Щековые дробилки

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ

ДРОБИЛЬНО-ПОМОЛЬНОЕ И СОРТИРОВОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

ГЛАВА 8

МАШИНЫ ДЛЯ ГРУБОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ (ДРОБЛЕНИЯ) МАТЕРИАЛОВ

§ 8.1. Назначение, способы измельчения и применяемое оборудование

Твердые полезные ископаемые (руды, топливо, химическое сырье и сырье для производства строительных материалов) добы­вают в основном в виде более или менее крупных кусков, непосред­ственное использование которых для получения необходимых ве­ществ и материалов невозможно.

Для использования добытого сырья его подвергают измельче­нию.

Измельчением называют процесс разрушения твердого тела по­средством воздействия на него внешних механических сил с целью уменьшения размеров кусков до заданной крупности и их дальней­шего использования.

Измельчение как технологическая операция может иметь само­стоятельное значение, когда в результате измельчения получают товарную продукцию (например, при производстве щебня), или но­сить характер подготовки к последующим операциям. При измель­чении материала возрастает общая поверхность частиц, отнесенная к единице массы материала, называемая удельной поверхностью. При тонком измельчении значительно возрастает удельная поверх­ность материала, и он приобретает новые важные свойства — ста­новится химически высокоактивным. Так, измельченный до пыле­видного состояния уголь сжигают в форсунках подобно жидкому горючему, клинкер превращается в цемент, обладающий вяжущи­ми свойствами, многокомпонентные смеси быстро химически вза­имодействуют при более низких температурах благодаря большому числу контактирующих точек. Измельчение широко применяют так­же при обогащении руд цветных и черных металлов и нерудного сырья, когда из природного конгломерата извлекают ценные состав­ляющие.

Процесс измельчения является одной из важнейших операций в производстве строительных материалов и изделий.

Способы измельчения. На измельчение может поступать мате­риал, имеющий частицы и куски размерами от долей миллиметра до 1,2 м в поперечнике. В зависимости от крупности кусков измель­ченного материала процесс измельчения называют дроблением или помолом.

Дробление подразделяют на крупное — размер кусков пос­ле дробления от 80 до 200 мм, среднее — от 20 до 80 мм, мелкое — от 2 до 20 мм. Помол подразделяют на грубый — размер частиц после помола от 0,2 до 2 мм, тонкий — от 0,01 до 0,2 мм и сверх­тонкий— менее 0,01 мм.

Размер кусков определяют измерением. Для более точного опре­деления размера куска берут среднее из измерений в трех взаимно перпендикулярных направлениях (или в двух при измерении под микроскопом). Отношение среднего размера куска до измельчения Dср к среднему размеру куска после измельчения d _СР называют сте­пенью измельчения:

i= Dср/ d_СР (8.1)

Степень измельчения наряду с производительностью и удельным расходом энергии (количество энергии, затраченное на получение единицы продукции) является основным технико-экономическим показателем работы дробильно-помольных машин. Все дробильно-помольные машины позволяют регулировать степень измельчения. Чем мельче куски материала, тем легче обеспечить высокую сте­пень измельчения. При дроблении степень измельчения колеблется обычно от 3 до 20, а при помоле — от 100 до 1000. По условиям технологического процесса может оказаться необходимым крупные куски материала измельчить до размеров в несколько сотых и да­же тысячных долей миллиметра (например, при производстве це­мента). В этих случаях измельчение ведут последовательно, ис­пользуя ряд машин, каждая из которых наиболее эффективна для работы в определенном диапазоне размеров — для крупного, сред­него, мелкого дробления и для окончательного помола.

На дробимость и размалываемость материалов большое влия­ние оказывают их физические свойства: хрупкость, вязкость, сло­истость и особенно прочность, характеризуемая пределом прочно­сти на сжатие — малой прочности до 10 МПа, средней прочности от 10 до 50 МПа, прочные от 50 до 250 МПа и очень прочные от 250 до 450 МПа.

Измельчение материала может осуществляться различными спо­собами: раздавливанием (рис. 8.1, а), ударом (рис. 8.1, б), исти­ранием (рис. 8.1, в), изгибом (рис. 8.1, г), раскалыванием (рис. 8.1, д), резанием (рис. 8.1, е), взрывным дроблением (рис. 8.1, ж). В дробильно-помольных машинах измельчение обычно осуществля­ют комбинированным способом.

Классификация. Дробильно-помольные машины должны эффек­тивно работать в разнообразных условиях. Этим объясняется большое количество типов и разновидностей машин.

Рис. 8.2. Схемы дробильно-помольных машин

Дробильно-помольные машины классифицируют по нескольким признакам: по крупности частиц конечного продукта — на дробил­ки и мельницы; по технологическому применению — на машины сухого и мокрого измельчения, работающие в замкну­том цикле (материал после измельчения разделяют по крупности и недостаточно измельченный возвращают на повторное измельче­ние) и в открытом цикле (материал проходит через дробильно-помольную машину один раз). По конструкции и принципу действия различают следующие дробилки и мельницы.

Щековые дробилки (рис. 8.2, а) измельчают материал раздав­ливанием между плоскими рифлеными наклонными поверхностями, одна из которых неподвижна, а вторая совершает возвратно-качательные движения. Конусные дробилки (рис. 8.2, б) измельчают ма­териал в основном раздавливанием и частично изгибом между дву­мя коническими рифлеными поверхностями, из которых наружная неподвижна, а внутренняя совершает круговые движения, как бы обкатываясь по материалу, прижатому к внутренней поверхности неподвижного конуса. Валковые дробилки (рис. 8.2, в) измельчают материал в основном (раздавливанием и частично истиранием меж­ду двумя цилиндрическими, вращающимися навстречу друг другу поверхностями — гладкими, рифлеными или зубчатыми. Бегуны (рис. 8.2, г) измельчают материал раздавливанием и истиранием между цилиндрическими поверхностями катков и плоской поверх­ностью чаши. Глинорезки (рис. 8.2, д) измельчают материал но­жами, вставленными под углом во вращающийся диск.

Молотковые дробилки (рис. 8.2, е) измельчают материал уда­ром быстровращающихся молотков, шарнирно или жестко закреп­ленных на роторе. Дезинтеграторы (рис. 8.2, ж) измельчают мате­риал ударом быстровращающихся цилиндрических стержней при встречном движении их рядов, закрепленных на двух роторах. Аэробильные и шахтные мельницы (рис. 8.2, в) измельчают материал ударом, так же как и молотковые дробилки, но позволяют полу­чать мелкий продукт благодаря работе в замкнутом цикле. Коль­цевые (роликовые) мельницы (рис. 8.2, и) измельчают материал раздавливанием и истиранием подобно бегунам, но работают в замкнутом цикле и дают более мелкий и однородный продукт при широкой возможности регулирования степени измельчения. Бара­банные (шаровые) мельницы (рис. 8.2, к) с вращающимся бара­баном измельчают материал ударом и истиранием дробящих тел, загруженных в барабан вместе с материалом. Вибрационные мель­ницы (рис. 8.2, л) измельчают материал ударом и истиранием при соударении вибрирующих мелющих тел, загруженных в барабан вместе с материалом. Мельницы струйной энергии измельчают ма­териал ударом и истиранием при соударении друг с другом частиц, быстро двигающихся по встречным или пересекающимся траекто­риям.

Щековые дробилки

Щековые дробилки служат для крупного и среднего дробления кускового материала среднесрочных, прочных и очень прочных по­род. В промышленности строительных материалов щековые дро­билки используют для дробления камня при производстве щебня, для дробления известняка,или мергеля на цементных заводах, пер­лита и обсидиана на заводах теплоизоляционных материалов, дроб­ления некондиционных бетонных и железобетонных изделий при их утилизации на заводах стройиндустрии.

Щековые дробилки могут быть с верхним и нижним подвесом щеки, с простым и сложным движением щеки, с эксцентриковым и кулачковым приводом. Наиболее широко распространены дробилки с простым движением щеки и эксцентриковым приводом.

Щековая дробилка с простым движением щеки (рис. 8.3, а) со­стоит из станины /, неподвижной щеки 2, подвижной щеки 4, экс­центрикового вала 6, шатуна 15, распорных плит 13, вертикального регулировочного клина 10 и горизонтального 11, тяги 14 с пружи­ной, приводного шкива и двух маховиков 8. Станина представ­ляет собой раму, состоящую из двух боковых, передней и задней стенок, соединенных болтами. Малые дробилки имеют сварные или цельнолитые станины. Стенки станины выполняют с ребрами, обес­печивающими жесткость и прочность конструкции при наименьшем весе. В передней стенке станины крепят дробящие плиты, образую­щие неподвижную щеку. Подвижную щеку подвешивают свободно на оси 5, которая опирается на два подшипника, укрепленные на боковых стенках станины.

Подвижная щека также футеруется дро­бящими плитами. Для предохранения станины от износа служат два боковых клина 3, верхняя часть которых вместе с кромками щек образует загрузочное отверстие.

Пространство между бронеплитами щек и боковыми клиньями называют рабочим пространством щековой дробилки, имеющим внизу регулируемую щель. Прямоугольник загрузочного отверстия определяет собой предельную крупность кусков загружаемого ма­териала и у наиболее мощных дробилок имеет длину 2100 мм и ширину 1500 мм (расстояние между щеками в верхней части), а у самых малых дробилок соответственно 250 и 160 мм. Наиболь­ший размер загружаемых в дробилку кусков не должен превышать 0,85 ширины загрузочного отверстия.

В двух подшипниках уложен эксцентриковый вал, на консоль­ных концах которого укреплены два маховика 8 и шкив, а средняя часть с эксцентриком охватывается головкой 7 шатуна 15. При вращении вала эксцентрик сообщает головке шатуна вращательное движение по окружности, радиус которой равен эксцентриситету эксцентрика, а нижней части шатуна—возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости. В пазы шатуна, подвижной щеки и клина 11 вставлены вкладыши, в цилиндрические углубле­ния которых упираются цилиндрические утолщения распорных плит 13, удерживаемых в сборе тягой 14 при посредстве пружи­ны 12.

 

Так как распорные плиты образуют между собой угол, близ­кий к 180°, то при движении шатуна вверх распорные плиты спрямляются и приближают подвижную щеку к неподвижной, обеспечи­вая дробление материала. При опускании шатуна распорные плиты снова отклоняются от прямой линии, щека отходит вправо, часть раздробленного материала высыпается через разгрузочную щель, а остальной опускается и раздрабливается при следующем подъе­ме шатуна и рабочем движении щеки.

Величина разгрузочной щели, а следовательно, и степень из­мельчения I могут быть изменены регулировочными клиньями. При опускании.клина 10 посредством винтового устройства 9 он позво­лит клину 11 переместиться несколько вправо, благодаря чему при работе дробилки лодвижная щека будет качаться немного правее относительно неподвижной, чем ранее, и крупность материала, вы­ходящего из дробилки, увеличится (возрастет также производи­тельность, а степень измельчения уменьшится). Если клин 10 при­поднять, крупность и производительность уменьшатся, а степень из­мельчения возрастет.

Чтобы предотвратить поломку ответственных деталей при попа­дании в дробилку куска недробимого материала (например, куска железа), в щековой дробилке одну распорную плиту изготовляют из двух частей и соединяют их болтами. Размер и количество бол­тов рассчитывают таким образом, чтобы плита обеспечивала дроб­ление при полной загрузке рабочего пространства наиболее проч­ным материалом, а при попадании недробимого куска срезала бол­ты и выпадала из вкладышей. Применяют также цельные чугунные плиты соответствующей прочности.

Щековые дробилки со сложным движением подвижной щеки (рис. 8.3, б) имеют станину /, неподвижную щеку 2, боковые клинья 3, регулировочное устройство с винтом 7 и клиньями 11 и 12, тягу 10 с пружиной 5 и гайкой 9, но отличаются от рассмотренной тем, что подвижная щека 4 верхней частью надета непосредственно на эксцентриковый вал 6 (на сферических роликовых подшипни­ках 5) и имеет одну распорную плиту 13. Один из маховиков дро­билки служит также шкивом клиноременной передачи.

При вращении эксцентрикового вала, когда верхняя часть по­движной щеки поднимается и приближается к неподвижной, ниж­няя часть благодаря наличию распорной плиты также приближает­ся к неподвижной щеке и происходит дробление материала. При опускании подвижной щеки нижняя ее часть отклоняется от не­подвижной и материал интенсивно продвигается вниз и разгру­жается. Дробилки со сложным движением подвижной щеки при равной производительности с дробилками, имеющими простое дви­жение щеки, имеют меньшие размеры и массу, но эксцентриковый вал у них работает в тяжелых условиях, так как он непосредствен­но воспринимает усилие раздавливания наибольших кусков мате­риала.

Выпускают щековые дробилки с размерами загрузочного от­верстия от 160X250 до 1500X2100 мм. Степень измельчения у щековых дробилок — 6... 8.

Основные расчеты щековых дробилок. Определение уг­ла захвата. При раздавливании материала между щеками дробилки степень измельчения тем больше, чем больше угол а между щеками, однако при превышении некоторого предельного значения этого угла, называемого углом захвата, силы трения, воз­никающие между щеками и материалом, уже не удерживают материал, и он выскальзывает из пространства между щеками. Для определения угла захвата предполагаем, что кусок материала име­ет форму шара. Силой тяжести пренебрегаем в связи с малой ее величиной.

Угол α (рис. 8.4, а) будет углом захвата три равновесии шаро­образного куска под действием силы сжатия Р и сил трения Рf,

Рис. 8.4. Схемы для определения у щековых дробилок: а — угла захвата, б — производительности

образующих плоскую систему сил. Спроектировав силы на две взаимно перпендикулярные оси, одна из которых совпадает с осью симметрии системы, из условия равновесия получим

2Psinα/2 = 2Pfcos α/2 (8.2)

Разделив обе части равенства на 2Pcosα/2, получим

tg α/2 = f= tgφ

где f — коэффициент трения скольжения дробимого материала и дробящих плит; φ — угол трения, град,

α = 2агctg f, или α = 2φ. (8.4)

Независимо от расположения щек угол захвата равен двойному углу трения. Угол трения <р и коэффициент трения / находят по справочникам. При дроблении каменных материалов стальными щеками коэффициент трения /=0,3, откуда а=33°20'. Практически угол между щеками а_пр принимают несколько меньшим, чтобы обеспечить удержание материала силами трения:

α_пр=(0,45...0,7)α. (8.5)

Определение производительности. При заверше­нии рабочего хода подвижной щеки зазор между щеками является наименьшим d₁, а при отходе подвижной щеки от неподвижной на величину s зазор увеличивается до величины d₁ +s (рис. 8.4, б). За время отхода щеки на величину s через разгрузочную щель мате­риал выпадает в виде призмы, объем которой

V=(d₁+s)+ d₁\2 * hl (8.6)

где l— длина разгрузочного отверстия, равная ширине щеки, м;

h = s/tgα. (8.7)

Число двойных качаний щеки соответствует частоте вращения эксцентрикового вала п

(с^-1), следовательно, производительность (м³/ч) щековой дробилки

П=3600Vnk_p (8.8)

или (т/ч)

П = 3600 Vnk_рp = 3600 (d₁+s)+ d₁\2+s\tga * lnk_pp (8.9)

где k_р — коэффициент разрыхления материала (k_р = 0,3... 0,65); р — плотность материала, т/м³.

Приняв средний размер куска, выпадающего из дробилки,

, (8.10)

получим

П = 36О0d_ер s1пк_рр/tga, (8.11)

где все линейные величины d_Ср, s и l выражаются в метрах.

Коэффициент разрыхления материала принимают тем меньше, чем крупнее дробилка. Частоту вращения эксцентрикового вала определяют из условия равенства времени отхода подвижной щеки на величину s и времени свободного падения материала с высоты h с учетом трения его о щеки (n, с^-1; S, м): n=√tg a/s

Производительность щековых дробилок зависит в основном от размера дробилки; выпускают дробилки с производительностью от 1 до 700 т/ч, но у каждой дробилки ее можно регулировать по­средством изменения величины 4\ с помощью регулировочных клиньев и сменных распорных плит. Для облегчения изменения производительности регулировочные клинья в новых конструкциях дробилок располагают в плоскости, совпадающей с плоскостью распорной плиты, и передвигают посредством горизонтального вин­та, имеющего правую и левую резьбу. Для дробилок с малой про­изводительностью удельный расход энергии составляет 2,2 кВт-ч/т, для крупных— 1,1 кВт-ч,/т.