Разработка и моделирование конструкции машины для разделения наноразмерных материалов

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 4 (60) 2018

УДК 669.71:502.3 А. Д. Колосов

DOI: 10.26731/1813-9108.2018.4(60).8-15

Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Российская Федерация Дата поступления: 15 сентября 2018 г.

РАЗРАБОТКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ МАШИНЫ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Аннотация. В работе приведен краткий обзор существующих способов флотационного разделения, а также обзор наиболее распространенных на сегодняшний день конструкций флотомашин. Приведены особенности используемых конструкций и выделены основные преимущества и недостатки. Показаны проблемы, возникающие при флотации мелкодисперсного сырья на классических конструкциях флотомашин. Рассмотрены наиболее распространенные на сегодняшний день конструкции флотационных машин - колонная и импеллерная. Изучены характерные особенности данных конструкций и сформулирован ряд требований к новой конструкции флотомашины, лишенной недостатков, обнаруженных в классических флотомаши-нах. На основании выделенных особенностей сформулированы требования, которым должна соответствовать флотомашина новой конструкции. Предложен ряд технических решений, позволяющих новой флотомашине соответствовать указанным требованиям. Рассмотрены технологические тонкости построения некоторых элементов чертежей, использующихся при плазменном раскрое некоторых сборочных деталей. Разработана новая конструкция флотомашины, соответствующая современным требованиям по простоте и надежности конструкции, низкой стоимости изготовления и высокой эффективности флотационного разделения. Особый акцент сделан на максимальном извлечении ценного продукта даже при очень высокой дисперсности обрабатываемого материала. Построена трехмерная модель, благодаря которой оптимизировано построение сложных геометрических элементов, а также рассчитана металлоемкость конструкции. Флотомашина новой конструкции по разработанным чертежам построена и требует проведения лабораторных испытаний. При помощи данной модели сгенерированы наиболее сложные для классического построения чертежи элементов конструкции. По разработанным чертежам изготовлена лабораторная флотомашина объемом 250 литров, выполненная из коррозионностойкой стали марки 08Х18Н10.

Ключевые слова: флотомашина, расчет конструкции, моделирование, флотационное обогащение наноразмерных сред, наномодификатор, новые материалы в машиностроении.

A. D. Kolosov

Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, the Russian Federation Received: September 15, 2018

DEVELOPMENT AND MODELING OF A MACHINE DESIGN FOR THE SEPARATION OF NANOSCALE MATERIALS

Abstract. The paper provides a brief overview of the existing methods offlotation separation, as well as an overview of the designs offlotation machines that are most common for today. It demonstrates the features of the structures used and highlights their main advantages and disadvantages. The problems in the flotation offinely dispersed raw materials to the classic designs of the flotation machines are presented. Column and impeller designs of flotation machines, the most widely used for the moment, are considered. The article studies characteristic features of these structures and formulates a number of requirements for a new design of the flotation machine, devoid of the shortcomings of classical flotation machines. On the basis of the selected characteristics, the requirements are worked out to which the flotation machine of the new design must comply. A number of technical solutions are proposed that allow the new flotation machine to meet these requirements. Technological subtleties of construction of some elements of the drawings used at plasma cutting of some assembly details are considered. A new design of the flotation machine has been developed, which meets modern requirements for simplicity and reliability of design, low production cost and high efficiency of the flotation separation. Special emphasis is placed on the maximum extraction of valuable product even with a very high dispersion of the processed material. A three-dimensional model is constructed, thanks to which the construction of complex geometric elements is optimized, and the metal consumption of the structure is calculated. The flotation machine of a new design is built according to the developed drawings and requires laboratory tests. With the help of this model, it was possible to generate the drawings of structural elements that are most difficult for the classical construction. According to the developed drawings, a laboratory flotation machine with a volume of 250 liters, made of corrosion-resistant steel of 08X18H10 grade, was manufactured.

Keywords: flotation machine, calculation, design, modeling, flotation concentration of nanoscale media, nano-modifier, new materials in engineering.

Введение кроме того, широко применяется для очистки

Флотация является одним из классических сточных вод или разделения некоторых сред на способов обогащения полезных ископаемых, а основе различных свойств смачиваемости.

8

© А. Д. Колосов 2018

Машиностроение и машиноведение

Modern technologies. System analysis. Modeling, 2018, vol. 60, no. 4

m

Самым распространенным видом флотации является пенная флотация. За годы активного практического применения для пенной флотации разработано множество конструкций флотационных аппаратов - флотомашин. По способу образования флотационных пузырьков флотомашины разделяют на механические (импеллерные), пневматические (колонные), химические (за счет выделения электролитических газов или углекислоты), основанные на изменении давления и др. Также применяются различные комбинации данных способов [1-7].

Все приведенные выше способы флотации имеют свои преимущества и недостатки. Химическая флотация и электрофлотация в основном применяется в условиях лаборатории или в химической промышленности и является наиболее затратным и не всегда эффективным специализированным способом флотации. Импеллерная флотация наиболее распространена в добывающей промышленности как самый дешевый и достаточно эффективный способ разделения частиц с выраженными свойствами гидрофобности и оптимальным гранулометрическим составом. Основным недостатком импеллерных флотомашин является низкая селективность разделения при наличии в пульпе частиц крупностью менее 150-200 мкм. Для частиц менее 100 мкм импеллерная флотация становится крайне неэффективной. Другим важным недостатком импеллерных флотомашин является наличие движущихся деталей, работающих в агрессивной абразивной среде [8-12]. Для замены этих деталей необходима остановка работы фло-томашины и проведение капитальных ремонтных мероприятий.

Колонная флотация не имеет части недостатков импеллерной. В колонной флотомашине отсутствуют (практически отсутствуют) движущиеся детали, работающие внутри рабочей камеры, соответственно, конструкции колонных фло-томашин в значительно меньшей степени подвержены абразивному и механическому износу. Кроме того, колонная флотация остается эффективной и для частиц размерами менее 150 мкм. Наибольшая эффективность колонной флотации достигается в диапазоне 20-200 мкм, в зависимости от используемого способа аэрации. Недостатками колонных флотомашин являются значительно меньшая скорость флотации по сравнению с им-пеллерными, а также сложность конструкции.

Комбинация различных подходов к флотационному разделению сред позволит разработать конструкцию флотомашины, лишенную недостатков конструкций, приведенных выше.

Постановка задачи

Для формулировки задачи сравним импел-лерную и колонную флотомашины, как наиболее распространенные конструкции:

• в импеллерной флотомашине производится интенсивное перемешивание пульпы, что способствует лучшему взаимодействию частиц и пузырьков воздуха, как следствие - увеличивается вероятность образования флотокомплексов, соответственно, повышается скорость флотации;

• импеллерная машина имеет более простую в инженерном смысле конструкцию и меньшую стоимость изготовления и эксплуатации;

• импеллерная флотомашина создает пузырьки значительно большего размера, чем колонная. Как известно, именно большой размер пузырьков не позволяет производить селективное разделение частиц малого размера [13-18];

• в импеллерной флотомашине применяются движущиеся части, требующие периодического обслуживания.

На основании указанных особенностей возникает необходимость разработки флотомашины более совершенной конструкции, которая отвечала бы следующим требованиям:

• аэрация максимально мелкими пузырьками для расширения эффективного диапазона крупности флотируемых частиц;

• образование в рабочей камере максимального количества пузырьков для увеличения скорости флотации;

• осуществление перемешивания в рабочей камере флотомашины для увеличения взаимодействия между пузырьками воздуха и минеральными частицами;

• отсутствие движущихся деталей в рабочей камере и максимальная простота изготовления и обслуживания флотомашины.

Разработанные технические решения

Для создания флотомашины, соответствующей указанным выше требованиям, был разработан набор инновационных технических решений.

Аэрация должна осуществляться наиболее мелкими пузырьками, при этом они должны образовываться в очень большом количестве. Одним из вариантов является использование пневматических аэраторов (как в колонной флотомашине), однако данный тип аэратора не способен производить пузырьки размерами менее 30-40 мкм. Данный недостаток делает неэффективной флотацию тонкодисперсных сред. Альтернативой пневматической аэрации является пневмогидравлическая аэрация. Пневмогидравлический аэратор имеет ряд преимуществ - благодаря особой конструкции существует возможность получения пузырьков

ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения

Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 4 (60) 2018

размерами около 100 нм, такой размер пузырьков позволяет производить селективное разделение тонких шламов, вплоть до наноразмерных сред. Во внутренней камере аэратора происходит ряд процессов, таких как ультразвуковая активация, кавитационная обработка, механическая активация, - все они позволяют интенсифицировать процесс флотационного разделения. Кроме того, пневмогидравлический аэратор способен сообщать кинетическую энергию пульпе, направляя поток в рабочей камере флотомашины определенным образом.

Для осуществления циркуляции пульпы в камере флотомашины используется кинетическая энергия пневмогидравлического аэратора. Циркуляция должна осуществляться в горизонтальной плоскости, при этом достаточно плавно без больших зон турбулентности, соответственно, единственный вариант формы рабочей камеры в горизонтальной плоскости - круг. Схематическое изображение циркуляции пульпы приведено на рис. 1.

мере флотомашины камера должна иметь форму конуса, обращенного вершиной вниз. На рис. 2 приведено схематическое изображение рабочей камеры флотомашины, в которой организована сепарация пузырьков по крупности.

Пена

Пена

Пульпа

Рис. 2. Схематическое изображение рабочей камеры флотомашины

На рис. 3 приведен фрагмент чертежа, на котором изображена рабочая камера разрабатываемой флотомашины.

Рис. 1. Циркуляция пульпы в рабочей камере флотомашины

Помимо перемешивания для лучшего взаимодействия между пузырьками и частицами пульпы, закручивание в горизонтальной плоскости позволяет производить сепарацию воздушных пузырьков по крупности. За счет силы инерции легкая часть пульпы - в конкретном случае аэрированная пузырьками большого размера - скапливается в центральной части рабочей камеры флото-машины. Для предотвращения перелива через сливной порог пены, образованной большими пузырьками, в которой за счет пленочной флотации может содержаться большое количество гидрофильных частиц, необходимо предусмотреть барьер, изолирующий данную часть пены, которая будет разрушаться и возвращаться в камеру флото-машины. Барьер должен иметь возможность регулировки по высоте, так как для различных режимов флотации необходима различная схема циркуляции пульпы в рабочей камере флотомашины.

Для предотвращения оседания пульпы в ка-

Рис. 3. Фрагмент чертежа рабочей камеры флотомашины

В предлагаемой конструкции флотомашины пена переливается через сливной порог рабочей камеры и должна быть собрана в емкости, опоясывающей рабочую камеру. Для устойчивости, а также возможности размещения дополнительного оборудования на флотомашине вся конструкция обрамлена металлическим профилем. На рис. 4, 5 представлены фрагменты чертежа флотомашины - виды спереди и сверху.

Машиностроение и машиноведение

Modern technologies. System analysis. Modeling, 2018, vol. 60, no. 4

m

Рис. 4. Флотомашина

Рис. 6. Опоясывающая емкость

На рис. 7 приведен вид А (рис. 6), на котором изображена линия пересечения дна опоясывающей емкости и конуса рабочей камеры. Чертеж сгенерирован из трехмерной модели ф лотомашины.

э&Та

^ '  Я -

L^raiLZX

7 /6 - }

Рис. 5. Флотомашина

Как видно из чертежей, флотомашина представляет собой достаточно простую конструкцию с небольшой металлоемкостью. Есть лишь несколько технологических сложностей при изготовлении.

Первый технологический момент -соединение плоскости дна опоясывающей емкости и конуса рабочей камеры флотомашины. Сложность заключается в том, что линия пересечения данных деталей представляет собой кривую, не имеющую центров и не задаваемую через радиусы. Данная линия находится аналитически, или же более простой способ -построение трехмерной модели с последующим выделением интересующей плоскости в отдельный чертеж. На рис. 6 приведен фрагмент чертежа опоясывающей емкости, вид спереди.

Рис. 7. Вид А

Данный чертеж подходит для загрузки в систему ЧПУ-раскройки, полученный в результате фрагмент хорошо стыкуется с конусом рабочей камеры.

Вторым технологическим моментом является построение развертки внешней боковой стенки опоясывающей камеры. Построение нижней кривой развертки также осуществляется аналитически и достаточно трудоемко. Использование трехмерного моделирования позволяет упростить данный процесс [19]. На рис. 8 приведена развертка внешней боковой стенки опоясывающей емкости.

Рис. 8. Развертка внешней боковой стенки опоясывающей емкости

ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения

Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 4 (60) 2018

Для обеспечения точности раскроя листовых деталей применяется плазменная резка. Все детали свариваются между собой для обеспечения герметичности.

На рис. 9 представлен вид трехмерной модели, которая была использована для составления чертежей, а также для расчета массы и наглядного представления внешнего вида конструируемой флотомашины.

Рис. 9. Вид трехмерной модели флотомашины

Материал изготовления выбирается в зависимости от специфики среды, с которой будет работать флотомашина, и общих требований, предъявляемых к чистоте продуктов флотации. В данном случае выбрана нержавеющая сталь марки 08Х18Н10 (ЛШ 304). Данный выбор обоснован тем, что в условиях лаборатории необходимо иметь оборудование, устойчивое к химическим реагентам, а также получать флотационные концентраты максимальной чистоты. Сварные швы произведены методом аргонодуговой сварки с использованием нержавеющей проволоки, что позволило добиться надежности, коррозионной стойкости и герметичности.

Заключение

В ходе исследования рассмотрены наиболее

распространенные на сегодняшний день конструкции флотационных машин - колонная и импеллерная. Изучены характерные особенности данных конструкций и сформулирован ряд требований к новой конструкции флотомашины, лишенной недостатков, обнаруженных в классических флотомашинах.

Разработана новая конструкция

флотомашины, соответствующая современным требованиям по простоте и надежности конструкции, низкой стоимости изготовления и высокой эффективности флотационного разделения. Особый акцент сделан на максимальном извлечении ценного продукта даже при очень высокой дисперсности обрабатываемого материала.

Построена трехмерная модель флотомашины новой конструкции. При помощи данной модели сгенерированы наиболее сложные для классического построения чертежи элементов конструкции.

По разработанным чертежам выполнено изготовление лабораторной флотомашины объемом 250 литров, выполненной из коррозионностойкой стали марки 08Х18Н10.

Дальнейшим направлением для

исследований является практическая проверка работоспособности и эффективности

разработанной конструкции при использовании различных видов входного сырья, а также разработка новых конструкционных материалов на основе получаемых наноразмерных компонентов [20-28].

Статья подготовлена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ с использованием результатов работ, выполненных в ходе проекта 02.G25.31.0174 «Разработка комплексной ресурсосберегающей технологии и организация высокотехнологичного производства наноструктур на основе углерода и диоксида кремния для улучшения свойств строительных и конструкционных материалов» в рамках Программы реализации комплексных проектов по созданию высокотехнологичного производства, утвержденных постановлением Правительства РФ № 218 от 9 апреля 2010 г.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Chemical Engineering Science / A.V. Nguyen et al. 2006. 61. 2494-2509.

2. D. Tao, S. Yu, B.K. Parekh. Picobubble Enhanced Fine Coal Flotation // Proceedings of XV International Congress of Coal Preparation. China. 2006. Vol. 1. Р. 385-392.

3. Карлина А.И. Расчет производительности промывочных машин и устройств // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2015. № 1 (45). С. 54-62._

Машиностроение и машиноведение

Modern technologies. System analysis. Modeling, 2018, vol. 60, no. 4

4. Дружинина Т.Я., Немаров А.А., Небогин С.А. Основные типы конструкций отсадочных машин // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2016. № 3 (51). С. 88-92.

5. Сысоев И.А., Кондратьев В.В., Ржечицкий А.Э. Исследование применения эффекта Коанды для сепарации целевой фракции микрочастиц кварца // Вестник ИрГТУ. 2011. № 11 (58). С. 174-178.

6. Карлина А.И. Изучение структуры внутренних течений и волнового движения водного и взвесенесущего потока // Вестник ИрГТУ. 2015. № 4. С. 137-145.

7. Yastrebov K.L., Dykusov G.E., Karlina A.I. Elaboration of technology and the way of reagent free complex preparation and purification of natural water & sewage // Science and Education : мaterial of the V international research and practice conference. 2014. Р. 392-401. Munich, Germany, 2014. Р. 392401.

8. Карлина А.И. Исследование работы гидроэлеваторов и безнапорного самотечного транспорта // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2014. № 4. С. 62-69.

9. Карлина А.И. Изучение гидродинамики гравитационного обогащения полезных ископаемых // Вестник ИрГТУ. 2015. № 3. С. 194-199.

10. Новые технологические решения по переработке отходов кремниевого и алюминиевого производств / В.В. Кондратьев и др. // Металлург. 2013. № 5. С. 92-95.

11. Естественная аэрация струй и потоков / В.В. Кондратьев и др. // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 10. С. 80-87.

12. Способ извлечения наноразмерных частиц из техногенных отходов производства флотацией : пат. 2500480 Рос. Федерация / В.В. Кондратьев, А.А. Немаров, А.Э. Ржечицкий, Н.А. Иванов, Н.В. Лебедев ; патентообладатель Иркут. гос. техн. ун-т ; опубл. 10.12.2013, Бюл. № 34.

13. Пат. 2578319 Рос. Федерация. Способ выделения углеродных наночастиц из техногенного углеродистого материала / Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В. Заявл. 21.11.2014 ; опубл. 27.03.2016.

14. Немаров А.А., Лебедев Н.В. Разработка научных основ повышения производительности флотационных машин и оценка их экономической эффективности // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2015. № 3 (47). С. 79-82.

15. Немаров А.А., Лебедев Н.В., Карлина Ю.И. Теоретические и экспериментальные исследования параметров пневмогидравлических аэраторов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2015. № 4 (48). С. 44-50.

16. Теория и практика процессов флотационного обогащения наноразмерных сред / В.В. Кондратьев и др. Иркутск : Изд-во ИрГТУ. 2015. 160 с.

17. Результаты теоретических и практических исследований флотации наноразмерных кремнийсодержащих структур /

B.В. Кондратьев и др. // Журнал СФУ. Сер.: Техника и технологии. 2016. Т. 9. № 5. С. 657-670.

18. Ivanchik N., Kondrat'ev V., Chesnokova A. Use of Nanosilica Recovered from the Finely Dispersed By-product of the Electrothermal Silicon Production for Concrete Modification // Procedia Engineering 2. Сер. «2nd International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2016» 2016. С. 1567-1573.

19. Каргапольцев С.К., Большаков Р.С. Динамика машин. Математическое обеспечение вычислительного моделирования // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2011. № 4 (32). С. 23-30.

20. Оценка применения продуктов переработки отходов кремния в качестве ультрадисперсных активирующих флюсов для дуговой сварки / Н.Н. Иванчик и др. // Вестник ИрГТУ. 2016. Т. 20. № 12 (119). С. 165-172.

21. Улучшение свойств серого чугуна кремнийдиоксид и углеродными наноструктурами / В.В. Кондратьев и др. // Журнал СФУ. Сер.: Техника и технологии. 2016. Т. 9. № 5. С. 671-685.

22. Переработка и применение мелкодисперсных отходов кремниевого производства в строительстве / В.В. Кондратьев и др. // Олон Улсын Бетоны XIV БАГА ХУРАЛ : материалы междунар. строител. симпозиума. Улан-Батор, 2015. С. 105-114.

23. Композиция для снижения износа в паре трения колесо - рельс : пат. 2318013 Рос. Федерация. 2006131639/04 ; заявл. 01.09.2006 ; опубл. 27.02.2008, Бюл. № 6.

24. Shastin V.I., Kargapol'tsev S.K. Laser modification of frictional surfaces // Russian Engineering Research. 2017. Т. 37. № 9.

C. 764-767.

25. Results of the complex studies of microstructural, physical and mechanical properties of engineering materials using innovative methods / V.I. Shastin et al. // International Journal of Applied Engineering Research. 2017. Т. 12. № 24. Р. 15269-15272.

26. Кузьмин М.П., Кондратьев В.В., Ларионов Л.М., Кузьмина М.Ю., Иванчик Н.Н. Возможность получения сплавов системы Al-Si с использованием аморфного микрокремнезема // Металлург. 2017. № 1. С. 101-105.

27. Kuz'min M.P., Kondrat'ev V.V., Larionov L.M., Kuz'mina M.Y., Ivanchik N.N. Possibility of preparing alloys of the Al-Si system using amorphous microsilica // Metallurgist. 2017. Vol. 61. P. 86-91.

28. Получение силуминов с использованием аморфного микрокремнезема / М.П. Кузьмин и др. // Перспективы развития технологии переработки углеводородных, растительных и минеральных ресурсов : материалы науч.-практ. конф. с междунар. участием. Иркутск, 2017. С. 48-50.

REFERENCES

1. Nguyen A.V. et al. Chemical Engineering Science, 61 (2006), pp. 2494-2509.

2. Tao D., Yu S., Parekh B.K. Picobubble Enhanced Fine Coal Flotation. Proceedings of XV International Congress of Coal Preparation, China, 2006, Vol. 1, pp. 385-392.

3. Karlina A.I. Raschet proizvoditel'nosti promyvochnykh mashin i ustroistv [Calculation of productivity of washing machines and devices]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern technologies. System analysis. Modeling], 2015, No. 1 (45), pp. 54-62.

4. Druzhinina T.Ya., Nemarov A.A., Nebogin S.A. Osnovnye tipy konstruktsii otsadochnykh mashin [The main types of designs of jigging machines]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern technologies. System analysis. Modeling], 2016. No. 3 (51), pp. 88-92.

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 4 (60) 2018

5. Sysoev I.A., Kondrat'ev V.V., Rzhechitskii A.E. Issledovanie primeneniya effekta Koandy dlya separatsii tselevoi fraktsii mikro-chastits kvartsa [Study of the application of the Coanda effect for the separation of the target fraction of quartz microparticles]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2011, No. 11 (58), pp. 174-178.

6. Karlina A.I. Izuchenie struktury vnutrennikh techenii i volnovogo dvizheniya vodnogo i vzvesenesushchego potoka [Study of the structure of internal currents and wave motion of a water and a suspended flow]. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. Irkutsk: IrGTU Publ., 2015, No. 4, pp. 137-145.

7. Yastrebov K.L., Dykusov G.E., Karlina A.I. Elaboration of technology and the way of reagent free complex preparation and purification of natural water & sewage. Science and Education, Material of the V international research and practice conference, Vol. II, February 27th - 28th, 2014, Munich, Germany, 2014, pp. 392-401. Publishing office Vela Verlag Waldkraiburg -Munich, Germany, 2014.

8. Karlina A.I. Issledovanie raboty gidroelevatorov i beznapornogo samotechnogo transporta [Study of the operation of hydraulic elevators and gravity-free gravity transport]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern technologies. System analysis. Modeling]. Irkutsk: IrGUPS Publ., 2014, No. 4, pp. 62-69.

9. Karlina A.I. Izuchenie gidrodinamiki gravitatsionnogo obogashcheniya poleznykh iskopaemykh [Study of the hydrodynamics of gravitational enrichment of minerals]. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. Irkutsk: IrGTU Publ., 2015, No. 3, pp. 194-199.

10. Kondrat'ev V.V., Nemchinova N.V., Ivanov N.A., Ershov V.A., Sysoev I.A. Novye tekhnologicheskie resheniya po pererabotke otkhodov kremnievogo i alyuminievogo proizvodstv [New technological solutions for recycling waste silicon and aluminum production]. Metallurg [Metallurgist], No. 5, 2013, pp. 92-95.

11. Kondrat'ev V.V., Yastrebov K.L., Ivanov N.A., Ershov V.A., Druzhinina T.Ya. Estestvennaya aeratsiya strui i potokov [Natural aeration of jets and streams]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2015, No. 10, pp. 80-87.

12. Kondrat'ev V.V., Nemarov A.A., Rzhechitskii A.E., Ivanov N.A., Lebedev N.V. Sposob izvlecheniya nanorazmernykh chastits iz tekhnogennykh otkhodov proizvodstva flotatsiei [The method of extraction of nano-sized particles from industrial wastes ofproduction by flotation]. Patent for invention RUS 2500480 10.12.2013.

13. Rzhechitskii E.P., Kondrat'ev V.V. Sposob vydeleniya uglerodnykh nanochastits iz tekhnogennogo uglerodistogo materiala [The method of separation of carbon nanoparticles from man-made carbonaceous material]. Patent for invention RUS 2578319 27.03.2016

14. Nemarov A.A., Lebedev N.V. Razrabotka nauchnykh osnov povysheniya proizvoditel'nosti flotatsionnykh mashin i otsenka ikh ekonomicheskoi effektivnosti [Development of scientific principles for improving the performance of flotation machines and the assessment of their economic efficiency]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern technologies. System analysis. Modeling], 2015, No. 3 (47), pp. 79-82.

15. Nemarov A.A., Lebedev N.V., Karlina Yu.I. Teoreticheskie i eksperimental'nye issledovaniya parametrov pnevmogidravlich-eskikh aeratorov [Theoretical and experimental studies of the parameters of pneumohydraulic aerators]. Sovremennye tekhnologii. Sis-temnyi analiz. Modelirovanie [Modern technologies. System analysis. Modeling], 2015, No. 4 (48), pp. 44-50.

16. Kondrat'ev V.V., Nemarov A.A., Ivanov N.A., Karlina A.I., Ivanchik N.N. Teoriya i praktika protsessov flotatsionnogo obogashcheniya nanorazmernykh sred: monografiya [Theory and practice of the processes of flotation enrichment of nanoscale media: a monograph]. Irkutsk: IrGTU Publ., 2015, 160 p.

17. Kondrat'ev V.V., Karlina A.I., Nemarov A.A., Ivanov N.N. Rezul'taty teoreticheskikh i prakticheskikh issledovanii flotatsii nanorazmernykh kremniisoderzhashchikh struktur [Results of theoretical and practical studies of flotation of nanoscale silicon-containing structures]. Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii [SibFU Journal. Engineering & Technologies], 2016, Vol. 9, No. 5, pp. 657-670.

18. Ivanchik N., Kondrat'ev V., Chesnokova A. Use of Nanosilica Recovered from the Finely Dispersed By-product of the Electrothermal Silicon Production for Concrete Modification. Procedia Engineering 2. Ser. "2nd International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2016"2016, pp. 1567-1573.

19. Kargapol'tsev S.K., Bol'shakov R.S. Dinamika mashin. Matematicheskoe obespechenie vychislitel'nogo modelirovaniya [Dynamics of cars. Mathematical software for computational modeling]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern technologies. System analysis. Modeling], 2011, No. 4 (32), pp. 23-30.

20. Ivanchik N.N., Balanovskii A.E., Kondrat'ev V.V., Tyutrin A.A., Kuz'min M.P. Otsenka primeneniya produktov pererabotki otkhodov kremniya v kachestve ul'tradispersnykh aktiviruyushchikh flyusov dlya dugovoi svarki [Evaluation of the use of waste products of silicon as ultrafine activating fluxes for arc welding]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2016, Vol. 20, No. 12 (119), pp. 165-172.

21. Kondrat'ev V.V., Ivanov N.A., Balanovskii A.E., Ivanchik N.N., Karlina A.I. Uluchshenie svoistv serogo chuguna kremniidi-oksid i uglerodnymi nanostrukturami [Improving the properties of gray iron, silicon dioxide and carbon nanostructures]. Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii [SibFU Journal. Engineering & Technologies], 2016, Vol. 9, No. 5, pp. 671-685.

22. Kondrat'ev V.V., Ivanchik N.N., Petrovskaya V.N., Nemarov A.A., Karlina A.I. Pererabotka i primenenie melkodispersnykh otkhodov kremnievogo proizvodstva v stroitel'stve [Processing and application of fine silicon waste in construction]. V sbornike: Olon Ulsyn Betony XIVBAGA KhURAL Materialy mezhdunarodnogo stroitel'nogo simpoziuma [In the collection: Olon Ulsyn Concretes XIV BAGA KhURAL Materials of the international construction symposium], 2015, pp. 105-114.

23. Vorotilkin A.V., Gozbenko V.E., Kargapol'tsev S.K., Khomenko A.P., Korchevin N.A. Kompozitsiya dlya snizheniya iznosa v pare treniya koleso - rel's [Composition for the wear reduction in a friction wheel - rail pair]. Patent for invention RUS 2318013 01.09.2006.

24. Shastin V.I., Kargapol'tsev S.K. Laser modification of frictional surfaces. Russian Engineering Research, 2017, Vol. 37, No. 9, pp. 764-767.

Машиностроение и машиноведение

Modern technologies. System analysis. Modeling, 2018, vol. 60, no. 4

25. Shastin V.I., Kargapoltcev S.K., Gozbenko V.E., Livshits A.V., Filippenko N.G. Results of the complex studies of microstructural, physical and mechanical properties of engineering materials using innovative methods. International Journal of Applied Engineering Research, 2017, Vol. 12, No. 24, pp. 15269-15272.

26. Kuz'min M.P., Kondrat'ev V.V., Larionov L.M., Kuz'mina M.Yu., Ivanchik N.N. Vozmozhnost' polucheniya splavov sistemy Al-Si s ispol'zovaniem amorfnogo mikrokremnezema [The possibility of producing alloys of the Al-Si system using amorphous microsilica]. Metallurg [Metallurgist], 2017, No. 1, pp. 101-105.

27. Kuz'min M.P., Kondrat'ev V.V., Larionov L.M., Kuz'mina M.Y., Ivanchik N.N. Possibility of preparing alloys of the Al-Si system using amorphous microsilica. Metallurgist, 2017, Vol. 61, pp. 86-91.

28. Kuz'min M.P., Kondrat'ev V.V., Larionov L.M., Zhalsanov B.G. Poluchenie siluminov s ispol'zovaniem amorfnogo mikrokremnezema [Obtaining silumin using amorphous microsilica]. Perspektivy razvitiya tekhnologii pererabotki uglevodorodnykh, rastitel'nykh i mineral'nykh resursov: materialy dokl. nauch.-prakt. konf. s mezhdunar. uchastiem, apr. 2017 g [Prospects for the development of technology for the processing of hydrocarbon, plant and mineral resources: materials reports. scientific-practical conf. from Intern. participation, Apr. 2017]. Irkutsk, 2017, pp. 48-50.

Информация об авторах

Authors

Колосов Александр Дмитриевич - аспирант, Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, e-mail: akolosov.irk@gmail.com

Kolosov Aleksandr Dmitrievich - Ph.D. student, Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, e-mail: akolosov.irk@gmail.com

Для цитирования

Разработка и моделирование конструкции машины для разделения наноразмерных материалов / А. Д. Колосов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2018. - Т. 60, № 4. - С. 8-15. - Б01: 10.26731/1813-9108.2018.4(60).8-15

УДК 621.33

И. О. Лобыцин, А. М. Худоногов, И. А. Худоногов

For citation

Kolosov A. D. Razrabotka i modelirovanie konstruktsii mashiny dlya razdeleniya nanorazmernykh materialov [Development and modeling of a machine design for the separation of nanoscale materials]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System analysis. Modeling], 2018, Vol. 60, No. 4, pp. 8-15. DOI: 10.26731/1813-9108.2018.4(60).8-15

DOI: 10.26731/1813-9108.2018.4(60).15-23

Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Российская Федерация Дата поступления: 28 сентября 2018 г.

УПРАВЛЕНИЕ МИКРОШЕРОХОВАТОСТЬЮ В ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПАЛЬЦЕВ КОЛЛЕКТОРНЫХ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Аннотация. В статье затронута одна из наиболее актуальных проблем в области электромашиностроения, которая связана с надежностью изоляции тяговых электродвигателей железнодорожного подвижного состава. Проведен глубокий анализ взаимосвязи электрической и магнитной систем электрических машин постоянного тока с выявлением наиболее уязвимого к поверхностному перекрытию изоляционного элемента - изоляционного пальца кронштейна щеткодержателя траверсы. Рассмотрена микроструктура подверженного перекрытию изоляционного пальца и проведена последующая оценка основных причин возникновения данного дефекта при эксплуатации.

Разработана и представлена наиболее эффективная технология восстановления изоляции пальцев кронштейнов щеткодержателей с применением теплового некогерентного излучения. Показана специально разработанная исследовательская установка по восстановлению пальцев ИК-излучением, на которой был выбран наиболее оптимальный режим сушки изоляционного лака. Проведен сравнительный анализ между традиционной сушкой при деповских условиях и предлагаемой терморадиационной сушкой на лабораторной установке по параметру шероховатости изоляционной лаковой поверхности пальца. Описано влияние неровностей боковой поверхности пальца на показатель напряжения перекрытия изоляции.

По результатам сравнительных экспериментов для каждого вида сушки получены показатели шероховатости полимерной поверхности объекта, определенные органолептическим методом и при помощи профилометра TR200. Результаты исследования представлены в таблицах и отображены графически, с целью последующей формулировки выводов. В конце представлены дальнейшие мероприятия по увеличению поверхностной прочности изоляционных конструкций путем управления наношероховатостью в технологии их восстановления с использованием когерентного инфракрасного излучения.

Ключевые слова: трекингостойкость, микрошероховатость, перекрытие изоляции, щеточный аппарат, изоляционный палец щеткодержателя.

© И. О. Лобыцин, А. М. Худоногов, И. А. Худоногов, 2018

15