Оптимізація конструкції на основі вивчення поведінки динаміки частинок у дробильно-сортувальному обладнанні
Зростання та оновлення міст і населених пунктів, а також збільшення потреби в об'єктах соціальної інфраструктури окрім житлових споруд призводять до того, що будівельна діяльність у всьому світі розвивається дедалі зростаючими темпами. Паралельно з цим розвитком зростає й потреба в будівельній сировині, як-от бетон, цемент, асфальт, баласт, а також у корисних копалинах. Для задоволення цієї потреби з погляду якості та кількості, а також для переробки уламків старих споруд у проєктах реновації зростає значення дробильно-сортувальних установок і відповідного обладнання.
Правильне застосування операції зменшення розміру, що є першим етапом підготовки руди, у дробильно-сортувальних технологіях дедалі більше набуває значення в гірничодобувній галузі. Заповнювач і руди, до яких до приведення у придатний для використання стан як кінцевого продукту застосовується безліч різних процесів, під час обробки проходять низку збагачувальних операцій, як-от дроблення, подрібнення, класифікація, промивання та зневоднення.
Тому надзвичайно важливо вміти розраховувати сили, що виникають на частинках, і напруження, які ці сили створюють в обладнанні. Під час виконання розрахунків у цих технологічних процесах числовий аналіз близької до реальної поведінки частинок з обладнанням, з яким вони перебувають у контакті, дає змогу за рахунок оптимізації продуктивності цих машин та обладнання знижувати витрати на проєктування й експлуатацію, водночас підвищуючи продуктивність і якість продукції у великомасштабних промислових процесах.
*Поведінку руйнування руд було вивчено зокрема стосовно щокової дробарки, що дає можливість оцінити сили, які виникають на дробильному обладнанні під час руйнування, а також гранулометричний склад після руйнування.
У цьому напрямі Метод дискретних елементів (DEM), розроблений Cundall і Strack4 (1971), розкриває взаємодію між частинками та межами для розрахунку поведінки твердих частинок і тим самим відіграє вирішальну роль у формуванні уявлення про процеси, пов'язані з проєктуванням. Завдяки імітаційним дослідженням, виконаним інженерами Центру НДДКР компанії MEKA A.Ş. з використанням програми Rocky DEM:
Крім того, за результатами цих імітаційних досліджень виконується заснований на розрахунках прогноз зношування обладнання, зумовленого значеннями потужності, енергії та продуктивності, а також впливом на елементи машин важких навантажень, і пропонуються варіанти рішень, спрямовані на досягнення оптимальної продуктивності.
*Для операції класифікації подрібненого матеріалу за розмірами різні типи грохотів, що входять до номенклатури продукції компанії, досліджуються за різних умов параметрів, як-от частота, амплітуда, траєкторія вібрації та робочий кут нахилу.
Завдяки цьому усуваються поширені експлуатаційні проблеми — від забивання до небажаного накопичення та зумовленої цим зміни розподілу зерен аж до нерівномірного розподілу за розмірами, що дає змогу запобігати незапланованим простоям.
*Під час передавання сипких матеріалів між стрічковими конвеєрами в лотках і перевантажувальних жолобах, що використовуються на виході дробарок і грохотів, до найпоширеніших проблем належать забивання внаслідок накопичення матеріалу, нерівномірний за напрямком розподіл потоку, зношування лотків і футерування тощо.
Для стрічкових конвеєрів, що використовуються як система передавання під час транспортування матеріалу, пропонуються варіанти рішень, які усувають проблеми, що впливають на проєктування, стосовно поведінки сипкого матеріалу, забезпечення ефективного транспортування та запобігання просипанню матеріалу під час завантаження й розвантаження. Завдяки цьому забезпечується збільшення очікуваного терміну служби активів.
Для запобігання цим проблемам забезпечується контроль потоку матеріалу, що дає змогу збільшити термін служби обладнання та досягти оптимальних умов.
*У разі, коли вихідний матеріал має високу вологість і є липким, живильники Apron & Wobbler, що є невід'ємним обладнанням дробильно-сортувального процесу, забезпечують досягнення ідеальних робочих умов для збереження високої продуктивності, екрануючи такі проблеми, як забивання, яке вологі та липкі матеріали можуть спричиняти як на грохотах, так і на живильниках.
*У конструкції ковша ковшових промивних машин, що входять до нашої номенклатури мийного обладнання, завдяки отриманню кута захоплення, який спряжено забезпечує значення потужності та продуктивності, досягаються потрібні значення ефективності в операціях промивання заповнювача.
Крім того, у цих живильниках з метою оптимізації продуктивності було вивчено характеристики потоку, які має демонструвати сипкий матеріал для подавання з постійною швидкістю до дробарки чи іншого обладнання, рух частинок, час перебування на живильнику та вплив швидкості частинок.
Крім того, для одночасного отримання оптимальних значень продуктивності та потужності було вивчено параметри, що впливають на конструкцію шнека, і було внесено вдосконалення в конструкцію. Завдяки цьому досягаються результати на потрібному рівні з погляду продуктивності та стабільності. Контактна поведінка в русі сипкого заповнювача та руд, а також режим потоку матеріалу змінюються залежно від типу матеріалу. Мінералогічні властивості типів руди, фізичні властивості та хімічний склад яких формуються залежно від різних географічних умов, також характеризуються різноманітністю. Отже, внаслідок перероблення на установках матеріалів з різними характеристиками виникають і конструкції обладнання, специфічні для конкретного процесу. Згідно з традиційними методами, конструкція обладнання формується головним чином на основі внутрішнього досвіду, лабораторних експериментів або зміни технологічних параметрів під час експлуатації. Такий підхід спричиняє низку проблем, коли йдеться про врахування невизначених граничних умов і мінливих вимог, і повністю досягає своїх меж, коли необхідно систематично знаходити оптимальне рішення. Це робить проєктування машин ефективнішим і послідовнішим, коли воно виконується з урахуванням геометалургійних параметрів установки. Тому внаслідок цього різноманіття обладнання, що входить до дробильно-сортувального контуру, потребує виконання проєктних робіт, специфічних для руди або заповнювача, з якими воно взаємодіятиме. Беручи зазначені чинники за основу, проєктні роботи мають виконуватися з урахуванням властивостей заповнювача та руди, оскільки обладнання установки не функціонує залежно від однієї-єдиної змінної.
Те, що Метод дискретних елементів (DEM) дає змогу належним чином моделювати гранулярний потік великої кількості частинок і є ефективним методом у механіці гірських порід2, робить його одним із найважливіших наукових досягнень у гірничодобувній промисловості. Наприклад, конструкція грохотів, що є серцем дробильно-сортувальної установки, має прямий вплив на рентабельність збагачувальної установки з погляду ефективності грохочення, кількості цільових продуктів, загального енергоспоживання та ефективної роботи дробарок.1 Тому у виконуваних дослідженнях безліч варіантів конструкції попередньо моделюються для того, щоб краще зрозуміти вплив тієї чи іншої зміни на загальний процес. Отже, використання, окрім досвіду, технологій і спеціально розроблених програм має велике значення для оптимізації проєктів.
Більшість твердих тіл, особливо мінерали, демонструють поведінку різного типу, оскільки не мають однорідного розміру. У зв'язку з цим для введення граничних умов в імітаційних дослідженнях DEM руди піддаються різним лабораторним випробуванням. У такий спосіб, шляхом отримання тісної кореляції між експериментальними та числовими результатами3 для значень вхідних параметрів, калібруються параметри взаємодії частинок з поверхнями. Завдяки цьому, відображаючи динамічні процеси частинок4 так, щоб забезпечити правильне визначення робочих умов, надається допомога інженерам у прийнятті рішень і, поряд із цим, оптимізується обладнання системи. Серед цих випробувань — випробування руйнування поодинокої частинки, що використовують низку емпіричних моделей під назвою Ab-T10 і Модель руйнування Тавареса7 для поведінки руйнування під впливом удару, випробування на одновісний стиск (UCS), випробування на похилій площині та кут природного укосу. Таким чином визначаються модуль Юнга (E) і коефіцієнт Пуассона (ν), що є одними з деформаційних властивостей руд, а також модуль мікропружності та коефіцієнт жорсткості.5 Поведінку зношування футерувального обладнання розглядають на основі моделі зношування Арчарда. Для покращення терміну служби футерування визначаються величини зношування та, відповідно, термін служби обладнання.
Після правильного визначення вхідних даних граничних умов, що містять властивості матеріалів, для отримання точних результатів моделювання для заповнювача та руд компанія MEKA A.Ş. здійснює систематику оптимального проєктування відповідно до принципів роботи всього дробильно-сортувального обладнання, що взаємодіє з частинками, специфічну для установок копалень, кам'яних і піщаних кар'єрів. Завдяки цьому відкривається шлях до розроблення продукції за допомогою цілком нового та прискореного підходу до проєктування й оптимізації процесів, за якого зводиться до мінімуму обсяг робіт, що витрачаються на випробування та прототипи. З огляду на час модернізації обладнання можна сказати, що час, який витрачається на проєктування, скоротився порівняно з попереднім приблизно на 45-50%. Для забезпечення безперервності виробництва на установках робляться прогнози щодо термінів технічного обслуговування та наводяться орієнтовні терміни для організації постачання запасних частин, мінімізується зношування футерування, а термін служби машин збільшується за рахунок запобігання перервам у робочому процесі та в технічному обслуговуванні, а також негативним чинникам, які спричинили б відмови машин. Таким чином, пропонуються рішення для отримання стабільних результатів за потрібних значень з погляду витрат і продуктивності за рахунок забезпечення продуктивності та якості в найсприятливіших умовах на дробильно-сортувальних установках. Центр НДДКР компанії MEKA A.Ş. було зареєстровано у 2021 році в межах Закону № 5746. Він продовжує свою діяльність у сфері НДДКР у координації з Міністерством промисловості та технологій, і його випробувальні можливості, вимірювальні можливості та лабораторні можливості збагачуються в цих межах відповідно до вимог проєктів. НДДКР у межах компанії виконуються з використанням програмних платформ ANSYS MECHANICAL, ANSYS FLUENT, ROCKY DEM, SAP 2000, SOLIDWORKS та INVENTOR. Розрахунки проєктування та продуктивності дробильно-сортувальних установок «під ключ», які замовляють компанії-замовники, виконуються досвідченими інженерами за допомогою програмного забезпечення AGGFLOW. Центр НДДКР MEKA, найпотужніший у Туреччині у своїй галузі, продовжує свій внесок у технічні та академічні знання у світлі науки поряд із проєктуванням продукції з високою доданою вартістю.
