Результаты исследований по обоснованию параметров внутривалковой мельницы
Експериментально встановлено залежності продуктивності валкового млина від міцності гірських порід, ширини розвантажувального зазору, обертів вала млина і вібрації робочого органа. Визначено положення частинки в конусному млині у початковий момент її защемлення та руйнування. Relations of productivi...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32992 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Результаты исследований по обоснованию параметров внутривалковой мельницы / В.В. Сухарев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 82. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859791988104101888 |
|---|---|
| author | Сухарев, В.В. |
| author_facet | Сухарев, В.В. |
| citation_txt | Результаты исследований по обоснованию параметров внутривалковой мельницы / В.В. Сухарев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 82. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Експериментально встановлено залежності продуктивності валкового млина від міцності гірських порід, ширини розвантажувального зазору, обертів вала млина і вібрації робочого органа. Визначено положення частинки в конусному млині у початковий момент її защемлення та руйнування.
Relations of productivity of a roll grinding mill to durability of rocks, width of a unloading backlash, revolutions of the arbour and vibrations of working body of a grinding mill are established experimentally. The position of a fragment in a conical grinding mill in the initial moment of its pinch and destructions is determined.
|
| first_indexed | 2025-12-02T12:09:21Z |
| format | Article |
| fulltext |
"Геотехническая механика"
УДК 622.734:621.926.3-9
В.В. Сухарев, асп.
(ИГТМ НАН Украины)
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОБОСНОВАНИЮ
ПАРАМЕТРОВ ВНУТРИВАЛКОВОЙ МЕЛЬНИЦЫ
Експериментально встановлено залежності продуктивності валкового млина від міцно-
сті гірських порід, ширини розвантажувального зазору, обертів вала млина і вібрації робо-
чого органа. Визначено положення частинки в конусному млині у початковий момент її
защемлення та руйнування.
RESULTS OF RESEARCHES ON A SUBSTANTIATION OF
PARAMETERS OF A GRINDING MILL
Relations of productivity of a roll grinding mill to durability of rocks, width of a unloading
backlash, revolutions of the arbour and vibrations of working body of a grinding mill are estab-
lished experimentally. The position of a fragment in a conical grinding mill in the initial moment
of its pinch and destructions is determined.
Для подготовки горной массы к дальнейшей переработке используются
серийно выпускаемые валковые мельницы различных типов. Основным ме-
ханизмом процесса измельчения в них является раздавливание сыпучей кус-
ковой массы между барабаном и валками. При этом процесс раздавливания
требует значительных усилий, а, следовательно, и больших затрат энергии
для поддержания стабильности процесса. Учитывая большие распорные уси-
лия в металлоконструкции мельницы, значительную кинетическую энергию
вращающихся валков, мельницы представляют собой металлоемкую конст-
рукцию с динамически напряженной кинематической схемой. Дальнейшее
совершенствование этих машин требует снижения их металлоемкости и энер-
гопотребления. Разработанная в ИГТМ НАН Украины внутривалковая конус-
ная мельница [1] позволяет в значительной степени решить указанную техни-
ческую проблему. Конструктивная схема такой мельницы представлена на
рис. 1, она состоит из рамы 1, на которой с помощью амортизаторов 2 уста-
новлена цилиндрическая оболочка 3 с внутренней конической поверхностью
и расположенным в ней, соосно продольной оси, валом 4, связанным через
лепестковую муфту с приводным валом 5 двигателя. На валу 4 установлены
конические втулки 6 и 7, ориентированные меньшими основаниями друг к
другу. Внешние конические поверхности втулок имеют многозаходную вин-
товую навивку 8 из высокотвердого материала с противоположным направ-
лением навивки на каждой втулке и с одинаковым шагом. Втулки с навивкой
образуют зазор с оболочкой и имеют уклон в сторону разгрузки измельченно-
го материала. Между меньшими основаниями втулок 6 и 7, вдоль поперечной
оси валка 4 в верхней части цилиндра расположена загрузочная камера 9. Раз-
грузочные щели 10 и 11 расположены по торцам оболочки, величина зазора
которых регулируется продольным перемещением конических втулок 6 и 7
относительно вала 4. Мельница имеет две модификации, одна из которых
имеет вибровозбудитель 12, который способствует сегрегации измельчаемого
Выпуск № 82
материала в зазоре камеры 9, поворотные колебания корпуса увеличивают
скорость движения материала, а возмущающая сила вносит динамическую
составляющую при воздействии на измельчаемую горную массу.
Рис. 1 – Конструктивная схема внутривалковой конусной мельницы
При создании мельницы был выполнен комплекс теоретических и лабора-
торных исследований [2-5] и установлен ряд преимуществ представленной
конструкции конусной внутривалковой мельницы над обычными валковыми,
которые заключаются в реализации сдвиговых деформаций при разрушении
горной массы, что требует меньших усилий по отношению к раздавливанию
сжатием и снижает металлоемкость конструкции [6]. При этом также увели-
чивается степень измельчения материала от большего к меньшему, вдоль все-
го конуса, на что затрачиваются значительно меньшие усилия, и пропорцио-
нально им обеспечивается снижение требований к запасам прочности метал-
локонструкции.
Экспериментальные исследования позволили установить существенно не-
линейную зависимость производительности внутривалковой конусной мель-
ницы от прочности измельчаемых пород, линейную зависимость от зазора
разгрузочной щели и слабонелинейную зависимость от оборотов привода
мельницы [2], а также затраты энергии на измельчение при различных оборо-
тах двигателя [3]. Сделан сравнительный анализ внутривалковых мельниц се-
рийного производства по удельной энергоемкости измельчения с внутривал-
ковой конусной, который показал, что последняя, при равной производитель-
ности, имеет энергопотребление на 30-40 % меньше, в зависимости от проч-
ности горной породы.
На основании аппроксимации экспериментальных зависимостей произво-
дительности мельницы от основных факторных признаков получена обоб-
щенная математическая модель (1):
2
0 363 0 138 0 0004 1 885 0 111Q , , , , , (1)
"Геотехническая механика"
где Q – производительность мельницы, кг/ч; σ – прочность измельчаемой по-
роды, кг/мм
2
; Δ – размер разгрузочного отверстия, мм; ω – частота вращения
вала привода, об/мин.
Коэффициент детерминации составил, 2
0 943R , , т.е. 94,3 % вариации
производительности мельницы объясняется факторными признаками, учтен-
ными в данной модели. Статистика Фишера 227 2F , , что значительно
больше критического значения. Модель может быть признана адекватной с
высоким значением доверительной вероятности.
Для определения конструктивных параметров мельницы был выполнен
анализ математического моделирования разрушения горных пород при де-
формации сжатия и удара, определены наиболее общие закономерности при
разрушении [7]. Выполненные с участием автора исследования позволили по-
строить в векторном виде схему сил, действующих на частицу с учетом сил
трения, возникающих между частицей, с одной стороны, корпусом и конусом,
с другой, – в камере внутривалковой конусной мельницы (рис. 2) [8-9]
F – сила трения между частицей и корпусом; F1 – сила трения между частицей и конусом;
N, N1 – силы реакции, а – смещение (точнее, его предельное значение) реакции N1;
P – действующее усилие
Рис. 2 – Схема сил, действующих на частицу с учетом трения
При проецировании действующих на частицу сил на горизонтальную и
вертикальную оси были получены условия равновесия частицы, из которых
было найдено смещение а (2) [9]:
1
1 1 1
1
sin
sin cos cos sin ,
1 sin sin cos
c hf a
a f f f f h
f f
(2)
где f и 1f – коэффициенты трения между частицей и корпусом и между час-
тицей и конусом, соответственно.
Величину действующего усилия Р можно определить для случая, когда
Выпуск № 82
винтовая наплавка конуса толкает частицу, из следующей формулы (3) [9]:
0 ,
cos cos
x t ns
P t ES ES t t
l l
(3)
где Е – модуль Юнга материала частицы; S – площадь поперечного сечения
частицы в плоскости, перпендикулярной направлению действия силы; n –
число оборотов конуса в единицу времени; s – шаг навивки, t0 – момент нача-
ла защемления частицы.
Определение силы действия и приложения разрушающих частицу сил по-
зволяет рассмотреть задачи распределения сил и направление условий на-
чального защемления измельчаемой частицы различной формы в условиях
камеры конусной внутривалковой мельницы.
Конкретное положение частицы, при котором ее дальнейший поворот ста-
нет невозможным, зависит от формы частицы, по крайней мере – от формы
поверхностей, прилегающих к корпусу и конусу. Для решения задачи измель-
чения частицы необходимо установить геометрический параметр, характери-
зующий начало процесса деформирования частицы. По мере измельчения
частицы приобретают все более округлую форму, поэтому необходимо про-
следить, как будет выглядеть это крайнее положение частицы на некоторых
примерах. Наиболее простая для анализа форма частицы – эллиптическая. В
начальный момент защемления частица такой формы займет положение, изо-
браженное на рис. 3.
Рис. 3 – Схема касания эллиптической частицы между корпусом и конусом
Решением данной задачи является определение минимального расстояния
между точками защемления частицы в валках внутривалковой конусной
мельницы [10]. Положение частицы в фазе начального защемления, должно
быть охарактеризовано двумя факторами:
– частица должна занять такое положение, в котором ее дальнейшее дви-
"Геотехническая механика"
жение между корпусом и конусом без деформации станет невозможным;
– реакции корпуса и конуса должны быть направлены по нормалям к по-
верхности частицы в точках касания.
Вопрос отыскания устойчивого положения частицы в начальный момент
ее защемления сводится к следующей задаче: заданы две связанные в единый
контур гладкие кривые, к которым из одной и той же точки проведены две
касательные, составляющие между собой угол (рис. 3). Необходимо опре-
делить, при каких условиях расстояние между точками касания будет наи-
меньшим. Такие две точки, обозначенные буквами A и B , и будут точками
контакта частицы с корпусом и конусом в начальный момент защемления
частицы. Минимальное расстояние между этими точками делает невозмож-
ным поворот частицы относительно любой из этих точек, ведь ее поперечные
размеры не позволяют осуществлять ее поворот относительно любой из точек
контакта.
Координаты точек , ,A B C обозначим соответственно: ; , ;A A B Bx y x y и
;
C C
x y . Касательная AC наклонена к оси x под углом , касательная BC
наклонена к оси x под углом .
В результате получено аналитическое выражение для определения мини-
мального расстояния между точками защемления частицы конусом и корпу-
сом внутривалковой конусной мельницы, которое определяет место прило-
жения разрушающих усилий (4):
2
2 2 2 2 22 2
2
2
2
2
22 2 2 2 2 2
2 2 2
2
1 1
=
2
1
1
2
1
1 22=
1
22 2
2
1
2
ztg
AB r tg b
b a z b ztg a tg z
tg
tg
b
b .
tgb a tg b a tg
b a tg
tg
(4)
где ; ;
1 2
tg tg
tg tg tg z z tg ; ;
tg tg
2 22
A B A B
r x x y y
Целью дальнейших исследований являлось определение влияния вибра-
ции на производительность исследуемой конструкции мельницы, при этом
прикладываемое вибрационное воздействие к корпусу мельницы обеспечива-
ло его колебания вокруг горизонтальной оси. Испытывался лабораторный об-
разец мельницы с производительностью до 20 кг/ч. Мощность (N) вибровоз-
Выпуск № 82
будителя составляла 0,18 кВт при оборотах вала max
=1400n об/мин и величи-
на возмущающей силы max
=1800P Н. Крупность исходного материала (гра-
нит) составляла –10+5,0 мм. Обороты вибровозбудителя регулировались с
помощью частотного регулятора. Эти исследования показывают, что измене-
ние оборотов мельницы позволяет увеличить производительность на 20 %, а с
применением вибровозбудителя – более чем в 2 раза, при разгрузочной щели
Δ = 3; 5 мм. При этом мощность привода вибровозбудителя в 6 раз меньше
мощности привода мельницы.
Таким образом, разработанная в ИГТМ НАН Украины внутривалковая ко-
нусная мельница позволяет использовать сдвиговые деформации при разру-
шении горной массы, что требует меньших усилий по отношению к раздавли-
ванию сжатием. Проведенные исследования позволили установить зависи-
мость производительности мельницы от прочности измельчаемых пород, за-
зора разгрузочной щели и оборотов привода, создать обобщенную математи-
ческую модель, обосновать рекомендации по использованию дополнительных
вибрационных возмущений рабочего органа. Также из полученных зависимо-
стей следует, что величина смещения а не зависит от величины действующе-
го усилия Р – эти зависимости позволяют определять место приложения раз-
рушающих усилий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. UA № 42114, МКИ7 B 02 C 2/00, B 02 C 15/00. Внутрішньовалковий конусний млин / Наду-
тий В.П., Сухарєв В.В. – № 200900094; Заявл. 05.01.2009, Опубл. 25.06.2009. Бюл. № 12.
2. Надутый В.П., Сухарев В.В. Определение зависимости производительности внутривалковой мельни-
цы тонкого помола от ее параметров и прочности горной массы / Геотехническая механика: межвед. сб. науч.
тр. ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, 2008. – Вып. № 74. – С. 62-66.
3. Надутый В.П., Сухарев В.В. Влияние режимных, конструктивных параметров и прочности измель-
чаемой горной массы на технические показатели внутривалковой конусной мельницы // Научно-технический
сборник НТУ “ХПИ” 2008. – Вып. № 38. – С.18-22.
4. Надутый В.П., Эрперт А.М., Сухарев В.В. Идентификация результатов экспериментальных исследо-
ваний зависимости производительности внутривалковой конусной мельницы от прочности горной массы и
оборотов привода // Науковий вісник НГУ. – 2008. – № 10. – С. 61-63.
5. Надутый В.П., Эрперт А.М., Сухарев В.В. Определение зависимости производительности внутривал-
ковой конусной мельницы от крупности исходной горной массы и размера разгрузочного отверстия // Нау-
ковий вісник НГУ.– 2008. – № 11. – С. 61-63.
6. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. – М.: Недра, 1978. – С. 368-369.
7. Надутый В.П., Остапенко В.А., Сухарев В.В. Анализ модельных представлений разрушения горных
пород в барабанной внутривалковой мельнице / Науковий вісник НГУ. – Дніпропетровськ. – Вип. 3. – 2009. –
С. 58-64.
8. Надутый В.П., Остапенко В.А., Сухарев В.В. Определение влияния формы частицы на распределение
сил при измельчении в конусной валковой мельнице / Науковий вісник НГУ. – Дніпропетровськ. – Вип. 4. –
2009. – С. 66-68.
9. Надутый В.П., Остапенко В.А., Сухарев В.В. Распределение сил при измельчении частицы горной
массы в конусной валковой мельнице с учетом сил трения / Сб. Полтавского НТУ. – 2009. – Вып. № 39. –
С. 44-53.
10. Надутый В.П., Остапенко В.А., Сухарев В.В. Оценка распределения сил при защемлении измельчае-
мой частицы в конусной валковой мельнице / Сб. науч. тр. НГУ. – Днепропетровск, 2009. – Вып. № 32. –
С. 35-41.
Рекомендовано до публікації д.т.н. Є.С. Лапшином 07.08.09
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-32992 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T12:09:21Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сухарев, В.В. 2012-05-26T16:27:26Z 2012-05-26T16:27:26Z 2009 Результаты исследований по обоснованию параметров внутривалковой мельницы / В.В. Сухарев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 82. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32992 622.734:621.926.3-9 Експериментально встановлено залежності продуктивності валкового млина від міцності гірських порід, ширини розвантажувального зазору, обертів вала млина і вібрації робочого органа. Визначено положення частинки в конусному млині у початковий момент її защемлення та руйнування. Relations of productivity of a roll grinding mill to durability of rocks, width of a unloading backlash, revolutions of the arbour and vibrations of working body of a grinding mill are established experimentally. The position of a fragment in a conical grinding mill in the initial moment of its pinch and destructions is determined. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Результаты исследований по обоснованию параметров внутривалковой мельницы Results of researches on a substantiation of parameters of a grinding mill Article published earlier |
| spellingShingle | Результаты исследований по обоснованию параметров внутривалковой мельницы Сухарев, В.В. |
| title | Результаты исследований по обоснованию параметров внутривалковой мельницы |
| title_alt | Results of researches on a substantiation of parameters of a grinding mill |
| title_full | Результаты исследований по обоснованию параметров внутривалковой мельницы |
| title_fullStr | Результаты исследований по обоснованию параметров внутривалковой мельницы |
| title_full_unstemmed | Результаты исследований по обоснованию параметров внутривалковой мельницы |
| title_short | Результаты исследований по обоснованию параметров внутривалковой мельницы |
| title_sort | результаты исследований по обоснованию параметров внутривалковой мельницы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32992 |
| work_keys_str_mv | AT suharevvv rezulʹtatyissledovaniipoobosnovaniûparametrovvnutrivalkovoimelʹnicy AT suharevvv resultsofresearchesonasubstantiationofparametersofagrindingmill |