Щековая дробилка

Введение

 

Процесс уменьшения размеров упруго-хрупкого тела от первоначальной (исходной) крупности до требуемой путем воздействия внешних сил называется дроблением или помолом, а машины, применяемые для этих целей, дробилками или мельницами.

В зависимости от конечной крупности  кусков материала (мм) различают следующие основные виды этого процесса:

 

Дробление		Помол
Крупное……………….	100-350	Крупное………………	5-0,1
Среднее………………..	40-100	Среднее……………….	0,1-0,05
Мелкое…………………	5-40	Мелкое………………..	менее 0,05

 

Уменьшение  размера кусков меньше 5 мм (помол) осуществляется в различного рода мельницах.

В горнорудной, цементной промышленности дробление является подготовительным процессом, так как получаемый после дробилок продукт направляется на дальнейшую переработку. В других случаях, например в промышленности строительных материалов при производстве щебня или в угольной промышленности при дроблении угля для брикетирования, коксования и др., после дробилок получается конечный (товарный) продукт, т.е. процесс дробления имеет самостоятельное значение.

Для обеспечения эффективности дробление  материала от исходной до конечной крупности этот процесс осуществляется  в большинстве случаев в несколько приемов, т.е. последовательно на нескольких дробилках. Каждая отдельная дробилка выполняет часть общего процесса, называемую стадией дробления.

Правильно выбранное оборудование, в особенности  оборудование для дробления, позволяет получить высококачественную продукцию при минимальных материальных затратах, т.е. позволяет значительно снизить стоимость готовой продукции.

Процессы  дробления присутствуют во многих отраслях народного хозяйства, и каждая отрасль  накладывает свою специфику на сами процессы и на конструкции используемых дробилок.

 

 

 

 

 

 

 

1. Информационный обзор

 

1.1. Классификация машин для дробления

 

В дробильной машине в зависимости  от ее назначения и принципа действия могут использоваться следующие  виды нагрузок:

• раздавливание (рис.1, а);
• удар (рис.1, б);
• раскалывание (рис. 1, в);
• излом (рис. 1, г);
• истирание (рис 1, д).

 

 

 

 

Рисунок 1 – Схемы методов измельчения

 

В большинстве случаев различные  виды нагрузок действуют одновременно, например раздавливание и истирание, удар и истирание и др. Необходимость  в различных видах нагрузок, а также в различных по принципу действия конструкциях и размерах машин вызывается многообразием свойств и размеров измельчаемых материалов, а также различными требованиями к крупности исходного и готового продуктов.

По принципу действия и конструкции  различают дробилки следующих основных видов:

• щековые (рис.2, а),  в которых материал дробиться раздавливанием, раскалыванием и частичным истиранием в пространстве между двумя щеками при их периодическом сближении;
• конусные (рис.2, б), в которых материал дробиться раздавливанием, изломом, частичным истиранием между двумя коническими поверхностями, одна из которых движется эксцентрично по отношению к другой, осуществляя тем самым непрерывное дробление материала;
• валковые (рис.2, в), в которых материал раздавливается между двумя валками, вращающимися один навстречу другому, или валками и неподвижной поверхностью; нередко валки вращаются с разной частотой, и тогда раздавливание материала сочетается с его истиранием;
• ударного действия, которые, в свою очередь, разделяются на молотковые (рис.2, г) и роторные (рис. 2, д). В молотковых дробилках материал измельчается в основном ударом по нему шарнирно подвешенных молотков, а также истиранием. В роторных дробилках дробление достигается  в результате удара по материалу жестко прикрепленных к ротору бил, удара кусков материала об отражательные плиты и соударения кусков.

 

 

Рисунок 2 – Схемы дробилок

 

В машинах, так называемых дезинтеграторах (рис.2, е) два цилиндра, образующие которых представляют собой стержни, жестко закреплены в основании. Цилиндры (корзины) вращаются в разные стороны, измельчая попавший в сферу их вращения материал. Дезинтегратор может быть отнесен и к дробилкам и мельницам, так как готовый продукт обычно имеет крупность около 5 мм и менее.

 

 

 

 

1.2 Щековые дробилки

 

Щековые дробилки применяют для  крупного и среднего дробления различных  материалов во многих отраслях народного хозяйства, в основном в горнорудной промышленности и промышленности строительных материалов. Принцип работы щековой дробилки заключается в следующем. В камеру дробления, имеющую форму клина и образованную двумя щеками, из которых одна в большинстве случаев является неподвижной, а другая подвижной, подается материал, подлежащий дроблению. Благодаря клинообразной форме камеры дробления куски материала располагаются по высоте камеры в зависимости от их крупности: более крупные – вверху, менее крупные – внизу. Подвижная щека периодически приближается к неподвижной, причем при сближении щек (ход сжатия) куски материала дробятся, при отходе подвижной щеки (холостой ход) куски материала продвигаются вниз под действием силы тяжести, выходя из камеры дробления, если их размеры стали меньше наиболее узкой части камеры, называемой выходной щелью, или занимают новое положение, соответствующее своему новому размеру. Затем цикл повторяется.

Характер движения подвижной щеки зависит от кинематических особенностей механизма щековых дробилок. За время применения этих дробилок для переработки различных  материалов было предложено и осуществлено большое количество самых разнообразных кинематических схем механизма дробилок.

 

 

3. Основные кинематические схемы

 

На рисунке 3 приводиться выполненная  Б.В. Клушанцевым классификация кинематических схем щековых дробилок, в которую  включены машины, наиболее характерные  и интересные по кинематическому  и конструктивному решению. В  основу классификации положен характер движения основного рабочего органа (подвижной щеки), так как именно это определяет важнейшее технико-эксплуатационные параметры дробилок.

Подробный анализ кинематических особенностей механизма щековых дробилок позволил разделить их на две группы, а каждую из групп на подгруппы (при обозначении кинематической схемы первая цифра указывает номер группы, вторая – номер подгруппы, третья – номер фигуры в этой подгруппе).

Рисунок 3 – Кинематические схемы  щековых дробилок

 

1.3.1.  Первая группа 

 

К дробилкам первой группы относят  дробилки, у которых движение от кривошипа к подвижной щеке передается кинематической цепью. При этом траектории движения точек подвижной щеки представляют собой или прямые линии или части дуги окружности. Эти машины называют щековыми дробилками с простым движением подвижной щеки.

Первая группа, первая подгруппа. Во главе этой подгруппы приведена широко распространенная во всем мире щековая дробилка с простым движением подвижной щеки, кинематическая схема которой (рис. 3, схема 1.1.1.) сохранилась неизменной с момента ее изобретения в 1858 г. Эта схема с параметрами кинематики показана отдельно на рис. 4, причем траектории движения точек подвижной щеки для наглядности увеличены по сравнению о фактическими.

Рисунок 4 – Кинематическая схема  щековой дробилки с простым движением  щеки

 

Основные особенности схем первой подгруппы заключаются в следующем.

Подвижная щека совершает качательные  движения, центром которых является центр оси подвеса щеки. При этом наибольший размах качания (ход сжатия) имеет нижняя точка подвижной щеки. Чем ближе расположена точка подвижной щеки к приемному отверстию камеры дробления, тем ход этой точки будет меньше.

За ход сжатия какой-либо точки  подвижной щеки принимают проекцию траектории движения данной точки на нормаль к неподвижной щеке. Так как в большинстве случаев неподвижная щека вертикальна, то можно условно рассматривать горизонтальные и вертикальные составляющие траектории движения какой-либо точки щеки. Если горизонтальную составляющую хода сжатия подвижной щеки в нижней точке камеры дробления принять равной Х, то в большинстве существующих конструкций дробилок с простым движением ход в верхней точке камеры будет равен примерно 0,5Х. Вертикальные составляющие хода равны соответственно 0,3Х и 0,15Х.

Достоинством схемы следует  считать малую вертикальную составляющую хода сжатия 0,3Х и 0,15Х, благодаря чему уменьшается трение основных рабочих элементов машины - дробящих плит о перерабатываемый материал, т. е. увеличивается срок службы плит, что весьма важно для оценки общей эффективности машины. Другим достоинством этой кинематической схемы является обеспечение большого выигрыша в силе в верхней части камеры дробления (рычаг второго рода), что очень важно при дроблении кусков горной массы больших размеров и высокой прочности.

Доказано, что существенным недостатком  этих дробилок, присущим данной кинематической схеме, является малый ход сжатия в верхней части камеры дробления. Из-за малого хода сжатия верхняя часть камеры дробления работает плохо и не обеспечивает достаточным количеством материала нижние, более активные слои камеры дробления, что приводит к значительному снижению производительности.

В верхнюю часть камеры дробления  попадают крупные куски материала, для надежного захвата и дробления  которых необходим больший ход, чем в нижней части, где дробятся куски меньших размеров и формируется готовый продукт. В дробилке с простым движением щеки имеет место обратное явление, т. е. наибольший ход сжатия имеет низ подвижной щеки, в верхней же части этот ход значительно меньше.

Таким образом, в дробилке с простым  движением при выгодных условиях обеспечения необходимых усилий дробления создаются невыгодные условия надежного захвата и дробления материала в верхней части камеры дробления. Однако отмеченные преимущества данной схемы определяют ее широкое применение при производстве дробильных машин.

Схема щековой дробилки а нижним расположением эксцентрикового вала (схема 1.1.2, см. рис. 3) была впервые предложена американской фирмой «Телсмит», и вначале считалось, что благодаря действию усилий непосредственно на узел эксцентрикового вала ее можно применять только для машин среднего типоразмера. Однако последнее время ряд фирм используют данную схему для своих дробилок, в том числе и для дробилок крупного типоразмера. Ввиду некоторых безусловных преимуществ этой схемы далее подробно остановимся на конструкции машин, выполненных по данной схеме.

Новая отечественная дробилка а  простым движением подвижной щеки, производство которой осваивается заводом «Волгоцеммаш», выполнена по схеме 1.1.3. Передача движения подвижной щеке осуществляется непосредственно от эксцентрикового вала. Дробилка названа «щековая дробилка с роликом». Она будет рассмотрена ниже.

Дробилки с кулачковым механизмом привода (см. схемы 1.1.4, 1.2.3) одно время имели довольно большое распространение. За границей их изготовляла фирма «Акме» (ФРГ), а в СССР - Рыбинский завод.

Широко известны дробилки фирмы  «Стартевант» с кулачковым механизмом с осью подвеса вверху. У этих дробилок подвижная щека приводится в движение кулачковым роликовым механизмом. За один оборот вала щека совершает два полных качания. Фирма «Стартевант» выпускала также дробилки с кулачковым механизмом с нижней осью подвеса, выполненные по схеме 1.2.3. Наличие двойного рычага второго рода в механизме дробилки типа с:Стартевант» значительно усложняет конструкцию и не дает большого преимущества. Кроме того, наличие высшей кинематической пары - кулачка и ролика, соприкасающихся не по поверхности, а по линии, значительно снижает срок службы механизма дробилки.

Весьма оригинальный привод имеет  дробилка с простым движением щеки (см. схему 1.1.5), сконструированная фирмой «Кроте». При вращении вала шар, заключенный между пятой вала и подвижной щекой, обегает по наклонному выступу щеки и тем самым придает ей качательное движение. Необходимо заметить, что в данной конструкции ограничены возможности передачи больших усилий через точечные контакты шара

Первая  группа, вторая подгруппа. Кинематические схемы машин этой подгруппы отражают попытки устранить отмеченные недостатки машин первой подгруппы. Однако наряду с устранением недостатков были утрачены некоторые преимущества, а в ряде случаев получены новые существенные недостатки. Например, при схеме 1.1.1 обеспечивается значительный выигрыш в силе (рычаг второго рода) в верхней части камеры дробления, где дробятся крупные куски породы. Машины второй подгруппы этого преимущества не имеют, что усложняет работу, а значит конструкцию трущихся и вращающихся пар. Машины второй подгруппы не получили широкого распространения.

Дробилки, сконструированные по схемам 1.2.1 и 1.2.2, относятся к дробилкам с простым движением щеки при расположении оси подвеса внизу (схема Додж). Изготовление таких дробилок вызвано стремлением увеличить ход подвижной щеки вверху, где дробятся крупные куски и, наоборот, уменьшить ход ее внизу, где формируется готовый продукт. Однако кинематические схемы этих дробилок нельзя признать удачными, так как действующие в них усилия обратно пропорциональны полезному сопротивлению, т. е. наибольшее усилие может быть получены внизу камеры дробления, а не вверху.

Ввиду малого хода подвижной щеки внизу выходное отверстие дробилки часто забивается материалом. Поэтому дробилки типа Доджа выпускают сравнительно небольших размеров и применяют их там, где требуется мелкий и однородный продукт измельчения. Имеется несколько конструкций этих дробилок при примерно одной и той же кинематической схеме

Особенности схемы 1.2.3 были рассмотрены выше (см. схему 1,1.4).