Влияние ударных и технологических нагрузок на работу вибропитателей-грохотов с самосинхронизирующимся виброприводом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Привалов, Алексей Игоревич

• Привалов, Алексей Игоревич
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Привалов, Алексей Игоревич

Условные обозначения и сокращения.

Введение

Глава 1 Разработки, исследования и опыт применения вибротехники в перегрузочных системах горных предприятий.

1.1 Применение вибрационных машин в циклично-поточных технологиях.

1.2 Разработки и опыт применения машин с самосинхронизирующимися вибровозбудителями.

1.3 Исследования в области теории синхронизации вибропривода.

1.4 Исследования влияния ударных нагрузок на параметры вибротранспортирующих машин.

Выводы и задачи исследования.

Глава 2 Динамика вибротранспортных машин с самосинхронизирующимся виброприводом в условиях карьерных перегрузочных систем.

2.1 Производительность вибротранспортирующей машины.

2.2 Математическое моделирование работы вибромашины.

2.2.1 Особенности графического представления численных результатов.

2.2.2 Основные термины и понятия.

2.3 Исследование длительности послеударных переходных процессов.

2.3.1 Методика вычислительного эксперимента.

2.3.2 Влияние положения центра масс машины на длительность послеударного переходного процесса.

2.3.3 Влияние величины жесткости упругих опор на длительность послеударного переходного процесса.

2.3.4 Влияние величины плеча удара на длительность послеударного переходного процесса.

2.3.5 Влияние величины ударных нагрузок на длительность послеударного переходного процесса.

Выводы.

Глава 3 Скорость вибротранспортирования горной массы.

3.1 Математическое моделирование перемещения горной массы.

3.2 Скорость вибротранспортирования при ударной нагрузке, приложенной над центром масс машины.

3.3 Скорость вибротранспортирования при ударной нагрузке приложенной над загрузочной опорой.

Выводы.

Глава 4 Экспериментальные исследования и практическая реализация полученных результатов.

4.1 Экспериментальный стенд.

4.2 Методика и результаты экспериментальных исследований.

4.3 Методика расчета и выбора параметров вибротранспортирующих машин с самосинхронизирующимся виброприводом.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние ударных и технологических нагрузок на работу вибропитателей-грохотов с самосинхронизирующимся виброприводом»

Актуальность темы. Диссертационная работа посвящена исследованию поведения вибротранспортных машин (ВТМ) с самосинхронизирующимся виброприводом (ССП) в условиях ударного нагружения.

Исследуемый класс вибромашин представляет собой установленные на одном рабочем органе (РО) неуравновешенные роторы, которые приводятся в движение электродвигателями. Такие машины при определенных условиях работают синхронно, несмотря на различия параметров электродвигателей и отсутствие кинематических или электрических связей между их роторами. Отличительной особенностью работы таких вибрационных машин является зависимость движения РО -его амплитуды и траектории от чисто динамических факторов - величины возмущающей силы привода, жесткости упругих элементов, масс движущихся частей, а также от условий внешнего воздействия горной массы (ГМ).

Рабочий процесс в ВТМ осуществляется в результате суммарного воздействия отдельных импульсов, следующих с большой частотой один за другим. Хотя за один производственный цикл выполняется небольшая работа, но, благодаря высокой частоте колебаний на ВТМ, достигается значительный производственный эффект.

ВТМ нашли широкое применение на обогатительных и агломерационных фабриках, цехах металлургических заводов, предприятиях строительных материалов, в различных технологических процессах. Наблюдается большой интерес к использованию ВТМ в комплексах циклично-поточной технологии (ЦПТ) в карьерах. Широкому применению ВТМ обязаны целому ряду их достоинств, и, прежде всего, высокой производительности, малой энергоемкости и металлоемкости процесса, простоте конструкции и обеспечению высокой эксплуатационной готовности. При тесном сотрудничестве научно-исследовательских и конструкторских организаций с машиностроительными заводами отработаны надежные схемы вибровозбудителей колебаний и методы их расчета, найдены рациональные технические решения и методы проектирования рабочих органов ВТМ, разнообразные по назначению и свойствам упругие связи, методики расчета параметров виброизоляции и снижения производственного шума. Освоенные промышленностью ВТМ имеют самое различное технологическое назначение.

Эксплуатация ВТМ в условиях карьерных перегрузочных пунктов показала, что механический перенос теории ВТМ общего назначения не дает положительных результатов без учета особенностей взаимодействия ВТМ со значительным по высоте слоем горной массы и наличием ударных нагрузок при их загрузке средствами карьерного транспорта. В последние годы разработай новый класс ВТМ, предназначенных для применения в перегрузочных системах (ПС) карьеров и фабрик. Такие ВТМ получили название - ВТМ с совмещенными технологическими функциями благодаря тому, что выполняют одновременно функции питателей и грохотов, но при этом способны принимать ГМ из автосамосвалов или экскаваторов.

В данной работе рассматриваются вибропитатели-грохоты с совмещенными технологическими функциями, оснащенные ССП. Совмещенные технологические функции в данном случае означают, что машина осуществляет не только перемещение и разделение материала, но и обладает функцией приема материала от автосамосвалов, при выпуске его через загрузочный бункер. В этом случае ВТМ испытывает значительные динамические нагрузки.

Данная работа направлена на исследование поведения сверхтяжелых ВТМ в условиях сложного технологического и ударного нагружения, при их работе в составе перегрузочных систем (ПС) при комбинированном транспорте в карьерах. Актуальность работы определена отсутствием в конструкторских организациях отработанной методики расчета и выбора параметров ВТМ с совмещенными технологическими функциями, оснащенных ССП. В настоящее время не до конца изучен вопрос о влиянии технологических нагрузок на характер движения РО, скорость транспортирования ГМ и производительность ПС.

В основу исследования положена математическая модель динамики вибромашины, разработанная Уральскими учеными [2 6, 27, 34] . В основе модели лежит численное решение системы дифференциальных уравнений движения ВТМ. Такой подход позволяет рассматривать не только установившиеся синхронные движения (чем ограничивается большинство исследователей данного вопроса), но и описывать переходные динамические процессы, связанные с пуском машины из состояния покоя до установления (или неустановления) синхронного движения, а также с последствиями удара, вызванного падением на РО машины крупнокусковой ГМ.

Объектом исследований являются сверхтяжелые ВТМ, оборудованные ССП и работающие в условиях ПС при комбинированном транспорте карьеров.

Предмет исследования - длительность послеударных переходных процессов и влияние адаптационных свойств ССП на скорость вибротранспортирования ГМ.

Идея работы заключается в том, что повышение эксплуатационных параметров сверхтяжелых вибропитателей-грохотов работающих в условиях карьерных перегрузочных пунктов, возможно за счет учета адаптивных свойств вибропривода и сокращения длительности послеударных переходных процессов.

Целью работы является выявление условий повышения производительности сверхтяжелых ВТМ.

Методы исследования: анализ и синтез, математическое моделирование, экспериментальные исследования на физической модели ВТМ, основанные на стандартных методах измерений с использованием измерительной аппаратуры, математическая статистика.

Научные положения, выносимые на защиту: 1) Длительность послеударных переходных процессов у машин с самосинхронизирующимся приводом на 4 0 - 60 % меньше, чем у машин с самобалансным приводом.

2) Наибольшее влияние на скорость вибротранспортирования горной массы у машин с самосинхронизирующимся приводом оказывает величина изменения угла вибрации при воздействии технологической нагрузки, в отличие от самобалансных машин, где наибольшее влияние оказывают переходные процессы, вызванные угловыми колебаниями рабочего органа .

3) Расчет скорости вибротранспортирования горной массы необходимо проводить с учетом влияния величины технологической нагрузки, воздействующей на рабочий орган машины.

Научная ценность работы заключается в выявлении факторов, оказывающих наибольшее влияние на скорость вибротранспортирования ГМ у ВТМ с ССП.

Практическая ценность диссертации заключается в усовершенствовании методики проектирования и выбоpa параметров сверхтяжелых вибропитателей-грохотов, оборудованных ССП.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации обусловлена использованием фундаментальных положений динамики машин, теории колебаний и удара, математическим моделированием вибропроцессов, использованием апробированных методов исследований и решений. Достоверность результатов подтверждается экспериментальными исследованиями, объемом измерений, обеспечивающим с вероятностью не менее 0,95 относительную погрешность не более б %, сходимостью теоретических и экспериментальных исследований с погрешностью не более 919 %.

Реализация работы. Полученные результаты использованы ЗАО «Уралмеханобр-инжиниринг» при выполнении рабочего проекта по сушке концентрата с производительностью 1 млн. тонн в год на Качканар-ском ГОКе.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены на V отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ (2003 г.) и VIII отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ (2005 г.).

Публикации. Основные положения и результаты работы опубликованы в четырех научных статьях, из них одна в ведущем рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, трех приложений и списка литературы из 4 9 наименований, содержит 104 машинописные страницы, 25 рисунков и 9 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Привалов, Алексей Игоревич

Основные выводы и результаты работы сводятся к следующему:

1) Характер динамики у ВТМ с ССП при воздействии технологической и ударных нагрузок отличается от динамики самобалансных машин.

2) Использование СС привода позволяет ВТМ адаптироваться к изменению технологической нагрузки.

3) Оценено влияние геометрических и физических параметров ВТМ с ССП на длительность послеударных переходных процессов, при этом установлено что:

- Вертикальные колебания рабочего органа машины с самосинхронизирующимся приводом являются наиболее длительными и определяют продолжительность всего послеударного переходного процесса. Их продолжительность определяется силой ударного нагружения и слабо зависит от загрузочного расстояния и плеча удара. В ходе моделирования с параметрами машины ГПТ-2, их длительность превысила время затухания угловых колебаний в 1,3 раза и в 2 раза превысила длительность послеударной синхронизации вибровозбудителей. Следовательно, необходимо снижать ударные нагрузки, воздействующие на рабочий орган, изменяя условия его загрузки.

- Жесткость упругих опор оказывает существенное влияние на длительность послеударного переходного процесса. При определении жесткости пружин упругой подвески рекомендуется принимать соотношение оо/р=3,5-S-5 и использовать упругие опоры с нелинейными характеристиками и амортизаторами удара.

4) При воздействии ударных нагрузок длительность послеударных переходных процессов у машин с ССП на 40 - 60 % меньше, чем у самобалансных машин.

5) Математическое моделирование и экспериментальные исследования показывают, что воздействие технологической нагрузки на РО ВТМ с ССП оказывает наибольшее влияние на скорость вибротранспортирования ГМ. При этом происходит изменение положения центра масс машины и изменение значения угла вибрации. Для машин с самосинхронизирующимся приводом целесообразно уменьшать проектный угол вибрации на такую величину, чтобы при воздействии технологической нагрузки и изменении положения центра тяжести его значение приблизилось к рекомендуемому значению 30-4 0 град.

6) При расчете общей производительности машины с ССП необходимо вносить поправку на снижение скорости вибротранспортирования ГМ в зависимости от величины технологической нагрузки воздействующей на РО.

7) Экспериментальные исследования подтвердили достаточную точность принятой математической модели движения вибромашины и перемещения частицы по рабочему органу. Расхождение теоретических и экспериментальных данных1 при моделировании послеударных колебаний РО не превышает 11 %, а при моделировании перемещения частицы - 19 %.

8) По результатам исследований в известную методику расчета и выбора параметров ВТМ внесены дополнительные материалы для расчета машин с ССП.

129

Заключение

В диссертационной работе на базе выполненных исследований решена актуальная научная и практическая задача по повышению эффективности работы сверхтяжелых вибропитателей-грохотов с совмещенными технологическими функциями, работающими в условиях карьерных ПС.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Привалов, Алексей Игоревич, 2008 год

1. Блехман, И. И. Самосинхронизация вибраторов некоторых вибрационных машин // Инженерный сб. -1953. - Т. 16. - 162 с.

2. Блехман, И. И. Синхронизация динамических систем. М.: Наука, 1971. - 894 с.

3. Блехман, И. И. Вибрационные машины с механическими возбудителями колебаний. Применение вибротехники в горном деле: Сб. статей. М.: Госгор-техиздат. - I960. - 87 с.

4. Блехман, И. И. О самосинхронизации механических вибраторов // Изв. АН СССР. ОТН. 1958. - №6. -С. 26-29

5. Блехман, И. И. Теория самосинхронизации механических вибраторов и ее приложения // Труды второго Всесоюзного совещания по основным проблемам теории машин и механизмов. Динамика машин. М.: Машгиз, 1960. - 240 с.

6. Блехман, И. И. Обоснование интегрального признака устойчивости движения в задачах о самосинхронизации вибраторов // Прикладная математика и механика. 1960. - Т. 24. - №6. - 198 с.

7. Блехман, И. И. Интегральный критерий устойчивости периодических движений некоторых нелинейных систем и его приложения // Труды Международногосимпозиума по нелинейным колебаниям, Т. II, Киев: Изд-во АН УССР, 1963. 214 с.

8. А.с. 112448. Инерционный грохот / И. И. Блехман Заявлено 13.05.57; Опубл. 1959, Бюл. №24.

9. Блехман, И. И. Явления самосинхронизации неуравновешенных роторов и его использование при создании грохотов и других вибрационных машин / И. И. Блехман, JI. А. Вайсберг // Обогащение руд. -2001. №1. - С. 20-26.

10. Блехман, И. И. Об одном интегральном признаке устойчивости движения /И. И. Блехман, Б. П. Лавров Б.П. // Прикладная математика и механика. -1960. Т. 24. - №5.

11. А. с. 1524 07. Вибрационный питатель / И. И. Блехман, Б. П. Лавров Заявлено 19.09.61; Опубл. 1962, Бюл. №24.

12. А. с. 163524. Вибрационный конвейер / И. И. Блехман, Б. П. Лавров Заявлено 2 4.07.63; Опубл. 1964, Бюл. №12.

13. Вайсберг, Л. А. Проектирование и расчет вибрационных грохотов. М.: Недра, 1986. 143 с.

14. Барзуков, О. П. Влияние технологической нагрузки на самосинхронизацию вибровозбудителей / О. П. Барзуков, Л. А. Вайсберг, Л. К. Балабатько и др. // Обогащение руд. -1978. № 2. - С. 31-34.

15. Воробьев, С. А. К расчету производительности самобалансных машин больших типоразмеров / С. А.

16. Воробьев, А. Н. Косолапов, В. И. Гладких // Расчеты и исследования обогатительного оборудования: Сб. трудов / ВНИИМетМаш. М. 1985. - С. 109-123.

17. Гончаревич, И. Ф. Определение скорости вибротранспортирования вибрационного питателя-грохота /И. Ф. Гончаревич, А. В. Юдин //Труды ИГД Минчер-мета. Свердловск, 1970. -№25. - С.172-179.

18. А. с. 155391. Вибрационный грохот / С. Н. Горшков, Б. П. Лавров Заявлено 21.05.62; Опубл. 1963, Бюл. №12.

19. Гюйгенс, X. Три мемуара по механике / Пер. с латин. М.: Изд-во АН СССР, 1951.

20. Испытания грохота ГСТ-91 /А. Н. Косолапов, Г. В. Дакалов, В. А. Оленева и др. // Исследования обогатительного оборудования: Сб. трудов / ВНИИМетМаш. М. 1989.

21. Косолапов, А. Н. Адаптивное свойство колебательной системы с самосинхронизирующимися вибровозбудителями // Доклады АН СССР. Механика. -1989. Т.309. - № 2. - С. 293-296.

22. Косолапов, А. Н. Адаптивное свойство вибрационных машин с самосинхронизирующимися вибровозбудителями // Изв. Вузов. Горный журнал. 1989. -№11. - С. 103-108.

23. Косолапов, А. Н. Влияние технологической нагрузки и расположения самосинхронизирующихся вибровозбудителей на их относительную фазировку //

24. Исследования обогатительного и металлургического оборудования: Сб. Трудов / ВНИИМетМаш. М.: 1989.

25. Косолапов, А. Н. Проверка эффективности адаптивного и регулировочного свойства вибротранспортных устройств в промышленных условиях /А. Н. Косолапов, А. В. Юдин // Изв. вузов. Горный журнал.- 1990. № 5. - С.103-108.

26. Мальцев, В. А. Экспериментальные исследования колебаний рабочего органа при динамическом нагру-жении вибропитателя // Изв. вузов. Горный журнал -1994. № 4. С. 87-90.

27. Докторская диссертация. Уральская государственная горно-геологическая академия. Екатеринбург, 2002.

28. Мальцев, В. А. Стабильность фазировки самосинхронизирующихся вибровозбудителей карьерных грохотов-питателей /В. А. Мальцев, С. А. Румянцев, А. Н. Косолапов, А. В. Юдин // Обогащение руд.2002. № 2.

29. Мальцев, В. А. Особенности проявления адаптационных свойств вибросистем с самосинхронизирующимся приводом в условиях ударного нагружения / В. А. Мальцев, С. А. Румянцев, А. В. Юдин // Изв. вузов. Горный журнал. 2002. - № б. - С. 68-75.

30. Мальцев, В. А. Производительность вибропитателей-грохотов в условиях перегрузочных пунктов в карьерах /В. А. Мальцев, А. В. Юдин // Изв. вузов. Горный журнал. 1992. - № 5. - С. 64-67.

31. Нагаев, Р. Ф. Синхронизация в системе существенно нелинейных объектов с одной степенью свободы // Прикл. матем. и мех., 1965. -Т. 29. Вып. 2.

32. Нагаев, Р. Ф. Синхронные движения в системе объектов с несущими связями / Р. Ф. Нагаев, К. Ш. Ходжаев // Прикл. матем. и мех., 19 67. Т. 31 -Вып. 2.

33. Плисс, Д. А. Сепарация сыпучих материалов на вибрирующих поверхностях. Кандидатская диссертация. Рижский политехнический институт. Рига, 19 68.

34. Потураев, В. Н. Об идентификации реологической модели сыпучей среды при взаимодействии с вибрационной машиной /В. Н. Потураев и др. // Вибротехника. 1973. - №3(20). - С. 215-261.

35. Румянцев, С. А. Динамика переходных процессов и самосинхронизация движений вибрационных машин. -Екатеринбург: УрО РАН, 2003.

36. Стретт, Дж. (лорд Рэлей). Теория звука. Т. II.- М.: Гостехиздат, 1955. 476 с.

37. Юдин, А. В. Динамика вибропитателей в условиях перегрузочных пунктов комбинированного транспорта // Изв. вузов. Горный журнал. 1990. - № 4. - С. 64-68.

38. Юдин, А. В. Тяжелые вибрационные питатели и питатели-грохоты для горных перегрузочных систем.- Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 1996. - 188 с.

39. Юдин, А. В. Формирование типоразмеров модулей перегрузочных пунктов комбинированного транспорта в глубоких карьерах // Изв. вузов. Горный журнал.- 1989. № 5. - С. 79-87.

40. Юдин, А. В. Применение гибких транспортно-перегрузочных систем путь интенсификации комбинированного транспорта в глубоких карьерах // Изв. вузов. Горный журнал. - 1989. - № 1.

41. Юдин, А. В. Экспериментальное определение влияния ударных нагрузок на скорость перемещения материала вибропитателем / А. В. Юдин, В. М. Батятин, В. С. Пекарский // Изв. вузов. Горный журнал. 1977. - № 11. - С. 109-112.

42. Юдин, А. В. Расчет скорости руды на вибропитателе с учетом ударного воздействия при загрузке /

43. A. В. Юдин, А. Н. Косолапов, В. А. Мальцев // Изв. вузов. Горный журнал. 1986. - №8. - С. 62-68.

44. Юдин, А. В. Эволюция перегрузочных комплексов на глубоких карьерах / А. В. Юдин, В. А. Мальцев // Горный журнал. 2002. - № 4 - С. 41-4 4.

45. Юдин, А. В. Исследование послеударного движения рабочего органа вибропитателя под воздействием импульсного нагружения / А. В. Юдин, В. А. Мальцев // Изв. Уральского горного ин-та. Сер. Горная электромеханика. 1993. - Вып.4. - С. 8186.

46. Юдин, А. В. Моделирование ударозащитных свойств слоя технологической нагрузки на вибропитателе /А. В. Юдин, В. А. Мальцев // Изв. вузов. Горный журнал. 1989. - №6. - С. 7 6-8 3.

47. Юдин, А. В. Моделирование процессов ударного нагружения вибропитателя в условиях перегрузочного пункта /А. В. Юдин, В. А. Мальцев // Изв. вузов. Горный журнал. 1991. - №6. - С. 66-70.

48. Юдин, А. В. Результаты промышленных испытаний вибрационного питателя-грохота ГПТ / А. В. Юдин,

49. B. А. Панов, В. С. Пекарский // Изв. вузов. Горный журнал. 1987. - № 10. - С. 45-48.

50. Юдин, А. В. Расчет максимальных нагрузок в системе бункер-вибропитатель при загрузке ее автосамосвалами /А. В. Юдин, В. С. Пекарский, В. М. Батянин // Изв. вузов. Горный журнал. 1978. - № 11. - С. 85-89.

51. Kyran Casteel. ALBERTA rollers and shakers. World Mining Equipment, March 2002.

52. Пат. 2 034 437 Великобритания, МКИ 2 В 07 1/36. Regulating the vibrations of a vibrating sieve. Erik Rolf Ericsson (Швеция), Morgardshamar (Швеция). №7931440; Заявлено 12.09.78; Опубл. 11.09.79.