Министерство сельского хозяйства республики казахстан

 
40
         Введение 
         Техника  и  технология  тонкого  измельчения  горных  пород  на  протяжении  своего 
развития была и остаётся объектом пристального внимания видных специалистов и учёных. 
Интересы  исследования  направлены  по  пути  дальнейшего  усовершенствования 
измельчающих  машин,  позволяющих  получать  высокодисперсные  порошки  нужного 
гранулометрического состава.  
         В металлургии черных и цветных металлов исходное сырьё – металлсодержащая руда 
горных  пород  для  обогащения  подвергается  измельчению  с  применением  разного  типа 
дробильно-помольного  оборудования:  конусных,  щековых,  шаровых  мельниц,  которые 
используют  в  зависимости  от  требований  по  тонине  помола  на  разных  стадиях 
обогатительного  процесса  руды.  Все  они  работают  по  механизму  процесса  истиранием 
породы конусом механизма, щеками или шарами. Последние применяются в классических 
шаровых  мельницах.  Продукты  переработки  в  горной  и  строительной  индустрии  в 
кусковом и сыпучем виде обладают высоким абразивным воздействием на оборудование  
дробления,  измельчения,  транспортировки.  Буровые  долота,  молотки,  щеки  и  конуса 
дробилок, шнеки, лопасти смесителей, рыхлители, лопатки и резцы дорожных машин, зубья 
и ковши экскаваторов, и многие другие детали, работающие в контакте с землей и горными 
породами, обычно подвергаются интенсивному изнашиванию. 
          Материалы и методы исследований                
          Для  размола  горных  пород  в  классических  шаровых  мельницах  характерно 
энергетическое несовершенство самого процесса измельчения породы, а также имеет место 
сопутствующие  недостатки,  как - то:  нерегулируемое  переизмельчение  и  ошламование 
продуктов[1].  С  увеличением  тонины  помола  коэрцитивная  сила  магнетитного  продукта 
возрастает, что требует размагничивания, особенно при разделении материала с помолом 
тоньше 0,07мм.  Если  в  горнорудной  промышленности  на  дробление  и  измельчение 
расходуется 45 % всей потребной энергии ГОК, то в химической промышленности расход 
электроэнергии на эти процессы ещё выше – до 60%.  
          Анализ  существующих  в  литературе  работ  в  области  создания  теоретических  и 
практических  предпосылок  процесса  измельчения  горных  пород    убедительно 
свидетельствуют о том, что исследования в этой области следует продолжать. Большинство 
из изученных работ посвящены проблеме разрушения горных пород без учёта их влажности 
и  наличия  свободной  влаги  в  их  порах.  Между  тем,  наличие  трещин,  заполненных 
свободной влагой, при нагружении горной породы оказывает положительное влияние на 
процесс  разрушения.  В  этой  связи  дальнейшие  исследования  в  области  разработки 
теоретических основ и опытных данных разрушения хрупких материалов, содержащих в 
своём  составе  свободную  влагу,  а  также    осуществление  поиска  энергосберегающих 
технологий  и  оборудования  измельчения  различных  материалов  является  актуальной 
задачей в  промышленном производстве,  ждущей на сегодняшний день своего решения. 
          В  статье  рассмотрены  вопросы  разработки  и  реализации  в  производстве  горно-
обогатительных  комбинатов    электромельницы    размола    металлосодержащих  руд  на 
принципах  измельчения  в  скоростных  потоках,  ускоряемых  двумя  встречно 
вращающимися роторами. Существующее на сегодняшний день оборудование роторного 
типа  с  использованием  энергетически  выгодного  механизма  разрушения,  как  правило, 
имеет  большие  габариты  и  низкую  износостойкость  рабочих  элементов  мельниц  из-за 
низкой прочности и хрупкости используемого  материала, а также   из-за использования 
разрушения  ударом  о  броневые  преграды  или  вращения  только  одного  ротора  при 
неподвижном другом. Существенным недостатком рассмотренного выше существующего 
оборудования  является их высокая цена. 
          Повышение качества получаемых измельчаемых материалов, упрощение и снижение 
веса  конструкции  электромельницы,  увеличение  производительности,  снижение 
энергетических  затрат  на  измельчение,  а  также  увеличение  срока  службы  установки  
являются неотложными требованиями современного производства [2].    

41
          Следует  отметить,  что  положительное  ускоряющее  влияние  на  ход  дальнейших 
исследований  в  области  разрушения  горных  пород  продиктована    и  бурным  развитием 
компьютерных  технологий.  Данное  направление  открывает  новые  возможности 
моделирования процесса разрушения материалов ударом. Необходимо также отметить, что 
перспективы  дальнейшего  развития  теории  диспергирования,  связаны  с  глубоким 
изучением процесса разрушения отдельно взятой частицы. Результаты таких исследований 
впоследствии можно использовать при описании процесса измельчения коллектива частиц, 
что имеет место при диспергировании материала.  
          Электромельница  мелкодисперсного  помола  с  роторами  встречного  вращения  
предназначается  для  замены  стандартных  шаровых,  вальцевых,  конусно-инерционных  и 
других типов мельниц [3]. 
          Обеспечение мелкодисперсного помола осуществляется за счет эффекта разрушения 
при  встречном  ударе  частиц,  ускоряемых    вращающимися    встречно  роторами  на 
принципах, разработанных для разных устройств к.т.н. Зеленовым Б.А., к.т.н. Михайловым 
Г.Б. (Патент РФ № 2290298)  [4]. 
          Устройство для измельчения материалов, показанное на рисунке 1, содержит корпус 
1  с  осевым  входным  отверстием 2 и  выходным  отверстием  (не  показано),  камеру 
измельчения 3, соосные, встречно вращающиеся относительно вертикальной оси роторы 4 
и 5 с кольцевыми рядами измельчающих элементов 6, 7, 8, и 9, смонтированных на них. 
Рисунок 1 - Разрез по оси устройства для измельчения материалов. 
Попеременное  соударение  материала  с  измельчающими  элементами 6, 7, 8 и 9, 
установленными кольцевыми рядами на встречно вращающихся роторах 4 и 5 обеспечивает 
высокую степень использования кинетической энергии для его измельчения за счет того, 
что  такая  установка  лопаток  на  роторе  обеспечивает  создание  осевой  составляющей 
скорости потока измельчаемого материала, что благоприятно сказывается на степени его 
перемешивания и ведет к повышению тонкости измельчения материала. 
Роторно-встречное дробление за счет измельчения при изгибе и сдвиге обеспечивает 
энергетическую эффективность более чем на порядок выше по сравнению с измельчением 
истиранием и сжатием. К тому же, отметим, что роторно-встречное дробление дает лучшее 
раскрытие  зерен  полезных  минералов  по  сравнению  с  разрушением  раздавливанием  и 
истиранием,  т.к.  разрушение  идет  по  ослабленным  направлениям,  какими  являются 
границы зерен.  
При этом освобождение руды от пустой породы происходит раньше, чем в других 
условиях и не требуется сверхтонкого измельчения, как в шаровых мельницах [5]. 

 
42
В  расчетах,  которые  были  выполнены  для  предварительного  анализа,  новая 
мельница  может  иметь  очень  большую  производительность.  Расчет  теоретической 
производительности при диаметре ротора 1м показывает, что производительность составит 
10 м
3 
⁄ час при числе оборотов, равном  600 в минуту. При этом окружная скорость роторов 
остается  довольно  низкой – 31,4 м/с.  При  увеличении  диаметра  роторов  до 1,5 м 
производительность возрастает до 30 м
3
⁄ час, окружная скорость – до 
 47 м⁄ с при тех же оборотах. При такой достаточно низкой окружной скорости происходит 
только  грануляция  и  дробление.  Для  достижения  измельчения  потребуется  повышение 
окружной скорости до 80 – 120 м ⁄ с, для чего нужно увеличить число оборотов до 1000 – 
1600  в  минуту.  В  этом  случае  производительность  возрастет  до  49 и 72 м
3
  ⁄  час 
соответственно для роторов 1 и 1,5 м диаметром [6,7]. 
Результаты и обсуждение 
По  предлагаемому  циклу  роторно-встречного  дробления  меняется  механика 
разрушения  горной  породы:  существующий  технологический  процесс  разрушения  при 
сжатии  (ударе,  истирании)  на  иной  процесс  разрушения  при  сдвиге  (срезе).  Последний 
процесс требует почти на два порядка меньшей энергии. Справочные данные приведены 
ниже в таблице 1. 
 
Таблица 1. Справочные данные 
 
Материалы
 
Энергия разрушения
 
  
при сжатии, МПа 
при сдвиге, МПа 
Граниты 120-260 3 
Песчаники 40-150  2 
Габро-диабаз 357  36,16 
 
Роторная мельница обеспечивает как сухой цикл измельчения, так и мокрый. Сухой 
цикл  открывает  новые  технологические  возможности.  В  Европе  развивают  сухой  цикл 
технологий измельчения, так как он сокращает складирование хвостовой пульпы. С учетом 
климатических особенностей Казахстана сухой цикл ещё более предпочтителен, чем для 
Европы. 
Разработка  электромельницы  размола    металлосодержащих  руд  на  принципах 
измельчения в скоростных потоках, ускоряемых двумя встречно вращающимися роторами 
мельницы  влечет  замену  энерго-металлоёмких  шаровых,  щековых,  вальцевых,  конусно-
инерционных и других типов мельниц в горно-обогатительных комбинатах. Горнорудная 
промышленность остро нуждается в новых энергосберегающих технологиях измельчения 
руды.  Предлагаемая  мельница  прежде  всего  будет  интересна  для  внедрения  на 
предприятиях  ССГПО,  Казахмыс,  Балхашцветмет  и  ряда  других  металлургических 
предприятий,  расположенных  не  только  на  территории  Республики  Казахстан,  а  также 
представляет интерес для горнодобывающей промышленности ввиду схожих требований к 
эксплуатации  промышленного  оборудования  и  для  стран  СНГ.  Роторная  мельница 
представляет  интерес  и  в  производстве  строительных  материалов,  например,  цемента,  в 
переработке  отходов  деревообработки,  в  целлюлозно-бумажной,  фармацевтической, 
пищевой  промышленности,  а  также  при  утилизации,  например,  стеклянного  боя, 
радиоэлектронных приборов.. 
 Разработка  роторной  мельницы  в  свою  очередь  вызовет  поиск  решения  таких 
проблем,  как  процессы  самоторможения    измельчаемых  частиц  при  движении  в 
межроторном пространстве.  Работы в этой части потребуют тщательного моделирования 
формы и высоты захватывающих выступов на роторах со сторон, формирующих камеру 
(пространство)  измельчения,  а  также  регулирования  всасывания  необходимых    объемов 
воздуха, захватываемого измельчаемой породой при движении в мельнице. Ожидается, что 
возможное  заклинивание  вращения  роторов  не  приведет  к  их  разрушении,  так  как  

43
высокомоментный  электродвигатель  будет  снабжен  встроенной  магнитной  муфтой  для 
передачи 
вращения 
вместо 
механических 
редукторов. 
Муфта 
обеспечивает 
проскальзывание при превышении предельной расчетной нагрузки на валу роторов.  
В  будущем  в  процессе  работы,  с  большой  вероятностью  можно  утверждать,  что 
возникнет  необходимость  обязательного  обеспечения  синхронизации  роторов  при 
встречном вращении для исключения возникновения неуравновешенных реактивных сил 
при  соударении  встречных  потоков  измельчаемых  частиц  породы.  А  значит  возникнут 
задачи  с решением  проблемы  соблюдения  принципа синхронизации вращения роторов, 
для чего необходимо проведение работ по разработке  специальной  электронной системы 
обеспечения синхронизации вращения индивидуальных электродвигателей роторов. 
Для исключения рисков в условиях разнообразия по природным свойствам горных 
пород на разных горно-обогатительных комбинатах должна быть разработана специальная 
методика  тестирования  пород  и  режимов  измельчения  для  исключения  неправильного 
выбора и эксплуатации оборудования.  
Альтернативным  оборудованием  могут  служить  струйные  мельницы,  которые  по 
качеству  измельчения,  чистоте  получаемых  продуктов  близки  к  идеалу,  однако  они  не 
достигают  столь  высокой  производительности,  которая  необходима  на  сегодня 
горноперерабатывающей  промышленности.  К  тому  же,  необходимо  отметить,  что 
струйные  мельницы  по  своим  конструктивным  и  технологическим  особенностям,  
отличаются довольно высоким износом оборудования и расходом энергии. 
Выводы 
Использование  роторной  мельницы
 
в  конечном  итоге  приведет  к  повышению 
степени  чистоты  полученных  материалов  за  счет  исключения  мелющих  тел  из  процесса 
измельчения;    увеличение  измельчения  за  счет  повышения  центробежной  силы, 
развиваемой  размольными  роторами;  повышению  энергетической  эффективности  более 
чем на порядок по сравнению с истиранием и сжатием; лучшее раскрытие зерен полезных 
минералов по сравнению с разрушением раздавливанием и истиранием; обеспечение как 
сухого цикла измельчения, так и мокрого; высокую производительность оборудования. 
           Работа выполнена в рамках проекта, финансируемой МОН Республики Казахстан по  
теме «Разработка, испытание  низко-энергозатратной мельницы измельчения в скоростных 
встречных  потоках  металлосодержащих  руд»  по  бюджетной  программе: 055 «Научная 
и/или  научно-техническая  деятельность»,  по  приоритету  «Рациональное  использование 
природных ресурсов, переработка сырья и продукции». 
Литература  
1. Зеленов  Б.А.,  Крылов  Б.С.,  Гордеев  С.К.  Многофункциональные  материалы  с
управляемыми свойствами // научно-технический сборник «ЦНИИ материалов - 90 лет в 
материаловедении», стр.8-17.  
2. Зеленов  Б.А.  Совершенствование  хромирования  для  повышения  живучести
деталей циклического нагружения // научно-технический сборник» ЦНИИ материалов - 90 
лет в материаловедении», стр.62-72. 
3. Зеленов  Б.А.,  Крылов  Б.С.  Повышение  роли  титана  в  развитии  специального
машиностроения //  журн. «Газовая промышленность», 2005г.,№3. 
4. Зеленов  Б.А.,  Ковалевский  В.Н.,  Гордеев  С.К.,  Смирнов  В.В,  Некоторые
особенности формирования структуры и свойств наноструктурных материалов // сб. межд. 
конф. «Наноструктурные материалы, получение и свойства». Минск, стр.50-54.  
5. Gordeev S., Zhukov S., Danchukova L., Ekstrom T., Zheng J., SiC –Skeleton cemented
diamond novel engineering material with unique properties //Ceramic Engineering and Science 
Proceedings, 2000. V.21.Issue 3.P. 753-760. 

 
44
6.   Гордеев  С.К.,  Жуков  С.Г.,  Данчукова  Л.В.  Новые  возможности  применения 
износостойких алмазных композиционных материалов, // Iнструментальный свiт, 2003, №2, 
стр.4-6. 
7. 
  Евразийский патент №003715, 28.03.2003. 
 
УДК 656.073 
 
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЕТЕВЫХ МОДЕЛЕЙ В ЛОГИСТИКЕ 
 
Есимова Ж.А., Сейдалиева Г.О., Сейдалиева Г.О.  
 
Казахский национальный аграрный университет, Алматы 
 
Аңдатпа   
Мақалада  əр  түрлі  модельдерді  қолданудың  көлік  логистикасында  шешілетін 
есептерінің  негізгі  типтері  қарастырылған.  Материалдың  жəне  қаржылық  ағындардың 
оңтайландыруын  жүргізу  мақсатында  желілік  жəне  графтың  моделдерін  құрастыруды 
тиімді басқару негіздері қарастырылған. 
 
Annotation  
The article deals with the theoretical aspects of the application of different types of models, 
the basic types of problems to be solved in transport logistics. Knowledge of the theoretical 
foundations of the construction of the network graph models and enhances the effectiveness and 
improve the management in order to optimize material flow and cash flow. 
 
Ключевые слова:
 логистика, сетевые модели, потоки, алгоритм Форда-Фалкерсона. 
 
Накопленный  опыт  управления  производством  показывает,  что  традиционные 
возможности  и  способы  повышения  эффективности  и  совершенствования  управления  с 
целью оптимизации движения материальных и денежных потоков в значительной степени 
себя исчерпали и нужны новые формы и методы. Проведенные исследования показали, что 
в  стоимости  продукта,  попавшего  к  конечному  потребителю,  более 70%  составляют 
расходы на логистику, то есть на транспортировку, хранение, упаковку и прочее [1]. 
Логистическая  наука  и  практика  включает  в  себя  закупочную  (снабженческую) 
логистику, производственную логистику, маркетинговую (сбытовую, распределительную) 
логистику, 
транспортную 
логистику, 
логистику 
запасов, 
информационную 
(компьютерную) логистику и т.д. Отдельные составляющие логистики хорошо известны; 
новизна логистического подхода заключается в интеграции всех областей деятельности с 
целью минимизации затрат времени и ресурсов путем оптимального сквозного управления 
материальными, информационными потоками. 
Значительная часть логистической операции на пути движения материальных потоков 
от первичного источника сырья до конечного потребителя осуществляется с применением 
различных  транспортных  средств.  Затраты  на  выполнение  этих  логистических  операций 
составляют до 50% от суммы общих затрат на логистику. 
Транспортировка  является  частью  логистического  процесса  и  относится  к  сфере 
производства  материальных  услуг.  Управление  материальным  потоком  в  процессе 
транспортировки и организация транспортирования грузов является сферой транспортной 
логистики. 
B  области  транспортной  логистики  ставятся  и  решаются  следующие  задачи: 
определение оптимального плана перевозок однородной продукции,  задачи размещения с 

45
учетом транспортных и производственных затрат, определение рациональных маршрутов 
и транзитная перевозка продукции. 
Задачи  транспортной  логистики  решаются  во  взаимной  связи  с  другими  задачами 
логистики,  такими,  как  производственная  логистика,  складская  логистика,  логистика 
запасов,  сбытовая  логистика,  информационная  логистика,  что  отражает  объективный 
процесс  срастания  транспорта  с  обслуживаемым  производством  и  распределением, 
превращение  его  в  звено  единой  логистической  системы – производство – транспорт – 
распределение [2]. 
При  решении  задач,  возникающих  в  транспортной  логистики,  часто  используются 
сетевые и графовые модели. 
B сетевых и графовых моделях объектом исследования является сеть, состоящая из 
узлов  и  линий  связи.  Предполагается,  что  в  сети  имеется  два  особых  узла:  вход  в  сеть 
(исток)  и  выход  из  сети  (сток).  В  качестве  аппарата  формализации  используется  теория 
графов  и  специально  разработанный  алгоритм  решения  таких  задач.  Наиболее  часто 
решаются следующие типы задач: 
- нахождение максимального потока грузов через транспортную сеть; 
- нахождение кратчайшего или самого дешевого пути между произвольными узлами 
сети; 
- построение самой дешевой сети дорог, линий передач, трубопроводов; 
- поиск узких мест в транспортной сети; 
- оптимальное назначение исполнителей по работам. 
Технология  решения  этих  задач  основывается  на  следующих  понятиях  и 
обозначениях. Каждая дуга графа, соединяющая два узла x
i 
и x
j
, характеризуется длиной  l(x
i
, x
j
). Каждый из узлов сети (x
i
) называют вершиной графа G, представляющего собой всю 
сеть. Дуги могут быть как ориентированными, обозначаемыми на графе G в виде стрелок, 
так и неориентированными. Общее число вершин графа G равно n, и индексы вершин x
i 
, 
меняются от i=1 до  i=n. 
Введем понятие транспортная сеть – связанный ориентированный мультиграф без 
петель, в котором: 
- существует одна и только одна вершина x
0
, называемая входом сети (истоком); 
- существует одна и только одна вершина x
n
, называемая выходом сети (стоком); 
-  каждой  дуге  g
ij
(x
i 
, x
j
)  отнесено  целое  число  С(x
i 
, x
j
)≥0,  называемое  пропускной 
способностью. 
Для произвольной вершины x
i 
 множество дуг, входящих в нее, обозначим через 
,
а  множество  дуг,  входящих  из  x
i 
  обозначим  через 
.  Тогда  потоком 
транспортной  сети  назовем  целочисленную  функцию,  определенную  на  множестве  дуг 
графа G(x) которая удовлетворяет свойствам формулы (1): 
1)
0, ∈
,
,
1, ;
 
2)
∑
∈
∑
∈
0, для
,
;
(1)
3)
С
, ∈ .
Cвойство 2 означает известное условие сохранения вещества в промежуточных узлах 
xi. Oно показывает, что в любой промежуточной вершине транспортной сети вещество не
создается и не исчезает.  
Cвойство 3 показывает, что в единицу времени реальное количество вещества (грузов) 
не может быть больше пропускной способности дуги. 
Приток вещества в вершине x
n 
представляет собой величину транспортного потока в 
сети и определяется по формуле (2): 

 
46
∑
∑
∈
∈
       
 
   
 
 (2) 
Eсли сделать разрез графа G через множество вершин 
,
то множество дуг, 
заходящих в множество вершине, назовем разрезом сети. Пpопускная способность разреза 
равна сумме пропускных способностей дуг, входящих во множество А и вычисляется по 
формуле (3): 
∑
.
∈
      
 
 
 
 
              
(3) 
 
Любой элемент вещества (груз), движущийся от x
0   
к x
n  
пройдет хотя бы один раз по 
некоторой  дуге  разреза 
.  Тогда  каковы  бы  ни  были  поток 
 
и  разрез  сети 
, 
всегда имеет место неравенство формулы (4): 
 
   
 
 
 
 
 
 
 
       
(4) 
 
Существует лемма, которую примем без доказательства. 
Eсли для какого-либо разреза 
 имеет место равенство 
 
,
  то: 
1)  поток имеет наибольшую величину;  
2)  разрез 
  обладает  наименьшей  пропускной  способностью,  равной  сумме 
пропускных способностей дуг. 
Задача о наибольшем потоке в сети 
Пусть  сеть  представлена  графом  G(x)  с  множеством  ребер U, n вершинами  x
i
,  у 
которого x
0 
и x
n  
– соответственно вход и выход сети. Для каждого: ребра сети x
i
, x
j
) или дуги 
задана пропускная способность по формуле (5): 
0 при
,
∈ ,
,
, когда
,
∈
    
 
 
     
 
(5) 
Надо найти такую систему чисел 
,
, представляющих фактические значения 
потоков в дугах графа G, для которой справедливо неравенство формулы (6): 
 
0
,
.    
 
 
 
 
 
 
   
(6) 
Это неравенство означает тот очевидный факт, что поток по ребру (xi, xj) не может 
быть  больше  пропускной  способности  дуги.  Исходя  из  третьего  условия  определения 
потока, следует, что любой поток, входящий в x
i
, равен потоку, выходящему из вершины x
i
: 
)
(
)
(
)
,
(
)
,
(
0
0
i
i
X
X
n
j
j
i
n
k
i
k
U
U
x
x
x
x












 
Условие  максимальности  потока  на  выходе  транспортной  сети  будет  иметь  вид, 
указанный в формуле (7): 



n
n
i
n
i
x
x
)
,
(
max
max


 
 
 
 
 
 
 
 
(7) 
 
Эта классическая задача линейного программирования, но обычно трудно решаемая 
из-за  плохой  сходимости  алгоритма  симплекс-метода,  требующая  много  итераций 
(жордановых исключений). Поэтому американские ученые Форд и Фалкерсон предложили 
более  простой  алгоритм  ее  решения.  Идея  этого  алгоритма  состоит  в  постепенном 
увеличении потока до тех пор, пока он не станет максимальным. Единственное ограничение 
на  применение  алгоритма  Форда-Фалкерсона  состоит  в  том,  что  С(xi,xj)  должны  быть 
целыми числами. Поэтому и величина потока представляет целочисленную функцию. 
Алгоритм Форда – Фалкерсона может быть использован как инструмент интеграции 
усилия  звеньев  сети  распределения,  учитывающий  современные  особенности  процесса 
управления логистическими системами. 

47

жүктеу/скачать 7,24 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: