Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Гаряшин Владимир Владимирович
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ ДВУХЩЕКОВЫХ ДРОБИЛЬНЫХ МАШИН И МЕТОДОВ ИХ КИНЕМАТИЧЕСКОГО И СИЛОВОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
05.02.13 - машины, агрегаты и процессы (металлургического производства)
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Новокузнецк - 2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Сибирский государственный индустриальный университет.
Научный руководитель заслуженный деятель науки РФ доктор технических наук, профессор Дворников Леонид Трофимович
Официальные оппоненты: Каледин Валерий Олегович, доктор технических наук, профессор, Новокузнецкий институт (филиал) ФГБОУ ВПО Кемеровский государственный университет, декан факультета информационных технологий Тимошенков Юрий Григорьевич, кандидат технических наук, ОАО ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат, главный специалист дирекции инвестиционной деятельности Ведущая организация ФГБОУ ВПО Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева г. Кемерово,
Защита состоится л25 декабря 2012 года в 1000 на заседании диссертационного совета Д 212.252.04 при ФГБОУ ВПО Сибирский государственный индустриальный университет по адресу: 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42.
Факс (3843) 46-57-E-mail: d212_252_04@sibsiu.ru
С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО Сибирский государственный индустриальный университет.
Автореферат разослан 24 ноября 2012г.
Учёный секретарь диссертационного совета, доктор химических наук, профессор Горюшкин В.Ф.
Общая характеристика работы
Актуальность исследования. Одним из первых и наиболее энергоёмких процессов в металлургическом производстве является процесс дробления минерального сырья, в основном - руд чёрных и цветных металлов. Ежегодно из недр Земли извлекается и перерабатывается около 25 млрд. тонн минерального сырья, требующие для их переработки десятки ГВт часов энергии.
Главное требование, предъявляемое к рудоподготовке, - максимальное раскрытие полезных минералов, которое достигается в процессе дробления и измельчения исходной горной массы. Практически все применяемые в настоящее время технологии переработки предусматривают последовательное сокращение крупности в 4-6 стадий - в зависимости от типа горной породы, ее физико-механических свойств и требований к конечному продукту дробления. В каждой стадии применяется одна дробилка, а в общей технологической схеме многостадийного процесса - соответствующее количество дробилок, конвейеров, перегружателей, грохотов и других устройств. Самое широкое применение имеют щековые дробилки, используемые на стадиях крупного и среднего дробления.
Задача совершенствования самого процесса дробления и дробильных машин является не просто актуальной, её решение можно отнести к вопросам государственной важности.
В настоящей работе решается задача создания новых схем щековых дробильных машин, оснащённых двумя и более рабочими щеками, что может обеспечить увеличение степени дробления материала за одну операцию при сохранении заданной производительности.
Целью работы является обоснование принципов структурного синтеза, полного кинематического и силового анализа двухщековых дробильных машин, а так же возможности их практического применения.
Для реализации поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:
1. Исследовать кинематику двухщековой дробильной машины, содержащей в своём составе шестизвенный замкнутый изменяемый контур: обосновать способ метрического синтеза её кинематической схемы; разработать методы её кинематического анализа, позволяющие проведение корректировки схемы.
2. Обосновать необходимость усовершенствования двухщековой дробильной машины путём введения в её состав опорного поступательно движущегося звена.
3. Разработать методы кинематического и силового исследования новой, защищённой патентом РФ двухщековой дробильной машины с опорной поступательной парой.
4. Обосновать возможные модификации конструкции новой двухщековой дробильной машины с использованием поступательно движущегося звена в качестве дополнительной подвижной щеки.
5. Найти способы определения усилий дробления и производительности неоднощековых дробильных машин с учётом одновременного разрушения дробимого материала в нескольких секциях камеры дробления.
6. На основании проведённых исследований разработать общую методику расчёта щековых дробильных машин с двумя и более подвижными щеками.
Методы исследования. В работе использованы методы структурного синтеза, кинематического и силового анализа механических систем, положения механики разрушения и теории производительности машин.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Изучение более чем векового опыта создания и промышленного применения щековых дробильных машин показало, что в направлении их совершенствования может быть реализована идея использования нескольких дробящих щек при согласованном их движении, способных разрушать дробимый материал до различных размеров фракций. Уже при создании двух щековых дробильных машин становится необходимым решать новые задачи их структурного синтеза.
2. Создание новых структурных схем дробильных машин с использованием двух и более подвижных щек, защищённых патентами РФ на изобретение, потребовало разработки новых подходов и приёмов при выполнении метрического синтеза кинематических схем, позволяющих последовательно методом итераций находить вполне работоспособные схемы, имеющие перспективы воплощения в металле.
3. Кинематическое и кинетостатическое исследование найденных кинематических схем, в основе которых лежит применение сложной шестизвенной статически определимой группы Ассура нулевой подвижности, не может быть осуществлено без разработки специальных, ранее не применявшихся методов и приёмов, основанных на решении новых задач теории механизмов.
4. При исследовании производительности и энергоёмкости двухщековых дробильных машин возникает новая применительно к щековым дробилкам задача о согласовании работы последовательных секций машины, образованных дробящими щеками, как по степени дробления, так и по объёмам дробимого материала.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждается результатами теоретических исследований, основанных на классических методах теории механизмов и машин, применительно к конструкциям новых дробильных машин с двумя подвижными щеками.
Научная новизна работы заключается в разработке:
Х Нового приёма метрического синтеза, основанного на согласовании фрагментов группы нулевой подвижности;
Х Методов кинематического и силового исследования новых, ранее не применявшихся в технике механизмов;
Х Приёмов согласования производительностей секций дробильной машины.
Практическая полезность работы заключается в том, что разработанные схемы неоднощековых дробильных машин могут быть доведены до промышленного использования, а разработанные методы их исследования и проектирования могут быть применены при разработке новых щековых дробильных машин.
Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались на:
Х XIII, XIV и XV Всероссийских научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых, 2009-2011гг, г. Новокузнецк, Россия;
Х XXI, XXII и XXIII научно-практических конференциях по секции механики и машиностроения, 2010 - 2012гг, г. Новокузнецк, Россия;
Х Первом международном Джолдасбековском симпозиуме, 2011г, г. Алматы, Казахстан;
Х V международной конференции Проблемы механики современных машин, 2012г, г. Улан-Удэ, Россия.
Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 1 научная статья в журнале, входящем в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ;
7 публикаций в материалах Международных и Всероссийских конференций; 1 патент на изобретение и 1 решение о выдаче патента на изобретение.
Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертационная работа по своим целям, задачам, содержанию, методам исследования, научной новизне и практической полезности соответствует п.1 Разработка научных и методологических основ проектирования и создания новых машин, агрегатов и процессов; механизации производства в соответствии с современными требованиями внутреннего и внешнего рынка, технологии, качества, надежности, долговечности, промышленной и экологической безопасности паспорта специальности 05.02.13 - машины, агрегаты и процессы (металлургического производства).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка, включающего 59 наименований, 5 приложений. Основной текст изложен на 123 машинописных листах и поясняется рисунками и 7 таблицами.
Основное содержание работы
Во введении обосновывается актуальность исследования, даётся краткое описание содержания глав диссертации, формулируются научные положения, выносимые на защиту.
В первой главе рассмотрено понятие дробления и его роль в металлургической промышленности, проведён анализ существующих кинематических схем щековых дробилок, а так же приведены современные требования к ним.
Одним из основных, начальных процессов в металлургической промышленности является процесс обработки металлосодержащих руд и, прежде всего, их дробление, то есть измельчение до требуемых размеров. Дроблению подлежат и другие материалы, используемые в металлургическом производстве. Именно для этих целей создаются специальные дробильные машины.
Вопросам дробления горных пород уделялось внимание с самого начала трудовой деятельности человека. К настоящему времени хорошо известны и используются практикой различные законы дробления - Риттингера, Кирпичёва и Кика, Ребиндера, Бонда и др. В последние годы основное внимание в этих вопросах было уделено установлению эмпирических зависимостей между энергоёмкостью процессов дробления и прочностными свойствами дробимых материалов.
При дроблении используются различные виды нагрузок: раздавливание, удар, раскалывание, излом, истирание. В связи с этим нашли применение дробильные машины разного принципа действия - щековые, конусные, валковые, молотковые и роторные. Щековые дробильные машины в этом ряду являются наиболее распространёнными. Первая щековая дробилка была изобретена в середине ХIХ века. Необходимость их дальнейшего совершенствования, и по производительности и по энергоёмкости требовала поиска новых технических решений. Наиболее полная и всесторонняя классификация дробильных машин была дана в 1990г. Б.В. Клушанцевым. Им было рассмотрено и проанализировано свыше 30 схем машин.
Патентный поиск показал, что после выхода работы Б.В. Клушанцева многие отечественные и зарубежные производители дробильного оборудования предпочитали использовать классические схемы щековых дробилок, показанные на рисунках 1,а и 1,б, совершенствуя их конструктивные элементы. Однако нашли применение и более сложные конструкции. Например, китайская компания Yiwu Black-and-White Mining Machinery Co., Ltd является правообладателем конструкции, показанной на рисунке 1,в.
а) б) в) Рисунок 1 - Схемы щековых дробилок: а) с простым движением подвижной щеки;
б) со сложным движением подвижной щеки; в) с комбинированным движением подвижной щеки (патент WO 2012/139483) Параллельно шли поиски новых конструкций. В этом направлении работали Петухов А.Н. (Россия), Сурупин П.П. (Россия), Zhu Xingliang (Китай), Ryoichi Hirakata (Япония), Mitsunobu Iruma (Япония), Kim Seong Soo (Корея) и другие отечественные и зарубежные специалисты. Наиболее заметной оказалась тенденция построения машин с использованием в них изменяемых замкнутых контуров. Эта тематика разрабатывалась при СибГИУ коллективом учёных с 2000г. На рисунке показаны некоторые из схем таких щековых дробильных машин, в которых с целью увеличения продольной жёсткости конструкции и обеспечения сложного плоскопараллельного движения рабочих щёк, звенья собраны в цепи с подвижными изменяемыми контурами от четырёхзвенных (BCDE и ЕFНС) до пяти- (BCDEF) и шестизвенных (BCDEFH). Конструкции, показанные на рисунке 2,а; 2,б и 2,в были исследованы в работе А.В. Макарова. Последняя схема (рисунок 2,г) описана в работе С.П. Старикова, но не была исследована. Она привлекает особое внимание тем, что может выполняться в двухщековом исполнении, что создаёт возможность стадийного разрушения горных пород от первой щеки ко второй.
в) а) б) г) Рисунок 2 - Схемы щековых дробилок с замкнутыми изменяемыми контурами: а) и б) с четырёхсторонним (патенты РФ 2235594 и 2142850); в) с пятисторонним (патент РФ 2232637); г) с шестисторонним (патент РФ 2332260) Работает двухщековая дробильная машина следующим образом. При полном повороте кривошипа 1, он через трехшарнирный шатун 2, поводки 3 и 7, трехшарнирное балансирное звено 4 передает движение основной 6 и дополнительной подвижным щекам. Обрабатываемый материал, помещаемый между основной подвижной щекой 6 и неподвижной щекой 9, разрушаясь, проходит в зону действия дополнительной подвижной щеки 5, которая, имея плоскопараллельное движение, дробит материал на более мелкие фракции.
Решение вопроса реального воплощения такого рода машин в практике и послужили основанием к постановке настоящего исследования, что было сформулировано в приведённых выше задачах.
Во второй главе разрабатывается метод метрического синтеза кинематической схемы двухщековой дробильной машины, проводится полное исследование её кинематики графоаналитическими методами.
Решение задачи метрического синтеза в первом приближении проводится из предположения, что точки Н и В движутся по дугам окружностей с центрами О' и О'' соответственно, как показано на рисунке 3. В этом случае в механизме можно выделить пять четырёхзвенников: на рисунке 3 они выделены и прону- Рисунок 3 - Схема исследуемой мерованы римскими цифрами IЕV - согласно двухщековой дробильной машины последовательности, в которой они рассматриваются. При задании конкретных, приближённых к реальным размеров щек O3E и ED, строится четырёхзвенник O3EDO2, как показано на рисунке 4, и изучаются допустимые движения вблизи неподвижной щеки, После построения положений подвижных щёк становится возможным определить расположение опоры О1 и, рассмотрев движение четырёхзвенника O1AHO', задать геометрические размеры начального звена и определить величину AH звена 2. Далее, из четырёхзвенника O'HFOопределяются размеры звеньев 7 и 6. Рассматривая таким же образом четырёхзвенники O1AВO'' и O''ВСO2, на тех же логических основаниях находятся размеры звеньев 2, 3 и 4.
Проведённых построений достаточно для создания модели механизма в первом приближении. Дальнейший поиск работоспособной схемы механизма ведётся методом итераций до получения полного проворота ве- Рисунок 4 - Построение дущего звена О1А и всего механизма в целом. положений выходных звеньев Вполне работоспособная схема механизма показана на рисунке 5 с размерами звеньев (таблица 1) в относительных единицах, где за единицу принимается длина кривошипа О1А.
Таблица 1 - Размеры звеньев механизма двухщековой дробильной машины в относительных единицах Звено 1 2 3 4 5 6 Сторона O1A AB ВН HA BC СО2 О2D DC DE O3E O3F FE FH Относ.
1 14,4 14,4 6,4 5,9 16,1 8,6 18,4 12,9 12,9 12,2 9,0 7,длина Кинематическое исследование двухщековой дробильной машины графоаналитическим методом потребовало разработки специальных приёмов. Дело в том, что структурно машина состоит из ведущего звено О1А и шестизвенной группы звеньев нулевой подвижности (группы Ассура), не распадающейся на более простые группы.
В основу метода нахождения скоростей всех звеньев и точек механизма было положено условие, заключающееся в том, что в шестизвенной группе Ассура ABCO2DEO3FHA с шестиугольным замкнутым изменяемым контуром соседние точки Ассура, Рисунок 5 - Двухщековая дробильная принадлежащие треугольным звеньям, машина с реальными размерами звеньев имеют одинаковые проекции скоростей на линии, соединяющие эти точки.
Точками Ассура в исследуемой цепи являются точки, появляющиеся на пересечении линий, продолжающих поводки трёхпарных звеньев, а именно: для звена - FH и BC, для звена 4 - CB и DE, для звена 6 - FH и ED. Точки Ассура на рисунке 5 обозначены соответственно S2, S4 и S6.
Задача, прежде всего, сводится к отысканию скоростей точек Ассура группы, а так как эти точки принадлежат соответствующим трёхпарным звеньям, по их скоростям становится возможным найти скорости самих трёхпарных звеньев и всего механизма в целом.
Полный план скоростей механизма для одного из его положений приведён на рисунке 6. Такое построение от заданной скорости точки А стало возможным благодаря построению особых линий, перпендикулярных линиям AS2 и О3S6 (показаны штрихпунктирном) до пересечения их в точке j. Треугольник mnl на плане подобен треугольнику S2S4S6 на схеме механизма. Вектор, проведённый из полюса p до пересечения с линией jl, определяет скорость точки S4. Дальнейшие построения векторов скоростей всех остальных точек механизма вполне очевидны.
Найденные относительные скорости точек механизма определяют угловые скорости звеньев.
Полное кинематическое исследование схемы двухщековой дробильной машины потребовало решить задачу об ускорениях её звеньев и характерных точек. Прямое решение этой задачи имеет существенные сложности, а потому в настоящей работе был использован метод академика У.А. Джолдасбекова, основанный на замене ведущего звена. Выбираем в качестве условно ведущего - звено 6, и, произвольно задаваясь величиной и направлением его углового ускорения Рисунок 6 - План скоростей характерных точек * 6, определяем соответстдвухщековой дробильной машины вующие ему ложные ускорения точек механизма, с тем, чтобы установить закон изменения положения конца вектора ускорения точки Ассура S2.
На плане ускорений (рисунок 7) от n точки откладываем вектор aE (пЕ) действительного нормального ускорения точки E.
От его конца откладываем вектор ложного тангенциального ускорения a * и строим E вектор ложного ускорения точки E r* rn r rn r aE = aE + a * ; aE // EO3 ; a * EO3.
E E Аналогично строим вектор ложного ускорения точки F r* r r r r n n aF = aF + a *; aF // FO3 ; a * FO3.
F F Определяем ложное ускорение точки D r* r* rn r rn r aD = aE + aDE + a * ; aDE // DE; a * DE;
DE DE r* rn r * rn r aD = aDO2 + a ; aD // DO2; a * DO2.
DO2 D Вектор ускорения точки С находим исРисунок 7 - Построение вектора ходя из свойства подобия фигур dc на плане * s2 ложного ускорения точки Sускорений и O3DC на схеме механизма.
* Вектор s2 ложного ускорения точки Sнаходится из системы уравнений r* r* rn rn r r rn rn r r aS2 = aF + aS2H + aHF + a * + a * ; aS2H, aHF // S2F; a *, a * S2F;
S2H HF S2H HF r* r* rn rn r * r * rn rn r r aS2 = aC + aS2B + aBC + a + a ; aS2B, aBC // S2C; a *, a * S2C.
S2B BC S2B BC Повторим описанные построения, направив угло** вое ускорение условно ведущего звена в противоположную сторону. В результате получим вектор * s2* ложного ускорения точки S2. Можно утверждать, что конец вектора истинного ускорения скорости точки S* * лежит на линии s2s2*, показанной пунктиром на рисунке 8.
Учитывая, что r r rn r aS2 = aA + aS2 A + a A, Sr r n aS2A // S2 A, a2A S2 A, S строим вектор истинного ускорения точки S2. На плане ускорений (рисунок 8) от точки откладываем известr ный вектор aA (а) ускорения точки А. От его конца откладываем вектор норrn мального ускорения aS2 A и из точки nS2 Aпроводим линию, перпендикулярную S2A, точка пересечения которой с * * линией s2s2* определит коРисунок 8 - План ускорений характерных точек нец вектора ускорения точки двухщековой дробильной машины S2. По истинным ускорениям точек S2 и А звена 2 легко находим все остальные линейные ускорения механизма, а по ним - угловые ускорения ведомых звеньев.
В схеме двухщековой дробильной машины, полученной в результате метрического синтеза, опора O2, через которую балансирное звено 4 соединяется со стойкой, размещается внутри замкнутого контура (рисунок 5). Это может вызвать дополнительные сложности при проектировании и эксплуатации машины. К тому же из кинематики исследованного механизма видно, что вектор абсолютной скорости точки D при рабочем ходе будет менять своё направление в сторону, противоположную разгрузке продуктов дробления, что будет отрицательно влиять на удержание и дробление материала в нижней секции камеры дробления.
Для устранения этих недостатков было найдено техническое решение, заключающееся в замене вращательной пары в опоре O2 на поступательную. Построенная таким образом кинематическая схема двухщековой дробильной машины с опорной поступательной парой (рисунок 9) была заявлена в Роспатент, как новая и по ней был выдан патент РФ 2423179 на изобретение. Изменение схемы оказалось существенным и потребовало разработки новых методов её исследования.
Третья глава диссертационной работы посвящена метрическому синтезу, кинематическому и силовому исследованиям двухщековой дробильной машины с опорной поступательной парой.
Принципиальное отличие новой схемы двухщековой дробильной машины, заключающееся в поступательном движении опорного звена 4 относительно стойки, потребовало внесения существенных изменений в её кинематическое и силовое исследование. Сущность отличия заключается в том, что точки С и D, а также точка Ассура S4 звена 4 приобретают одинаковые по величине и направлению перемещения, скорости и ускорения, и это направление является известным - заданным. При метрическом синтезе цепи важным становится вопрос о задании согласованных смещений этих точек. Графоаналитическое определение скоростей при поступательно движущемся звене 4 сокращается на несколько этапов, так как после нахождения вектора скорости точки Ассура S4 автоматически становятся Рисунок 9 - Схема механизма известными скорости точек С и D. Ускоредвухщековой дробильной машины ния звеньев в рассматриваемом случае наис опорной поступательной парой более просто находить, принимая в качестве условно ведущего - звено 4.
Таким образом, усовершенствованная конструкция двухщековой дробильной машины с опорной поступательной парой не только оказалась без некоторых конструктивных недостатков рассмотренной ранее машины, но и существенно проще в исследовании.
С целью проверки достоверности результатов кинематического исследования графоаналитическими методами новой двухщековой дробильной машины с поступательной парой было выполнено её аналитическое исследование методом замкнутых контуров В.А. Зиновьева.
Для этого в схеме машины были выделены замкнутые контуры O1AHFO3O1, O1MCBAO1, и O3O1NDEO3 и составлены для них векторные уравнения O1O3 = O1A + AH + HF + FO3, MO1 = MC + CB + BA + AO1, O1O3 = O1N + ND + DE + EO3.
Проекции этих векторных уравнения на оси О1х и О1y дают шесть скалярных уравнений lO1O3 cos xO1O3 = lO1A cos1 + lAH cos2 - lHF cos7 + lFO3 cos(6 -180 - FO3E), lO1O3 sin xO1O3 = lO1A sin 1 + lAH sin 2 - lHF sin 7 + lFO3 sin(6 - 180 - FO3E), 0 = lMC - lCB cos3 - lBA cos(180 - HAB - 2 ) + lAO1 cos1, lO1M = -lCB sin 3 + lBA sin(180 - HAB - 2 ) - lAO1 sin 1, lO1O3 cos xO1O3 = -lND - lDE cos5 - lEO3 cos6, lO1O3 sin xO1O3 = -lO1N - lDE sin 5 - lEO3 sin 6.
Перемещение s ползуна 4 измеряется от крайнего левого положения механизма, когда точки С и D занимают положение С0 и D0 соответственно. Тогда lMC = lMC0 + s,lND = lND0 + s.
За неизвестные принимаются углы 2, 3, 5, 6, 7, определяющие положения звеньев, и перемещение ползуна s. Совместное решение приведённых уравнений позволило найти законы движения всех шести звеньев механизма в зависимости от закона изменения 1 ведущего звена 1.
Дифференцирование системы уравнений позволило найти значения скоростей и ускорений звеньев всех механизма, которые подтвердили результаты, полученные графоаналитическим методом.
Результаты исследования кинематики механизма двухщековой дробильной машины с опорной поступательной парой были проверены в программе T-FLEX CAD. На рисунке 10 показана модель, созданная в этой программе, приведены графики изменения скоростей и ускорений точек D и E подвижных щёк 5 и 6, а также таблица значений скоростей и ускорений для всех характерных точек.
Графики скоростей и ускорений точки Е OГрафики скоростей и ускорений точки D F H A E OТаблица значений скоростей и ускорений B C D Рисунок 10 - Исследование кинематики двухщековой дробильной машины с опорной поступательной парой в программе T-FLEX CAD Прежде чем приступить к собственно проектированию машины, необходимо знать все действующие на неё силы и реакции в кинематических парах. Для их определения был применён метод кинетостатики.
Приложенные к исследуемому механизму действующие силы дробления Fi, силы весов звеньев Gi, силы и моменты сил инерции - FИi и МИi - показаны на рисунке 11.
Решение задачи производилось по специально разработанной и впервые применённой в настоящей работе методике, заключающейся в отыскании, прежде всего, полной реакции в поступательной паре звена 4.
Для этого вначале рассматриваются равновесия поводков 7, 5 и 3 путём составления для них уравнений моментов действующих сил и определяются тангенциальные составляющие реакций в шарнирах Н, F, D, E, B и C M (H ) = 0, R ; M (E) = 0, R ;
M (F) = 0, R ; H F D звено7 звено7 звено M (D) = 0, R ; M (C) = 0, R ; M (B) = 0, RC.
E B звено3 звенозвеноИз уравнения сумм моментов всех сил, действующих на звено 6, относительно точки Ассура S6 и уравнения моментов всех сил, действующих на звено 2, относительно точки Ассура S2, находятся тангенциальные составляющие полных реакций в шарнирах О3 и А M (S6) = 0, R68, M (S2) = 0, R21.
звено6 звеноИспользуя далее уравнение моментов сил, действующих на звено 4, относительно точки Ассура S4 и уравнение моментов сил, действующих на всю группу Ассура, относительно точки , зафиксированной на продолжении направлений S6O3 и S2A, определяются полная реакция в поступательной паре и точка её приложения - точка К M (S4 ) = 0, звено R48, h. Рисунок 11 - Силовое нагружение двухщековой дро M ( ) = 0;
бильной машины с опорной поступательной парой 2-Полные реакции во всех вращательных парах машины определяются из уравнений сумм сил, действующих на соответствующие звенья r r r r r r r F = 0, RD, RC ; F = 0, RЕ ; F = 0, RВ ;
звено4 звено5 звеноr r r r r r r F = 0, RF, RO3 ; F = 0, RH ; F = 0, RA.
звено6 звено7 звеноУравновешивающий момент, потребный для приведения машины в работу, определяется из уравнения моментов относительно шарнира OM (O1) = 0, М.
у звеноРезультаты проведённого кинематического исследования и анализ работы машины при её анимации показали, что выбранная схема обладает ещё одним важным достоинством: опорное звено 4 может выполнять роль дополнительной - третьей - подвижной щеки, оказывающей выраженное прессовое воздействие на дробимый материал. Кинематическая схема такой трёхщековой дробильной машины показана на рисунке 12. Оригинальность новой конструкции подтверждается положительным решением о выдаче патента на изобретение по заявке №2011139062 от 23.09.2011.
Четвертая глава диссертации посвящена определению основных параметров дробильной машины - производительности и мощности привода.
Определить усилие, необходимое для разрушения одного куска материала, можно по формуле, обоснование которой приводится в диссертационной работе А.В. Макарова Pразр 2,8D2 f, МН, где D - диаметр сферы, описанной вокруг куска горной породы и касающейся этого куска в трёх точках, которыми он может устойчиво опереться между щеками дробилки, м; f - коэффициент крепости горной породы по М.М.
Протодьяконову.
Наибольшее сопротивление разрушению дробимый материал будет оказывать при максимально Рисунок 12 - Трёхщековая дробильная машина полном заполнении камер дробления, как показано на рисунке 13, где цифрами 1Е19 обозначены поперечные сечения камеры плоскостями, перпендикулярными поверхностям дробящих щёк.
Равнодействующая сил сопротивления, воздействующих на каждую из щёк, может быть определена сложением параллельных сил, для каждого сечения 1ЕPi = ni Pразрi, где i - номер сечения, ni - число шаров в i-ом сечении;
затем - для каждой из щёк i=1 i=7 i= F6 = Pi, F5 = Pi, F4 = Pi.
6 11 Рисунок 13 - Виртуальная модель камеры дробления трёхщековой дробильной машины, заполненной телами дробления Рассмотренный подход к нахождению сил, возникающих в камере дробления при разрушении горной породы, был обоснован и подтверждён экспериментами в работе А.В. Макарова применительно к однощековым дробильным машинам.
После определения усилий дробления и проведения силового расчёта, мощность привода может быть определена как произведение среднего значения уравновешивающего момента на угловую скорость ведущего звена, Nдв = M 1.
y Производительность трёхщековой дробильной машины определяется производительностью нижней секции. Оптимальной можно назвать ситуацию, когда производительность всех трёх секций будет одинаковой Q1 = Q2 = Q3,или, с учётом формулы Б.В. Клушанцева, Sср1 B2 Ln(B1 - B2 ) Sср2 B3Ln(B2 - B3 ) Sср3B4 Ln(B3 - B4 ) = =, (1) 2B1tg1 2B2tg 2B3tgгде - коэффициент разрыхления, для щековых дробилок - 0,5Е0,6; Sср - средний ход сжатия, м; b - ширина выходной щели, м; L - ширина подвижной дробящей щеки, м; n - частота вращения эксцентрикового вала (ведущего звена), об/с; В - ширина приемного отверстия дробилки, м; - угол захвата, град.
В работе обосновывается введение термина коэффициент заполнения камеры дробления, на основании виртуальной модели камеры дробления уточняется его значение: =0,45, что на 18% ниже среднего (0,55), рекомендуемого в литературе, а также подтверждается его независимость от размеров загрузочного и разгрузочного отверстий. С учётом этого из рисунка 13 следует, что (B1 - B2) (B2 - B3) (B3 - B4) H1 =, H2 = и H3 =, (2) tg1 tg2 tgгде Hi - высота соответствующей секции камеры дробления Средний ход сжатия для каждой секции Sср1 = 0,05В1, Sср2 = 0,05В2 и Sср3 = 0,05В3. (3) Подставив выражения (2) и (3) в тождество (1) и сократив подобные члены, получим, что B2H1 = B3H = B4 H3.
Для выполнения этого условия необходимо, чтобы высота каждой последующей секции увеличивалась в ki раз, где ki - степень дробления материала в соответствующей секции H B2 H3 B= = k2, = = k3.
H1 B3 H BПолностью соблюсти такое условие конструктивно достаточно сложно. Это значит, что при работе дробилки верхние секции должны быть не полностью загружены материалом и не смогут работать с максимальной производительностью.
В таком случае целесообразнее использовать одну из схем с двумя подвижными щеками, в том числе схему, при которой в качестве подРисунок 14 - Схематичное изображение вижных щёк используются звенья 5 и последовательности действий при проекти4, а звено 6 играет роль качающегося ровании новой дробильной машины коромысла.
На основании проведённых исследований сформулирована последовательность действий при проектировании новой дробильной машины, показанная на рисунке 14 в виде блок-схемы. Пунктиром обозначены задачи, которые в настоящей работе не решались. Схематичное изображение одного из вариантов промышленного образца двухщековой дробильной машины с опорной поступательной парой, который может быть получен в результате полного исслеРисунок 15 - Двухщековая дробильная дования и разработки проекта, приве машина с опорной поступательной парой дено на рисунке 15.
Результаты проведённых исследований приняты к практическому использованию в ООО Проектгидроуголь-Н, региональном проектно-конструкторском центре ОАО ЕВРАЗ ЗСМК, техническом отделе ООО Разрез БунгурскийСеверный, что подтверждается соответствующими актами.
В приложении приведены патент на изобретение, положительное решение о выдаче патента, а также акты о практическом использовании результатов диссертационной работы.
Основные выводы 1. Одним из действенных направлений совершенствования щековых дробильных машин является использование для дробления двух и более рабочих щёк с синхронизацией их взаимодействия. Со структурной точки зрения неоднощековые дробильные машины требуют использования в их составе сложных, не распадающихся на более простые, групп Ассура - до шестизвенных включительно.
2. Для механизма двухщековой дробильной машины с шестиугольным замкнутым изменяемым контуром разработаны оригинальные метод метрического синтеза кинематической схемы и графоаналитический метод определения скоростей звеньев, а также найдено решение для определения ускорений, основанное на методе У.А. Джолдасбекова.
3. Недостатки, выявленные в ходе исследования двухщековой дробильной машины, вызвали необходимость усовершенствования её конструкции. Была доказана необходимость замены одной из вращательных кинематических пар, а именно пары трёхпарного балансирного звена, соединяющей его со стойкой, на поступательную. Изменение конструкции оказалось существенным, что подтверждается патентом РФ на изобретение.
4. Задачи метрического синтеза, кинематического и силового анализа двухщековой дробильной машины с поступательно движущимся опорным звеном потребовали обоснования и использования принципиально новых приёмов и методик, неизвестных ранее в теории механизмов.
5. На основании созданной виртуальной модели камеры дробления машины и рассмотрения возможного варианта одновременного разрушения материала во всех её секциях, разработаны рекомендации для определения мощности привода машины исходя из результатов кинетостатического исследования, и производительности, с учётом её равенства во всех секциях.
6. Разработанная в диссертации методика расчёта неоднощековых дробильных машин с шестисторонним замкнутым изменяемым контуром основывается на условии равенства производительностей во всех секциях дробления и может найти применение в теории сложных схем дробильных машин.
7. Механизм новой щековой дробильной машины с опорной поступательной парой может выполняться в трёх модификациях: с двумя подвижными щеками - верхней и средней (патент РФ 2423179); с тремя подвижными щеками (положительное решение по заявке № 2011139062 на выдачу патента); с двумя подвижными щеками - средней и нижней. Выявление оптимальной модификации требует полного исследования каждой с использованием приёмов и методик, разработанных в настоящей диссертации.
Список опубликованных работ по теме диссертации 1. Макаров А.В. Кинематика механизмов с шестиугольным замкнутым изменяемым контуром / А.В. Макаров, В.В. Гаряшин // Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения: Труды Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых / под общей редакцией Л.П. Мышляева; СибГИУ. - Новокузнецк, 2009. - Вып. 13. - Ч. III. Технические науки. - С. 275-278.
2. Гаряшин В.В. Кинематическое исследование плоского восьмизвенного механизма шестого класса с замкнутым изменяемым контуром / В.В. Гаряшин // Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения: Труды Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых / под общей редакцией Л.П.
Мышляева; СибГИУ. - Новокузнецк, 2010. - Вып. 14. - Ч. III. Технические науки. - С. 314-317.
3. Макаров А.В. О синтезе кинематических схем щековых дробильных машин. / А.В. Макаров, В.В. Гаряшин // Тезисы докладов Первого международного Джолдасбековского симпозиума (1-2 марта, 2011 г.). - Алматы: Казак университетi, 2011. - С. 88.
4. Чашников Д.О. Кинематическое исследование плоского восьмизвенного механизма шестого класса с поступательной парой/ Д.О. Чашников, В.В. Гаряшин // Успехи современного естествознания. - 2011. - №7. - С. 231-232.
5. Гаряшин В.В. Кинетостатика восьмизвенного механизма с поступательной парой / В.В. Гаряшин // Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения: Труды Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых / Под общей редакцией Л.П. Мышляева; СибГИУ. - Новокузнецк, 2011. - Вып. 15. - Ч.
III. Технические науки. - С. 235-237.
6. Дворников Л.Т. Кинетостатическое исследование плоского восьмизвенного механизма шестого класса с поступательной парой / Л.Т. Дворников, В.В. Гаряшин // Вестник КузГТУ. - 2012. - №1. - С. 72-73.
7. Гаряшин В.В. Обоснование кинематической разрешимости механизма трёхщековой дробильной машины / В.В. Гаряшин // Проблемы механики современных машин: Материалы V международной конференции. - Улан-Удэ: Изд-во ВСУГТУ, 2012. - Т. 1. - С. 15-18.
8. Чашников Д.О. Кинематическое исследование плоского восьмизвенного механизма шестого класса с поступательной парой аналитическим методом/ Д.О.
Чашников, В.В. Гаряшин // Успехи современного естествознания. Ц2012. - №6. - С. 158-159.
9. Пат. №2423179 С1 РФ МПК В02С 1/02. Двухщековая дробильная машина/ Л.Т.
Дворников, А.В. Макаров, В.В. Гаряшин, Д.О. Чашников - № 2010107717/21; заяв. 02.03.2010; опубл. 10.07.2011, Бюл. №19 - 5 с. : 1 ил.
10. Заявка 2011139062 РФ, МПК8 В 02 C 1/04. Трёхщековая дробильная машина / Л.Т. Дворников, В.В. Гаряшин ; заявитель ФГБОУ ВПО Сибирский государственный индустриальный университет ; заявл. 23.09.2011. - 6 с. : ил.
Гаряшин Владимир Владимирович РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ ДВУХЩЕКОВЫХ ДРОБИЛЬНЫХ МАШИН И МЕТОДОВ ИХ КИНЕМАТИЧЕСКОГО И СИЛОВОГО ИССЛЕДОВАНИЯ Автореферат Подписано в печать 21.11.2012г.
Формат бумаги 60х84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная.
Усл.печ.л. 1,10. Уч.-изд.л. 1,24. Тираж 100 экз. Заказ №603.
Сибирский государственный индустриальный университет 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42.
Издательский центр СибГИУ
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям