Развитие научных основ повышения энерго- и ресурсоэффективности технологических агрегатов перерабатывающих комплексов горных предприятий

• Автор: Картавый, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 344 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
В диссертационной работе предложена система критериальной оценки эффективности и технологических показателей агрегатов для переработки и транспортирования минерального сырья по показателям удельной энергоемкости, энерговооруженности и рееурсоэффективности агрегатов, по критериям выявлены наиболее энерго- и ресурсоэффективные агрегаты.
Проведены исследования по повышению эффективности агрегатов выбранных типов. Для дебалансных агрегатов вибрационного принципа действия на основе моделирования их колебательных систем и применения различных методов исследований, в частности, на основе общей модели двухзвенной системы с упруго-вязким звеном и упруго-вязким шарнирным соединением, получены новые зависимости энергетических параметров, подтвержденные экспериментально, а также некоторые новые сведения о физике процесса колебаний свободных и связанных масс. Выявлено, что основные энергозатраты необходимы для преодоления разности инерционных и упругих сил подпружиненных вибрационных агрегатов в зарезонансном режиме их работы, что связано с неполной уравновешенностью их колебательных систем и расположением осей вибровозбудителей вне центра вращения систем. Проведено моделирование движения одиночной материальной точки и системы двух точек по замкнутой траектории и получены соответствующие энергозатраты при различных видах связей с центрами вращения. Кроме того, исследованы варианты внецентренпого приложения возмущающих сил и выявлены соответствующие энергозатраты.
Для крутопаклонных двухленточных транспортных агрегатов получены результаты моделирования их переходных участков, дополняющие проведенные ранее комплексные исследования этого вида агрегатов. Даны геометрические, силовые и энергетические параметры агрегатов.
В результате исследований разработаны рекомендации по ресурсосбережению, обеспечивающие снижение удельных энергозатрат на единицу продукции не менее чем на 40%; капитальных затрат не менее чем на 30...40 %; эксплуатационных затрат до 2,5 раз; сокращение количества обслуживающего персонала в 2,5...3,5 раза. Исследования по энергосбережению перерабатывающих агрегатов позволили повысить их производительность не менее чем на 15 %, эффективность их работы - на 5... 10 %, снизить их массу на 20 %.
Результаты работы внедрены на различных предприятиях, включая ЗАО «Новокраматорский машиностроительный завод» (г. Краматорск, Украина), ЗАО «НИК «Механобр-техника» (С.-Петербург) и Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН (Москва).
Дальнейшее развитие объекта исследований осуществляется в рамках научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, в т. ч. по государственному контракту № 16.515.11.5047 от 13 мая 2011 г. Федеральной целевой программы по теме «Создание основ технологии комплексно-механизированной безвзрывной выемки пластовых твердых полезных ископаемых на основе вибрационных воздействий».
Достигнутые показатели технологических перерабатывающих и транспортных агрегатов рекомендуются к использованию научно-конструкторскимн и производственно-техническими организациями, разрабатывающими документацию и оборудование для переработки и транспортирования минерального и техногенного сырья, в частности, при проведении опытно-копструкторских и опытно-технологических работ, направленных на модернизацию имеющихся и создание новых технологических агрегатов для горнодобывающих и металлургических производств.
Ключевые слова; комплексы технологических агрегатов, энерго- и рссурсоэффективность, перерабатывающие и транспортные агрегаты, агрегаты вибрационного и непрерывного действия, новые технологические схемы.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ,
ОБЪЕКТ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 Комплексы технологических агрегатов (КТА)
ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
1.1.1 Классификация КТА
1.1.2 Машины и оборудование КТА
1.2 Агрегаты для переработки минерального сырья
1.2.1 Выбор принципа действия перерабатывающих агрегатов
1.2.2 Проблемы применения агрегатов вибрационного принципа действия
1.2.3 Обзор и анализ исследований механики движения
и энергетических параметров вибрационных агрегатов
1.3 Агрегаты перерабатывающих комплексов
для транспортирования полезных ископаемых
1.3.1 Выбор принципа действия транспортных агрегатов
1.3.2 Проблемы применения крутонаклонных
транспортных агрегатов непрерывного действия
1.3.3 Обзор и анализ исследований
крутонаклонных двухленточных конвейеров
1.4 Постановка проблемы и задач исследова! шй
1.4.1 Исходные положения и общие задачи исследований
1.4.2 Задачи исследований перерабатывающих агрегатов
1.4.3 Задачи исследований транспортных агрегатов
1.5 Методические основы исследований
1.5.1 Методология исследований
1.5.2 Общее схематическое представление объекта исследований
и его моделирование
1.5.3 Методы и средства исследований, их обоснованность и достоверность
ВЫВОДЫ по Главе
ГЛАВА 2 ОЦЕНКА ЭНЕРГО- И РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
АГРЕГАТОВ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
2.1 Система оценки технологических процессов и агрегатов перерабатывающих комплексов
2.1.1 Основные критерии оценки
2.1.2 Критерий оценки дезинтеграции
2.1.3 Критерии оценки транспортирования
2.1.4 Критерии оценки классификации по крупности
2.2 Сопоставление показателей некоторых технологических агрегатов
2.2.1 Эффективность дробилок
2.2.2 Эффективность грохотов
ВЫВОДЫ по ГЛАВЕ

ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЕБАЛАНСНЫХ ВИБРАЦИОННЫХ АГРЕГАТОВ
НА ОСНОВЕ КИНЕТОСТАТИЧЕСКОГО ПОДХОДА
3 Л Векторным анализ движения материальной точки
по замкнутой траектории
3.1.1 Математическая модель движения материальной точки
3.1.2 Энергозатраты при движении материальной точки
по круговой траектории
3.2 Векторный анализ модели одномассной колебательной системы
3.2.1 Математическая модель двух связанных материальных точек
с упруго-вязкой системой амортизации
3.2.2 Диаграммы силового взаимодействия
3.2.3 Определение коэффициентов диссипации, динамичности и затухания
через параметры колебательной системы
3.2.4 Кинематика сложного движения системы двух связанных масс.
Определение ее силовых и энергетических параметров
3.3 Энергетический баланс одномассной колебательной системы
БЕЗ УЧЕТА ДИССИПАТИВНЫХ ПОТЕРЬ
ВЫВОДЫ по Главе
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ОБОБЩЕННОЙ ДВУХЗВЕННОЙ МОДЕЛИ
ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВИБРАЦИОННЫХ АГРЕГАТОВ
4.1 Кинематика движения системы двух связанных материальных точек
вокруг параллельных осей
4.2 Моделирование динамических систем виброагрегатов двухзвенной системой с упруго-вязким звеном
и упруго-вязким шарнирным СОЕДИНЕНИЕМ
4.2.1 Основные замечания
о разрабатываемой обобщенной модели
4.2.2 Определение кинематических параметров
колебательной системы виброагрегата
4.2.3 Определение энергетических параметров колебательной системы виброагрегата.
Учет влияния технологической нагрузки
4.2.4 Составление уравнений движения виброагрегата
энергетическим методом Лагранжа
4.2.5 Составление уравнений движения виброагрегата кинетостатическим методом Даламбера
4.3 Энергетические параметры обобщенной модели
ВЫВОДЫ по Главе
ГЛАВА 5 ОБОБЩЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВИБРАЦИОННЫХ АГРЕГАТОВ
5.1 Динамические принципы повышения энергоэффективпости
виброагрегатов
5.1.1 Принцип центрирования

Как показали исследования, перечисленные затраты энергии, кроме затрат на подготовительный процесс к совершению полезной работы, хорошо изучены, но в сумме существенно меньше, чем реальные энергозатраты на действующих агрегатах.
Основными исследованиями-прототипами стали работы В. Д. Земскова, развитые затем И. Ф. Гончаревичем. На рисунке 1.8 приведены схемы В. Д. Земскова [65 С. 77, 92], на рисунке 1.9- И. Ф. Гончаревича [61 С. 192].
а) б)
Рисунок 1.8 - Расчетная (а) и кинематические в дорезонансном (б) и зарезонансном (в)
режимах схемы В. Д. Земскова
Однако эти схемы не были использованы авторами для определения затрачиваемой энергии и необходимой мощности, требуемой для работы одномассных виброагрегатов. И. Ф. Гончаревичем и другими учеными были выбраны другие способы исследования силовых и энергетических параметров, связанные с проектированием сил на оси прямоугольной декартовой системы координат, что привело к серьезному усложнению решения и конечных формул. Так, составляющие возмущающей силы определялись как
Fx = w(rco2 costctf-jcj, Fv = m (гсо2 cos он-у)). (1.5)
В последующем было получено следующее выражение, которое можно использовать только для определения необходимой мощности на преодоления трения в подшипниках вибровозбудителей [63 С. 65]:
N = тг2 га3 .fs + q
0,5 /«о2 (м2( - га2) + Аусо3 0,5/sco2 (со2 у - со2) + h}.со3
(со2,-со2)
- 4/г со
+ 4hva
(1.6)