Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка упруго-вязко-пластичной механореологической модели процесса вибрационной сепарации слюдяного сырья

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Разработка упруго-вязко-пластичной механореологической модели процесса вибрационной сепарации слюдяного сырья"

На правах рукописи

Демаков Евгений Иванович

РАЗРАБОТКА УПРУГО-ВЯЗКО-ПЛАСТИЧНОЙ МЕХАНОРЕОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ВИБРАЦИОННОЙ СЕПАРАЦИИ СЛЮДЯНОГО СЫРЬЯ

Специальность 25.00.13. - «Обогащение полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

0034Ь г^и^

Иркутск 2008

003457402

Работа выполнена в Иркутском государственном техническом

университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Лапшин В. Л.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ястребов К.Л.

кандидат технических наук Романченко А. А.

Ведущая организация: Восточно-Сибирский научно-

исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья (ВостСибНИИГГиМС)

Защита состоится «25» декабря 2008 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.073.02 в Иркутском государственном техническом университете по адресу: 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного технического университета.

Автореферат разослан «24» ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор

В.М. Салов

Актуальность работы

Вибрационные процессы играют важную роль в индустрии обогащения и переработки полезных ископаемых. В развитие теории и практики вибрационных процессов внесли весомый вклад такие видные ученые и исследователи, как И.И. Блехман, Л.Ф. Вайсберг, И.И. Быховский, Р.Ф. Ганиев, И.Ф. Гончаре-вич, Я.Г. Пановко, Э.Э. Лавендел, Р.Ф. Нагаев, Д.А. Плисс, К.В. Фролов, В.А. Повидайло и многие другие.

Вибрационные сепараторы относятся к эффективным видам технологического оборудования. Они хорошо зарекомендовали себя при обогащении и переработке различных видов минерального сырья. Способ разделения на вибрирующей поверхности основан на эффекте сепарации частиц материала по их свойствам на наклонных вибрирующих поверхностях и позволяет осуществлять разделение по крупности, форме, коэффициенту трения, упругости и другим физико-механическим характеристикам частиц.

Высокие технологические показатели вибрационной сепарации обеспечиваются путем реализации рациональных параметров и режимов работы оборудования, определяемых исходя из физико-механических свойств исходного минерального сырья. Для решения подобных задач используются различные методы, при этом одним из наиболее перспективных на наш взгляд является теоретический метод исследований, основой которого являются механо-реологические модели.

В результате предшествующих исследований был разработан комплекс упруго-вязких механореологических моделей процесса вибрационной сепарации материала. Упруго-вязкие модели позволяют учесть упругие и диссипатив-ные свойства материала, проявляющиеся при упругих деформациях. Однако, как показывает практика, основным недостатком упруго-вязких моделей яшш-ется то, что они не описывают в явном виде необратимые процессы в материале (например, пластические деформации, смятие микронеровностей), возникающие при ударном взаимодействии. В связи с этим упруш-вязкая модель может не точно описывать силу контактного взаимодействия частицы с вибродекой. Важность расчета данного параметра объясняется тем, что именно он определяет величину силы трения, которая оказывает основное влияние на скорость и траектории движения частиц. По этому сила контактного взаимодействия является важнейшим параметром процесса взаимодействия системы частица-виброорган.

Таким образом, перспективным направлением развития теории в области вибрационной сепарации является разработка более общей упруго-вязко-пластичной механореологаческой модели, адаптированной к процессам сепарации минерального сырья. Преимуществом данной модели является то, что она имеет в своем составе дополнительный элемент сдвига, предназначенный для учета необратимых деформационных процессов.

Цель работы:

Разработка упруго-вязко-пластичной механореологической модели и адаптация ее к процессам вибрационной сепарации минерального сырья путем

формирования рационального уровня сложности модели применительно к различным этапам движения частиц по виброоргану.

Идея работы:

Рациональное построение структуры исследовательской математической модели процесса вибросепарации мелкоразмерного минерального сырья путем варьирования ее уровня сложности применительно к различным условиям движения частицы.

Основные задачи исследовании:

Оценка необходимого и достаточного уровня сложности модели на разных этапах процесса вибрационного движения частицы минерального сырья.

Разработка и исследование функциональных возможностей упруго-вязко-шгастичной механореологической модели контактного взаимодействия частицы с виброорганом.

Рациональное формирование структуры исследовательской математической модели процесса вибросепарации на различных этапах движения частицы и построение алгоритма ее функционирования.

Разработка экспериментального вибрационного сепаратора и методики балансировки рабочего органа.

Экспериментальная проверка достоверности и эффективности теоретической модели на примере вибросепарации слюдяного сырья.

Научная новизна:

Разработана и исследована упруго-вязко-пластичная механореологиче-ская модель процесса контактного взаимодействия частицы минерального сырья с виброорганом сепаратора.

Решена задача построения рациональной исследовательской модели применительно к процессу сепарации мелкоразмерного минерального сырья путем использования разного уровня сложности математической модели на разных этапах процесса вибрационного движения частицы.

Разработана методика балансировки рабочего органа вибрационного сепаратора для обеспечения одинаковой амплитуды колебаний вибродеки по ее длине.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

Упруго-вязко-пластичная механореологическая модель процесса контактного взаимодействия частицы минерального сырья с виброорганом сепаратора.

Основные закономерности взаимодействия модели с рабочим органом вибросепаратора.

Рациональная структура математической модели процесса вибрационной сепарации минерального сырья.

Методика балансировки рабочего органа вибрационного сепаратора.

Методика исследования:

Решение поставленных задач основано на положениях механики твердого деформируемого тела, теории ударного взаимодействия тел и теории колебательных и вибрационных процессов. Для решения дифференциальных уравне-

ний динамики взаимодействия модели использовались численные методы, проверка адекватности разработанных моделей и алгоритмов расчета осущесталя-лась путем сравнения с экспериментальными данными, планирование и обработка результатов экспериментальных исследований выполнялась с использованием современного программного комплекса "Stat.ist.ica".

Достоверность научных положений:

Подтверждается достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, применением современных программных комплексов и математических методов.

Практическая реализация результатов работы:

Разработан экспериментальный вибрационный сепаратор с инерционным виброприводом.

Разработано программное обеспечение для выполнения исследований и оптимизации процессов вибрационной сепарации минерального сырья.

Разработана технологическая схема классификации мелкоразмерного слюдяного сырья на вибросепараторе, определены рациональные режимы и параметры оборудования.

Апробация работы:

Основные результаты и научные положения работы представлялись: на VI конгрессе обогатителей стран СНГ (г. Москва, 2007 г.); на международной конференции «Плаксинские чтения» г. Красноярск, 2006, г. («Прогрессивные методы обогащения и технологии глубокой переработки руд цветных, редких и платиновых металлов»); на VI Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Механики XXI веку» (г. Братск, 2007 г.); на XI Международной научной конференции «Решетневские чтения» (г. Красноярск, 2007г.); на V Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (г. Санкт-Петербург, 2008); на Международной научной конференции «Неделя горняка» (г. Москва, 2008); на международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (г. Екатеринбург, 2008); на XI Междунар. конф. (МК-6) «Современные технологии освоения минеральных ресурсов» (г. Красноярск, 2008); научно-технических конференциях Иркутского государственного технического университета (20062008).

Полностью диссертационная работа была доложена в Иркутском государственном техническом университете на кафедре Обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии.

Личный вклад автора:

Автором проведен обзор и анализ механореологических моделей процесса контактного взаимодействия частиц минерального сырья с виброорганом. Произведена постановка цели и задач исследований.

Разработана упруго-вязко-пластичная механореологическая модель для математического описания процесса контактного взаимодействия частицы минерального сырья с виброорганом, разработано соответствующее программное

обеспечение для выполнения компьютерных экспериментов применительно к рассматриваемому вибрационному процессу.

Выполнено построение рациональной структуры математической модели процесса контактного взаимодействия частицы с виброорганом.

Спланированы, проведены и статистически обработаны экспериментальные исследования процесса взаимодействия системы модель-виброорган, в результате чего выявлены основные закономерности поведения модели и подтверждена ее адекватность экспериментально.

Разработан экспериментальный вибрационный сепаратор с инерционным виброприво дом.

На основе экспериментальных исследований разработана методика балансировки подвижной части вибросепаратора для обеспечения необходимых параметров вибрации рабочего органа.

Выполнена экспериментальная проверка достоверности разработанной механореологической модели.

Публикации:

По результатам выполненных исследований автор имеет 10 печатных работ, патент на изобретение.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, приложений и списка литературы из 88 наименований. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 5] рисунок и 19 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы тема, цель и задачи исследования, актуальность работы, показана ее практическая значимость.

Первая глава посвящена обзору и анализу современного состояния теории и технологии вибрационной сепарации минерального сырья. Основной проблемой, требующей решения при практическом внедрении процессов вибрационной сепарации, является определение рациональных режимов работы и параметров вибросепаратора.

Основным технологическим параметром вибросепаратора является его разделяющая способность. Чем больше разность Ау, = у 111Х - у ,,.,., тем шире веер траекторий движения частиц минерального сырья и тем выше разделяющая способность (рис. I).

Параметрами вибрационного сепаратора, которые обычно используются для оптимизации процесса разделения, являются амплитуда, частота, закон колебаний, продольный а и поперечный у углы наклона деки, угол направления колебаний Д упругие, диссипативные, фрикционные характеристики материала рабочей поверхности деки, шероховатость рабочей поверхности. Путем правильного подбора указанных параметров обеспечиваются требуемые технологические характеристики оборудования.

Оценка эффективности и выбор рациональных параметров и режимов работы вибросепаратора может осуществляться двумя путями: полностью экспе-

риментально или с помощью математического моделирования реального вибрационного процесса. Второй вариант является наиболее предпочтительным, т.к. существенно сокращает объем натурных экспериментов, характеризую-

Рис. [. Схема вибродеки сепаратора

Как показал обзор и анализ существующих теоретических подходов и исследовательских моделей процессов вибрационной сепарации, паиболее совершенными являются модели механореологического типа, состоящие из тел вибрационной реологии - у пру го инерционных, вязко инерционных. Упруго-вязкие модели иозво.'шот учесть в ходе исследования основные фюико-механическне характеристики материала, к которым относятся упругие и диссипативные свойства минеральных частиц, проявляющиеся при упругих деформациях.

Основным недостатком упруго-вязких моделей является их ограниченность в плане описания необратимых процессов, которые могут протекать в материале на этапе ударного взаимодействия с виброорганом (пластические деформации. смятие микронеровностей). Основное влияние на данные процессы оказывает сила контактного взаимодействия, которая зависит от физико-механических свойств материала (упругости, пластичности, диссипативных характеристик), определяющих ее величину, закономерность ее изменения во времени, продолжительность контактного взаимодействия частицы с виброорганом. Поэтому использование более достоверной модели частицы в нормальном к органу направлении позволит более качественно рассчитывать моменты отрыва частицы от виброоргана при переходе к этапу полета.

Важность расчета данного параметра объясняется тем, что момент обрыва частицы от виброоргама определяет скорость ее движения на этапе полета и, следовательно, скорость транспортирования частицы в целом. Кроме этого, важнейшим параметром при моделировании процесса движения частицы ло виброорган}' является сила трения, которая также оказывает существенное влияние на скорость транспортирования и определяет характер движения частицы па этапе совместного движения с виброорганом (наличие или отсутствие скольжения). В свою очередь сила трения непосредственно зависит от силы нормальной реакции частицы на виброорган. Таким образом, сила нормальной реакции является важнейшим параметром, влияющим на движение частицы.

Поэтому, с целью повышения достоверности математических методов исследования вибрационных процессов сепарации минерального сырья и расширения возможностей исследовательских моделей необходима разработка более общей упруг«-вязко-пластичной модели, имеющей в своем составе дополнительный элемент сдвига, позволяющий отдельно учитывать потери энергии при ударном взаимодействии, связанные с протеканием необратимых процессов на этапе контактного нзанмодеЙ-ствия материала с виброорганом.

Втирая глава посвящена исследованию экспериментального вибрационного сепаратора,

С целью решения задачи но оценке эффективности процесса разделения минерального сырья и выявлению рациональных режимов работы и параметров вибрационного оборудования, исходя из физико-механических свойств исходного материала, была разработана и изготовлена установка для выполнения экспериментальных исследований процесса вибросепарации.

Общий вид установки представлен на рис, 2. Конструкция сепаратора Обеспечивает регулировку основных параметров и режимов работы в широких диапазонах: продольный угол наклона вибродеки 0-55°; поперечный угол 015": угол направления колебаний 0 -75°; масса дебалансов вибраторов 30-430 г; эксцентриситет ¡0-40 мм; амплитуда колебаний 0,3—4 мм; частота колебаний 0-3000 кол/мин.

Экспериментально было установлено, что амплитуда колебаний рабочего органа сепаратора линейно изменяется от наименьшего до ниаболыпего значения по длине деки. Данный эффект возникаеть в том случае, если мает место смещение центра масс колеблющейся части сепаратора (точка В) относительно оси приложения вынуждающей цегггробежной силы }< (точка С) (рис. 8).

Для исследования фактического закона движения вибродеки и оценки возможности ее балансировки путем установки дополнительной массы были выполнены экспериментальные исследования с помощью комплекта виброизмерзтелыюй аппаратуры, включающего программное обеспечение 2ЕТЪаЬ, анализатор спектра (АЦП) А17-Ш, вибропреобразователи АР98.

Измеряемыми параметрами вибрации являлись нормальная и касательная (по отношению к рабочей поверхности деки) проекции амплитуды колебаний деки в верхней и нижней ее части. На основе данной информации рассчитывался угол вибрации и амплитуда колебаний: 0 = /АУУ, А = + Ау

Рис 2. Оощий вид внбросепаратора

Были выбраны три частоты колебаний: 1000, 1500 и 2000 кол/мин. Величина дополнительной массы изменялась ог 0 до 10 кг с шагом 2 кг. Замеры производились при углах продольного наклона 0", 15" и 30". Обобщение

результатов проведенных опытов приводится на графиках (рис. 3),

Анализ полученных

результатов показывает. что наблюдается су щественпая

неравномерность движения

вибродеки. Вертикальная проекция амплитуды колебаний в верхней части деки существенно превышает амплитуду колебаний в нижней ее части. Данный факт свидетельствует о том, что центр тяжести подвижной части вибросепаратора смещен вверх относительно плоскости действия вынуждающей силы вибраторов. Также изменяется полная амплитуда колебаний и угол вибрации. В верхней части деки полная амплитуда колебаний и угол вибрации больше, чем в нижней.

Касательная проекция амплитуды колебаний практически не изменяется в верхней и нижней части деки.

При установке дополнительной массы ниже линии, соответствующей направлению вынуждающей сипы, амплитуда колебаний вибродеки выравнивается и при определенном значении массы реализуется равномерное ¿шижение деки с одинаковой амплитудой по длине.

Рис. 3. Зависимость вертикальной амплитуды (сверху) и угла направленна колебаний (снизу) от лоло.'Ш и тельной массы

5 0.5440

Рнс. 4, Осциллограмма амплиту ды колебаний верхней и нижней части внбродеки в нормальном к органу направлении с дополнительных Грузом

Таким образом, установка дополнительной массы позволяет решить проблему балансировки деки.

Чтобы иметь представление о влиянии неравномерной амплитуды колебаний деки на процесс разделения минерального сырья, были проведены -экспериментальные исследования. В качестве исходного материала было использовано мелкоразмерное слюдяное сырье класса -Щ+Омм,

Рабочие параметры внбросепаратора имели следующие значения; частота колебаний 1725 кол/мин; продольный угол наклона виброоргана а=J4"; поперечный угол наклона виброоргана г=б°.

Первый опыт проводился с отбалансированым рабочим органом, т.е. амплитуда колебаний вибродеки по всей длине была практически одинаковой (рис. 4).

Исходный материал подавался на рабочий орган, находящийся в установившемся режиме колебательного движения. Процесс движения материала по вибродеке представлен на рис. 5, где видно, что частицы разных размеров движутся по различным траекториям. При сходе с вибродеки, частицы попадают в приемные ячейки. В верхние ячейки попадает мелкий класс, в боковые - более Крупный. В целом процесс сепарации осуществляется достаточно эффективно в

Рис. 5. Этапы движения материала по внбродеке с (Мбаланснрованым йнброоргаиом

Второй опыт проводился с рабочим органом без дополнительной массы, т.е. не отбалансированым. Амплиту да и угол направления колебаний по длине вибродеки значительно изменялась (рис. 6). На рис. 7 можно наблюдать нарушение процесса разделения частиц на вибродеке по сравнению с первым опытом. что приводит к взаимному засорению фракций частицами разных размеров.

рис 6. Осциллограмма амплитуды колебании верхней и нижней чад: ]' вибродеки а нормальном к органу направлении без дополнительного груза

Таким образом, можно сделать вывод о том, что процесс сепарации мелкоразмерного материала на вибродеке с различной амплитудой колебаний по длине существенно отличается от классического варианта. Практическое его

Применение требует проведения серьезных исследований по определению рациональных режимов работы сепаратора. ">ги задачи выходят за рамки данной работы и являются предметом дальнейших исследований.

В данной работе рассматривается процесс сепарации на вибродеке с одинаковой амплитудой колебаний по длине. Для обеспечения данного условия была разработана методика балансировки рабочего органа вйбросепаратора.

Рио. 7. Этапы движения материала по вибродеке с не(?тоалм1сированым внорооргяиом

Этапы расчета величины дополнительной массы выглядят следующим образом:

1. С помощью виброизмерительной аппаратуры (рис.8) экспериментально определяют амплитуду колебаний крайних точек вибродеки без дополнительной массы {Ашг,А">а) и с дополнительной массой /«'„„, принимаемо й произвольно (например, в размере 10% от массы вибродеки).

2. Рассчитывают изменение разницы амплитуды колебаний между крайними точками деки, вызванное установкой т':

-Л™).

3. Рассчитывают изменение угла поворота деки ^<рлоп - 2аШ%(&Адоп Ш), где /—расстояние от датчика амплитуда колебаний до оси поворота.

4. Рассчитывают момент инерции противовеса, вызывающий изменение угла поворота деки на 1 рад,'.

I? = 1 доп 1 •

5. Рассчитывают необходимый момент инерции и массу противовеса »>--,?, обеспечивающие одинаковую амплитуду колебаний в верхней и

Рис, 8. Схема деки вибросепарагора

нижней части деки:

/г = I?A<p, т^ = íf» ; Ь<р = larclgWMW -V2/). Проверочные эксперименты подтвердили работоспособность ггре,итоженной методики. Во всех случаях расчетная масса противовеса обеспечивала балансировку деки вибро сепаратора.

Третья глава посвящена математическому моделированию процесса движения минерального сырья по вибродеке, На начальном этапе была разработана модель ударного взаимодействия тела с неподвижной поверхностью (без вибрационного движения поверхности).

Бтируясь на полученных результатах с целью более точного определения силы норматъной реакции была разработана у пру го-вязко-пласт ич пая модель процесса вибрационного движения частиц на этапе контактного взаимодействия с виброорганом (рис. 9). Данная модель имеет в своем составе дополнительный элемент сдвига, который позволяет отдельно учитывать потери энергии при ударном взаимодействии, связанные с необратимыми процессами.

Рассмотрим процесс ударного взаимодействия частицы материала с рабочей поверхностью виброоргана в нормальном направлении. В начальный момент контакта система частица-поверхность виброоргана испытывает упругую деформаций. При определенных условиях, когда контактное усилие достигает предельного значения, параллельно могут развиваться необратимые процессы, о которых говорилось выше. Рис. 9. Схема упруго-вязко-При разгрузке системы, когда кон- пластичной модели тактное усилие уменьшается от своего

максимального значения до нуля, исчезают только упругие деформации. По-тенцаальная энергия упругой деформации переходит в кинетическую энергию движения частицы на этапе полета.

Модель описывает движение центра тяжести частицы () и включает в себя два последовательные блока: упруго-вязкий блок — Сг и упруго пластический блок КУ1 - .Л. Блок КГ1 — Ц- описывает у пру те деформации системы и учитывает возникающие при этом потери энергии с помощью демпфера Су , Блок г2. ~ '2 описывает остаточные деформации и учитывает возникающие при этом потери энергии. Вся масса частицы моделируется с помощью инерционного элемента М I, масса элемента Ш, принимается ничтожно малой 0). Она введена для удобства математического описания системы

с помощью двух дифференциальных уравнений второго порядка.

Используя уравнения Лагранжа был и получены дифференциальные уравнения движения модели в нормальном к органу направлении (по оси У):

ш, у1 + Сг(у-у1) + Кп (у, - уг) = -/>„ - т, У; (1)

«¡Л'г + ^'угЛ + ЛЛ+СгО^-У^ + ^п(>4 ~ У1) = "Л, - . (2)

где: У1>Уг,У1>У2>У1>У2 - ускорение, скорость и перемещение то, и тг относительно виброоргана в нормальном направлении, у' - ускорение виброоргана в нормальном направлении; Р1у, Р2у - проекция силы тяжести масс г»; и т? на нормаль к виброоргану; А'Г1 - коэффициент жесткости упругого элемента упруго-вязкого блока модели; Сг - коэффициент вязкости вязкого элемента упруго-вязкого блока модели; - усилие, соответствующее началу проявления необратимых процессов; К71 - коэффициент жесткости упругого элемента упруго-пластического блока модели; /2 - коэффициент сдвига упруго-пластического блока модели или коэффициент податливости материала.

Полученная математическая модель позволяет описать динамику контактного взаимодействия частицы материала с виброорганом с учетом необратимых процессов.

С учетом полученных уравнений была разработана рациональная структура исследовательской математической модели процесса внбросепарации мелкоразмерного минерального сырья. Особенностью предложенной структуры является то, что в модели используется разный уровень сложности применительно к различным этапам движения частицы по виброоргану.

На этапе движения частицы в контакте с виброорганом в нормальном к органу направлении движение центра тяжести частицы описывается полученной системой уравнений (1), (2).

На этапе движения частицы в контакте с виброорганом по осям Хи2 может быть принята более простая модель. В связи с малыми размерами и массой частицы ее можно рассматривать как абсолютно твердое тело. Использование механореологической модели в касательном к органу направлении для частиц малых размеров, на наш взгляд, нецелесообразно. Объяснить это можно тем, что возникающие при движении частицы деформации и соответствующие им ускорения ничтожно малы.

Если учесть, что данные параметры оказывают влияние только на моменты перехода частицы к этапу скольжения и обратно к этапу совместного движения без скольжения, то динамика движения в данных условиях упруго-вязко-пластичного тела будет несущественно отлетаться от динамики движения абсолютно твердого тела. Таким образом, упрощение модели в данном случае на наш взгляд оправдано и эффективно с точки зрения ее практического применения.

На этапе совместного движения без скольжения закон движения частицы по осям X и 1 соответствует закону движения виброоргана.

Условие начала скольжения тела имеет вид: Fctk > Fmp - fn * N у

*• i---~

F'двХ = ~РЖ ~~ Щ " Х \ ^cdeZ ~ i Kói = + ^cdtíS

и

где - сила, стремящаяся сдвинуть частицу; X - ускорение виброоргана по

оси X; Ра Р- - проекции силы тяжести частицы на оси Л', Z; Рщр - сила трения

частицы по виброоргану; jji - коэффициент трения покоя; N - сила нормальной

реакции. Уравнение движения частицы на этапе скольжения для недеформи-

руемого тела известны в теории вибрационных процессов и здесь не приводят* i

ея. Окончание этапа скольжения соответствует условию х ~ 0 , г - 0 .

Переход от этапа совместного движения к этапу полета осуществляется при выполнении условия: N = 0. Движение частицы на этапе полета также описывается известными уравнениями динамики. Условие перехода частицы к этапу движения в контакте с виброорганом имеет следующий вид: У = 0.

Разработанная математическая модель позволяет учесть при расчете влияние упругих, вязких (дассипативных) и пластических свойств материала на динамику ударного взаимодействия частицы материала е виброорганом сепаратора. При этом модель более точно отражает поведение частицы материала в нормальном к виброоргану направлении и позволяет упростить расчет в на-пра тлениях, параллельных рабочей поверхности виброоргана.

На основе представленной математической модели и разработанного алгоритма была создана программа в среде Visual Haste, позволяющая моделировать поведение частицы на рабочей поверхности вибродеки. Для реше- Рйо 10 Зявнснмжтъ CKÜpJCJlf чаотады {оверку) и НИЯ дифференциальных уравне- угла наклона траектории движения (онюу)

от коэффициентов Fyk=0,01-0,5 и Fk

ний математической модели использовался численный метод Рунге-Кутта.

Для изучения динамики поведеши разработанной упруго-вязко-пластичной модели был выполнен комплекс исследований.

Целью аналитических экспериментов на ПЭВМ являлось исследование влияния параметров упруго-пластического блока модели на динамику взаимодействия системы модель-виброорган, а именно на среднюю скорость движения частицы по виброоргану V и угол наклона траектории движения у/.

В качестве независимых факторов были выбраны три параметра: коэффициент элемента сдвига /2, коэффициент упругого элемента Ку2 и коэффициент демпфирования и Для удобства варьирования коэффициентами /2 и КТ1, их значения задавались при помощи коэффициентов пропорциональности Рук и Рк: /г = Кп ■ Рук; Куг = Кп ■ Рк.

Методика проведения экспериментов была разработана на основе теории планирования эксперимента, при проведении экспериментов использовалась разработанная исследовательская программа поведения частицы на виброоргане, выполненная на основе математической модели.

Для обеспечения адекватности регрессионной модели реальному процессу и необходимой точности расчетов при получении уравнений регрессии использовались квадратичные модели. При построении моделей второго порядка применялись ортогональные центральные композиционные планы (ОЦКП). Для расчета коэффициентов уравнений регрессии, проведения статистической оценки значимости коэффициентов с помощью критерия Стьюдента и проверке адекватности модели использовалась компьютерная программа статистической обработки данных ''81а1лзИса". Проверка адекватности моделей производилась по Р-критершо (критерию Фишера) при уровне значимости Р = 0,05.

В результате проведения экспериментов на математической модели были выявлены основные закономерности процесса контактного взаимодействия.

Для наглядности в качестве примера на рис. 10 приводятся диаграммы одного из экспериментов, характеризующие поверхности отклика функции (скорость перемещения частицы V, угол наклона траектории движения частицы у/) в зависимости от двух факторов - Рк и Рук. Диаграммы построены с помощью программного комплекса '^аНзйса".

На основе анализа полученных результатов установлено, что при увеличении величины коэффициентов упруго-пластического блока модели скорость движения частицы по виброоргану уменьшается, а угол наклона траектории движения частицы увеличивается.

Рис.11. Схема деки с ячейками

Для проверки адекватности упруго-вязко-пластичной механореологической модели были выполнены экспериментальные исследования на мелкоразмерном слюдяном сырье класса крупности -20+0 мм. В результате вибросепарации слюдяное сырье было классифицировано по крупности на фракции. Фракционный состав слюдяного сырья в приемных ячейках сепаратора был определен с помощью ситового анализатора А12.

Для проверки адекватности модели были выбраны три фракции: ячейка №3 -1+0,3 мм, №5,6 -5+2 мм, №8 -10+5 мм (рис. 11). На рис. 11 показаны усредненные траектории движения частиц данных фракций, Средняя скорость движения частиц для выбранных фракций предсташгена в табл. 1.

На основе полученных данных были рассчитаны параметры упруго-вязко-пластичной исследовательской модели для каждой из рассматриваемых фракций. Параметры упруго-пластического блока модели подбирались таким образом, чтобы углы наклона траекторий движения частиц (у/) выбранных фракций и скорости их транспортирования (V) соответствовали экспериментальным значениям. Подбор коэффициентов Рк и Рук производился с учетом выполненных математических экспериментов.

Результаты расчетов приведены в табл. I. Анализ результатов показал, что разработанная упруго-вязко-пластичная модель позволяет с высокой точностью производить расчеты параметров работы вибросепаратора с целью повышения его технико-экономических показателей.

В четвертой главе рассматривается практическая реализация разработанной упруго-вязко-пластичной модели применительно к процессу классификации мелкоразмерного минерального сырья.

При переработке отходов от обрезки и шлифовки слюдокерамических пластин, которые составляют до 15-20% от исходной массы, на ООО «Нижнеудинская слюдинитовая фабрика» функционирует технологическая схема, в которой на стадии классификации после измельчения отходов использовалась ситовая классификация. Как известно из опыта эксплуатации просеивающих поверхностей, при просеивании мелкодисперсных материалов на ситах и решетках их ячейки постепенно забиваются просеиваемым материалом. Слюда мелких классов является мелкодисперсным материалом, и при ее просеивании возникают указанные трудности. Было предложено заменить используемое оборудование (с просеивающими поверхностями) на вибрационный сепаратор с рабочим органом в виде плоской поверхности.

Предложенная технологическая схема переработки отходов от обрезки и шлифовки слюдокерамических пластин представлена на рис. 12.

Таблица 1

Фракция, мм -1+0,5 -5+2 -10+5 (ячейка (ячейка (ячейка 3) 5 и 6) 8)

Параметры движения частиц, определенные в результате эксперимента

Средняя ско- I ростьдвиже- 0,05 ИИЯ, м/с | 0,04 0,035

Параметры движения частиц, определенные в результате математического моделирования

Коэффициент трения 0,5 0,35 0,3

V 0,058 0,037 0,029

18,1 36 74,6

Шлифовка

Обрезка СКЭНов

Готовый продукт

Влажна масса Сушка

^-80+20 Куски пластин

Дробление 1

Ситовая классификация (отверстие 10x10)

Измельчение

^__

Пвибрационный сепаратор с плоской поверх-| ностью

-0,315 +0,3151 J

Микалексовая масса

Рис. 12. Предлагаемая технологическая схема переработки отходов от обрезки и шлифовки слюдокерамических пластин

Материал, после стадии измельчения, попадает по шпателю на виброплоскости сепаратора, где под действием вибрации частицы мелкого класса (готовый продукт измельчения -0,315 мм) перемещаются к верхней части деки, по желобам попадают на конвейер и далее в бункер с микалексовой массой. Частицы, размеры которых не соответствуют размерам класса, который составляет микалекеовую массу, перемещаются по виброплоскости к боковому краю деки и по желобам направляются на конвейер и попадают на доизмель-чение. Гранулометрический состав исходного материала, поступающего на классификацию, представлен в табл. 2.

Для выполнения классификации отходов от обрезки слюдокерамических пластин с помощью разработанной математической модели были рассчитаны основные параметры и режим работы вибросепаратора. Проверка данного режима работы была осуществлена на экспериментальном вибросепараторе (рис.2.). Опыты показали, что эффективность разделения измельченного слюдокерамического материала на вибросепараторе при рассчитанном режиме работы составила 94%. Эффективность определялась как отношение массы материала, поступившего в верхние ячейки вибросепаратора (крупностью менее

Таблица 2. Гранулометрический состав материала после стадии измельчения_

№ Класс, мм Выход, %

1. +1,6 1,3

2. -1,6+1 2,5

3. -1+0,63 4,8

4. -0,63+0,4 9,6

5. -0,4+0,315 16,4

6. -0,315+0,2 31,5

7. -0,2+0,1 22,3

8. -0,1+0 11,6

Рис. 13. Вид общий вибросепаратора: 1 - пакет вибродек; 2 -вибратор; 3 - винтовые пружины;

4 - поворотная рама; 5 - основание; б - опоры; 7 - противовес

0,315 лш), к массе материала той же крупности в исходном сырье. Применение вибросепаратора с плоской поверхностью позволит уменьшить нагрузку на измельчитель и снизить расход сжатого воздуха на 5%. Уменьшение количества частиц класса -0,315 лш в объеме материала, подаваемом на доизмельчение, позволит исключить переизмельчение материала, которое негативно сказывается на качестве готового продукта. В целом себестоимость переработки 1 тонны отходов от обрезки слюдоке-рамических пластин снижается на 4-5%.

По определенным в ходе исследований параметрам и режиму работы разработана конструктивная схема вибрационного сепаратора. Компоновочная схема деталей и узлов вибросепаратора представлена на рисунке 13.

Предложенная схема этапа классификации в технологической схеме переработки отходов от обрезки и шлифовки слюдокера-мических пластин, разработанная конструкция вибросепаратора и методика балансировки рабочего органа переданы к внедрению на ООО «Нижнеудинская слюдинитовая фабрика».

Основные выводы и результаты исследования 1. Разработана упруго-вязко-пластичная механореологаческая модель процесса вибрационной сепарации, позволяющая на более высоком качественном уровне описывать необратимые процессы при контактном взаимодействии частиц минерального сырья с виброорганом.

Модель имеет в своем составе дополнительный элемент сдвига, позволяющий отдельно учитывать потери энергии при ударном взаимодействии, связанные с возникновением необратимых процессов в материале. Наличие данного элемента позволяет более точно определять силу нормальной реакции, силу трения, которые в первую очередь влияют на скорость и траекторию движения частицы минерального сырья.

2. Предложена рациональная структура математической модели взаимодействия частицы с виброорганом на разных этапах ее движения. Модель усовершенствованна в нормальном к органу направлении и упрощена в касательном направлении.

Разработан алгоритм расчета основных параметров процесса вибрационного движения частицы (скорость движения, направление траектории движения) и соответствующее программное обеспечение.

3. Исследовано влияния параметров упруго-пластического блока модели на поведение частицы при движении по виброоргану. С увеличением значений коэффициентов упруго-пластического блока модели (Ку: и/2) скорость движе-

ния частицы уменьшается, а угол наклона траектории движения - увеличивается.

4. Проведена экспериментальная проверка адекватности предложенной модели на примере трех фракций мелкоразмерного слюдяного сырья. Результаты эксперимента показали, что модель с высокой степенью адекватности описывает процесс движения частицы по виброоргану и позволяет на новом качественном уровне исследовать процессы вибрационной сепарации.

5. Установлено, что рабочий орган вибросепаратора (вибродека) может совершать движение с неравномерной амплитудой колебаний по длине деки. Этот эффект возникает при смещении центра масс подвижной части вибросепаратора относительно плоскости действия вынуждающих сил вибраторов. При этом процесс сепарации мелкоразмерного материала на вибродеке нарушается. Практическое его применение требует проведения серьезных исследований по определению рациональных режимов работы сепаратора.

6. Предложена схема этапа классификации в технологической схеме переработки отходов от обрезки и шлифовки слюдокерамических пластин, для реализации схемы разработана конструкция вйбросепаратора. Для обеспечения одинаковой амплитуды колебаний по длине вибродеки разработана методика балансировки рабочего органа вибросепаратора, определены его параметры и режим работы. Разработки переданы к внедрению на ООО «Нижнеудинская слюдинитовая фабрика».

Основные результаты, полученные в диссертации, опубликованы в работах:

- в изданиях перечня ВАК:

1. Демаков Е. И. Лабораторный вибрационный сепаратор с инерционным виброприводом [Текст] / Е. И. Демаков // Вестн. ИрГТУ. - 2007. - № 1 (29). - Т.2. - С. 14-27. -Библиогр.: с. 17.

2. Лапшин В. Л. Упруго-вязко-пластичная модель для моделирования процессов вибросепарации [Текст] / В. Л. Лапшин, Е. И. Демаков П Горный информационно-аналитический бюллетень №12. - М.: Изд. Московского гос. горного унив,- 2008,- С.285-288. (издание в декабре 2008 г.)

- в других изданиях:

3. Пат. 2272274 Российская Федерация, МПК G01N 3/32. Способ определения модуля упругости материала / В. Л. Лапшин, В. П. Ященко, А. В. Рудых, Б. О. Вушейстер, Е. И. Демаков, А. В. Петров ; заявитель и патентообладатель гос. образовательное уч-е высш. проф. образования «Иркут. гос. техни-чес. ун-т». - № 2004134044/28 ; заявл. 22.11.04 ; опубл. 20.03.06, Бюл. №8. - 3 с. : 2 ил.: 1 табл.

4. Лапшин В. Л. Способ определения модуля упругости рудного материала [Текст] / В. Л. Лапшин, В. П. Ященко, А. В. Рудых, Б. О. Вушейстер, Е. И. Демаков, А. В. Петров // Международное совещание «Плаксинские чтения -2006» / Прогрессивные методы обогащение и технологии глубокой переработки

?

руд цветных, редких и платиновых металлов. - Красноярск, 2006. - С. 258-260. -Библиогр.: с. 260.

5. Лапшин В. Л. Разработка методики определения упруго-вязких характеристик минерального сырья для моделирования процессов вибрационной сепарации [Текст] / В. Л. Лапшин, А. В. Рудых, Е. И. Демаков // Вести. Иркутского per. отд. акад. наук высш. школы России. - 2007. - № 2(12). - С. 88-95. -Библиогр.: с. 95.

6. Лапшин В. Л. Упруго-вязко-пластичная механореологическая модель для оценки упруго-вязкий свойств минералов при моделировании процессов вибросепарации [Текст] / В. Л. Лапшин, Е. И. Демаков // Механика - XXI веку. VI Всероссийская науч.-техн. конф. с международным участием : сб. докладов. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2007. - С. 67-71. - Библиогр.: с. 71.

7. Лапшин В. Л. Определение механореологических свойств минералов ударным способом [Текст] / В. Л. Лапшин, Е. И. Демаков, А. В. Рудых // VI Конгресс обогатителей стран СНГ.: материалы конгресса, том 1. - М.: Альтекс, 2007.-С. 12-14.

8. Лапшин В. Л. Моделирование упруго-пластического взаимодействия сферического тела с плоской поверхностью при ударе [Текст] / В. Л. Лапшин, Е. И. Демаков // Материалы XI Международной науч. конф., посвящ. памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Решетнева (6-10 нояб. 2007, г. Красноярск) / под общ. ред. И. В. Ковалева ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. - Красноярск, 2007. - С. 240-241.

9. Лапшин В. Л. Адаптация упруго-вязко-пластичной модели к процессам вибросепарации мелкоразмерного сырья [Текст] / В. Л. Лапшин, Е. И. Демаков // V международная научно-практическая конференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». - С.-Пб., 2008. С. 227-234.

10. Лапшин В. Л. Исследование неравномерности движения деки вибросепаратора [Текст] / В. Л. Лапшин, Е. И. Демаков, Н. В. Тельнов // Материалы Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья». - Екатеринбург : Форт Диа-лог-Исеть, 2008. - 347 с. - С. 214 - 219.

11. Лапшин В. Л. Влияние неравномерности движения деки на процесс вибросепарации минерального сырья [Текст] / Лапшин В.Л., Демаков Е.И., Тельнов Н.В. // XI Междунар. конф. (МК-6) «Современные технологии освоения минеральных ресурсов». - Красноярск 2008. С. 231-237.

Подписано в печать 19.11.2008. Формат 60 х 84 /16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,25. Тираж 110 экз. Зак. 461. Поз. плана 47н.

ИД № 06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Демаков, Евгений Иванович

Введение.

Глава 1. Современное состояние теории и технологии вибрационной сепарации минерального сырья.

1.1 Конструкции и область применения вибрационных дековых сепараторов.

1.2 Факторы, влияющие на эффективность вибрационной сепарации.

1.3 Пути обеспечения эффективности процессов вибрационной сепарации.

1.4 Существующие теоретические подходы и исследовательские модели процессов вибрационной сепарации.

1.5 Методики и способы определения параметров исследовательских моделей.

1.6 Анализ недостатков существующих моделей.

Выводы.

Глава 2. Исследование экспериментального вибрационного сепаратора

2.1 Разработка конструкции вибросепаратора.

2.2 Исследование динамики движения рабочего органа.

2.3 Влияние неравномерности движения деки на процесс вибросепарации.

2.4 Методика балансировки рабочего органа вибросепаратора.

Выводы.

Глава 3. Математическое моделирование процесса движения частиц слюдяного сырья по вибродеке. ^ Упруго-вязко-пластичная модель ударного взаимодействия тела с плоскостью.

3.2 Упруго-вязко-пластичная модель контактного взаимодействия частицы с вибродекой.

3.3 Разработка алгоритма и программы для исследования процесса вибр о сепарации слюдяного сырья с помощью математической модели.

3.4 Исследование динамики движения упруго-вязко-пластичной модели.

3.5 Экспериментальная проверка адекватности математической модели. 99 Выводы.

Глава 4. Разработка технологической схемы классификации мелкоразмерного слюдяного сырья.

4.1 Использование мелкоразмерного слюдяного сырья в промышленности.

4.2 Процессы измельчения и классификации мелкоразмерных слюдяных руд в технологии производства микалекса.

4.3 Разработка процесса классификации мелкоразмериых слюдокерамических отходов с использованием вибросепаратора.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка упруго-вязко-пластичной механореологической модели процесса вибрационной сепарации слюдяного сырья"

Актуальность работы

Вибрационные процессы играют важную роль в индустрии обогащения и переработки полезных ископаемых. В настоящее время применяется большое количество вибрационных машин различного технологического назначения. При этом эффективность работы оборудования впрямую определяется правильным выбором основных параметров и режимов работы. В развитие теории и практики вибрационных процессов внесли весомый вклад такие видные ученые и исследователи, как Блехман И.И., Быховский И.И., Вайсберг Л.Ф., Ганиев Р.Ф., Гончаревич И.Ф., Лавендел Э.Э., Нагаев Р.Ф., Пановко Я.Г., Плисс Д.А., Повидайло В.А., Фролов К.В. и многие другие.

Вибрационные сепараторы относятся к эффективным видам технологического оборудования и могут широко применяться для разделения всех видов тонкоизмельченных сыпучих материалов, кроме липких. Они хорошо зарекомендовали себя при обогащении и переработке различных видов минерального сырья. Способ разделения на вибрирующей поверхности основан на эффекте сепарации частиц материала по их свойствам на наклонных вибрирующих поверхностях и позволяет осуществлять разделение по крупности, форме, коэффициенту трения, упругости и другим физико-механическим характеристикам частиц.

Высокие технологические показатели вибрационной сепарации обеспечиваются путем реализации рациональных параметров и режимов работы вибрационного оборудования, определяемых исходя из физико-механических свойств исходного минерального сырья.

Для решения подобных задач используются различные методы, при этом одним из наиболее перспективных на наш взгляд является теоретический метод исследований, основой которого являются механо-реологические модели.

В результате предшествующих исследований был разработан комплекс упруго-вязких механореологических моделей процесса вибрационного движения материала. Данные модели позволяют осуществить исследование динамики взаимодействия системы материал-виброорган на всех этапах движения и рассчитать основные динамические параметры процесса: динамическую нагрузку на виброорган, траектории и скорость движения частиц, среднюю скорость транспортирования и производительность вибрационной машины.

Упруго-вязкие модели позволяют учесть упругие и диссипативные свойства материала, проявляющиеся при упругих деформациях. Однако, как показывает практика, основным недостатком упруго-вязких моделей является то, что они не описывают в явном виде необратимые процессы в материале (например, пластические деформации, смятие микронеровностей) которые могут возникать в материале в процессе ударного взаимодействия. В связи с этим упруго-вязкая модель может не точно описывать силу контактного взаимодействия частицы с вибродекой. Важность расчета данного параметра объясняется тем, что именно он определяет величину силы трения, которая оказывает основное влияние на скорость и траектории движения частиц. По этому сила контактного взаимодействия является важнейшим параметром процесса взаимодействия системы частица-виброорган.

Таким образом, перспективным направлением развития теории в области вибрационной сепарации является разработка более общей упруго-вязко-пластичной механореологической модели, адаптированной к процессам сепарации минерального сырья. Преимуществом данной модели является то, что она имеет в своем составе дополнительный элемент сдвига, предназначенный для учета необратимых деформационных процессов.

Цель работы:

Разработка упруго-вязко-пластичной механореологической модели и адаптация ее к процессам вибрационной сепарации слюдяного сырья путем рационализации уровня сложности модели применительно к различным этапам движения частиц по виброоргану.

Идея работы:

Рациональное построение (формирование) структуры исследовательской математической модели процесса вибросепарации мелкоразмерного слюдяного сырья путем варьирования ее уровня сложности применительно к различным условиям движения частицы.

Основные задачи исследования:

Оценка необходимого и достаточного уровня сложности модели на разных этапах процесса вибрационного движения частицы слюдяного сырья.

Разработка и исследование функциональных возможностей упруго-вязко-пластичной механореологической модели контактного взаимодействия частицы с виброорганом.

Рациональное формирование структуры исследовательской математической модели процесса вибросепарации на различных этапах движения частицы и построение алгоритма ее функционирования.

Разработка экспериментального вибрационного сепаратора и методики балансировки рабочего органа.

Экспериментальная проверка достоверности и эффективности теоретических разработок.

Научная новизна:

Разработана и исследована упруго-вязко-пластичная механореологическая модель процесса контактного взаимодействия частицы слюдяного сырья с виброорганом сепаратора.

Решена задача построения рациональной исследовательской модели применительно к процессу сепарации мелкоразмерного слюдяного сырья путем использования разного уровня сложности математической модели на разных этапах процесса вибрационного движения частицы.

Разработана методика балансировки рабочего органа вибрационного сепаратора для обеспечения одинаковой амплитуды колебаний вибродеки вдоль ее длины.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

Упруго-вязко-пластичная механореологическая модель процесса контактного взаимодействия частицы слюдяного сырья с виброорганом сепаратора.

Основные закономерности взаимодействия модели с рабочим органом вибросепаратора.

Рациональная структура математической модели процесса вибрационной'сепарации слюдяного сырья. ' -.

Методика балансировки рабочего органа вибрационного сепаратора.

Методика исследования:

Решение поставленных задач основано на положениях механики твердого деформируемого тела, теории ударного взаимодействия тел и теории колебательных и вибрационных процессов. Для решения дифференциальных уравнений динамики взаимодействия модели использовались численные методы, проверка адекватности разработанных моделей и алгоритмов расчета осуществлялась путем сравнения с экспериментальными данными, планирование и обработка результатов экспериментальных исследований выполнялась с использованием современного программного комплекса "Statistica".

Достоверность научных положений:

Подтверждается достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, применением современных программных комплексов и математических методов.

Практическая реализация результатов работы:

Разработан экспериментальный вибрационный сепаратор с инерционным виброприводом.

Разработано программное обеспечение для выполнения исследований и оптимизации процессов вибрационной сепарации слюдяного сырья.

Разработана технологическая схема классификации мелкоразмерного слюдяного сырья на вибросепараторе, определены рациональные режимы и параметры оборудования.

Апробация работы:

Основные результаты и научные положения работы представлялись: на VI конгрессе обогатителей стран СНГ (г. Москва, 2007 г.); на международных конференциях «Плаксинские чтения» г. Красноярск, 2006, г. («Прогрессивные методы обогащения и технологии глубокой переработки руд цветных, редких и платиновых металлов»); на VI Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Механики XXI веку» (г. Братск, 2007 г.); на XI Международной научной конференции «Решетневские чтения» (г. Красноярск, 2007г.); на V Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (г. Санкт-Петербург, 2008); на Международной научной конференции «Неделя горняка» (г. Москва, 2008); на международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (г. Екатеринбург, 2008); на XI Междунар. конф. (МК-6) «Современные технологии освоения минеральных ресурсов» (г. Красноярск, 2008).

Полностью диссертационная работа была доложена в Иркутском государственном техническом университете на кафедре Обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии.

Личный вклад автора:

Автором проведен обзор и анализ механореологических моделей процесса контактного взаимодействия частиц минерального сырья с виброорганом. Произведена постановка цели и задач исследований.

Разработана упруго-вязко-пластичная механореологическая модель для математического описания процесса контактного взаимодействия частицы минерального сырья с виброорганом, разработано соответствующее программное обеспечение для выполнения компьютерных экспериментов применительно к рассматриваемому вибрационному процессу.

Выполнена рационализация математической модели процесса контактного взаимодействия частицы с виброорганом.

Спланированы, проведены и статистически обработаны экспериментальные исследования процесса взаимодействия системы модель-виброорган, в результате чего выявлены основные закономерности поведения модели и подтверждена ее адекватность экспериментально.

Разработан экспериментальный вибрационный сепаратор с инерционным виброприводом. - - -

На основе экспериментальных исследований разработана методика балансировки подвижной части вибросепаратора для обеспечения необходимых параметров вибрации рабочего органа.

Выполнена экспериментальная проверка достоверности разработанной механореологической модели.

Публикации

По результатам выполненных исследований автор имеет 11 печатных работ, патент на изобретение.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, приложений и списка литературы из 88 наименований. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок и 19 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Обогащение полезных ископаемых", Демаков, Евгений Иванович

Выводы

1. При использовании отходов от обрезки слюдокерамических пластин для производства микалекса большое значение оказывает класс крупности исходного материала, он влияет на механическую прочность и обрабатываемость (шлифовка, сверление, резание) получаемого продукта. Необходимо строго контролировать процентное содержание частиц каждого класса крупности. По этому классификация измельченного материала заслуживает особого внимания в общем технологическом цикле.

2. Предложено использовать более эффективную технологию классификации мелкоразмерного сырья на вибродеке.

Разработана конструкция вибросепаратора, определены его параметры и режимы работы с использованием новой математической модели, сделан подбор дополнительного оборудования для согласования работы вибросепаратора с другими аппаратами технологического цикла.

3. Предложенная схема этапа классификации в технологической схеме переработки отходов от обрезки слюдокерамических пластин, разработанная конструкция вибросепаратора и методика балансировки рабочего органа [приложение А] переданы к внедрению на ООО «Нижнеудинская слюдинитовая фабрика» [приложение Б].

Заключение

1. Для решения задач по оценке эффективности процесса разделения слюдяного сырья и выявлению рациональных режимов работы и параметров вибрационного оборудования разработан и изготовлен экспериментальный вибрационный сепаратор с центробежным виброприводом, конструкция которого позволяет в необходимых диапазонах изменять основные параметры и режимы работы, влияющие на процесс разделения частиц слюдяного сырья.

2. Экспериментально установлено, что рабочий орган вибросепаратора (вибродека) может совершать сложное движение, а именно амплитуда, и угол направления колебаний могут изменяться по длине деки. При этом процесс сепарации мелкоразмерного материала на вибродеке нарушается.

3. Для обеспечения одинаковой амплитуды колебаний по длине вибродеки разработана и экспериментально опробирована методика балансировки рабочего органа сепаратора. Данная методика моясет быть использована и для балансировки рабочих органов промышленных сепараторов.

4. Разработана более общая, упруго-вязко-пластичная модель процесса контактного взаимодействия частиц материала с рабочим органом сепаратора. Модель имеет дополнительный элемент сдвига, с помощью которого описываются необратимые процессы контактного взаимодействия (пластические деформации, смятие микронеровностей). Наличие данного элемента позволяет более точно определять силу нормальной реакции, силу трения, которые в первую очередь влияют на скорость и траекторию движения частицы минерального сырья. Результаты эксперимента показали, что модель с высокой степенью адекватности описывает процесс движения частицы по виброоргану и позволяет на новом качественном: уровне исследовать процессы вибрационной сепарации.

5. Для процесса переработки отходов от обрезки и шлифовки слюдокерамических пластин на ООО «Нижнеудинская слюдинитовая фабрика» на стадии классификации было предложено использовать технологию вибрационной сепарации на непросеивающих плоскостях. С помощью разработанной математической модели рассчитаны основные параметры и режимы работы вибрационного оборудования.

Предложенная схема этапа классификации в технологической схеме переработки отходов от обрезки слюдокерамических пластин, разработанная конструкция вибросепаратора и методика балансировки рабочего органа переданы к внедрению на ООО «Нижнеудинская слюдинитовая фабрика».

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Демаков, Евгений Иванович, Иркутск

1. Анахин, В. Д. Вибрационные сепараторы / В. Д. Анахнн, Д. А. Плисс, В. Н. Монахов. -М.: Недра, 1991.- 157 с.

2. Анахин, В. Д. К теории вибросепараторов / В. Д. Анахин, Д. А. Плисс. -Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1992. 125 с.

3. Байбородин, Б. А. Обогащение слюдяных руд / Б. А. Байбородин, 3. М. Борискина, Г. И. Малииович. Иркутск : Изд-во Иркут. гос."техн. ун-та, 1982. - 246 с.

4. Батуев, Г.С. Инженерные методы исследования ударных процессов / Г.С. Батуев, Ю.В. Голубков, А.К. Ефремов, А.А. Федосов. М. :«Машипостроение», 1977. - 240 с.

5. Блехман, И. И. Вибрационное перемещение / И. И. Блехман, Г. Ю. Джанелидзе. М.: Наука, 1964. - 410 с.

6. Блехман, И. И. Институт «Механобр» центр развития вибрационной техники в России / И. И. Блехман, Л. А. Вайсберг // Обогащение руд : научно-технический журнал. - СПб., 1994. - № 2. - С.31-38.

7. Блехман, И. И. Что может вибрация / И. И. Блехман. М. : Наука, 1988. - 208 с.

8. Боровиков, В. STAT1STICA. Искуство анализа данных на компьютере: ^J профессионалов. 2-е изд. (+CD) / В. Боровиков. — СПб.: Питер, 2003. 688 с.

9. Бронштейн, И. Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов У IPI. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. М.: Наука, 1980. - 976 с.

10. Быховский, И. И. Основы теории вибрационной техники / И. И. Быховский. : Машиностроение, 1969. - 362 с.

11. Вибрации в технике : Справочник : в 5 т. Т. 4. Вибрационные процессы и машиьпчт / под ред. Э. Э. Лавендела. М.: Машиностроение, 1981. - 509 с.

12. Волков, К. И. Свойства, добыча и переработка слюды / К. И. Волков, ГГ PL Загибалов, М. С. Мсцик. — Иркутск : Вост.-Сиб. книжное изд-во, 1971. 350 с.

13. Вуколов, Э.А. Основы статистического анализа. Практикум по статистичес^гк^им методам и исследованию операций с использованием пакетов STATISTIC^s^ и EXCEL: Учебное пособие / Э.А. Вуколов. М.: ФОРУМ: ИНФРА, 2004. - 464с.

14. Ганиев, Р. Ф. Динамики частиц при воздействие вибрации / Р. Ф. Ганисв, JX Е. Украинский. Киев : Наукова думка, 1975. - 168 с. 56.

15. Гончаревич, И. Ф. Виброреология в горном деле / И. Ф. Гончаревич. М. : 1977.- 143 с.

16. Гончаревич, И. Ф. Вибротехника в горном производстве / И. Ф. Гончаревич. IS^E. : Недра, 1992.-319 с.

17. Гончаревич, И. Ф. Динамика вибрационного транспортирования Текст. / Иф. Гончаревич. М.: Наука, 1972. - 244 с.

18. Гончаревич, И. Ф. Теория вибрационной техники и технологии / И. Ф. Гончарев.:игч, К. В. Фролов. М.: Наука, 1981.-320 с.

19. Гончаревич, И. Ф. Феноменологические модели груза для исследования процесса вибротранспортирования : механика твердого тела / И. Ф. Гончаревич // Известия Академии наук СССР. М.: Наука, 1971, № 1. - С.170-175.

20. Горлин, С. Н. Экспериментальная аэромеханика / С. Н. Горлин. М. : Высшая imEcc^>na, 1970.-423 с.

21. Гудушаури, Э. Г. Теория вибрационных технологических процессов хтри некулоновском трении / Э. Г. Гудушаури, Г. Я. Пановко. М. : Наука, 1988. - 145

22. Демаков, Е.И. Лабораторный сепаратор с инерционным виброприводом/ Е.И. Демаков // Вестник ИрГТУ №1(29), Том 2. Иркутск, ИрГТУ, 2007. С. 14-17

23. Дмитриева, J1.C. Планирование эксперимента в вентиляции и кондиционировании воздуха / JI. С. Дмитриева, J1. В. Кузьмина, JI. М. Мошкарнев. Иркутск : Изд. Иркут. ун-та, 1984. - 209 с.

24. Заварыкин, В. М. Численные методы / В. М. Заварыкин, В.Г.Житомирский, М. П. Лапчшао. М. : Просвещение, 1990. - 176 с.

25. Зедгинидзе, И. Г. Планирование эксперимента для исследований многокомпонентных систем / И. Г. Зедгинидзе. М. : Наука, 1976. - 390 с.

26. Камке, Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям / Э. Камке.- М.: Наука, 1971. 576 с.

27. Кильчевский, Н.А. Динамическое контактное сжатие твердых тел. Удар / Н.А. Кильчевский. Киев : Изд-во «Наукова думка», 1976, - 319 с.

28. Кобринский, А. А. Двумерные виброударные системы / А. А. Кобринский, А. Е. Кобринский. М. : Паука, 1981. - 336 с.

29. Коллатц, Л. Численные методы решения дифференциальных уравнений / Л. Коллатц. М.: Изд. иностр. лит., 1953. - 460 с.

30. Лавендел, Э. Э. Вибротрапспортирование штучных изделий при дополнительном силовом поле : вопросы динамики и прочности / Э. Э. Лавендел // сб. статей / Рига: Зинатне, 1969. Вып. 19. - С. 5-12.

31. Лавендел, Э. Э. Синтез оптимальных вибромашин / .- Э. Э. Лавендел. Рига.: Зинатне, 1970.-252 с.

32. Лапшин. В. Л. Аналитическое моделирование процесса разделения руд па вибродеке / В. Л. Лапшин, Б. А. Байбородин. Иркутск: Изд-во Иркутск, гос. техн. ун-та, 1997.119 с.

33. Лапшин В. JI. Теория исследования и моделирования процессов сепарации руд на вибрационных обогатительных аппаратах Текст. / Лапшин В.Л // автореферат диссертации на соискание ученой степени д.т.н. — Иркутск, 1999.

34. Лапшин В.Л. Влияние неравномерности движения деки на процесс вибросепарации минерального сырья Текст. / Лапшин В.Л., Демаков Е.И., Тельнов II.В. // XI Междунар. конф. (МК-6) «Современные технологии освоения минеральных ресурсов». Красноярск 2008.

35. Лапшин, В. Л. Математическая модель движения двухмассной упруго-вязкой модели скольжением по криволинейной вибродеке / В. Л. Лапшин, Б. А. Байбородин, Л. Г. Белякова// Обогащение руд: сб. науч. тр. Иркутск, 1997. - С. 109113.

36. Лапшин, В. Л. Аналитическая модель движения частицы материала качением по криволинейному виброоргану сепаратора / В. Л. Лапшин, Б. А. Байбородин, Л. Г. Белякова. // Обогащение руд : сб. науч. тр. Иркутск, 1997. - С. 24 - 29.

37. Лапшин, В. Л. Аналитическая модель движения частицы материала скольжением по цилиндрической виброповерхности / В. Л. Лапшин, Б. А. Байбородин, Л. Г. Белякова // Обогащение руд : сб. науч. тр. Иркутск, 1995. - С. 14-17.

38. Лапшин, В. Л. Использование численных методов Рунге-Кутга при исследовании процессов виброперемещения сыпучих сред / В. Л. Лапшин // Динамика виброактивных систем : сб. науч. тр. Иркутск, ИПИ, 1992. - С.21-28.

39. Лапшин, В. Л. Исследование диссипативных параметров механореологических моделей процессов обогащения руд на вибродеке Текст. / В. Л. Лапшин. Деп. в ВИНИТИ 30.10.98, № 3144-В98.

40. Лапшин, В. Л. Исследование процесса вибросепарации на криволинейной деке с помощью традиционных механореологических моделей / В. Л. Лапшин, Б. А. Байбородин, Л. Г. Белякова // Обогащение руд : сб. науч. тр. Иркутск, 1995. - С. 119-124.

41. Лапшин, В. Л. Механореологическая модель процессов вибропневмоперемещения насыпных грузов / В. Л. Лапшин, Б. А. Байбородин, И. А. Огнев // Обогащение руд : сб. науч. тр. Иркутск, 1991.- С. 62-67.

42. Лапшин, В. JI. О моделировании этапа качения штучного груза при движении по ниброоргану / В. JI. Лапшин, Б. А. Байбородин, И. А. Огнев, Ю.И. Чеботарев // Динамика строительных и дорожных машин : сб. науч. тр. / ЯПИ. Ярославль, 1991. - С.66-71.

43. Лапшин, В. Л. О соотношении вязких параметров механореологических моделей / В. Л. Лапшин // Исследования по механике деформируемых сред : сб. науч. тр. -Иркутск, 1991.-С. 37-40.

44. Лапшин, В. Л. Преобразование плоской модели качения к условиям пространственного движения / В. Л. Лапшин, Л. Г. Белякова // Обогащение руд : сб. науч. тр. Иркутск, 1998. - С. 27-31.

45. Лапшин, В.Л. Исследовательская модель процесса ударного взаимодействия сферического тела с плоской поверхностью рудного материала / В.Л. Лапшин, В.П. Ященко, А.В. Рудых // Вестник ИрГТУ. 2006. - №2(26). - С. 110-115.

46. Лапшин, ВЛ. Определение механореологических свойств хминералов ударным способом / В.Л. Лапшин, Е.И. Демаков, А.В. Рудых // VI Конгресс обогатителей стран СНГ. Материалы Конгресса, том I. Москва, 2007. - С. 12-14.

47. Лапшип, В.Л. Расчет нагрузок на грузонесущий орган вибрационной установки /

48. B.Л. Лапшин, С.А. Сизиков, В.К. Лапшина // Системный анализ динамики и прочности машин. Сб. науч. тр. ИПИ. Иркутск, 1988. - С. 74-78.

49. Лапшин, В.Л. Расчет скорости вибротранспортирования сыпучих материалов / В.Л. Лапшин, С.А. Сизиков // Повышение эффективности использования машин в строительстве. Межвуз. темат. сб. тр. Л. : ЛИСИ, 1987. С. 40-47.

50. Лапшин, В. Л. Упруго-вязко-пластичная модель для моделирования процессов вибросепарации Текст. / В. Л. Лапшин, Е. И. Демаков // Горный информационно-аналитический бюллетень №12. М.: Изд. Московского гос. горного унив,- 2008.1. C. 285-288.

51. Малкин, Д. Д. Вибрационные загрузочные устройства / Д. Д. Малкин. М. : ЦБТИ, 1962.- 130 с.

52. Методика расчета упруго-вязких параметров механореологических моделей процессов виброперемещения / В. JT. Лапшин, И. А. Огнев, В. П. Ященко; Иркутский пол-кий ин-т. Иркутск, 1990. - Деп. в ЦНИИТЭстроймаше 12.06.90, №48-сд90.

53. Мецик, М.С. Механические свойства кристаллов слюды / М.С. Мецик. — Иркутск: Изд-во Иркут. Ун-та, 1988. 336 с.

54. Нагаев, Р. Ф. Периодические режимы вибрационного перемещения / Р. Ф. Нагаев, -М.: Наука, 1978,- 160 с.

55. Пановко, Я. Г. Введение в теорию механического удара / Я. Г. Пановко. М. : Наука, 1977.-224 с. •

56. Перфильева Ю.В. Разработка технологии извлечения слюды из отходов горнообогатительных и слюдоперерабатывающих предприятий Текст. / Перфильева Ю.В. // автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Иркутск, 2008.

57. Пирумов, А. И. Обеспыливание воздуха / А. И. Пирумов. М.: Стройиздат, 1981. -296 с.

58. Повидайло, В. А. Расчет и конструирование вибрационных питателей / В. А. Повидайло. М. : Машиностроение, 1962. - 151 с.

59. Рудых А.В. Моделирование процесса вибросепарации слюдяного сырья с учетом его фактических упругих свойств Текст. / Рудых А.В. // автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Иркутск, 2007.

60. Собенников, Н.В. Мелкоразмерная сшода и ee использование в промышленности / Н.В. Собенников, Б.А. Байбородин // Сборник научных трудов «Обогащение руд». — Иркутск : изд-во ИрГТУ, 2003, с.39-42

61. Собенников, Н.В. Пластинчатая форма слюды и ее влияние на процесс обогащения / Н.В. Собенников // Материалы общероссийской научно-практической конференции «Современные методы переработки минерального сырья». Иркутск : изд-во ИрГТУ, 2004, - с.50-51.

62. Собенников, Н.В. Теоретические исследования процесса обогащения слюдяного сырья по форме / Н.В. Собенников, Б.А. Байбородин, Л.М. Щербакова // Сборник научных трудов «Обогащение руд». Иркутск : изд-во ИрГТУ, 2003, - с.33-38.

63. Собенников, Н.В. Факторы, влияющие на процесс обогащения слюдяных руд / Н.В. Собенников // Сборник научных трудов «Обогащение руд». — Иркутск : изд-во ИрГТУ, 2003, с.47-48.

64. Способ определения момента инерции тела при качении: пат. № 2066857 / В. Л. Лапшин, Б. А. Байбородин, И. А. Огнев. Бюл. N26, 1996.

65. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород / под ред. акад. Н.В. Мельникова, чл.-корр. АН СССР В.В. Ржевского и проф. М.М. Протодьяконова. -М.: «Недра», 1975.-279с.

66. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых. Справочник геофизика / под ред. доктора геолого-минералогических наук Н.Б. Дортман. Москва : «Недра», 1967.-527с.

67. Цзе, Ф. С. Механичеегсие колебания / Ф. С. Цзе, И. Е. Морзе, Р. Т. Хинкл ; под ред. И. Ф. Образцова. М.: Машиностроение, 1966. - 508 с.