Исследование эффективности параметрического резонансного привода для совершенствования вибрационных мельниц

• Автор: Кошелев, Александр Викторович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 125 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 ТЕХНИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПОМОЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
1.1 Обзор современного помольного оборудования
1.2 Обзор работ по вибрационным мельницам
1.3 Возбудители механических колебаний
1.4 Энергозатраты в вибрационных мельницах и способы
их снижения
1.5 Краткие выводы
Глава 2 ДИНАМИКА РЕЗОНАНСНОЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКИ ВОЗБУЖДАЕМОЙ ВИБРАЦИОННОЙ МАШИНЫ С ИЗОТРОПНОЙ УПРУГОЙ СИСТЕМОЙ
2.1 Выбор и обоснование параметрического резонансного вибрационного привода
2.2 Математическая модель машины
2.2.1 Кинетическая энергия системы
2.2.2 Потенциальная энергия и диссипативная функция системы
2.2.3 Дифференциальные уравнения движения резонансной вибрационной параметрической машины
2.3 Реализация комбинационного параметрического резонанса и его особенности
2.4 Метод усреднения
2.5 Численное решение
2.6 Краткие выводы
Глава 3 ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВИБРАЦИОННОЙ МАШИНЫ С РЕЗОНАНСНЫМ ПАРАМЕТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ
3.1 Энергетические соотношения в резонансном вибрационном параметрическом приводе
3.2 КПД машины
3.3 Эффекты самоорганизации и самосинхронизации вибрационной параметрической машины
3.4 Краткие выводы
Глава 4 РАЗРАБОТКА ВИБРАЦИОННОЙ МЕЛЬНИЦЫ С РЕЗОНАНСНЫМ ПАРАМЕТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ
4.1 Физические особенности и принцип действия резонансного параметрического привода
4.2 Конструктивные особенности совершенствования вибрационных мельниц
4.3 Преимущества вибрационных мельниц с параметрическим резонансным приводом
4.4 Анализ экспериментальных данных
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Процессы дезинтеграции (дробление и измельчение) материалов широко распространены во многих отраслях промышленности: горной, строительной, химической, сельскохозяйственной и других. Качество готовой продукции зависит от размеров частиц материала, из которых они сделаны. На сегодняшний день особый интерес представляет тонкое измельчение (тонкодисперсное, ультрадисперсное). Нанопорошки позволяют получать композиты с повышенными механическими, технологическими, эксплуатационными свойствами. Например, домол цемента и повышение его марки позволит изготовить высокопрочные железобетонные оболочки для защиты энергоблоков атомных станций.
Тонкое измельчение является одним из самых энергоемких процессов. Достижение предельной дисперсности сопровождается высоким энергопотреблением. В то же время специфика измельчительного оборудования обуславливает повышенные требования к прочности и надежности помольных агрегатов. Основным помольным агрегатом на отечественных предприятиях до сих пор остается барабанная шаровая мельница, являющаяся с точки зрения механики тихоходной машиной. Это металлоемкая машина, требующая высоких энергозатрат на проведение процесса измельчения. Для производства в больших количествах нанопорошков используются струйные мельницы. Но их применение сопровождается высоким энергопотреблением, сложной технологией помола и очень высокой стоимостью оборудования. Несмотря на разнообразие методов получения нанопрошков механическое диспергирование является наиболее универсальным, а в ряде случаев и единственным способом производства тонкодисперсных материалов. Наиболее оптимальным современным помольным оборудованием, удовлетворяющим данной технологии изготовления тонкодисперсных материалов, являются вибрационные и планетарные мельницы. Анализ современного состояния

массой около 233 кг каждый. Что касается габаритов и массы данной мельницы, то они имеют весьма внушительные размеры: высота 945 мм; длина 1130 мм; ширина 1400 кг; масса мельницы без обрабатываемого материала составляет 640 кг. Из этого примера видно, что уже более 70% всей массы мельницы составляет масса привода. Кроме этого, при небольшой производительности (0,15 м3/ч) требуется 8 кВт мощности. Получается, что практически вся мощность привода расходуется на приведение в движение самого привода, и лишь мала ее часть используется на дробление и измельчение, то есть по назначению. Такое обстоятельство объясняется зарезонансной настройкой вынужденных колебаний низкой частоты (16 Гц). При низкочастотных колебаниях требуемую величину вынуждающей силы (для достижения необходимой амплитуды колебаний рабочего органа) в дебалансных приводах приходится достигать только путем увеличения массы дебалансов, что ведет к росту габаритов, массы, энергозатрат.
Эффективность работы вибрационной машины определяется интенсивностью колебаний рабочего органа, которая зависит от частоты возбуждения [22, 77]. Поэтому наиболее эффективными рабочими режимами являются резонансные колебания, а машины или приводы, в которых удается реализовать такие резонансные рабочие режимы, называются резонансными. При резонансе упругие и инерционные силы взаимно уравновешиваются, а энергия привода расходуется только на преодоление диссипативных сил [7]. Происходит резкое увеличение амплитуды колебаний при заданной вынуждающей силе, и, наоборот, любая заданная амплитуда колебаний достигается при минимальном силовом возбуждении со стороны привода [22]. При этом его энергия расходуется наилучшим образом. Поэтому резонансная настройка позволяет на порядок снизить потребляемую мощность при одновременном улучшении конструктивных, динамических и эксплуатационных качеств машины [7].
Резонансные режимы работы вибрационных машин, являющиеся наиболее энергетически эффективными, практически нереализуемы из-за их