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 РОего 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.

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.

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.