - С. 75-78.

43. Сахаров, Д. Ф. Анализ процесса дробления хрупких материалов в одновалковой дробилке с целью повышения энергоэффективности : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.02.13 / Сахаров Дмитрий Федорович ; Сиб. гос. индустр. ун-т. - Новокузнецк, 2011. - 115 с.

44. Вайсберг, Л. А. Новое оборудование для дробления и измельчения материалов / Л. А. Вайсберг , Л. П. Зарогатский // Горный журнал. - 2000. - № 3. -С. 49 - 50.

45. Андреев, С. Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых / С. Е. Андреев, В. А. Перов, В. В. Зверевич. - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва : Недра. - 1980. - 415 с.

46. Грубачич, В. Двухвалковые дробилки: Особенности и преимущества / В. Грубачич // Цемент и его применение. - 2006. - № 2. - С. 56-59.

47. Епифанцев, Ю. А. Исследование влияния геометрических параметров рифлений поверхностей валков на процесс дробления в валковой дробилке / Ю. А. Епифанцев, С. П. Сединин // Известия вузов. Черная металлургия. - 1983. - № 4. -С.136-138.

48. BEDESCHI - производство тяжелой техники и оборудования : сайт. - Italy.

- URL: https://www.bedeschi.com (дата обращения 20.03.2019).

49. Совершенствование технологии подготовки агломерационного топлива / С. Н. Петрушов, В. Л. Босый, А. И. Капуста, А. П. Полосухин // Металлург. - 1982. -№ 5. - С. 9-10.

50. Zhao, L. L., Design and motion simulation for differential and grading toothed roll crusher / L. L. Zhao, F. Zang, Z. B. Wang. - Coal Mine Machinery - 28 June 2007

- P. 19-21.

51. Kefid - оборудование для дробления : сайт. - Shanghai, China. - URL: https://zoekendgoed.nl/Gold_drobilka/ (дата обращения 20.03.2019).

52. SKD Machinery Co. - компания по производству оборудования дробления : сайт. - China. - URL:

https://www.wiesjegerings.nl/SKD_machinery_co,ltd(SKD)/3759.html (дата обращения 20.03.2019).

53. Патент № 2167717 Российская Федерация, МПК В02С4/12. Машина для исправления формы зерен щебня : № 99109624/03 : заявл. 10.02.2001 : опубл. 27.05.2001 / Тарасов Ю. Д., Прялухин А. Ф. ; заявитель Санкт-Петербургский государственный горны институт им. Г.В. Плеханова ; патентообладатель Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова. - Бюл. № 15.

54. Патент № 2353429 Российская Федерация, МПК В02С4/12. Устройство для измельчения окомкованных частиц цемента : № 2008100514/03 : заявл. 09.01.2008 : опубл. 27.04.2009 / Тарасов Ю. Д. ; патентообладатель Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова. - Бюл. № 12.

55. Патент № 2173579 Российская Федерация, МПК В02С4/12. Машина для исправления формы зерен щебня : № 2000102539/03 : заявл. 01.02.2000 : опубл. 20.09.2001 / Тарасов Ю. Д., Прялухин А. Ф. ; заявитель Санкт-Петербургский государственный горны институт им. Г.В. Плеханова ; патентообладатель Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова. - Бюл. № 26.

56. Патент № 2430783 Российская Федерация, МПК В02С1/08. Способ дробления в валковой дробилке : № 2010112761/21 : заявл. 01.04.2010 : опубл. 10.10.2011 / Никитин А. Г., Сахаров Д. Ю., Прилукова Н. З. ; патентообладатель Сибирский государственный индустриальный университет. - Бюл. № 28.

57. Лобанов, Д. П. Машины ударного действия для разрушения горных пород / Д. П. Лобанов - Москва : Недра. - 1983. - 152 с.

58. Юшина, Т. И. Обоснование применения роторных дробилок для производства щебня из скальной вскрыши / Т. И. Юшина, А. В. Кукин // Горноаналитический бюллетень. - 2012. - № 1. - С. 146-154.

59. А. с. 1755916 СССР, МКИ В02С13/06. Роторная дробилка : № 4735802 : заявл. 07.09.1989 : опубл. 23.08.1992 / Филипп П. Р., Умнова В. В., Чечулина Г. М. ; заявитель Всесоюзный государственный научно-исследовательский и проектный институт асбестовой промышленности.

60. Машины и агрегаты металлургических заводов. Т. 1 : Машины и агрегаты доменных цехов / А. И. Целиков, П. И. Полухин, В. М. Гребеник [и др.]. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Металлургия. - 1987. - 429 с.

61. Патент № 2603923 Российская Федерация, МПК B02C4/12. Валковая дробилка : № 2015145054/13 : заявл. 20.10.2015 : опубл. 10.12.2016 / Никитин А. Г., Лактионов С. А., Баженов И. А., Медведева К. С.; патентообладатель Сибирский государственный индустриальный университет. - Бюл. № 34.

62. Никитин, А. Г. Диагностирование режимов дробления горных пород для повышения эффективности работы одновалковой дробилки / А. Г. Никитин, С. А. Лактионов, К. С. Медведева // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. - 2017. - № 3. - С. 311-313.

63. Nikitin, A. G. Diagnosis of the rock crushing model to increase the efficiency of one - roll crusher operation. / A. G. Nikitin, S. A. Laktionov, K. S. Medvedeva // IOP Conference Series: Earth and Environment Science. - 2017. - Vol. 84. - [012033, 5 p.].

64. Патент № 2583096 Российская Федерация, МПК B02C4/12. Валковая дробилка : № 2014152781/13 : заявл. 24.12.2014 : опубл. 10.05.2016 / Никитин А. Г., Люленков В. И., Баженов И. А., Медведева К. С.; патентообладатель Сибирский государственный индустриальный университет. - Бюл. № 13.

65. Никитин, А. Г. Определение степени дробления материала в одновалковой дробилке с упором на валке / А. Г. Никитин, К. С. Медведева, В. А. Титов // Металлургия: технологии, инновации, качество : труды XIX Международной научно-практической конференции, 15-16 декабря 2015 г. - Новокузнецк : Изд. центр СибГИУ. - 2015. - Ч. 1. - С. 371-372.

66. Никитин, А. Г. Анализ сил, действующих на кусок дробимого материала в одновалковой дробилке / А. Г. Никитин, Д. Ф. Сахаров // Известия вузов. Черная металлургия. - 2010. - № 10. - С. 41-42.

67. Силовой анализ процесса разрушения хрупких материалов в одновалковой дробильной машине с упором на валке / А. Г. Никитин, Ю. А. Епифанцев, К. С. Медведева, П. Б. Герике // Известия вузов. Черная металлургия. - 2019. - Т. 62, № 4. - С. 303-307.

68. Яблонский, А. А. Курс теоретической механики : учебник для вузов / А. А. Яблонский, В. М. Никифорова. -13-е изд., исправл. - Москва : Интеграл-Пресс. -2006. - 608 с.

69. Влияние коэффициента трения между дробимым материалом и щекой в одновалковой дробилке на энергоемкость процесса дробления / А. Г. Никитин, Ю. А. Епифанцев, К. С. Медведева, П. Б. Герике // Известия вузов. Черная металлургия. - 2017. - Т. 60, № 10. - С. 846-848.

70. Никитин, Е. М. Теоретическая механика / Е. М. Никитин. - Москва: Наука. - 1977. - 416 с.

71. Заславский, Б. В. Краткий курс сопротивления материалов / Б. В. Заславский. - Москва : Машиностроение. - 1986. - 328 с.

72. Тимошенко, С. П. Курс сопротивления материалов / С. П. Тимошенко. -Москва, Ленинград : Государственное издательство. - 1930. - 587 с.

73. Феодосьев, В. И. Сопротивление материалов / В. И. Феодосьев - Москва : Наука. - 1986. - 512 с.

74. Фесик, С. П. Справочник по сопротивлению материалов / С. П. Фесик. -Киев, Будивельник. - 1982. - 280 с.

75. Никитин, А. Г. Экспериментальное определение фракционного состава материала, разрушаемого в одновалковой дробилке с упором на валке / А. Г. Никитин // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности : сборник трудов XV международной научно-технической конференции, 4-5 апреля 2019 г. / А. Г. Никитин , К. С. Медведева. -Екатеринбург, 2019. - С. 201-204.

76. Браже, Р. А. Лекции по физике / Р. А. Браже. - Санкт - Петербург : Лань. -2013. - 320 с.

77. Meriam, J. L. Engineering Mechanics / J. L. Meriam, L. G. Kraige. - USA : John Wiley & Sons, Inc. - 2012. - 550 р.

78. Pytel, A. Engineering Mechanics. Statics / A. Pytel, J. Kiusalaas. - USA : Cengage Learning. - 2010. - 601 р.

79. Goulet, J. Resistance des materiaux / J. Goulet. - Paris, 1976. - 192 р.

80. Никитин, А. Г. Определение мощности привода одновалковой дробилки / А. Г. Никитин, С. А. Лактионов, К. С. Медведева // Вестник машиностроения. - 2016. - № 1. - С. 85-86.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Приложение 2

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

"Сибирский государственный индустриальный университет" (СибГИУ)

ул. Кирова, 42, г. Новокузнецк Кемеровской обл., 654007 Тел.: [phone]. Факс [phone] E-mail: [e-mail] http://www.sibsiu.ru

/0. Яд/5 №

на № от _

% учебной работе

Y. 'v yo .„ i* , 4 к

од

доцент

И.В. Зоря 2019г.

СПРАВКА

о внедрении в учебный процесс результатов НИР

Результаты научно-исследовательской работы «Повышение производительности одновалковых дробильных машин посредством применения упора на валке», выполненной на кафедре механики и машиностроения соискателем Ксенией Сергеевной Медведевой под руководством д.т.н., профессора А.Г. Никитина, в 2018 - 2019 учебном году внедрены в учебный процесс на основании решения кафедры (протокол заседания кафедры № 1 от 02.09.2019 г.). Научные и технические результаты используются в учебном процессе Сибирского государственного индустриального университета, в частности для выполнения курсовых проектов, выпускных квалификационных работ, а также для изучения студентами направления 15.03.02 — «Технологические машины и оборудование» дисциплин «Сопротивление материалов», «Теория машин и механизмов», «Механическое оборудование аглодоменного производства», «Методы исследования металлургического оборудования».

Заведующий кафедрой МиМ, д.т.н., доцент

И.А. Жуков

Директор ИМиТ, д.т.н., доцент

А.В. Новичихин