Строительные машины и оборудование 2 страница

При работе дробилки нижний конец вала 17 описывает окружность, радиус которой равен эксцентриситету втулки, а геометрическая ось этого вала – коническую поверхность с вершиной
в точке подвеса. При таком движении образующие подвижного конуса поочередно приближаются к неподвижному конусу, а затем удаляются от него, т. е. подвижный конус как бы обкатывается по неподвижному (через слой материала), производя непрерывное измельчение материала. При этом вал 17 не вращается. Однако в реальных условиях силы трения в кинематической паре вал – эксцентриковая втулка могут быть выше, чем в паре вал – коническая втулка в узле подвеса. Тогда подвижный конус начнет вращаться относительно вала 17 в том же направлении, что и эксцентриковая втулка. В зависимости от соотношения сил трения в этих парах частота вращения конуса относительно вала может меняться от 0 до частоты вращения эксцентриковой втулки.

Для повышения надежности работы предохранительного устройства, упрощения и облегчения регулирования ширины выходной щели и пуска машины под завалом, обеспечения дистанционного управления машиной в некоторых моделях ККД применяется гидроопора вала подвижного конуса. При этом нижний торец вала конуса опирается на скалку (короткий цилиндрический стержень), расположенную внутри полого поршня и вместе с ним перемещающуюся в гидроцилиндре. Конструкция такой опоры (рис. 2.4) состоит из цилиндра 2, поршня 3, скалки 6 и контактных деталей. Цилиндр с крышкой 1 и поршнем крепят болтами 9 к станине 10.
В проточках поршня и торца вала устанавливают опорные шайбы 4 и 8, а также кольца 5 и 7. Шайбы контактируют с торцовыми поверхностями скалки, имеющими конусность, а внутренние поверхности колец – со сферическими боковыми поверхностями скалки. Трущиеся поверхности непрерывно смазываются и охлаждаются маслом. Для подъема поршня скалки и вала масло подается через сверления в крышке цилиндра. Изменяя положение поршня по высоте (за счет изменения давления в гидросистеме), можно регулировать зазор между подвижным и неподвижным конусами.

Недостатком рассмотренной конструкции является сложность монтажа и демонтажа опоры, поэтому более широкое распространение получила система с верхним гидравлическим подвесом, при котором опорная шайба вместе с закрепленной на конусе вала конусной втулкой может подниматься крестовиной, соединенной с плунжерами гидроцилиндров.

За основной параметр крупных конусных дробилок принимают ширину приемного отверстия. Дробилки в зависимости от типоразмера дробят куски горной породы от 400 до 1200 мм и имеют выходную щель 75…300 мм.

Степень уменьшения дробимого материала этих дробилок определяют отношением загрузочного отверстия В к разгрузочной щели е. Она колеблется в пределах:

для дробилок ККД:

для дробилок КСД:

 

Рис. 2.4. Схема гидравлической опоры подвижного конуса ККД

 

Фактически степень сокращения значительно ниже конструктивной и находится в пределах 2,5…4,0.

 

 

Рис. 2.5. Профиль дробящего пространства крупноконусных дробилок:

а – прямолинейный; б, в – криволинейные

Профиль дробящего пространства в конусных дробилках может быть прямолинейным или криволинейным (рис. 2.5, а – в). Прямолинейный профиль имеет постоянный угол захвата по всей высоте. Пропускная способность в нижней точке дробящего пространства по сравнению с верхней меньше, вследствие чего происходит забивание материалом выходного отверстия. При криволинейном профиле дробящего пространства угол захвата по высоте переменный, за счет смещения зоны с наименьшей пропускной способностью кверху обеспечивается большая производительность дробилки и исключается возможность забивания дробящего пространства материалом в зоне разгрузки.

 

 

Порядок выполнения работы

Ширину загрузочного отверстия по заданному максимальному куску горной породы принимают (рис. 2.6) по уравнению

, (2.1)

где В – ширина загрузочного отверстия, м; D – максимальный размер куска дробимого материала, м.

 

Рис. 2.6. Расчетная схема для определения технологических параметров

 

Угол захвата должен быть меньше двойного угла трения:

. (2.2)

Здесь f – коэффициент трения кусков материала о поверхность футеровки .

Угол захвата в дробилках с прямолинейным профилем принимают . В дробилках с криволинейным профилем в зоне приемного отверстия a может доходить до 26° с постепенным уменьшением до 9…10° в зоне разгрузочной щели.

Для длинноконусных дробилок угол захвата равен .

Обычно для расчета выбирают .

Ширину разгрузочной щели b определяют, как и в щековых дробилках:

, (2.3)

, (2.4)

где e – минимальная ширина разгрузочной щели, м; b – ширина разгрузочной щели, м.

Максимальный размер готового продукта , м, определяется по формуле

, (2.5)

Откуда минимальный размер разгрузочной щели

. (2.6)

Здесь – максимальный размер эксцентриситета, .

Высоту подвижного конуса вычисляем по формуле

, (2.7)

где B – ширина загрузочного отверстия, м; e – минимальная ширина разгрузочной щели, м; b – половина угла захвата, .

Диаметр основания дробящего конуса

. (2.8)

Здесь B – размер загрузочного отверстия, м; K – коэффициент подобия.

При определении коэффициента подобия за главный параметр принят размер загрузочного отверстия дробилки B:

. (2.9)

Для дробилок типа Аплес-Чалмерс с размером загрузочного отверстия дробилки от 700 до 1500 мм , для отечественных дробилок . Меньший показатель коэффициента подобия относится к крупным дробилкам, у которых мм. Окончательно диаметр основания дробящего конуса уточняют в процессе конструктивной разборки машины.

Диаметр вертикального вала в эксцентриковой втулке

. (2.10)

Остальные параметры находим по эмпирическим зависимостям:

;

(2.11)

Площадь призмы выпадения раздробленного материала ограничивается двумя коническими поверхностями подвижного конуса и неподвижного (рис. 2.7):

, (2.12)

. (2.13)

 

Произведя подстановку значений h, получим

или . (2.14)

Объем выпадения раздробленного материала вычисляем
по формуле

(2.15)

где F – площадь поперечного сечения раздробленного материала, м²; r – радиус эксцентриситета, м; e – минимальная ширина разгрузочной щели, м; b – ширина разгрузочной щели, м; b₁ и b₂ – углы между образующими подвижного и неподвижного конусов;
V – объем призмы выпадения, м³; – диаметр по среднему сечению призмы выпадения, м.

 

Рис. 2.7. Основные габаритные размеры дробилки

 

 

Производительность дробилки

. (2.16)

Здесь n – число оборотов в минуту, ; m – коэффициент дробимости, ; П – производительность, м³/ч.

Число оборотов подвижного конуса определяют из условия свободного выпадения призмы высотой h за время t, соответствующее половине оборотов эксцентрика:

,

откуда

. (2.17)

Так как , имеем

, (2.18)

где n _к – число качаний конуса в минуту; g – земное ускорение м/с²; r – эксцентриситет, см.

Если значение r выражено в метрах и n _к определяется в секундах, то формула (2.18) будет иметь вид

. (2.19)

Мощность двигателя определяют, как и в щековых дробилках:

. (2.20)

Здесь s – предел прочности дробимого материала, МПа,
s = 170 МПа; Е – модуль упругости дробимого материала, МПа,
Е = 6,5∙10⁴ МПа; D _ср – средний диаметр, который равен диаметру наружного конуса; – диаметр наибольших кусков, поступающих в дробилку, м; d – диаметр наибольших кусков готового продукта, м.

 

Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы

1. В чем заключаются преимущества и недостатки конусных дробилок по отношению к щековым дробилкам?

2. Каким может быть профиль дробящего пространства?

 

Лабораторная работа № 3. Дробилки ударного действия

 

Цель работы. Определение основных параметров дробилки ударного действия: производительности, мощности привода, окружной скорости ротора.

 

Исходные данные для лабораторной работы № 3

Последняя цифра зачетной книжки	Диаметр ротора D p, м	Длина ротора L p, м	Частота вращения ротора n, об/с	Степень измельчения i	Средневзвешенный размер частиц исходного материала d св, м	Предел прочности материала при растяженииσр	Плотность дробимого материала ρ, кг/м3
1, 2	1,7	1,45	9,85	6,67	0,8
3, 4	0,8	1,3	16,7	5,44	0,6
5, 6	1,45	1,6	12,5	8,22	0,5
7, 8	0,6	1,5	8,17	4,95	0,7
9, 10	1,2	1,4	20,8	5,22	0,9

 

 

Общие теоретические сведения

В измельчителях ударного действия измельчение материала осуществляется под действием ударных нагрузок, которые могут возникать при взаимном столкновении частиц измельчаемого материала, столкновении частиц материала с неподвижной поверхностью, столкновении материала и движущихся рабочих органов
машин.

К дробилкам ударного действия относятся роторные и молотковые дробилки, а также пальцевые измельчители.

В дробилках ударного действия кусок подвергается воздействию рабочего органа только с одной стороны. Возникающая при этом сила уравновешивается силой инерции куска, которая должна быть достаточной для создания разрушающих напряжений. Дробление материала происходит под воздействием механического удара. При этом кинетическая энергия движущихся тел частично или полностью переходит в деформации разрушения.

Дробилки ударного действия применяют для измельчения малоабразивных материалов средней и низкой прочности (известняков, мела, гипса, калийных руд и др.). Они обеспечивают высокую степень измельчения i = 15…20, в отдельных случаях до i = 50, что позволяет уменьшить число стадий дробления. Дробилки отличаются простотой конструкции и эксплуатации, избирательностью дробления и малой металлоемкостью.

По конструкции рабочих органов дробилки ударного действия делят на роторные с жестко закрепленными билами (рис. 3.1, а, в, г), молотковые с шарнирно подвешенными молотками (рис. 3.1, б)
и пальцевые измельчители.

 

 

Рис. 3.1. Принципиальные схемы ударных дробилок

 

По числу роторов различают однороторные (рис. 3.1, а)
и двухроторные (рис. 3.1, в, г) дробилки. Двухроторные дробилки одноступенчатого дробления (рис. 3.1, в) имеют высокую производительность. Исходный материал поступает равномерно на оба ротора, которые работают самостоятельно в одном корпусе. В двухроторных дробилках двухступенчатого дробления (рис. 3.1, г) материал в зоне действия первого ротора подвергается предварительному дроблению, а затем в зоне действия второго ротора – повторному дроблению.

Роторные дробилки могут применяться для дробления крупных кусков, так как имеют массивный ротор и обладают большим запасом энергии рабочих органов.

В молотковых дробилках (рис. 3.1, б) процесс дробления определяет лишь кинетическая энергия самого молотка. В пальцевых измельчителях рабочим органом являются два диска с установленными по их периферии пальцами. Различают пальцевые измельчители с одним вращающимся диском (дисмембраторы) и с двумя вращающимися навстречу друг другу дисками (дезинтеграторы).

Типоразмеры роторных и молотковых дробилок определяются диаметром и длиной ротора, а пальцевых измельчителей – наружным диаметром диска.

По технологическому назначению роторные дробилки делят на дробилки крупного (ДРК), среднего (ДРС) и мелкого дробления (ДРМ). Принципиальные конструктивные схемы роторных дробилок во многом одинаковы и отличаются числом отражательных плит и соотношениями размеров ротора. Камера дробления у дробилок ДРК образуется ротором и двумя отражательными плитами, у дробилок ДРС и ДРМ – ротором и тремя плитами. Конструкция роторной дробилки для крупного дробления показана на рис. 3.2. Корпус дробилки – сварной, разъемный, состоит из основания 1
и верхней части 2. Верхняя часть корпуса изнутри футерована броневыми плитами 3. Вал ротора 8 установлен на роликовых подшипниках, расположенных в корпусах основания 1. Корпус ротора – стальной, литой, в пазах клиньями закреплены била 6 из износостойкой стали 110Г13Л или отбеленного чугуна.

 

 

Рис. 3.2. Схема роторной дробилки

 

 

Внутри верхней части корпуса шарнирно закреплены несколько отражательных плит 4. Пространство между ротором, отражательной плитой и боковыми футеровочными плитами образует камеру дробления. Для регулирования степени измельчения расстояние между нижними кромками отражательных плит и билами изменяется при помощи подпружиненных тяг 5, которые являются также механизмами предохранения машины от поломок при попадании в нее недробимых предметов. Верхняя часть корпуса имеет разъемные переднюю и заднюю части. Последняя при помощи встроенного домкрата может откидываться на шарнире, что облегчает доступ к рабочим органам для их осмотра и ремонта. Приемное отверстие дробилок снабжают цепной завесой, исключающей выбрасывание кусков измельчаемого материала под воздействием бил. Конструкция молотковой дробилки показана на рис. 3.3. Корпус дробилки состоит из основания 1 и крышки 10. В сварном корпусе вращается вал ротора 3, установленный на роликовых подшипниках 2, вынесенных за пределы корпуса. Корпус изнутри футерован сменными броневыми плитами; в левой части крышки установлена отбойная плита 9.

 

Рис. 3.3. Схема молотковой дробилки

 

На валу ротора размещены диски 6 с дистанционными кольцами между ними. Через диски проходят оси 4 с шарнирно подвешенными молотками 5. Число рядов молотков и их общее количество определяется назначением дробилки и ее размерами. На крупных дробилках устанавливают до 100 молотков массой 4…70 кг
(в зависимости от типоразмера дробилки).

Для регулирования размера частиц продукта в крупных дробилках используется отбойный брус 8, перемещаемый в направляющих и фиксируемый в требуемом положении винтами. В нижней части камеры дробления установлены две колосниковые решетки: поворотная 7, шарнирно подвешенная на оси, и выкатная. Рама 13 выкатной решетки установлена на катках, опорами для которых служат рельсы 12. Зазор между выкатной решеткой и молотками регулируют вращением эксцентриков 11. Била и молотки, работающие в тяжелых условиях в абразивной среде, изготовляют из стали 110Г13Л или из обычной углеродистой стали с наплавкой на рабочие поверхности износостойкого чугуна марки 300Х13Г3М.

Дезинтегратор (рис. 3.4) состоит из корпуса 1, двух входящих друг в друга роторов, представляющих собой диски 2 и 3 с закрепленными в них размольными элементами в виде пальцев 4, вращающихся в противоположные стороны. Каждый ротор имеет собственный приводной вал в подшипниках, смонтированных на одной раме. Пальцы одного диска проходят между рядами пальцев другого; причем по мере удаления от центра расстояние между пальцами уменьшается. Измельчаемый материал подается во внутреннюю зону через воронку 5. Продвигаясь от центра к периферии роторов, частицы многократно ударяются о пальцы и разрушаются. При этом интенсивность разрушения возрастает, так как уменьшается шаг между пальцами и увеличивается их окружная скорость.

Измельченный материал выбрасывается в корпус 1, опускается вниз к выходному штуцеру 6 и выводится из дезинтегратора.
В дисмембраторе (рис. 3.5) вращается один диск 5, а второй – неподвижный (его функцию выполняет боковая крышка корпуса). Измельчитель состоит из корпуса 1, откидной крышки 2 с пальцами 3 и воронкой 4. Диск 5 с установленными на нем по концентрическим окружностям пальцами 6 закреплен на приводном валу 7.

 

Рис. 3.4. Схема дезинтегратора Рис. 3.5. Схема дисмембратора

 

Исходный материал через воронку 4 поступает в центр дисмембратора, попадает между движущимися 6 и неподвижными 3 пальцами, под действием центробежных сил проходит между пальцами и, ударяясь о них, измельчается. Принцип измельчения и характер работы дисмембратора аналогичен работе дезинтегратора.

Различают дисмембраторы с вертикальным и горизонтальным валом ротора. Оба эти типа предназначены для тонкого непрерывного сухого измельчения красителей, пигментов и других материалов средней прочности. Пальцевые измельчители не имеют предохранительных устройств, защищающих их от поломки при попадании недробимого тела. Поэтому исходный материал перед подачей на измельчение необходимо пропускать через магнитный сепаратор.

Типоразмеры пальцевых измельчителей определяются наружным диаметром диска. Отечественной промышленностью выпускаются дисмембраторы, имеющие следующие характеристики: диаметр дисков 250…600 мм, частота вращения дисков 2300…3800 об/мин, потребляемая мощность 1,1…11 кВт.

 

 

Порядок расчета параметров дробилок ударного действия

Производительность роторных дробилок определяют, допуская, что била ротора подобно фрезе срезают стружку материала, который опускается на ротор под действием силы тяжести (рис. 3.6).

 

Рис. 3.6. Схема для расчета производительности роторной дробилки

 

С учетом конструктивных и кинематических соотношений рекомендуется определять производительность по формуле

, (3.1)

где L _p – длина ротора, D _p – диаметр ротора, м; k _β – коэффициент, зависящий от положения первой отражательной плиты (k _β = 1,3 при полностью опущенной плите и k _β = 5,2 при полностью поднятой плите); υ_р– окружная скорость бил ротора, м/с; z = 10…20.

Барабашкин В.П. предложил следующие формулы для расчета ориентировочной производительности молотковых дробилок:

при ,

при ,

где n – частота вращения ротора, об/с.

Мощность двигателя роторных дробилок с большой степенью измельчения i рассчитывают на основе оценки удельной энергии, расходуемой на дробление, с учетом показателя удельной, вновь открытой поверхности:

,(3.3)

где k _э – энергетический показатель, зависящий от свойств измельчаемого материала и равный 15…40 Вт×ч/м²; d _св – средневзвешенный размер частиц исходного материала, м; η – КПД привода
η = 0,8…0,95.

Мощность двигателя молотковых дробилок определяется по уравнению

, (3.4)

где Q_i – производительность дробилки, т/ч.

Для реализации силы удара, необходимой для разрушения куска, его масса должна быть достаточной для создания соответствующей реактивной силы инерции, воспринимающей силу удара. Минимальный критический размер куска должен быть равен

, (3.5)

где σ_р – предел прочности материала при растяжении, Па; ρ –
плотность дробимого материала, кг/м³; υ_р – окружная скорость ротора, м/с.

Необходимая окружная скорость ротора определяется как

, (3.6)

где d _св – средневзвешенный размер исходного материала, м.

При соударении твердых тел сила удара зависит от их масс, относительной скорости удара, физико-механических свойств материалов и формконтактных поверхностей. На практике часто имеет место промежуточное положение между упругим и неупругим ударом. Поэтому определить энергию, расходуемую на разрушение куска, исходя из классической теории удара практически невозможно.

 

Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы

1. Назначение и область применения ротороных и молотковых дробилок.

2. Классификация дробилок ударного действия.

3. В чем заключается принципиальное отличие между роторной и молотковой дробилок ударного действия?

 

 

Лабораторная работа № 4. Барабанные мельницы

Цель работы. Определение: 1) основных проектных размеров барабанных мельниц: L – длина; D – диаметр помольной камеры, м; 2) рациональных режимов работы: ω – угловая скорость барабана, рад/с; m _ш – масса мелющих тел, т; m – масса загрузки, т; 3) усилий, действующих в конструкции: G _з – сила тяжести вращающейся массы загрузки, Н; F – центробежная сила инерции вращающейся массы загрузки; 4) мощности привода: P – мощность электродвигателя, кВт.

 

Исходные данные для лабораторной работы № 4

 

Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки	Последняя цифра шифра зачетной книжки
1; 2	3; 4	5; 6	7; 8	9; 0
Q, т/ч	S	Q, т/ч	S	Q, т/ч	S	Q, т/ч	S	Q, т/ч	S
1;2		1,5		2,7		3,7		4,9		5,9
3;4		1,8		2,9		3,9				6,2
5;6						4,1		5,1		6,4
7;8		2,3		3,2		4,4		5,5		6,8
9;0		2,5		3,4		4,7		5,7

– удельная производительность мельницы; k = 1 – коэффициент тонкости помола; КПД = 0,9 – КПД привода.