Курс лекций по дисциплине «Утилизация отходов»

4 Лекция. Оборудование для дробления и измельчения отходов

4.1 Общие сведения о процессах дробления и измельчения отходов

Процесс разрушения кусков твёрдого материала для уменьшения их размера за счет действия внешних сил представляет дробление. Процесс разрушения отхода до конечных частиц размером менее 5 мм на­зывается измельчением или помолом, а разрушение частиц до размера свыше 5 мм называ­ется дроблением.

Для дробления и измельчения твердых отходов на минераль­ной основе (отходы горных пород, шлаки, золошлаки, фосфогипс и другие стройматериалы) применяют машины, в которых используются способы измельчения, основанные на раздавливании, раскалывании, разламывании, истирании и ударе.

Дробление и измельчение твердых отходов на органической основе (резинотканевые и полимерные материалы, древесные отходы и др.) осу­ществляют в машинах, принцип работы которых основан на распиливании, резании и ударе.

Для процессов разрушения наиболее важными характеристиками материала являются его прочность, дробимость, измельчаемость и абразивность.

Процесс измельчения характеризуется степенью измельчения - отношением размеров частиц материа­ла до измельчения (d_н) и после из­мельчения (d_к) или i = D/d.

Из-за трудности определения сред­них диаметров частиц степень измель­чения определяют как отношение среднемассовых диаметров i_ср = D_ср/d_ср

Соответственно все оборудование для измельчения подразделяется на дробилки и мельницы. В свою очередь в зависимости от размера кусков исходного материала отхода и конечного продукта процессы измельчение и дробление, а также типы оборудования условно подразделяют на несколько клас­сов, представленных в табл. 5.1.

Конусные дробилки в 1877 г. Валковые дробилки появились в Англии в 1806. Молотковые дробилки в современном виде предложены Уильямсом (США) в 1895. Роторные дробилки запатентованы в США (1842), применены в США в 1939. Стержневые дробилки изобретены в Англии в 1859.

Таблица 4.1 - Классы измельчения отходов и применяемое оборудование

Процесс	Класс измельчения	Размер кусков материала, мм		Степень измельчения	Тип оборудования
		до измельчения dH	после измельчения dK
Дробление	Крупное	1500—300	300—100	3 - 5	Щековые и конусные дробилки
	Среднее	300—100	50—10	5—10	Конусные и валковые дробилки
	Мелкое	50 -- 10	10—2	10—50	Молотковые дробилки и мельницы
Измельчение	Тонкое	15—5	2—0,05	7-100	Барабанные, шаровые, стержневые, кольцевые мельницы
	Коллоидное	12—0,1	75·10-3-1· 10-5	50-150	Вибрационные, струйные и коллоидные мельницы

4.2 Щековые дробилки

Щековые дробилки – это машины циклического действия, в которых для равномерного распределения нагрузки на привод и выравнивание частоты вращения главного вала устанавливают маховики и предназначены для дробления хрупких материалов с пределом прочности на сжатие до 250 МПа. Созданы щековые дробилки в США в 1858. Щековые дробилки подразделяются на два основных кинематических класса: с простым ЩДП и сложным ЩДС движением подвижной щеки.

Дробилки с простым движением щеки (ЩДП) различаются между собой способом ее крепления и приводным механизмом. Различают дробилки с верхним подвесом щеки и с нижней шарнирной опорой О₂ (типа Додж).

Типоразмер щековых дробилок с про­стым (ЩДП) и сложным (ЩДС) движением щеки характери­зуется размером приемного отверстия для отходов B x L, где В — ширина и L — длина отверстия, дм. Ширина загрузочного отверстия дро­билки должна быть на 10 — 15% больше размера наибольших кусков питания.

Рассмотрим принцип работы дробилок с простым движением щеки на примере дробилки ЩДП - 6 х 9 (щековой дробилки с простым движением щеки и размерами приемного отверстия В = 600 см и L = 900 см), представленная на рисунке 5.1.

1 – неподвижная щека, 2,4 – футеровка, 3 – подвижная щека, 5 – ось,

6 приводной вал, 7 – шатун,

8,9 – шкивы, 10,11 – распорные плиты, 12 – сухари, 13,14 – вкладыши,

15 – упор, 16 - винт регулировки,

17 штанга, 18- пружина

Рисунок 4.1 – Дробилка с простым движением щеки ЩДП 6 х 9

Внутренняя стенка сварной рамы служит неподвижной щекой 1, на которой крепится футеровка 2. Подвижная щека 3 с укрепленной на ней футеровкой 4 под­вешена на оси 5. В коренных подшип­никах рамы вращается приводной вал 6, на эксцентриковую (среднюю) часть которого насаживается верхняя головка шатуна 7. Вал 6 приводится во вращение шкивами 8 и 9 клиноременной передачи. В нижнюю часть шатуна 7 с обеих его сторон через су­хари 12 упираются распорные плиты передняя 10 и задняя 11. Противоположные концы распорных плит опи­раются на вкладыши 13 и 14. Один из них закреплен на подвижной щеке, а второй — в углублении упора 15.

При необходимости изменения размера выходной щели упор 15 передвигают и закрепляют винтом 16. Иногда для этой цели применяют укороченные (или удлиненные) распорные плиты 10 и 11. К подвижной щеке 3 шарнирно прикреплена штанга 17, оттягивающая под действием пружины 18 конец щеки при ее обратном ходе.

Дробление в щековых дробилках совершается в камере дробления А между двумя прямоугольными плитами – щеками, одна или обе из которых совершают колебательные движения и при работе каждая точка щеки движется по дуге окружности, т. е. щека совершает простое движение. Куски исходного материала подаются в дробилку через приемное отверстие и захватываются щеками в верхней зоне камеры дробления. При сближении щек происходит цикл сжатия — куски разрушаются. Затем подвижная щека отходит от неподвижной, разрушенные куски освобождаются от давления щек и под действием сил тяжести перемещаются в нижние зоны камеры дробления до тех пор, пока не застрянут в ее более узкой части. После этого наступает новый цикл сжатия. Так происходит многократно до тех пор, пока камень не выпадет снизу из камеры дробления через нижнее самое узкое сечение камеры дробления — выходную щель. От ширины выходной щели b зависят конечная крупность продукта дробления и производительность дробилки. Второй размер щели — длина l — равен длине приемного (загрузочного) отверстия.

Дробящие плиты изготовляют из высокомарганцевой стали, характеризующейся высокой износостойкостью. В настоящее время для увеличе­ния степени дробления щековые дро­билки изготовляют с увеличенной высотой камеры дробления. Эта вы­сота примерно в 2 раза больше ширины приемного отверстия. Оптимальный режим их работы - до - 40⁰С. Методика выбора щековых дроби­лок в РФ и за рубежом различна. В РФ дробилки выбираются по производи­тельности, а за рубежом — по мощ­ности электродвигателя с учетом про­изводительности дробилки. В РФ выпускаются ЩДП 4Х6, ЩДП 6Х9, ЩДП 9Х12, ЩДП 12Х15, ЩДП 15Х21. Производительность дробилок - 20, 50, 160, 280 и 450 м³/ч. Мощность электродвигателя - 28, 75, 100, 160 и 250 кВт/ч.

Щековые дробилки со сложным движением щеки (ЩДС) применяются для крупного дробления твердых отходов минерального происхождения. Значительное вертикальное пе­ремещение щек, обусловливающее их истирающее действие на куски материала, приводит к повышенному износу дробящих плит. Поэтому дробилки со сложным движением применяют преимущественно для малоабразивных материалов. Основное их достоинства - простота конструкции, компактность и малая масса. На рисунке 4.2 показана типовая конструкция для всей серии ЩДС 1,6 х 2,5 (СМД-118).

1,2 – передняя и задняя стенка,

3 – защитный кожух, 4 подвижная щека,

5 – приводной вал, 6- распорная плита,

7 – регулировочное устройство, 8 – тяга,

9 – пружина, 10- броневая плита,

11 – неподвижная плита, 12 – боковые плиты,

13 – ползун, 14 – регулировочные винты

Рисунок 4.2 - Щековая дробилка со сложным движением щеки ЩДС 1,6 х 2,5

Станина дробилки сварная, ее боковые стенки выполнены из стальных листов и соединены меж­ду собой передней стенкой 1 короб­чатого сечения и задней балкой 2, являющейся одновременно корпусом регулировочного устройства 7. Над приемным отверстием укреплен защитный кожух 3. Подвижная щека 4 закреплена на эксцентриковой части приводного вала 5. В низшей части щеки имеется паз, куда вставляется вкладыш для упора распорной плиты 6. Другим концом распорная плита упирается во вкладыш регулировочного устройства, состоящего из ползуна 13 и двух винтов 14. Замыкающее устройство состоит из тяги 8 и цилиндрической пружины 9, натяжение которой можно регулировать гайкой. При рабочем ходе щеки 4 пружина сжимается и стремясь разжаться способствует отходу щеки назад при холостом ходе (размыкании).

Ранее на дробилках всех типораз­меров монтировались два маховика (по одному с каждой стороны), один из которых выполнял также функцию приводного шкива. В последнее время на большинстве оте­чественных дробилок со сложным движением щеки применяется один шкив-маховик с увеличенным маховым моментом. Для обеспечения динамической балансировки машины на противоположном конце эксцентрикового вала закреплен противовес, что делает дробилку более компактной.

В процессе эксплуатации дробилки ЩДС футеровочные плиты подвергаются быстрому износу, причем наиболее интенсивно изнашивается нижняя часть неподвижной брони, поэтому конструкция плит выполняется, как правило, симметричной, т.е. предусматривает возможность перевертывания их изношенной частью вверх, что практически удваивает срок службы плит.

Рабочая часть броневой плиты выполняется гладкой или рифленой. По ГОСТ 13757—89 рифления трапецеидальной формы (тип 1) применяют для предварительного дробления в дробилках с шириной приемного отверстия 250 и 400 мм, а рифления треугольной формы (тип 2) — для предварительного дробления в дробилках с шириной приемного отверстия 600 мм, а также для окончательного дробления во всех дробилках.

Типы дробилок со сложным качанием щеки следую­щие: ЩДС 1,6х2,5, ЩДС 2,5Х4, ЩДС 2,5Х9, ЩДС 4Х6, ЩДС 6х9 и ЩДС 9Х15.Производительность их соответственно – 2,8- 55 м³/ч. Мощность электродвигателя – 10 -75 кВт/ч.