книги из ГПНТБ / Роторные дробилки исследование, конструирование, расчет и эксплуатация

В дробилку загружались отдельные куски известняка Ковровского месторождения массой от 2 до 14 кг при различной скорости ротора и измерялись величины мгновенной мощности, потребляе­ мой электродвигателем при ударе, и перемещения тяги плиты, которые записывались с помощью осциллографа на ленту. По мгновенной мощности подсчитывались ударные импульсы, дей­ ствующие на ротор, а по перемещениям тяги плиты — моменты удар­ ных импульсов, действующих на отражательную плиту M's. Масса кусков камня подбиралась так, чтобы в интервале масс от 2 до 4; от 4 до 6 и т. д. было по 10—15 кусков. Каждый из кусков одного интервала давал несколько ударов различной величины. Из них выбирались максимальные значения по одному для каж­ дого куска. Так как эти величины имели значительный разброс, обусловленный случайными факторами, упомянутыми выше, то для каждой группы из 10—15 максимальных величии находились параметры распределения, т. е. средние арифметические величины и средние квадратические отклонения от средних арифметических, по которым находились самые максимальные значения

вероятность превышения которых составляла бы 0.001 при за­ грузке кусков данного размера.

Так как самые максимальные значения Msn, согласно сделан­

ному предположению, соответствуют наибольшим значениям плеч lsn, то самые максимальные значения ударных импульсов,

действующих на первую отражательную плиту, определятся как

Ms

О ___ ° П

П~ ~ Т Г '

°п

Аналогично определялись и самые максимальные значения ударных импульсов 5Р, действующих на ротор.

Исследования показали, что между 5Пи 5р существует соотно­

в котором коэффициент Кп зависит от окружной скорости ротора и массы куска тк, поступающего в дробилку, и выражается эмпи­ рической формулой

для горной породы с пределом прочности при растяжении (по прибору Т-3) Ор = 77 кгс/см2 и объемным весом у0 = 2,48 гс/см3 меньше единицы. Значение Кп уменьшается с возрастанием ско­ рости и массы куска. Это объясняется тем, что оба фактора (уве­ личение ѵр и тк) влекут за собой повышение степени дробления, вследствие чего отражательная плита воспринимает удары более мелких кусков, чем ротор.

Выведенные формулы позволяют определить средние взвешен­ ные по времени ударные импульсы, действующие на первую и последующие плиты. По этим величинам следует рассчитывать жесткость возвратных пружин, задаваясь допустимым отклоне­ нием плиты, исходя из соображений получения равномерного продукта. Определив по формулам (4.17) и (4.18) среднюю и мак­ симальную величину ударных импульсов, действующих на первую плиту, и используя уравнения (4.19)—(4.24), можно найти ана­ логичные величины импульсов для второй и третьей плит.

3. НАПРЯЖЕНИЯ В ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ ПЛИТЕ

От конструкции отражательной плиты зависят нагрузки и рас­ пределение напряжений в плите. Рассмотрим наиболее распростра­ ненную конструкцию плиты, т. е. имеющую верхнюю шарнирную подвеску, угол установки ßi = 10ч-30° и форму очертания по логарифмической спирали, аналогично плитам дробилок СМД-95, СМД-94.

Основная нагрузка на отражательную плиту возникает вслед­ ствие частых ударов по ней кусков дробимого материала, а также в результате случайных, редких ударов бил ротора по нижнему концу плиты, передаваемых через защемленный в выходной щели недробящийся посторонний металлический предмет. Последние нагрузки иногда могут вызывать значительные напряжения, кото­ рые ие должны превышать динамического предела текучести. Однако удары дробимого материала, хотя и вызывают меньшие напряжения, но они часты и могут привести к усталостному раз­ рушению. Поэтому расчет должен вестись также на усталость от действия этих основных нагрузок. Ниже излагаются вопросы, связанные только с расчетом на усталость.

Так как нагрузки от ударов дробимого материала зависят от массы куска, его формы, упругих свойств, величины и направ­ ления скорости удара, точки его приложения и других случай­ ных факторов, то расчет должен вестись вероятностно-статисти­ ческими методами. Экспериментальными исследованиями, про­ веденными во ВНИИСтройдормаше на модели роторной дробилки, имевшей Dp = 670 мм, Lp = 300 мм и отражательную плиту, выполненную по профилю, показанному на рис. 51, установлено, что удары кусков дробимого материала по плите вызывают изгиб продольной оси плиты, условно изображенной прямой на рис. 52, как в виде полной волны (эпюры / и II), так и полуволны (эпюры III и IV). Частость появления первых составляет 16, вторых 84%. По величине напряжений, возникающих в плите, те и другие эпюры равновероятны. Частоты появления эпюр III и IV одинаковы. Модальное (наивероятнейшее) распределение напряжений по длине плиты близко к синусоидальному и может быть описано уравнением

где Oj. — напряжение в наиболее удаленном волокне сечения, расположенного на расстоянии х от оси подвески; от — то же напряжение в середине длины балки, являющееся максимальным.

Используя формулу потенциальной энергии упругой дефор­ мации изогнутой балки

и зная энергию удара U, израсходованную на деформацию плиты, можно определить максимальное напряжение в отражательной плите.

Рис. 51. Схема расположения датчиков на Рис. 52. Эпюры напряжении в отражательной плите при исследовании наотражательной плите, вознпкапряжений, возникающих при ударе: волниющие при ударе

стые линии — датчики

Уравнение (4.26) после интегрирования для плиты, имеющей П- или Ш-образиое сечение, одинаковое по всей длине от точки подвески до нижнего конца, при условии распределения напряже­ ний согласно уравнению (4.25) имеет следующий вид (см. рис. 51):

Максимальное напряжение изгиба в ребре плиты в кгс/см2

или

В этих формулах b — суммарная толщина всех ребер. Значе­ ния линейних величин, измеряемых в см, показаны на рис. 51;

Е — модуль упругости в кгс/см'2; U — энергия удара, поглощае­ мая упругими деформациями, в кгс-см; J — момент инерции се­ чения плиты в см1; у „ — расстояние от центра тяжести сечения плиты (не включающего футеровку) до наиболее удаленного во­ локна сечения в см.

Для использования формулы (4.27) необходимо знать вели­ чину U. Энергия удара кусков дробимого материала о плиту ча­ стично переходит в потенциальную энергию упругих деформаций плиты U и в кинематическую энергию движения плиты Т. Отно­

сительно осп подвески О, момента инерции сечения плиты J, длины плиты /, скорости удара, зависящей от скорости ротора цр, и точки приложения ударного импульса. Экспериментальными исследованиями, проведенными во ВНИИСтройдормаше, было найдено максимально возможное значение К,п которое выра­ жается эмпирической формулой

эта величина является критерием жесткости и инертности плиты. Таким образом, для определения напряжений в плите от дей­ ствия нормальных ударных нагрузок, возникающих при дробле­ нии материала, следует по формуле (4.5) найти максимальный ударный импульс, действующий на ротор. По формулам (4.13) и (4.14) определить коэффициент Кп и ударный импульс, действую­ щий на плиту при дроблении единичных максимальных кусков.

Полная энергия удара по плите

S -1 -

Далее по одной из формул (4.27) определяется наибольшее напряжение в средней части плиты. Так как это напряжение имеет малую вероятность, то эквивалентное напряжение, соответ-

ствующее стационарному режиму, для расчета запаса прочности по напряжению на усталость находится так:

для материала плиты, который для мягких углеродистых сталей

Величины ѵ,- и соответствующие им частости со,- можно взять из табл. 8, так как частости напряжений в плите имеют одинако­ вое распределение с частостями нагрузок на ротор. Если принять

где сг_] — предел усталости для данной конструкции и мате­ риала, определенный с учетом масштабного фактора и влияния характера обработки поверхности.

Приведенная методика расчета, основанная на эксперименталь­ ных данных о доле энергии, поглощаемой упругими деформа­ циями плиты (U = КиЕп), не учитывает потерь энергии удара на деформации футеровки плиты и деталей их крепления, поэтому действительные напряжения будут несколько ниже полученных расчетом, что увеличивает запас прочности.

Критерий жесткости Сж может быть использован как критерий подобия. Разделив его на квадрат окружной скорости ротора іР

(в см2/с2), получим безразмерную величину, определяющую усло­ вия физического подобия процесса нагружения отражательной плиты. Если в двух дробилках различного размера отражатель-

С

ные плиты имеют одинаковые величины этих критериев — , то

ѵр

напряжения в отражательных плитах будут одинаковыми. Так как обычно роторные дробилки независимо от их размеров рабо­ тают приQодинаковых окружных скоростях, то вместо критериев

подобия—V- можно использовать для сравнения критерии жест­

кости Сж. Анализируя величину этого критерия, нетрудно убе­ диться, что при одинаковых материалах плит (т. е. модуле упру­ гости и плотности) равенство критериев Ссж обеспечивается при сохранении геометрического подобия отражательных плит. От­ сюда вытекает весьма важный для практических расчетов вывод: если на одной из моделей дробилок определены действительные напряжения в отражательной плите и имеется уверенность, что плита отвечает условиям прочности, то можно проектировать геометрически подобные конструкции отражательных плит для дробилок других размеров, будучи уверенным, что их прочность будет обеспечена при условии сохранения одинакового качества изготовления.

КОНСТРУКЦИИ РОТОРНЫХ ДРОБИЛОК

1. КЛАССИФИКАЦИЯ

Было несколько попыток классифицировать по конструктив­ ным признакам роторные дробилки, применяемые в промышлен­ ности. Однако при интенсивном развитии дробилок данного типа

сификации по крупности принимаемых кусков и в отечествен­ ной промышленности. Дробилки разделяются на три класса:

— крупного дробления, рассчитанные на прием кусков более

0,3 диаметра ротора. При этом дробилки среднего и мелкого дроб­

Дробилки крупного дробления предназначены главным обра­ зом для работы на первой стадии дробления, дробилки среднего и мелкого дробления ■— для последующих стадий дробления.

По свойствам загружаемого материала и требованиям к полу­ чаемому продукту различают машины для дробления:

—пород малой и средней абразивности (известняков, доломи­ тов, сланцев, аргиллитов, мрамора, песчаника и других мате­ риалов, но не более VII категории абразивности);

—высокопрочных и абразивных горных пород (гранитов, ба­

зальтов, диабазов, диоритов, кварца, кварцитов, руд металлов

идругих материалов более VII категории абразивности);

—с одновременной промывкой от пылевидных частиц н гли­ нистых загряз Hеиий;

—с одновременной подсушкой горячими газами, пропускае­ мыми через дробилку;

— с ограниченным выходом зерен максимальной крупности в продукт дробления.

Каждый технологический тип машины определяет и некоторые конструктивные особенности, которые в общем не меняют прин­ ципа работы, за исключением последнего типа дробилок, в кото­ рых обычно имеются контрольные колосниковые решетки, охва­ тывающие нижнюю полуокружность ротора, где додрабливаются сверхмерные куски при их защемлении между билами и колосни­ ками. Значительно большее разнообразие наблюдается по конструк­ тивным признакам, обусловленное различными технологическими требованиями, а также субъективным подходом к конструированию.

По конструктивным признакам роторные дробилки класси­ фицируются (рис. 54—65):

—по числу роторов: одгюроторные (рис. 54—61), представ­ ляющие многочисленный класс и наиболее широко распростра­ ненные, и многороторные (двух- и трехроторные, рис. 62—65);

—по способу разгрузки готового подукта: со свободной раз­ грузкой (рис. 54—57, 60, 62—64), с разгрузкой через контроль­ ную колосниковую решетку (рис. 58, 65), которая охватывает всю нижнюю полуокружность ротора полностью, комбинирован­ ные (рис. 59, 61), т. е. с разгрузкой через контрольную колосни­ ковую решетку, которая охватывает часть нижней полуокруж­

ности ротора. Данный тип является промежуточным между пер­ вым и вторым;

— по характеру исполнения отражательных органов: с отра­ жательными плитами (рис. 54—59, 64); с отражательными колос­ никовыми решетками (рис. 60—63); с комбинированными отража­