Валковые дробилки

Область применения и классификация

Основным рабочим органом валковой дробилки является цилиндрический валок, вращающийся на горизонтальной оси. Подлежащий дроблению материал подается сверху, затягивается между валками или валком и футеровкой камеры дробления и в результате этого дробится.

По конструктивному исполнению валковые дробилки бывают одно-, двух- и четырехвалковые. В последнем случае одна пара валков располагается над другой, т.е. четырехвалковая дробилка может рассматриваться как две двухвалковые дробилки, смонтированные в один корпус.

Поверхности валков бывают гладкие, рифленые, ребристые и зубчатые.

С очетания дробящих поверхностей может быть различным:

например, оба валка могут иметь гладкую поверхность,

или один гладкую, другой – рифленую и т.д.

При одинаковом диаметре рефренные и зубчатые валки могут захватывать более крупные куски материала, чем

Рис. 14 Принципиальная гладкие. Так, если D – диаметр валка, d – диаметр куска

схема двухвалковой материала, то при дроблении пород средней прочности

дробилки соотношение для гладких валков составляет 17 - 20, для

рифленых и зубчатых 2 - 6.

Промышленные валковые дробилки имеют диаметр валка 400 - 1500 мм и длину, равную 0,4 - 1,0 диаметра (длина зубчатых валков может быть больше, чем диаметр).

Валковые дробилки применяют для среднего и мелкого дробления материалов в основном средней прочности (до =150МН/м ) на гладких и рифленых валков и мягких (до =80МН/м ) – на зубчатых валках.

В промышленности строительных материалов наиболее распространены двухвалковые дробилки. Такие дробилки особенно удобны для измельчения влажных и вязких материалов (например, глин), так как другие дробильные машины забиваются подобными материалами, а на валковых дробилках могут быть установлены специальные скребки, снимающие налипший материал с поверхности валков.

Принципиальная схема двухвалковой дробилки показана на рис. 14. Валки вращаются навстречу один другому и дробят попавший между ними материал, раздавливая его при этом и частично истирая. Иногда для увеличения истирающего эффекта, необходимого при измельчении некоторых материалов, валкам сообщают разную окружную скорость.

Подшипники вала одного из валков опираются на пружины и могут перемещаться. В результате этого при попадании недробимого предмета один валок может отойти от другого и пропустить недробимый предмет, после чего под действием пружин возвратится в исходное положение.

Рис. 15. Кинематические схемы валковых дробилок

Привод валков осуществляется так, как показано на рис. 15. От двигателя через клиноременную и шестеренчатую передачи приводится во вращение один валок, другой валок связан с первым шестернями с удлиненными зубьями, допускающими отход валков при пропуске недробимых предметов (рис. 15, а). Такое кинематическое решение довольно сложно, кроме того, оно не обеспечивает нормальную работу шестерен с удлиненными зубьями в условиях динамических нагрузок и абразивной пыли. Поэтому в последнее время каждый валок стали приводить от электродвигателя (рис. 15, б) или через редуктор и карданные валы (рис. 15, в).

Проектирование и расчет основных параметров

Угол захвата в валковых дробилках – это угол между двумя касательными к поверхности валков в точках соприкосновения с другим материалом.

На кусок дробимого материала (рис. 16), имеющего форму шара и массу m, которой ввиду ее незначительности можно пренебречь, действуют силы давления P от обоих валков и силы трения, равные fP, где f – коэффициент трения материала о валок (для упрощения эти силы показаны на рис. 16 для одного валка).

Кусок затягивается валками,

е сли

(122)

или

,

а так как , где - угол трения, то . Но , значит

, (123)

т.е. так же как для щековых и конусных дробилок, угол захвата у валковых дробилок для

нормального процесса дробления не должен Рис. 16. Расчетная схема валковой

превышать двойной угол трения. дробилки

Размер куска, захватываемого валками, можно определить, пользуясь схемой на рис. 16.

Если D – диаметр валка, d – диаметр куска материала, а – ширина выходной щели, то

(124)

Разделив правую и левую часть уравнения (124) на d, получим

(125)

Степень измельчения в валковых дробилках в среднем равна 4, тогда =0,25. Подставив это значение в уравнение (125), получим

(126)

Коэффициент трения f для прочных пород принимается равным 0,3, для влажной глины 0,45. При таких значениях f угол будет соответствовать 16°40΄ и 24°20΄, а отношение для прочных пород

(127)

для влажных глин

(128)

Обычно для гладких валков отношение принимают равным 20, для зубчатых и рифленых валков 2 - 6, так как в последнем случае кусок материала затягивается при непосредственном захвате его поверхностью рабочего органа.

Производительность валковых дробилок можно вычислить, если представить процесс дробления как движение ленты материала. За один оборот валка объем ленты материала (м ), прошедший через выходную щель,

, (129)

где D – диаметр валка;

L – длина валка;

a – ширина выходной щели.

Значит, при n оборотах валка в секунду производительность дробилки (м /с)

. (130)

Так как обычно длина валка используется неполностью и материал выходит из дробилки в разрыхленном виде, а не плотной лентой, то в формулу производительности вводят коэффициент , учитывающий степень разрыхленности материала. Для прочных материалов принимают =0,2÷0,3; для влажных вязких =0,4÷0,6.

При работе машины на прочных материалах под действием усилий дробления предохранительные пружины несколько деформируются и валки расходятся, поэтому в расчетах величину выходной щели назначают равной 1,25a. В формулу вводят также объемную массу дробимого материала (кг/м ). Тогда, окончательно, производительность валковой дробилки (кг/с)

. (130)

Частоту вращения валков в об/с определяют по формуле, предложенной проф. Л. Б. Левенсоном,

, (131)

где f – коэффициент трения материала о валок;

d – диаметр куска исходного материала, м;

D – диаметр валка, м.

Частота вращения валка должна быть тем меньше, чем больше его диаметр, чем больше диаметр поступающих кусков и их объемная масса и чем меньше коэффициент трения между куском материала и валками. Формулой (131) определяется максимально возможная частота вращения валков. Для уменьшения износа бандажей и более устойчивой и спокойной работы валковой дробилки окружную скорость валков назначают 2 - 7м/с. ГОСТ 18266-72 для каждой дробилки основного ряда рекомендует число оборотов, обеспечивающее окружную скорость валков от 3 до 6 м/с.

Усилия в деталях валковой дробилки определяются нагрузкой, которая создается пружинами предохранительного устройства. Необходимая величина этой нагрузки зависит от многих факторов и может быть вычислена лишь приближенно.

Предположим, что суммарное усилие между валками при дроблении материала равно P, Н. Площадь (м ), на которой будет действовать это усилие,

(132)

где L – длина валков, м;

– длина дуги на участке измельчения материала, м;

R – радиус валка, м;

– угол дуги, рад.

При измельчении прочных материалов =16°40΄, тогда

, (133)

где l в м.

При измельчении глин =24°20΄

. (134)

Суммарное усилие дробления (Н)

,

где - предел прочности материала при сжатии, Н/м ;

- коэффициент разрыхления материала (для прочных пород =0,2÷0,3; для

глины =0,4÷0,6).

Подставив значения l и , получим

для прочных пород

; (135)

для глин

. (136)

Установочную мощность электродвигателя валковой дробилки можно определить, если учесть мощность, затраченную на преодоление всех сопротивлений при работе машины.

Суммарная затраченная мощность (кВт)

. (137)

Мощность, необходимая на дробление материала, в кВт

,

где A – работа, совершаемая валком за 1 оборот;

n – частота вращения валка.

Мощность, затраченная на преодоление сил трения материала о валок, (кВт)

,

где f – коэффициент трения материала о валок.

Мощность, затраченная на трение в подшипниках,

,

где d – диаметр шейки вала, м;

f – коэффициент трения качения, приведенный к валу электродвигателя;

– нагрузка на подшипники, Н;

Q – сила тяжести валка, Н;

– среднее усилие дробления, Н (принимается, что усилие P направлено

горизонтально).

Установочная мощность электродвигателя для валковой дробилки (кВт)

, (138)

где - к.п.д. передачи.