Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Горные машины

Диссертационная работа:

Быков Валентин Иванович. Разработка научных основ формирования нагрузок в изнашивающихся узлах дробильно-измельчительного оборудования для повышения их долговечности : ил РГБ ОД 71:85-5/20

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.
В в е д ен и е 7

1. Формирование нагрузок в дробильно-измельчительном
оборудовании и показатели долговечности его основных
узлов 15

1.1. Анализ процессов в камере дробления конусной
дробилки и формирование нагрузок 15

1.1.1. Методика и стенд для исследования
процессов натрушення в конусной

дробилке с консольным валом 17

1.1.2. Формирование нагрузок в камере дроблешія.. 22

  1. Эксплуатационная надежность основных узлов конусных дробилок 29

  2. Характер нагрузок на футеровки в барабанной мельнице 42

1.4. Долговечность узлов барабанных мельниц 47

1.5. Выводы 52

2. Исследование и математическое описание нагрузок

в дробильно-измельчительном оборудовании 54

2.1. Амплитуда и частота колебаний момента в
зависимости от условий и режимов дробления 54

  1. Анализ факторов, влияющих на формирование, момента на приводном валу 54

  2. Статистический метод планирования эксперимента и уравнение регрессии для определения среднего максимума момента ... 59

  3. Частота колебаний нагрузки в дробилке .... 80

2.2. Тангенциальные нагрузки в футеровках мельниц .... 83

  1. Математическое описание процесса нагрукения дробильно-измельчительного оборудования 87

  2. Выводы 96

3. Закономерности изменения нагрузок в основных

узлах дробилок и мельниц 99

3.1. Функциональные зависимости для определения
нагрузок в эксцентриковом узле 99

  1. Силовой анализ эксцентрикового узла 99

  2. Стенд и методика исследования сил трения

в конусной дробилке с консольным валом ... 107

3.1.3. Расчетная зависимость по определению
реакции эксцентрикового узла III

  1. Вероятностные характеристики нагрузок 115

  2. Квазидетерминированная составляющая 129

  3. Влияние процессов в камере дробления на нагружение эксцентрикового узла 137

  1. Нормальные (гауссовы) случайные процессы . 139

  2. Ненормальные (негауссовы) процессы 142

  3. Нагрузки с учетом зазоров в эксцентриковом узле 144

3.5. Распределение усилий в эксцентриковом узле по
высоте подшипника 148

  1. Стенд и методика исследования 148

  2. Закономерности распределения нагрузок.

в эксцентриковом узле ' 154

3.5.3. Закономерности распределения давления в
масляном слое эксцентрикового узла 164

  1. Ударные нагрузки на футеровки мельниц 166

  2. Выводы 169

4. Исследование структуры колебаний и моделирование
нагрузок в конусной дробилке 172

  1. Исследование периодичности структуры колебаний нагрузки 172

  2. Воспроизведение по методу сглаживания колебаний нагрузки в дробилке 175

  3. Цифровое моделирование стационарного процесса нагрукения конусной дробилки 180

  4. Цифровое моделирование случайного процесса изменения нагрузок с регулярной составляющей 185

  5. Выводы 188

5. Демпфирование нагрузок в основных элементах
дробильно-измельчительного оборудования 190

  1. Общие вопросы конструкционного демпфирования нагрузок в дробильно-измельчительном оборудовании 190

  2. Рассеяние энергии на внутреннее и внешнее трение. 195 5.2.Т. Теоретические оценки для узлов с упругим

демпфирующим слоем 195

  1. Оценка потерь на внешнее трение в эксцентриковом узле 197

  2. Оценка потерь на внешнее трение в замковом соединении ребра футеровки 205

5.3. Снижение ударных нагрузок при податливом

креплении ребра футеровки 209

5.4. Экспериментальная проверка эффективности
демпфирования нагрузок в узлах дробилок и мельниц 210

  1. Исследование демпфирования нагрузок в эксцентриковых узлах 210

  2. Исследование решила маслосмазки в эксцентриковом узле с элементами демпфирования 221

  1. Экспериментальная проверка демпфирования нагрузок на футеровках мельницы 223

  2. Экспериментальное исследование процесса соударения шара и футеровки с податливым креплением 230

5.5. Выводы 233

6. Закономерности нагружения и динамика дробилки в
установившемся режиме 235

  1. Вывод уравнений динамики дробилки 235

  2. Динамические нагрузки в приводе дробилки 241

  3. Частные случаи решения динамики дробилки 251

  4. Исследование динамики привода с использованием моделей случайных процессов 257

  5. Выводы 2 8

7. Некоторые прикладные задачи, базирующиеся на основе
разработанных методов 270

  1. Формула для расчета среднего максимума циклической нагрузки на валу короткоконусной дробилки мелкого дробления 270

  2. Разработка и оптимизация технологии баббитовой наплавки подшипников скольжения эксцентрикового

узла 275

  1. Методика и стенды 275

  2. Исследование усталостной долговечности и свойств озвученного баббита 286

7.3. Эксплуатационные кривые усталостной долговечности и
прогноз повышения сроков службы подшипников
скольжения эксцентрикового узла 296

  1. 06 эффекте понижения крупности продукта разгрузки КМД-2200 вследствие уменьшения зазоров в эксцентриковом узле 298

  2. Определение оптимальных конструктивных параметров жестко закрепленных футеровок 302

  3. Оптимизация конструктивных параметров податливо закрепленных футеровок барабанных мельниц по критерию удельного износа 309

  4. Выводы 314

8. Рекомендации по использованию результатов исследований . 316
8.-1. Рекомендации по расчету нагрузок в узлах

конусных дробилок 316

  1. Рекомендации по использованию результатов исследований нагрузок в узлах барабанных мельниц .. 319

  2. Конструктивное совершенствование дробильного оборудования 320

  3. Разработка и внедрение ремонтных средств,

повышающих долговечность конучных дробилок 331

  1. Конструктивное совершенствование футеровок мельниц 335

  2. Экономическая эффективность результатов исследовании 336

  3. Выводы 338

9. Общие выводы и заключение 340

10. Литература 348

Приложения 372

Введение к работе:

АКТУМЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В Постановлениях ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 272 (1970 год) и № 603 (1977 год), конкретизирующих дальнейшее развитие черной металлургии в соответствии с решениями ХХІУ и ХХУ съездов КПСС, уделяется большое внимание совершенствованию дробильно-измельчительного оборудования. Наряду с предъявляемыми высокими требованиями к качеству вновь создаваемых машин, в Постановлениях указывается на необходимость эффективного проведения работ по модернизации уже эксплуатируемого оборудования.

Операции дробления и измельчения являются наиболее энергоемкими в горно-обогатительной промышленности и их удельный вес в себестоимости концентрата достигает 70%. Эти операции полностью выполняются конусными дробилками и барабанными мельницами - наиболее производительными оборудованием, успешно конкурирующим практически со всеми другими машинами, в которых используются иные принципы разрушения горных пород. Объем перерабатываемого материала дробилками и мельницами составляет свыше 1,5 млрд. тонн в год.

В настоящее время в Криворожском бассейне 300 шаровых мельниц ежегодно расходуют 37 тысяч тонн футеровочной стали на сумму свыше 12 млн.рублей, а стоимость ремонтов одних только подшипников скольжения эксцентриковых узлов конусных дробилок превышает 0,5 млн.рублей. Значительны потери от простоев дробилок и мельниц на ремонтах. Из-за резкого снижения долговечности ряда узлов

8 вследствие роста нагрузок не находит широкого применения в промышленности интенсификация работы конусных дробилок, значительно понижающая крупность дробленого продукта, что в условиях огромных масштабов переработки сырья могло бы дать по стране свыше 20 млн. рублей годовой экономии.

Согласно прогнозам, сделанным Механобрчерметом и другими организациями, дробильно-измельчительное оборудование не претерпит коренных принципиальных изменений в течение ближайших двадцати лет, так как нет идей, которые в течение этого срока могли бы быть воплощены в жизнь и вытеснить эксплуатируемое в настоящее время оборудование. Учитывая уникальность, крупные габариты конусных дробилок и барабанных мельниц, очень важным является совершенствование конструкций, повышение долговечности и надежности машин без дополнительных капитальных затрат. В соответствии с решениями ХХУІ съезда КПСС режим всемерной экономии становится крупнейшей научно-технической, производственной и социальной проблемой.

Установление закономерностей нагружения, и, как следствие, коренное совершенствование конструкций и повышение долговечности тя-желонагруженных узлов дробильно-измельчительного оборудования является весьма актуальным, так как низкие сроки службы основных элементов машин служат препятствием на пути повышения производительности конусных дробилок и барабанных мельниц. Возможности повышения долговечности ограничены отсутствием научно обоснованных направлений исследования, которые неизбежно должны базироваться на оптимальных теоретических моделях.

Таким образом, разработка научных основ формирования нагрузок в изнашивающихся узлах,дробильно-измельчительного оборудования с целью повышения их долговечности является актуальной и крупной научной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.

ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ являются конусные дробилки среднего и мелкого дробления КСД-2200Гр, КСД-2200Т, КМД-2200Гр, ЩЦ-2200Т,

9 Щ-2200/400, ЩЦ-2200/600 и барабанные мельницы МШР и ММС. Только на горно-обогатительных предприятиях министерств черной и цветной металлургии рассматриваемые машины перерабатывают до 0,5 млрд тонн горной массы ежегодно. Вместе с тем полученные в диссертации научные результаты по расчету нагрузок распространяются и на весь ряд короткоконусных дробилок, включая КМД-600, ЩЦ-750, КЦЦ-900, ЩЦ-І200 и КМД-І750, которые эксплуатируются на предприятиях строительной индустрии и при переработке горно-химического сырья.

ПРЕДМЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ является процесс формирования нагрузок при взаимодействии рабочих органов с полезным ископаемым. Характерной особенностью конусной дробилки, в отличие от щековой является непрерывный процесс дробления. Однако, во многих случаях нагрузка имеет, как и у щековой дробилки, циклический характер.Возникает вопрос, почему появляется эта циклическая составляющая, полностью определяющая специфический усталостный характер износа деталей эксцентрикового узла и привода? Как установить зависимость между характером нагружения и долговечностью основных узлов? И, наконец, как воздействовать на процесс нагружения узлов дробилок и мельниц, чтобы понизить эффект пиковых нагрузок и насколько реально осуществить это в многочисленном парке эксплуатируемых в настоящее время конусных машин и барабанных мельницах?

Ответом на эти вопросы может служить установление закономерностей в нагрузках на основные элементы дробильно-измельчительного оборудования.

Использование для этих целей известных гипотез дробления Риттингера /4/, Кика-Кирпичева /125,12б,232,233/,Браха /220/,Бонда /218,219/ не дает желаемого результата.

В развитие общей теории и практики дробильно-измельчительного оборудования значительный вклад внесли Д.И.Беренов, В.А.Бауман, В.А.Олевский, С,А.Панкратов, Д.К.Крюков, С.Ф.Шинкоренко, Ю.А.Муй-земнек, Б.В.Клушанцев, и другие ученые. Их работы посвящены реше-

нию фундаментальных проблем совершенствования конструкций и коренному улучшению технологических показателей машин.

Важное место в совершенствовании конструкций и теории расчета конусных дробилок занимает школа проф. С.А.Панкратова (В.С.Ушаков, М.В.Егоров, Р.К.Рыжиков, A.M.Осадчий, С.Г.Толстов, В.П.Шедов, В.Н.Лазарев, В.И.Тагасов и др.).

В настоящее время проводится интенсивная исследовательская работа по снижению крупности дробленого продукта путем интенсификации числа качаний конуса /9,171/ повышения эффективности замкнутого цикла /173/, оптимизации камеры дробления по критерию износа броней и по снижению крупности дробленого продукта /21,111,112,130,131,137, 138,142/, повышению эффективности конструкций дробилок и мельниц /10,28,116,119,120,121,144,145,190,202,203,215/.

Теоретические и экспериментальные исследования Д.И.Беренова, Ю.А.Муйземнека, С.А.Панкратова и его учеников явились основой для построения ряда зависимостей, позволяющих рассчитывать силы инерции и анализировать силовое взаимодействие деталей эксцентрикового узла /105,155...160,181,192/. Достаточно подробно решен вопрос расчета усилий в дробилке при попадании недробимого тела в камеру дробления /96/.

Графоаналитический метод расчета усилий на футеровки мельниц разработал Д.К.Крюков /134,135,136/.

Однако вопросы повышения долговечности дробильно-измельчитель-ного оборудования практически выпали из поля зрения заводов-изготовителей и исследователей. Главной причиной, на наш взгляд, является недостаточная изученность нагрузок в конусных дробилках и барабанных мельницах из-за относительно сложного в теоретическом отношении рабочего процесса и разнообразия условий эксплуатации.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - повышение долговечности и эффективности дробильно-измельчительного оборудования на базе разработанных научных основ формирования нагрузок в изнашивающихся узлах.

В этой связи в работе поставлены и решены следующие задачи:

установление и научное обоснование условий возникновения в случайном процессе нагружения дробилок и мельниц периодической составляющей, которая реализуется в переменные динамические нагрузки на элементы машин;

исследование влияния нагружения на долговечность узлов;

разработка математического описания нагрузок, исследование их структуры и моделирование на ЭВМ динамических процессов;

разработка методов гашения циклических нагрузок и разработка теоретических оценок эффективности демпфирования;

разработка методов повышения долговечности и качества машин на основе выявленных закономерностей нагружения.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Задачи, поставленные в работе, предопределили необходимость создания методов экспериментальных исследований и комплекса из девяти испытательных машин и стендов, два из которых являются изобретениями. Комплексный метод исследований, включающий лабораторные, стендовые и промышленные эксперименты, выполнялсяь при факторном планировании экспериментов с использованием ЭВМ, а теоретический анализ и научное обобщение базировались на теории подобия, теории случайных фзшкций, теории рассеяния энергии при циклических нагрузках, а также на результатах натурных и опытно-промышленных испытаний.

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ подтверждается обоснованностью принятых исходных предпосылок, высокими значениями показателей тесноты статистической связи в полученных уравнениях регрессии, сходимостью теоретических исследований и лабораторных экспериментов с данными промышленных испытаний и с данными других исследователей.

НОВИЗНА НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ:

разработаны научные основы формирования нагрузок в дробиль-но-измельчительном оборудовании и доказано, что нагружение изна-

12 шивающихся узлов представляет собой случайный процесс с квазидетер-минированным циклическим изменением среднего значения. Математическое описание такого процесса в виде произведения случайной и регулярной функций, где регулярная функция аппроксимируется тригонометрическим полиномом, позволяет изображать любую форму импульса нагрузки;

разработаны зависимости для расчета нагрузок в изнашивающихся узлах конусных дробилок при циклическом изменении математического ожидания случайного процесса, а также для гауссовых и негауссовых процессов в тех частных случаях, когда циклическая составляющая имеет необолыпую амплитуду колебаний по сравнению с математическим ожиданием случайного процесса;

разработаны оценки эффективности гашения пиковых нагрузок в узлах конструкционного демпфирования дробилок и мельниц;

разработанные новая цифровая модель системы привода дробилки и метод исследования динамических процессов в ней позволяют изучать влияние воздействия случайных процессов нагружения с циклической составляющей на динамику привода и нагрузки в изнашивающихся узлах. Реализация случайных процессов моделируется в ЭВМ по алгоритму, адекватно отражающему реальные возмущающие воздействия;

разработан метод определения влияния на коэффициент динамичности импульса любой формы регулярной функции в случайном процессе нагружения дробилки, что позволяет оценивать эффективность распределителей питания;

разработан принцип оптимизации шага и высоты футеровок шаровых мельниц первой стадии измельчения по критерию удельного износа и определены оптимальные параметры как жестко, так и податливо закрепленных футеровок, позволяющие повысить производительность мельницы на 8/о (ребристые футеровки) и повысить долговечность футеровок на 10... Ш;

выявлено влияние кинематических особенностей дробилок, крепос-

ІЗ ти руды, производительности, размера среднего куска и размера разгрузочной щели на максимумы и частоту регулярной функции и построены характеристики усталостной долговечности подшипников скольжения эксцентриковых узлов.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ заключается в следующем: полученные результаты легли в основу новых методов расчета нагрузок и новых конструктивных решений, изложенных в "Методике расчета нагрузок в эксцентриковых узлах дробилок КМД, КМДТ-2200 с прогнозированием долговечности деталей" и "Инструкции по расчету оптимальных конструктивных параметров футеровок мельниц", утвержденных МЧМ УССР и внедренных в практику проектно-конструкторских и ремонтно-эксплуатационных организаций отрасли. Разработан инженерный метод расчета характеристик усталостной долговечности подшипников скольжения эксцентрикового узла, позволивший планировать расход запасных деталей. Оптимизирован новый технологический процесс изготовления подшипников скольжения, обеспечивающий повышение усталостной долговечности в 2...3 раза. Семнадцать конструктивных решений признаны изобретениями.

АВТОРОМ ЗАЩИЩАЮТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

  1. Нагружение изнашивающихся узлов конусных дробилок и барабанных мельниц представляет собой случайный процесс с квазидетер-минированным циклическим изменением среднего значения и описывается в виде произведения случайной и регулярной функций, где регулярная составляющая обусловлена кинематическими особенностями машин, проявляющимися при взаимодействии рабочих органов с полезным ископаемым. При паспортных режимах работы циклическая составляющая имеет место при любых распределителях питания загрузочных устройств.

  2. Математическая модель дробилки, для котрой в качестве входных параметров используются выработанные по алгоритму адекватные реальным нагрузкам по математическому ожиданию и спект -

14 ральной плотности реализации, позволяет оценивать влияние за -грузочных устройств на динамику привода и нагрузки в изнашивающихся узлах.

  1. Для дробилок, оснащенных тарельчатыми распределителями питания, максимумы циклической составляющей нагрузки с преобладающей частотой, совпадающей с частотой качаний конуса, закономерно возрастают с ростом крепости и крупности перерабатываемого материала, производительности по исходному питанию, с ростом размера основания конуса и с уменьшением размера разгрузочной щели, а максимумы циклической тангенциальной нагрузки на футеровки мельниц существенно зависят от соотношения шага и высоты футеровок.

  2. Циклическая составляющая процесса нагружения определяет характер кривых усталости конического и цилиндрического подшипников скольжения конусных дробилок, например КМД, КМДТ-2200.

  1. Повышение долговечности и эффективности дробилок и мельниц в условиях циклических нагрузок обепсечивается упруго-фрикционным креплением изнашивающихся узлов совместно с использованием новых конструктивных решений, а также новым технологическим процессом изготовления подшипников скольжения дробилок и оптимизацией шага и высоты футеровок мельниц первой стадии измельчения

по критерию минимального износа на единицу массы перерабатываемого материала.

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА в Криворожском горнорудном институте.

Подобные работы
Шагарова Ольга Николаевна
Обоснование и выбор способов повышения долговечности оборудования технологических линий производства кварцевого песка
Астахова Татьяна Валентиновна
Повышение долговечности рам карьерных автосамосвалов на основе исследования их напряженно-деформированного состояния
Путятин Алексей Николаевич
Оценка долговечности металлоконструкций шагающих экскаваторов при разработке взорванных пород на угольных разрезах Кузбасса
Ляпцев Сергей Андреевич
Научные основы разработки электромеханических ударных устройств горного производства
Голод Аркадий Борисович
Разработка научных основ комплексного расчета и оптимизации параметров с целью создания струговых установок для выемки крепких углей на тонких пластах. Том 1
Мишин Владимир Васильевич
Научно-технические основы и разработка малометаллоемких средств подвижного состава шахтного рельсового транспорта
Шеин Юрий Георгиевич
Разработка теоретических основ динамического взаимодействия механизированной крепи с породами кровли
Докукин Вадим Петрович
Формирование системы трубопроводного гидротранспорта горных предприятий на основе метода динамической оптимизации ее параметров
Дьяченко Антон Вячеславович
Обоснование метода расчета напряженного состояния сыпучего груза и нагрузок на опорные элементы при формировании желоба трубчатого ленточного конвейера
Разуваева Валентина Викторовна
Повышение эффективности работы карьерного оборудования на основе стабилизации нагрузок

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net