XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

На сегодняшний день такие процессы, как дробление и измельчение горных пород считаются наиболее распространенными и энергоемкими в горнорудной промышленности. Общий объем их составляет до 70% от общих энергозатрат, при этом большую часть составляют именно операции дробления.

Щековая дробильная машина (щековая дробилка) считается универсальной машиной для производства дробления горной породы. Используется на горных породах разной прочности, на шлаках, а кроме того и на некоторых металлических материалах.

Использование невозможно только лишь на вязкоупругих материалах, к примеру, на древесине, полимерах, определенных металлических сплавах. Крупность горной породы от 10 мм до 1500 мм. Щековые дробильные машины есть во всех классах дробления: мелкого, среднего и крупного.

Щековые дробильные машины обширно используются во множестве отраслей промышленности для дробления разнообразных по прочности и хрупкости дробимых материалов. Но они обладают весьма завышенной энергоемкостью, а кроме того высокой изнашиваемостью деталей конструкции и прочими недостатками [1].

На протяжении всего развития отраслей промышленности все большую актуальность стала приобретать проблема увеличения эффективности дробления горных пород. Что вызвало потребность улучшения конструкции щековых дробильных машин и поиска кардинально новых их конструктивных решений, которые бы повышали технико-экономические показатели машин.

Подобное усовершенствование на сегодняшний день решается комплексно и основывается на энергоресурсосберегающих технологиях в процессе разрабатывания и внедрения более высокопроизводительных дробильных машин.

Проблема более эффективного дробления горных пород разнообразного состава и прочности считается наиболее насущной в течение всей истории человечества. Раздробленные материалы применяются во всех отраслях промышленности, строительстве и т.д.

На процесс дробления горных пород затрачиваются очень большой объем энергетических ресурсов.

Тут стоит отметить, что все, связанное с улучшением и развитием процессов дробления, с разработкой наиболее высокопроизводительных и малоэнергоемких дробильных машин можно причислить к особо значимой государственной проблеме. Вследствие этого особо актуальными становятся научные и технические решения в данном направлении.

В свете современного развития щековых дробильных машин известно огромное число их кинематических схем. Но очень многие из них по различным причинам не нашли на практике реального применения. Главной причиной этому стало, первоначально, случайное нахождение их схем.

До сегодняшнего дня не было подобного подхода, используя который возможно было бы просмотреть весь вероятный ряд кинематических схем для определенных условий и выбрать более лучшие и перспективные для практического применения. Поэтому задача поиска более новых современных высокопроизводительных и малоэнергоемких дробильных машин – это одна из весьма значимых и актуальных для горно-перерабатывающей промышленности.

Главной проблемой, которая стоит как перед отечественным машиностроением, так и зарубежным, считается создание современных более энергоэффективных дробильных машин, в том числе и щековых. С подобной целью необходимо осуществлять постоянный поиск более новых технических и технологических решений, но при этом стоит абстрагироваться от типовых и классических решений конструкций дробильных машин.

Дробление горной породы является энергозатратным. Чем более крупные куски горной породы, тем меньше полнота заполнения камеры дробления в дробилке и ниже коэффициент полезного действия. Для совершенствования щековых дробилок целесообразно увеличить коэффициент заполнения дробильной камеры дробимой горной породой, интенсифицировать взаимодействие щек, использовать футеровку и дополнительные элементы на щеках, уменьшить подвижную массу щек, обеспечив их прочность на удар, сжатие и истирание [2].

На рисунке 1 представлены схемы существующих конструкций щековых дробильных машин.

а

б

а – с простым движением щеки; б – со сложным движением щеки

Рисунок 1 – Схемы существующих конструкций щековых дробильных машин

Щековые дробильные машины каждого типа (рисунок 1) имеют свои достоинства и недостатки для работы в тех или иных условиях.

Существующие технические решения имеют чаще всего эволюционный характер. Прослеживается недостаток новых инновационных решений, позволяющих перейти на высокий уровень развития техники и технологий для осуществления дробления горных пород.

В результате проделанного анализа научно-технической литературы и патентов возможно предложить и реализовать принципиально новый метод отыскания и сравнения кинематических схем щековых дробилок и на этом основании можно получить ранее неиспользованные новые кинематические схемы. Использование теории структуры механизмов позволяет выявить полный состав возможных схем механизма в зависимости от требуемого числа звеньев, кинематических пар, числа и вида замкнутых контуров и других предъявляемых условий.

Предлагается рассмотреть в научных изысканиях такое направление развития дробильных машин – дробилок, как использование в их конструкции замкнутого изменяемого контура. Основное преимущество таких схем – разделение энергетических потоков и ужесточение конструкции.

Совершенствование щековых дробилок обязано базироваться на применении в их кинематических схемах подобных замкнутых изменяемых контуров, которые позволяют гарантировать существенно более жесткое влияние на разрушаемую среду.

Анализ показал, что повысить производительность процесса дробления и снизить его энергоемкость можно посредством:

− улучшения условий для отвода уже раздробленной горной породы от щели дробильной машины;

− обеспечивания постоянной подачи сырья;

− повышения стойкости рабочих органов к истиранию и к вибрационным нагрузкам;

− модифицирования геометрии футеровки всех рабочих органов машины и придания им особой траектории движения, интенсифицирующей взаимодействие кусков дробимой горной породы друг с другом и с рабочими органами машины;

− обеспечивания работоспособности дробильной машины если в нее попадают недробимые тела с размерами значительно большими, чем разгрузочная щель дробилки;

− совершенствование конструкции и режимов работы привода [3].

Совершенствование щековой дробильной машины требует решения сразу нескольких основных задач:

1) установка современного технического уровня и основных возможных тенденций по развитию конструкций;

2) выбор направления развития;

3) синтезирование основных технических решений, которые направлены на улучшение уже имеющихся конструкций и создание новых конструкций.

В области создания эффективного горного и строительного оборудования постоянно проводятся научно-исследовательские работы. Некоторые перспективные направления совершенствования отражены в патентной документации. Проанализировав научные изыскания и патенты в области совершенствования и развития конструкций щековых дробильных машин были выделены технические решения, направленные на увеличение производительности щековых дробилок, в основном связаны с решением следующих задач:

− устранение обратного (холостого) хода щеки дробилки;

− использование вибрационных колебаний;

− обеспечение придания подвижной щеке дробилки более сложной траектории движения;

− изменение геометрии рабочей поверхности щек;

− совершенствование конструкции привода [4].

Дополнительно возможно также выделить ряд следующих направлений совершенствования щековых дробильных машин:

– повышение качества продукта дробления;

– увеличение энергоэффективности;

– увеличение уровня производительности;

– упрощение обслуживания;

– повышение степени ремонтопригодности;

– снижение веса установки;

– уменьшение габаритных размеров;

– увеличение степени надежности;

– повышение технологичности конструкции;

– повышение срока работы;

– управление степенью дробления;

– уменьшение материалоемкости конструкции;

– упрощение конструкции [5].

Например, среди путей повышения уровня надежности дробильных машин считается осуществление борьбы с резонансом и с вредными последствиями вибраций, которые появляются в процессе работы дробилки и способствующих более раннему выходу из строя подшипников, деталей крепежных узлов и регулирующих устройств установки.

С целью снижения негативных вибрационных нагрузок на опорную площадку и конструктивные элементы осуществляют динамическую балансировку.

Сложность динамического балансирования сопряжена с тем, что центр тяжести подвижной дробящей щеки дробилки передвигается по эллиптической траектории, а центр тяжести противовеса, находящегося на шкиве-маховике, производит круговую траекторию движения. К примеру, для решения этой проблемы некоторые производители в области горной техники предлагают конструкции щековых дробильных машин, снабженные модульными рамами без каких-либо сварных соединений, обеспечивая этим их более высокие усталостную прочность и надежность [6].

Изученный теоретический и практический опыт продемонстрировал, что большая часть из кинематических схем находилась случайным образом и проверялись лишь практикой применения. Часто усложнение и модифицирование конструкций в основном приводило к ухудшению ключевых технико-экономических показателей дробилок. Не использовалось таких подходов, которые бы давали возможность выбирать для определенных условий из всего ряда целесообразных кинематических схем.

Поэтому необходим метод осуществления синтеза конструкционных структур щековых дробильных машин, возможный на основании универсальной структурной системы.

В настоящее время проблема уменьшение энергетических затрат на разрушение материала и повышение производительности является весьма актуальной. При крупном и среднем дроблении коэффициент полезного действия очень мал [7].

Стремление решить сложившуюся проблему приводит к постоянному поиску, разработке и усовершенствованию менее энергоемкого способа дробления горных пород. Это касается также проектирования и исследования новых щековых дробильных машин. Среди всех возможных предлагается конструкция щековых дробилок с замкнутым изменяемым контуром, представленная на рисунке 2.

а б

а – физическая модель; б – динамическая модель

Рисунок 2 – Кинематическая схема конструкции щековых дробилок с замкнутым изменяемым контуром

Таким образом, были рассмотрены методы совершенствования щековых дробильных машин для разрушения горных пород.

В результате рассмотрения уже имеющихся конструкций щековых дробилок были предложены некоторые направления совершенствования конструкций. Была представлена острая потребность поиска новых технических и технологических решений, успешность которого по большей части зависит от возможности отвлечься от типовых и классических решений.

Улучшение параметров работы и совершенствование конструкции щековой дробильной машины дадут возможность кардинально поменять принцип дробления материала, увеличить срок работы, а также упростить обслуживание и ремонт. Предложен в качестве метода совершенствования синтез кинематических схем щековых дробильных машин, а кроме того разработку конструкции дробильных машин на основе замкнутого изменяемого контура.

Литература

Васильев А.С., Крупко Н.С. К вопросу совершенствования щековых дробилок // ИВД. – Р., 2016. – №3 (42). – С. 256-266.

Дворников Л.Т., Макаров А.В. К проблеме совершенствования щековых дробильных машин. – М.: Машиностроение, 2016. – №21. – С. 115-131.

Васильев А.С., Шегельман И.Р., Щукин П.О. Патентный поиск в области оборудования для дезинтеграции горных пород //Наука и бизнес: пути развития. – М., 2015. – №2. – С. 24-35.

Савин Р.В., Герасимов М.Д. Выбор направления повышения эффективности работы щековой дробилки //IX Международный молодежный форум «Образование. Наука. Производство». – М., 2017. – С. 1025-1029.

Васильев А.С., Воронин И.А. Методология совершенствования щековых дробилок для дезинтеграции горных пород //Инновационные технологии в науке и образовании. – М., 2017. – №1-2. – С. 9-11.

Шегельман И.Р., Васильев А.С., Щукин П.О. Анализ объектов интеллектуальной собственности, направленных на повышение производительности щековых дробилок //Актуальные направления научных исследований: от теории к практике. – М., 2015. – №1. – С. 265-266.

Нескоромных В.В. Разрушение горных пород при проведении геологоразведочных работ: учеб. пособие / В.В. Нескоромных. – К.: Сиб. федер. ун-т, 2015. – 396 с.

Код для цитирования: Скопировать