ЧТО МОЖЕТ ВИБРАЦИЯ?

Разделение па вибрирующих поверхностях

Этот способ [176, 177] основан на использовании того обстоятельства, что частицы материала, обладающие раз­личными коэффициентами трения относительно поверх­ности, различной формой, упругими свойствами, а при определенных условиях и различной плотностью и раз­мерами, движутся по шероховатой вибрирующей по­верхности по различным траекториям. Два варианта таких поверхностей (дек) — вогнутая и плоская — пред - ставлепы на рис. 7.6. Раме, на которой укреплены деки,

тем или иным образом сообщаются поступательные виб­рации, как правило, прямолинейные гармонические. В конструкции соответствующих машин — вибрационных сепараторов — предусмотрена возможность регулировки продольного и поперечного углов наклона рамы к гори­зонту ос0 и є; последний обычно не превышает 10°. Раз­деляемый материал подается в зону вблизи нижнего, края деки.

В случае вогнутой деки (рис. 7.6, а), ввиду малости угла поперечного наклона є, частицы материала движутся преимущественно вдоль деки. По мере продвижения впе­ред и вверх угол наклона касательной к поверхности де­ки а увеличивается, и поэтому продольное движение замедляется, начинает преобладать поперечное движение,

вследствие которого частица постепенно сползает в одну из приемных ячеек на краю деки. Примерный внд траек­торий частиц с различными параметрами представлен на рис. 7.6, а. В случае плоской деки все точки ее поверх­ности «равноправны» как в смысле наклона касательной плоскости к горизонту, так и в смысле направления виб­рации. В результате вектор средней скорости частицы в каждой точке деки имеет одинаковое направление, и по­этому траектории частиц являются прямыми линиями, различными для частиц с отличающимися параметрами (рис. 7.6, б).

Исследование показывает, что если рассматривать ча­стицу как материальную точку и не учитывать сопротив­ление воздуха ее движению, то вид ее траектории на деке не зависит от размеров и от массы частицы, а опре­деляется только коэффициентами трения о поверхность, коэффициентом восстановления R и коэффициентом мгно­венного трения при ударе А,, т. о. в конечном счете свой­ствами материала частицы. Если рассматривать частицу как твердое тело, то обнаруживается зависимость харак­тера и траектории ее движения от формы — шарообраз­ные частицы движутся иначе, чем плоские: первые обыч­но скатываются вниз по плоскости, а вторые движутся примерно так же, как материальные точки, особенно в режимах без подбрасывания. Если учесть сопротивление воздуха (а это необходимо делать для частиц достаточно малого размера, см. [30]), то траектории начинают су­щественно зависеть от массы и размеров частицы. Ха­рактер этой зависимости можно регулировать в желаемом направлении, если сделать деку пористой и подавать сквозь нее воздух; при этом можно добиться, например, того, чтобы тяжелые крупные частицы поднимались вверх по плоскости, а мелкие легкие — сползали вниз [79, 122, 146].

Вибрационные сепараторы успешно используются для разделения алмазных зерен по форме, для выделения шарообразных частиц, используемых, например, при со­здании металлокерамических фильтров, для бесситовой классификации шлифзерна и шлифпорошков, для выде­ления мелкой слюды из пегматитовых руд. Вибрацион­ные сепараторы с подачей воздуха сквозь деку исполь­зуются при переработке зерпа [79, 146]. К достоинствам рассматриваемого способа разделения относятся отсутст­вие надобности в ситах и в использовании воды, а также высокая чувствительность к ряду параметров частиц, раз -

делеппе по которым при других способах практически неосуществимо, возможность легкой регулировки и пере­настройки процесса. Недостатками являются относитель­но малая производительность, обусловленная поверхност­ным характером процесса, а также необходимость стаби­лизации частоты и амплитуды вибрации, влажности ма­териала и т. п.; впрочем, при разделении на пебольшое число фракций последний недостаток менее существен. Для преодоления же первого недостатка применяют се­параторы с большим числом дек [61, т. 4].

Вибрационные сепараторы работают при амплитудах ускорения Gg-— lOg-, причем для сепарации более крупных частиц эффективнее оказываются большие амплитуды и меньшие частоты вибрации, а при сепарации мелких — наоборот. Сепарация частиц крупнее 0,3—0,5 мм осу­ществляется лучше на поверхности с большим коэффи­циентом трения, например, покрытой шлифовальной шкуркой или слоем резины. Мелкие порошки разделяют­ся лучше на гладких металлических поверхностях.

Остановимся па элементах теории вибрационного сепарнрица - нпя. Поскольку радиус кривизны вогнутой деко велик по сравне­нию с амплитудой колебаний деки Лис перемещением частицы за период колебапий, то движение частицы вблизи любой точки деки можно рассматривать как движепие по соответствующей ка- сательпой плоскости. Пусть (Дх)т = &SX и (Аз)т = Д5г — пере­мещения частицы по плоскости за период колебапий Т = 2л/м со­ответственно в продольпом и поперечном направлениях. Записав копечпо-разпостпое соотношение {Az)T : (Ах)т = (ЛSz/T) : (ASXIT), можно приближенпо заменить его дифференциальным уравне­нием

которое является дифференциальным уравнением траекторий ча­стиц па вибрирующей поверхности (точнее — их проекций па плос­кость xOz). В этом уравнеппи Vx п Vz — средние скорости движе­ния частиц соответственно в продольпом и поперечном направле­ниях, определяемые для частиц, рассматриваемых как материаль­ные точки, по формулам или алгоритмам, о которых говорилось в п. 4.4. При этом для плоской деки и VT — постоянные, а для вогнутой — функции координаты х, поскольку от этой координаты.■зависят углы наклона касательной к горизонту а и угол вибра­ции р. В обоих случаях уравнение (7.1) легко интегрируется, при­чем, как уже отмечалось, в случае плоской деки траекториями являются прямые линип.

В качестве примера рассмотрим случай, когда для У* и V, пмеются приближенные выражения,— это случай режимов дви­жения частиц с интенсивным подбрасыванием, для которых так называемый параметр перегрузки w = Лю2 sin $l(g cos к) удов­
летворяет соотношению w > 3,5(1 + Д2)/(1 + Л)5, гдб R — коэффпциепт восстановления при ударе частицы о деку, а сопротивлением воздуха можпо пренебречь. В этих режимах, представляющих интерес для использования в вибросепараторах,

имеем

Zip (w, R) g [і — R, „ 2-Х.

Vx =--------------- (Г+Я ctg P cos a - —jj— sin a I,

яр(ю, R)g[l — R 2—\ .

7,--------- ---- (г+д-—J sin є cos a,

где є —угол поперечного наклона деки, а p(w, R) — некоторая функция параметров w п R, в даппом случае песуществеиная. Прп учете выражений (7.2) уравнение (7.1) принимает вид

JL _ (1 — ч) sin е

dx q Ctg P — tg a ’ ' ‘ '

где

Я. (1 — Я) ..

5_(2-Я)(1 + Я) (7,4)

— величина, играющая роль обобщенного параметра, по которому в рассматриваемых режимах происходит сепарация частпц. Для пахожденпя с помощью уравнения (7.3) траектории частиц при различпых значениях q теперь достаточно задать углы аир как функции продольной координаты х и начальное положение час­тицы х = хо и г = л0. Именно таким путем и построены траекто­рии па рис. 7.6, где gi < 92 < .. • < 3».

Инициатором создания вибрационных сепараторов является Д. А. Плпсс, которому принадлежит ряд важных изобретений в этой области. Теории вибросепарации посвящены работы [22, 30, 70, 96, 122, 177] и ряд других исследований (см. также [61, т. 4]),

7.4. О разделении частиц в вибрацпонпых и волновых полях,'

создаваемых в разреженных суспензиях

Из изложенного в п. 2.3.3 вытекают возможности раз­деления частиц в быстро осциллирующих неоднородных полях. Теоретическими и экспериментальными исследова­ниями, выполненными в последнее время Р. Ф. Ганиевым, JI. Е. Украинским и их последователями [63, 64], выявлен ряд новых возможностей разделения разнородных частпц, образующих разреженные взвеси в жидкости, путем сооб - щепия жидкости колебательных или волновых движений. Однако для практической реализации этих интересных принципиальных возможностей требуются соответствую­щие разработки.