Энергоэффективность конусной дробилки с упорами

Одним из основных в металлургической, строительной и горной отраслях промышленности является процесс измельчения различных материалов как первичная подготовка сырья. На дробление материалов для получения необходимой фракции ежегодно расходуется до 4 % мирового производства электроэнергии, а для отдельно взятой шахты доля энергозатрат на дробление может достигать 50 % от годового объема. Часть электроэнергии тратится на создание запаса мощности дробильной машины (далее – дробилки) в связи с тем, что в настоящее время нет методик теоретического расчета мощности ее электропривода и определения затрат энергии на разрушение горных пород. Сырье, добытое на разных месторождениях, обладает различными физико-механическими свойствами, что оказывает существенное влияние на процесс измельчения. Различие в мощности электроприводов дробильных машин обусловлено разностью их типоразмеров, а география их применения учитывается созданием запаса мощности. Вышеприведенные факторы негативно сказываются на операционных расходах предприятий металлургической промышленности. В работе рассмотрены некоторые конструкции дробилок, в которых разрушение дробимого куска происходит в результате возникновения сложного напряженного состояния. Предложена новая конструкция конусной дробилки с упорами, позволяющая снизить затраты энергии на дробление материалов. Благодаря наличию упоров и простой кинематике движения рабочего органа достигается снижение сил, необходимых для разрушения кусков хрупких материалов в независимости от их свойств. При этом в дробимых кусках, разрушаемых в конусной дробилке с упорами, возможно создание сдвигового напряженного состояния, при котором теоретически достигается снижение силы, необходимой для дробления хрупких материалов в два раза в сравнении с дробилками сжатия. Описаны условия возникновения сдвигового напряженного состояния в дробимых кусках при их дроблении в конусной дробилке с упорами. Представлены рекомендации по созданию этих условий.

1. Jeswiet J., Szekeres A. Energy consumption in mining comminution // Procedia CIRP. 2016. Vol. 48. P. 140–145. https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.03.250

2. Лагунова Ю.А. Энергетическая модель процесса дробления горных пород сжатием // Известия УГГУ. 1997. № 6. С. 100–104.

3. Каменная кладка из пильных известняков / С.В. Поляков, Ю.В. Измайлов, В.И. Коноводченко, Ф.М. Оруджев, Н.Д. Поляков. Кишинев, 1973. 345 с.

4. Atta K.T., Euzébio T., Ibarra H., Silva Moreira V., Johansson A. Extension, validation, and simulation of a cone crusher model // IFAC-PapersOnLine. 2019. Vol. 52. No. 14. P. 1–6. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2019.09.154

5. 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. https://doi.org/10.1016/j.wear.2017.12.004

6. Lee E., Evertsson C.M. A comparative study between cone crushers and theoretically optimal crushing sequences // Minerals Engineering. 2011. Vol. 24. No. 3-4. P. 188–194. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2010.07.013

7. Gupta A., Yan D.S. Mineral Processing Design and Operation. An Introduction. Elsevier Science, 2006. 693 р.

8. 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. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2018.07.008

9. Korman T., Bedekovic G., Kujundzic T., Kuhinek D. Impact of physical and mechanical properties of rocks on energy consumption of jaw crusher // Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2015. Vol. 51. No. 2. P. 461–475. http://dx.doi.org/10.5277/ppmp150208

10. Федотов К.В., Сенченко А.Е., Куликов Ю.В. Метод расчета удельной энергии само-/полусамоизмельчения на основе комбинации рабочих индексов Бонда // ГИАБ. 2014. № 11. С. 127–140.

11. Пат. 2430783 РФ. Способ дробления в валковой дробилке / Никитин А.Г., Сахаров Д.Ф., Прилукова Н.З.; опубл. 10.10.2011. Бюл. № 28.

12. Никитин А.Г., Епифанцев Ю.А., Медведева К.С., Герике П.Б. Силовой анализ процесса разрушения хрупких материалов в одновалковой дробильной машине с упором на валке // Извес­тия вузов. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 4. С. 303–307. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-4-303-307

13. Пат. 2453370 РФ. Щековая дробилка / Никитин А.Г., Люленков В.И., Сахаров Д.Ф., Витушкин А.В.; опубл. 20.06.2012. Бюл. № 17.

14. Evertsson C.M. Output prediction of cone crushers // Minerals Engineering. 1998. Vol. 11. No. 3. P. 215–231. https://doi.org/10.1016/S0892-6875(98)00001-6

15. Gauldie K. Performance of jaw crushers // Engineering. 1953. October. P. 485–486.

16. Whiten W.J. Simulation and model building for mineral processing. (PhD Thesis). University of Queensland (JKMRC). 1972. https://doi.org/10.14264/uql.2015.62

17. Li H., McDowell G., Lowndes I. Discrete element modelling of a rock cone crusher // Powder Technology. 2014. Vol. 263.

18. P. 151–158. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2014.05.004

19. Клушанцев Б.В. и др. Дробилки. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации. М.: Машиностроение, 1990. 320 с.

20. Сахаров Д.Ф., Витушкин А.В. Силовой анализ процесса дроб­ления в конусной дробильной машине // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 12. С. 980–986. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-12-980-986

21. Пат. 2526738 РФ. Роторное дробильное устройство / Люленков В.И., Никитин А.Г., Мочалов С.П., Матехина А.Н.; опубл. 27.08.2014. Бюл. № 24.

22. Родин Р.А. О работе, расходуемой на дробление горных пород // Известия вузов. Горный журнал. 1987. № 6. С. 84–89.

23. Степин П.А. Сопротивление материалов. М.: Интеграл-Пресс, 1997. 320 с.