книги из ГПНТБ / Басов, А. И. Механическое оборудование обогатительных фабрик и заводов тяжелых цветных металлов учебник

с наибольшими кусками 350 мм степень измельчения составит 3500,

ав случае переработки руд открытой добычи степень измельчения может достичь 12 500 и более. Такая большая степень сокращения частиц материала при современном уровне дробнльно-измельчнтель- ной техники не может быть достигнута за один прием, в одну стадию,

апоэтому осуществляется в 2—6 последовательных стадий: крупное или первичное дробление, вторичное крупное дробление, среднее дробление, мелкое дробление, тонкое дробление — измельчение, осуществляемое за несколько последовательных приемов до полу­ чения продукта заданного размера.

Дробление и измельчение материалов совершаются механическим способом в машинах, называемых дробилками и мельницами. Другие

способы (измельчение при помощи взрыва, ультразвука, электрогидравлического эффекта) пока не вышли из стадии лабораторных экспериментов.

Основные способы разрушения и измельчения твердых материа­ лов — раздавливание (сжатие), раскалывание, разламывание, ис­ тирание и различные сочетания этих способов. При раздавливании (рис. 26, а) кусок под действием дробящего усилия деформируется

во всем объеме и разрушается, когда внутреннее напряжение в нем превысит предел прочности сжатию. При раскалывании кусок раз­ рушается на части в местах наибольшей концентрации давления от клинообразного измельчителя (рис. 26, б).

Ударное раздрабливание происходит под действием динамической нагрузки — удара, который .может быть стесненным и свободным.

.При стесненном ударе кусок разрушается между двумя рабочими (раздрабливающими) поверхностями, а при свободном — в резуль­ тате столкновения его с рабочим органом в полете, падении (рис. 26, в). Измельчение истиранием (рис. 26, г) происходит под действием сжи­

мающих, срезающих и растягивающих сил. Истирание — наиболее дорогой способ измельчения, энергоемкий, связан с большим расхо­ дом энергии и интенсивным износом рабочих органов. В результате истирания продукт получается мелким порошкообразным.

60

В дробильных машинах сочетаются раздавливание с ударом и истиранием, раздавливание с изгибом, удар с истиранием и др. При крупном и среднем дроблении рациональным считается раздавлива­ ние и удар. Истирание в сочетании с ударом используется в мельни­ цах. Выбор рационального способа дробления зависит главным образом от физико-механических свойств и гранулометрического состава (соотношение кусков или частиц по их крупности) дроби­ мого материала. Для очень твердых крепких пород (диабазов, базаль­ тов и др.) используется способ раздавливания и удара для твердых и вязких материалов — раздавливание и удар совместно с истиранием. Истирающее действие требуется при дроблении влажных и липких материалов, чтобы избежать зависания его в дробящем пространстве. Хрупкие материалы раздрабливают раскалыванием и ударом.

Сложность процесса дробления (различные величины и напра­ вления раздрабливающих сил и др.) не позволяет создать исчерпы­ вающую теорию, справедливую для разнообразных процессов дроб­ ления. Известно несколько гипотез, основными из которых являются гипотезы Риттингера (1867 г.) и В. Л. Кирпичева (1874 г.).

По гипотезе Риттингера, работа, затрачиваемая на дробление, прямо пропорциональна поверхности кусков, полученной в резуль­ тате этого дробления. Поверхность кусков возрастает обратно про­ порционально линейным размерам этих кусков (чем мельче кусочки раздробленного материала, тем больше общая их поверхность). Линейные размеры кусков изменяются прямо пропорционально сте­ пени измельчения. Упрощенно гипотеза Риттингера выражается сле­ дующей формулой:

6J

Е — модуль упругости (Юига) дробимого материала, Н/сма

(кгс/см2);

А — работа деформации, т. е. работа внутренних сил упругости

дробимого тела; при отсутствии потерь ома равна работе внешних сил (сил дробления), вызвавших данную упругую деформацию тела, Н-см (кгс-см).

Из физики известно, что работа равна силе, умноженной на ве­ личину перемещения этой силы — в данном случае на величину аб­ солютной деформации тела. Так как деформация по закону Гука прямо пропорциональна линейным размерам тела, следует, что

т. е. усилия, вызывающие деформации (дробящие усилия) прямо пропорциональны квадратам сходственных сторон дробимых тел или их площади. По гипотезе же Риттингера, квадратам сходственных сторон или площадям тел пропорциональны работы этих сил.

Данные о наиболее распространенных горных породах, подвер­ гаемых дроблению, приведены в табл. 3. Подставляя соответствующие значения в формулу (25), можно вычислить примерную величину работы, затрачиваемой на разрушение тела объемом V, см3.

Физическая сущность гипотезы Риттингера соответствует про­ цессу резания, когда работа внешних сил прямо пропорциональна обнаженной поверхности тела, а сущность процессов дробления — мелкому дроблению и измельчению. Сущность гипотезы В. Л. Кирпичева соответствует дроблению ударом и раздавливанием, т. е. крупному и среднему дроблению. Обе эти гипотезы дополняют одна другую.

Основываясь на гипотезе В. Л. Кирпичева, проф. Л. Б. Левенсон предложил упрощенный способ определения энергии, затрачиваемой на раздрабливание материала, и приближенную теорию расчета дробильных машин.

В зависимости от принципа действия и конструкции дробильные машины делятся следующим образом:

1)щековые дробилки, в которых материал дробится в рабочем пространстве, между двумя наклонно расположенными плитами (щеками); в этом случае раздавливание сочетается с раскалыванием

иизгибом;

2)конусные дробилки, в которых раздрабливание материала происходит в дробящем пространстве между двумя усеченными конусами в результате раздавливания, раскалывания и излома кус­ ков с частичным истиранием дробимого материала;

3)валковые дробилки, в которых материал дробится в рабочем пространстве между двумя вращающимися валками; дробление про­

исходит раздавливанием с частичным истиранием (гладкие валки)

ираскалыванием (зубчатые валки);

4)дробилки ударного действия, в которых материал дробится под ударами быстро вращающихся рабочих частей по свободно па­ дающим кускам материала;

62

5) мельницы, в которых происходит мелкое дробление — измель­ чение дробящими металлическими телами или кусками горной по­ роды внутри рабочего пространства.

§ 11. Щековые дробилки

Щековые дробилки относятся к машинам периодического действия и применяются главным образом для крупного и среднего дробления различных материалов.

Щековые дробилки делятся на две группы: с одной подвижной дробящей щекой (рис. 27, а, б, в) и с двумя подвижными щеками (рис. 27, г). По характеру движения щеки различают дробилки с про­

стым (качательным, маятниковым) движением щеки относительно оси подвеса (рис. 27, а) и сложным качанием (рис. 28, б), при котором

63

каждая точка щеки описывает замкнутую кривую эллипсообразной формы. Такое движение щеки обусловлено тем, что щека надета на эксцентриковый вал 6, в дробилке же простого качания щека подве­ шена на отдельной неподвижной оси 3. Движение щеке передается шатуном 5 через распорные плиты 4 и 7, находящиеся, в постоянном равновесии благодаря пружине 10 и тяге 9. Эта кинематическая си­

стема образует своеобразный коленчатый механизм, предложенный

Рис. 27. Схемы щековых дробилок:

а — с простым качанием щеки; б — со сложным качанием щеки; в — с нижней осью подвеса и подвижной щеки и эксцентриковым механизмом; г — с двумя подвижными щеками; I — неподвижная щека; 2 — подвижная щека; 3 — верхняя ось подвеса; 4 — передняя распор­ ная плита; 5 — шатун; б — эксцентриковый вал; 7 — задняя распорная плита; в — устрой­ ство для регулирования разгрузочной щели; 9 — тяга; 10 —- пружина; 11 — тяга наружной щеки; 12 — пружина; 13 — нижняя ось подвеса щеки

в 1858 г. н широко применяемый до сих пор вследствие простой и на­ дежной в работе конструкции. При сравнительно незначительном усилии вдоль шатуна создается огромное усилие раздрабливания (на щеке), достигающее в крупных машинах до 20 МН (2000 тс).

Дробилки с простым, качанием щеки иногда бывают с нижней осью подвеса щеки (рис. 27, в). Они выдают более равномерный по

крупности продукт, но Имеют ряд конструктивных недостатков: более сложный приводной механизм, расположенный в зоне дробле­ ния наиболее крупных кусков, а поэтому подверженный большим нагрузкам; расположение оси подвеса в разгрузочной части дробилки усложняет защиту узлов трения от попадания пыли. Такие дробилки изготовляют небольших размеров и используют для переработки неслеживающихся, сухих материалов, хорошо разгружающихся через выпускную щель, которая незначительно увеличивается в момент разгрузки.

64

Дробилки с обеими подвижными щеками (рис. 27, г) имеют общую ось подвеса 3 и приводятся в движение от эксцентрикового вала 6\ внутренняя щека приводится в движение шатуном 5 и двухраспор­ ными плитами, а внешняя — двумя тягами 11, расположенными по

сторонам дробилки. Эти дробилки имеют более сложную конструкцию; в ней много шарниров. Изготовляют их небольших размеров для мелкого дробления сравнительно мягких материалов. Одновремен­ ное движение обеих щек ускоряет их сближение (рабочий ход) и расхождение (холостой ход), что позволяет работать с большей ско­ ростью и производительностью.

Угол между плоскостями дробящих щек называют углом захвата дробимого материала. От его величины зависят эффективность, на-

Рас. 28. Расчетные схемы:

а — для определения угла захвата; б — для определения производительности щековой дро­

билки; в — для определения производитель­ ности дробилки ККД

дежность и безопасность работы машины. Угол захвата можно опре­ делить теоретически, допуская, что усилие дробления Р (рис. 28, а)

направлено перпендикулярно плоскости щек, угол наклона щек оди­ наков и равен а/2, форма дробимого куска — шарообразная; масса куска не учитывается, как незначительная по сравнению с усилием дробления; при нажатии щек кусок не выбрасывается из дробящего пространства.

Усилие дробления вызывает в местах соприкосновения дробимого куска с дробящими щеками силу трения, величина которой по за­ кону Кулона равна

E = fP\ / = £ .

где f — коэффициент трения скольжения дробимого материала по

поверхности щек (отвлеченное число).

Сила трения, как известно, всегда направлена в сторону, проти­ воположную относительной скорости движения тела. В данном слу­ чае — вниз, в противоположную сторону силе, выталкивающей ку­ сок из дробящего пространства.

Раскладывая усилие дробления Р и силу трения Е, получим горизонтальные составляющие Р cos а/2 и F sin а/2 = fP sin а/2 и соответственно вертикальные составляющие Р sin а/2 и fP cos а/2.

Из механики известно, что равновесие (неподвижность) дробимого куска возможно только при условии, если сумма проекций всех дей­ ствующих на кусок сил на вертикальную ось координат OY равна

нулю, т. е.

2Р sin ~ — 2fP cos -J- = О,

или

Так как коэффициент трения скольжения равен тангенсу угла трения ср, т. е. / = tg ф, то, подставляя значение /, получим

При коэффициенте трения сухой руды по стали, равном 0,3, угол захвата составит 31°. Учитывая же возможность дробления сырых и влажных материалов и соответствующее уменьшение коэффициента трения, а также увеличение в процессе работы угла захвата вследствие неравномерного износа дробящих поверхностей и сделанные выше допущения при выводе формулы угла захвата, величину его практи­ чески следует принимать в пределах 18—22°.

Из формулы (27) вытекает, что для исключения возможности вы­ талкивания кусков из дробящего пространства наибольшая величина угла захвата должна быть равна двойному углу трения ф между дробимым телом и дробящими поверхностями или быть меньше этого двойного угла

a 2ф.

Производительность щековой дробилки находится в прямой за­ висимости от числа оборотов вала или от числа качаний подвижной щеки. Наивыгоднейшее (оптимальное) число оборотов вала можно теоретически определить при следующих допущениях: щека совер­ шает не качательное, а поступательное движение (рис. 28, б), при котором прямая АВ параллельна А 'В '\ за каждый оборот вала выпа­

дает из рабочего пространства материал в объеме усеченной призмы (на рисунке показано штриховый); боковые поверхности призмы (трапеции) соответственно равны выпускной щели е и сумме размеров

66

выпускной щели и хода щеки е + 5. Высота призмы в этом случае

будет равна катету прямоугольного треугольника

Раздробленный материал выпадает из дробилки за время холо­ стого хода, когда подвижная щека отходит от неподвижной. При п оборотах в минуту время t разгрузки материала определится из фор­

мулы

Путь свободного падения материала за один ход щеки равен высоте трапеции

или

Подставляя в полученную формулу цифровое значение g, опреде­

лим наивыгоднейшее число оборотов валащробилки

Расчет по формуле (28), предложенной проф. Л. Б. Левенсоном, значительно расходится с практическими данными. В. А. Олевский рекомендует следующую формулу:

Эта формула выведена ц. предположении, что разгрузка дробленого материала происходит за половину холостого хода, так как в течение лервой половины хода материал находится под давлением щеки, а поэтому не разгружается. Скорость вращения вала, подсчитанная по формуле (29), в 1,4 раза меньше скорости, определяемой по фор­ муле (28), и более соответствует скоростям, принимаемым заводамиизготовителями. Последние для дробилок с шириной зева В до

1200 мм скорость вращения определяют по простой формуле

п = 310 — 145 В,

адля более крупных дробилок — по формуле

п= 160 — 425 (5 выражена в метрах).

Производительность щековой дробилки зависит от многих фак­ торов: величин загрузочной и разгрузочной щелей угла захвата, числа оборотов вала, высоты дробящего пространства, физико-механиче­ ских свойств дробимого материала, характера движения подвижной щеки и др. Теоретически приближенно производительность дробилки можно определить (по данным проф. Л. Б. Левенсона) следующим образом.

Объем выпавшего раздробленного материала за один ход щеки равняется объему призмы (рис. 28)

При числе оборотов вала а часовая производительность дро­

где р — коэффициент разрыхления материала, принимаемый в пре­ делах 0,4—0,65; размеры е, S и В даны в метрах.

Эта формула носит приближенный характер, так как не учиты­ вает ряд факторов: физико-механические свойства дробимого мате­ риала, величины угла захвата и др. Поскольку надежные теоретиче­ ские расчеты отсутствуют' существует много эмпирических формул для определения производительности дробилки, составленных в пред­ положении, что производительность прямо пропорциональна пло­ щади разгрузочной щели.

При постоянной ширине щели производительность дробилки воз­ растает с уменьшением крупности загружаемого материала, а при постоянной крупности питания снижается с уменьшением выпуск­ ной щели. Исследованиями установлено, что при уменьшении щели до V3 номинальной величины производительность падает прямо про­ порционально этому уменьшению. При дальнейшем уменьшении ширины щели производительность снижается быстрее.

Из эмпирических формул наиболее распространена следующая:

Q = 0,15е,

где е — наибольшая величина разгрузочной щели; В н е указаны

в метрах.

Практически производительность дробилки принимают по ката­ ложным данным заводов-изготовителей с внесением соответствующих поправок на насыпную массу материала и учетом размера наиболь-

68

ших кусков этого материала. Ширина зева дробилки должна быть на 15—20% больше максимального куска.

Как и производительность, мощность, необходимая для раздроб­ ления материала, зависит от многих факторов, большинство ко­ торых пока невозможно учесть. Поэтому нет обоснованной теорети­ ческой формулы для определения мощности двигателя дробилки.

По проф. Л. Б. Левенсону, мощность для дробилок среднего раз­ мера можно приближенно подсчитать по формуле

а для крупных дробилок по следующей формуле, выведенной исходя из сравнительно редкого попадания в дробилку самых крупных кус­ ков материала

Обозначения в этих формулах приведены в сантиметрах.

Щековая дробилка относится к машинам с большими инерцион­ ными массами движущихся частей (шатун, подвижная щека, вал, маховик). Поэтому мощность, необходимая для разгона двигателя, намного превышает мощность, затрачиваемую при установившемся движении (при нормальной работе дробилки). По В. А. Олевскому, мощность установленного двигателя определяется по эмпирической формуле

N = К1К 2 BHSn кВт,

где Кх — коэффициент, учитывающий резерв мощности на разгон

и перегрузки дробилки, равный 1,5; К 2 — опытный коэффициент, выведенный для новых дробилок

с увеличенной высотой (глубиной) рабочего пространства, равный 5;

В — длина зева, м; Н — высота неподвижной щеки, м;

5 — ход щеки в-разгрузочной части, м; п — число оборотов вала в 1 мин.

Механический к. п. д. дробилки, учитывающий потери мощности в приводном и передаточном механизмах, составляет около 0,75; общий к. п. д. машины принимают в пределах 0,37—0,45.

Дробящее усилие достигает наибольшей величины в момент дроб­ ления самых крупных кусков породы, когда они расположены при­ мерно на расстоянии V3 от верха дробящего пространства. По проф.

69