Промислова машина починається не з креслення. Спершу інженерам потрібно дослідити сировину, визначити технологічне завдання і зрозуміти, який продукт має отримати підприємство. Лише після цього з’являються розрахунки, тривимірна модель, конструкторська документація та, зрештою, метал. Про те, як наукова ідея перетворюється на обладнання, говоримо з Олександром Дрешпаком — кандидатом технічних наук, доцентом кафедри екології та технологій захисту навколишнього середовища, директором Центру переробки та збагачення мінеральної і техногенної сировини НТУ «Дніпровська політехніка».
Науковець досліджує грохочення вологої та липкої сировини, класифікацію тонкодисперсних матеріалів, флотацію, магнітну сепарацію, дроблення і комплексну переробку природної та техногенної сировини. Академічну роботу він поєднує з практичним розробленням збагачувальних технологій та обладнання для Gema Trading.
Олександре Станіславовичу, з чого насправді починається нове промислове обладнання?
Не з металу і навіть не з креслення. Обладнання починається з правильно сформульованої технологічної задачі. Замовник може сказати: потрібно відмити пісок, підвищити якість вапнякового відсіву або розділити матеріал на декілька фракцій. Але для інженера цього недостатньо. Потрібно знати гранулометричний, мінеральний і хімічний склад сировини, її вологість, вміст глинистих домішок, насипну густину, міцність, абразивність та характер зміни цих показників у часі. Ми також маємо розуміти, який продукт очікується на виході: його крупність, вологість, вміст корисного компонента, допустимий рівень домішок. Важливі продуктивність лінії, доступність води, електроенергії, площа майданчика та можливість інтегрувати нове обладнання у чинне виробництво.
Тому перший етап — не проєктування машини, а дослідження матеріалу і виробничих умов.
Що має бути першим: технологія чи конструкція машини?
Спочатку технологія. Машина є способом реалізації технологічного процесу, а не самостійною метою. Якщо ми не визначили, за якою ознакою розділятимемо матеріал, якої крупності має бути продукт і як змінюються властивості сировини, то навіть якісно виготовлене обладнання може не дати потрібного результату. Наприклад, для промивання та класифікації піску можуть використовуватися гідроциклони, високочастотний грохот, насос, зумпф і система повернення води. Але конфігурація такого модуля залежить від гранулометричного складу матеріалу, необхідної межі розділення та продуктивності всього комплексу. Універсальної схеми, однаково ефективної для кожного родовища, не існує.
Інженерне рішення має враховувати конкретну сировину. Інакше ми фактично змушуємо матеріал пристосовуватися до машини, хоча правильно робити навпаки.
Які етапи проходить обладнання між першою ідеєю і запуском на підприємстві?
Спочатку ми відбираємо та досліджуємо проби. За потреби проводимо лабораторні випробування: грохочення, промивання, флотацію, магнітну або гравітаційну сепарацію, згущення і фільтрування. Після цього формується технологічна схема. Вона показує рух сировини, води та проміжних продуктів, визначає навантаження на кожну операцію. Складається матеріальний баланс і встановлюються вимоги до продуктивності обладнання. Наступний етап — конструкторське опрацювання. Інженери визначають геометрію робочих органів, кінематичну схему, потужність приводів, вібраційні та силові навантаження. Розробляються тривимірні моделі, креслення деталей і складальних одиниць, специфікації, паспорти та інструкції. Потім документація передається у виробництво. Виготовляються окремі деталі, металоконструкції та вузли, проводяться складання і перевірка. Після цього обладнання потрібно доставити, змонтувати, під’єднати до суміжних систем і налаштувати на реальній сировині. Запуск не завершує розроблення. Перші результати експлуатації дають інженерам інформацію, яку неможливо повністю отримати під час розрахунків. Тому після пусконалагодження можуть уточнюватися режими роботи, конструкція окремих вузлів або алгоритми керування.
На якому етапі найчастіше виникають помилки?
Найбільш дорогі помилки зазвичай закладаються на початку — під час формування технічного завдання. Якщо проєктувати обладнання за однією пробою і не враховувати сезонну мінливість сировини, машина може добре працювати під час випробувань, але втрачати продуктивність після дощу або за підвищеного вмісту глини. Так само недостатньо орієнтуватися лише на паспортну продуктивність у тоннах за годину. Потрібно оцінювати ефективність розділення, якість продукту, його вологість, витрати води й електроенергії, зношування робочих поверхонь, тривалість простоїв і доступність вузлів для обслуговування.
Правильне технічне завдання має описувати не машину як таку, а результат, який вона повинна стабільно забезпечувати.
Ваше дисертаційне дослідження було присвячене збагаченню неоднорідної вапнякової сировини. Як наукова робота перетворилася на конструктивне рішення?
Проблема неоднорідних вапнякових родовищ полягає в тому, що разом із корисним матеріалом видобуваються глина, пісок та інші домішки. За підвищеної вологості вони налипають на поверхню каменю і забивають звичайні сита. Через це погіршується класифікація, а частина якісного вапняку може потрапляти у відходи. У дослідженні ми пов’язали ефективність збагачення з гранулометричним і хімічним складом сировини, її вологістю, межею розділення та параметрами грохота. Практичним результатом стало обґрунтування використання валково-пальцевого грохота, який одночасно переміщує матеріал, руйнує глинисті злипання і виконує класифікацію. За результатами досліджень застосування такого привода стабілізує процес класифікації та може підвищувати ефективність збагачення на 10–20%. Запропоновані конструктивні рішення також спрямовані на збереження працездатності грохота і скорочення часу ремонтів.
Результати захищено патентами на валково-пальцевий грохот, вал грохота та спосіб збагачення неоднорідних карбонатних матеріалів. Детально вони представлені в дисертаційному дослідженні.
Як практична робота з Gema Trading впливає на Ваш підхід до досліджень?
Виробництво швидко показує різницю між рішенням, яке працює на папері, та рішенням, яке можна виготовити, змонтувати й обслуговувати. Під час наукового дослідження ми передусім оцінюємо закономірності процесу та технологічний результат. У виробничому проєкті до цього додаються вартість металу, доступність комплектувальних виробів, можливості механічного оброблення, зварювання і транспортування, терміни виготовлення, ремонтопридатність та безпека персоналу. Конструкція може бути математично правильною, але надто складною у виготовленні. Або забезпечувати високу ефективність, але вимагати тривалого демонтажу для заміни сита чи підшипникового вузла. Для промислового підприємства це означає простої.
Тому хороший інженерний результат — не найскладніша машина. Це обладнання, яке забезпечує потрібні технологічні показники, витримує реальні навантаження і залишається зрозумілим для експлуатаційного персоналу.
Яке обладнання сьогодні найбільше потрібне збагачувальним підприємствам?
Попит зміщується від постачання окремої машини до комплексного технологічного рішення. Підприємству зазвичай потрібен не просто грохот або конвеєр, а узгоджена лінія: приймальний бункер, живильник, дробарка, класифікаційне обладнання, транспортна система, промивання, зневоднення та автоматика. Наприклад, ситогідроциклонний модуль поєднує гідроциклони, високочастотний зневоднювальний грохот, насос і зумпф. Така система може застосовуватися для промивання піску, гранітного або вапнякового відсіву, збагачення шламів та очищення бурових розчинів. Важливо, що параметри кожного компонента мають бути узгоджені. Якщо насос подає більше пульпи, ніж здатен прийняти гідроциклон, або площа сита не відповідає навантаженню, вся технологічна лінія втрачає стабільність.
Якою має бути конструкція обладнання для важких промислових умов?
Надійність починається з розуміння характеру навантажень. Для грохотів це постійна вібрація, ударне навантаження, абразивне зношування, волога та нерівномірна подача матеріалу. Тому потрібно правильно розрахувати жорсткість короба, положення вібраторів, амплітуду і частоту коливань, ресурс опорних елементів. Поверхні, які контактують із матеріалом, захищають зносостійким футеруванням. Модульна система сит дає змогу швидше замінювати зношені ділянки, а зручні майданчики обслуговування скорочують тривалість ремонтів. Усе це може здаватися другорядним порівняно з основним технологічним процесом, але саме такі рішення значною мірою визначають фактичну готовність машини до роботи.
Чому під час розроблення збагачувальної технології потрібно враховувати навіть буровибухові роботи в кар’єрі?
Тому що технологічна лінія починається ще до дробарки. Спосіб руйнування масиву впливає на крупність, структуру і властивості сировини, яка надходить на переробку. У спільному дослідженні зміни якості граніту після вибухових робіт ми встановили перерозподіл матеріалу з крупних фракцій 1–20 мм у дрібну фракцію 0–1 мм, частка якої збільшилася на 4,2%. Також були виявлені зміни у кристалічній структурі кварцу. Це впливає на вибір стадій дроблення, грохочення та сепарації. Якщо не врахувати характеристик матеріалу після вибуху, можна неправильно визначити навантаження на обладнання або отримати надлишкове утворення дріб’язку. Результати опубліковано в журналі Mining of Mineral Deposits у статті про зміну складу нерудної сировини після вибухових робіт.
Наскільки важливо сьогодні переробляти не лише первинну сировину, а й відсіви та промислові відходи?
Це один із найперспективніших напрямів. Те, що раніше складали у відвал, може містити будівельний пісок, щебеневі фракції, залишкове вугілля, глинисту сировину або інші корисні компоненти. Разом із колегами ми розробляємо технології комплексного перероблення гранітних і вапнякових відсівів. Вони передбачають отримання декількох товарних фракцій, очищення супутнього піску та прискорене осадження глинистих частинок в оборотній воді. Це дає змогу скоротити споживання свіжої води та зменшити навантаження на шламосховища. Окремий напрям — комплексна переробка породних відвалів вугільних шахт. Дослідження показують можливість одержання вугільного концентрату, щебеневої суміші, піщаної та глинистої фракцій. Тобто відвал можна розглядати не тільки як екологічну проблему, а й як техногенне родовище.
Запропоновані університетською командою рішення з перероблення відсівів представлені на дослідницькій платформі Дніпровської політехніки.
Чого виробництво навчає науковця, а наука — виробничника?
Виробництво навчає відповідальності за кожне конструкторське рішення. У статті можна описати очікуваний ефект, але в цеху потрібно відповісти, як виготовити деталь, як вона працюватиме під навантаженням і скільки часу триватиме її заміна. Наука, зі свого боку, не дозволяє обмежитися підходом «ми завжди робили саме так». Вона змушує вимірювати, порівнювати режими, будувати моделі та перевіряти гіпотези. Найкращий результат з’являється тоді, коли цей зв’язок працює в обидва боки: лабораторні дослідження переходять у дослідний зразок, дослідний зразок — у промислову машину, а результати експлуатації повертаються до університету як нові дані для аналізу й удосконалення конструкції.
Які перспективи має українське виробництво збагачувального обладнання?
Українські підприємства потребуватимуть модернізації, енергоефективних технологій і глибшої переробки сировини. Значна частина наявного обладнання морально або фізично застаріла, а залежність від імпортних машин і комплектувальних виробів створює додаткові ризики. Водночас Україна має власну сировинну базу, гірничу школу, конструкторські компетентності та виробничий досвід. Наше завдання — поєднати їх у повний інженерний цикл: дослідження матеріалу, розроблення технології, проєктування, виготовлення, автоматизацію і сервіс. Для університету така співпраця з виробництвом важлива ще й тому, що студенти бачать повний шлях інженерного рішення. Вони працюють не з абстрактною машиною, а з реальною сировиною, обмеженнями конкретного підприємства та відповідальністю за кінцевий результат.
Прес-служба НТУ «Дніпровська політехніка»
