Анотація до роботи:

Засельський В.Й. Розробка наукових основ конструювання вібраційних машин для високоефективного сортування металургійної шихти. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.08 - „Машини для металургійного виробництва”. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2008.

Дисертаційна робота присвячена питанню розробки і створення важконавантажених вібраційних машин з неоднорідними коливаннями робочого органу для сортування металургійної шихти з метою забезпечення високих показників ефективності грохочення перед спіканням і плавкою.

В результаті проведеного аналізу встановлено, що для сортування металургійної шихти використовуються грохоти з однорідними коливаннями робочого органу, які не забезпечують необхідну ефективність грохочення. Показано, що інтенсифікація процесу грохочення може йти шляхом створення нових вібраційних машин з неоднорідними коливаннями робочого органу.

На основі виконаного аналізу робіт по розробці вібраційних грохотів в межах даної проблеми сформульований перелік задач, вирішення яких дозволило створити високоефективні, високопродуктивні машини для сортування металургійної шихти. У роботі розроблено математичні моделі, яки описують кінематику руху точок робочого вібромашини з неоднорідними, неоднорідно-часовими (режим „биття”) коливаннями з урахуванням впливу технологічного навантаження.

Установлено вплив співвідношення кутових швидкостей валів віброзбуджувачів на період „биття”, а також визначено форми коливань робочого органу. Розроблено номограму, яка дозволяє вибрати раціональну частоту „биття” грохота для самоочищення сіючої поверхні.

На основі математичних моделей розроблено методики розрахунку кінематичних параметрів, розрахунку на міцність основних елементів короба вібромашин при генерації неоднорідних коливань робочого органу. Одержано аналітичні залежності, зв’язуючи клас розсіву із розміром щілини сита, і швидкість транспортування - із кінематичними та динамічними параметрами грохота з неоднорідними коливаннями.

В практику проектно-конструкторських робіт запроваджено методики з розрахунку кінематичних параметрів вібромашини з неоднорідними коливаннями робочого органу. Створено комплект програм для ПЕОМ, що дозволяє здійснити як синтез, так і аналіз неоднорідних коливань робочого органу вібромашини з інерційним приводом.

Економічний ефект від впровадження розробок складає 3310 тис.грн.

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій дано теоретичне узагальнення і нове рішення актуальної наукової проблеми по встановленню закономірностей, що описують вплив параметрів і положення відносно центру мас важконавантаженого грохота інерційного приводу на кінематику руху робочого органу. Одержано залежності, що зв'язують вертикальну складову амплітуди прискорень коливань, період „биття” (коли кутові швидкості валів віброзбуджувача не рівні один одному) з передавальним відношенням між валами інерційного приводу, і функцію висіву підрешітних фракцій по довжині просіваючої поверхні з положенням віброзбуджувача відносно центра мас грохота, який впливає на розподіл траєкторій точок робочого органу.

Рішення здобуто на основі математичного моделювання руху абсолютно твердого тіла під дією збурювальних сил, що змінюються в часі і просторі, методом Рунге-Кутта, де технологічне навантаження враховувалося за допомогою в'язкої моделі. Отримані результати мають важливе значення для аналізу і синтезу при розробці і конструюванні вібраційних машин, використовуваних в підготовчих процесах металургійного виробництва та інших галузях.

Основні наукові і практичні результати полягають в наступному:

1. Аналіз науково-технічної інформації дозволив виявити сучасні тенденції у області створення вібраційних грохотів, які зводяться до того, що інтенсифікація процесу грохочення може бути здійснена за рахунок використання неоднорідної силової дії на сортований матеріал, яка забезпечується шляхом синтезу неоднорідних коливань по довжині, а у ряді випадків - і по ширині робочого органу.

2. На основі рівнянь руху м’якоамортизованої одномасної вібраційної машини, працюючої в зарезонансному режимі з неоднорідними об'ємними коливаннями робочого органу, розроблена математична модель і створено комп'ютерні програми „Грохот-1” і „Грохот-2”, які дозволяють здійснити аналіз і синтез траєкторного поля вібромашини з інерційним приводом як в холостому ході, так і з технологічним навантаженням, і вибрати раціональне поле траєкторій, сприяюче інтенсифікації процесу сортування і транспортування металургійної шихти. Розглянуто приклади синтезу неоднорідного плоского і об'ємного полів коливань робочого органу грохота ГА-41Ш, експлуатованого в даний час в системах шихтопідготовок доменних печей об'ємом до 2700 м³ при відсіві дріб’язку класу 0...5 мм із залізомісткої частини металургійної шихти.

3. На підставі теоретичних досліджень руху вібромашини в режимі „биття”, коли кутові швидкості віброзбуджувача відрізняються один від одного, розроблена математична модель і програми „Грохот-2” і „Грохот-4”, що дозволяє розрахувати кінематичні і динамічні параметри її робочого органу з технологічним навантаженням при використанні самосинхронізованого приводу і віброзбуджувача з жорстким кінематичним зв'язком валів. Установлено, що кожна точка робочого органу рухається по еліптичних траєкторіях із змінювальними в часі їх фокальними параметрами і кутами розташування осей так, що огинаючі цих траєкторій представляють овали Кассині, де їх амплітудні значення прискорень під навантаженням знижуються в 1,15 рази в порівнянні з холостим ходом.

4. Установлено, що при генерації режиму „биття” період коливань вібромашини в діапазоні передавальних відносин між валами, рівному 0,950,99, гіперболічно зростає, а вертикальні складові амплітуд прискорень точок зростають пропорційно передавальному відношенню. Для важконавантажених машин їх максимальні значення в 1,1-1,7 рази вище за аналогічну складову робочого режиму коливань.

5. На підставі аналізу теоретичних досліджень і промислових випробувань встановлено, що для забезпечення режиму „биття” з урахуванням технологічного навантаження, частота живлення на управляючому двигуні повинна бути знижена на 0,5 Гц, в порівнянні з роботою вібромашини без навантаження.

6. В промислових умовах виконана перевірка адекватності одержаних математичних моделей і аналітичних залежностей. Встановлено, що похибка в результатах між розрахунковими і експериментальними значеннями вертикальних прискорень точок робочого органу не перевищує 10 %, а швидкості транспортування матеріалу - 12%.

7. Виходячи з того, що короб є основним несучим елементом конструкції вібромашини і при неоднорідних об'ємних коливаннях навантажений нерівномірно розподіленими силами в декількох площинах, розроблена методика, яка дозволяє шляхом послідовного нашарування на початкову конструкцію підсилюючих елементів синтезувати металоконструкцію короба, що відповідає вимогам міцності і жорсткості при мінімальній металоємності.

Розглянуто приклад використання пропонованої методики для посилення металоконструкції короба грохота з неоднорідними об'ємними коливаннями ГИТ-41Б.

8. На підставі теоретичних досліджень одержана номограма, що дозволяє вибрати раціональну частоту „биття” грохота з метою самоочищення сіючої поверхні. Установлено, що раціональна частота „биття” для самоочищення сіючих поверхонь, використовуваних для сортування металургійної шихти, пропорційна товщині і обернено пропорційна квадрату довжини сталевого сита.

9. На підставі теоретичних досліджень одержана аналітична залежність, яка дозволяє вибрати щілину просіваючої поверхні грохота, враховуючи технологічні особливості і вимоги, що пред'являються до гранулометричного складу металургійної шихти.

10. За результатами промислових випробувань шихтових вібромашин визначені раціональні поля траєкторій коливань точок робочих органів грохотів, їх динамічні параметри, що забезпечують без додаткових енерговитрат зниження захаращеності сит і стабілізацію ефективності грохочення в часі. Одержана аналітична залежність, що пов'язує швидкість вібротранспортування з кінематичними параметрами. Запропонований ряд конструкцій інерційних грохотів, що реалізовують знайдені раціональні закони руху просіваючої поверхні. Установлено, що при виборі конструктивних схем грохотів для сортування металургійної шихти, окрім кінематичних і динамічних параметрів, сприяючих інтенсифікації процесу грохочення, необхідно враховувати співвідношення , яке повинне складати: для грохотів з однорідними коливаннями 2,5, з неоднорідними плоскими коливаннями - 33,5, з неоднорідними об'ємними коливаннями - не менше 2.

11. Результати роботи запроваджено:

- шляхом використання математичних моделей і методик розрахунків шихтових вібромашин в розрахунковій практиці інститутів „Гипромашобогащение» (м. Санкт-Петербург), ”Криворізька вища металургійна школа”, на підприємстві ТОВ КВМШ-плюс” (м. Кривий Ріг);

- шляхом організації серійного виробництва вібраційних грохотів і живильників на ЗАТ „РудГорМаш” (м. Вороніж), випуском промислових партій шихтових грохотів і живильників на підприємствах ТОВ „КВМШ-плюс” і ТОВ „ЕТЕКС” (м. Кривий Ріг);

- шляхом впровадження у виробництво шихтових грохотів і живильників на ВАТ „АрселорМіттал Кривий Ріг”, ВАТ „Запоріжсталь”, ВАТ „Єнакіївський металургійний завод”, ЗАТ „Запорізький залізорудний комбінат”, ВАТ „Південний гірничо-збагачувальний комбінат”;

- підтверджений економічний ефект від впровадження розробок складає 3390 тис. грн.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ У НАСТУПНИХ НАУКОВИХ РОБОТАХ:

1. Засельский В. И. Инерционные грохоты с неоднородными колебаниями: монография [для инж.-техн. и научн. работников] / В. И. Засельский. - Днепропетровск: Пороги, 2007. - 144 с.

   Испытания грохота с неоднородным полем траекторий рабочего органа / А. Д. Учитель, Е. А. Зелов, В. П. Лялюк, В. И. Засельский, В. И. Никитенко, И. Е. Почекайло, А. А. Ананко, А. И. Коломоец, А. А. Антошкин // Металлург. - 1987. - № 7. - С. 17-18.

   Работа доменной печи, оборудованной грохотами для рассева металлургической шихты / А. Д. Учитель, В. И. Засельский, В. П. Лялюк, И. И. Дышлевич, А. Я. Зусмановский, А. Я. Ткач, А. А. Руденко // Металлург. - 1988. - № 6. - С. 34-35.

   К выбору рациональных приемов подготовки топливной части агломерационной шихты / А. Д. Учитель, В. И. Засельский, В. П. Усачев, В. Г. Григорьева, В. П. Маймур // Сталь. - 1998. - № 1. - С. 5-7.

   Оборудование для подготовки доменной и сталеплавильной шихты/ А. Д. Учитель, В. И. Засельский, Е. А. Зелов, Г. Л. Зайцев, В. Г. Григорьева, В. И. Большаков // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2002. - № 5. - С. 78-81.

   Новые эффективные машины для подготовки шихтовых материалов / В. И. Большаков, В. И. Засельский, А. Д. Учитель, С. А. Учитель, Г. Л. Зайцев, В. Г. Григорьева // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - № 1. - С. 99-107.

   Гранулометр для экспресс-анализов доменной шихты / А. Д. Учитель, В. И. Засельский, И. В. Засельский, Т. П. Порубова // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2003. - № 2. - С. 92-94.

   Учитель А. Д. Определение закономерностей процесса окомкования при движении шихты по наклонной вибрирующей поверхности под действием силы тяжести / А. Д. Учитель, В. И. Засельский, О. А. Гуляева // Наук. вісник НГУ України. - Дніпропетровськ, 2004. - № 1. - С. 47-49.

   Комплексные показатели работы грохотов для подготовки шихты к доменной плавке / А. Д. Учитель, В. И. Засельский, Д. Г. Артеменко, А. И. Коломоец // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2004. - № 3. - С. 93-95.

   Учитель А. Д. Анализ работы нецентромассных грохотов для подготовки шихты к доменной плавке / А. Д. Учитель, В. И. Засельский, С. В. Швед // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2005. - № 3. - С. 91-94.

   Рабер Л. М. Повышение надежности грохотов / Л. М. Рабер, В. И. Засельский, Т. А. Засельская // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2005. - № 4. - С. 92-94.

   Технологические линии и оборудование для подготовки мелочи ферросплавов к использованию при выплавке стали / А. В. Сокуренко, В. А. Шеремет, А. В. Кекух, А. Д. Учитель, В. И. Засельский, В. И. Большаков, В. А. Носков // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2005. - № 5. - С. 62-65.

   Учитель А. Д. Исследование грохотов с временной неоднородностью рабочего органа / А. Д. Учитель, В. И. Засельский, С. В. Швед // Наук. вісник НГУ України. - Дніпропетровськ, 2006. - № 1. - С. 65-67.

   Определение траекторного поля вибромашины с неоднородными и пространственными колебаниями рабочего органа при сортировке металлургической шихты / А. Д. Учитель, В. И. Засельский, С. В. Швед, И. В. Засельский // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2006. - № 4. - С. 107-110.

   Учитель А. Д. Перспективные конструкции грохотов с неоднородными и пространственными колебаниями рабочего органа / А. Д. Учитель, В. И. Засельский // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2006. - № 5. - С. 92-96.

   Исследования работы грохота со свободно опертым ситом при фракционировании твердого топлива / А. Д. Учитель, В. И. Засельский, Г. Л. Зайцев, И. В. Засельский // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2006. - № 6. - С. 78-79.

   Учитель А. Д. Метод расчета динамики рабочего органа тяжелонагруженного вибрационного грохота в режиме десинхронизации его вибровозбудителей / А. Д. Учитель, В. И. Засельский, А. Ю. Вулых // Теория и практика металлургии. - 2006. - № 6. - С. 92-96.

   Засельский В. И. Расчет прочности короба вибромашины с неоднородным пространственным полем колебаний / В. И. Засельский // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2007. - № 1. - С. 69-70.

   Промышленные испытания грохота с различными колебаниями рабочего органа / В. И. Засельский, Г. Л. Зайцев, И. В. Засельский, А. В. Литвиненко // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2007. - № 2. - С. 74-77.

   Экспериментальные исследования динамики вибромашины, работающей в режиме «биений» / А. Д. Учитель, В. И. Засельский, С. В. Швед, И. В. Засельский // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2007. - № 3. - С. 102-104.

   Засельский В. И. Фракционирование металлургического сырья в неоднородных силовых полях / В. И. Засельский // Теория и практика металлургии. - 2007. - № 2-3. - С. 7-11.

   Засельский В. И. Учет влияния технологической нагрузки при расчете динамики вибромашины с пространственными колебаниями рабочего органа / В. И. Засельский // Теория и практика металлургии. - 2007. - № 2 - 3. - С. 149-152.

   Засельский В. И. Исследование процесса грохочения в режиме «биений» / В. И. Засельский // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2007. - № 4. - С. 79-81.

   Засельский В. И. Технологические требования, предъявляемые к грохотам агломерата / В. И. Засельский // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2007. - № 5. - С. 105-107.

   Засельский В. И. Повышение качества подготовки сырья к доменной плавке / В. И. Засельский // Теория и практика металлургии. - 2007. - № 6. - С. 8-10.

   Учитель А. Д. Совершенствование процесса подготовки угольной шихты к коксованию / А. Д. Учитель, В. И. Засельский, Г. Л. Зайцев // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2008. - № 1. - С. 32-34.

   А. с. 1438854 СССР, МКИ⁴ В 07 В 1/00, 1/28. Способ грохочения / А. Д. Учитель, А. Ф. Вавилов, В. П. Лялюк, И. Е. Почекайло., В. И. Засельский, Ю. А. Муйземнек (СССР). - № 4147897/29-03; заявл. 17.11.86; опубл. 23.11.88, Бюл. № 43.

   А. с. 1445816 СССР, МКИ⁴ В 07 В 1/40. Грохот / Н. В. Пустынский, В. И. Засельский, О. В. Бульдинов (СССР). - № 4230756/29-03; заявл. 15.04.87; опубл. 23.12.87, Бюл. № 47.

   А. с. 1479147 СССР, МКИ⁴ В 07 В 1/40. Грохот / Е. А. Зелов, А. Д. Учитель, В. И. Засельский, Р. Т. Журман, Ю. К. Куевда, М. Я. Антонычев, И. Е. Почекайло, А. А. Антошкин, А. И. Коломоец (СССР). - № 4254166/29-03; заявл. 01.06.87; опубл. 15.05.89, Бюл. № 18.

   А. с. 1491587 СССР, МКИ⁴ В 07 В 1/22. Устройство для разделения материала по крупности / А. Д. Учитель, А. Ф. Вавилов, Е. Г. Батуров, Ю. К. Куевда, В. П. Лялюк, В. И. Засельский, Н. Н. Бережной, В. М. Трифон, А. В. Ермак, В. В. Никифоров, М. Я. Антонычев, Б. П. Хливенко (СССР). - № 4302398/29-03; заявл. 20.07.87; опубл. 07.07.89, Бюл. № 25.

   А. с. 1512685 СССР, МКИ⁴ В 07 В 1/00. Вибрационный многоситный грохот / А. Д. Учитель, В. П. Лялюк, Г. А. Макаров, В. И. Засельский, В. Т. Садовник, И. И. Дышлевич, А. А. Руденко, Д. Г. Артеменко, И. Н. Рябичев (СССР). - № 4367774/29-03; заявл. 20.01.88; опубл. 07.10.89, Бюл. № 37.

   А. с. 1512686 СССР, МКИ⁴ В 07 В 1/46. Грохот / Н. В. Пустынский, А. Д. Учитель, В. И. Засельский, Л. Ю. Бренер, Н. А. Панасенко, Г. Н. Кальченко, В. Н. Калачев, В. И. Давыдов (СССР). - № 4305224/29-03; заявл. 15.09.87; опубл. 07.10.89, Бюл. № 37.

   А. с. 1535651 СССР, МКИ⁵ В 07 В 1/28, 1/00. Способ грохочения / А. Д. Учитель, В. П. Лялюк, Б. В. Боклан, В. И. Засельский, Ю. А. Муйземнек (СССР). - № 4344674/31-03; заявл. 16.12.87; опубл. 15.01.90, Бюл. № 2.

   А. с. 1586791 СССР, МКИ⁵ В 07 В 1/40. Грохот / А. Д. Учитель, Н. В. Пустынский, Я. Е. Альтшулер, В.И. Засельский, Л. К. Балабатько, М. А. Корзенков, О. В. Бульдинов, А. П. Путкинен, Л. Я. Соловьев, К. Г. Новомлинцев (СССР). - № 4484933/25-03; заявл. 04.07.88; опубл. 23.08.90, Бюл. № 31.

   А. с. 1651993 СССР, МКИ⁵ В 07 В 1/46. Виброгрохот / Н. В. Пустынский, М. Г. Хайло, С. И. Чирва, С. М. Лошаков, Л. К. Балабатько, А. С. Мельников, К. Г. Новомлинцев, Ю. К. Куевда, А. Д. Учитель, В. И. Засельский, Я. Е. Альтшулер (СССР). - № 4655255/03; заявл. 28.02.89; опубл. 30.05.91, Бюл. № 20.

   36. А. с. 1666225 СССР, МКИ⁵ В 07 В 1/60, 1/46. Вибрационный грохот / Н. В. Пустынский, А. Д. Учитель, В. И. Засельский, Я. Е. Альтшулер, Е. А. Зелов, М. А. Корзенков, И. И. Демьяненко, И. Г. Крышень, Т. П. Стыркулов (СССР). - № 4655256/03; заявл. 28.02.89; опубл. 30.07.91, Бюл. № 28.

   37. А. с. 1701400 СССР, МКИ⁵ В 07 В 1/00, 1/46. Способ грохочения сыпучих материалов и устройство для его осуществления / В. И. Засельский, Н. В. Пустынский, Я. Е. Альтшулер, К. Г. Новомлинцев, И. Н. Рябичев, А. П. Лукаш (СССР). - № 4755266/03; заявл. 03.11.89; опубл. 30.12.91, Бюл. № 48.

   38. А. с. 1713678 СССР, МКИ⁵ В 07 В 1/40. Грохот / А. Д.Учитель, Н. В. Пустынский, В. И. Засельский, Л. Е. Фрадкин, В. Т. Лобачев, Ю. Р. Руденко, А. К. Иванов, В. И. Тимошенко, А. З. Крыжевский, Г. И. Рудовский (СССР) - №4757661/03; заявл. 10.11.89; опубл. 23.02.92, Бюл. № 7.

   39. А. с. 1761307 СССР, МКИ⁵ В 07 В 1/40. Грохот / Н. В. Пустынский, А. Д. Учитель, В. И. Засельский, В. Е. Иванов, Ю. К. Куевда (СССР). - № 4839718; заявл. 07.05.90; опубл. 15.09.92, Бюл. № 34.

   40. А. с. 1764715 СССР, МКИ⁵ В 07 В 1/40. Грохот / Н. В. Пустынский, В. М. Малый, А. Д. Учитель, В. И. Засельский (СССР). - № 4787376/03; заявл. 30.01.90; опубл. 30.09.92, Бюл. № 36.

   41. Деклараційний патент 11827. Україна, МПК⁷ F 01K 13/00, В 07 В 1/28, В 07 В 1/00. Спосіб просіювання / О. Д. Учитель, В. Й. Засельський, С. В. Швед: заявник та патентовласник Криворізька вища металургійна школа. - № u 200506112; заявл. 21.06.2005; надрук. 16.01.06, Бюл. № 1.

   Особистий внесок здобувача в роботи, опубліковані в співавторстві:

   [2-7; 11-12; 15; 19] - постановка задач досліджень, розробка методики експериментів, аналіз досліджень, обґрунтування кінематичних і динамічних параметрів; [10; 13] - постановка завдань і аналіз досліджень; [9; 14; 17, 20] - постановка задач завдань досліджень, розробка і використання математичних моделей для дослідження і оптимізації кінематичних і динамічних параметрів вібраційних машин; [8; 15; 16; 26] - обґрунтування і розробка нових конструкцій, постановка задач і аналіз досліджень, вибір необхідних кінематичних і динамічних параметрів робочого органу для поліпшення сортування матеріалу; [25-41] - розробка відмітних ознак, нових конструкцій і способів сортування матеріалів.