Дробилки ударного действия

Общие сведения и классификация

В дробилках ударного действия дробимый материал разрушается под действием механического удара, при котором кинетическая энер­гия движущихся тел полностью или частично переходит в энергию их деформации и разрушения.

В отличие от рассмотренных дробилок, сжимающих кусок между двумя дробящими поверхностями, в дробилках ударного действия кусок материала обычно подвергается воздействию только с одной стороны, а возникающие при этом усилия дробления уравновеши­ваются силами инерции массы самого куска.

Дробилки ударного действия применяют в основном для измель­чения малоабразивных материалов средней прочности (известняка, доломитов, мергеля, угля, каменной соли и т. п.). В некоторых случаях из-за технологических особенностей производства дробилки ударного действия используют и при переработке материалов с повышенной прочностью и абразивностью (например, асбестовых руд, шлаков и т. п.). Эти машины отличаются следующими технико­-эксплуатационными преимуществами:

большой степенью дробления (до 50), что позволяет сократить число стадий дробления;

большой удельной производительностью (на единицу массы машины);

простотой конструкции и удобством обслуживания;

избирательностью дробления и более высоким качеством готового продукта по форме зерен.

По конструктивному решению основного узла машины - ротора, дробилки ударного действия разделяют на два основных типа: роторные и молотковые.

Первые имеют массивный ротор, на котором жестко закреплены сменные била из износостойкой стали. Дробилки с таким ротором можно применять для дробления крупных кусков сравнительно прочных материалов, т. е. для первичного дробления, а также на последующих стадиях. Так как в ударе по куску принимает участие вся масса ротора и именно это определяет отличительные особенности и свойства машины, то данные дробилки названы роторными. В мо­лотковых дробилках дробление осуществляется за счет кинетической энергии молотков, шарнирно подвешенных к ротору. Особенности этих машин определяются конструкцией молотка и поэтому они названы молотковыми.

Известны также и другие конструкции дробилок ударного дей­ствия, например дезинтеграторы, крестовые и барабанные дробилки. Эти машины применяются ограниченно и поэтому подробно не рассматриваются.

Материал, подлежащий дроблению, загружают в дробилку сверху. Под действием силы тяжести он падает или скользит по лотку и попадает под действие бил или молотков быстро вращающегося ротора. В результате удара билом или молотком кусок разрушается и его осколки разлетаются широким сектором (~90°) и отбрасы­ваются на футеровку - отбойные плиты или колосники, образую­щие камеру дробления. Ударяясь о футеровку, материал дополни­тельно измельчается и, отражаясь, снова попадает под действие ротора. Это повторяется многократно, пока куски материала, достигнув определенной крупности, не выйдут сквозь разгрузочную щель или щель колосниковой решетки на разгрузку.

В некоторых случаях кусок материала, получив эксцентричный удар, начинает вращаться вокруг своего центра тяжести со скоростью, близкой к скорости рабочего органа дробилки (примерно 30 м/с) и разрушается, так как при этом от действия центробежных сил в куске материала возникает напряжение МН/м², что превышает предел прочности при растяжении для многих горных пород.

Таким образом, в дробилках ударного действия материал измель­чается в результате удара о быстро движущийся рабочий орган, соударения кусков один о другой, удара о неподвижную футеровку камеры дробления, а также под действием центробежных сил.

На рис. 17, а-г показаны основные принципиальные схемы ро­торных и молотковых дробилок. Разнообразие схем вызвано различ­ным назначением дробилок. Наиболее распространенными являются однороторные дробилки (рис. 17, а).

Рис.17. Принципиальные схемы роторных и молотковых

дробилок

Двухроторные дробилки одноступенного дробления (рис. 17, б) применяют, когда требуется большая производительность. Оба ротора дробилки работают самостоятельно, и исходный материал поступает равномерно на оба ротора.

Двухроторные дробилки двухступенного дробления (рис. 17, в) применяют, когда необходимо совместить две стадии дробления. В этих дробилках дробимый материал поступает вначале на первый ротор, затем на второй, где додрабливается.

Для лучшего использования рабочей поверхности бил и молотков применяют реверсивные дробилки (рис. 17, г). Эти дробилки имеют симметричную камеру дробления и могут работать при различных направлениях вращения ротора, что позволяет использовать била и молотки с двух сторон, без переустановки.

Для эффективного разрушения дробимого материала окружные скорости ротора должны составлять 20 - 80 м/с. При таких скоростях в роторе возникают большие ударные нагрузки и нагрузки от центро­бежных сил, поэтому конструкция самого ротора, сменных деталей бил и молотков и их креплений должна обеспечивать надежную ра­боту ротора и удобство его обслуживания.

Главными параметрами дробилки ударного действия являются диаметр и длина ротора, которые входят в ее условное обозначение. Так, например, по ГОСТ 12375-71 роторная дробилка крупного дробления с диаметром ротора 2000 мм и длиной ротора 1600 мм обозначается ДРК 20×16. По ГОСТ 7090-72 молотковая дробилка с диаметром ротора 2000 мм и длиной ротора 2000 мм обозначается М20×20.

Проектирование и расчет основных параметров

Удар по куску дробимого материала в дробилках ударного действия по природе соударяемых тел занимает промежуточное положение между упругим и неупругим ударом. Степень приближения к тому или иному виду удара принято характеризовать коэффициентом восстановления K.

Значение коэффициента К определяется отношением разности скоростей тел после удара к разности скоростей тел до удара, т.е.

, (139)

где - скорость движения тела 1 после удара;

- скорость движения тела 2 после удара;

- скорость движения тела 1 до удара;

- скорость движения тела 2 до удара.

Если коэффициент восстановления равен единице, удар называется упругим; если нулю - неупругий. Все промежуточные случаи называют упруго-пластичным ударом.

Процесс дробления в роторных дробилках ударного действия можно рассматривать с позиций классической механики и волновой. Наиболее удобна для прикладных расчетов классическая механика, разработанная Гюйгенсом и Ньютоном еще в XVII в. Она предполагает, что силы удара приложены к центру инерции тел, а сами тела при упругом ударе являются абсолютно твердыми.

На основе закона количества движения и импульсов сил выведены формулы, описывающие последствия центрального удара двух абсолютно упругих или неупругих тел с массами и и скоростями до удара и .

П р и а б с о л ю т н о у п р у г и х т е л а х

Скорость движения тела 1 после удара

.

При =0

. (140)

Скорость движения тела 2 после удара

.

При =0

. (141)

Кинетическая энергия до удара и после него остается постоянной:

или

,

где - кинетическая энергия тела 1 до удара;

- кинетическая энергия тела 2 до удара;

- кинетическая энергия тела 1 после удара;

- кинетическая энергия тела 2 после удара.

Энергия, отдаваемая телом с массой телу с массой при =0,

. (142)

П р и н е у п р у г и х т е л а х

После удара скорость движения тел 1 и 2 одинакова и равна

.

При =0

. (143)

Кинетическая энергия тел 1 и 2 до удара:

. (144)

Кинетическая энергия тел 1 и 2 после удара

. (145)

Разность между ними является потерей энергии , расходуемой на деформацию тел

.

При =0

. (146)

Экспериментами установлено, что при ударе по камню, сопровождаемом его разрушением, количество энергии, отдаваемой камню,

или учитывая, что в роторных дробилках масса ротора

Рис.18. График баланса значительно больше массы камня и отношение

энергии при ударе можно принять равным нулю, получим

, (147)

где .

Дробление материала в ударных дробилках начинается только при сообщении ему энергии определенной величины. При малой ве­личине передаваемой энергии тело не разрушается.

На рис. 18 показан полученный экспериментальным путем ба­ланс энергии, поглощенной куском породы. Излом кривой расхода энергии в точке А объясняется тем, что до точки А энергия расходо­валась только на изменение скорости, а выше этой точки часть ее уходит на разрушение куска.

Граничное состояние (т. е. абсцисса точки А) характеризуется зависимостью

, (148)

где d - размер частицы;

v - скорость удара;

z - показатель степени, равный по опытным данным z < 2;

С - константа, характеризующая горную породу (определяется опытным

путем).

Таким образом, критерием оценки ударного воздействия по камню является число . Если для данной горной породы оно меньше по­стоянного значения С, то камень не разрушается, если больше, то удар происходит с разрушением.

В результате исследований ударного дробления ВНИИСтрой­дормашем получена формула для определения критического размера куска в м, т. е. если кусок материала будет иметь размер меньше критического, то при данных условиях он не раздробится

, (149)

где - предел прочности материала при растяжении, Н/м²;

- объемная масса дробимого материала, кг/м³;

- скорость удара, принимаемая равной окружной скорости ротора, м/с.

Если же необходимо определить критическую скорость для определенного вида материала и заданной крупности продукта дробления d, то из выражения (149) будем иметь

. (150)

О пределение производительности. Для определения производительности принята следующая схема процесса разгрузки материала из камеры дробления (рис. 19). В камере дробления над ротором по­стоянно находится масса дробимого материала, которая под дей­ствием гравитационных сил с некоторой скоростью опускается на ротор. Последний при каждом проходе била подобно фрезе срезает стружку объемом

, (151)

где A – горизонтальная проекция дуги КС;

– длина ротора;

h – толщина стружки по вертикали, определяемая

как путь свободно падающих кусков за время

поворота ротора от одного била до соседнего.

Отсюда производительность в единицу времени

, (152)

где n – число оборотов ротора в единицу времени;

z – число рядов бил. Рис.19. Схема для опреде-

ления производительности

роторной дробилки

Экспериментальные исследования, проведенные ВНИИСтройдормашем на серийных роторных дробилках, позволили вывести формулу их производительности (м /ч)

, (153)

где - коэффициент, зависящий от положения отражательной плиты, равный

при работе дробилки с опущенной первой плитой 1,3, и при полностью

приподнятой первой плитой 5,2.

Для молотковых дробилок при ориентировочном определении производительности В. П. Барабашкин рекомендует пользоваться формулами

при дроблении известняка:

при >

; (154)

при <

; (155)

здесь Q, м /с;

при дроблении угля:

, (156)

где Q т/с;

k – коэффициент, зависящий от конструкции дробилки и прочности дробимого

материала (k=0,12÷0,22);

n – частота вращения ротора, об/с;

i – степень дробления.

Мощность электродвигателя привода дробилки. Учитывая, что роторные и молотковые дробилки имеют большую степень дробления и производят сравнительно мелкий продукт, результаты, близкие к фактическим, можно получить, пользуясь формулой ВНИИСтройдормаша, разработанной на основе закона поверхностей

, (157)

где N, кВт;

– энергетический показатель, значения которого приведены в табл. 21;

Q – производительность, м /с;

i – степень дробления;

– средневзвешенный размер исходного материала, м;

– к. п. д. дробилки, равный 0,75÷0,95;

– к. п. д.привода; для клиноременной передачи привода дробилки

=0,92÷0,96.

Таблица 21

Значения энергетического показателя для различных материалов

Материал	Объемная насыпная масса, т/м	Прочность при растяжении, кН/м	Энергетиче- ский показа- тель, Вт·ч/м
Антрацит Кирпич силикатный Известняк, месторождения: Шуровского Ковровского Турдейского Гранит Клесовского месторождения Диорит Клесовского месторождения	0,9 1,2 1,48 1,52 1,54 1,52 1,76	2 750 1 000 1 850 7 000 12 000 12 750 16 400	2,53 4,5 8,6 21,0 19,0 15,0 40,0

Установочную мощность двигателей дробилок можно определить и по другим формулам. Например, В. А. Олевский предлагает такую эмпирическую зависимость

, (158)

где N, кВт;

и –диаметр и длина ротора, м;

n – число оборотов в секунду.

Мощность двигателей молотковых дробилок в кВт можно определить также по формуле

, (159)

где i – степень дробления;

Q – производительность, т/с.

Выбор конструктивных параметров роторной дробилки.

В ы б о р с к о р о с т и р о т о р а . Скорость ротора выбирается по формуле (150) в зависимости от заданной максимальной крупности продукта дробления и характеристики материала – предела прочности на растяжение и объемной массы .

В ы б о р р а з м е р а в ы х о д н о й щ е л и. Расчетным путем установлено, что за один удар кусок материала не дробится на частицы менее критического размера. Необходимо не менее трех центральных ударов, чтобы все частицы продукта дробления были бы не больше критического размера. С этой целью в роторной дробилке предусмотрены несколько камер, в которых продукт последовательно измельчается до заданных размеров. Крупность продукта дробления контролируется выходной щелью. Поэтому размер выходной щели устанавливается для дробилок мелкого и среднего дробления близким к заданному максимальному размеру зерна.

Для дробилок типа СМД-75, СМД-94 рекомендуется определять размер выходной щели

, (160)

где – критический размер продукта дробления, м.

В ы б о р р а з м е р о в з а з о р о в м е ж д у к о л о с н и к а м и

к о л о с н и к о в ы х р е ш е т о к. В дробилках с колосниковыми решетками часть продукта удаляется из камеры дробления через зазоры между колосниками. Крупность этого продукта должна соответствовать крупности продукта дробления, разгружающегося через выходную щель, т. е. быть равной 0 – .

Опыты показывают, что размеры кусков, прошедших через ко­лосниковые решетки, достигают 1,5–1,7 величины зазоров между колосниками. Очевидно, при настройке дробилки на режим ра­боты, обеспечивающий выход продукта крупностью до , зазор должен быть

. (161)

Определение момента инерции ротора. Для принятых скоростей ротора 20–40м/с время соударения камня и била ротора составляет 0,0011–0,0008 с, промежутки времени между отдельными ударами 0,024–0,012 с. Следовательно, энергия от ротора к дробимому ма­териалу передается за весьма короткое время, а накапливается ротором за время, в десятки раз более длительное (при холостом про­беге ротора). Учитывая это, для расчетов момента инерции ротора можно пренебречь энергией, получаемой ротором от двигателя в момент удара, и принять, что вся энергия, поглощаемая камнем, ис­пользуется только из запаса кинетической энергии ротора и всех вращающихся с ним масс. Запас энергии должен быть достаточным, чтобы скорость ротора при попадании наибольших кусков не уменьшилась больше, чем допускается.

В соответствии с изложенным момент инерции ротора

, (162)

где – максимальный ударный импульс, Нс;

– средняя угловая скорость ротора, 1/с;

δ – неравномерность вращения ротора, представляющая со­бой отношение

разности максимальной и минимальной угловых скоростей ротора к

средней и принимаемой равной 0,01—0,03.

Согласно классической теории удара для соударения камня с массой , имеющей начальную скорость в направлении удаpa, равную нулю, с ротором, движущимся со скоростью и обладаю­щим массой, значительно превышающей массу ударный импульс при центральном ударе в Нс

; (163)

при внецентренном ударе

, (164)

где k – коэффициент восстановления;

е – эксцентриситет ударной силы относительно центра масс куска, м;

r – радиус инерции массы куска, м.

Выбор конструктивных параметров молотковой дробилки. Диаметр ротора определяется из соотношений между размером максималь­ного куска материала и элементами ротора. Длина молотка от оси до конца бойка принимается равной 0,4–0,5 радиуса ротора; длина бойка при максимальном размере куска загружаемого материала, не превышающего 100 мм, принимается равной 1,4–1,8 размера куска, а при максимальном размере куска до 400 мм – 0,6 размера куска. Обычно длина бойка равна 0,5 длины молотка.

Диаметр ротора в мм для молотковых дробилок с вертикальной загрузкой

, (165)

где d – наибольший размер кусков дробимого материала, мм.

Для дробилок, в которые материал подается сбоку ротора по наклонной плите, диаметр ротора в мм

. (166)

В зависимости от требуемой производительности диаметр ротора, определяемый по формулам (165) и (166), можно увеличить.

Длина ротора

. (167)

Ширина щели между колосниками решетки, измеряемая на вну­тренней (рабочей) поверхности, должна быть примерно в 1,5–2 раза больше требуемого максимального размера кусков дробленого про­дукта. Так, для получения в дробленом продукте кусков с макси­мальным размером 10 мм при дроблении сухого материала ширина щели должна быть 15–25 мм.

Основные технико-эксплуатационные параметры молотковой дробилки (производительность, расход мощности, качество дробле­ного продукта) зависят от конструкции молотка.

Дробящий эффект молотка (Дж) зависит от его кинетической энергии

, (168)

где Μ – масса молотка, кг;

ν – окружная скорость молотка, м/с.

Следовательно, кинетическая энергия молотка регулируется из­менением его массы и окружной скорости.

Отклонение молотка, т. е. угол поворота его после удара по куску дробимого материала, определяется массой и размером молотка. Если после удара молотки будут «отскакивать» от дробимого мате­риала, передавая удар на диски ротора, то это нарушит работу дробилки и ускорит износ молотков. Допустимый угол поворота может быть принят равным 80–90% от максимально возможного угла поворота.

Угол поворота молотка при ударе по максимальному

Рис. 20. Положение молотка куску определяется в зависимости от изменения скорости

при ударе молотка до и после удара.

Молотки при ударе совершают сложное движение

с линейной скоростью центра тяжести С и угловой

скоростью вокруг центра тяжести.

По теореме импульсов:

, (169)

где - масса молотка, кг;

, - скорость центра тяжести молотка после и до удара, м/с;

- импульс удара в точке В, кгс·с;

- импульс удара в точке D, кгс·с.

Скорость центра тяжести молотка (м/с) до удара

, (170)

где n – частота вращения ротора, oб/c;

R – расстояние от оси вращения до оси подвески молотка, м;

– расстояние от оси подвески до центра тяжести молотка, м.

Сила удара, передаваемая на подшипники ротора,

, (171)

где t – продолжительность удара.

Рассмотрим условие, при котором сила удара, воспринимаемая подшипниками ротора, равна нулю, т. е. когда = 0.

На основании теоремы об изменении проекций количества дви­жения центра масс и принимая во внимание, что скорость центра тяжести молотка относительно оси подвеса в начале удара равна нулю, имеем

(172)

где – линейная скорость центра тяжести молотка в конце удара

относительно оси подвеса;

– угловая скорость молотка в конце удара относительно оси подвеса.

Чтобы ось подвеса не испытывала ударного импульса, полагаем в уравнении (172) = 0, тогда уравнение (172) примет вид

или

, (173)

где – момент инерции молотка относительно оси подвеса.

Преобразуя последнее уравнение, получим

. (174)

Это уравнение выражает условие, при котором молоток будет “уравновешен на удар”, т. е. ось подвеса молотка и подшипники ро­тора не будут воспринимать силу удара.

Бегуны

Область применения и конструкция

Бегуны применяют для мелкого дробления (размер зерен 3 – 8 мм) и грубого помола (0,2 – 0,5 мм) глины, кварца, шамота и других строительных материалов.

По сравнению с другими машинами для измельчения материала, например валковыми дробилками, в общем случае бегуны менее эф­фективны. Поэтому их следует применять только тогда, когда это вызывается специальными технологическими требованиями, на­пример, когда наряду с измельчением необходимо обеспечить уплот­нение, растирание, обезвоздушивание массы (например, при пере­работке глины).

Бегуны представляют собой один, чаще всего два, массивных катка, которые, перемещаясь по какой-либо поверхности, раздавли­вают (измельчают) своей массой находящиеся на этой поверхности куски материала. Размеры и масса катков является характеристи­кой бегунов.

На рис. 21, а, б, в изображены кинематические схемы бегунов основных типов, выпускаемых машиностроительной промышлен­ностью.

Бегуны с неподвижной чашей и нижним приводом применяются для мокрого измельчения. Они предназначены для измельчения глин влажностью более 15%. Размер (диаметр × ширина) катков таких бегунов от 1200×300 до 1800×550 мм, масса соответственно от 2 до 7 т, производительность 10 – 28 т/ч, расход энергии около 1,4 кВт·ч/т.

К верхней части вертикального вала 1 шарнирно крепятся криво­шипы осей 2 катков 3 и 4. Катки при вращении вала катятся по не­подвижной чаше 5, вращаясь при этом вокруг своих горизонтальных осей 2. Шарнирное крепление осей к валу с помощью коленчатого рычага обеспечивает поднятие или опускание катков в зависимости от толщины слоя материала на чаше, а также безаварийное перека­тывание по твердым частицам или недробимым предметам.

Р ис. 21. Кинематические схемы бегунов

Рис. 22.Бегуны для сухого

измельчения

Катки находятся на разном расстоянии от вертикального вала, чтобы их дорожки перекрывали, возможно, большую площадь чаши. Вертикальный вал получает вращение от двигателя и редуктора через коническую пару 6. Дно чаши бегунов состоит из отдельных плит с овальными отверстиями, размер которых выбирается в зави­симости от степени измельчения и достигает от 6×30 до 12×40 мм. Чтобы отверстия не забивались, их делают уширенными книзу.

Катки бегунов измельчают, растирают глину и продавливают ее сквозь отверстия плит. К валу крепятся поводки со скребками, ко­торые очищают борта и дно чаши от налипшей глины и равномерно подают ее под катки. Глина, прошедшая сквозь отверстия, направ­ляется в спускной лоток. Бегуны для мокрого измельчения имеют катки шириной b, диаметром и чашу диаметром . Причем

; .

Бегуны для сухого измельчения (рис. 21, б, 22) имеют вращаю­щуюся чашу и верхний привод. Размер катков у таких бегунов от 600×200 до 1800×450 мм, масса до 7 т, производительность 0,5 – 10 т/ч, расход энергии от 2,2 до 4 кВт·ч/т.

Катки 3, 4 бегунов расположены на горизонтальной оси 2 и вра­щаются на ней, увлекаемые силами трения при вращении чаши 5. Концы горизонтальной оси катков находятся в направляющих 7, по которым ось с катками может перемещаться вверх и вниз в зави­симости от слоя материала в чаше или при попадании под каток недробимого тела.

На верхней части вертикального вала 1 расположена коническая зубчатая пара 6, получающая вращение от привода. В нижней части вала 1 жестко крепится ступица чаши. Дно чаши у центра и под кат­ками выложено сплошными плитами, а по периферии чаши уклады­вается кольцевое сито 8.

Скребковые устройства равномерно подают поступающий сверху из загрузочной воронки исходный материал под катки, а измельчен­ный – на кольцевое сито. Не прошедшие сквозь отверстия сита куски материала снова подаются скребками под катки. Просеянный материал поступает на неподвижный поддон, с которого подается скребком в сборный лоток.

У бегунов рассмотренных конструкций (рис. 21, а, б) частота вращения вертикального вала составляет всего 0,3 – 0,6 об/с, что обусловливает низкую производительность бегунов. Возрастание же числа оборотов вызовет увеличение центробежных сил и потре­бует в бегунах с неподнятой чашей более сложного крепления бан­дажей и ступиц бегунов к осям, а также более тщательной динамической балансировки вращающихся масс, а в бегунах с вращающейся чашей измельчаемый материал будет отбрасываться к бортам чаши.

На рис. 21, в показана схема бегунов, допускающих работу на более высоких скоростях (до 0,9 об/с). Такие бегуны применяются для сухого измельчения. Они имеют вращающуюся чашу. Измель­ченный материал выгружается под действием центробежных сил в зазор между дном 9 и бортом 10 чаши. Ширина зазора регулируется. Частицы, величина которых больше чем зазор, подаются скребками снова под катки. Производительность бегунов достигает 75 т/ч, расход энергии 0,7 – 1 кВт·ч/т; масса катков 5 – 6,5 т, что обеспечивает интенсивное измельчение материала.

Оси 11 катков 3, 4 соединены тягами 12 с поперечиной 13, которая через пружину опирается на раму. Пружина рассчитана так, что, если в чаше нет измельчаемого материала, то зазор между катком и дном чаши составляет 8 – 10 мм. При работе машины катки подни­маются, освобождая пружину (а значит и раму) от нагрузки. Бла­годаря такой конструкции подвески катков облегчается пуск бегу­нов и снижаются нагрузки на оси катков. Привод бегунов может быть нижний или верхний.

Имеются бегуны, у которых применяются облегченные катки, а необходимая для измельчения сила нажатия обеспечивается допол­нительным пружинным, гидравлическим или пневматическим уст­ройством. Схема таких бегунов изображена на рис. 23.

К неподвижной стойке 1 бегунов шарнирно крепится коромысло 2, являющееся опорой подшипников оси катка 3, к противоположному концу коромысла крепится шток поршневого устройства 4, при помощи которого создается нагрузка на каток.

Чаша бегунов 5 получает вращение от шестеренного

привода 6, расположенного внизу или сбоку.

Такие бегуны отличаются меньшими габаритными размерами и массой, чем описанные, и возможностью регулирования давления на перерабатываемый материал в зависимости от технологических требований.

В некоторых процессах промыш­ленности строительных материалов применяются смесительные бегуны порционного действия, служащие для

Рис. 23. Схема бегунов с измельчения с одновременным перемешиванием и

дополнительным прижимом растиранием обрабатываемых материалов. В глу­бокую

катков чашу таких бегунов с дном, состоящим из сплошных

плит, загружается порция исходного материала (до 1 т) и

обрабатывается в течение 5 – 15 мин. Затем на дно чаши опускаются специальные скребки, которые при вращении чаши выгружают через ее борт го­товую смесь.

Проектирование и расчет бегунов

Угол захвата – угол между касательной АА (рис. 24, а) к поверх­ности катка в точке касания с куском материала и плоскостью чаши для надежной работы бегунов не должен превышать определенной величины.

Как следует из рассмотрения схемы на рис. 24, а, захват катком куска материала возможен при условии

, (175)

где P – сила давления катка на кусок материала, направленная перпендикулярно

к касательной;

– сила реакции от действия силы Р, приложенная к точке касания куска

материала с дном чаши перпендикулярно к поверхности чаши;

f – коэффициент трения куска материала о рабочие поверхно­сти бегунов.

Исходя из условий равновесия куска, при проектировании всех действующих на него сил на вертикальную ось, получим

,

или

. (176)

Подставив в уравнение (175) значение получим

. (177)

Разделив обе части уравнения (177) на , будем иметь

или

. (178)

Рис. 24. Расчетные схемы бегунов

Так как – угол трения, то

. (179)

Значит, также как и во всех рассмотренных выше дробильных машинах, угол захвата у бегунов не должен превышать двойного угла трения.

Соотношение между диаметром поступающего куска d и диаметром катка можно определить, пользуясь также схемой на рис. 24, б

;

откуда

. (180)

При определении соотношения для валковых дробилок, было принято, что при измельчении прочных пород , для влажных глин .

Воспользовавшись этими значениями, получим:

для прочных пород

;

для влажных глин

.

Для надежной работы катков проф. М. Я. Сапожников рекомен­дует найденные соотношения увеличить на 10 – 20%.

Определение частоты вращения вала бегунов с вращающейся чашей производится исходя и условий, чтобы возникающие центро­бежные силы не отбрасывали куски материала к борту чаши, т. е. чтобы сила трения материала о дно чаши была больше центробеж­ной силы, действующей на материал при вращении чаши.

Для этого требуется, чтобы

, (181)

где т – масса материала, лежащая в чаше;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

f – коэффициент трения материала о чашу;

v – окружная скорость чаши, м/с;

, (182)

где R – средний радиус катания катков, м.

Так как

то

, (183)

где п, об/с.

Для прочных пород при об/с; для глин при об/с.

Найденные значения частоты вращения вертикального вала реко­мендуется, уменьшить примерно на 10% для более устойчивой ра­боты бегунов.

У бегунов для мокрого измельчения с неподвижной чашей цен­тробежные силы действуют на катки и для нормальной работы ма­шины необходимо, чтобы эти силы были уравновешены. Обычно, как уже отмечалось, катки устанавливают на разных расстояниях от вертикального вала, что увеличивает площадь их действия на 45 – 60%. Тогда, если – расстояние до середины внутреннего катка, то расстояние до середины наружного катка

. (184)

Центробежные силы инерции и , вызываемые вращением двух катков, соответственно равны (Н)

; ,

где и – массы первого и второго катков, кг;

и – скорости движения катков, м/с;

и – радиусы кругов, описываемых катками, м.

Для уравновешивания центробежных сил силы и должны быть равны, т, е.

,

по так как , то

при = будем иметь

. (185)

Производительность бегунов зависит от большого количества факторов, практически не поддающихся учету, поэтому аналити­ческих формул производительности бегунов нет и предлагаются сле­дующие эмпирические формулы.

Производительность бегунов для мокрого измельчения (м³/с)

, (186)

где п – частота вращения вертикального вала, об/с;

l – длина глиняного прутка, продавливаемого сквозь отверстие в плите при

одном проходе катка, м;

s – площадь одного отверстия в плите, м²;

a – число отверстий, перекрываемых наружным катком за один оборот

вертикального вала;

b– число отверстий, перекрываемых внутренним катком за один оборот

вертикального вала.

Длина l изменяется в зависимости от влажности и пластичности глиняной массы. Для глин с влажностью 20 – 22% величину l сле­дует принимать равной 20– 25 мм.

Производительность бегунов для сухого помола (кг/с):

, (187)

где п – частота вращения вала, об/с;

D – диаметр чаши, м;

т – масса катка, кг.

Мощность двигателя (кВт) для привода бегунов может быть рассчитана по мощности, требуемой на перекатывание катков , па преодоление сил трения скольжения катков и на преодоление сил трения скребков :

, (188)

где – к. п. д. двигателя.

Для перекатывания катков необходима сила тяги (Н)

,

где G – сила нажатия катка на дно чаши, Н;

– коэффициент тяги, равный 0,05– 0,10.

Тогда мощность в Вт

, (189)

где k – количество катков;

v – средняя окружная скорость катков, м/с;

п – частота вращения катков, об/с;

R – средний радиус качения, м;

, (190)

где – средняя скорость скольжения, м/с;

f – коэффициент трения катка о материал.

Скорость трех точек катка x, y, z (см. рис. 24, в)

; ; .

Средняя точка катится без скольжения. Разность между скоро­стями точек x, y и z определяет величину максимального скольжения:

;

.

Если ширина катка b, то

, (191)

где – максимальная скорость скольжения, м/с. Она будет тем больше, чем шире

каток.

Значит, с увеличением ширины катка истирающий эффект бегу­нов повышается.

Скорость скольжения в средней части катка равна нулю, а по краям максимуму; тогда средняя скорость скольжения

. (192)

Откуда

, (193)

где в кВт.

Мощность, расходуемая скребками, (Вт)

, (194)

где – сила нажатия скребков на чашу, принимается равной 1000 Н;

i – количество скребков;

– скорость относительного движения скребков, м/с;

– коэффициент трения скребков о чашу ( ).

Вопросы для самопроверки и контроля

1. Основные типы щековых, конусных, валковых дробилок, а также дробилок ударного действия.

2. Какие факторы влияют на размер готового продукта дробления для всех видов дробилок?

3. Какие преимущества и недостатки существуют у всех типов дробилок?

4. Какие области применения всех типов дробилок?

5. Какие факторы влияют на определение усилия дробления всех типов дробилок?

6. Как определяется момент инерции маховиков щековых дробилок?

7. Какие предохранительные устройства и устройства для регулирования ширины разгрузочной щели для всех типов дробилок?

8. Как определить частоту качания подвижного конуса дробилок ККД, КСД и КМД?

9. Какие предохранительные устройства используются в валковых дробилках?

10. Как определяется мощность электродвигателя всех типов дробилок?

11. Как определяется производительность дробилок всех типов?

12. Назовите основные технико-экономические показатели дробилок всех типов.