Оборудование для физико-механической обработки материалов

Работа, полезно затраченная на измельчение, расходуется на объемную деформацию разрушаемых кусков и на образование новых поверхностей.

Объемная работа

где K – работа упругого деформирования единицы объема тела; ∆V – изменение объема тела.

Поверхностная работа

где σ – поверхностное натяжение тела (работа, затраченная на образование единицы новой поверхности); ∆F – величина вновь образованной поверхности.

Полная работа внешних сил при дроблении выражается

уравнением Ребиндера

При крупном дроблении величина вновь образующейся поверхности сравнительно невелика, а объемные деформации значительны. В этом случае объемная работа намного больше, чем поверхностная (AV >> AF).

Тогда расход энергии на дробление будет пропорционален изменению объема тела ( первоначальному объему, т.е. D3, где D характеризует размер):

где K′ – объемный коэффициент формы частиц.

Работа при крупном дроблении пропорциональна объему (массе) дробимого куска. Это объемная гипотеза (теорема) Кика – Кирпичева.

При мелком дроблении и тонком размоле изменение объема частиц при упругих деформациях незначительно, а вновь об-

11

ELIB.PSTU.RU

разующаяся поверхность велика. В этом случае поверхностная работа намного больше, чем объемная (AF >> AV).

Тогда расход энергии при мелком дроблении и тонком размоле пропорционален изменению поверхности тела ( первоначальной поверхности, т.е. D2, где D характеризует размер):

F

где K – коэффициент формы частиц, K > 1.

Работа при мелком дроблении и тонком размоле пропорциональна величине вновь образующейся поверхности. Это поверхностная гипотеза (теоре-

ма) Риттингера.

Для среднего дробления (промежуточный случай)

где K2 – опытная величина для каждого дробимого тела. Это гипотеза среднего дробления Бонда.

1.2. Классификация измельчителей

Измельчающие машины обычно подразделяются на дробилки и мельницы (рис. 1.2). Дробилки – в основном для крупного и среднего измельчения, мельницы – для более тонкого.

Дробление и особенно размол являются весьма энергоемкими операциями, поэтому необходимо стремиться к сокращению объема перерабатываемого материала. Чем меньше материал, тем больше расход энергии на его измельчение.

Не измельчать ничего лишнего!

12

ELIB.PSTU.RU

Из материала перед измельчением выделяют куски мельче того размера, до которого производят измельчение на данной стадии. Выделение производится классификацией – разделением твердых зернистых материалов на классы по крупности кусков или зерен путем просеивания через одно или несколько сит.

1.3.Устройство дробилок

1.3.1.Щековые дробилки

Вщековой дробилке материал измельчается путем раздавливания в сочетании с раскалыванием и изгибом между неподвижной и подвижной щеками (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Схема щековой дробилки: 1 – неподвижная щека; 2 – подвижная щека; 3 – эксцентриковый вал; 4 – шатун; 5 – передняя распорная плита; 6 – задняя распорная плита; 7 – тяга; 8 – пружина; 9 – клин

Подвижная щека приближается (при рабочем ходе) или отходит (при холостом ходе) от неподвижной щеки за счет вращения эксцентрикового вала. Выгрузка дробленого материала осуществляется под действием собственного веса во время холостого хода. Щеке движение передается шатуном, подвижно

14

ELIB.PSTU.RU

соединенным с эксцентриковым валом, и двумя шарнирно закрепленными распорными плитами – передней и задней. Тяга и пружина создают в движущейся системе натяжение и способствуют холостому ходу подвижной щеки. Путем взаимного перемещения клиньев регулируется ширина выпускного отверстия и, следовательно, степень измельчения.

В зависимости от расположения оси подвижной щеки различают щековые дробилки с верхним и нижним подвесом этой щеки (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Схема движения щек в дробилках: а – верхний подвес; б – нижний подвес

При верхнем подвесе ширина разгрузочного отверстия переменна, что приводит к неравномерности дробления. Однако дробилки с верхним подвесом более производительны и не склонны к забиванию. При нижнем подвесе, наоборот, дробление равномерное, но такие дробилки менее производительны и могут забиваться.

Более совершенными являются щековые дробилки со сложным качанием щеки: подвижная щека не только приближается к неподвижной и отходит от нее, но во время рабочего хода еще и движется вниз (в сторону разгрузки материала). При этом происходит не только раздавливание, но и истирание материала, за счет чего производительность этих дробилок увеличивается, а расход энергии уменьшается.

15

ELIB.PSTU.RU

Достоинства щековых дробилок: простота и надежность конструкции, широкая область применения, компактность и легкость обслуживания.

Общий вид щековой дробилки представлен на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Общий вид щековой дробилки

Плиты (щеки) изнашиваются неравномерно (в нижней части износ больше), поэтому для рационального использования щеки переворачивают.

1.3.2. Конусные дробилки

Материал в конусных дробилках измельчается раздавливанием при сближении поверхностей внутреннего подвижного и наружного неподвижного конусов. Для равномерного износа рабочих поверхностей материал загружают со всех сторон. Различают конусные дробилки с неподвижной и эксцентриковой осью (рис. 1.6 и 1.7).

16

ELIB.PSTU.RU

Рабочая поверхность подвижного и неподвижного конусов футеруется сменными защитными плитами из износостойкой марганцовистой стали.

Конусные дробилки, по сравнению с щековыми, обладают большей производительностью, меньшим расходом электроэнергии, меньшей вибрацией при работе и более однородным конечным продуктом. Однако, вследствие более сложной конструкции и большей стоимости, их целесообразно применять для крупного дробления лишь при большой производительности, когда одна конусная дробилка заменит несколько щековых.

Корпус конусной дробилки и неподвижный конус связаны пружинами, позволяющими чаше подниматься вверх, предотвращая тем самым поломку аппарата в случае попадания в него недробимого материала.

1.3.3. Валковые дробилки

Исходный материал поступает в валковую дробилку (рис. 1.8), затягивается парой вращающихся навстречу друг другу цилиндрических валков в зазор между ними и дробится, в основном путем раздавливания.

Рис. 1.8. Схема валковой дробилки: 1, 2 – цилиндрические валки; 3 – корпус; 4 – пружина

18

ELIB.PSTU.RU

Валки размещены на подшипниках в корпусе, причем валок 1 вращается в неподвижно установленных подшипниках, а валок 2 – в скользящих подшипниках, которые удерживаются в заданном положении (в зависимости от требуемой ширины зазора) с помощью пружины.

При попадании в дробилку постороннего предмета чрезмерной твердости (так называемого недробимого тела) подвижный валок отходит от неподвижного и предмет выпадает из дробилки (при этом устраняется возможность ее поломки).

Поверхность валков может быть гладкой (для мелкого дробления), рифленой (для среднего дробления) и зубчатой (для крупного дробления) (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Общий вид зубчатой дробилки

Валковые дробилки значительно уступают по производительности конусным. Однако при небольших производительностях выгоднее применять валковые дробилки, отличающиеся простотой, компактностью и надежностью в работе. Для хрупких материалов предпочтительны зубчатые валковые дробилки, простые по конструкции и требующие небольшого расхода энергии. Степень измельчения дробилок для материалов умеренной твердости i = 10…15, а для твердых материалов менее

3…4.

19

ELIB.PSTU.RU

1.3.4. Молотковые дробилки

Молотковая дробилка (рис. 1.10 и 1.11) состоит из корпуса, футерованного стальными плитами.

Рис. 1.10. Схема молотковой дробилки: 1 – корпус; 2 – вал; 3 – диски; 4 – футеровка; 5 – молотки; 6 – колосниковая решетка

Рис. 1.11. Общий вид молотковой дробилки

20

ELIB.PSTU.RU