4.9.3. Размольно-дробильные машины

Размольные машины подразделяются на дробилки и мельницы. Дробилки предназначены для крупного, среднего и мелкого измельчения. Соответственно, мельницы используются для измельчения твердых материалов с размерами зерен от 5 мм и ниже. Такое разделение в какой-то мере является условным, т.к. отдельные типы дробилок и мельниц используются для проведения смежных видов измельчения.

Особенности конструкций дробильно-размольного оборудования обусловлены видом энергии, используемой для измельчения. Соответственно с этим различают четыре основных типа машин: механические дробилки; механические мельницы (с мелющими телами); взрывные, пневматические, электрогидравлические, электроимпульсные, электротермические размольно-дробильные аппараты; аэродинамические и пневмомеханические мельницы (струйные аппараты без мелющих тел).

В настоящее время в пищевой промышленности находят применение исключительно механические дробилки и мельницы. Область применения тех или иных типов машин определяется прочностью разламываемого материала, производительностью и гранулометрическим составом измельченного материала. Рассмотрим основные типы размольно-дробильных машин.

Щековые дробилки предназначены для грубого дробления твердых пород с преобладанием измельчения способами разламывания, раскалывания и раздавливания. Чаще всего щековые дробилки используются при крупном и среднем дроблении.

В щековой дробилке материал (рис.4.53.) материал измельчается между неподвижной 1 и подвижной 2 щеками. Подвижная щека 2 приближается (рабочий ход) или отходит (холостой ход) от неподвижной щеки 1 при вращении эксцентрикового вала 3. Во время рабочего хода происходит дробление, а во время холостого - выгрузка под действием собственного веса дробленного материала. Щеке 2 движение передается шатуном 6, подвижно закрепленным с эксцентриковым валом 5, и двумя шарнирно закрепленными распорными плитами - передней 7 и задней. Тяга 8 и пружина 9 создают в движущейся системе натяжение и способствуют холостому ходу подвижной щеки. Путем взаимного перемещения клина 10 регулируется ширина выпускного отверстия и, следовательно, степень измельчения.

Рис.4.53. Схема щековой дробилки с верхним подвесом щеки: 1 неподвижная щека;

2, 3 - подвижная щека; 4 – шарнир; 5 - эксцентриковый вал; 6 – шатун; 7 – передняя распорная плита; 8 – тяга; 9 – пружина; 10 – регулировочный клин; 11 – маховик.

На рис. 4.54. приведена конструкция щековой дробилки простого действия (ЩДП). Пространство между щеками, с торцов закрытое гладкими плитами, называется пастью.

Рис. 4.54. Щековая дробилка ЩДП:

1, 2 – защитные щеки неподвижной и подвижной плит, соответственно; 3 – маховое колесо; 4 – шатун; 5 – распорные плиты; 6 – клинья; 7 – пружина

Поверхность плит может быть гадкой, рифленной или зубчатой (работа на изгиб и раскалывание твердого материала).

При работе дробилки возможно случайное попадание в рабочий объем очень прочного куска твердого постороннего материала. Чтобы избежать поломки дорогостоящих узлов и деталей щековой дробилки, для этих целей преднамеренно предусмотрена поломка какой-нибудь наиболее дешевой и легко сменяемой детали. Чаще всего эту роль выполняет ослабленная правая распорная плита 5. При ее поломке она легко может заменяться новой.

Диапазон размеров измельчаемого материала щековой дробилки достаточно широк: от лабораторных с размером в зеве 150 -100 мм до полупромышленных и промышленных с размером в зеве 2000 - 3000мм.

Достоинства щековых дробилок: простота, надежность, легкость обслуживания, компактность.

Недостатки: периодичность цикла работы и, как следствие, неравномерность нагрузки на рабочий орган в процессе измельчения, шум, поломки и необходимость замены распорной плиты.

К числу основных расчетных параметров, характеризующих работу щековой дробилки, относятся: угол захвата α между щеками; частота вращения вала; производительность; расход энергии.

От величины угла захвата (рис.4.55.) зависит степень измельчения, возрастающая с его увеличением. Если угол захвата велик, то куски материала могут выталкиваться из рабочего пространства дробилки.

Рис.4.55. К расчету угла захвата и производительности дробилки

На кусок материала, раздавливаемого щеками, действуют дробящее усилие подвижной щеки, равная ей реакция , неподвижной щеки и силы трения и с коэффициентом трения скольжения дробимого материала по металлу щек.

Кусок материал не выталкивается вверх при условии . Так как коэффициент трения скольжения равен тангенсу угла трения ( ), то , откуда . Если принять 0,3, что соответствует углу трения порядка 16º, то угол захвата составит 32º. Обычно угол захвата принимают в пределах 15 - 25º.

Производительность щековой дробилки зависит от числа оборотов вала или числа качаний подвижной щеки.

Принимая, что подвижная щека совершает не качательное, а поступательное движение, что за каждый оборот вала из дробилки под действием своего веса выпадает материал в объеме призмы (заштрихованной на рисунке), можно определить наиболее рациональное число оборотов вала. Высота призмы может быть выражена через ход щеки и угол захвата следующим образом:

.

При частоте вращения вала время разгрузки материала составит:

.

Путь свободного падения материала за время равен высоте трапеции:

или .

Откуда определяется максимально допустимая частота вращения вала в минуту

.

На практике число оборотов рассчитывают по формуле:

.

Теоретическая производительность дробилки рассчитывается из условия, что объем раздробленного материала, выпавшего за один ход щеки равен объему призмы:

,

где - длина загрузочного отверстия; - площадь трапеции, ; - минимальная ширина выпускной щеки дробилки.

Производительность дробилки составит

,

где - коэффициент разрыхления материала на выходе из дробилки, принимается равным 0,3 – 0,65.

В связи с тем, что уравнение получено только исходя из геометрических представлений, оно не учитывает влияния на производительность физических свойств дробимого материала.

Потребляемая мощность щековой дробилки для вычисления мощности электродвигателя определяется по эмпирической формуле:

,

где А,В – длина и ширина загрузочного отверстия; с – коэффициент, для дробилок небольших размеров с=160, для дробилок с размерами загрузочного отверстия 900 1200 мм и более с=80.

Конусные дробилки предназначены для дробления твердых материалов той же категории, что и щековые. Рабочим органом конусных дробилок является дробящая головка 4, вращающийся эксцентрично внутри неподвижного конуса 3 (рис. 4.56).

Рис.4.106. Схема конусной дробилки с подвешенным валом и крутым конусом: стакан-эксцентрик; 2- броневые плиты; 3- корпус; 4- дробящая головка; 5- вал; 6- опора.

Когда дробящая головка приближается к одной стороне корпуса, измельченный материал выпадает с противоположной стороны через расширяющуюся в это время часть кольцевой щели между корпусом и головкой.

Известны конусные дробилки двух основных типов: с подвешенным валом и головкой в виде крутого конуса – для крупного и среднего измельчения; с консольным валом и головкой в виде пологого конуса (грибовидные дробилки) – для среднего и мелкого измельчения.

В дробилке с подвешенным валом и крутым конусом (рис.4.56) находится дробящая головка 4 в виде крутого конуса, закрепленная на валу 5. Вал подвешен на шаровой опоре 6, жестко скрепленной с корпусом 3. Поднимая или опуская вал с помощью гайки, можно регулировать ширину выпускной щели дробилки. Нижний конец вала свободно входит в стакан-эксцентрик 1, приводимый во вращение посредством конической зубчатой передачи.

При холостом ходе вал с дробящей головкой не вращается вокруг оси, а совершает круговое вращение вокруг оси эксцентрика, описывая коническую поверхность с углом при вершине 8-12. При измельчении вследствии трения о материал вал и головка вращаются в направлении, противоположном вращению эксцентрика, с меньшей скоростью. При этом происходит непрерывное обкатывание дробящей головкой материала, который заполняет пространство между головкой 4 и броневыми плитами 2, покрывающими внутреннюю поверхность корпуса 3.

В дробилках с крутым конусом достигается степень измельчения 5-6. Промышленные дробилки для крупного дробления имеют размер загрузочной щели до 2200 мм.

Дробилки с консольным валом и головкой в виде пологого конуса (рис.4.57.) отличаются от конусной дробилки, описанной выше, формой головки и корпуса.

Рис.4.57. Схема грибовидной дробилки: