Дробилки (типы, расчет)

Дробилки

ДРОБИЛКИ, приборы для дробления различных материалов. В зависимости от конструкции и характера применяемых при дроблении усилий дробильные приборы носят различные названия: собственно дробилки (в которых раздавливание происходит путем прерывного нажатия), валки (непрерывное раздавливание), толчеи (удар), истиратели (преимущественно истирание), мельницы (раздавливание, истирание и удар), дезинтеграторы (удар и «свободный удар»), пульверизаторы (свободный удар). Последние два вида дробильных приборов, а также игловые дробилки, действующие по принципу раскалывания, применяются при дроблении хрупких и мягких пород; остальные виды дробилок - при дроблении твердых пород.

Дробилки должны удовлетворять ряду условий, из которых главнейшие таковы: в отношении работы дробилок - получение равномерного готового продукта; немедленное удаление раздробленных кусков из рабочего пространства; наименьшее пылеобразование; небольшой расход энергии на единицу продукции; в отношении конструкции - непрерывная и автоматическая разгрузка дробилок; легко осуществимое изменение степени измельчения; возможность удобной смены изнашивающихся частей; наличие среди работающих частей дробилки предохранительных частей - особо простых и дешевых, легко ломающихся при возрастании усилий сверх нормальных. Общее свойство всех дробильных приборов - уменьшение производительности с увеличением степени измельчения.

1) Собственно дробилки делятся на следующие типы: а) щековые дробилки и б) конические дробилки.

а) Щековые дробилки. К этому классу относятся дробилки, сконструированные для дробления твердых и средней твердости пород и действующие раздавливанием путем прерывного нажатия; в новейших конструкциях, приспособленных для мягких пород, к раздавливанию присоединяется и истирание. Типичными представителями этого класса являются дробилки системы Блека, Доджа и Самсона.

Дробление кусков породы в дробилке системы Блока (фиг. 1) происходит в рабочем пространстве между неподвижной С и подвижной D щеками, снабженными съемными ребристыми плитами из специальной стали.

Дробилка системы Блока

Боковые стенки рабочего пространства также защищены съемными плитами (е). Подвижная щека подвешена на оси А и приводится в качательное движение от эксцентрика, укрепленного на валу W, с помощью шатуна Р, шарнирно связанного деталями (k) и (l) с этой щекой. Тяги (g) и пружины (d) создают в движущейся системе натяжение и обусловливают обратное движение щеки D.

Пара клиньев (m) и (n), положение которых м. б. изменено болтами (а) и (b), регулируют ширину выпускной щели (s) и степень измельчения; В - рама дробилки, F - нажимной болт, удерживающий съемную плиту качающейся щеки в определенном положении. Дробилки системы Блека строятся как для крупного, так и для мелкого дробления. Данные о размерах, производительности, расходовании энергии этой дробилки приведены в табл. 1.

Характеристика дробилок

Дробилка системы Доджа изображена на фиг. 2. В этой конструкции качающаяся щека D укреплена на коротком плече массивного рычага А, качающегося около оси О. Длинное плечо с помощью шатуна Р соединено с эксцентриком вала W. Регулировка ширины выпускной щели (s) производится парными болтами (а), которые передвигают подшипники оси О в особых направляющих в раме дробилки. Данные об этой дробилке приведены в табл. 1.

Дробилка системы Доджа

В противоположность дробилкам Блека и Доджа, подвижная щека которых имеет простое качательное движение, в дробилках системы Самсона подвижная щека D (фиг. 3) имеет сложное движение. Эта щека подвешена непосредственно к эксцентрику приводного вала; нижняя часть щеки шарнирно соединяется с парной тягой (I), которая качается около оси (о). Благодаря такой конструкции верхний конец щеки имеет круговое движение со значительным поперечным размахом.

Дробилка системы Самсона

По мере удаления от эксцентрика вниз движение различных точек щеки переходит все более и более в эллиптическое с длинной осью, направленной по длине щеки. Данные дробилки системы Самсона приведены в табл. 1. Дробилки системы Доджа и Самсона строятся небольшого размера - для среднего и мелкого дробления, причем дробилки системы Самсона пригодны как для твердых, так и для вязких пород.

Расчет щековых дробилок. В дробилках системы Блека имеет место чистое раздавливание, ибо все точки поверхности щеки движутся по дугам окружностей, центр которых О лежит в рабочей плоскости щеки (фиг. 4).

Расчет щековых дробилок

Иное положение представлено на фиг. 5 и 6. На фиг. 5 ось качания лежит впереди рабочей плоскости, в силу чего является составляющая VS скорости F, направленная вниз; на фиг. 6, обратно, ось качания находится за рабочей плоскостью, и появляется слагающая VS, направленная вверх. Наличие обеих слагающих вызывает относительное перемещение дробимой породы и щеки и, следовательно, появление истирающего усилия и вследствие этого пылеобразование. В конструктивном отношении условия фиг. 6 выгоднее, т. к. здесь шейка качающейся щеки не закрывает загрузочного отверстия; однако, вынос центра качания за рабочую поверхность имеет предел, определяемый величиной образующегося выталкивающего усилия. Найдем максимальную величину угла (α) между щеками, при котором возможен процесс дробления, т. е. при котором куски руды еще не выталкиваются из пасти дробилки. На фиг. 7 неподвижная щека А изображена вертикальной и составляет с подвижной щекой В угол (α). Замечая, что давление Р щеки на руду всегда направлено по нормали к плоскости касания в точке соприкосновения и что сила трения всегда направлена в сторону, обратную скорости рассматриваемого тела, можно отметить, что на тело будут действовать: равнодействующая давлений тела на подвижную и неподвижную щеки R, причем

Drobilki 6

и две силы трения в точках (а) и (b), направленные в сторону противоположную R и равные f·Р. Разлагая их на горизонтальную и вертикальную составляющие

Drobilki 7

из которых первые две взаимно уравновешиваются, получаем, что для возможности дробления необходимо, чтобы равнодействующая сил трения была больше силы R, т. е.

Drobilki 8

а т. к. оба угла лежат в первом квадранте, это равносильно α ≤ 2ϱ. При f = tg (ϱ) = 0,3 угол ϱ = 17° и угол (α) д. б. меньше 34°. На практике угол (α) берут в пределах от 15 до 25°. На основании вышеизложенного становится ясным, что при данном угле (α) расположение щек по фиг. 5 затрудняет, а по фиг. 6 облегчает выталкивание дробимой породы. Число двойных качаний в минуту, равное числу оборотов вала дробилки, определяется по формуле:

Drobilki 9

где s - ход щеки (в см) у выпускного отверстия, а угол между щеками α = 20°. Производительность щековой дробилки в тонн/час

Производительность щековой дробилки

где μ - коэффициент разрыхления (равный 0,5—0,7), γ - вес одного см3 породы в кг, b - длина выпускного отверстия в см, d - поперечник кусков готового продукта в см; k, s - значения прежние.

По Трескотту, производительность щековой дробилки можно принять в среднем около 0,015 т/ч на 1 см2 площади впускного отверстия. Расход мощности в щековой дробилке.

Расход мощности в щековой дробилке

где D и d - диаметры поступающих и выходящих из дробилки кусков в см, а - разрушающее усилие для дробимого материала в кг/см2 и Е - модуль упругости в кг/см2; b, k - значения прежние. Расход мощности на 1 т/ч руды можно принять для больших дробилок - 0,5, средних - 1,0 и малых – 2 л. с. Производительность камнедробилок на 1 л. с./ч равна 0,4—0,8 м3 при камнях средней твердости и 0,3—0,5 м3 при камнях большой твердости. Стоимость дробления (по данным американской практики) для малых дробилок равна 16—20 коп. за тонну, для больших – 4—6 коп. за тонну.

б) Конические дробилки. Типичными представителями дробилок этого класса являются дробилки системы Гетса (Gates). Принцип действия их - раздавливание путем прерывного нажатия. Конструкция дробилки в главных чертах такова (фиг. 8):

Коническая дробилка

рабочее пространство образовано двумя усеченными конусами - наружным 1, укрепленным в теле дробилки, и внутренним 2, насаженным на главный вал 3, и представляет постепенно суживающееся кольцевое пространство. Способ подвеса вала – с помощью кольцевой цапфы 4, помещающейся в крестовине 5. Вращение вертикального вала производится от горизонтального вала 6 при помощи двух конических шестерен 7 и 8. Загрузка породы производится в загрузочную воронку 9, разгрузка - через кольцевое пространство 10, ширина которого, а, следовательно, и степень измельчения регулируются подъемом или опусканием вертикального вала при помощи разъемной гайки 11. Внешний конус облицован съемными плитами, приготовляемыми, как и внутренний конус, из специальных сортов стали. Данные дробилки системы Гетса приведены в табл. 1.

2) Дробильные валки. Приборы этого класса действуют по принципу раздавливания путем постепенного и непрерывного нажатия. По конструкции своей (фиг. 9) они представляют пару валков А и В одинакового диаметра, которые вращаются на параллельных осях, расположенных в горизонтальной плоскости, навстречу друг другу.

Дробильные валки

Порода поступает сверху из засыпной воронки, ущемляется валками и силой трения увлекается в щель между валками, постепенно раздробляясь на все меньшие и меньшие зерна. Цапфы одного из валков А укреплены в неподвижных подшипниках, цапфы другого В - в подвижных, могущих скользить по направляющим в фундаментной раме. Для координирования перемещений подвижные подшипники соединяются иногда подкововидной отливкой. Нажатие подвижного валка на неподвижный достигается натяжными болтами Т с сильными пружинами S. Регулировка ширины щели между валками производится при помощи шайб Р, вставляемых между подшипниками неподвижного и подвижного валков, или при помощи гаек М, действующих на натяжные болты Т. Валки заключены в кожух К. Обычно валки снабжаются съемной рабочей частью - бандажами, которые делаются из специальных сортов стали. Валки приводятся в движение обычно ременной передачей при помощи шкивов, насаженных на концы валков. Ведущим является валок, покоящийся в неподвижных подшипниках, второй валок вращается во время дробления трением; тем не менее его привод в движение самостоятельной передачей необходим, чтобы не получался удар при начале дробления; по этой же причине крайне важно непрерывное питание валков рудой. Валки работают раздавливанием; но когда желательно получить истирающее действие, например, при глинистом материале, валкам сообщают разную скорость вращения. Отношение скоростей не должно быть меньше 0,98, иначе неизбежно быстрое изнашивание валков. В табл. 2 приведены главнейшие данные о валках.

Дробильные валки

Валки применяются для среднего дробления и обычно при степени измельчения, равной 4, иногда для мелкого, почти тонкого дробления (вплотную поставленные валки) и редко - для крупного, так как в этом случае валки очень быстро получают слишком большие размеры. Стоимость дробления в валках колеблется, по Ригардау, от 7 до 15 коп. на 1 тонну руды.

Расчет валков. Для возможности дробления угол захвата (α) (фиг. 10) д. б. меньше угла трения; при значении коэффициента трения f = 0,3 угол α = 18°.

Расчет валков

Наибольший диаметр 2r зерен (предполагаются шарообразные), которые могут быть захвачены валками диаметром 2R, раздвинутыми на расстояние 2l, определяется (по Л. Б. Левенсону) следующим выражением:

Drobilki 16

При сдвинутых валках 2l = 0. Размер конечного продукта в этом случае теоретически равен нулю, в действительности же он зависит от жесткости пружин, нажимающих на подвижной валок. Расход работы при дроблении в валках слагается из: 1) работы раздавливания, 2) работы трения руды на валках и 3) работы трения цапф валков в подшипниках, и выражается формулой:

Drobilki 17

где все размеры даны в см, n - число об/мин., В - длина валков. Максимальная производительность валков в т/ч определяется по формуле:

Максимальная производительность валков

где ϕ - коэффициент разрыхления загружаемой породы (для валков ϕ = 0,3—0,5), γ - вес 1 см3, породы в кг, р - величина раздвигания валков, зависящая от жесткости пружины; B, R, I и р - в см. Необходимая сила нажатия пружин м. б. вычислена по формуле:

Drobilki 19

а число об/мин. валков по формуле:

Drobilki 20

(значение буквенных обозначений прежнее).

3) Толчеи являются приборами, действующими путем удара, и применяются для мелкого и отчасти тонкого дробления твердых руд в кусках не свыше 50 мм до величины в 5—1,0 мм.

4) Истиратели. Типичным представителем этого класса дробильных приборов, работающих преимущественно истиранием, являются дисковые истиратели. Они применяются для тонкого измельчения материала в зернах не свыше 2—1 мм до состояния шламов при степени измельчения от 2 до 60. Применение истирателей для измельчения твердых пород очень ограничено по причине большого расхода энергии, т. к. в этих приборах кроме работы измельчения выполняется еще значительная работа трения. Для измельчения мягких пород, и особенно зерновых продуктов в сельском хозяйстве, истиратели, т. н. жернова, нашли широкое применение. При обработке твердых пород и руд применяются истиратели как с вертикальными дисками, так и с горизонтальными. Первые употребляются чаще. В основном они состоят (фиг. 11) из неподвижного стального диска 1, укрепленного в передней стенке рабочего пространства, и подвижного 2, насаженного на горизонтальном валу, приводимом в движение от ременной передачи.

Истиратель

Загружаемый материал через засыпную воронку 3 поступает в центральную полость дисков 4 и оттуда центробежной силой отбрасывается к периферии. Расстояние между дисками, а, следовательно, степень измельчения, регулируется установочным винтом 5. Истиратели с горизонтальными дисками нашли себе применение для обработки золотых, и особенно серебряных, руд, где они применяются для тонкого измельчения с одновременным выполнением амальгамации.

5) Мельницы являются приборами, действующими раздавливанием, соединенным с истиранием. Они отличаются большим разнообразием конструкций. Дробление происходит между катящимися одна по другой поверхностями рабочих частей, из которых, по крайней мере, одна представляет поверхность тела вращения (каток), причем качение ее по другой поверхности (основанию) не может происходить без одновременного скольжения. Качение производит раздавливание непрерывным нажатием, а скольжение - истирающее действие. Мельницы применяются для мелкого и тонкого дробления и пригодны как для твердого, так и мягкого материала; по форме основания их можно разбить на дисковые и кольцевые; и те и другие конструируются с неподвижным и подвижным основанием (диском или кольцом), причем последнее делается горизонтальным или вертикальным. Наиболее распространенным типом дисковых мельниц являются бегуны.

Типом кольцевой валковой мельницы является мельница фирмы Стюртевант с вертикальным кольцом, вращаемым от привода горизонтальным валом и тремя шарообразными валками; последние вращаются трением о кольцо или породу. Размол их отличается большой степенью измельчения; эти мельницы применяются в цементном, кирпичном и других производствах, где требуется сухое дробление, а также при измельчении тонко вкрапленных руд. В мельнице Кента вращение сообщается одному из валков, который и приводит в движение кольцо и остальные валки.

Шаровые и трубные мельницы - дробилки, действующие раздавливанием, соединенным с ударом и истиранием. Эти дробилки применяются для мелкого и тонкого дробления наиболее твердых пород и пригодны как для сухого, так и для мокрого дробления.

6) Для измельчения хрупких и мягких пород применяются дробильные приборы, разделяющиеся на 3 класса: а) дробилки, действующие раскалыванием, б) разрывом и в) свободным ударом.

а) Представителем первого класса является игловая дробилка системы Гумбольта, приспособленная для крупного дробления, гл. обр., хрупких пород, например углей. Дробилка состоит (фиг. 12) из двух рабочих камер А и А2, куда периодически входят иглы В, В2, укрепленные в качающейся челюсти С, получающей движение от эксцентриков посредством шатуна (а) вала W.

Дробилка системы Гумбольта

Т. о. дробление исполняется в два приема при степени измельчения не больше 2 за каждый прием. Между рабочими камерами помещается качающийся грохот, отделяющий готовый продукт после первого приема дробления. Производительность 15—30 т/ч, расход мощности 5 л. с.

б) Дробилки второго класса применяются как для крупного, так и среднего дробления. К аппаратам этого класса относятся дробильные валки с зубчатой (для более крупного дробления) или рифленой (для мелкого дробления) поверхностью и конической мельницы. Зубчатая поверхность валков либо образована накладными плитами с отлитыми зубцами либо составляется из литых кольцевых зубчатых валков. Величина и форма зубцов зависят от качества и крупности измельчаемого материала. Коническая мельница Стюртеванта (фиг. 13) применяется для измельчения мягких пород (шамот, фосфаты, кокс и т. д.) с значительной степенью измельчения.

Коническая мельница Стюртеванта

Она состоит из следующих частей: верхней, представляющей опрокинутую усеченную коническую поверхность, нижней - прямую усеченную коническую поверхность, и внутреннего конуса, также состоящего соответственно из двух конических рабочих поверхностей. В верхней части поверхности снабжены более грубым нарифлением, чем в нижней, где острые ребра производят режущее действие. В верхней части производится предварительное разрыхление материала, а в нижней - мелкое дробление.

в) К последнему классу дробильных приборов относятся приборы, действующие ударом по кускам породы, находящимся в момент удара в движении. В результате такого свободного удара получается более равномерный продукт и минимальное пылеобразование. Эти дробилки особенно пригодны для хрупких пород. К этому классу надо отнести дезинтеграторы и пульверизаторы. В рабочем пространстве дезинтегратора Карра (фиг. 14) движутся четыре системы горизонтальных брусков, прикрепленных к вращающимся дискам А и В так, что две системы (а, а1) движутся в одну сторону, а две (b, Ь1) - в обратную.

Дезинтегратор Карра

Диски окружены кожухом. Материал поступает в центральную полость диска В. В процессе падения между быстро вращающимися в противоположных направлениях брусками материал получает ряд сильных ударов. Производительность дезинтеграторов от 2 до 45 т/ч; расход мощности 1 л. с. на т/ч. На фиг. 15 изображен пульверизатор Стюртеванта; в рабочей камере быстро вращается система ударных штанг А, укрепленных на оси между несколькими параллельными дисками В; последние укреплены на горизонтальном валу.

Пульверизатор Стюртеванта

Внутри рабочей камеры вставляют решетки С, расстояния между которыми определяют степень измельчения. Пульверизаторы пригодны для измельчения пород мягких, средней твердости и вязких. Производительность пульверизаторов при дроблении известняка, поступающего в кусках около 50 мм и измельчаемого до размеров в 3 мм, достигает 20—25 т/ч при затрате мощности в 20—25 л. с., а для несортированного мягкого угля, измельчаемого до размеров в 6 мм, она достигает 250 т/ч при затрате мощности в 225—250 л. с. Пульверизаторы получили большое распространение в Америке.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 7 - 1929 г.