ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 622.73:004.9
DOI: 10.18503/1995-2732-2024-22-1-143-155
Аннотация
Статья посвящена реализации процессов селективного разрушения хрупких материалов, в частности горных пород, например, при их обогащении. Показано, что самым важным аспектом при исследовании разрушения хрупкой среды вследствие взаимодействия исполнительных органов дробилок с дробимым материалом является трещинообразование. Показано, что при традиционных способах механического дробления разрушение породы происходит неселективно из-за различия структуры и физико-механических свойств дробимых материалов, а значит, и из-за разнородных сценариев формирования в очаге разрушения геометрии микро- и макротрещин. А поскольку основную массу производственников больше всего интересует вопрос управления качеством фракционного состава готового дробленного продукта, то на первый план у исследователей выходит решение вопросов обеспечения контролируемого раскрытия «дефектов» у различных дробимых пород. Для этого в статье продемонстрирован новый способ размерного измельчения хрупких сред. При этом способе для повышения объемной геометрической однородности получаемой крошки путем одновременного формирования разветвленной сети глубоких и поверхностных трещин в зону разрушения материала вводят комплексное управляемое вибрационное воздействие в виде принудительных амплитудно-модулируемых колебаний рабочего органа молотковой дробилки. Далее на конкретном примере показано, как формируются упомянутые комплексные виброперемещения рабочего органа дробилки и каким образом за счет изменения их параметров можно существенно расширить область трещинообразования в дробимом материале. С использованием компьютерного моделирования на суперкомпьютере «Торнадо ЮУрГУ» в программном комплексе LSTC LS-Dyna наглядно показана эффективность увеличения области трещинообразования при вибродроблении горной породы в сравнении с традиционными способами без применения вибрации. Эффективность нового способа также подтверждена натурными экспериментами, проведенными с использованием экспериментальной дробилки. Такой подход к управлению трещинообразованием позволит единовременно добиваться квазиоднородности дисперсного продукта.
Ключевые слова
моделирование, трещинообразование, диспергирование, хрупкие материалы, комбинированные виброприводы, управление однородностью
Для цитирования
Компьютерное моделирование нового способа управляемого трещинообразования при размерном дроблении хрупких сред / Сергеев Ю.С., Платов С.И., Гузеев В.И., Сергеев С.В., Пузанков М.С. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2024. Т. 22. №1. С. 143-155. https://doi.org/ 10.18503/1995-2732-2024-22-1-143-155
1. Горлов И.В., Митусов П.Е., Беляев А.М. Анализ процесса измельчения слабых горных пород // Уголь. 2022. №6. С. 44-47. DOI: 10.18796/0041-5790-2022-6-44-47
2. Оценка селективности измельчения минеральных комплексов / Г.Д. Краснов, Е.В. Копорулина, А.Н. Краснов, В.В. Чихладзе // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013. №2. С. 86-97.
3. Басыров И.И., Бардовский А.Д. Инновационный способ дробления и конструкция вертикальной валковой дробилки для дробления горной массы // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. №2. С. 121-129. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-2-0-121-129
4. Макаров П.В., Еремин М.О. Модель разрушения хрупких и квазихрупких материалов и геосред // Физическая мезомеханика. 2013. Т.16. №1. С. 5-26. DOI: 10.24411/1683-805X-2013-00032
5. Стефанов Ю. П. Некоторые особенности численного моделирования поведения упруго-хрупкопластич¬ных материалов // Физическая мезомеханика. 2005. Т. 8. №3. С. 129-142.
6. Симонов П.С. Экспериментальное исследование дробления горной породы единичным ударом // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2020. №1. С. 71-79. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-1-0-71-79
7. Альтшуль Г.М., Гуськов А.М., Пановко Г.Я. Моделирование взаимодействия обрабатываемой породы с вибрационной щековой дробилкой // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2021. №1. С. 33. DOI: 10.31857/S0235711921010053
8. Бартоломей М.Л., Труфанов Н.А. О применение пакета Ansys для исследования деформирования здания с учетом трещинообразования // Вестник Пермского государственного технического университета. 2009. №1. С. 15-20.
9. Бураго Н.Г. Моделирование разрушения упругопластических тел // Вычислительная механика сплошных сред. 2008. Т. 4. №4. С. 5-20.
10. Энергетический метод расчета производительности алмазно-канатных машин при добыче облицовочного камня / Г.Д. Першин, М.С. Уляков, Е.Г. Пшеничная, Б.М. Габбасов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2016. Т. 14. №2. С. 18-24. DOI: 10.18503/ 1995-2732-2016-14-2-18-24
11. Кузбаков Ж.И., Першин Г.Д., Кольга А.Д. Исследование колебаний приводного устройства щековой дробилки // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2017. Т. 15. №4. С. 73-80. DOI: 10.18503/ 1995-2732-2017-15-4-73-80
12. Improving geometric homogeneity of particles crushed using vibrational drive with modulating properties in machine for crushing brittle materials / S.V. Sergeev, Yu.S. Sergeev, A.A. Dyakonov, E.N. Gordeev // Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems, 2018, 10(13), pp. 2411-2422.
13. Пат. 2732619 Российская Федерация, МПК7 B 02 C 13/00. Способ измельчения хрупких материалов / Ю.С. Сергеев, С.В. Сергеев, Е.Н. Гордеев, А.В. Кононистов, Г.Е. Карпов; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)». №2019113183; заявл. 26.04.2019; опубл. 21.09.2020, Бюл. №27. 11 с.
14. Sergeev Yu.S., Sandalov V.M., Karpov G.E. Modeling of switched reluctance electric vibration drive with adaptive control // 2018 International Russian Automation Conference, RusAutoCon 2018. Sochi, 2018. DOI: 10.1109/RUSAUTOCON.2018.8501749
15. Пат. 2533743 Российская Федерация, МПК7 В 06 В 1/00. Способ возбуждения колебаний / Ю.С. Сергеев, С.В. Сергеев и др.; заявитель и патентообладатель ООО «Гранулятор». № 2013121307/28; заявл. 07.05.13; опубл. 23.09.14, Бюл. №32. 11 с.
16. Shah Q.H., Hamdani A. The damage of unconfined granite edge due to the impact of varying stiffness projectiles // International Journal of Impact Engineering. 2013, vol. 59, pp. 11-17. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2013.03.004