Назначение, классификация, конструкция, принцип работы

Щековые дробилки применяются для крупного и среднего дробления пород высокой и средней прочности (σ_в<250 МПа). Рабочий процесс происходит в камере дробления – замкнутом пространстве, образованном подвижной и неподвиж­ной щеками. Разрушение кусков материала осуществляется при сближении подвижной и неподвижной щек (рабочий ход). Продвижение кусков по высоте камеры дробления и выход раздробленного материала из неё происходят при отходе подвижной щеки от неподвижной (холостой ход). Следовательно, ще­ковые дробилки являются машинами цикличного действия, у которых цикл соответствует одному обороту приводного вала.

Изделия подразделяются на две основные группы: с простым и сложным движением подвижной щеки (рисунок 4). У дробилок с простым качанием щеки враща­тельное движение эксцентрикового приводного вала преобразуется с помо­щью шатуна и распорных плит в качательное движение щеки, подвешенной на неподвижной оси. При этом траектории точек подвижной щеки представ­ляют собой дуги окружностей с центром в точке подвеса.

У дробилок со сложным качанием щеки последняя подвешена непосредст­венно на эксцентриковом приводном валу, а в нижней части шарнирно соеди­нена с распорной плитой, что обеспечивает точкам её поверхности движение по замкнутым траекториям. В верхней части камеры дробления траектории представляют собой эллипсы, близкие по форме к окружности; в нижней части – вытянутые эллипсы.

У дробилок с простым качанием щеки вертикальные составляющие хода под­вижной щеки малы и составляют

(0,3…0,15) х, (1)

где х – величина проекции хода нижней части подвижной щеки в направлении, перпендикулярном не­подвижной щеке.

В то же время горизонтальная составляющая хода подвиж­ной щеки в верней части невелика (0,5 х), что ухудшает условия разрушения крупных кусков материала и снижает производительность дробилки.

В дробилках со сложным качанием вертикальное перемещение щеки велико (2,5…3) х, что приводит к быстрому износу рабочих органов и невозможности дробления высокопрочных материалов.

К достоинствам дробилок с простым качанием щеки относится значительный выигрыш в силе при дроблении кусков больших размеров и рациональном распределении действующих усилий в элементах машин. Недостатком таких дробилок являются значительная металлоёмкость, энергоёмкость, габариты машины, громоздкость конструкции.

Дробилки со сложным качанием щеки более компактны, обладают меньшей массой и мощностью приводного двигателя, высокой уравновешенностью подвижных частей, большей производительностью. Однако узел эксцентри­кового вала работает в тяжелых условиях и требует сложного конструктив­ного решения. У этих машин наблюдается повышенный износ дробящей плиты.

 

 

а) с простым движением щеки; б) со сложным движением щеки

Рисунок 4 – Кинематические схемы щековых дробилок

 

Общим недостатком щековых дробилок является цикличность работы, что вызывает пульсирующие нагрузки на двигатель и требует установки уравно­вешивающих устройств (маховиков). Кроме того, качательные движения деталей машин, обладающих значительной массой, вызывают динамические нагрузки в узлах машины и в фундаменте.

Основным параметром щековых дробилок являются размеры приемного отверстия (горизонтальное сечение камеры дробления в самой широкой верхней части): ширина В и длина L. Другим параметром является ширина выход­ного отверстия b, определяемая как наименьшее расстояние между дробя­щими плитами в камере дробления при максимальном отходе подвижной щеки. Этот параметр – переменный. Значение b можно регулировать специ­альным устройством для изменения крупности продукта или в случае износа дробящих плит.

 

 

Рисунок 5 – Дробилка с простым качанием щеки

Дробилка с простым качанием щеки (рисунок 5) состоит из станины 1, под­вижной щеки 4, распорных плит 16 и 15, шатуна 7, приводного эксцентрико­вого вала 5, шкива 6, привода 10 (основного и вспомогательного), узлов жид­кой и густой смазки. Станина является ограждающим элементом дробилки, воспринимающим возникающие при работе усилия и обеспечивающим жест­кость конструкции. Станина образуется передней, задней и двумя боковыми стенками. Передняя и задняя стенки имеют коробчатую форму, боковые – ребристую. Цельные станины изготавливаются в виде отливки или цельно­сварной конструкции. трех частей, соединяю­щихся болтами и имеющих горизонтальный разъём. На станине монтируются основные узлы дробилки. Камера дробления образуется неподвижной и под­вижной щеками и боковыми стенками станины, которые обкладываются сменными износоустойчивыми плитами 2. Форма камеры дробления оказы­вает существенное влияние на процесс измельчения. При криволинейной форме нижней части камеры увеличивается производительность машины за счет более равномерного прохождения материала от приемного отверстия до выходного.

Основной рабочий орган дробилки – подвижная щека – представляет собой отливку коробчатой формы. В верхней части щека подвешена на оси 3, а в нижней – имеются паз для установки передней распорной плиты 16 и прилив для крепления тяги 14 замыкающего устройства. Щека футеруется сменными дробящими плитами 17 с рифленой рабочей поверхностью. В крупных дро­билках плиты – составные и крепятся к щекам болтами с потайной головкой. Дробящие плиты изготовляются из высокомарганцовистой стали, которая уп­рочняется в холодном состоянии в результате наклёпа. Такими же дробящими плитами 18 обкладывается (футеруется) неподвижная щека. Движение под­вижной щеки осуществляется от приводного вала через шатун 7 и распорные плиты. Приводной вал размещен в коренных подшипниках, закрепленных в выемках боковых стенок станины.

На центральной (эксцентриковой) части вала подвешен шатун, преобразующий вращательное движе­ние вала в возвратно-поступательное.

В крупных дробилках шатун состоит из головки и корпуса, стягиваемых бол­тами при сборке с главным валом. В нижней части шатуна размещены пазы с вкладышами для установки передней 16 и задней 15 распорных плит. Приводной вал и шатун установлены в специальных подшипниках качения, вы­держивающих значительные динамические нагрузки. Распорные плиты соеди­няют шатун с подвижной щекой и задней стенкой станины. При движении шатуна вверх угол между плитами увеличивается, и они раздвигаются, пере­мещая подвижную щеку к неподвижной – происходит рабочий ход.

При дви­жении вниз расстояние между концами плит уменьшается и подвижная щека отходит от неподвижной – совершается холостой ход. Отходу подвижной щеки способствуют пружины 12, надетые на тягу 14.

Цикличность работы щековой дробилки (наличие рабочего и холостого хо­дов) вызывает неравномерную нагрузку на двигатель и неравномерную час­тоту вращения приводного вала. Для выравнивания этих параметров на кон­цах вала установлены массивные детали вращения – маховики, один из кото­рых одновременно выполняет функцию ведомого шкива в ременной передаче привода. Маховики установлены на подшипниках скольжения и аккумули­руют энергию во время холостого хода щеки, отдавая её при рабочем ходе. С эксцентриковым валом маховики связаны фрикционными муфтами, играю­щими роль предохранительных устройств.

Ширина выходной щели дробилки регулируется путем изменения расстояния между задней стенкой станины и упором 9 с помощью прокладок 8. На дробилках устанавливаются две станции смазки: жидкой – непрерывной смазки коренных и шатунных подшипников эксцентрикового вала и густой – для периодической смазки втулки оси подвижной щеки и опор распорных плит [2,с.27].

Параметрами, характеризующими рабочий процесс щековых дробилок и эф­фективность их работы, является угол захвата, ход подвижной щеки, опти­мальная частота вращения приводного вала, производительность и мощность привода машины. Углом захвата щековых дробилок называется угол ме­жду неподвижной и подвижной щеками. Величина угла захвата оказывает влияние на интенсивность процесса измельчения материала. При чрезмерных значениях снижается производительность дробилки, а при недостаточных – снижается степень измельчения материала.

Рассмотрим силы, действующие на кусок материала в дробящем простран­стве (рисунок 6,а): силы Р, действующие на кусок со стороны дробящих щёк и силы трения, равные f · Р.

 

 

 

 

 

а) б)

а) – угла захвата; б) – частоты вращения приводного вала

Рисунок 6 – Схемы к расчету параметров щековой дробилки

 

Равнодействующая усилий сжатия R стремится вытолкнуть кусок из дробя­щего пространства, а силы трения препятствуют этому. Предельным значением α является угол,при котором кусок будет дробиться, не выталкиваясь. Массой куска пренеб­регаем из-за малости по сравнению с силами Р, то есть,

(2)

где R =2 P·sin α /2; а ∑ F =2 F =2 f·P·cosα /2.

f – коэффициент трения скольжения между плитой и куском.

Следовательно, условие равновесия куска при предельном

 

2 P·sin α/ 2 ≤ 2 f·P·cosα /2 или sin α /2≤ f·cоs α /2.

Тогда .

Выразим коэффициент трения скольжения через угол трения

. (3)

Следовательно, дробление куска возможно, когда угол захвата α равен или меньше двойного угла трения α ≤ 2φ. Коэффициент трения скольжения камня по металлу f = 0,3, что соответствует углу 16⁰ 40¹. Угол захвата щековых дробилок может достигать 33 градусов, но в реальных усло­виях это значение составляет 19-24 градуса из-за неправильной формы кус­ков материала, динамичного характера приложения нагрузки и более высокой производительности.

Ход подвижной щеки S, мм,должен быть больше значения линейной деформации куска материала, необходимой для его разрушения,

S >e·D, (4)

где e = σ_сж /E - относительное сжатие куска;

D – диаметр куска, мм.

В реальных условиях, когда куски материала имеют неправильную форму для их разрушения, требуется значительно больший ход щеки.

Рекомендуется для дробилок с простым качанием щеки

S_в =(0,01…0,03) В; S_н =8+0,26 В, (5)

где S _в и S_н - ход сжатия в верхней и нижней точках камеры дробления, мм;

В и b – размеры загрузочного отверстия и выходной щели, мм, (рисунок 6,б) [1,с.28].

Оптимальная частота вращения приводного вала n, с.^-1, определяется из условия обеспечения наибольшей производительности дробилки. Если предположить, что материал выпадает из машины под действием силы тяжести при отходе подвижной щеки от неподвижной, то частота вращения приводного вала должна быть такой, что за время t₁, _, с., отхода щеки раздробленный материал, на­ходящийся на высоте h, мм, от выходной щели, должен выпасть из машины. Вы­сота h соответствует уровню, при котором ширина камеры дробления равна ширине разгрузочной щели b во время наибольшего отхода подвижной щеки S_H. При оптимальной час­тоте вращения приводного вала n, с ^-1 время t₁ отхода подвижной щеки должно быть равным времени t₂ выпадения материала под действием си­лы тяжести с высоты h, т.е. t₁ = t₂.

Время отхода щеки принимаем равным половине оборота вала, тогда при частоте вращения вала n; t₁ =1/2 n. Из рисунка 6,6 следует h = S_H / tga.

Из условия свободного падения куска h =gt²/2 при t ₁ = t₂ получим

Откуда получим оптимальную частоту вращения приводного вала

Производительность щековых дробилок рассчитывают по методике, предполагающей, что разгрузка материала из выходной щели дробилки происходит только при отходе подвижной щеки. При этом за это время из дробилки выпадает некоторый объем материала V, м³, заключенной в призме высотой h (заштрихованный участок на рисунке 6 б).

Производительность дробилок Q, м³/с, равна

Q = V· μ · n, (7)

где μ – коэффициент, учитывающий разрыхление материала в объеме призмы (μ= 0,4 – 0,75);

V - объем призмы, м³;

n - частота вращения приводного эксцентрикового вала, с^-1.

V = 0,5 · (b + b + S_н) ·h · L, (8)

где S_н - ход сжатия в нижней точке камеры дробления, мм;

b – размер выходной щели, мм, (рисунок 6);

h - высота зоны выгрузки материала (рисунок 6), мм;

L - длина камеры дробления, мм.

Высота зоны выгрузки материала равна

h = S_н/ tgα, (9)

где α - угол захвата материала щековой дробилкой (α = 19 ÷ 24⁰). Примем размер готового продукта d, мм, равным среднему размеру выпадающих кусков. Тогда получим

d = 0,5· (b + b + S_н). (10)

Из формулы (5) принимаем

S_н = 8 + 0,26· b. (11)

Тогда получим d = 0,5·(8 + 2,26· b). (12)

Задаваясь размером готового продукта d, определим размер выходной щели b, мм,

b = (2 d - 8) /2,26. (13)

Подставив в формулу (7) найденные параметры, получим окончательно производительность щековой дробилки с простым движением щеки Q, м ³/ч

Q = d · h · L · μ · n. (14)

Размеры параметров d, h, L подставляются в метрах.

По заданной производительности дробилки Q, м³ / ч, по формуле (13) определяется длина камеры дробления L, м..

По формуле, предложенной проф. В.А. Олевским [ 1, с. 37], мощность электродвигателя N, кВт, равна

N = P· S· n / 102 · η, (15)

где Р - среднее равнодействующее усилие дробления, Н;

S - ход сжатия щеки в месте приложения силы, м;

n - частота вращения вала, с^-1;

η - механический коэффициент полезного действия дробилки.

По данным профессора В.А.Баумана, среднее удельное усилие дробления на поверхности дробления плиты при дроблении прочных пород составляет P = 2,7 МПа, а предел прочности материала при сжатии -

σ = 300 МПа.

Использовав эти данные, В.А. Олевский преобразовал выражение (15) для дробилок с простым качанием щеки

N = 700 · m · H· L · S_н · n, (16)

где m - конструктивный коэффициент, равный 0,56 – 0,6;

L – длина камеры дробления, м;

H - высота неподвижной плиты, м;

S_н - ход сжатия щеки в нижней зоне, м;

n - частота вращения вала, с ^-1.

Высота неподвижной плиты равна

Н = (В – d) / tg α. (17)

Загрузочное отверстие дробилки В, м, определяется по диаметру D, м,загружаемого в дробилку куска материала из формулы

D ≤ 0,85 ·В. (18)

Тогда получим

В ≥ D / 0,85. (19)