Засельський Володимир Йосипович. Розробка наукових основ конструювання вібраційних машин для високоефективного сортування металургійної шихти

Краткое описание

Засельський Володимир Йосипович. Розробка наукових основ конструювання вібраційних машин для високоефективного сортування металургійної шихти : Дис... д-ра наук: 05.05.08 - 2008.

Засельський В.Й. Розробка наукових основ конструювання вібраційних машин для високоефективного сортування металургійної шихти. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.08 - „Машини для металургійного виробництва”. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2008.
Дисертаційна робота присвячена питанню розробки і створення важконавантажених вібраційних машин з неоднорідними коливаннями робочого органу для сортування металургійної шихти з метою забезпечення високих показників ефективності грохочення перед спіканням і плавкою.
В результаті проведеного аналізу встановлено, що для сортування металургійної шихти використовуються грохоти з однорідними коливаннями робочого органу, які не забезпечують необхідну ефективність грохочення. Показано, що інтенсифікація процесу грохочення може йти шляхом створення нових вібраційних машин з неоднорідними коливаннями робочого органу.
На основі виконаного аналізу робіт по розробці вібраційних грохотів в межах даної проблеми сформульований перелік задач, вирішення яких дозволило створити високоефективні, високопродуктивні машини для сортування металургійної шихти. У роботі розроблено математичні моделі, яки описують кінематику руху точок робочого вібромашини з неоднорідними, неоднорідно-часовими (режим „биття”) коливаннями з урахуванням впливу технологічного навантаження.
Установлено вплив співвідношення кутових швидкостей валів віброзбуджувачів на період „биття”, а також визначено форми коливань робочого органу. Розроблено номограму, яка дозволяє вибрати раціональну частоту „биття” грохота для самоочищення сіючої поверхні.
На основі математичних моделей розроблено методики розрахунку кінематичних параметрів, розрахунку на міцність основних елементів короба вібромашин при генерації неоднорідних коливань робочого органу. Одержано аналітичні залежності, зв’язуючи клас розсіву із розміром щілини сита, і швидкість транспортування - із кінематичними та динамічними параметрами грохота з неоднорідними коливаннями.
В практику проектно-конструкторських робіт запроваджено методики з розрахунку кінематичних параметрів вібромашини з неоднорідними коливаннями робочого органу. Створено комплект програм для ПЕОМ, що дозволяє здійснити як синтез, так і аналіз неоднорідних коливань робочого органу вібромашини з інерційним приводом.
Економічний ефект від впровадження розробок складає 3310 тис.грн.

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій дано теоретичне узагальнення і нове рішення актуальної наукової проблеми по встановленню закономірностей, що описують вплив параметрів і положення відносно центру мас важконавантаженого грохота інерційного приводу на кінематику руху робочого органу. Одержано залежності, що зв'язують вертикальну складову амплітуди прискорень коливань, період „биття” (коли кутові швидкості валів віброзбуджувача не рівні один одному) з передавальним відношенням між валами інерційного приводу, і функцію висіву підрешітних фракцій по довжині просіваючої поверхні з положенням віброзбуджувача відносно центра мас грохота, який впливає на розподіл траєкторій точок робочого органу.
Рішення здобуто на основі математичного моделювання руху абсолютно твердого тіла під дією збурювальних сил, що змінюються в часі і просторі, методом Рунге-Кутта, де технологічне навантаження враховувалося за допомогою в'язкої моделі. Отримані результати мають важливе значення для аналізу і синтезу при розробці і конструюванні вібраційних машин, використовуваних в підготовчих процесах металургійного виробництва та інших галузях.
Основні наукові і практичні результати полягають в наступному:
1. Аналіз науково-технічної інформації дозволив виявити сучасні тенденції у області створення вібраційних грохотів, які зводяться до того, що інтенсифікація процесу грохочення може бути здійснена за рахунок використання неоднорідної силової дії на сортований матеріал, яка забезпечується шляхом синтезу неоднорідних коливань по довжині, а у ряді випадків - і по ширині робочого органу.
2. На основі рівнянь руху м’якоамортизованої одномасної вібраційної машини, працюючої в зарезонансному режимі з неоднорідними об'ємними коливаннями робочого органу, розроблена математична модель і створено комп'ютерні програми „Грохот-1” і „Грохот-2”, які дозволяють здійснити аналіз і синтез траєкторного поля вібромашини з інерційним приводом як в холостому ході, так і з технологічним навантаженням, і вибрати раціональне поле траєкторій, сприяюче інтенсифікації процесу сортування і транспортування металургійної шихти. Розглянуто приклади синтезу неоднорідного плоского і об'ємного полів коливань робочого органу грохота ГА-41Ш, експлуатованого в даний час в системах шихтопідготовок доменних печей об'ємом до 2700 м3при відсіві дріб’язку класу 0...5 мм із залізомісткої частини металургійної шихти.
3. На підставі теоретичних досліджень руху вібромашини в режимі „биття”, коли кутові швидкості віброзбуджувача відрізняються один від одного, розроблена математична модель і програми „Грохот-2” і „Грохот-4”, що дозволяє розрахувати кінематичні і динамічні параметри її робочого органу з технологічним навантаженням при використанні самосинхронізованого приводу і віброзбуджувача з жорстким кінематичним зв'язком валів. Установлено, що кожна точка робочого органу рухається по еліптичних траєкторіях із змінювальними в часі їх фокальними параметрами і кутами розташування осей так, що огинаючі цих траєкторій представляють овали Кассині, де їх амплітудні значення прискорень під навантаженням знижуються в 1,15 рази в порівнянні з холостим ходом.
4. Установлено, що при генерації режиму „биття” період коливань вібромашини в діапазоні передавальних відносин між валами, рівному 0,950,99, гіперболічно зростає, а вертикальні складові амплітуд прискорень точок зростають пропорційно передавальному відношенню. Для важконавантажених машин їх максимальні значення в 1,1-1,7 рази вище за аналогічну складову робочого режиму коливань.
5. На підставі аналізу теоретичних досліджень і промислових випробувань встановлено, що для забезпечення режиму „биття” з урахуванням технологічного навантаження, частота живлення на управляючому двигуні повинна бути знижена на 0,5 Гц, в порівнянні з роботою вібромашини без навантаження.
6. В промислових умовах виконана перевірка адекватності одержаних математичних моделей і аналітичних залежностей. Встановлено, що похибка в результатах між розрахунковими і експериментальними значеннями вертикальних прискорень точок робочого органу не перевищує 10 %, а швидкості транспортування матеріалу - 12%.
7. Виходячи з того, що короб є основним несучим елементом конструкції вібромашини і при неоднорідних об'ємних коливаннях навантажений нерівномірно розподіленими силами в декількох площинах, розроблена методика, яка дозволяє шляхом послідовного нашарування на початкову конструкцію підсилюючих елементів синтезувати металоконструкцію короба, що відповідає вимогам міцності і жорсткості при мінімальній металоємності.
Розглянуто приклад використання пропонованої методики для посилення металоконструкції короба грохота з неоднорідними об'ємними коливаннями ГИТ-41Б.
8. На підставі теоретичних досліджень одержана номограма, що дозволяє вибрати раціональну частоту „биття” грохота з метою самоочищення сіючої поверхні. Установлено, що раціональна частота „биття” для самоочищення сіючих поверхонь, використовуваних для сортування металургійної шихти, пропорційна товщині і обернено пропорційна квадрату довжини сталевого сита.
9. На підставі теоретичних досліджень одержана аналітична залежність, яка дозволяє вибрати щілину просіваючої поверхні грохота, враховуючи технологічні особливості і вимоги, що пред'являються до гранулометричного складу металургійної шихти.
10. За результатами промислових випробувань шихтових вібромашин визначені раціональні поля траєкторій коливань точок робочих органів грохотів, їх динамічні параметри, що забезпечують без додаткових енерговитрат зниження захаращеності сит і стабілізацію ефективності грохочення в часі. Одержана аналітична залежність, що пов'язує швидкість вібротранспортування з кінематичними параметрами. Запропонований ряд конструкцій інерційних грохотів, що реалізовують знайдені раціональні закони руху просіваючої поверхні. Установлено, що при виборі конструктивних схем грохотів для сортування металургійної шихти, окрім кінематичних і динамічних параметрів, сприяючих інтенсифікації процесу грохочення, необхідно враховувати співвідношення, яке повинне складати: для грохотів з однорідними коливаннями 2,5, з неоднорідними плоскими коливаннями - 33,5, з неоднорідними об'ємними коливаннями - не менше 2.
11. Результати роботи запроваджено:
- шляхом використання математичних моделей і методик розрахунків шихтових вібромашин в розрахунковій практиці інститутів „Гипромашобогащение» (м. Санкт-Петербург), ”Криворізька вища металургійна школа”, на підприємстві ТОВ КВМШ-плюс” (м. Кривий Ріг);
- шляхом організації серійного виробництва вібраційних грохотів і живильників на ЗАТ „РудГорМаш” (м. Вороніж), випуском промислових партій шихтових грохотів і живильників на підприємствах ТОВ „КВМШ-плюс” і ТОВ „ЕТЕКС” (м. Кривий Ріг);
- шляхом впровадження у виробництво шихтових грохотів і живильників на ВАТ „АрселорМіттал Кривий Ріг”, ВАТ „Запоріжсталь”, ВАТ „Єнакіївський металургійний завод”, ЗАТ „Запорізький залізорудний комбінат”, ВАТ „Південний гірничо-збагачувальний комбінат”;
- підтверджений економічний ефект від впровадження розробок складає 3390 тис. грн.