Обоснование и выбор параметров гироскопических мельниц для эффективного измельчения горных пород

• Автор: Бобина, Анна Вячеславовна
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ, НОРМАТИВНОЙ, МЕТ ОДИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ПРОБЛЕМЕ ИСТИРАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
ГЛАВА 2 СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЗНАЧЕНИЙ ГИРОСКОПИЧЕСКОЙ СИЛЫ И УСИЛИЙ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД В ГИРОСКОПИЧЕСКОЙ МЕЛЬНИЦЕ
ГЛАВА 3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГИРОСКОПИЧЕСКОЙ МЕЛЬНИЦЫ, ОПИСЫВАЮЩАЯ ВНУТРЕННИЙ РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ЕЁ РАБОТЫ С УЧЕТОМ ГИРОСКОПИЧЕСКИХ СИЛ
ГЛАВА 4 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГИРОСКОПИЧЕСКОЙ МЕЛЬНИЦЫ
4.1, Технологические операции и приборная база экспериментальных исследований гироскопической мельницы
4.2. Проведение экспериментальных исследований экспериментального образца гироскопической мельницы на работоспособность и оценка ее эффективности
ГЛАВА 5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЫНОЧНОГО ПОТЕНЦИАЛА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГИРОСКОПИЧЕСКОЙ МЕЛЬНИЦЫ
5.1. Обоснование необходимости использования гироскопической мельницы для извлечения алмазов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Задача создания горных машин, позволяющих существенно сократить энерго- и металлозатраты на разрушение горных пород, является важнейшей для горнодобывающей промышленности.
Известные горные машины и устройства по измельчению горных пород и техногенных материалов, такие, как мельницы барабанного типа (самоиз-мельчения, шаровые, роликовые, стержневые и бисерные), вибрационные, планетарные, центробежные роторные и кольцевые, струйные, молотковые, а также дезинтеграторы и дисковые истиратели, имеют малый КПД и большие энергозатраты. Кроме того, они имеют огромные габариты, что требует при их установке мощных фундаментов, а также высокую металлоемкость, так как при работе возникают большие циклические и вибрационные нагрузки. Система регулировки процесса измельчения в них несовершенна, что обусловливает потерю производительности при недогрузе практически в несколько раз. Конструкция этих мельниц имеет много изнашивающихся деталей и трудоемкую систему их замены.
В настоящее время развитие техники и технологии измельчения горных пород происходит в русле модернизации конструкции известных устройств с целью снижения энергетических затрат на измельчение и уменьшения массы установок, но не затрагивает основополагающих физических принципов создания усилий разрушения, опираясь на традиционные силы тяжести, упругости, газодинамического и гидравлического давления.
Существенно повысить эффективность работы горных машин и устройств по измельчению горных пород возможно, если отказаться от технологии их ударного дробления и раздавливания, которая в основном используется в современных мельницах, и перейти на технику измельчения горной породы с помощью мельниц нового типа, получивших название гироскопических мельниц (ГМ).

Работа таких мельниц основывается на использовании гироскопических сил, которые не только заменяют силу тяжести, но и проявляют себя как основной элемент системы автоматического регулирования, обеспечивающий устойчивость работы всего устройства по разрушению горных пород.
Однако в технической литературе практически не нашли отражения вопросы, связанные с горными машинами и устройствами по дезинтеграции (разрушению) горных пород с помощью мельниц истирания, работа которых основана на гироскопическом принципе. Поэтому тема диссертационной работы, направленная на обоснование и выбор параметров гироскопических мельниц для эффективного измельчения горных пород, является актуальной.
Диссертационная работа выполнялась в рамках госконтракта № 16.515.12.5010 от 11 октября 2011 года Министерства образования и науки Российской Федерации по теме «Разработка метода дезинтеграции горных пород на основе гироскопического эффекта» (шифр «2011-1.5-515-066»),
Целью работы является обоснование и выбор параметров процесса разрушения горных пород в гироскопических мельницах на основе установленных зависимостей истирания при их эксплуатации, обеспечивающих повышение производительности горной машины.
Идея работы заключается в повышении эффективности истирания горной породы за счет использования гироскопических сил, обеспечивающих силовое взаимодействие рабочих органов мельницы — двухстепенных гироскопов — и измельчаемой горной породы, достигаемого применением обоснованного расчета параметров рабочего процесса на основе установленных зависимостей истирания при эксплуатации гироскопических мельниц.
Метод исследования — широко апробированные фундаментальные методы разрушения твердых материалов при различных внешних воздействиях; классические методы механики деформируемого твердого тела; математической статистики; теории автоматического регулирования машин и устройств с обратной связью; а также экспериментальные методы исследования эффективности лабораторного образца ГМ.
двигателя; 8 — втулка силового электродвигателя; 9 — силовой электродвигатель; 10 - ведомая шестерня редуктора; 11 - ведущая шестерня редуктора;
12 - держатель нижнего подшипника; 13 - упорный подшипник; 14 - крышка нижнего подшипника; 15 - средняя конструктивная площадка; 16 - стойка;
17 - подвижные электрические контакты; 18 - держатель электрических контактов; 19 - неподвижные контакты; 20 - маховик гироскопа; 21 - электродвигатель гироскопа; 22 - стойка гироскопа; 23 - горизонтальная рабочая площадка; 24 - рычаг; 25 - держатель валка; 26 - валок; 27 - рассекатель горной породы; 28 - горная порода; 29 - сетка рабочего стола; 30 - основание рабочего стола; 31 - корпус рабочего стола; 32 - фиксирующее кольцо;
33 - разгрузочный конус; 34 - бункер; 35 - нижняя конструктивная площадка;
36 - направляющая бункера; 37 - направляющая корпуса рабочего стола
ГМ с загрузкой породы через полый вал вращения размольного стола работает следующим образом: силовой привод, включающий силовые двигатели 9, ведомую 10 и ведущую 11 шестерни редуктора, закрепленные на полом валу вращения, 4 раскручивает горизонтальную рабочую площадку 23 с установленными на ней валками (рабочий орган) 26 до угловой скорости £2 вокруг вертикальной оси вращения; электродвигатели 21 раскручивают маховики 20 до угловой скорости со, направление вектора которой совпадает с направлением рычагов 24 валков 26. При этом на каждый из шести двухстепенных гироскопов, образованных электродвигателем 21 и маховиком 20 действует гироскопический момент, величина которого определяется формулой
[Мгир] = Л' со - О ята, (2.1)

J ■ Ни"
Ju = —-— — момент инерции маховика;
тм — масса маховика;
Ям — радиус маховика;
а — угол между векторами со и О.