Разработка наклонного ленточного устройства для разделения строительных сыпучих материалов

М.А. Перепелкин, канд. техн. наук, доцент, ФГБОУ ВО «Норильский государственный индустриальный институт»

Строительство дорожных оснований и покрытий связано с расходом большого количества различных каменных материалов, главным образом щебня и гравия. Добыча и переработка этих материалов производятся на специализированных предприятиях, оснащённых предназначенным для этой цели оборудованием.

Такие строительные материалы, как бетон и асфальтобетон, состоят из щебня определённого фракционного состава. Для того чтобы иметь возможность обеспечить нужное соотношение между отдельными фракциями, щебень и гравий вначале нужно рассортировать по фракциям. Этот процесс выполняется на грохотах. Получаемый после дробления щебень и особенно такой естественный материал, как гравий, часто содержат большое количество пылеватых частиц, которые существенно снижают качество бетонов, поэтому такие частицы необходимо отделять [1].

Основным способом разделения строительных сыпучих материалов является классификация их по размерным характеристикам на решетах и в восходящем воздушном потоке в аспирационных каналах. Несмотря на широкое их применение в различных отраслях промышленности, они имеют целый ряд недостатков и преимуществ, в зависимости от использования их при переработке того или иного вида сырья. Как правило, основным недостатком их оказывается относительно низкая эффективность грохочения, что вынуждает производить установку цепи из нескольких решет, либо производить разделение строительных сыпучих материалов в несколько стадий.

Наиболее перспективным и интересным, на наш взгляд, является метод разделения строительных сыпучих материалов на фрикционных сортировочных машинах, который использует различие в коэффициентах трения отдельных составляющих сыпучего материала.

Несмотря на то что машины, разделяющие сыпучие материалы по свойствам поверхности, существуют давно, до настоящего времени вопросу исследования рабочих органов этих машин, улучшению их конструкции, и повышению эффективности их работы уделялось мало внимания. До последнего времени в работах научно-исследовательских организаций и в научно-технической литературе не было достаточно обобщенных экспериментальных, теоретических и расчетных данных по этим машинам. Эти обстоятельства препятствовали полному использованию указанных машин для эффективной сортировки строительного сыпучего материала, вызывали затруднения при устранении конструктивных недостатков существующих машин, а также при разработке новых, основанных на этом принципе машин.

Фрикционные сортировочные машины позволяют разделять строительный сыпучий материал при использовании различных скоростей движения разделяемых частиц по плоскости под действием силы тяжести. Скорость движения частиц по наклонной плоскости при заданном угле наклона зависит от состояния поверхности самих частиц, их формы, влажности, плотности, крупности, свойств поверхности, по которой они перемещаются, характера движения (качение или скольжение), а также среды, в которой происходит разделение [2].

Предметом дальнейшей работы автора является исследование и обобщение теоретических и экспериментальных данных по рабочим органам машин, основанным на принципе разделения строительных сыпучих материалов по свойствам их поверхности на фрикционных сортировочных машинах. Основным параметром, характеризующим минеральные частицы с точки зрения движения их по наклонной плоскости, является коэффициент трения.

В рабочем процессе фрикционных сортировочных машин мы встречаемся главным образом с явлением действия кинетического коэффициента трения кусков материала, который проявляет себя не только при условии f < tg α, но когда f > tg α при неравномерном движении кусков материала под действием инерционных сил, и при некоторых других условиях.

Для кусков материала, имеющих плоскую удлиненную форму, рабочим признаком будет служить коэффициент трения скольжения fc. Для кусков шарообразной (округленной) или цилиндрической формы превалирующим рабочим признаком является коэффициент трения качения. Коэффициент трения качения значительно меньше коэффициента трения скольжения fк < fc, и разность fс – fк существенная, поэтому исходная смесь частиц, состоящая из круглых (или округленных) и плоских удлиненных компонентов, хорошо разделяется на фрикционных сортировочных машинах.Рис. 1 Общий вид наклонного ленточного устройства

Рис. 1 Общий вид наклонного ленточного устройства

Для повышения эффективности разделения строительных сыпучих материалов разработано устройство, представленное на рис. 1. Ввиду того что данная разработка находится в начальной стадии, автором приводится только принципиальная схема устройства, которая позволяет понять принцип его работы.

Основными элементами конструкции данного устройства являются: приводной 1 и натяжной 2 валики и огибающее их полотно 3 в виде бесконечно замкнутой ленты. Полотно движется в поперечном направлении по отношению к его наклону со скоростью u.

Оба валика устройства расположены наклонно к горизонту под углом α (рис. 2).Рис. 2 Схема наклонного ленточного устройства

Рис. 2 Схема наклонного ленточного устройства

Частицы сыпучего материала поступают на движущееся полотно и распределяются по его поверхности в зависимости от величины коэффициента трения. Гладкие и шарообразные частицы скатываются с левой стороны, а по мере возрастания коэффициента трения относятся полотном дальше в правую сторону.

Следует отметить, что данное устройство позволит разделять частицы не только по форме их поверхности, но и по крупности. Это объясняется тем, что частицы, имеющие разные размерные характеристики, имеют разную массу, соответственно и коэффициент трения их также будет различным. При сортировке строительных сыпучих материалов фрикционным способом имееют место два вида трения. В связи с этим возникает необходимость определения коэффициентов трения покоя и движения частиц сыпучего материала, необходимых в дальнейшем для конструирования наклонного ленточного устройства.

Для определения коэффициента трения покоя был сконструирован прибор (рис. 3), состоящий из угломера и подвижной наклонной плиты.Рис. 3 Прибор для определения коэффициента трения покоя методом наклонной плоскости

Рис. 3 Прибор для определения коэффициента трения покоя методом наклонной плоскости

Коэффициент трения покоя в данном случае определяется методом наклонной плоскости. Частицы испытуемого материала наклеиваются на брусок и укладываются на подвижную наклонную поверхность. Вращая винт, увеличивают угол наклона плиты до момента начала скольжения бруска с частицами. После этого на угломере фиксируют угол α и определяют его тангенс. Тангенс угла наклона подвижной плиты и будет численно равным коэффициенту трения покоя [2].

Опыт повторяют не менее пяти раз, после чего подсчитывают среднее значение коэффициента трения fn и среднеквадратичное отклонение σn по формулам:среднек- вадратичное отклонение

Для определения коэффициента трения движения был сконструирован прибор академика В.А. Желиговского (рис. 4), состоящий из неподвижной, горизонтально расположенной ровной поверхности, на которой имеется направляющая, и подвижной части, включающей в себя ползун с планкой и каретку [3].Рис. 4 Прибор акад. В.А. Желиговского для определения коэффициента трения движения

Рис. 4 Прибор акад. В.А. Желиговского для определения коэффициента трения движения

Определение коэффициентов трения покоя и движения необходимо в дальнейшем для расчета основных конструктивных параметров наклонного ленточного устройства. Данные исследования позволят определить оптимальные параметры устройства: ширину и длину ленты, угол наклона ленточного устройства, количество материала, поступающего на ленту, и скорость её движения. Оптимизация параметров наклонного ленточного устройства позволит установить его максимальную производительность при высоком качестве сортировки строительных сыпучих материалов.

В заключение следует подчеркнуть, что применение разработанного наклонного ленточного устройства позволит улучшить качество разделения строительных сыпучих материалов и в отличие от грохотов не требует установки дополнительных рабочих органов (решет), что удешевляет стоимость оборудования. Данное устройство возможно применять при обогащении полезных ископаемых, а возможность отделения пылевидных частиц позволит исключить из технологической цепочки гравиемоечные машины.

Информационные источники
1. Хархута Н.Я. Дорожные машины [Текст]: учеб. для вузов / Н.Я. Хархута, М.И. Капустин, В.П. Семенов, И.М. Эвентов. Л.: Машиностроение, 1976. 472 с.
2. Перепелкин М.А. Возможности использования коэффициента трения при разделении строи* тельных сыпучих смесей на фрикционных сортировочных машинах // Научный вестник Арктики. 2017. 1. С. 37–44.
3. Желиговский В.А. Новый метод и прибор для определения трения скольжения // Труды Академии им. К.А. Тимирязева. 1945. Вып. 32.
Ключевые слова: фракция, грохот, сыпучие материалы, коэффициент трения покоя, коэффициент трения движения, сортировка, фрикционная сортировочная машина, щебень, гравий

Журнал "Горная Промышленность"№3 (133) 2017, стр.96