Оптимизация конструкции на основе изучения поведения динамики частиц в дробильно-сортировочном оборудовании

Рост и обновление городов и населённых пунктов, а также увеличение потребности в объектах социальной инфраструктуры помимо жилых сооружений приводят к тому, что строительная деятельность во всём мире развивается со всё возрастающим темпом. Параллельно этому развитию растёт и потребность в строительном сырье, таком как бетон, цемент, асфальт, балласт, а также в полезных ископаемых. Для удовлетворения этой потребности с точки зрения качества и количества, а также для переработки обломков старых сооружений в проектах реновации возрастает значение дробильно-сортировочных установок и соответствующего оборудования.

Правильное применение операции измельчения, являющейся первым этапом подготовки руды, в дробильно-сортировочных технологиях приобретает всё большее значение в горнодобывающей отрасли. Заполнитель и руды, к которым до приведения в пригодное для использования состояние в качестве конечного продукта применяется множество различных процессов, при обработке проходят ряд обогатительных операций, таких как дробление, измельчение, классификация, промывка и обезвоживание.

Поэтому крайне важно уметь рассчитывать силы, возникающие на частицах, и напряжения, которые эти силы создают в оборудовании. При выполнении расчётов в этих технологических процессах численный анализ близкого к реальному поведения частиц с оборудованием, с которым они находятся в контакте, позволяет за счёт оптимизации производительности данных машин и оборудования снижать затраты на проектирование и эксплуатацию, одновременно повышая производительность и качество продукции в крупномасштабных промышленных процессах.

*Поведение разрушения руд было изучено применительно к щековой дробилке, что даёт возможность оценить силы, возникающие на дробильном оборудовании во время разрушения, а также гранулометрический состав после разрушения.

В этом направлении Метод дискретных элементов (DEM), разработанный Cundall и Strack4 (1971), раскрывает взаимодействие между частицами и границами для расчёта поведения твёрдых частиц и тем самым играет решающую роль в получении представления о процессах, связанных с проектированием. Благодаря имитационным исследованиям, выполненным инженерами Центра НИОКР компании MEKA A.Ş. с использованием программы Rocky DEM:

Кроме того, по результатам этих имитационных исследований выполняется основанный на расчётах прогноз износа оборудования, обусловленного значениями мощности, энергии и производительности, а также воздействием на элементы машин тяжёлых нагрузок, и предлагаются варианты решений, направленные на достижение оптимальной производительности.

*Для операции классификации дроблёного материала по размерам различные типы грохотов, входящих в номенклатуру продукции компании, исследуются при различных условиях параметров, таких как частота, амплитуда, траектория вибрации и рабочий угол наклона.

Благодаря этому устраняются распространённые эксплуатационные проблемы — от забивания до нежелательного накопления и обусловленного этим изменения распределения зёрен вплоть до неравномерного распределения по размерам, что позволяет предотвращать незапланированные простои.

*При передаче сыпучих материалов между ленточными конвейерами в лотках и перегрузочных желобах, используемых на выходе дробилок и грохотов, к числу наиболее часто встречающихся проблем относятся забивание в результате накопления материала, неравномерное по направлению распределение потока, износ лотков и футеровки и т. п.

Для ленточных конвейеров, используемых в качестве системы передачи при транспортировке материала, предлагаются варианты решений, устраняющих проблемы, влияющие на проектирование, применительно к поведению сыпучего материала, обеспечению эффективной транспортировки и предотвращению просыпания материала при загрузке и разгрузке. Благодаря этому обеспечивается увеличение ожидаемого срока службы активов.

Для предотвращения этих проблем обеспечивается контроль потока материала, что позволяет увеличить срок службы оборудования и достичь оптимальных условий.

*В случае, когда исходный материал имеет высокую влажность и является липким, питатели Apron & Wobbler, являющиеся неотъемлемым оборудованием дробильно-сортировочного процесса, обеспечивают достижение идеальных рабочих условий для сохранения высокой производительности, экранируя такие проблемы, как забивание, которое влажные и липкие материалы могут вызывать как на грохотах, так и на питателях.

*В конструкции ковша ковшовых промывочных машин, входящих в нашу номенклатуру моющего оборудования, благодаря получению угла захвата, сопряжённо обеспечивающего значения мощности и производительности, достигаются требуемые значения эффективности в операциях промывки заполнителя.

Кроме того, в этих питателях с целью оптимизации производительности были изучены характеристики потока, которые должен демонстрировать сыпучий материал для подачи с постоянной скоростью в дробилку или иное оборудование, движение частиц, время пребывания на питателе и влияние скорости частиц.

Кроме того, для одновременного получения оптимальных значений производительности и мощности были изучены параметры, влияющие на конструкцию шнека, и были внесены улучшения в конструкцию. Благодаря этому достигаются результаты на требуемом уровне с точки зрения производительности и стабильности. Контактное поведение в движении сыпучего заполнителя и руд, а также режим потока материала изменяются в зависимости от типа материала. Минералогические свойства типов руды, физические свойства и химический состав которых формируются в зависимости от различных географических условий, также характеризуются разнообразием. Следовательно, вследствие переработки на установках материалов с различными характеристиками возникают и конструкции оборудования, специфичные для конкретного процесса. Согласно традиционным методам, конструкция оборудования формируется главным образом на основе внутреннего опыта, лабораторных экспериментов или изменения технологических параметров в ходе эксплуатации. Такой подход влечёт за собой ряд проблем, когда речь идёт об учёте неопределённых граничных условий и меняющихся требований, и полностью достигает своих пределов, когда необходимо систематически находить оптимальное решение. Это делает проектирование машин более эффективным и последовательным, когда оно выполняется с учётом геометаллургических параметров установки. Поэтому вследствие данного разнообразия оборудование, входящее в дробильно-сортировочный контур, требует выполнения проектных работ, специфичных для руды или заполнителя, с которыми оно будет взаимодействовать. Принимая указанные факторы за основу, проектные работы должны выполняться с учётом свойств заполнителя и руды, поскольку оборудование установки не функционирует в зависимости от одной единственной переменной.

То, что Метод дискретных элементов (DEM) позволяет надлежащим образом моделировать гранулярный поток большого числа частиц и является эффективным методом в механике горных пород2, делает его одним из важнейших научных достижений в горнодобывающей промышленности. Например, конструкция грохотов, являющихся сердцем дробильно-сортировочной установки, оказывает прямое влияние на рентабельность обогатительной установки в отношении эффективности грохочения, количества целевых продуктов, общего энергопотребления и эффективной работы дробилок.1 Поэтому в выполняемых исследованиях множество вариантов конструкции предварительно моделируются для того, чтобы лучше понять влияние того или иного изменения на общий процесс. Следовательно, использование, помимо опыта, технологий и специально разработанных программ имеет большое значение для оптимизации проектов.

Большинство твёрдых тел, особенно минералы, демонстрируют поведение различного типа, поскольку не имеют однородного размера. В этой связи для ввода граничных условий в имитационных исследованиях DEM руды подвергаются различным лабораторным испытаниям. Таким образом, путём получения тесной корреляции между экспериментальными и численными результатами3 для значений входных параметров калибруются параметры взаимодействия частиц с поверхностями. Благодаря этому, отражая динамические процессы частиц4 так, чтобы обеспечить правильное определение рабочих условий, оказывается помощь инженерам в принятии решений и, наряду с этим, оптимизируется оборудование системы. Среди этих испытаний — испытания разрушения одиночной частицы, использующие ряд эмпирических моделей под названием Ab-T10 и Модель разрушения Тавареса7 для поведения разрушения под воздействием удара, испытания на одноосное сжатие (UCS), испытания на наклонной плоскости и угол естественного откоса. Таким образом определяются модуль Юнга (E) и коэффициент Пуассона (ν), являющиеся одними из деформационных свойств руд, а также модуль микроупругости и коэффициент жёсткости.5 Поведение износа футеровочного оборудования рассматривается на основе модели износа Арчарда. Для улучшения срока службы футеровки определяются величины износа и, соответственно, срок службы оборудования.

После правильного определения вводимых данных граничных условий, содержащих свойства материалов, для получения точных результатов моделирования для заполнителя и руд компания MEKA A.Ş. осуществляет систематику оптимального проектирования в соответствии с принципами работы всего дробильно-сортировочного оборудования, взаимодействующего с частицами, специфичную для установок рудников, каменных и песчаных карьеров. Благодаря этому открывается путь к разработке продукции с помощью совершенно нового и ускоренного подхода к проектированию и оптимизации процессов, при котором сводится к минимуму объём работ, затрачиваемых на испытания и прототипы. С учётом времени модернизации оборудования можно сказать, что время, затрачиваемое на проектирование, сократилось по сравнению с прежним примерно на 45-50 %. Для обеспечения непрерывности производства на установках делаются прогнозы относительно сроков технического обслуживания и приводятся ориентировочные сроки для организации поставки запасных частей, минимизируется износ футеровки, а срок службы машин увеличивается за счёт предотвращения перерывов в рабочем процессе и в техническом обслуживании, а также негативных факторов, которые вызвали бы отказы машин. Таким образом, предлагаются решения для получения стабильных результатов при требуемых значениях с точки зрения затрат и производительности за счёт обеспечения производительности и качества в наиболее благоприятных условиях на дробильно-сортировочных установках. Центр НИОКР компании MEKA A.Ş. был зарегистрирован в 2021 году в рамках Закона № 5746. Он продолжает свою деятельность в области НИОКР в координации с Министерством промышленности и технологий, и его испытательные возможности, измерительные возможности и лабораторные возможности обогащаются в этих рамках в соответствии с требованиями проектов. НИОКР в рамках компании выполняются с использованием программных платформ ANSYS MECHANICAL, ANSYS FLUENT, ROCKY DEM, SAP 2000, SOLIDWORKS и INVENTOR. Расчёты проектирования и производительности дробильно-сортировочных установок «под ключ», запрашиваемых компаниями-заказчиками, выполняются опытными инженерами с помощью программного обеспечения AGGFLOW. Центр НИОКР MEKA, сильнейший в Турции в своей области, продолжает свой вклад в технические и академические знания в свете науки наряду с проектированием продукции с высокой добавленной стоимостью.