СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ ШАРООБРАЗНЫХ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ОТ ЧАСТИЦ СО СКОЛАМИ
METHOD OF SEPARATING SPHERICAL SOLID PARTICLES FROM THOSE WITH SPALLING

Изобретение относится к способам сепарации сыпучих материалов и может быть использовано в металлургической, химической и пищевой промышленности, в частности, для выделения кондиционной дроби.
Известен способ разделения твердых частиц сыпучих смесей по форме просеиванием на ситах со щелевидными отверстиями, позволяющий отделить друг от друга плоские и округлые частицы (Справочник по обогащению углей. - М.: Наука, 1974. - С.204).
Используется также способ разделения сыпучего материала по форме, основанный на различии динамических характеристик кубовидных и плоских кусков материала при их внезапном контакте с препятствием. Способ состоит в том, что материал после скольжения по наклонной плоскости подвергается соударению с вращающимся барабаном, что приводит к движению кубовидных кусков в одном направлении по отношению к направлению вращения барабана, а лещадных - в противоположном направлении (Патент №2119393. 1998. Способ разделения кускового материала по форме. Кремер Е.Б., Блехман Л.И., Блехман И.И., Лавров Б.П., Якимова К.С., Титова Л.Г.).
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ разделения частиц сыпучей смеси по форме, реализуемый при подаче материала на вибрирующую неперфорированную наклонную плоскость, при котором частицы материала в зависимости от их формы перемещаются на плоскости по различным траекториям к разгрузочной части (Анахин В.Д., Плисс Д.А. К теории вибросепарации. - Новосибирск: Изд-во Новосибирского университета, 1992. - С.5). Способ позволяет выделить шарообразные частицы материала из смеси, но регулировка процесса, например управление засоренностью продуктов разделения в соответствии с заданными требованиями, затруднена.
max
Задача изобретения - отбраковка дефектных частиц. Технический результат - обеспечение отделения шарообразных частиц материала от частиц со сколами при заданном предельном уровне допустимых дефектов, т.е. при определенном относительном диаметре площадки скола, т.е. обеспечение отбраковки частиц со сколом, относительный диаметр площадки скола d/2h которых {d - диаметр площадки скола, h - расстояние от центра тяжести частицы со сколом до площадки скола) превышает допустимый параметр {d/2h)
max
(отбраковка при d/2h>(d/2/h)).
max
max
Форма скола, как это обычно бывает, считается плоской и близкой к круговой; под шарообразными частицами понимаются частицы с идеально сферической поверхностью, а также частицы, относительный диаметр площадки скола которых d/2h не превышает максимально допустимого по технологическим требованиям значения (d/2h), под частицами со сколом понимаются частицы, относительный диаметр площадки скола которых превышает допустимый, т.е. d/2h>(d/2h).
Поставленная задача решается следующим образом.
В зависимости от заданного значения максимально допустимого относительного диаметра площадки скола угол наклона плоскости к горизонту, шероховатость плоской поверхности и параметры вибрации выбирают из условий, обеспечивающих скольжение частиц со сколами вверх по плоскости при скатывании шарообразных вниз.
Приведем данные, подтверждающие возможность осуществления изобретения. В этом примере применяются следующие обозначения:
х
y
h - расстояние от центра тяжести частицы со сколом до площадки скола, α - угол наклона вибрирующей плоскости к горизонту, P=mg - сила тяжести частицы (m - масса частицы, g - ускорение силы тяжести), P и Р - соответственно проекции силы Р на координатные оси x и y, β - угол наклона траектории вибрации к плоскости, А, ω - амплитуда и частота колебаний, соответственно.
Частица со сколом движется вверх по вибрирующей плоскости, а шарообразная частица - вниз. Как сказано выше, такой характер движения разделяемых частиц обеспечивается при определенном способе выбора параметров системы. Этот выбор основан на следующих положениях механики и теории вибрационного перемещения (см. монографию Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. - М.: Наука, 1964. - С.69-72 и Справочник «Вибрации в технике». - М.: Машиностроение, 1978-1981, т.4, С.21 и 32-33).
1. При увеличении угла наклона плоскости к горизонту частица со сколом либо начнет ускоренно скользить по плоскости, либо также ускоренно покатится вниз.
Первое произойдет при выполнении неравенства
где ƒ - коэффициент сухого трения для пары «материал частиц - материал поверхности вибрирующей плоскости», а второе - при условии
Важно, что эта закономерность сохраняется при наличии вибрации плоскости.
Сказанное поясняется следующими соображениями. Если условие (1) выполнено, то условие скольжения частицы со сколом
x
y
P>ƒP
x
y
(P=mgsinα, P=-mgcosα)
или tgα>ƒ
или
Поэтому при выполнении условия (1) частице «легче» начать скользить вверх по плоскости, чем опрокинуться. При выполнении неравенства (2) будем иметь обратную картину.
2. Если выполняется условие отсутствия перекатывания (1), угол наклона плоскости к горизонту α<arctgƒ и отрыв частицы от плоскости отсутствует (см. ниже), то при выполнении условия
где β - угол наклона траектории вибрации к плоскости, частицы со сколом будут двигаться вверх по плоскости с некоторой постоянной средней скоростью.
3. При выполнении условия
частицы движутся без отрыва от плоскости (без подбрасывания).
С учетом изложенного предлагаемый способ реализуется следующим образом.
max
max
1. Исходя из технологического требования отделения частиц со сколами d/2h>(d/2h) от шарообразных, для которых d/2/d<(d/2h), угол наклона плоскости к горизонту α выбирают из условия
max
max
Величина (d/2h) в формуле (5) однозначно определяется из геометрических соотношений через максимально допустимое отношение диаметра поверхности скола d к диаметру частицы D, т.е. (d/D)
max
поэтому выполнение условия (5) гарантирует, что шарообразные частицы (d/2h<(d/2h)) будут с ускорением скатываться вниз по плоскости, вне зависимости от значения прочих параметров.
Если отношение d/D<0,5, то с погрешностью менее 10% можно воспользоваться простой формулой
2. Шероховатость поверхности вибрирующей плоскости, характеризуемую коэффициентом ƒ, выбирают из условия
mах
max
Если это условие не выполняется, т.е. ƒ<(d/2h), то при угле α, выбранном по условию (5), частицы со сколами (d/2h>(d/2h)) будут соскальзывать ускоренно вниз по плоскости вместе с «качественными частицами».
3. Угол наклона вибрации к плоскости выбирается из условия
при котором частицы со сколом будут двигаться вверх по плоскости с некоторой постоянной средней скоростью.
4. Амплитуда и частота вибрации выбираются из условия
при выполнении которого частицы движутся без отрыва от плоскости (без подбрасывания).
max
Ниже приводится пример использования предлагаемого способа. Пусть необходимо очистить стальную дробь с диаметром D=1,5 мм от дроби со сколами, превышающими d=d=0,3 мм (что соответствует объему скола менее 1%).
Выберем угол наклона плоскости к горизонту по формуле
Тогда коэффициент трения должен удовлетворять условию
Примем f=0,7.
Определим угол наклона вибрации к плоскости
0
Примем β=25.
-1
Выбирая частоту вибрации плоскости ω=628с (100 Гц), определим амплитуду:
Примем A=0,05 мм.
Экспериментальная проверка предлагаемого способа с указанными выше параметрами подтвердила эффективность предлагаемого технического решения. Засоренность шарообразной фракции частицами со сколом, имеющими диаметр площадки скола 0, 3 мм и более, составила 2% при содержании дефектных частиц в исходном материале 20%.