Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОТЕХНІЧНОЇ МЕХАНІКИ ім. М.С. ПОЛЯКОВА

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ОБҐРУНТУВАННЯ РАЦІОНАЛЬНИХ ПАРАМЕТРІВ ВІБРАЦІЙНИХ ГУРКОТІВ ДЛЯ ЕФЕКТИВНОГО ПОДІЛУ ВОЛОГОЇ ГІРСЬКОЇ МАСИ

Спеціальність 05.05.06 - гірничі машини

Калініченко В'ячеслав Вікторович

Дніпропетровськ - 2003



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України (ІГТМ ім. М.С. Полякова НАН України).

Науковий керівник:	доктор технічних наук, старший науковий співробітник Надутий Володимир Петрович, Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України, завідувач відділу.
Офіційні опоненти:	доктор технічних наук, професор Дирда Віталий Іларіонович, Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України, завідувач відділу; кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Сансієв Василь Георгійович, Український науково-дослідний інститут вуглезбагачення Міністерства палива та енергетики України.
Провідна установа:	Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України, кафедра гірничих машин (м. Дніпропетровськ).

Захист відбудеться “ 17 ” жовтня 2003 року о 15 год. 00 хв. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.188.01 при Інституті геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, вул. Сімферопольська, 2а, факс (0562) 46-24-26.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці ІГТМ ім. М.С. Полякова НАН України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, вул. Сімферопольська, 2а.

Автореферат розіслано “ 15 ” вересня 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, д.т.н.

В.Г. Перепелиця

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасні технології гірничого виробництва потребують високої точності та ефективності класифікації гірської маси за крупністю, яка отримується переважно на вібраційних грохотах. Це - одна з найпоширеніших операцій, важливим фактором якої, що істотно впливає на показники роботи віброгрохота, є вологість перероблюваної гірської маси. При підвищеній вологості спостерігається залипання робочої поверхні грохота, злипання дрібних частинок, уповільнення процесу сегрегації за товщиною шару та швидкістю транспортування і як результат - різке зниження показників грохочення. Водночас значна частина технологій гірничого виробництва передбачає грохочення вологої сипкої маси, наприклад, цілорічна переробка руди, вугілля, будівельних матеріалів, хімічної сировини з кар'єрів та відкритих сховищ, переробка зневодненої сировини після гідровидобутку, гідродоставки і ін. При цьому найбільша проблема виникає через грохочення дрібнофракційних вологих матеріалів, яке суттєво залежить не тільки від вологості, а й цілої низки чинників у вигляді режимних та конструктивних параметрів грохота.

Експериментальний підбір параметрів грохота трудомісткий і вимагає знання основних закономірностей зміни технологічних показників віброгрохотів при варіації їх режимних та конструктивних параметрів, слід зазначити, що під час аналізу теоретичних моделей класифікації відсутні чіткі рекомендації щодо вибору зазначених параметрів грохота для гірської маси різної вологості. Тому визначення основних залежностей технологічних показників грохочення вологої гірської маси від режимних і конструктивних параметрів грохотів та розробка на цій базі модельних уявлень для прогнозування роботи грохотів - актуальна наукова задача, важливого народногосподарського значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема роботи пов'язана з науковим напрямком відділу механіки машин та процесів переробки мінеральної сировини ІГТМ ім. М.С. Полякова НАН України, держбюджетною темою № 33 "Розробка наукових принципів підвищення якості продуктів переробки гірничо-металургійної сировини з урахуванням залежності технологічних показників класифікації від режимних і конструктивних параметрів устаткування та розробка методу комп'ютерного аналізу його роботи" (1998-2000), номер держреєстрації 0198U002675, господарським договором № 779/02-682юр від 1998 р., зарубіжним контрактом № 26/1-629 від 28.03.2000 з Алмаликським гірничо-збагачувальним комбінатом та держбюджетною темою № 75 "Методи розрахунку й оптимізації параметрів машин нового технічного рівня для процесів подрібнення, змішування та класифікації гірничо-металургійної сировини" (2002-2006), номер держреєстрації 0102U005237. Автор роботи - виконавець названих тем.

Мета роботи - у підвищенні ефективності вібраційного грохочення гірської маси різної вологості за встановленими залежностями технологічних показників грохочення від режимних і конструктивних параметрів та виборі їх раціональних величин для серійних і новостворюваних грохотів.

Для досягнення поставленої мети в роботі сформульовано і вирішено такі задачі:

Оцінка стану питання та аналіз особливостей вібраційного грохочення дрібної гірської маси різної вологості з визначенням основних факторів, що впливають на показники процесу.

Визначення впливу конструктивних параметрів грохота на технологічні показники грохочення гірської маси різної вологості.

Установлення залежності показників грохочення гірської маси різної вологості від режимних параметрів грохота.

Обґрунтування цільової функції та моделювання показників вібраційного грохочення гірської маси різної вологості при багатофакторному варіюванні параметрами грохота.

Розробка методики вибору раціональних та оптимальних параметрів грохота, рекомендацій стосовно підвищення ефективності їх роботи і впровадження результатів.

Об'єкт дослідження - система "вібраційний грохот - волога гірнича маса", що являє собою багатофакторну структуру із складним впливом на ефективність грохочення як цільової функції.

Предметом дослідження стало вивчення впливу режимних та конструктивних параметрів віброгрохотів на технологічні показники при класифікації гірської маси різної вологості.

Ідея роботи зводиться до врахування впливу зміни режимних і конструктивних параметрів віброгрохотів на технологічні показники грохочення дрібної вологої гірської маси, моделювання роботи грохота та вибору його раціональних параметрів.

Методи досліджень. У роботі застосовано комплексний метод досліджень, що включає аналіз та узагальнення попередніх експериментальних і теоретичних результатів, що передують і виконаних автором. У процесі експериментальних досліджень використано метод натурних спостережень і фізичного моделювання, а в теоретичній частині - метод планування експерименту та регресійного аналізу результатів. Адекватність аналітичних виразів експериментальним даним перевірена за допомогою методів математичної статистики і стандартних програм на ПЕОМ.

Наукові положення, винесені на захист:

1. Збільшення вологості гірської маси до 20 % зменшує на 25-30 % показники грохочення, які нелінійно залежать від кута нахилу, розміру вічок і довжини сита, частоти коливань, питомого навантаження та амплітуди коливань короба грохота.

2. Виявлені залежності показників грохочення від досліджуваних параметрів грохота мають екстремуми чи ефективну зону найбільшого впливу, що слугують граничними умовами при синтезі впливу всіх параметрів у системі "грохот - волога гірнича маса" та встановленні раціональних або оптимальних параметрів грохота.

3. Напрямок регулювання величини всіх шести параметрів грохота визначається завдяки регресійній залежності, що враховує закон зміни кожного із зазначених параметрів системи від вологості гірської маси, а також зв'язок усіх параметрів як факторів кібернетичної системи. Екстремум ефективності при обмеженнях на укрупнення та здрібненість до 15 % досягається при коефіцієнті режиму грохота до 3.

4. На зміну технологічних показників грохота найбільше впливають зміни розміру вічок сита, кута нахилу, амплітуди коливань та довжини грохота, а кореляційний зв'язок між режимними і конструктивними параметрами та багатофакторний аналіз його роботи з достатньою точністю можна подати у вигляді регресійної залежності.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Уперше встановлені кількісні закономірності технологічних показників вібраційного грохочення від режимних (амплітуди та частоти), конструктивних параметрів (довжини грохота, кута нахилу, розміру вічок сита) грохота і його питомого навантаження при різній вологості гірської маси. Установлені раціональні межі впливу кожного з шести варійованих параметрів.

2. Подальший розвиток отримала розробка математичного аналізу роботи вібраційного грохота, що відзначається можливістю урахування зміни його режимних, конструктивних параметрів, технологічного навантаження та вологості, а в цілому забезпечує адекватну ідентифікацію роботи системи з урахуванням впливу основних (шести) змінюваних параметрів.

3. Установлено раціональне співвідношення режимних і конструктивних параметрів грохота для певної вологості та кількості гірської маси, що дає можливість одержати максимальні технологічні показники роботи. Уперше одночасно враховуються всі визначальні фактори та параметри машини, які істотно впливають на процес, що дозволяє вибрати раціональні або оптимальні параметри роботи грохота.

Обґрунтованість та вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій забезпечуються достатнім обсягом експериментальних досліджень, використанням класичних методів математичної статистики для планування експериментів, обробки їх результатів, застосування регресійних залежностей при моделюванні роботи грохота та ідентифікації його показників, а також адекватністю розроблених моделей віброгрохота належним чином. Збіжність результатів теоретичних і експериментальних досліджень - у межах 15-20 %.

Наукове значення роботи полягає у встановленні основних залежностей технологічних показників грохочення вологої гірської маси від режимних та конструктивних параметрів грохотів, у розробці математичної моделі роботи грохота, що стало базою для створення методики аналізу і прогнозу його роботи з дрібною вологою гірничою масою при варіюванні зазначеними параметрами для досягнення високої ефективності технологічних показників, а також рекомендацій щодо налагодження грохотів. технологічний виробництво видобуток

Практичне значення роботи має своєю суттю встановлення меж впливу регульованих параметрів грохота на показники грохочення вологої гірської маси, розробку рекомендацій та інженерної методики вибору раціональних параметрів віброгрохотів для ефективного поділу гірської маси за важких умов грохочення. Ці результати стали базою при визначенні оптимальних параметрів віброгрохотів для переробки вологих матеріалів. Розроблено рекомендації щодо вибору параметрів грохотів та динамічної активності нової конструкції сит віброгрохотів під час роботи з вологою гірничою масою.

Реалізація результатів роботи. Результати виконаних досліджень використано у вигляді методики у ВАТ “НДПІ Механобрчормет” для вибору типів віброгрохотів та їх режимних параметрів при грохоченні дрібної вологої залізної руди. Закритим акціонерним товариством “3апорізький залізорудний комбінат” передані на використання рекомендації стосовно вибору параметрів віброгрохотів при класифікації вологої залізної руди. Рекомендації щодо модернізації віброгрохотів на свинцевій та мідній збагачувальних фабриках Алмаликського гірничо-металургійного комбінату (Республіка Узбекистан) передані за контрактом разом з технічною документацією на перемонтаж навісного устаткування грохотів. За техніко-економічним обґрунтуванням, очікуваний економічний ефект від упровадження розробки на одній технологічній лінії складе 326500 гривень за рік.

Особистий внесок автора в розробку наукових результатів, винесених на захист: формулювання наукової задачі, мети та ідеї роботи і вирішуваних у ній задач; розробка методики експериментів та участь в лабораторних і промислових випробуваннях; розробка математичної моделі грохота та інженерної методики визначення його параметрів; підготовка матеріалів за результатами досліджень до публікації і апробації на наукових конференціях; участь у впровадженні результатів досліджень як виконавця та відповідального виконавця в договорах і контрактах на реалізацію робіт. Текст дисертації викладений автором особисто.

Апробація результатів роботи. Основні положення дисертаційної роботи та результати досліджень доповідалися на засіданнях: міжнародної науково-практичної конференції "Збагачення-2000" (м. Санкт-Петербург, 2000), міжнародного семінару “Технологічна і транспортна вібраційна техніка” (сел. Репіно, м. Санкт-Петербург, 2000), Першої міжнародної конференції “Геотехнічна механіка освоєння надр” (м. Дніпропетровськ, 1998), міжнародної науково-технічної конференції "Перспектива розвитку гірничорудної, вуглевидобувної та збагачувальної галузей промисловості" (м. Краматорськ, 2001), міжнародної науково-технічної конференції "Проблеми механіки гірничо-металургійного комплексу" (м. Дніпропетровськ, 2002), міжнародної наукової школи-семінару "Імпульсні процеси в механіці суцільних середовищ" (м. Миколаїв, 2001), міжнародної конференції "Теорія і практика процесів подрібнення, поділу, змішування та ущільнення" (м. Одеса, 2002), міжнародної науково-технічної конференції "Вібрації в техніці та технологіях" (м. Вінниця, 2002).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 16 друкованих наукових працях, у тому числі 10 статей - у провідних фахових виданнях, дві доповіді на науково-технічних конференціях, чотири тези доповідей.

Обсяг та структура роботи. Дисертація складається із вступу, 4 розділів, висновків і додатків, викладена на 156 сторінках машинописного тексту, у тому числі містить 26 малюнків, 27 таблиць, список використаних джерел із 85 найменувань та додатки на 14 сторінках.



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність виконаних досліджень, сформульовані вирішувана наукова задача та її значимість для прикладної науки і практики, а також зв'язок виконаної роботи з науковими програмами, темами. Зазначено мету роботи та задачі досліджень, об'єкт і предмет досліджень, відображені наукова новизна та практичні результати, наведені наукові положення, винесені на захист, а також дані про апробацію та публікацію результатів досліджень.

У першому розділі оглянуто та проаналізовано вплив вологості гірської маси на ефективність дрібного грохочення. У дослідженнях акцентовано увагу на грохоченні вологих дрібних матеріалів (менше 5 мм) як найбільш важких класів для грохочення і найменш вивчених умов їх вібраційного грохочення. Проаналізовано результати досліджень, технічних рішень і досвід експлуатації віброгрохотів, надані фахівцями інститутів Механобр (м. Санкт-Петербург), Дніпромашзбагачення, Дніпромашвуглезбагачення, УкрНДІзбагачення, ВНДІнеруд, а також Національного гірничого університету, ІГТМ ім. М.С. Полякова НАН України, Московського гірничого інституту, Криворізького технічного університету, Національної металургійної академії України та цілої низки закордонних фірм, зокрема, Лівелл, Торвелл, Хайн Леманн, Ревум Уде, Тіп-Топ (Німеччина), Алліс Чалмерс, Репифайн (США), Фурукава (Японія), Деррик, Сведалла (Швеція) та ін. Огляд розробок з вібраційного грохочення вологих матеріалів виявив, що найбільш важко грохотовані дрібні матеріали з вологістю понад 4-5 %. Ефективність грохочення таких матеріалів при звичайних режимах грохота різко знижується, тому знадобилися додаткові дослідження для виявлення впливу різних факторів на процес їх грохочення. Дослідженням у цій області присвячено немало робіт провідних учених згаданих вище інститутів. Вони довели, що найбільш перспективний напрямок підвищення ефективності грохочення вологих та липких матеріалів - підвищення динамічної активності робочої поверхні грохота за рахунок резонування робочої поверхні грохота основному тону коливань короба. У працях цих учених розроблено модельні уявлення такої системи. У роботах Вайсберга Л.А., Картавого Н.Г., Бардовського А.Д., Стариковського П.П., Олевського В.А. дано навіть рекомендації відносно вибору режимних параметрів при грохоченні вологої гірської маси. Проте розвиток моделювання та широке використання персональної обчислювальної техніки для аналізу вібраційних систем і процесів, достовірного прогнозування їх результатів потребували додаткового вивчення впливу всіх відсутніх факторів, меж їх впливу на різних стадіях вологості гірської маси. Ці питання виникли під час розробки вихідних даних та технічних вимог із створенням нового покоління віброгрохотів для дрібного грохочення вологої і липкої гірської маси. Тому такими актуальними виявилися поставлена в дисертації наукова задача та її мета. У кінці розділу сформульовано мету роботи, завдання теоретичних та експериментальних досліджень і методи їх виконання.

Другий розділ присвячений результатам експериментальних досліджень вологої гірської маси (невідмитий гранітний відсів з глинистими вкрапленнями). Вологість гірської маси варіювалася від 3 до 20 %. Дослідження здійснювали на серійних віброгрохотах ГИЛ-52 і ГИЛ-42 в умовах гранітних кар'єрів (Рибальський і Ново-Миколаївський). Уже попередні дослідження засвідчили, що ефективність поділу із зростанням вологості матеріалу знижується майже вдвічі та істотно залежить від конструктивних і режимних параметрів грохота. Оскільки вплив кожного з варійованих факторів на грохочення матеріалів з різним ступенем вологості вивчений недостатньо і стан вивчення не дає змогу рекомендувати раціональні режими роботи грохота, то дослідження тривали. Залежність ефективності грохочення Е, укрупнення (е+) та здрібненості (е-) від питомого навантаження q вивчалася на віброгрохотах ГИЛ-42 і ГИЛ-52 з металевою сіткою і гумовим ситом РЛСС. Як установлено, у першому випадку показники на 15-20 % нижчі, ніж із ситом РЛСС (вічок 3 і 5 мм). Зміна питомого навантаження забезпечувалася зміною розвантажувальної щілини шиберного затвора бункера-живильника і варіювалася в межах q=5-35 т/год·м2. Вологість матеріалу варіювалася від 3 до 20 %. Грохотований матеріал - гранітне відсівання крупністю (-10) мм при вмісті підрешітного продукту 40-50 % і вмісті глинистих вкраплень до 20 %. Установлено, що ефективність грохочення із зростанням питомого навантаження при всіх досліджуваних вологостях різко зменшується за нелінійним законом. Показники грохочення (е+) і (е-) також мають нелінійний характер. Залежність показників грохочення від довжини грохота L нелінійна і перебуває під помітним впливом від вологості гірської маси. Зміна розміру вічок сита d за різної вологості гірської маси вивчалася при решті фіксованих режимних параметрах грохота, зокрема, при частоті коливань короба 16 Гц, амплітуді 4 мм та куті нахилу грохота 15°. Характер залежності показників грохочення від розміру вічок сита відзначається істотною нелінійністю. Вплив кута нахилу короба грохота на показники грохочення досліджувалися при трьох фіксованих положеннях (5, 15 та 25° з варіюванням вологості W= 3-20 % з амплітудою А=4 мм і частотою щ=16 Гц (960 об/хв). Установлено, що із зростанням кута нахилу ефективність грохочення лінійно зменшується, а здрібненість і укрупнення продуктів грохочення мають нелінійну залежність. Отже, через зростання кута нахилу їхні показники погіршуються (рис 1).

Зміна режимних параметрів грохота (амплітуди і частоти коливань) змінює технологічні показники грохочення (рис. 2). Дослідження проходили при трьох фіксованих частотах: щ₁ = 12, щ₂ = 16, щ₃ = 20 Гц. Характер отриманої нелінійної залежності для ефективності грохочення має чітко виражений екстремум, що відповідає частоті щ₂ = 16 Гц гірської маси з різною досліджуваною вологістю. При цьому кут нахилу грохота становив б = 15°, а амплітуда коливань короба А = 4 мм. Зміна амплітуди коливань короба грохота відбувалася за рахунок зміни маси дебалансів інерційного віброзбуджувача при трьох фіксованих амплітудах відповідно 1,5; 4,0; 6,0 мм. При всіх ступенях досліджуваної вологості технологічні показники досягають нелінійної залежності, а ефективність грохочення - максимуму при А = 4,5-5,0 мм. Оскільки в процесі досліджень металеві сітки грохотів замінялись на гумові резонуючі стрічково-струнні, з'явилася можливість провести серію порівняльних випробувань грохочення вологих матеріалів, у результаті чого встановлено, що характер залежностей показників грохочення від режимних і конструктивних параметрів зберігається, проте в області частот щ=16-20 Гц для гірської маси усіх вологостей екстремум збільшення ефективності на 15-20 % вищий, що свідчить про очевидну перевагу динамічно активних робочих поверхонь при всіх вологостях гірської маси (рис. 2).

Під час експериментальних досліджень методом планування експерименту передбачена мінімально достатня кількість дослідів. За цільову функцію прийняті технологічні показники грохочення, а за змінні факторні ознаки, що впливають на процес, - сім параметрів: вологість (3-20 %), розмір вічок сита (3-8 мм), кут нахилу (5-30°), частота коливань короба (700-1300 об/хв), питоме навантаження (5-35 т/год·м²), амплітуда коливань (1-7 мм), довжина короба грохота (2-8 м). За допомогою критерія Кохрена визначено, що досліди відтворені при триразовій повторюваності. Отримані експериментальні графіки ідентифікувалися гіперболічною, степеневою або експоненціальною залежністю. Для обчислення коефіцієнтів регресії застосовувався метод найменших квадратів.

Третій розділ розкриває процес моделювання технологічних показників вібраційного грохочення вологої гірської маси при варіюванні параметрами грохота. Вирішення задачі моделювання розпочато з планування експерименту та визначення необхідної кількості дослідів при числовому дослідженні процесу. Оскільки для цього використали метод повного факторного експерименту, то для ідентифікації процесу отримано модель у вигляді лінійного рівняння множинної регресії:



де у - факторна ознака, у нашому випадку це ефективність грохочення Е, укрупнення е₊ і здрібненість е_-; х_i - факторні ознаки (вологість, питоме навантаження, режимні та конструктивні параметри грохота); а₀; а₁; а₂...а_т - коефіцієнти регресії, визначені за результатами експериментальних досліджень. Мінімізація критеріальної характеристики методу та розв'язок системи рівнянь матричним методом дало можливість визначити коефіцієнти системи рівнянь при невідомих коефіцієнтах регресії. Значущість коефіцієнтів оцінювалася за залишковою дисперсією і коефіцієнтами надійності коефіцієнтів регресії, які порівнювалися з критичними значеннями статистики Стьюдента при заданому рівні значущості та числі степенів вільності. За допомогою коефіцієнта множинної детермінації та критерію Фішера визначено адекватність лінійного рівняння множинної регресії. Таким чином, у результаті розрахунку за експериментальними даними отримані числові значення коефіцієнтів регресії, їхні помилки, коефіцієнти детермінації, а також статистика адекватності для всіх трьох технологічних показників грохочення. Для ефективності процесу грохочення рівняння регресії:

з числом степенів вільності V =425 та рівнем значимості б₁=0,05 статистика Стьюдента tб_{, V} =1,96. Оскільки всі коефіцієнти регресії перевищують критичні значення, то наведені коефіцієнти значимі і факторні ознаки, прийняті в роботі, істотно впливають на ефективність грохочення. Коефіцієнт детермінації R²=0,775, отже, 77,5 % варіацій ефективності можна пояснити впливом урахованих у моделі факторних ознак. Статистика Фішера F=183, що значно перевищує F_крит. Виходить, рівняння адекватне. Аналогічно отримані рівняння лінійної регресії для здрібненості (е_-) і укрупнення (е₊):



де прийняті такі факторні ознаки: S= 3 і 5 мм - гранична крупність поділу; W=3-20 % - вологість гірської маси; d=2-8 мм - розмір вічок сита грохота; б = 5-30° - кут нахилу просіювальної поверхні; щ =700-1300 об/хв - частота коливань короба грохота; q = 5-35 т/год·м2 - питоме навантаження; A=1-7 мм - амплітуда коливань; L = 2-8 м - довжина просіювальної поверхні. Аналіз отриманих рівнянь фіксує, які з факторних ознак впливають на результативну ознаку негативно, а які - позитивно. Ці аналітичні залежності для технологічних показників грохочення дають змогу здійснити числове дослідження процесу вологого грохочення при варіації режимними та конструктивними параметрами грохота і вибрати потрібний режим.

Для підвищення точності розрахунків та врахування впливу квадратичних членів регресії проведений нелінійний регресійний аналіз показників грохочення при зміні всіх зазначених вище факторних ознак. Регресійна модель задавалася у вигляді параболи:

Після обчислення коефіцієнтів детермінації R² = 0,842, множинної кореляції R = 0,917, критерію адекватності Фішера F=148,8 (F_табл = 1,83), критичного значення статистики Стьюдента та вилучення незначущих коефіцієнтів регресії a₄ і а₆ нелінійна регресійна модель для ефективності грохочення виглядає так:



Визначивши основні статистичні характеристики та вилучивши незначні коефіцієнти, одержимо нелінійні регресійні моделі для укрупнення і здрібненості:

Отримані нелінійні моделі, як і лінійні, адекватно ідентифікують процес вологого грохочення, тому для остаточного їх вибору виконано порівняльний аналіз. Остільки критерій адекватності Фішера непридатний для порівняння моделей з різним числом факторних ознак, то як критерії порівняння рекомендовано використати коефіцієнти детермінації R² і залишкові суми квадратів Q_зал. При цьому коефіцієнт R² наочно демонструє, яка частка варіації результативної ознаки пояснюється варіацією врахованих у моделі факторних ознак. Тому чим більший цей коефіцієнт, тим точніше модель описує процес. Параметр Q_зал описує загальне розсіювання експериментальних даних щодо гіперплощини регресії, тобто чим менше Q_зал, тим точніше враховано вплив факторних ознак на результативну ознаку. Порівняльні дані обчислених показників адекватності моделей подані в таблиці.



Таблиця 1. Порівняльні дані показників адекватності

Показник	Лінійна модель	Нелінійна модель
	R2	Qзал	R2	Qзал
Ефективність грохочення, Е	0,775	11311	0,842	7935
Укрупнення, е+	0,821	3269	0,876	2269
Здрібненість, е-	0,649	7081	0,758	4894

Таким чином, порівняння наведених даних свідчить, що нелінійні моделі для всіх трьох технологічних показників грохочення точніше описують залежності від вологості гірської маси та решти варійованих факторів.

У четвертому розділі подано методику вибору раціональних параметрів грохота для дрібного мокрого грохочення гірської маси, що базується на використанні нелінійної регресійної моделі показників грохочення. У методиці взято до уваги той факт, що при виборі раціональних параметрів грохота не всіма факторними ознаками можна керувати. Так, вологість гірської маси, розмір вічок сита, його довжина, величина технологічного навантаження для конкретних технологічних умов і конструкції грохота можуть бути заданими величинами. Тому відповідно до вимоги максимальної ефективності грохочення визначають раціональні значення залишкових факторних ознак (частоти, амплітуди коливань або кута нахилу). Методика передбачає таку можливість. Проте для аналізу роботи грохота, прогнозування його параметрів при проектуванні нової машини із заданими параметрами запропонована методика дозволяє врахувати вплив усіх факторних ознак. Наведено приклади і результати розрахунку ефективності грохочення для конкретної вологості гірської маси з різними значеннями варійованих факторів. Розроблено алгоритм пошуку оптимальних режимів роботи грохота. Значення некерованих факторів задано в експериментально встановлених значеннях, а показники грохочення, як цільова функція, подані у вигляді вимог технічних умов. Наведено приклади розрахунку оптимальних режимів грохота та виконано графічний аналіз результатів. Розроблені рекомендації щодо підвищення ефективності грохочення вологої гірської маси. Виконано оцінку економічної ефективності використання рекомендацій на прикладі вібраційного грохочення вологої мідної руди за умов збагачувальної фабрики Альмаликського гірничо-металургійного комбінату, де роботи виконувалися на контрактній основі. Рекомендації використані на Запорізькому залізорудному комбінаті, а методика - у ВАТ “НДПІ Механобрчормет”.



ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій вирішено актуальне наукове завдання, що має важливе прикладне значення і полягає у встановленні залежностей технологічних показників грохочення дрібної гірської маси різної вологості від режимних та конструктивних параметрів віброгрохотів, розробці модельних уявлень і обґрунтуванні на цій основі їх раціональних параметрів.

Основні наукові результати, висновки та рекомендації:

1. Аналіз виконаних досліджень з вібраційного грохочення дрібної гірської маси підвищеної вологості виявив недостатнє вивчення впливу різних параметрів грохотів на підвищення показників грохочення, а в модельних зображеннях роботи грохота не врахована можливість впливу всіх його регульованих параметрів на показники процесу, які під час підвищення вологості гірської маси до 20 % знижуються на 25-30 %, що створює труднощі при переробці і порушує її технологічний цикл.

2. Установлено, що підвищення до 30 % показників віброгрохочення дрібної гірської маси вологістю до 20 % досягається зміною таких параметрів грохота, як кут нахилу, розмір вічок і довжини сита, частоти коливань, питомого навантаження та амплітуди коливань короба.

3. Установлено, що ефективність грохочення, укрупнення і здрібненість при різній вологості гірської маси не лінійно залежать від зміни кожного з шести режимних та конструктивних параметрів. При цьому виявлені залежності мають екстремуми чи найбільш ефективну зону, межі яких рекомендовані при виборі раціональних або оптимальних параметрів грохота.

4. Показано, що лінійна регресійна залежність адекватно підходить для ідентифікації роботи грохота з урахуванням зміни вологості гірської маси і шести параметрів грохота, тому на її основі розроблено математичну модель грохота для аналізу та прогнозування його роботи в реальній технологічній лінії.

5. Для підвищення точності розрахунків на 8-10 % запропонована нелінійна регресійна модель роботи віброгрохота, що важливо на стадії проектування грохотів та ділянок грохочення.

6. Як експрес-аналіз роботи грохота запропоновано прийнятий у вібротехніці коефіцієнт режиму Кр. Для цього показано, що при К_р 3,0 розпочинається інтенсифікація грохочення гірської маси підвищеної вологості, а для досягнення підвищеного коефіцієнта режиму для віброгрохотів рекомендовані динамічно активні просіювальні поверхні.

7. Вірогідність розроблених моделей доведено на конкретних прикладах: теоретичні результати порівнювалися з експериментальними. Похибка результатів не перевищувала 15-20 % при довірчій імовірності 95 %.

8. На основі розробленої математичної моделі створено методику вибору раціональних параметрів грохота при дрібному просіванні гірської маси різної вологості, за допомогою якої можна аналізувати роботу грохота та прогнозувати його технологічні показники. Розроблено алгоритм оптимізації при виборі параметрів грохота.

9. Методика, відпрацьована автором, впроваджена в інституті Механобрчормет. Автором розроблені також рекомендації відносно модернізації серійних віброгрохотів для підвищення ефективності їх роботи при класифікації гірської маси підвищеної вологості. Рекомендації передані та використовуються гірничими підприємствами, зокрема, на ЗАТ “Запорізький залізорудний комбінат”, на свинцевій і мідній збагачувальних фабриках Алмаликського гірничо-металургійного комбінату (Узбекистан), де очікуваний ефект на одну секцію складе 326500 грн. за рік.



ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВІДОБРАЖЕНІ В ТАКИХ НАУКОВИХ ПРАЦЯХ:

1. Надутый В.П.. Калиниченко В.В. Влияние влажности горной массы на эффективность мелкого грохочения // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр./ ИГТМ НАН Украины. - Днепропетровск. - 1999. - № 13. - С. 118-120.

2. Надутый В.П.. Калиниченко В. В. Экспериментальные исследования зависимости технологических показателей влажного мелкого грохочения отрежимных параметров // Збагачення корисних копалин: Наук. техн.зб. Національна гірнича Академія України. - Дніпропетровськ. - 1999. № 5(46). - С.34-38.

3. Надутый В. П., Калиниченко В. В. Обоснование целевой функции и планирование эксперимента при исследовании процесса мелкого грохочения влажной горной массы // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. / ИГТМ НАН Украины. - Днепропетровск. - 2000. - №18. -С. 35-38.

4. Надутый В. П., Эрперт А. М. Калиниченко В. В. Моделирование технологических показателей вибрационного грохочения влажной горной массы при варьировании параметрами грохота //Науковий вісник НГА України. - Дніпропетровськ. - 2000.- №.2.- С.61-64.

5. Калиниченко В. В. Определение зависимости суммарного выхода классов исходного продукта от размера ячейки сита при вибрационном грохочении // Вибрации в технике и технологиях: Всеукр. научн. техн. журн. - Винница. - 1999. - №.3(12) - С.3.

6. Надутый В. П. Калиниченко В.В. Нелинейный регрессионный анализ работы вибрационного грохота в учётом влажности горной массы // Науковий вісник НГА України. - Дніпропетровськ. -1999. -№.6. - С.93-94.

7. Надутый В.П., Калиниченко В. В. Определение влияния конструктивных параметров грохота на технологические показатели грохочения мелкой влажной горной массы //Науковий вісник НГА України. - Дніпропетровськ. - 2000. -№. 6. -С.83-86.

8. Калиниченко В.В. Сравнительный анализ показателей вибрационного грохочения, идентифицированных линейной и нелинейной моделями //Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. / ИГТМ НАН Украины. - Днепропетровск. -2000. -№22. -С.79-81.

9. Надутый В.П., Калиниченко В. В. Выбор рациональных параметров грохота для мелкого мокрого грохочения горной массы // Геотехническая механика: Межвед.сб.научн.тр. / ИГТМ НАН Украины. - Днепропетровск. - 2000.-№21. - С. 102-104.

10. Надутый В.П., Калиниченко В.В. Исследование особенностей вибрационного грохочения мелкого влажного материала //Обогащение руд: Науч.-техн. журн.- Санкт-Петербург. -2001. - №1. - С. 34-35.

11. Калиниченко В. В., Надутый В. П. Результаты исследований по повышению эффективности вибрационного грохочения влажной горной массы //Теорія і практика процесів. Подрібнення, розділення, змішування і ущільнення: зб. наук. пр. - Одесса. -2003. -№10. - С.82-84.

12. Надутый В.П., Калиниченко В. В. Опыт интенсификации вибрационного грохочения сыпучих материалов повышенной влажности //Вибрации в технике и технологиях: Всеукр. научн. техн. журн. -Винница. - 2003. -№1(27). - С.80-82.

13. Надутый В.П., Калиниченко В. В. Пути повышения эффективности грохочения влажных и липких материалов //Тез. докл. Междунар. науч. техн. конф. ''Перспективы развития горнорудной, угледобывающей и обогатительной отраслей промышленности''. - Краматорск (НКМЗ). - 2001. - С.19-20.

14. Надутый В.П., Калиниченко В. В. Результаты исследования виброимпульсного воздействия при грохочении влажной горной массы // Матер. IV Междунар.науч.школы-семинара ''Импульсные процессы в механике сплошных сред''. - Николаев. “Атолл”. - 2001. - С. 123-124.

15. Надутый В.П., Калиниченко В.В. Определение динамических параметров эластичной поверхности грохота при переработке влажной горной массы // Тез. докл. IV Междунар.симпоз. ''Механика эластомеров-2001'' - Днепропетровск. -2001. - С.38-39.

16. Калиниченко В. В. Повышение эффективности грохочения влажной горной массы путём интенсификации процесса // Матер. Междунар. науч.-техн.конф. ''Проблемы механики горно-металлургического комплекса''. - Днепропетровск. -2002. -С.125.

17. Особистий внесок здобувача в роботи, опубліковані в співавторстві:

18. [1, 2] - проведення експериментів, аналіз результатів; [3, 4, 6, 8] - обґрунтування моделі, вибір критеріїв, порівняльний аналіз, приклади розрахунку; [7, 9, 10] - методика досліджень, аналіз результатів; [11, 12, 13, 15, 16] - підготовка матеріалів до конференцій та доповідей.



АНОТАЦІЯ

Калініченко В.В. Обґрунтування раціональних параметрів вібраційних грохотів для ефективного поділу вологої гірської маси. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06 - "Гірничі машини". Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України, Дніпропетровськ, 2003.

Дисертацію присвячено питанню підвищення ефективності вібраційного грохочення вологої дрібної гірської маси як одному з маловивчених та недостатньо ефективних процесів виробництва. Установлено шість основних факторів, що суттєво впливають на показники грохочення та межі їх впливу при різній вологості гірської маси, а також визначено залежності показників грохочення від цих факторів. Вивчено синтез впливу таких факторів, як амплітуда та частота коливань, довжина та кут нахилу короба, розмір вічок сита, розмір технологічного навантаження при різній вологості гірської маси. На основі планування експерименту, моделювання цільової функції у вигляді лінійної та нелінійної регресійної моделі розроблено інженерну методику визначення раціональних та алгоритм оптимальних параметрів грохотів, завдяки яким можна аналізувати та прогнозувати роботу грохотів, а також розробляти рекомендації щодо їх модернізації для підвищення показників роботи за складних умов поділу вологої гірської маси.

Результати розробок у вигляді методики, рекомендацій, динамічно активних гумових сит зі способом їх установки впроваджено на свинцевій та мідній збагачувальних фабриках Алмаликського гірничо-металургійного комбінату (роботи виконано за контрактами в Республіці Узбекистан), в Інституті Механобрчормет, на Запорізькому залізорудному комбінаті.

Ключові слова: вібраційне грохочення, волога гірська маса, раціональні та оптимальні параметри грохота.



АННОТАЦИЯ

Калиниченко В.В. Обоснование рациональных параметров вибрационных грохотов для эффективного разделения влажной горной массы. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.06 - “Горные машины”, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины. Днепропетровск, 2003.

Диссертация посвящена вопросу повышения эффективности вибрационного грохочения влажной мелкой горной массы как одному из малоизученных и недостаточно эффективных процессов производства. Установлено шесть основных факторов, существенно влияющих на показатели грохочения, нелинейный характер зависимости показателей работы грохота от каждого из факторов, а также зону наибольшего влияния каждого из них. Изучено влияние таких основных параметров, как амплитуда и частота колебаний, длина и угол наклона грохота, размер ячейки сита и технологической нагрузки при различной влажности горной массы. Получение технологических показателей работы грохота в многофакторном поле варьируемых параметров идентифицировано линейной и нелинейной регрессионными моделями, послужившими основой разработки методики определения параметров грохота и алгоритма выбора их оптимальных значений при переработке горной массы различной влажности. Выявленные закономерности и реальные границы варьируемых параметров, адекватное моделирование позволили показать синтез влияния варьируемых факторов на результаты грохочения в сложных условиях и определить пути повышения их показателей. Так решена актуальная научная задача, имеющая важное прикладное значение.

Результаты разработок в виде методики, рекомендаций, динамически активных резиновых сит со способом их установки внедрены на свинцовой и медной обогатительных фабриках Алмалыкского горно-металлургического комбината (работы выполнялись по контрактам в Республике Узбекистан), Институтом Механобрчермет, на Запорожском железорудном комбинате.

Ключевые слова: вибрационное грохочение, влажная горная масса, рациональные и оптимальные параметры грохота.



THE SUMMARY

Кalinichenko V.V. The vibrating screening parameters grounding for efficient separation of the moist mining materials. - Manuscript.

Thesis for the application of the Candidate of Technical Sciences degree on speciality 05.05.06 - Mining Machines. The Institute of Geotechnical Mechanics of Ukrainian National Academy of Sciences, Dniepropetrovsk, 2003.

The thesis is devoted to efficiency increasing of the moist fine materials vibrating screening, because the process is one of the less studied and is not efficient in production yet. The main six factors influencing sufficiently the screning quality parameters, the limits of the factors influence corresponding to the variable moisture of mining materials, and the screening parameters dependences on these factors are set. The synthesis of such factors, as the ossillations amplitude and frequency, the screen body length and inclination angle, the screen opening size, the size of technological load varied with the material moisture are studied. The design technique to determine the screen rational parameters and the algorithm for the optimal ones are developed on the basement of the experimental planning, the objective function modelling as the linear and the non-linear regression models. The technique has the possibilities to the analysis and the prognosis of the screens operation, also to their modernization instructions development for the operation property increasing in complex conditions of the moist mining materials separation.

The developments results, such as the techniques, the instructions, the dynamically active rubber screening surfaces and the method of their installation are applied at the plumbum and the copper dressing factories of Almalycsky Mining-Dressing Plant (corresponding to the contracts in Uzbekistan Republic), at Mechanobre-Chermet Institute, at Zaporizky Iron Ores Plant.

Kee words: vibrating screening, moist mining material, rational and optimal screen parameters.

Размещено на Allbest.ru

...