blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2018-12-980-986blackmet-1522Research ArticleИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХINNOVATIONS IN METALLURGICAL INDUSTRIAL AND LABORATORY EQUIPMENT, TECHNOLOGIES AND MATERIALSСИЛОВОЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ДРОБЛЕНИЯ В КОНУСНОЙ ДРОБИЛЬНОЙ МАШИНЕPOWER ANALYSIS OF THE CRUSHING PROCESS IN A CONE CRUSHERСахаровД. Ф.SakharovD. F.

к.т.н., старший научный сотрудник организационно-­научного и редакционно­издательского отделения

654066, Россия, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, пр. Октябрьский, 49

Cand. Sci. Eng., Senior Researcher of the Organizational, Scientific and Publishing Department

Novokuznetsk, Kemerovo Region

sacharov_dima86@mail.ruВитушкинА. В.VitushkinА. V.

к.т.н., преподаватель кафедры боевой, тактико­-специальной и физической подготовки

654066, Россия, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, пр. Октябрьский, 49

Cand. Sci. Eng., Lecturer of Chair of Military, Special Tactic and Physical Training

Novokuznetsk, Kemerovo Region

mentisnoncorpus@gmail.comКузбасский институт ФСИН РоссииРоссияKuzbass Institute of the FPS of RussiaRussian Federation2018160120196112980986Copyright © Сахаров Д.Ф., Витушкин А.В., 20192019Сахаров Д.Ф., Витушкин А.В.Sakharov D.F., Vitushkin А.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1522

Литература, посвященная проектированию конусных дробильных машин и исследованию процесса дробления в них, в основном  базируется на эмпирических наблюдениях, в результате чего общепринятым считает факт о том, что дробимый материал разрушается под  действием исключительно сжимающих сил. В свою очередь, формируется теоретическая база, на основе которой создаются дробильные  агрегаты. В результате наличия общих сведений существующее на сегодняшний день многообразие конструкций конусных дробильных  машин характеризуется общностью их принципов работы. Большинство теоретических работ, посвященных конусным дробильным машинам, ориентированы на такие их характеристики, как производительность, степень дробления, увеличение процента годной фракции  в готовом продукте либо на эксплуатационные параметры отдельных элементов конструкции, таких как стойкость футеровочной брони,  повышение  срока  службы  опорных  и  приводных  узлов  и  т.п.  Для  повышения  указанных  характеристик  разрабатываются  конструкции  камер  дробления,  имеющие  сложную  форму  футеровочной  брони,  а  конструкция  рабочего  органа  совмещает  в  себе  элементы  рабочих  органов других дробильных машин (валковых, щековых). Однако эффективность кинематики движения рабочего органа рассматривается  лишь с точки зрения создания в дробимом материале сжимающих сил и минимизации его скольжения относительно дробимого материала.  Наибольшее количество энергии, подводимое к любой дробильной машине, расходуется на создание нагрузки, разрушающей дробящийся  материал.  Авторы  настоящей  работы  считают,  что  при  определенных  обстоятельствах  в  конусных  дробильных  машинах  могут  быть  созданы такие условия их работы, при которых значительно возрастет энергоэффективность процесса разрушения материалов, подвергающихся  дроблению.  Одним  из  таких  условий  является  создание  в  дробимом  материале  сложного  напряженного  состояния.  Рассмотрены  некоторые  характерные  конструкции  конусных  дробильных  машин,  область  применения  такого  рода  дробильных  машин.  Описан  механизм создания в дробимом материале сложного напряженного состояния, способствующего снижению энергетических затрат на процесс  дробления. Даны рекомендации по воссозданию условий работы дробильной машины, создающих в дробимом материале сложное напряженное состояние.

The literature devoted to cone crushers design and research of  its  crushing  process  is  generally  based  on  empirical  observations,  therefore it is commonly considered that material is crushed under  the  influence  of  squeezing  forces  exclusively.  Above  mentioned  liter  ature, in turn, theoretical base forms for crushing units design.  Based on common understanding, variety of designs of cone crushing  machines  existing  today  is  characterized  by  integrity  of  principles of their work. Majority of theoretical works devoted to cone  crushers are focused on such characteristics as efficiency, extent of  crushing, increase in percent of useful fraction in ultimate product,  or  on  operational  parameters  of  separate  structural  elements  such  as lining armor resistance, increase in endurance of supporting and  power nodes, etc. To increase those characteristics crushing cameras with irregular shape of lining armor are designed, design of an  active  crushing  member  combines  elements  of  active  members  of other crushing machines (roll, cheek crushers). However effectiveness of kinematics of active member movement is considered only  from  the  point  of  view  of  squeezing  forces  generation  in  crushed  material  and  minimization  of  its  slide  against  it.  The  uppermost  ener gy brought to any crushing machines is spent on loa ding destroying crushed material. Authors of this article consider that under  particular  circumstances  such  work  conditions  can  be  provided  in  cone crushers under which energy efficiency of materials crushing  process will increase considerably. One of such conditions is creation  of  multi-axial  stress  in  crushed  material.  Some  reference  designs of cone crushers are considered in the article as well as range  of  their  app lication.  Mechanism  of  multi-axial  stress  generation  in  crushed  material  promoting  decrease  in  energy  consumption  of  crashing  process  is  described.  Recommendations  on  development  of  operating  conditions  of  crushing  machine  creating  multi-axial  stress in crushed material are provided.

конусная дробилкасиловой анализдроблениеэнергоэффективностьсложное напряженное состояниекасательные напряжениякрутящий моментконструкцияcone crusherpower analysiscrushingenergy efficiencymulti-axial stresstangent stresstorquedesignReferencesLee E., Evertsson C.M. A comparative study between cone crushers and theoretically optimal crushing sequences. // Minerals Engineering. 2011. P. 188 – 194.Lee E., Evertsson C.M. A comparative study between cone crushers and theoretically optimal crushing sequences. Minerals Engineering. 2011, vol. 24, Issue 3–4, February–March, pp. 188–194.Демченко С.Е. Совершенствование процесса измельчения в конусной инерционной дробилке: Автореф. дис. к.т.н. – Белгород, 2007. – 21 с.Demchenko S.E. Sovershenstvovanie protsessa izmel’cheniya v konusnoi inertsionnoi drobilke: avtoref. dis... kand. tekh. nauk [Improving grinding process in a cone inertial crusher: Extended Abstract of Cand. Sci. Diss.]. Belgorod, 2007, 21 p. (In Russ.).Алехин A.Г., Водопьянов И.Л. Деформации элементов щековых дробилок со сложным движением щеки при попадании в них металлических предметов // Строительные и дорожные машины. 1976. No 2. С. 30 – 32.Alеkhin A.G., Vodop’yanov I.L. Deformations of elements of jaw crushers with complex movement of jaws at ingress of metal objects in them. Stroitel’nye i dorozhnye mashiny. 1976, no. 2, pp. 30–32. (In Russ.).Афанасьев М.М., Зарогатский Л.П., Нагаев Р.Ф. Динамика рабочего органа конусной дробилки // Машиноведение. 1976. No 6. С. 8 – 14.Afanas’ev M.M., Zarogatskii L.P., Nagaev R.F. Dynamics of working body of cone crusher. Mashinovedenie. 1976, no. 6, pp. 8–14. (In Russ.).Баранов B.Ф. Применение технологии мокрого дробления за рубежом // Обогащение руд. 2000. No 1. С. 43 – 48.Baranov B.F. Application of wet crushing technology abroad. Obogashchenie rud. 2000, no. 1, pp. 43–48. (In Russ.).Емелин М.А. Новые методы разрушения горных пород. – М.: Недра, 1990. – 240 с.Emelin M.A. Novye metody razrusheniya gornykh porod [New methods of rock destruction]. Moscow: Nedra, 1990, 240 p. (In Russ.).Котельников Б.Д., Червяков С.А. Новые машины и оборудование для горной промышленности // Изв. вуз. Горный журнал. 1997. No 3. С. 17 – 20.Kotel’nikov B.D., Chervyakov S.A. New machines and equipment for mining industry. Izv. vuz. Gornyi zhurnal. 1997, no. 3, pp. 17–20. (In Russ.).Ушаков B.C. Определение зоны подпрессовки в конусных дробилках мелкого дробления // Строительные и дорожные машины. 1975. No 2. С. 24 – 26.Ushakov B.C. Determination of the pre-press zone in cone cru shers of fine crushing. Stroitel’nye i dorozhnye mashiny. 1975, no. 2, pp. 24–26. (In Russ.).Siemens T. Ore dressing. Principles and practice. – New-York, London, 1924. – 330 р.Siemens T. Ore dressing. Principles and practice. New-York, London, 1924, 330 p.Terva J., Kuokkala V.-T., Valtonen K., Siitonen P. Effects of compression and sliding on the wear and energy consumption in mineral crushing // Wear. 2018. Vol. 398-399. P. 116 – 126.Terva J., Kuokkala V.-T., Valtonen K., Siitonen P. Effects of compression and sliding on the wear and energy consumption in mineral crushing. Wear. 2018, vol. 398-399, March, pp. 116–126.Червяков С.А. Обоснование конструктивных и режимных параметров энергосберегающих конструкций конусных дробилок: Автореф. дис. к.т.н. – Екатеринбург, 2004. – 19 с.Chervyakov S.А. Obosnovanie konstruktivnykh i rezhimnykh parametrov energosberegayushhikh konstruktsii konusnykh drobilok: avtoref. dis... kand. tekh. nauk [Substantiation of constructive and regime parameters of energy-saving constructions of cone crushers: Extended Abstract of Cand. Sci. Diss.]. Ekaterinburg, 2004, 19 p. (In Russ.).Johansson M., Quist J., Evertsson M., Hulthén E. Cone crusher performance evaluation using DEM simulations and laboratory experiments for model validation // Minerals Engineering. 2017. Vol. 103-104. P. 93 – 101.Johansson M., Quist J., Evertsson M., Hulthén E. Cone crusher performance evaluation using DEM simulations and laboratory experiments for model validation. Minerals Engineering. 2017, vol. 103-104, April, pp. 93–101.Клушанцев Б.В., Косарев А.И., Муйземнек Ю.А. Дробилки. – М.: Машиностроение, 1990. – 320 с.Klushantsev B.V., Kosarev A.I., Muizemnek Yu.A. Drobilki [Crushers]. Moscow: Mashinostroenie, 1990, 320 p. (In Russ.).Jack de la Vergne. Hard Rock Miner’s Handbook. – Edmonton, Alberta, Canada: Stantec Consulting, 2008. – 330 р.Jack de la Vergne. Hard Rock Miner’s Handbook. Edmonton, Alberta, Canada: Stantec Consulting, 2008, 330 р.Gupta A., Yan D.S. Mineral Processing Design and Operation. An Introduction. Elsevier Science, 2006. – 718 р.Gupta A., Yan D.S. Mineral Processing Design and Operation. An Introduction. Elsevier Science, 2006, 718 р.Evertsson C. M. Output prediction of cone crushers // Minerals Engineering. 1998. Vol. 11. Issue 3. P. 215 – 231.Evertsson C.M. Output prediction of cone crushers. Minerals Engineering. 1998, vol. 11, Issue 3, March, pp. 215–231.Gröndahl A., Asbjörnsson G., Hulthén E., Evertsson M. Diagnostics of cone crusher feed segregation using power draw measurements // Minerals Engineering. 2018. Vol. 127. P. 15 – 21.Gröndahl A., Asbjörnsson G., Hulthén E., Evertsson M. Diagnostics of cone crusher feed segregation using power draw measurements. Minerals Engineering. 2018, vol. 127, October, рp. 15–21.Клушанцев Б.В. Валковые дробилки. Их параметры и метод расчета мощности // Строительные и дорожные машины. 1982. No 8. С. 23, 24.Klushantsev B.V. Roller crushers. Parameters and method of power design. Stroitel’nye i dorozhnye mashiny. 1982, no. 8, pp. 23–24. (In Russ.).Dong Gang, Huang Dongming, Fan Xiumin Cone crusher chamber optimization using multiple constraints // International Journal of Mineral Processing. 2009. Vol. 93. Issue 2. 1 October. P. 204 – 208.Dong Gang, Huang Dongming, Fan Xiumin. Cone crusher chamber optimization using multiple constraints. International Journal of Mineral Processing. 2009, vol. 93. Issue 2, 1 October, pp. 204–208.Lee E., Evertsson M. Implementation of optimized compressive crushing in full scale experiments // Minerals Engineering. 2013. Vol. 43-44. P. 135 – 147.Lee E., Evertsson M. Implementation of optimized compressive crushing in full scale experiments. Minerals Engineering. 2013, vol. 43-44, April, pp. 135–147.Moshgbar M., Bearman R.A., Parkin R. Optimum control of cone crushers utilizing an adaptive strategy for wear compensation // Minerals Engineering. 1995. Vol. 8. Issue 4-5. P. 367 – 376.Moshgbar M., Bearman R.A., Parkin R. Optimum control of cone crushers utilizing an adaptive strategy for wear compensation. Minerals Engineering. 1995, vol. 8, Issue 4-5, April–May, pp. 367–376.Витушкин А.В. Разработка кинематической схемы и методов расчета параметров дробильной машины с поступательным движением щеки: Автореф. дис. к.т.н. – Новокузнецк, 2013. – 18 с.Vitushkin A.V. Razrabotka kinematicheskoi skhemy i metodov raschеta parametrov drobil’noi mashiny s postupatel’nym dvizheniem shcheki: avtoref. dis... kand. tekh. nauk [Development of kinematic scheme and methods for calculating parameters of crushing machine with translational motion of jaws: Extended Abstract of Cand. Sci. Diss]. Novokuznetsk, 2013, 18 p. (In Russ.).Шлаин И.Б. Разработка месторождений карбонатных пород. – М.: Недра, 1968. – 293 с.Shlain I.B. Razrabotka mestorozhdenii karbonatnykh porod [Development of carbonate rocks deposits]. Moscow: Nedra, 1968, 293 p. (In Russ.).Никитин А.Г., Лактионов С.А., Сахаров Д.Ф. Математическая модель процесса разрушения хрупкого материала в одновалковой дробилке // Изв. вуз. Черная металлургия. 2012. No 8. С. 36 – 38.Nikitin A.G., Laktionov S.A., Sakharov D.F. Mathematical model of process of deterioration of a brittle material in a single-roll crusher. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2012, no. 8, pp. 36–38. (In Russ.).Сахаров Д.Ф. Анализ процесса дробления хрупких материалов в одновалковой дробилке с целью повышения энергоэффективности: Автореф. дис. к.т.н. – Новокузнецк, 2011. – 19 с.Sakharov D.F. Analiz protsessa drobleniya khrupkikh materialov v odnovalkovoi drobilke s tsel’yu povysheniya energoeffektivnosti: avtoref. dis... kand. tekh. nauk [Analysis of the process of fragile materials crushing in single-roll crusher in order to increase energy efficiency: Extended Abstract of Cand. Sci. Diss.]. Novokuznetsk, 2011, 19 p. (In Russ.).Никитин А.Г., Лактионов С.А., Кузнецов М.А. Положение плоскости максимальных касательных напряжений при разрушении хрупкого куска в одновалковой дробилке // Изв. вуз. Черная металлургия. 2013. No 7. С. 42 – 44.Nikitin A.G., Laktionov S.A., Kuznetsov M.A. Position of plane of maximum shear stress at fracture of brittle pieces in roll crushers. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Me­ tallurgy. 2013, no. 7, pp. 42–44. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.