книги из ГПНТБ / Барон, Л. И. Износ и защита внутренних поверхностей угольных бункеров

Кроме того, образец до начала испытания прирабатывали с углем до получения стабильной шероховатости, соответствующей приня­ тому режиму изнашивания. Свидетельством установления такой шероховатости служила трехкратная повторяемость величин изно­ са за равные отрезки времени. Через каждые 3 ч образец снимали

20 мин образцы снимали, дважды промывали в бензине и взвеши­ вали с точностью до 0,1 мг. За показатель абразивности испыты­ ваемого угля принимали суммарный весовой (в мг) износ обоих образцов за 1 ч работы.

Разброс результатов при повторении опытов на одних и тех же углях (испытывались угли шести марок) при рассматриваемом методе не превышал ±4%.

Существенными недостатками этого метода, особенно при про­ ведении опытов на машине лоткового типа, является длительность и трудоемкость испытаний.

Л. И. Бароном и В. Л. Долговым [12] разработан метод опре­ деления абразивности мягких пород и, в частности, угля, основан­ ный на истирании цилиндрических стержней невысокой твердости об измельченную горную породу в замкнутом объеме. Авторами данного метода были созданы и испытаны две роторные опытные установки и одна планетарная.

Роторная установка УА-1-П (рис. 18, а) была смонтирована на базе вертикально-фрезерного станка, что позволяло задавать раз­ личные режимы работы. К столу 1 станка прикрепляли поддон 2 двумя болтами 3. В поддон вставляли стакан 4, в который засы­ пали измельченную породу 5. Затем в последнюю погружали на

40

величину h три эталонных трубчатых стержня 6, укрепленных в роторе 7 винтами 8. Выходной конец 9 ротора закрепляли в пат­ роне 10 шпинделя. Эталонами служили трубчатые стержни дли­ ной 150 мм, наружным диаметром 8 мм из алюминия, бронзы или стали. Диаметр ротора 125 мм. Высота засыпанной измельченной породы в стакане составляла 120 мм.

Рис. 18. Схема роторного прибора Барона — Долгова для испы­ тания абразивных свойств мягких пород и материалов (а) и из­ нашиваемый эталонный стержень в двух проекциях (б): а! и а2 — углы перегиба

Была определена абразивность крупности угля (битуми­ нозного), известняка, песчаника и антрацита следующих классов: 0,5—1; 1—2; 2—3; 3—5 и 5'—7 мм. Скорость вращения ротора из­

породу, направление вращения, форму стержней-эталонов и неко­ торые другие параметры.

Последовательность операций при проведении опытов была следующая: снимали крышку прибора, опускали стол станка, уста­ навливали в ротор стержни-эталоны и закрепляли их, засыпали в цилиндр измельченную горную породу одного из указанных выше классов крупности, погружали стержни в породу подъемом стола станка и закрывали крышку.

После установки требуемой скорости вращения ротора вклю­ чали станок. Подвергнутые истиранию стержни-эталоны после опы­

41

та извлекали из ротора, промывали и взвешивали на аналитиче­ ских весах с точностью до 0,0001 г. За критерий абразивности по­

ней наблюдалось образование налета из уплотненного измельчен­ ного материала.

Появление такого налета препятствовало дальнейшему нор­ мальному истиранию стержней, поскольку прилипшая порода слу­ жила защитным слоем. При использовании стержней с двойным перегибом это явление в значительной мере устранялось. Наи­

ную плоскость совпадала с окружностью.

Для устранения налипания породы предпринимались и другие меры: опробовали стержни из различных материалов, использова­ ли мешалку, производили периодическое поворачивание стержня на 90° вокруг его оси, непрерывно вращали стержни вокруг оси в роторной установке и применяли движение по циклоидной кри­ вой в планетарной установке. Однако эти мероприятия оказались менее эффективными, чем применение стержней с двойным пере­ гибом.

Исследования показали, что при использовании трубчатых стержней-эталонов, изготовленных из алюминия, достаточные по­ тери в весе даже для наименее абразивных горных пород (напри­ мер, каменных углей и антрацитов) получались при относительно небольшой длительности испытаний.

При повторении опытов с одними и темп же стержнями до 12— 15 раз коэффициент вариации величины показателя износа соста­ вил примерно 20%.

Все приведенные выше методики не предназначались для оцен­ ки способности различных углей изнашивать внутренние поверх­ ности (футеровку) бункеров. Количественные данные о степени абразивности углей в этом аспекте до последнего времени, к со­ жалению, отсутствовали вообще.

Приступив к изучению данного вопроса и проанализировав ре­ зультаты обследования угольных бункеров Донбасса, авторы [9] пришли к выводу о принципиальной необходимости выделить для раздельного рассмотрения применительно к абразивным воздейст­ виям углей на внутренние поверхности (футеровку) бункеров сле­ дующие две составляющих абразивности: абразивность трения и ударную абразивность.

Под первой понимается способность углей (или горных пород) изнашивать контактирующие с ним твердые поверхности в резуль­ тате трения при перемещении, под второй — вызывать износ по­ верхностей в результате соударений.

42

Специальные исследования абразивности трения и ударной аб­ разивности были выполнены авторами на антрацитах и углях ше­ сти марок на 17 шахтах комбинатов Доиецкуголь, Красноармейскуголь и Торезантрацит. Для каждой из испытываемых разновид­ ностей углей были определены значения коэффициента крепости f по шкале проф. М. М. Протодьяконова. По техническим причинам удалось осуществить такого рода определения только методом тол­

по описанной выше методике Л. И. Барона и В. Л. Долгова, а кус­ ковых— на специальной установке, описанной в работе [8].

В первом случае в качестве эталонов были использованы труб­ чатые алюминиевые стержни длиной 150 мм с наружным диамет­ ром 12 мм. Диаметр ротора составлял 125 мм. Высота засыпанного измельченного угля в стакане была равна 120 мм. Крупность ис­ пытываемого угля 5—7 мм. Скорость вращения ротора 440 об/мин. Длительность опыта составляла 20 мин. Для уменьшения образо­ вания на стержнях налета из уплотненного измельченного угля были использованы стержни с двойным перегибом (см. рис. 18,6). Углы перегиба стержней были приняты равными 45 и 20°.

После опыта стержни-эталоны промывали в ацетоне и взвеши­ вали на аналитических весах с точностью до 0,1 мг. Аналогичное

риод истирания. Каждый эксперимент повторяли трижды, таким образом на одном угле истирали 9 стержней-эталонов. Итоговое значение показателя абразивности а" вычисляли как среднюю арифметическую.

С учетом того что полученные методом толчения величины ко­ эффициентов крепости угля иосят приближенный характер, пока­ затели абразивности для сравнительных сопоставлений были взя­ ты в относительных выражениях. За единицу были приняты их значения для антрацита шахты № 9 комбината Торезантрацит (из пласта Кащеевского), поскольку коэффициенты крепости по ме­ тоду толчения оказались для антрацита этой шахты более высо­ кими, чем для всех других исследований углей.

Относительные показатели абразивности трения, вычисленные таким путем по данным опытов, проведенных на ротором приборе, обозначаются буквой к". Результаты экспериментов приведены в табл. 4.

Сопоставление относительных показателей абразивности трения исследованных углей с коэффициентами их крепости показано на рис. 19. Несмотря на разброс экспериментальных точек параболи­ ческий вид зависимости между к" и f прослеживается довольно наглядно,

43

Статистическая обработка результатов экспериментов (153 точ­ ки) методом наименьших квадратов позволила получить следую­ щую зависимость:

и длиной 150 мм, электродвигателя 1 и металлического ящика 2 размером 280X280X500 мм с откидным днищем 5. Изнашиваемы­ ми эталонами были три алюминиевые полосы 4 шириной 30 мм и длиной 480 мм, укрепленные на кольцевой поверхности барабана при помощи шурупов.

44

Рис. 19. Сопоставление коэффициентов абразив­ ности трения с соответствующими им коэффици­ ентами крепости угля по шкале проф. М. М. Протодьяконова

Для проведения опыта в ящик засыпали 25 кг угля. После этого включали электродвигатель и подвергали алюминиевые по­

45

Крупность кусков угля в разных пробах одного и того же угля была 5—10, 10—20, 25—30 и 30—40 мм. Для каждого класса круп­ ности было проведено по три эксперимента (изнашивали 9 полосэталонов и в расчет принимали среднее арнметпческое значение потерн веса для одной полосы).

Результаты экспериментов и средние значения коэффициентов крепости каждого из исследуемых углей приведены в табл. 5. Каж­ дая величина /', указанная в таблице, представляет собой среднее из десяти определений.

46

нос полосы-эталона при истирании пробы угля крупностью 5-- 10 мм. Снижение интенсивности изнашивания полосы-эталона при испытаниях на истирание с ростом крупности кусков угля оказа­ лось достаточно четко выраженным.

Данные эксперименты хорошо согласуются с приведенными в работе [6] кривыми, описывающими зависимость коэффициента внешнего трения от крупности сыпучего ма­ териала. Это можно объяснить тем, что с уменьшением крупности частиц увеличивает­ ся их суммарная поверхность и соответст­ венно возрастает величина площади кон­ такта с изнашиваемым телом. Прямым следст­ вием является рост общей силы трения и, как результат, повышение интенсивности изна­ шивания.

ний экспериментальные определения ударной абразивности углей

400X400X40 мм, изготовленные из строительного раствора соста­ ва 1 :2, с пределом прочности при сжатии 100 кгс/см2. Так как в большинстве бункеров при загрузке уголь падает на наклонные стенки днища, которые расположены под углом 45° к горизонту,

47

Изнашиваемые образцы укладывали на подставку, наклоненную

кгоризонту тоже под углом 45°.

Врасходный бункер, находившийся на высоте 1,5 м от образ­

ного бункера уголь падал на изнашиваемый образец. До и после проведения опыта образец взвешивали с точностью до 1 г. В ка­ честве показателя ударной абразивности принимали потерю в весе образца-плитки после сбрасывания на нее с высоты 1,5 м всей пробы угля (50 кг) крупностью 25—50 мм. Для получения надеж­ ного среднего значения показателя ударной абразивности каждый эксперимент повторяли 10 раз. Конечный показатель вычисляли как среднюю арифметическую.

48

Для сравнительных сопоставлений были вычислены показатели ударной абразивности в относительных единицах. За единицу были приняты, как и при анализе результатов испытаний мелкораздроб­ ленных углей, показатели ударной абразивности для антрацита шахты № 9 комбината Торезантрацит (из пласта Кащеевского). Значения относительных показателей ударной абразивности обоз­ начим через k'.

ских испытаний, такую корреляцию с показателями ударной абра­

т о м у д а р н о й а б р а з и в н о с т и .

Для выяснения относительной значимости динамической состав­ ляющей износа при воздействии углей разной крепости было ре-