РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ УГОЛЬНЫХ И ПОРОДНЫХ ЧАСТИЦ ПРИ ДВИЖЕНИИ ПО
НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ
Аналитический обзор показал, что малоизученным является взаимодействие
движущихся частиц с рабочей поверхностью сепараторов, влияние формы, массы и
размера частиц на процесс формирования их траектории движении.
Необходимо отметить, что обогащение по трению осуществляется в две стадии [2]:
– взаимодействие материала с поверхностью в целях селективного изменения
параметров движения разделяемых частиц;
– выделение из потока материала частиц с заданными параметрами движения.
Вторая стадия процесса разделения минеральных частиц определяется различием в
траекториях, скорости или направлений движения разделяемых частиц материала.
Поэтому, для определения параметров, которые существенно влияют на процесс
разделения угольных и породных частиц, необходимо изучить возможность
скольжения или качения частиц, определить условия возникновения упомянутых
типов движения. Естественно, что главным показателем этого является такая
величина как коэффициент трения [18, 19, 20, 21, 22]. Поверхность кусков
чистого угля является маслянистой на ощупь, обладает блеском, сколы гладкие, в
результате чего коэффициент трения должен быть невысокий. Вмещающая порода –
это, как правило, песчано-глинистые породы, представленные аргиллитами с
зольностью от 40 до 60 % и алевролитами с зольностью более 60 %. Если их
поверхность относительно сухая, то трение таких кусков о поверхность должно
быть существенным.
Отличие в физико-механических свойствах угля и породы указывает на то, что,
возможно, отделять куски угля и породы с помощью действия сил трения. Для
исследования механизма взаимодействия минеральных частиц с плоскостью
необходимо определить коэффициенты трения частиц материала.
2.1. определение коэффициентов трения покоя угольных и породных частиц
классическая формулировка коэффициента трения – это отношение силы трения тела
о поверхность к силе нормального давления тела на эту поверхность [23, 24, 25].
Состояние поверхности (чистота ее обработки – шероховатость), по которой
двигаются частицы, преобладающая форма частиц, их плотность, размер все это
влияет на механизм взаимодействия частиц материала с рабочими поверхностями.
из-за сложности учета шероховатости поверхности, так как в процессе скольжения
она меняется, принимая величину, характерную для данного режима, степень ее
влияния на механизм взаимодействия частицы с плоскостью в данной работе не
учитывалась.
Поскольку механизм взаимодействия частиц угля и породы с рабочей поверхностью
сепаратора недостаточно изучен, то единственно возможным способом его
исследования есть экспериментальный.
Первоначальным этапом в этих исследованиях является определение коэффициента
трения покоя угольных и породных частиц. Так как разделительный процесс
обогащения по трению обусловлен различием в эффектах взаимодействия кусков
разделяемых компонентов с рабочей поверхностью сепаратора, фактором, влияющим
на процесс разделения, является материал поверхности сепарирующего устройства.
Для определения оптимальных условий сепарации необходимо исследовать рабочие
поверхности, изготовленные из типичных материалов с различной структурой. С
этой целью были рассмотрены следующие материалы: резина как упругий и
износостойкий материал; стекло как аморфное вещество; сталь – материал с
кристаллической решеткой; фанера – природный полимер; текстолит – искусственный
полимер.
Для определения коэффициентов трения покоя частиц угля и породы,
взаимодействующих с различными рабочими поверхностями, предлагается следующая
методика [26].
Выбирается плоскость в виде пластины заданной длины l, изготовленная из
следующих материалов: резина, стекло, сталь, фанера, текстолит.
Один из краев пластины шарнирно закреплен на горизонтальной поверхности, как
показано на рис. 2.1. На противоположном краю размещается кусок минерала и этот
край медленно, без резких толчков поднимается до начала движения этого куска. В
момент начала движения регистрируется высота поднятия края пластины h. Для
обеспечения представительности выборки для каждого куска минерала измерение
высоты поднятия пластины производится пять раз, на основании которых для каждой
из серии измерения определяется среднее значение [27, 28, 29, 30, 31, 32, 33,
34]. Коэффициент трения покоя рассчитывается из того, что он численно равен
тангенсу угла трения, т.е.
, (2.1)
где f – коэффициент трения покоя;
l – длина пластины, м;
h – высота поднятия пластины до начала движения частицы, м.
Большое значение имеет характер движения частиц по наклонной поверхности –
перекатывание или скольжение. Условие, когда момент составляющей силы тяжести,
параллельный наклонной плоскости, больше момента составляющей силы тяжести,
нормальной к той же плоскости, является фактором опрокидывания округлых частиц.
Плоские частицы, как правило, почти не подвергаются воздействию опрокидывающего
момента и медленно скользят по поверхности за счет значительной силы трения
скольжения.
для определения коэффициентов трения покоя использовались минералы различных
классов крупности, которые имели плоскую форму и со всей очевидностью не могли
катиться. Размер кусков определялся как средний арифметический диаметр
частицы.
Рис. 2.1. Схема движения частицы по наклонной плоскости.
В соответствии с приведенной выше методикой были выполнены экспериментальные
исследования. После обработки полученных экспериментальных данных
рассчитывались значения коэффициентов трения покоя для угольных и породных
частиц различной крупности, используя формулу (2.1). Расчетные значе
- Киев+380960830922