К вопросу о теоретических исследованиях наклонного ленточного устройства для сортировки руды при проведении горноразведочных работ

М.А. Перепелкин, канд. техн. наук, доцент кафедры «Технологические машины и оборудование» ФГБОУ ВО «Норильский государственный индустриальный институт»

В.И. Склянов, канд. техн. наук, доцент кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» ФГБОУ ВО «Норильский государственный индустриальный институт»

В настоящее время в научно-исследовательских работах основным из числа перспективных направлений является разработка конструкций машин непрерывного действия, т.е. машин не имеющих холостого хода и, соответственно, обладающих более высоким КПД. Наиболее интересной представляется модернизация конструкции оборудования за счёт интенсификации или разработки самих технологических процессов, что позволяет повысить производительность технологического оборудования, а в некоторых случаях даже удаётся улучшить качество его работы.

В современных конструкциях грохотов присутствует большое разнообразие различных рабочих органов, обладающих теми или иными недостатками. Основными из них яв-ляются относительно низкая эффективность грохочения полезных ископаемых, частое забивание отверстий решёт и, самое главное, низкое качество работы [1].

Для повышения эффективности разделения руды нами было разработано наклонное ленточное устройство, схема которого представлена на рис. 1, б [2].

Рис. 1 Схема наклонного ленточного устройства

Рис. 1 Схема наклонного ленточного устройства

Это устройство было заложено в основу конструкции машины непрерывного действия, которая позволяет качественно разделять исходное сырьё по крупности, в зависимости от фрикционных характеристик частиц.

Процесс разделения сыпучих смесей на фрикционных поверхностях основан на движении частиц по наклонной плоскости; это относится ко всем типам рабочих органов фрикционных машин [3].

При движении частицы по наклонной плоскости могут быть явления скольжения, качения и относительного покоя. При скольжении движущая сила определяется следующим образом:

064 f1

где P – движущая сила; – угол трения; f – коэффициент трения; N – нормальное давление на плоскость. Скольжение частицы по наклонной плоскости происходит при условии (рис. 2).

Рис. 2 Схема сил при скольжении тела по наклонной плоскости с углом

Рис. 2 Схема сил при скольжении тела по наклонной плоскости

При скольжение без начального толчка (без начальной скорости) или наличия инерционной силы невозможно.

064 f2

где α - угол наклона плоскости к горизонту.

064 f3

Сила трения качения определяется следующим образом: где k – коэффициент трения качения, см; r– радиус крутящейся частицы, см; N– нормальное давление на плоскость.

Так как сила трения качения меньше силы трения скольжения T<F, то частицы шарообразной формы в рабочем процессе машины перекатываются, а не скользят. Качение частиц происходит при условии k/r<f скольжение при k/r>f

Гладкие частицы с коэффициентом трения скользят или перекатываются вниз по наклонной плоскости равноускоренным движением.

В зависимости от величины коэффициентов трения компонентов, составляющих промышленную смесь, характер их движения будет различен.

На наклонном ленточном устройстве (см. рис. 1, б) хорошо отделяются плоские частицы от круглых: плоские скользят (делительным фактором у них является коэффициент трения скольжения), а круглые – перекатываются (делительный фактор у них – коэффициент трения качения). Следовательно, делительный признак у смеси круглых и плоских частиц имеет большую величину, и разделение смеси происходит более полно [2].

Перерабатываемое сырьё поступает на движущуюся ленту и распределяется по её поверхности в зависимости от ве- личины коэффициентов трения. Округлые и гладкие частицы сырья скатываются с левой стороны, а по мере возрастания коэффициента трения относятся лентой дальше в правую сторону.

Помимо всего прочего, данное устройство позволяет разделять частицы сырья по крупности. Это достигается за счёт того, что частицы, имеющие разные размерные характеристики, имеют разную массу и, следовательно, разный коэффициент трения. Отсюда и появляется возможность разделения их по крупности [3].

Валики разработанного нами устройства расположены наклонно к горизонту под углом (см. рис. 1, а). Лента движется в поперечном направлении по отношению к его наклону со скоростью .

Полагаем, что частицы поступают на ленту устройства с бесконечно малой скоростью. Здесь мы имеем случай движения частиц по наклонной плоскости, перемещающейся в поперечном направлении.

На массу частицы m, находящуюся в точке А (рис. 1, в), по наибольшему наклону в направлении x действует направляющая силы тяжести mgsin. В направлении y действует сила трения F.

Сила трения при относительном движении частицы по плоскости ленты:

064 f4

Нами было установлено, что частицы, имеющие Δ >1 (φ>α), движутся по прямой, образующей угол β>450. И наоборот, все частицы, имеющие угол Δ <1 (φ<α), движутся по прямой, образующей с осью х угол β>450.

Производительность наклонного ленточного устройства с поперечным движением ленты определяется формулой:

064 f5

где – K удельная нагрузка кг/ч на 0,1 м длины валика, определяемая экспериментальным путем; l0 – длина питающего валика засыпного ковша, м

Ширина ленты определяется как:

064 f6

расстояние между осями валиков:

064 f7

В заключение следует подчеркнуть, что применение наклонного сортировочного ленточного устройства позволит повысить производительность труда благодаря непрерывности процесса разделения частиц, избавиться от лишних рабочих органов (решёт) и повысить качество сортировки промышленных сыпучих смесей. К основным преимуществам конструкции сортировочного устройства следует еще добавить его мобильность и широкую возможность использования в самых разнообразных производственных условиях.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:
1. Верхотуров, М.В. Дробление, измельчение и подготовка руд к обогащению [Текст]: учеб. пособие / М.В. Верхотуров, Л.П. Пехова, Т.А. Колесникова. Красноярск: Государственный университет металлов и золота, 2005. 158 с.
2. Перепелкин, М.А. Разработка наклонного ленточного устройства для разделения строительных сыпучих материалов // Горная промышленность. 2017. 3. С. 96–97.
3. Перепелкин, М.А. Возможности использования коэффициента трения при разделении строительных сыпучих смесей на фрикционных сортировочных машинах // Научный вестник Арктики. 2017. 1. С. 37–44.
Ключевые слова: грохот, сыпучие материалы, сортировка, фрикционная сортировочная машина, эффективность грохочения, коэффициент трения.

Журнал "Горная Промышленность"№6 (136) 2017, стр.64