книги из ГПНТБ / Карамов С.К. Машины для заготовки материалов и элементов инженерных конструкций учебное пособие

Рис . 5. Схема щековой камнедробилки с комби­ нированным качанием щеки: 1 — эксцентриковый вал, 2 — шатун, 3 — распорная плита, 4 — под­ вижные клинья, 5 -— стяжной болт

10

камнедробилок. Чтобы исключить этот существенный недостаток, в некоторых конструкциях таких камнедробилок применялась ниж­ няя подвеска подвижной щеки. Однако такая конструкция, устра­ няя указанный недостаток, не обеспечивала надежной выгрузки измельченного материала из камеры дробления. Поэтому такие конструкции не нашли распространения в промышленности и в настоящее время не выпускаются. Существенным недостатком камнедробилок с простой формой траектории качания подвижной шеки является и то, что их конструкция получается громоздкой и сложной, так как необходимо иметь две распорные плиты — перед­ нюю (/) и заднюю (2) (см. рис. 3), а также ось и эксцентриковый вал (3), на котором подвешена подвижная щека. Каждая точка ция щековых камнедробилок со сложной формой траектории кача­ ния подвижных щек (рис. 4) в основном исключает все недостат­ ки дробилок с простой формой траектории качания подвижной шеки. Конструкция этих камнедробилок проста и компактна, так как нет одной из распорных плит и только один эксцентриковый вал (3), на котором подвешена подвижная щека. Каждая точка подвижной щеки совершает качания по траектории, имеющей фор­ му, близкую к эллипсу. Если сравнить одинаковые по конструк­ тивным размерам камнедробилки с простой формой траектории качания и со сложной, то при одинаковых величинах эксцентриси­ тета величина перемещения подвижной щеки в верхней части ка­ меры дробления будет больше для камнедробилок со сложной формой траектории качания подвижной щеки. Однако камнедро­ билки со сложной формой траектории качания подвижной щеки имеют и существенный недостаток, заключающийся в том, что по­ является дополнительно (по сравнению с камнедробилками с прос­ той формой траектории качания подвижной щеки) перемещение подвижной щеки относительно неподвижной в процессе дробления камня. Это явление вызывает значительно больший износ поверх­ ности щек таких камнедробилок. Поэтому для того, чтобы исклю­ чить этот недостаток и сохранить все указанные выше положитель­ ные свойства камнедробилок со сложной формой траектории кача­ ния подвижных щек, применяются камнедробилки с комбиниро­ ванной формой траектории качания подвижной щеки (рис. 5). Обычно в конструкциях камнедробилок, выполненных по этой схеме, происходит сочетание форм траекторий качания простого и сложного. Это делается с целью подбора оптимальной формы тра­ ектории качания щеки для уменьшения износа дробящих плит, увеличения производительности камнедробилки и получения более качественного продукта дробления. Схема щековой дробилки с комбинированным качанием подвижной щеки показана на

рис. 5.

На эксцентричной части вала (/) подвешена подвижная щека, а на дополнительном эксцентрике того же вала расположен под­ шипник шатуна (2). На нижнюю часть шатуна опираются две рас­ порные плиты (3). Передняя часть опирается на подвижную щеку,

11

а задняя на опорную балку станины, имеющей устройство для ре­ гулировки размера выходной щели (4).

Замыкание элементов камнедробилки осуществляется тягой с пружиной (5).

Траектория движения подвижной щеки определяется суммой движений, передающихся на нее от эксцентриков вала. Движение точек щеки происходит по эллипсовидной кривой, большая ось ко­ торых направлена в сторону разгрузки продуктов дробления.

В настоящее время наиболее широкое распространение полу­ чили дробилки со сложным качанием щеки. Процесс дробления в дробилках такой конструкции периодический и происходит по принципу раздавливания и истирания материала между двумя дробящими щеками. Основными узлами дробилок являются (см. рис. 4) станина, эксцентриковый вал, шатун, дробящие и распор­ ные плиты, тяга с пружиной.

Технические характеристики щековых дробилок см. в Приложе­ нии, табл. 2.

Конструкция основных узлов щековых дробилок

Станины дробилок, выпускаемых нашей промышленностью, имеют три конструктивных исполнения: литые чугунные (С-182Б), сварные (СМ-11Б, СМ-166А, СМ-16Б) и комбинированные. Комби­ нированные станины обычно применяются на стационарных кам­ недробилках, имеющих большую производительность. Станины дробилок должны обладать достаточной жесткостью, с. тем чтобы не происходило перекосов осей валов и опорных плит в процессе дробления материала.

либденовой или хромоникелевой стали и монтируется на станине в роликовых подшипниках. На конце вала устанавливаются махо­ вики, предназначенные для аккумулирования энергии при холос­ том ходе щеки. Маховики обычно имеют дебалансы для частично­ го уменьшения инерционных нагрузок, возникающих при колеба­

Шатуны бывают с разъемными и неразъемными верхними головка­ ми, в которых устанавливаются подшипники. Для дробилок боль-, шой производительности в верхней головке шатуна устанавливают подшипники скольжения из форфористой бронзы или специальные вкладыши, залитые баббитом, а на остальных видах дробилок — подшипники качения. В процессе работы дробилки шатуны совер­ шают колебательные движения, которые приводят к возникновению больших инерционных сил, действующих на подшипники эксцентри-

12

нового вала и фундамент дробилки. Поэтому при проектировании дробилок стремятся выбрать прочный и в то же время легкий ша­ тун, способствующий более плавной и равномерной работе дро­ билки.

Дробящие плиты изготавливаются из высокомарганцовистых сталей с содержанием марганца 12—15%. Они бывают гладкие и рифленые с шагом от 40 до 200 мм. Величина шага рифления по­ верхности дробящей плиты выбирается в зависимости от наиболь­ шей величины камней, которые допускаются для измельчения в данной дробилке.

Установка дробящих плит производится таким образом, чтобы выступ на подвижной щеке совпадал со впадиной на неподвижной. Дробящие плиты должны быть тщательно установлены на свои привалочные плоскости с максимально возможным плотным при­ леганием их плоскостей.

Распорные плиты служат для передачи движения от шатуна к подвижной щеке. Головки распорных плит хорошо обрабатываются и устанавливаются в специальные гнезда на подвижной щеке и в станине дробилки. Путем применения различных по длине распор­ ных плит иногда производится регулирование ширины выходной щели дробилки. Очень часто распорная плита служит для предох­ ранения от поломок других, более ответственных деталей дробилки при попадании в ее камеру дробления очень твердых посторонних предметов. В этом случае распорная плита изготовляется из двух частей, соединенных между собой болтами, рассчитанными на оп­ ределенное усилие по их срезанию.

Т я г а с п р у ж и н о й служит для кинематического замыкания силовой цепи (шатун, распорные плиты, щека) во время обратно­ го (холостого) хода.

Устройства для регулирования выходной щели дробилок отече­ ственного производства в основном основываются на двух спосо­ бах — клиновое устройство или набор регулировочных прокладок между распорной плитой и станиной дробилки.

§ 5. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЩЕКОВЫХ КАМНЕДРОБИЛОК

Основными параметрами, определяющими элементы конст­ рукции щековых камнедробилок, являются: размеры камеры дроб­ ления, необходимая скорость вращения эксцентрикового вала, угол захвата между неподвижной и подвижной щеками, наибольшее усилие раздавливания и место его приложения в камере дробле­ ния, требуемая мощность двигателя и производительность дро­ билки.

Р а з м е р ы к а м е р ы д р о б л е н и я . Определенным разме­ рам камеры дробления должны соответствовать и определенные размеры камней, которые могут быть загружены для дробления. На щековых камнедробилках, выпускаемых нашей промышлен­ ностью и применяющихся на военно-инженерных работах, основ­

13

ные размеры камеры дробления выбираются исходя из следующих, практических зависимостей (рис. 6). Ширина загрузочного отвер­ стия а равна

где .Dmax — наибольший размер загружаемого в дробилку камня.

Рис . 6. Основные размеры камеры дробления

Длина загрузочного отверстия b (рис. 6) принимается

Высота камеры дробления (Н)

Оптимальное значение скорости вращения эксцентрикового вала

Для получения максимальной производительности дробилки необходимо подобрать такую максимально возможную частоту ко­ лебаний подвижной щеки, чтобы за время холостого хода камера дробления могла освобождаться от измельченного до нужного размера каменного материала (см. рис. 6).

14

Высота призмы измельченного материала (/г), которая может опуститься за один ход подвижной щеки (s)

Если принять, что время, в течение которого подвижная щека

30

перемещается на величину s, равно — , где п — оптимальное число

п

оборотов эксцентрикового вала в мин, и

где g — ускорение силы тяжести,

то условие нормальной работы дробилки может быть записано сле­ дующим образом:

иV g

Если в это выражение подставить значение h и провести соот­ ветствующие преобразования,то получим

п = 665 tg a обIмин, (17)

где s — ход подвижной щеки, см.

В современных конструкциях камнедробилок s= 1 e-2 см, а угол а=20°. Однако формула (17) не учитывает сил трения, действую­ щих между дробящими плитами и каменным материалом при вы­ ходе его из камеры дробления. Поэтому оптимальные значения чисел оборотов эксцентрикового вала, получаемые по этой форму­ ле, несколько завышены. При практических расчетах полученные значения уменьшают на 10—20%.

Угол захвата между неподвижной и подвижной щеками

Угол захвата между неподвижной и подвижной щеками камне­ дробилки а (см. рис. 6) должен быть таким, чтобы в процессе дробления материал не выталкивался из загрузочного зева дро­ билки.

Кусок дробимого материала находится под действием сил 7*1 и Р2 и сил трения P^f и PJ. Разложив силы Р\ и P2f на две взаимно перпендикулярные составляющие, можно определить, что в процессе дробления не будет происходить выталкивания материа­ ла из камеры дробления вверх, если соблюдается следующее усло­ вие:

15»

Таким образом, дробление в щековых дробилках может быть эффективно без выталкивания основной массы каменного мате­ риала из камеры дробления только тогда, когда угол наклона под­ вижной щеки (а) не превышает двойного угла трения. Коэффи­ циент трения твердых пород камня по стали обычно не превышает 0,18—0,20, а следовательно, угол а не должен быть больше 20— 25°.

Мощность двигателя дробилки

Для расчета принимаем, что камни, загружаемые в дробилку и выходящие из нее после дробления, имеют форму шара, а размеры D и d соответствуют ширине загрузочного зева и разгрузочной щели (методика проф. Л. Б. Левенсона).

Тогда наибольшие объемы загружаемых в дробилку камней (Кэ) и продукта дробления (Кд) равны

где D — диаметр загружаемого в дробилку камня; Ь — длина выгрузочной щели

Tzbd2

^д =

6

Зная объемы V3 и Кд, можно найти их разность за один полный ход подвижной щеки и, применяя теорию проф. В. Л. Кирпичева, определить максимальную работу (Л), которую необходимо затра­ тить на дробление каменного материала при одном ходе щеки

16

где Ь\ D\ d в см\ о и Е в кг\см^\ п — об/мин. т] — коэффициент полезного действия элементов передачи между двигателем и дро­ билкой.

По опытным данным считают, что примерные значения потреб­ ной мощности на 1 ж3 часовой производительности для щековых дробилок малых размеров равны от 1,5 до 3,5 л. с.

В последнее время в литературе появилась методика опреде­ ления мощности двигателя щековых дробилок с учетом неравно­ мерности потребляемой мощности за цикл дробления путем опре­ деления среднего эффективного усилия.

Производительность дробилки

Производительность щековой камнедробилки зависит от многих факторов, таких, например, как вид и сорт дробимого материала, размер загрузочного зева дробилки, степень измельчения, угол на­ клона к вертикали подвижной щеки, форма и техническое состоя­ ние дробящих плит и т. д. Все эти факторы при теоретических рас­ четах производительности учесть не представляется возможным, поэтому расчет ведется по методике, допускающей определенную погрешность.

Если принять объем призмы каменного материала (Е), выпа­ дающего при каждом полном отклонении подвижной щеки вправо, равным (см. рис. 6):

тогда

V = d cp— — b, tga

а часовая производительность дробилки (П)

tga

де кр — коэффициент разрыхления материала.

Определение максимальных усилий в деталях щековых дробилок

Детали дробилок должны рассчитываться на прочность по ве­ личине наибольшего возможного усилия. В процессе дробления ве­ личина усилия, действующего со стороны подвижной щеки на ка­ мень, изменяется от нуля до своего максимума, а затем падает до нуля. Как показали исследования, усилие дробления достигает максимума при наибольшем сближении щек.

Если в первом приближении считать, что изменение этого уси­ лия происходит по закону прямой линии, то максимальная работа дробления может быть определена по формуле

ЛQmax §

Л шах >

Точка приложения этой силы может быть принята на основа­ нии работ, проведенных во ВНИИСтройдормаш В. А. Бауманом,, на 1/3 высоты неподвижной щеки, считая от точки ее подвеса.

Определив максимальное усилие дробления (Q m ax) и точку его приложения, можно аналитически или графически определить усилия, действующие во всех элементах дробилки, а следователь­ но, и произвести их расчет на прочность.

§ 6. ДРОБИЛКИ ВАЛКОВЫЕ

Валковые дробилки впервые появились в 1806 г. и получили широкое применение для мелкого дробления вязких и влажных ма­ териалов, а также для вторичного дробления твердых каменных пород. Рабочим органом этих дробилок обычно являются два вал­ ка, вращающихся навстречу друг другу. За счет сил трения мате­ риал захватывается валками, сжимается и раздавливается. Конст­ рукции валковых дробилок весьма разнообразны. Они различа­ ются по количеству подвижных валков — с одним или двумя под­ вижными валками. Подвижность валков необходима для предохра­ нения деталей дробилок от поломок. В настоящее время наиболее распространенными являются камнедробилки с одним подвижным валком.

18

По количеству валков дробилки разделяются на 2-валковые и 4-валковые. Четырехвалковые дробилки применяются в том слу­ чае, если требуется высокая степень дробления. Дробилки валко­ вые выполняются с различным профилем валков-— гладкие, зуб­ чатые и рифленые (ребристые).

Взависимости от скорости вращения валков валковые дробилки разделяются на тихоходные и быстроходные (окружные скорости

2—3 м/сек и 4—7 м/сек).

Внастоящее время на военно-инженерных работах большое распространение получили двухвалковые дробилки с гладкими и рифлеными валками (рис. 7), предназначенные для дробления ка­ менных материалов и горных пород средней и большой прочности. Материал дробится между двумя валками, вращающимися на­ встречу друг другу с одинаковой скоростью. Основными узлами дробилки являются: рама (1), валки (2, 3), загрузочное устройство

ипривод (4).

Рама сварной конструкции служит основанием машины, на ко­ тором смонтированы все узлы.

Валки имеют сменные бандажи из марганцовистой стали. Рабо­ чая поверхность одного бандажа — гладкая, другого — рифленая. Ось одного валка вращается в неподвижных подшипниках, а дру­ гого— в подвижных скользящих подшипниках, имеющих аморти­ зационные пружины.

Регулирование расстояния между валками достигается пере­ мещением подшипников одного из валков. Шестерни (.5), передаю­ щие движение от одного валка к другому, имеют удлиненные зубья. Натяжение пружины (6) регулируется, что позволяет иметь фиксированное положение валков и предохранять дробилку от поломок ее деталей при попадании в нее недробимых предметов. Загрузочное устройство в виде металлической воронки расположе­ но симметрично над валками.

На рис. 8 представлена валковая дробилка с двумя гладкими валками. Конструкция этой дробилки аналогична описанной выше, за исключением привода валков. Вращение каждого вала валка осуществляется от индивидуального электродвигателя через клино­ ременную передачу.

Нашей промышленностью выпускаются двухвалковые зубчатые дробилки размером 900X900 и 1500X1200. Они предназначены в основном для дробления известняка, мела, кокса и т. д.

Рабочая поверхность валков этих дробилок набирается из сег­ ментов с зубьями. Поступающая сверху порода затягивается в пространство между ними и дробится раскалыванием. Размеры кусков дробимого материала зависят от размера зубьев и расстоя­ ния между валками дробилки. Ширина щели между валками ус­ танавливается перемещением подвижных подшипников валка.

Вращение валкам передается от электродвигателя через зуб­ чатую муфту, специальный редуктор и валы с универсальными шарнирами.