Машины для дробления и размола каменных материалов

В строительстве ежегодно потребляется большое количество каменных материалов: щебня, гравия и песка. Большая часть этих материалов используется на приготовление бетона. Добыча песка и гравия производится в естественных отложениях механическим или гидравлическим способом, а щебня — из естественного камня путем дробления взорванных скальных пород. Добываемые каменные материалы перерабатываются на камнедробильных и промывочно-сортировочных заводах для получения щебня или песка определенного фракции и качества.

 

Качество щебня характеризуется зерновым составом, формой зерен, механической прочностью, долговечностью и содержанием вредных примесей. В зависимости от крупности зерен, щебень разделяют на фракции 5 - 10; 10 - 20; 20 - 40 и 40 - 70 мм. Кроме этих фракций, в некоторых случаях допускается выпускать фракции 3 - 10; 10 - 15; 15 - 20 мм для дорожного строительства и 25 - 50 мм для балластного слоя железнодорожного пути. Для массивных бетонных сооружений верхний предел крупности может достигать 120 - 150 мм.

 

Измельчением называют процесс разрушения кусков твердого материала при критических внутренних напряжениях, создаваемых в результате какого-либо нагружения и превышающих соответствующий предел прочности. Напряжения в материале могут создаваться механическим нагружением, температурными воздействиями, ультразвуковыми колебаниями и др. Наибольшее применение в современном производстве имеют механические способы измельчения.

 

Классификация машин для измельчения каменных материалов

С целью обеспечения эффективности измельчение материала от исходной до конечной крупности осуществляется, как правило, в несколько приемов, с последовательным переходом от крупного дробления к более мелкому и к помолу с постадийным разделением материала по классам. Следовательно, процесс измельчения целесообразно осуществлять последовательно на нескольких измельчителях. Каждый отдельный измельчитель выполняет часть общего процесса, называемую стадией измельчения

Число стадий измельчения определяется требуемой степенью измельчения. Например, если в исходном твердом материале содержатся куски размером до 1200 мм, а готовый продукт должен содержать частицы с максимальным размером до 40 мм, то общая степень измельчения io =1200/40 = 30.

Степень измельчения, достигаемая на одной машине, для большинства видов дробильного оборудования не превышает 3…7. Поэтому для обеспечения i = 30 необходимо применить несколько стадий

дробления, например: i1 = 3, i2 = 3, i3 = 4 . Тогда iобщ = 3х3х4 = 36. Т.е. требуется минимум три стадии измельчения.

В то же время следует отметить, что увеличение стадий дробления приводит к повышению капитальных затрат на строительство заводов, переизмельчению материала и к удорожанию эксплуатации завода. Поэтому выбор схемы измельчения следует осуществлять из условия обеспечения минимального числа стадий дробления.

В зависимости от назначения и принципа действия машин, предназначенных для измельчения материалов, используются следующие методы разрушения: раздавливание, удар, раскалывание, изгиб, истирание.

При этом одновременно могут реализоваться несколько методов, например, раздавливание и истирание, удар и истирание и др. Необходимость в различных методах измельчения, а также в различных по принципу действия конструкциях и размерах машин для измельчения вызывается многообразием свойств и размеров измельчаемых материалов, а также различными требованиями к крупности готового продукта.

 

Дробилки щековые

Щековые дробилки применяют для крупного и среднего дробления различных материалов. Конструктивно они разделяются по характеру движения основного рабочего органа.

а) С простым движением щеки;

 

1 – эксцентриковый вал;

2 – шатун;

3,4 – распорные плиты;

5 – подвижная щека;

6 – ось;

7 – пружина;

8 – неподвижная щека;

9 – тяга;

10 – дробящая плита

11 – регулировочный механизм;

12 – маховик.

 

 

б) Со сложным движением щеки.

1 – эксцентриковый вал; 2 – подвижная плита; 3 – распорная плита; 4 – регулировочный механизм; 5 (переобозначить) маховик; 6 – неподвижная плита.

 

В первом случае точки подвижной щеки совершают возвратно-поступательное движение по дуге окружности. При сближении щек материал дробится, а при удалении их друг от друга куски материала опускаются вниз и выпадают из камеры, если их размеры меньше ширины выходной щели. Затем цикл повторяется. В щековых дробилках с простым движением материал измельчается раздавливанием и, частично, изломом и раскалыванием, поскольку на обеих щеках установлены дробящие плиты с рифлением в продольном направлении.

 

В дробилках со сложным движением точки подвижной щеки перемещаются по траекториям, по форме напоминающим замкнутые эллипсы. Вследствие этого в ЩДС материал измельчается как раздавливанием, так и истиранием, что облегчает процесс дробления вязких материалов и способствует ускоренному выходу раздробленного материала из камеры дробления за счет чего повышается производительность дробилки. Вместе с тем, кинематическая схема дробилки с простым движением щеки позволяет создавать более высокие нагрузки на измельчаемый материал.

Для предотвращения повреждения механизма дробилок используются устройства, позволяющие избежать поломок при попадании т.н. «недробимых» материалов.

 

Рис. Пружинные предохранительные устройства, устанавливаемые между подвижной щекой и распорной плитой.

 

Жесткость пружины обеспечивает работу дробилки при нормальных нагрузках. При попадании в машину недробимых предметов пружины сжимаются на величину, необходимую для проворачивания эксцентри кового вала при остановившейся подвижной щеке.

 

 

Дробилки конусные

Конусные дробилки используют во всех стадиях дробления при переработке самых разнообразных материалов как по крупности дробимого материала, так и по разнообразию физико-механических свойств. В этих машинах материал разрушается в камере, образованной наружным неподвижным и внутренним подвижным усеченными конусами.

Главным параметром дробилок ККД является ширина приемного отверстия – расстояние между образующими боковых поверхностей конусов в зоне загрузки.

Дробилки разделяют по основному конструктивному признаку (которым является способ опирания вала дробящего конуса) на три вида: дробилки с подвешенным валом, опорным пестом и с консольным валом.

а) дробилка с подвешенным валом; б) дробилка с опорным пестом; в) дробилка с консольным валом.

1 – коническая зубчатая передача; 2 – эксцентриковый стакан; 3 – вал; 4 – дробящий конус; 5 – опора; 6 – пест; 7 – гидроцилиндр (для регулирования ширины выходной щели b); 8 – сферическая пята.

 

За счет эксцентрикового стакана при вращении внутренний конус дробилки в одной части окружности приближается к неподвижному конусу, разрушая материал, а в другой, противоположной части окружности, удаляется от неподвижного конуса. Измельченный материал при этом высыпается через расширившуюся выходную щель.

Таким образом, в отличие от щековых дробилок в конусных дробилках процесс разрушения материала и удаления его из зоны измельчения происходит непрерывно. За счет непрерывности и большей равномерности в работе производительность конусных дробилок на единицу собственной массы выше, чем щековых. Конусные дробилки расходуют меньше энергии и не нуждаются в громоздком маховике.

 

Дробилки валковые

Применяются для среднего и мелкого дробления материалов высокой и средней прочности, а также для измельчения пластичных и хрупких материалов. В этих машинах процесс измельчения осуществляется непрерывно при затягивании кусков материала в сужающееся пространство между параллельно расположенными и вращающимися навстречу друг другу валками.

Валковые дробилки бывают одно-, двух-, трех- и четырехвалковые. В зависимости от вида поверхности валков различают дробилки с гладкими, рифлеными и зубчатыми валками. Дробилки с гладкими и рифлеными валками обычно применяют для дробления материалов средней прочности; дробилки с зубчатыми валками – материалов малой прочности. Размер кусков продукта зависит как от размера выходной щели между валками, так и от типа поверхности рабочих органов.

 

1 – неподвижный валок

2 – валок;

3 – блок пружин

4 – регулировочный винт.

 

Подвижный валок прижимается к неподвижному с помощью пружин. Жесткость пружин настраивается таким образом, чтобы обеспечивалось дробление материала. При попадании в машину недробимых кусков пружина сжимается, валки расходятся и пропускают их.

 

Основными недостатками валковых дробилок являются: 1) интенсивное и неравномерное изнашивание рабочих поверхностей валков при измельчении прочных и абразивных материалов; 2) сравнительно невысокая удельная производительность.

Широкое применение валковых дробилок объясняется тем, что они наиболее приспособлены для переработки распространенных материалов, склонных к налипанию или содержащих липкие включения. Во время работы дробилок налипший на поверхность валков материал срезается очистными скребками.

 

Бегуны

Применяются для мелкого (до 3…8 мм) дробления частиц извести, глины и других материалов. В этих машинах массивные катки, перекатываясь по слою материала, находящемуся на поддоне, измельчают его раздавливанием и истиранием. Это происходит вследствие того, что широкие катки, перемещаясь по окружности небольшого радиуса, непрерывно разворачиваются относительно поддона и их внешняя сторона скользит юзом, а внутренняя буксует.

 

1 – вал; 2 – разгрузочный лоток; 3 – скребок; 4 – поддон; 5 – катки; 6 – водила; 7 – цапфа; 8 – тарелка, 9 – подвижные скребки.

 

Поддон выполняется с отверстиями, сквозь которые измельченный материал попадает на вращающуюся тарелку, с которой с помощью скребка сбрасывается в разгрузочный лоток.

 

Для распределения материала по поддону и удаления налипших частиц с вала и краев поддона используются скребки, установленные на валу и вращающиеся вместе с катками.

 

Применяют также верхний привод катков, бегуны с вращающейся чашей, бегуны с пружинным, гидравлическим или пневматическим прижимом катков.