Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям  

На правах рукописи

НАГОРНОВ Дмитрий Олегович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ковшевой Дробилки ТОРФЯНОГО ПОГРУЗОЧНО-ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО агрегата

Специальность 05.05.06 Ц Горные машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный минерально-сырьевой университет Горный

Научный руководитель:

доктор технических наук

Михайлов Александр Викторович

Официальные оппоненты:

Фомин Константин Владимирович,

доктор технических наук, доцент, Тверской государственный технический университет, доцент кафедры  Торфяные машины и оборудование;

Хван Давид Николаевич,

кандидат технических наук, доцент, Петербургский государственный университет путей сообщения, доцент кафедры Техносферная и экологическая безопасность.

Ведущее предприятие Ц Научно-производственная корпорация Механобр-техника (ЗАО)

Защита диссертации состоится 27 июня 2012 г. в 10 час 30 мин. на заседании диссертационного совета Да212.224.07 при Национальном минерально-сырьевом университете Горный по адресу: 199106, г.аСанкт-Петербург, 21 линия, дом.а2, ауд. № 7212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета Горный.

Автореферат разослан 25  мая 2012 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

д.т.н., профессор                                  В.В. ГАБОВ 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Отличительной особенностью торфяной отрасли горнодобывающего комплекса, является высокая степень зависимости производства от метеоусловий региона добычи, и, учитывая, прекращение серийного производства специализированных торфяных машин, стало экономически неэффективным восстановление крупномасштабных торфяных производств на известной технической и технологической базе.

Задачи, стоящие перед торфяной отраслью на современном этапе, требуют создания новых высокоэффективных и универсальных машин, обеспечивающих качественное и производительное выполнение технологических процессов добычи и переработки торфяного сырья.

Большой вклад в исследование и создание средств механизации торфяного производства внесли такие ученые, как Гревцев Н.В., ЖуравлеваА.В., Зюзин Б.Ф., КисловаН.В., КондратьеваA.B., Лукьянчиков А.Н., Михайлов А.В., МурашоваМ.В., ОпейкоаФ.А., СамсоноваЛ.Н.,  Синицын В.Ф., Солопов С.Г., ФоминаВ.К., Фомин К.В и др.

Разработка и внедрение универсальных средств механизации, обеспечивающих в технологическом процессе добычи торфяного сырья погрузку, сепарацию и дробление,  позволит обеспечить малые торфодобывающие компании высокоэффективной техникой при снижении себестоимости добычи торфа и производства торфяной продукции с гарантированными качественными характеристиками.

Цель работы: установление закономерностей процесса дробления, сепарации и аэрации торфяного сырья на заключительных операциях добычи и полевом обогащении для обоснования рациональных параметров ковшевой дробилки торфяного погрузочно-перерабатывающего агрегата, что способствует сокращению парка машин и механизмов и ведёт к концентрации производства при экскаваторном способе добычи.

Идея работы: Использование ковша с активным днищем, в виде ковшевой дробилки, агрегатираванной с фронтальным погрузчиком, ведёт к сокращению количества технологического оборудования на участке добычи и полевой переработки торфяного сырья, увеличению коэффициента использования, повышению эксплуатационной производительности оборудования.

Для достижения поставленной цели решены следующие
основные задачи:

1.Обоснован состав торфяного погрузочно-перерабатывающего агрегата на основе технических характеристик агрегатируемости фронтального погрузчика и ковшевой дробилки.

2.аПроведён комплекс аналитических исследований процесса переработки торфяного сырья ковшевой дробилкой с роторно-дисковым исполнением рабочего органа.

3.аРазработана экспериментальная установка для исследования процесса переработки торфяного сырья, добытого экскаваторным способом, с целью оценки производительности и эффективности процесса полевой переработки.

4.а Проведён комплекс лабораторных и полевых исследований, по определению рациональных режимов работы и энергоёмкости процесса переработки торфяного сырья в ковшевой дробилке торфяного погрузочно-перерабатывающего агрегата.

5.ааОпределена производительность ковшевой дробилки, как активного навесного оборудования торфяного погрузочно-перерабатывающего агрегата, при выполнении совмещенных операций по переработке и погрузке торфяного сырья.

Защищаемые научные поожения:

1.аЭнергоемкость переработки торфа ковшевой дробилкой с роторно-дисковой просеивающей поверхностью описывается степенной зависимостью от радиусов элементов роторов и  прямо пропорциональна углу контакта роторов с материалом, количеству дисков, силе сопротивления протаскивания торфяного сырья между поверхностями роторов с учётом ширины элементов просеивающей поверхности. 

2.аЭкспериментально установлено, что энергоёмкость процесса измельчения торфяного сырья зависит от угла наклона активной просеивающей поверхности ковшевой дробилки в противоположную сторону от направления вращения роторов, при этом рекомендуемое значение угла наклона соответствует углу внутреннего трения торфа и составляет 20, что обеспечивает переработку до значения средневзвешенного диаметра частиц 10-12 мм, снижение энергоемкости, без изменения геометрических и кинематических параметров рабочего органа, на 34% и отсутствие потерь торфяного сырья.

Методы исследования. При решении поставленных задач использован комплексный метод исследований на основе анализа механико-технологической системы торфяное сырье-рабочий орган машины, математического моделирования и экспериментальных исследований, проведённых в полевых и лабораторных условиях. Основные теоретические результаты получены с использованием подходов, базирующихся на методах расчета деталей машин, теории механизмов и машин, теории упругости, трибологии и триботехники Полученные в работе экспериментальные данные обрабатывались методами математической статистики  в соответствии с ГОСТ 8.207-76.

Научная новизна:

Установлена степенная зависимость между удельными энергозатратами на переработку торфяного сырья и радиусами элементов роторов, углом контакта роторов с материалом, количеством дисков, силой сопротивления протаскивания торфяного сырья между поверхностями роторов с учётом ширины элементов просеивающей поверхности. 

Установлено влияние угла наклона активной просеивающей поверхности дробилки (в противоположную сторону от направления вращения роторов, образующих эту поверхность), на энергоёмкость процесса измельчения торфяного сырья.

Определён рациональный угол наклона просеивающей поверхности ковшевой дробилки при работе в составе торфяного погрузочно-перерабатывающего агрегата, обеспечивающий увеличение производительности агрегата на 34%.

Достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций подтверждается:

- корректным обобщением передового производственного опыта и анализом предыдущих результатов научных исследований;

- использованием аттестованных методик при проведении лабораторных исследований, достаточным объемом экспериментальных данных и использованием современных математических методов их обработки с удовлетворительной сходимостью результатов (расхождение не превышает 5% при доверительной вероятности 0,95).

Практическая значимость работы:

1.аРазработана методика теоретической оценки перерабатывающей способности роторно-дисковой просеивающей поверхности и выполнен комплекс экспериментальных исследований, подтверждающих обоснованность сделанных выводов и рекомендаций.

2.аНа основе результатов выполненных научных исследований и опытно-конструкторских работ создан опытно-промышленный образец сепарирующе-перерабатывающего устройства с роторно-дисковой просеивающей поверхностью, позволяющего получить максимальный эффект увеличения пористости при измельчении торфяного сырья после первого процесса измельчения.

3.Обоснована компоновка торфяного погрузочно-перерабатывающего агрегата в составе колесного фронтального погрузчика и активного навесного оборудования - ковшевой дробилки.

4.Обосновано применение активного ковша в составе торфяного погрузочно-перерабатывающего агрегата, позволяющего совмещать операции погрузки и переработки (дробления, просеивания и аэрации) торфяного сырья при добыче торфа, что подтверждено заявкой на патент Российской Федерации №2011126582 (039340).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на XLX Студенческой научной конференции Краковской горно-металлургической академии (Краков, Польша, 2009); Восьмой международной научно-практической конференции Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения (Воркута-Сыктывкар-Ухта, 2010); Первом Международном научно-техническом конгрессе Энергетика в глобальном мире (Красноярск, 2010); Третьей Международной конференции по проблемам рационального природопользования Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства (Тула, 2010); Восьмой  и Девятой Международной научно-технической конференции Наука - образованию, производству, экономике (Минск, Беларусь, 2010, 2011); Шестой Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики (Тула, 2010); Шестой Международной научной конференции "Проблемы освоения георесурсов российского Дальнего Востока и стран АТР и Восьмом Международном симпозиуме "Снижение опасных геологических проявлений в АТР" (Владивосток, 2010); На Всероссийском Торфяном форуме (Тверь, 2011); На Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ студентов, аспирантов и молодых учёных  по нескольким междисциплинарным направлениям (Новочеркасск, 2011); Международном научном симпозиуме Неделя Горняка (Москва, 2010, 2011, 2012).

ичный вклад автора. Сформулированы задачи исследований, разработана методика исследований, созданы лабораторные стенды и проведены экспериментальные исследования: влияние конструктивных параметров активного навесного оборудования торфяного погрузочно-перерабатывающего агрегата на энергоемкость и скорость процесса переработки торфяного сырья; влияние режимных параметров работы оборудования на энергоемкость процесса при выполнении погрузочно-перегрузочных операций при добыче торфа.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 научных работ, в том числе 5 статей  в рецензируемых журналах из перечня ВАК Минобрнауки России.

Реализация результатов работы:

Результаты диссертации, были использованы компанией Ramtec Oy (Финляндия) при адаптации валково-дисковых рабочих органов ковшевых просеивающих дробилок для добычи торфа. Предложенные конструктивные решения позволили повысить энергоэффективность работы оборудования, за счёт снижения эффекта налипания влажного торфяного сырья на рабочий орган машины.

В рамках диссертационной работы под руководством автора выполнены научно-исследовательские работы по государственному контракту № 14.740.11.0519 от 01 октября 2010 г. Снижение сроков восстановления промышленных запасов региональных торфяных энергоресурсов применением новых технологий добычи. При непосредственном участии автора выполнены научно-исследовательские работы: Расширение использования торфа в малой энергетике в рамках реализации ЭС 2030, как перспективного местного вида топлива для развития систем теплоснабжения изолированных потребителей на уровне муниципальных образований в торфообеспеченных регионах РФ (Государственный контракт № П641 от 19 мая 2010 г.); Технологическое обеспечение круглогодового производства качественного торфяного топлива для региональных кластеров малой энергетики (Государственный контракт №  П1017  от 27 мая 2010 г.); Научное обеспечение использования местных торфяных топливно-энергетических ресурсов и органических отходов для производства окускованных твердых топлив (Государственный контракт № 16.740.11.0682 от 07 июня 2011 г.).

Результаты проведенных научных исследований и опытно-конструкторских работ, включенные в образовательный процесс в Санкт-Петербургском горном университете, отмечены дипломом победителя конкурса на соискание премий Правительства Санкт-Петербурга в области научно-педагогической деятельности в 2010 году (НПР №10039).

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, списка литературы из 119 наименований. Общий объем содержательной части составляет 142 страницы машинописного текста, содержит 16 таблиц,  29 рисунков  и 9 приложений.

Автор выражает благодарность начальнику Управления  технического обеспечения научных исследований Центра Коллективного Пользования (ЦКП), к.т.н., доц. Э.А. Кремчееву за ценные консультации и помощь при проведении работы, начальнику отдела метрологии и паспортизации ЦКП, к.т.н. А.С.аФокину за метрологическое сопровождение исследований, сотрудникам Белорусского национального технического университета: к.т.н., доц. Г.В.аКазаченко и Г.А.аБасалаю, коллективу ЦКП и кафедры Конструирования горных машин и технологии машиностроения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации представлен анализ существующих технологий механизированной добычи торфяного сырья. Рассмотрены конструктивные особенности полевых машин и механизмов торфяного производства, предназначенных для удаления древесных включений из торфяного сырья. На основе критического анализа машин и механизмов, применяемых на операциях, связанных с погрузкой-разгрузкой, штабелированием, сепарацией, измельчением и аэрацией торфяного сырья, сформулированы требования к универсальному погрузочно-перерабатывающему агрегату и обоснована его компоновка, позволяющая совмещать операции погрузки-разгрузки, штабелирования, сепарации, измельчения и аэрации торфяного сырья.

Вторая глава диссертации посвящена исследованию эффективности работы погрузочно-перерабатывающего агрегата. Приведен анализ рабочего цикла и производительности погрузочно-перерабатывающего агрегата. Теоретически обоснована методика расчета роторно-дисковой просеивающей ковшевой дробилки. Обоснованы технологические показатели переработки торфяного сырья и затраты энергии, необходимые для работы активного навесного оборудования агрегата.

В третьей главе представлен анализ физико-механических параметров торфяного сырья, программа и методика экспериментальных исследований. Описаны средства измерения, применяемые  в экспериментах и разработанная экспериментальная установка для исследования процессов переработки торфяного сырья.

В четвертой главе приведены результаты комплекса экспериментальных полевых и лабораторных исследований по оценке погрузочной способности агрегата и энергетике процесса переработки торфяного сырья. Обоснованы рациональные режимы работы погрузочно-перерабатывающего агрегата, обеспечивающие получение требуемого качества торфяного сырья на стадии полевой переработки.

В пятой главе изложены практические рекомендации для промышленности, разработанные по результатам исследований универсального торфяного погрузочно-перерабатывающего агрегата.

В заключении приводятся основные выводы и практические результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований.

Основные результаты работы отражены в следующих защищаемых положениях:

1. Энергоемкость переработки торфа ковшевой дробилкой с роторно-дисковой просеивающей поверхностью описывается степенной зависимостью от радиусов элементов роторов и  прямо пропорциональна углу контакта роторов с материалом, количеству дисков, силе сопротивления протаскивания торфяного сырья между поверхностями роторов с учётом ширины элементов просеивающей поверхности. 

Для решения поставленных задач была разработана конструкция активного навесного оборудования (активного ковша-дробилки) для универсального торфяного погрузочно-перерабатывающего агрегата. Днище ковша выполнено в виде роторно-дисковой просеивающей поверхности, обеспечивающей в процессе погрузочных, перегрузочных операций и операций по штабелированию, сепарации, аэрации  переработку торфяного сырья.

В естественном состоянии торф представляет собой органогенное полифракционное упруго-пластичное тело, состоящее из твердого вещества, воды и воздуха. Наличие в торфе крупных твердых частиц, волокон и пор препятствует его объемной усадке в процессе сушки. Такой торф в воздушно-сухом состоянии имеет небольшую плотность, низкую механическую прочность и большую водопоглотительную способность. Устранить эти отрицательные особенности торфа можно механическим диспергированием.

При механической переработке торфяного сырья производится измельчение, резание (разрывание), перетирание и формование торфа. Эти операции направлены на улучшение качества готовой продукции, как топлива, и на интенсификацию процесса сушки. Процесс переработки торфа всегда связан с увеличением условной (седиментационной) поверхности раздела частиц и суммарной энергии связей между частицами.

В связи с этим возникают задачи обеспечения рациональных значений удельной поверхности, при которых достигаются наилучшие качественные характеристики продукции.

Установлению связей между интенсивностью деформаций и удельной поверхностью торфяного сырья посвящены исследования Фомина В.К., который установил, что с повышением дисперсности торфа происходит затухание процесса переработки, а при достижении условной удельной поверхности значений порядка 840 м2/кг увеличение дисперсности прекращается.

Наиболее универсальный и научно обоснованный метод оценки перерабатывающего воздействия на пластичный материал предложен проф. Ф. А. Опейко. Этот метод основан на определении полной относительной деформаций. При переработке торфяного сырья  в устройствах, где основным механическим воздействием является сдвиг, энергоемкость определяется связью между напряжением сдвига , возникающим на поверхности торф - корпус перерабатывающего устройства и инвариантом тензора интенсивности деформаций торфяного сырья .

Для активного навесного ковша-дробилки был проведен комплекс аналитических исследований, позволивший теоретически установить значения инварианта тензора интенсивности деформаций при прохождении торфяного сырья в пространстве между двумя роторами с дисками.  Переработка в таком механизме происходит за счет деформаций сдвига в торфяной массе,  а также за счет деформаций раздавливания при сужении в пространстве объема между двумя соседними роторами. При определении относительных деформаций материала было принято допущение, что условия неразрывности и неизменности объема соблюдаются.

Рис. 1. Расчетная схема к определению относительных деформаций торфа при прохождении через роторно-дисковую поверхность

Деформации сдвига за счет разности скоростей слоев торфяной массы в плоскости, перпендикулярной осям роторов носят сложный характер вследствие несовпадения направлений движения частиц торфа, соприкасающихся с боковыми поверхностями дисков со скоростями точек этих поверхностей. Область, в которой торфяная масса подвергается переработке, рассматривалась, как состоящая из нескольких частей, для которых  вычислялись средние значения степени переработки: степень переработки между боковыми поверхностями двух дисков, принадлежащих соседним роторам (рис. 1); деформации сдвига за счет изменения сечения потока материала, проходящего между роторами , и  вдоль цилиндрических поверхностей валов, ступиц и дисков .

Полученные выражения для определения составляющих тензора интенсивности деформаций торфяного материала при его прохождении через перерабатывающий роторно-дисковый механизм имеют вид:

; ;       (1)        ;

при среднем значении степени переработки

.  (2)

где - радиус диска, м; - радиус ступицы, м; - радиус вала, м; -диаметр вала, м;  - инвариант тензора интенсивности деформаций; hд - шаг установки дисков на валу, м; - толщина диска, м; - скорость материала, м/с; , - скорости торфа в местах соприкосновения его с боковыми поверхностями дисков, м/с; - скорость скольжения торфа относительно боковых поверхностей дисков, м/с;  - общая относительная деформация в пристенном слое; ку - угол контакта цилиндрической поверхности соответствующего элемента с торфом, рад; - угол контакта роторов с материалом, рад;Q - постоянная производительность, м3/ч; - ширина открытого пространства между валами, м; - толщина пристенной части потока, м.

Энергетическая составляющая процесса носит случайный характер из-за неоднородности свойств перерабатываемого материала, неравномерности загрузки ковша и размерно-массовых характеристик торфяного сырья. Анализ энергетических параметров ковша-дробилки произведен с допущением постоянства характеристик материала, полной загрузки проходного сечения днища активного ковша и угол контакта на всех поверхностях одинаков. В этом случае энергия в установившемся режиме расходуется на преодоление сил сопротивления протаскиванию торфа между  поверхностями вращающихся роторов. Анализ энергоемкости проводился отдельно для плоских боковых и цилиндрических поверхностей рабочих элементов N1 и N2.

Для боковых поверхностей дисков и ступиц:

,                         (3)

для цилиндрических поверхностей:

; (4)

где 1 - сопротивление материала при контакте с боковыми поверхностями дисков и ступиц, Н/м2; 2 - сопротивление материала, возникающее при контакте с цилиндрическими поверхностями, Н/м2; - количество дисков, шт.; - толщина ступицы, м; ω - угловая скорость роторов, рад/с; - ширина проходного сечения, м.

Для оценки правильности сделанных выводов и полученных аналитических выражений была разработана экспериментальная установка и проведена серия экспериментов в диапазоне угловых скоростей от 18 рад/с до 30 рад/с, при заданных геометрических параметрах элементов просеивающей поверхности: =0,14 м; =0,06 м; =0,039 м;  hд=0,04 м; =10, м; ширина ступицы  0,05 м; расстояние между осями валов 0,24 м; количество валов 3; количество дисков на валу 6. Результаты энергетического анализа и экспериментальные данные представлены на рис. 2.

Нижний предел угловой скорости в опытах принят исходя из результатов исследований, проведенных под руководством проф. СамсоновааЛ.Н., где было установлено, что склонность торфа к налипанию на  ступицы и диски рабочего органа снижается, и достигает своего минимума в диапазоне угловых скоростей 16÷18 рад/с.

Рис. 2. Экспериментальная и теоретическая зависимости мощности привода ковшевой дробилки от угловой скорости для установки по переработки торфа (УПТ-3/6-0,35)

В экспериментах использовался верховой торф сосново-травяного вида степенью разложения .

Аналитическое выражение зависимости мощности привода экспериментальной установки от угловой скорости роторов при установленных геометрических параметрах  элементов просеивающей поверхности носит линейный  характер N=28,51, Вт. Аппроксимация экспериментальных данных проведена также в предположении линейной зависимости в виде N=25,26+59 с  коэффициентом регрессии - 0,75.

Отличие угловых коэффициентов в полученных выражениях можно  объяснить нарушением неразрывности потока торфяного сырья через просеивающую поверхность, и увеличением неравномерности заполнения пространства между элементами просеивающей поверхности  при повышении угловой скорости роторов.

В исследованном диапазоне угловых скоростей роторов максимальное расхождение между теоретическими и экспериментальными данными в относительном виде не превысило 5%, что свидетельствует о возможности применения предложенных выражений в инженерных методиках расчета торфяных ковшевых просеивающих дробилок.

2.аЭкспериментально установлено, что энергоёмкость процесса измельчения торфяного сырья зависит от угла наклона активной просеивающей поверхности ковшевой дробилки в противоположную сторону от направления вращения роторов, при этом рекомендуемое значение угла наклона соответствует углу внутреннего трения торфа и составляет 20, что обеспечивает переработку до значения средневзвешенного диаметра частиц 10-12 мм, снижение энергоемкости, без изменения геометрических и кинематических параметров рабочего органа, на 34% и отсутствие потерь торфяного сырья.

Ковшевая просеивающая дробилка в составе погрузочно-перерабатывающего агрегата рассматривается как сменное рабочее оборудование, расширяющее возможности применения погрузочных горных машин при добыче и полевой переработке торфяного сырья.

Анализ нормативных требований к торфяному сырью и экспериментальные работы, проведенные автором на торфяных месторождениях Ленинградской области и республики Беларусь позволили установить размерно-массовые характеристики торфяного сырья для переработки в ковшевой дробилке.

Ковшевая дробилка в составе агрегата, в зависимости от метеорологических условий, может использоваться как при добыче торфяного сырья, так и на участке сепарации торфяного сырья (рис. 3).

Экскавация торфяного сырья происходит  при эксплуатационной влажности торфяной залежи 86 ÷ 89 %, затем, после распределения на поле и предварительного обезвоживания, влажность торфяного сырья снижается до 70 ÷75 %.

Для оценки энергетики процесса переработки торфа в ковшевой дробилке и определения рациональных параметров ее работы создан опытно-промышленный образец сепарирующе-перерабатывающего устройства с роторно-дисковой просеивающей поверхностью УПТ-3/6-0,35 (рис.4), в котором все элементы просеивающей поверхности выполнены в натуральную величину (масштабе 1:1). На его базе разработан экспериментальный стенд, дополнительно включающий устройство регулирования частоты вращения приводного двигателя, комплект регистрирующего оборудования, блок обработки информации и программные средства визуализации полученных данных.

В связи со значительной производительностью стенда по продукту, достигающей 10 т/ч, масса образцов торфяного сырья составляла 4000 кг.

В качестве критериев для оценки эффективности работы оборудования были приняты: гранулометрический состав продукта, средневзвешенный диаметр частиц и удельные затраты энергии на переработку сырья.

Перед переработкой торфяного сырья производилось измерение его влажности и размерно-массовых характеристик. В процессе экспериментов фиксировались электромеханические параметры установки, по которым вычислялись энергетические параметры процесса.

На основании данных, отражающих энергетические затраты на переработку торфяного сырья в экспериментальной установке (рис. 5 и 6) получена эмпирическая кривая для оценки удельных энергозатрат при переработке образцов экскавированного торфяного сырья  в виде при достоверности аппроксимации 0,94.

В результате анализа экспериментальных данных были получены кривые распределения крупности частиц и суммарные характеристики по плюсу при различной кратности пропускания сырья через механизм. Следует отметить, что вне зависимости от угловой скорости роторов, в диапазоне угловых скоростей  от 18 до 30 рад/с, при многократном пропускании сырья через просеивающую поверхность происходила стабилизации гранулометрического состава продукта переработки (рис. 7, рис. 10).

По полученным экспериментальным данным оценивался средневзвешенный диаметр частиц торфа после переработки в зависимости от частоты вращения роторов  (рис. 8) Отмеченная ранее стабилизация гранулометрического состава наблюдалась при достижении значения =10,50,5 мм. Эмпирическая зависимость, характеризующая изменение   от угловой скорости роторов для исследуемой просеивающей поверхности представлена в виде линейной функции с коэффициентом регрессии не превышающим 0,85.

Однонаправленное вращение роторов дробилки, с одной стороны создает максимальный эффект перетирания торфа в зазоре между дисками, с другой стороны, происходит смещение перерабатываемого материала к передней поверхности ковша, что снижает производительность машины.

С целью  снижения неравномерности загрузки роторов дробилки, были проведены экспериментальные исследования с  изменением угла наклона просеивающей поверхности с 0 до значения, при котором указанная неравномерность будет нивелирована. Увеличение угла наклона просеивающей поверхности снижает усилие прижатия торфа, находящегося в ковше, к периферии дисков роторов дробилки в соотношении . Проведенные экспериментальные исследования показали, что при значениях угла наклона, превышающих  угол внутреннего трения торфа, наблюдается просыпь непереработанного материала, находящегося выше разделительной плоскости в направлении наклона ковша.

Рис.9 Изменение удельных энергозатрат на переработку торфяного сырья от угла при угловой скорости  роторов

Результаты экспериментальных исследований позволили установить рациональный угол наклона ковшевой дробилки 20 без изменения геометрических и кинематических параметров рабочего органа, что обеспечивает отсутствие потерь экскавированного торфяного сырья и снижение энергозатрат на его переработку на 34%. В то же время, экспериментально установлено, что в зависимости от исходной крупности предварительно переработанного торфяного сырья, поступающего в ковшевую просеивающую дробилку при выполнении операций полевого приготовления торфогрунтов, увеличение угла наклона просеивающей поверхности до указанного значения в 20, позволяет добиться снижения энергозатрат от 1,5 до 3 раз относительно работы машины при угле в 0.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи по обоснованию рациональных параметров работы ковшевой дробилки в составе универсального торфяного погрузочно-просеивающего агрегата.

Основные научные и практические выводы и рекомендации:

1.аРазработана математическая модель, позволяющая на основе геометрических параметров просеивающей поверхности ковшевой дробилки, оценить степень переработки торфяного сырья при прохождении через механизм.

2. Разработан алгоритм оценки мощности привода ковшевой просеивающей дробилки торфяного погрузочно-перерабатывающего агрегата.

3.аЭкспериментально установлено, что установка дробилки под углом равным углу внутреннего трения торфяного сырья позволяет снизить удельные энергозатраты на его переработку до 34%.

4.аОбоснована возможность создания универсального средства механизации торфяного производства, обеспечивающего технологический процесс добычи торфяного сырья на операциях погрузки, дробления и сепарации. При работе ковшевой дробилки трудные частицы (древесные включения, крупные минеральные включения),  средний диаметр которых от 0,9 до 1,0 размера задающего  проходного отверстия, остаются  внутри ковша и при его опрокидывании высыпаются в отвал.

5. Применение ковшевой дробилки в составе погрузочно-перерабатывающего агрегата обеспечивает переработку торфяного сырья до значения средневзвешенного диаметра частиц 10-12 мм.

6.аВ результате проведенных научных исследований разработана конструкция и создан опытно промышленный образец установки по переработке торфяного сырья УПТ-3/6-0,35 с просеивающей поверхностью идентичной просеивающей поверхности торфяного погрузочно-сепарирующего агрегата.

7.аРезультаты проведенных научных исследований и опытно-конструкторских работ включены в образовательный процесс в Национальном минерально-сырьевом университете Горный при подготовке бакалавров и магистров по направлению 150400 Технологические машины и оборудование по  профилю подготовки Технологические машины и комплексы для разработки торфяных месторождений.

8. Результаты диссертации, были использованы компанией ООО КБ Прок при производстве опытного образца установки УПТ-3/6-0,35 и ООО Карьер А-Тех официального дистрибьютора компании Ramtec Oy (Финляндия) при адаптации валково-дисковых рабочих органов ковшевых просеивающих дробилок для добычи торфа.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих наиболее значимых печатных работах:

1.аНагорнов Д.О. Конструктивные особенности  сменного рабочего оборудования торфяной выемочно-погрузочной машины / Э.А.аКремчеев, Д.О.аНагорнов // Записки Горного института. РИ - СПГГУ. СПб, 2012. Том 195.  - С. 271-275.

2.аНагорнов Д.О. Перспективы развития новых технологий добычи торфа / А.В.аМихайлов, Э.А.аКремчеев, А.В.аБольшунов, Д.О.аНагорнов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). М., Горная книга 2010, № 9.  - С. 189-194.

3.аНагорнов Д.О. Технологические аспекты обеспечения круглогодовой полевой сушки торфа для нужд малой энергетики / Э.А.аКремчеев, Д.О.аНагорнов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). М., Горная книга 2010. № 12.  - С. 260-265.

4.аНагорнов Д.О. Принцип построения транспортного модуля торфяного предприятия с карьерной технологией добычи торфа / Э.А.аКремчеев, А.В.аМихайлов,  Д.О.аНагорнов// Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). М., Горная книга 2011, № 7. -  С.75-81.

5. Нагорнов Д.О. Сравнение модульных механизированных комплексов для добычи и первичной переработки торфа / Д.О.аНагорнов, Э.А.аКремчеев, А.В.аМихайлов, А.В.аБольшунов // Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики - 6-я Международная Конференция по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики. Материалы конференции: ТуГУ. Тула, 2010, Т1.  - С. 131-138.

6. Нагорнов Д.О. Модульный механизированный комплекс для добычи и первичной переработки торфа/ Д.О.аНагорнов, Э.А.аКремчеев, А.В.аМихайлов, А.В.аБольшунов // Материалы 6 Международной научной конференции "Проблемы освоения георесурсов российского Дальнего Востока и стран АТР", Владивосток, 21-25 сент., 2010. Владивосток: ДВГТУ. 2010.  - С. 118-123.

7.аНагорнов Д.О. Развитие технологии добычи топливного торфа / Э.А.аКремчеев, Д.О.аНагорнов // Наука - образованию, производству, экономике Материалы девятой международной научно-технической конференции в 4 томах, Т. 1, Минск, 2011.  - С. 366.

8. Нагорнов Д.О. Обоснование концепции модульного торфяного предприятия полного цикла в структуре малого энергетического кластера / Д.О.аНагорнов, Э.А.аКремчеев // Сборник работ победителей отборочного тура всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов, аспирантов и молодых учёных  по нескольким междисциплинарным направлениям. Новочеркасск, Лик, 2011, С. 275-276.

9. Нагорнов Д.О.аСтепень переработки торфа между дисками валково-дискового перетирателя / Д.О. Нагорнов, Г.В.аКазаченкоа// Процессы и средства добычи и переработки полезных ископаемых, сборник трудов Международной научно-технической конференции, посвящённой 80-летию  со дня рождения заслуженного работника высшей школы Беларуси, доктора технических наук, профессора Кислова Н.В. 17-20 апреля 2012, Минск, 2012.  - С. 266-271.

Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям