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

Уменьшенная высота била может быть оправдана для дроби­ лок мелкого дробления материалов невысокой абразивности, когда стремятся получить продукт дробления более равномерной круп­

ир

Толщина била Ь0 (рис. 97) определяется из соображений мини­ мального удельного износа и условиями прочности. Увеличение толщины била не повышает его срок службы, так как его внешняя поверхность истирается в 4—5 раз быстрее рабочей независимо от ширины внешней поверхности. Вследствие этого било быстрее укорачивается по высоте до предельного размера, чем изнашивается по толщине. Если било опирается по всей длине опорной поверх­

ности и изготовлено из вязкой стали аустенитного класса, напри­ мер из стали марки 110Г13Л (ТОСТ 2176—67), его толщина может составлять (0,4—0,6) /гб. Била, изготовленные из более хрупких сталей повышенной твер­ дости, могут иметь большую тол­ щину. Встречаются била, у кото­ рых b0 2s Ііб.

Плоскость рабочей поверхно­ сти била чаще всего проходит через ось вращения ротора, что обеспечивает прямой удар. Более эффективный удар создает перед­ няя кромка била, однако в ре­

зультате интенсивного изнашивания опа постепенно закругляется и эффект удара снижается. Чтобы компенсировать эту потерю эф­ фективности, часть рабочей поверхности наклоняют по ходу вра­ щения на 15—20° (рис. 97, вариант I), что увеличивает кон­ центрацию напряжений, возникающих в куске дробимого материала^при ударе, при некотором закруглении кромки.

Форма внешней поверхности ротора влияет на вероятность проникновения куска в рабочую зону ротора (см. § 4, гл. П), поэтому наиболее рациональной формой поперечного профиля ротора^для глубины проникновения является круглый цилиндр с выступающими билами (рис. 97, вариант II). Такая форма при­ меняется при слабых ударных нагрузках на било, т. е. при мелком дроблении. При дроблении крупных кусков, создающих сильные ударные нагрузки, последние требуют более иадежного'крепления со стороны опорной поверхности, поэтому у дробилок крупного и среднего дробления корпус ротора выполняют с подпорной стен­ кой. При!этом внешняя поверхность описывается по спирали (см. рис. 77) либо по окружности с выступами (рис. 97, вариант I). Чтобы выступ меньше снижал глубину проникновения, целесо­ образно делать его в виде отдельных ребер (рис. 97, вариант III),

тогда часть кусков сможет проникать в промежутки а между реб­ рами, что повысит среднюю глубину проникновения. На дробил­ ках крупного дробления ребра следует делать достаточно проч­ ными, чтобы не ослабить опорные части корпуса ротора.

Камера дробления. Первая камера дробления определяется положением приемного лотка, а также формой и положением отра­ жательной поверхности первой плиты пли решетки. Положение приемного лотка определяется углами наклона лотка фл и уста­ новки ер (см. рис. 53).

Угол наклона лотка фл для сухого крупнокускового материала может составлять 40°. Но так как мелкий увлажненный материал нередко налипает на поверхности лотка и препятствует движению,

м

Рис. 98. Построение приемного лотка и приемного отверстия:

а — при ф = 0°; б — при <р = 25°

то на дробилках универсального назначения делают фл = 45ч- ч-50°. Для колосниковых лотков, у которых возможно застре­ вание кусков между колосниками, угол наклона лотка фл = 60°. С целью увеличения скорости проникновения кусков в рабочую зону ротора угол фл может достигать 90°.

Угол установки приемного лотка ф определяет место подвода загружаемого материала к ротору и начало разлета кусков после первого удара, а также положение приемного отверстия. Для выяснения последовательности действий при выборе угла рас­ смотрим два примера конструирования положения приемного лотка и приемного отверстия.

П р и м ер 1. Допустим, что из соображений максимального использования верхней полуокружности ротора выбрали ф = 0° (рис. 98, а), и для обеспечения скольжения материала фл = 45°. Тогда линия рабочей плоскости лотка примет положение K.L. Согласно закономерностям движения материала во второй фазе (см. § 4, гл. II) куски, сошедшие с приемного лотка, после удара билом будут разбрасываться последним, отклоняясь от наивероят­ нейшего (модального) направления KN в ту и другую сторону с равной вероятностьюТак как обычно h6 значительно меньше hm,

то можно считать, что начальные скорости кусков ук будут га­ ситься при ударах о внешнюю поверхность ротора. В этом слу­ чае модальное направление полета KN может определяться углом у = 90°, т. е. совпадать с направлением окружной скорости ротора ѵр в точке К ■Если принять во внимание равную вероятность отклонения от модального направления KN, то общий поток кусков разделится линией KN пополам. Для нор­ мальной работы дробилки необходимо, чтобы в приемное отвер­ стие от ротора выбрасывалось минимальное количество кусков. Практически допустимо З/о всего потока. Следовательно, 50 — 3 = = 47% от общего потока должно направляться в сектор Ду. Согласно графику 2 (см. рис. 17) вероятность попадания в сек­ тор Ду, равная 47%, соответствует углу Ду = 34°. Отложив этот угол от линии KN, получим сектор MKN, в который не должно заходить приемное отверстие. Выбрав поперечный размер прием­ ного отверстия, например В 0 = 0,5-Dp, проведем линию 00, параллельную KL, и в пересечении с линией КМ найдем точку М г, соответствующую верхнему краю приемного отверстия. Опустив из точки М -L перпендикуляр на I(L, получим точку L x нижнего края приемного отверстия.

Можно убедиться, что при ф = 0° приходится значительно удлинять приемный лоток. Если это нежелательно, то придется пойти на увеличение количества кусков, выбрасываемых в прием­ ное отверстие. Примем конструктивно приемлемые размеры лот­ ка KL2. Тогда точка М 1 сместится в положение М 2 и линия КМ примет положение К М 2. Угол Ayj окажется равным Ayj = 25°. По графику 2 (см. рис. 17) находим, что в сектор Ду = 25° ве­ роятность попадания составляет 41%. Следовательно, в приемное отверстие будет выбрасываться 50 — 41 = 9 % потока. В этом случае необходимо принимать особые меры, предотвращающие вылет кусков в приемное отверстие. Кроме того, 9% потока, направляясь навстречу кускам материала, движущимся по лотку, будет тормозить их движение к ротору и снижать среднюю глу­ бину проникновения /іср, что также нежелательно.

П р и м е р 2. Учитывая нежелательные результаты кон­ струирования в первом примере, выбираем ср = 25° и срл = 45°. Строим линию положения рабочей плоскости приемного лотка

приемлемое конструктивное решение, при котором поток кусков, направленный от ротора в приемное отверстие, не превышает 3% от общего потока материала, загружаемого в дробилку.

Приведенные примеры показывают, какие соображения должны приниматься в расчет при конструировании приемного лотка и выборе положения приемного отверстия.

Чаще всего угол ср делают равным 25—35й, хотя встречаются И углы ср = 0°. Но в этих конструкциях приходится применять специальные приемные коробки, зигзагообразные лотки или сильно уменьшать поперечный размер приемного отверстия В 0, что возможно лишь при загрузке мелкокускового материала.

Форма первой камеры дробления определяется утлом уста­ новки отражательной плиты ßx, поперечным размером приемного отверстия В 0 и профилем отражательной поверхности плиты.

Увеличение угла ßx от 0 до 90°, как выяснено в § 1 и 2, гл. Ill, снижает степень дробления, но увеличивает максимальную про­ изводительность. Поэтому чтобы обеспечить максимальную сте­ пень дробления, угол ßx должен составлять 0—15°. При необ­ ходимости иметь наибольшую производительность и умеренную степень дробления угол ßx должен быть равен 20—90°.

При выборе угла ßx необходимо учитывать также и следующее. Если дробилка должна иметь 2 или 3 плиты, то при угле ßx = = 90° угол ß2 = ßx -|- 40° = 130° (в данном случае оптимальное угловое расстояние Aß = ß2— ßj = 40°, см. § 4, гл. II). При ß2 = 130° вторая плита не будет отражать куски внутрь рабочей зоны или же расположится почти горизонтально и на ней будут задерживаться куски материала. Еще худшее положение займет третья плита.

Если ради увеличения ßx отказаться от последующих плит, то в продукт дробления будут попадать сверхмерные куски, не получившие эффективного удара билом, и тем самым засорять продукт. Таким образом, можно сделать вывод, что для дробилок крупного дробления следует выбирать ßj = 15ч-30°, для дробилок мелкого дробления ßi = 0ч-15°. Для дробилок специального назначения, от которых требуется наибольшая производитель­ ность при минимальных габаритных размерах и не предъяв­ ляются жесткие требования к равномерности зернового состава, можно принять ßr > 30°.

Приведенные рекомендации по выбору оптимального угла ßx предусматривают использование дробилок на эксплуатационной производительности, составляющей около 0,8 от максимальной, т. е. при I(Q = 0,8 (см. § 2, гл. III). Однако некоторые фирмы ру­ ководствуются другими соображениями. Выбирая угол ßi = = 50ч-90°, в то же время уменьшают рекомендуемую эксплуата­ ционную производительность, т. е. снижают KQ до 0,2—0,5. Этим достигаются уменьшение вероятности выброса недодробленных кусков материала и некоторая компенсация недостатка больших углов установки ßx. Какой из этих путей более целесообразен, пока сказать трудно, так как накопленный опыт эксплуатации роторных дробилок еще недостаточен. Можно лишь предполагать что каждый из этих путей даст наилучшие результаты в опреде­ ленных условиях.

Поперечный размер приемного отверстия В 0 определяется величиной наибольших кусков загружаемого материала и на­

значается равным (1,2— 1,7) D,n для дробилок крупного дробления и (1,5—3) Dtn для дробилок среднего и мелкого дробления. При загрузке кусков больших размеров, когда появляется опасность перегрузки, следует выбирать В 0 возможно меньше, чтобы прием­ ное отверстие ограничивало размеры принимаемых кусков. В ГОСТе 12375—70 принято В 0 — 0,7Dp, что соответствует В 0 = (1,4ч- ч-1,5) Dm\ у дробилок среднего и мелкого дробления типа ДРС принято В 0 = 0,5Dp или В 0 = 1,7D,„.

При выборе профиля отражательной поверхности первой отра­ жательной плиты или решетки руководствуются следующим. Первая отражательная плита выполняет две основные функции: рабочего органа, при ударе о который разрушаются куски дро­ бимого материала, отбрасываемые билами, вследствие чего ис­ пользуется часть кинетической энергии, приобретенной кусками, а также функцию направляющего устройства. Роль плиты как

большая доля потока направляется к приемному лотку или к ро­ тору в точку К (рис. 98), то каждый кусок подвергается много­ кратным ударам, при этом снижается вероятность малоэффектив­ ных ударов и повышается средняя степень дробления. Если же плита значительную часть потока отраженных кусков направляет на ротор ближе к выходной щели, то повышается вероятность удаления нераздробленных кусков из рабочей камеры и сни­ жается средняя степень дробления.

Рассмотрим построение профиля плиты для дробилки крупного дробления, универсального назначения, принимающей наиболь­ шие куски размером Д„. Предположим, что к габаритным разме­ рам дробилки особых требований не предъявляется.

Для крупного дробления можно принять дробилку двухка­ мерного типа. Полагая, что угол установки второй плиты ß3 максимальный и равен 90° и оптимальное угловое расстояние ß2 —

—ß1=40° (см. §4 гл. II и § 2 гл. Ill), можно было бы назначить угол установки первой отражательной плиты ßx = 50°. При таком угле поправочный коэффициент К$ — 3,4 (см. рис. 106), следо­ вательно, производительность может быть в 3, 4 раза больше, чем при ßA= 0°. Но при этом показатель влияния угла установки на размер продукта дробления Д = 1,9 (см. § 1 гл. III). Если же угол ß уменьшить до 25°, то /гр = 1,4, следовательно, степень дробления может быть повышена в 1,9 : 1,4 = 1,35 раза. Размеры дробилки при этом необходимо увеличить, но так как проекти­ руется дробилка универсального назначения и к ее габаритным размерам не предъявляются особые требования, то целесообразно принять угол ßi = 25°. При этом Лф = 1,63.

Уменьшать угол ß: меньше 25° для дробилки крупного дроб­ ления нецелесообразно, так как при этом значительно умень­ шится камера дробления, что невыгодно для приема крупных кусков. Учитывая изложенные выше рекомендации по поводу выбора положения приемного лотка, примем ср = 25° н срл = 45°.

Нанесем окружность, равную Dp, если диаметр ротора опре­ делен. Если величина Dp не выбрана, то можно начертить окруж­ ность ротора произвольного диаметра, приняв его за единицу. Тогда все линейные размеры на чертеже следует измерять в до­

верхности.

Построим отражательную поверхность так, чтобы она удовле: творяла следующим требованиям: а) при ширине выходной щели s ~ 0 наибольшая масса кусков должна отражаться к приемному лотку для повторных ударов, для обеспечения минимальной ве­ роятности выброса кусков, не подвергшихся эффективному удару бил; б) наибольшее количество кусков, отброшенных билом и обладающих запасом кинетической энергии, должны ударяться о плиту с максимальным коэффициентом использования энергии Кэ.

Из анализа графика на рис. 21 следует, что максимальный коэффициент Кэ = 0,97 соответствует углу падения = 0°. Но при этом угол отражения 8и также равен нулю. Если бы мы построили отражательную плиту так, чтобы все куски ударялись о нее под прямым углом, то большая доля отраженных кусков направлялась бы в точку К — навстречу движению основного потока. Для непрерывного потока это нежелательно, так как при столкновении кусков встречного потока их направленность нару­ шается и число эффективных ударов о плиту снижается. Поэтому

т. е. снижается по сравнению с максимальным лишь на 3%, что допустимо.

Полагая, что куски дробимого материала движутся по прямым линиям, исходящим из точки К , отражательную поверхность следует наклонить так, чтобы все лучи K N 0, K N lt K N 2 и т. д. составляли с нормалью к этой поверхности угол 8Ѵ= 10°. Этому условию удовлетворяет логарифмическая спираль, имеющая полюс в точке К и описываемая уравнением в полярных координатах:

Р = Рое(Г р 10 > где Р н ФР — текущие координаты.

Построить приближенно такую спираль, которая проходила бы через точку М, можно следующим образом. Нанесем от линии K N 0 лучи KNi_, KN.V KNз H т. д. через каждые 10° и разделим каждый угол N 0K N lt N 1K N .,, N 2I\N3 и т. д. биссектрисами К Вг, К В2, КВз и т. д. Через точку М проведем отрезок ММ а между лу­ чами KNSи KNr, так, чтобы нормаль к нему составляла с биссектри­ сой КВа угол 8Ѵ — 10°. Под тем же углом к биссектрисе КВа проведем отрезок МаМ7 и т. д. Построенная ломаная линия Л4М8М7Л10 приближается к выбранной нами логарифмической спирали. Ее можно продолжить до пересечения с окружностью ротора. Однако в данном случае угол получится больше выбран­ ного нами значения = 25°. Чтобы выдержать этот угол, можно отступить от логарифмической спирали у нижнего конца отра­ жательной поверхности и провести ее вертикально по ли­ нии СС1 или отклонив в сторону от приемного лотка на угол ф = = 20°, т. е. по линии СС2. Это отступление не будет иметь суще­ ственного значения, так как в первом случае угол сектора N 0КС1 составит 26°, а согласно графику 2 (см. рис. 17) вероятность по­ падания в этот сектор составляет 42%. Следовательно, вне этого сектора, т. е. на участок плиты ССѴ попадет не более 50—42 = 8% всего потока. Во втором же случае в сектор N 0КСг, равный 36°, попадет 48% всего потока и на долю участка СС2 останется лишь 2%. Следует учесть и то, что у нижнего конца плиты скапливается

Таким образом, мы построили линию профиля отражательной поверхности, которая при выходной щели s — 0 будет принимать в секторе МКС2 47+48 = 95% всего потока кусков, подаваемых приемным лотком на ротор. При этом будут соблюдены постав­ ленные условия.

Так как отражательные устройства выполняются с расчетом возможности регулирования ширины выходной щели в резуль­ тате поворота его на шарнирной подвеске, при увеличении ши­ рины щели плита изменяет наклон и угол падения ô„ умень­ шается. При отклонении плиты на угол более чем 10° все модаль­

ные направления отраженных кусков будут попадать на ротор тем ближе к точке С, чем больше угол отклонения плиты отли­ чается от 10°. В этом случае крупность продукта будет возрастать как из-за увеличения размера выходной щели, так и в результате уменьшения вероятности повторных ударов. Для дробилки уни­ версального назначения это выгодно, так как при этом увеличи­ вается диапазон регулирования степени дробления.

Хотя мы рассчитывали при построении профиля отражатель­ ной поверхности отвести модальное направление отраженных кусков от всех точек плиты на приемный лоток, все же часть по­ тока попадет на дугу ротора КС ближе к точке С вследствие значительного разброса значений углов отражения б„.

Разделим дугу КС пополам точкой К\ и найдем долю потока кусков, отражаемых на дугу К гС. Согласно формуле (2.23) сред­ нее квадратическое отклонение угла отражения при угле падения б„ = 10° составляет сгб„ = 22,6°. Угол же QM0Ki равен 47°, что

составляет 47 : 22,6 =2,1 среднего квадратического отклонения. Как установлено, вероятность отклонения в пределах 2,laô(i

составляет 48%, следовательно, на дугу К\С придется 50—48 = = 2% потока отраженных кусков из точки Л40. Для кусков, отра­ женных от точек М х, М ,, М 3и т. д. до точки С, увеличивается доля кусков, отраженных на дугу /С1С, которая в сумме составляет около 10%. Значит, даже при тщательно построенной отражатель­ ной поверхности, рассчитанной на повторные удары, до 10% потока кусков попадает на ротор близко к выходной щели и после второго удара билом может быть удалено из первой камеры дроб­ ления. Это указывает, что необходима вторая камера дробления.

Рассмотрим построение отражательной поверхности второй камеры дробления. Она должна удовлетворять следующим тре­ бованиям: а) направлять наибольшую долю отраженных кусков к ротору так, чтобы обеспечить наибольшую глубину проникно­ вения в рабочую зону ротора; б) наибольшее количество кусков, выброшенных из выходной щели, должно ударяться о плиту с максимальным коэффициентом использования кинетической энергии Кэ-

Этим условиям будет удовлетворять плита, все точки поверх­ ности которой имеют нормали, составляющие угол ô„ ^ 10° с направлением движения кусков из выходной щели. Профиль такой поверхности представляет собой также логарифмическую спираль, отвечающую уравнению в полярных координатах р =

= р0е~фр tgl0°, где р0 = ССг (рис. 100).

Примем угловое расстояние между первой и второй плитами Aß = 40°. Это расстояние оптимальное (см. § 4 гл. II и § 1 гл. III). Увеличение его почти не повышает степень дробления. Нанесем окружность ротора и на ней точки С и С1г соответствующие нижним кромкам первой и второй отражательных плит. Модальное направление потока CN0 пойдет по касательной к ок-

ружности в точке С. Проведем лучи CN lt CN,, CN3 и т. д. через каждые 10° от модального направления н нанесем биссектрисы C ß1,

СВ,, СВЯ и т. д. углов N 0CN1, N XCN,, N,CN3 п т. д. Проведем из точки Сх линию С1М 1, наклонив ее так, чтобы нормаль к ней

ческой спирали, которая может быть сглажена дугой окружности пли приближенно очерчена отрезками прямых большей длины,

что выбирается конструктивно из соображений удобства изго­ товления.

Построив профиль отражательной поверхности второй плиты и выбрав конструктивно верхнюю конечную точку М-, можем по графику 2 (смрис. 22) определить вероятность перелета кусков за плиту. Угол М 0СМ1 составляет 50°. По графику 2 (см. рис. 23) при Ау = 50° вероятность Р(Ау) попадания в сектор Ау равна 48%,

Поток кусков продукта дробления, выбрасываемый из вы­ ходной щели последней камеры со значительной скоростью, со­ ставляющей в среднем (0,7—=-1) ѵр (см. табл. 4), ударяясь о пре­ пятствия на своем пути, изнашивает их. Этими препятствиями могут оказаться задняя стенка корпуса дробилки или лента кон­

вейера, расположенная под дробилкой. Последняя будет По­ вреждена особенно при попадании на нее крупных кусков. По­ этому при конструировании дробилки крупного дробления и проектировании ее установки следует учитывать направление и плотность потока кусков. Рассмотрим это на конкретном примере.

Положим, что у дробилки последняя отражательная плита имеет угол установки ß = 60° (рис. 101). Построив модальное направление потока CN0 по касательной окружности ротора в точке С, отложим от него в обе стороны по 50°. Согласно кривым 2 (см. рис. 22) вероятность попадания в сектор Ду -- 50° состав­ ляет Р (Ду) = 48%. Следовательно, 96% потока будет попадать в сектор N jC/Vo и лишь по 2% выбрасываться за точки N x и N 2. Чтобы предотвратить износ стенки, ее нужно футеровать на участке K N lt а на участке /(/Ѵ2 установить плиту, препятствую­ щую прямому попаданию кусков вниз под дробилку, где должна быть расположена лента конвейера. Кривая 1 (см. рис. 22) пока­ зывает плотность вероятности потока в разных направлениях. По величине радиусов-векторов от точки /( до пересечения с кри­ вой 1 можно судить о плотности потока и интенсивности изнашива­ ния. Так, например, в направлении, отклоняющемся от модального

ными примерами, нетрудно построить профили отражательных плит и решить вопрос о защите стенок и конвейерной ленты от изнашивания при других условиях.

Выбор числа камер дробления основывается на выводах § 3, гл. II, где доказывается, что для получения необходимого мини­ мума — двух центральных ударов с вероятностью 0,95 требуется свыше десяти попаданий на ротор. Если требуется получить мелкий продукт, содержащий куски размером сІъ (например, d5 = 3-^5 мм) менее, чем минимально практически выполнимая ширина щели, то число камер дробления должно быть равно числу необходимых попаданий на ротор согласно графику на рис. 14. Это выполняется на дробилкахподобного назначения (см. рис. 92).

На дробилках среднего и мелкого дробления, предназначенных для получения зерен продукта размером 10—70 мм, целесообраз­ нее применять меньшее число камер, чем расчетное число попа­ даний на ротор. При этом для снижения доли сверхмерных кусков в продукте уменьшают размеры выходных щелей, чем обеспечи­ вают их додрабливание (см. § 2, гл. II). В этом случае можно ограничиться двумя — тремя камерами дробления.

В дробилках крупного дробления, где преобладают эксцен­ тричные удары, при выборе числа камер дробления руковод­ ствуются следующим. При одной камере вероятность выхода недодробленных кусков размером 1гб -(- s составляет примерно 0,05. Если это нежелательно, то установка второй отражательной плиты при ß3 = ßx + 40° снижает вероятность выхода таких кусков