Анализ процесса дробления хрупких материалов в одновалковои дробилке с целью повышения энергоэффективности

Введение 4
1. Обзор методов дробления и процессов разрушения хрупких
материалов 9
1.1 Основные способы и механизмы разрушения материалов 10
1.2 Гипотезы дробления 15
1.3 Конструкции валковых дробилок. Мощность привода валковых
дробилок 27
1.4 Конструкция предохранительных устройств одновалковых
дробилок 38
Выводы и постановка задачи исследования 41
2. Теоретический анализ процесса дробления хрупких
материалов в одновалковой дробилке 42
2.1 Силовой анализ процесса дробления в одновалковой дробилке.
Условия захвата дробимого куска 43
2.2 Определение напряжений, возникающих в разрушаемом куске
при дроблении в одновалковой дробилке. Математическая
модель процесса разрушения 50
2.3 Математическая модель многостадийного процесса разрушения
дробимого куска 54
Выводы 58
3. Определение параметров одновалковой дробилки 59
3.1 Разработка методики оценки энергоэффективности дробилок
сжатия 60
3.2 Расчет мощности двигателя одновалковой дробилки 67
3.3 Сравнительный анализ установочной мощности двигателя
одно- и двухвалковой дробилок 72
3.4 Влияние диаметра валка и величины размера зазора между валком и
неподвижной щекой на степень дробления 77
Выводы 81
4. Экспериментальное исследование процесса дробления 82
4.1 Методика проведения экспериментов 83
4.1.1 Изготовление образцов 83
4.1.2 Испытание образцов наУИМ-20 84
4.1.3 Силоизмерительная аппаратура 85
4.2 Результаты проведения эксперимента 86
4.2.1 Описание экспериментальной установки 86
4.2.2 Силовые характеристики процесса дробления 90
4.2.3 Характер разрушения куска в одновалковой дробилке 92
4.2.4 Разрушение в одновалковой дробилке анизотропных
материалов 96
4.3 Влияние коэффициента трения между дробимым куском и
неподвижной щекой на минимальный размер зазора,
при котором происходит захват образца 98
4.4 Определение положения плоскости максимальных касательных
напряжений 101
4.5 Конструкция предохранительного устройства 104
Выводы 105
Основные выводы 107
Список использованных источников 109
Приложения '. 115

Актуальность. Проблема дробления твердых материалов и, прежде
всего, минерального сырья в виде хрупких пород различного состава и
прочности является значимой на протяжении многих лет. Измельченные
материалы лежат в основе всей металлургической, строительной и горной
промышленности. На дробление хрупких пород используются огромные
энергетические ресурсы. Известно, что ежегодно, начиная с 1980-х годов, из
недр Земли извлекается около 20 млрд. т. минерального сырья. Вся эта
горная масса, в той или иной степени, подлежит измельчению, в том числе, и
дроблению на обогатительных фабриках, в строительной индустрии, на что
расходуется десятки ГВт часов энергии.
Исходя из этого, очевидно, что особую значимость представляют
разработки новых и совершенствование существующих процессов
дробления. Известно, что предел прочности при одноосном сжатии имеет
величину в 1,8...2,0 раза больше, чем предел прочности при сдвиге. Поэтому
любые изменения технологии дробления хрупких материалов, направленные
на генерацию в очаге разрушения зоны дробления деформаций сдвига между
слоями разрушаемого материала, способствуют в той или иной мере
уменьшению расхода энергии на дробление. Таким образом, актуальными
являются практически все научные и технические решения в этом
направлении.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-
исследовательских работ Федерального государственного бюджетного
образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Сибирский государственный индустриальный университет» при поддержке
гранта №11БИ-10 в области технических наук по проблемам металлургии.
Цель работы. Провести анализ процесса дробления хрупких
материалов в дробилке, при котором происходит разрушение дробимого куска, в том числе, и под действием касательных напряжений. На основе
теоретических и экспериментальных исследований определить
энергоэффективность дробилок, у которых в дробимом куске возникают
касательные напряжения, по сравнению с известными дробилками сжатия.
Для реализации цели в работе поставлены следующие задачи:
- проведение силового анализа процесса дробления в одновалковой
дробилке и определение возникающих в дробимом куске напряжений,
установление условий захвата дробимого куска в зазор между валком и
щекой;
- создание математической модели процесса разрушения хрупкого
материала под действием сложного напряженного состояния, в том
числе, и для многостадийного процесса дробления;
- разработка методики расчета установочной мощности привода
одновалковой дробилки. Проведение сравнения энергоэффективности
одновалковой дробилки с дробилками сжатия (щековой, конусной,
двухвалковой);
- изготовление исследовательской установки и проведение испытаний
образцов для проверки теоретических выводов;
- изучение влияния коэффициентов трения, а также размеров диаметра
валка и величины зазора между валком и щекой на степень дробления.
Научная новизна:
- проведен анализ влияния касательных напряжений на характер
разрушения дробимого куска в одновалковой дробилке;
- установлены условия захвата дробимого куска в зазор между валком и
неподвижной щекой одновалковой дробилки, зависящие от
коэффициентов трения между дробимым куском и дробящими телами;
- определены силы и напряжения, действующие на дробимый кусок и
угол положения плоскости максимальных касательных напряжений.