Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Analiza procesów rozdrabniania w maszynowych procesach kruszenia

Ciężkowski Paweł

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2019

|

z. 273

3--208

PL

W ramach pracy podjęto się kompleksowej analizy maszynowych procesów kruszenia skał. W pierwszej części pracy zaprezentowano informacje dotyczące procesów mechanicznego rozdrabniania skał obejmujące przegląd rozwiązań konstrukcji maszyn i procesów technologicznych. Szczegółowo omówiono wpływ płyt kruszących na proces rozdrabniania. Przedstawiono podstawowe informacje o rozdrabnianych materiałach i mechanice procesu rozdrabniania. W pracy zagadnienie rozdrabniania rozpatrywano na drodze analizy teoretycznej oraz szerokiego programu badań doświadczalnych, obejmującego elementarne procesy kruszenia oraz badania maszynowego procesu kruszenia. Nadawą użytą w badaniach były skały powszechnie stosowane na rynku polskim w procesach przeróbki, a mianowicie: piaskowiec „Mucharz", wapień miękki „Pińczów", wapień „Morawica", granit „Strzegom". Badania doświadczalne obejmowały wyznaczenie wytrzymałości na rozrywanie w oparciu o test brazylijski, określenie wytrzymałości na ściskanie oraz wyznaczenie parametrów modelu Coulomba (spójność c i kąt tarcia wewnętrznego p) oraz stałych sprężystych. Przedmiotem pracy było zbadanie wpływu różnego obciążania bloków ciał kruchych (skał) na podstawowe parametry procesu kruszenia (pękania), tzn. na siły graniczne, energię kruszenia i postacie pękania. W tym celu została przeprowadzona analiza doświadczalna zagadnienia ściskania bloków skalnych: stemplami współosiowymi, grupą stempli współosiowych oraz stemplami niewspółosiowymi w różnych konfiguracjach. W procesach tych badano zmiany sił kruszenia i energochłonność procesu w funkcji szeregu parametrów, między innymi wpływ kształtu stempli (płaskie, klinowe, zaokrąglone), szerokości stempli oraz podziałki. Badania pozwoliły na określenie geometrii stempli korzystnych z uwagi na kryterium minimalizacji sił i energii kruszenia. Analizę teoretyczną prowadzono z wykorzystaniem oceny górnej nośności granicznej. W oparciu o zmodyfikowany model Coulomba wyznaczono mechanizmy deformacji i siły kruszenia dla modelowych procesów. Wykazano, że metody nośności granicznej w odniesieniu do skał badanych materiałów wykazują dobrą zgodność z wynikami badań doświadczalnych. W pracy, na podstawie obliczeń teoretycznych, określono optymalne kształty profilu płyty kruszącej (szerokości stempla i podziałki). Jako kryterium projektowe przyjęto minimalizację siły kruszenia stowarzyszonej z globalnym mechanizmem zniszczenia bloku skalnego. Podziałkę określono w oparciu o analizę mechanizmu deformacji. Dla małych podziałek strefy działania stempli nakładają się, co wywołuje pojedynczy mechanizm zniszczenia. Wraz ze wzrostem odległości pomiędzy stemplami następuje skokowa zmiana mechanizmu deformacji, dla której materiał kruszy się samodzielnymi globalnymi mechanizmami pod stemplami przy braku interakcji pomiędzy sąsiednimi stemplami. Podziałkę tę przyjęto jako optymalną. Uzyskane wyniki stanowiły bazę do opracowania nowej koncepcji płyt drobiących zwiększających efektywność procesu kruszenia. W dotychczasowych konstrukcjach profilowanych płyt drobiących przekrój poprzeczny jest stały wzdłuż wysokości komory kruszenia. Ta cecha obniża efektywność kruszenia, gdyż profil płyty powinien być dostosowany do wielkości kruszonych brył i odległości między szczękami. W ramach wykonywanej pracy przeprowadzono kompleksowe badania maszynowego procesu kruszenia dla szeregu materiałów. Badania obejmowały analizę: a) rozkładu obciążenia w komorze kruszarki, b) wpływu kształtu karbu płyt rozdrabniających na efektywność procesu kruszenia, c) efektywności rozdrabniania procesów technologicznych jedno- i dwuetapowych. Badania wykonano dla płyt kruszących o tradycyjnym kształcie (gładkie, karby o zarysie trójkątnym) oraz dla nowych płyt o zmiennej geometrii profilu, określonej w oparciu o analizę teoretyczną. Przeprowadzono również badania dla układów kombinowanych (płyta gładka - płyta o zębach trójkątnych, płyta gładka - płyta o zmiennej podziałce i wysokości zębów, płyta o zmiennej podziałce i wysokości zębów - płyta o stałej podziałce i zębach trójkątnych). Prace doświadczalne obejmowały badania wartości sił kruszenia, pracy kruszenia, rozkładu siły na szczękach, wpływu kształtu szczęk na wielkość i rozkład uziarnienia produktu oraz wydajność procesu. Uzyskane wyniki prac badawczych potwierdzają pozytywną ocenę nowej konstrukcji płyt drobiących. Zmiana podziałki rozstawienia karbów okazała się korzystną modyfikacją (w przypadku obniżenia sił i pracy kruszenia). Płyty o zmiennym profilu poprzecznym oraz płyty pracujące w układzie kombinowanym okazały się konstrukcjami, dla których jednostkowa praca kruszenia osiągnęła niskie wartości. Korzystnym rozwiązaniem konstrukcyjnym było wprowadzenie zmiennego profilu poprzecznego w górnej i środkowej części powierzchni roboczej oraz profilu gładkiego w części dolnej. Badania rozkładu obciążania w komorze kruszarki zrealizowano poprzez podział płyty na dziewięć segmentów z niezależnym układem pomiarowym. Badania doświadczalne ze zmodyfikowaną płytą kruszenia wykazały zmniejszone zużycie energii w procesie kruszenia przez płyty o zmiennej podziałce i wysokości karbu. Było to spowodowane innym rozkładem obciążenia w stosunku do płaskich płyt i płyt z karbami równoległymi. W przypadku płyt o zmiennej podziałce i wysokości karbu najwyższą pracę kruszenia uzyskuje się w środkowych segmentach, zaś w przypadku płyt gładkich i płyt o równoległym karbach w dolnych segmentach. W pracy przedstawiono porównanie procesu jedno- i dwuetapowego. Dla jednoetapowego procesu wartość szczeliny wylotowej wynosiła er = 11 mm, zaś w procesie dwuetapowym szczeliny wylotowe wynoszą e,.= 24 i 11 mm, odpowiednio dla 1 i 2 etapu rozdrabniania. Proces rozdrabniania dwuetapowy daje podobny rozkład uziarnienia w stosunku do procesu jednoetapowego. Wartości średnie sił kruszenia Fmax są silnie związane wielkością szczeliny wylotowej er. Dla szczeliny er = 24 mm siła kruszenia jest 3-7-krotnie mniejsza aniżeli dla szczeliny er = 11 mm w zależności od rodzaju skały. Proces dwuetapowy jest korzystny energetycznie. W analizowanych procesach kruszenia skał uzyskano od 8 do 45% mniejsze zużycia energii. Wydajność procesu dwuetapowego jest wyższa około 30% w stosunku do procesu jednoetapowego. W pracy przedstawiono zastosowanie hipotezy Rittingera i hipotezy Bonda do oszacowania energii w procesach maszynowego kruszenia. Zaproponowano wyznaczenie indeksów Rittingera L0, i Bonda Li, w oparciu o elementarne testy wytrzymałościowe. Zakładając określone uziarnienie produktu, hipoteza Rittingera i Bonda daje zadowalające wyniki oszacowania energii kruszenia.

EN

This work is a comprehensive analysis of machine crushing processes. The first part of the work presents information on mechanical crushing processes of rocks, including an overview of machine construction solutions and technological processes. The influence of crushing plates on the crushing process is discussed in detail. Basic information about crushed materials and mechanics of the crushing process are presented. The problem was considered by theoretical analysis and in a wide experimental research program on elementary crushing processes and machine crushing processes performed on a laboratory jaw crusher. In the research, the feed material comprised several rocks commonly used on the Polish market in processing processes, namely Mucharz sandstone, Pińczów soft limestone, Morawica limestone, and Strzegom granite. The performed experimental tests included determination of tensile strength properties based on the Brazilian test, determination of uniaxial compressive strength and determination of Coulomb model parameters (cohesion c and internal friction angle r) and elastic constants. The aim of the work was to investigate the influence of different loading of blocks of brittle materials (rocks) on the basic parameters of the crushing (cracking) process, i.e., on limit forces, crushing energy and failure patterns. For this purpose, an experimental analysis of rock blocks compression by coaxially arranged stamps, a group of coaxially and non-coaxially arranged stamps, was carried out. In these processes, the changes in crushing forces and energy consumption of the process were investigated as a function of a number of parameters, including the influence of the shape of the stamps (flat, wedge, rounded), width of stamps and pitch distribution. The research allowed to determine the optimal geometry of stamps due to the forces and energy minimization criterion. Theoretical analysis was carried out using the upper limit state analysis. Based on the Modified Mohr-Coulomb model, the mechanisms of deformation and crushing forces were determined for model processes and it was shown that the limit state analysis in relation to brittle rocks showed good agreement with the experimental research results. Basing on the theoretical calculations, optimal shapes of the crushing plate profile were determined (the width of the stamp and pitch distribution). As a design criterion, it was assumed to minimize the crushing force associated with the global mechanism of rock block destruction. The pitch was determined on the basis of analysis of the deformation mechanism. For small pitch, the zones of stamps action overlap, which causes a single mechanism of destruction. When the distance between stamps increases, there is a jump in the deformation mechanism, for which the material crushes with two independent global mechanisms directly under the stamps in the absence of interaction between neighboring stamps. This pitch distribution was adopted as optimal. The results obtained were the basis for the development of the new crushing plate designs that increase the efficiency of the crushing process. In existing designs of profiled crushing plates, the cross-section is constant along the height of the crushing chamber. This feature reduces the efficiency of crushing, because the profile of the plate should be adapted to the size of the crushed blocks and the distance between the jaws. As part of the work, a comprehensive examination of the machine crushing process for a series of materials was carried out. The tests contained analysis of: a) load distribution in the crusher chamber, b) influence of the shape of plate notches on the efficiency of the crushing process, c) one- and two-stage technological processes crushing efficiency. The studies were carried out for crushing plates of traditional shape (flat, triangular notches) and for new plates with variable cross-section profile, determined on the basis of theoretical analysis. Research was also carried out on combined systems (flat plate — plate with triangular notches, flat plate — plate with variable pitch and notches height, plate with variable pitch and notches height — plate with constant pitch and triangular notches). The experimental work included investigations of the value of crushing forces, crushing energy, forces distribution on jaws, influence of jaw shape on size and particle-size distribution of product grain and process efficiency. The obtained research results confirm the positive assessment of the new design of crushing plates. The change in the pitch of the notches turned out to be a favourable modification (in the case of lowering forces and crushing energy). Plates with variable cross-section profile and plates working in a combined system proved to be constructions for which the individual crushing energy achieved low values. An advantageous construction solution was the design of a variable cross-section profile in the upper and middle part of the working surface and a flat profile in the lower part. Studies on load distribution in the crusher chamber were performed by dividing the fixed crushing plate into nine segments with an independent measuring system. Experimental tests showed that the observed reduced energy consumption in the crushing process by plates with variable pitch and notches height is caused by a different load distribution in relation to flat plates and plates with parallel notches. In the case of plates with variable pitch and notches height, the highest crushing energy is achieved in the middle segments, while in the case of flat plates and plates with parallel notches — in the lower segments. This work presents a comparison of the one- and two-stage crushing process. For a one-stage process, the value of the outlet slot was set to er = 11 mm, while in the two-stage process the outlet slot was er = 24 mm and 11 mm respectively for the 1st and 2nd crushing stage. The two-stage crushing process gives a similar particle-size distribution like the one-stage process. The average values of crushing forces Fmax are strongly related to the size of the outlet slot er. For er = 24 mm, the crushing force is 3÷7 times smaller than for the er = 11 mm depending on the type of rock. The two-stage process is energy efficient. In the analysed rock crushing processes, 8 to 45% of the lower energy consumption was obtained. The efficiency of the two-stage process is about 30% higher compared to the one-stage process. The work presents the application of the Rittinger's hypothesis and the Bond's hypothesis for energy estimation in the machine crushing process. It has been proposed to determine the indexes of Rittinger L0 and Bond Li based on elementary strength tests. Assuming a given product size distributi

2

Experimental investigation of the strength and failure behavior of layered sandstone under uniaxial compression and Brazilian testing

Yin P.-F., Yang S.-Q.

Acta Geophysica

|

2018

|

Vol. 66, no. 4

585--605

EN

As a typical inherently anisotropic rock, layered sandstones can differ from each other in several aspects, including grain size, type of material, type of cementation, and degree of compaction. An experimental study is essential to obtain and convictive evidence to characterize the mechanical behavior of such rock. In this paper, the mechanical behavior of a layered sandstone from Xuzhou, China, is investigated under uniaxial compression and Brazilian test conditions. The loading tests are conducted on 7 sets of bedding inclinations, which are defined as the angle between the bedding plane and horizontal direction. The uniaxial compression strength (UCS) and elastic modulus values show an undulatory variation when the bedding inclination increases. The overall trend of the UCS and elastic modulus values with bedding inclination is decreasing. The BTS value decreases with respect to the bedding inclination and the overall trend of it is approximating a linear variation. The 3D digital high-speed camera images reveal that the failure and fracture of a specimen are related to the surface deformation. Layered sandstone tested under uniaxial compression does not show a typical failure mode, although shear slip along the bedding plane occurs at high bedding inclinations. Strain gauge readings during the Brazilian tests indicate that the normal stress on the bedding plane transforms from compression to tension as the bedding inclination increases. The stress parallel to the bedding plane in a rock material transforms from tension to compression and agrees well with the fracture patterns; ‘‘central fractures’’ occur at bedding inclinations of 0–75, ‘‘layer activation’’ occurs at high bedding inclinations of 75–90, and a combination of the two occurs at 75.

3

Mechanical properties of ZrO2-Ti composite system

Łada P. M., Lewandowska D., Miazga A., Konopka K.

Composites Theory and Practice

|

2017

|

R. 17, nr 1

3--8

EN

The paper presents the characteristics of the ZrO2-Ti composite system, formed by the slip casting method. Samples were prepared from slurries with a 45 vol.% solid phase content and 0, 3 and 10 vol.% additions of titanium, respectively. The sintering process was executed in the inert atmosphere of argon at 1450°C with a 2-hour dwell time at the maximum temperature. Density and strength measurements of the green bodies and sintered samples were made. In order to determine the phase structures before and after the sintering process, X-ray analysis was conducted. Vickers hardness and fracture toughness for the sinters were measured. The addition of titanium particles to ZrO2 resulted in a slight decrease in hardness compared to the plain zirconia samples, while the fracture toughness of the composite samples increased. The tensile strength of the green bodies and sinters was at a similar level for the zirconia and composite samples. For the green bodies, the monoclinic ZrO2 phase and tetragonal ZrO2 were revealed. After sintering, only the tetragonal phase of zirconia was detected.

PL

Przedstawiono wybrane właściwości mechaniczne kompozytów z układu ZrO2-Ti wytwarzanych metodą odlewania z mas lejnych (ang. slip casting). W celu wykonania próbek przygotowano masy o zawartości 45% obj. fazy stałej z dodatkiem tytanu w ilości 0, 3 i 10% objętościowych. Badania zagęszczenia oraz wytrzymałości przeprowadzono na próbkach w stanie surowym oraz próbkach po spieczeniu w temperaturze 1450°C w atmosferze obojętnej argonu. W celu określenia budowy fazowej przeprowadzono badanie XRD dla próbek przed i po spieczeniu. Wykonano także pomiary twardości metodą Vickersa. Na ich podstawie wyliczono odporność na kruche pękanie. Dodatek tytanu spowodował nieznaczne obniżenie twardości przy wzroście odporności na kruche pękanie w stosunku do ceramiki cyrkonowej, nie zmienił za to wytrzymałości kształtek w stanie surowym. W próbkach przed spieczeniem zaobserwowano występowanie fazy jednoskośnej ZrO2, która nie pojawia się w próbkach po spieczeniu.

4

Wyznaczanie wytrzymałości na rozciąganie betonu i skał metodą "brazylijską" w konfrontacji z zastosowanym kryterium zniszczenia materiału

Gontarz J., Podgórski J.

Budownictwo i Architektura

|

2014

|

Vol. 13, nr 2

191--200

PL

W pracy przedstawiono analizy tzw. brazylijskiej próby ściskania walca dwoma liniowymi, równoważącymi się obciążeniami, przyłożonymi wzdłuż tworzących, pod kątem możliwości prawidłowego wyznaczania wytrzymałości na rozciąganie. Analizy te zawierają precyzyjnie wyznaczone pola naprężeń, bez osobliwości w miejscu przyłożenia siły, wyznaczenie naprężenia krytycznego w świetle klasycznych oraz współczesnych kryteriów zniszczenia materiału kruchego oraz wyznaczenie położenia punktu, w którym prawdopodobnie zostanie zainicjowana szczelina niszcząca próbkę.

EN

The paper presents the analysis of the Brazilian compression tests considering the possibilities of determining the proper tensile strength. These analyses include the precise designation of the stress field without singularity at the point of application of force, the evaluation of critical stress in the light of classical and contemporary failure criteria for a brittle material, and determination of the position of the point where the destructive crack is expected to be initiated in the sample.

5

Test punktowy, test brazylijski i test na jednoosiowe ściskanie - badania porównawcze

Piątek P.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2008

|

R. 32, z. 1

285-292

PL

W referacie przedstawiono wyniki badań na obciążenie punktowe, na rozciąganie metodą brazylijską i na jednoosiowe ściskanie walcowych próbek skalnych. Badaniom poddane zostały piaskowce o różnej wielkości ziaren, które pobrano z kilku kopalń GZW. W wyniku przeprowadzonych badań zostały wyznaczone wartości współczynnika przeliczeniowego występującego w liniowej zależności pomiędzy wytrzymałością na jednoosiowe ściskanie a wytrzymałością na obciążenie punktowe oraz pomiędzy wytrzymałością na rozciąganie metodą brazylijską a wytrzymałością na obciążenie punktowe badanych piaskowców. Analizując wyniki doświadczeń szczególną uwagę zwrócono na charakter pękania próbek przy obciążaniu punktowym.

EN

The results of the point load test, Brazilian test and uniaxial compression test of cylindrical samples are presented in this paper. Sandstones of different grain size, coming from several collieries in the Upper Silesian Coal Basin, were selected for the studies. Based on the test results, values of the conversion factor that occurs in the linear relationship between the uniaxial compressive strength and point-load strength index and between the tensile strength and point-load strength index have been determined for the sandstones tested. When analysing the experimental results, particular attention was paid to the fracturing mode of rock samples under point load conditions.