Глава 22. Машины и оборудование для переработки каменных материалов

22.1. Общие сведения

Нерудные каменные материалы — гравий, щебень и песок — используют в строительстве в качестве заполнителей для изго­товления бетонных и железобетонных изделий, сооружения час­тей зданий из монолитного бетона и железобетона, для устрой­ства подстилающего слоя дорожного покрытия и в других случаях. Гравийи песокдобывают из естественных отложений механиче­ским и гидравлическим способами, а щебень —из естественного камня путем его дробления.

Добываемые каменные материалы перерабатывают на камне­дробильных и промывочно-сортировочных заводах, а затем, в виде готового продукта стандартного качества, доставляют по­требителю.

Качество гравия и щебня характеризуется зерновым составом, формой зерен, механической прочностью и содержанием засо­ряющих примесей. В зависимости от крупности зерен эти матери­алы разделяют на фракции, каждая из которых характеризуется минимальным и максимальным (средними по трем измерени­ям) размерами.

По форме зерна бывают лещадными,у которых длина в три и более раз больше ширины, и кубообразными.

В соответствии с действующими стандартами в полученном после обработки готовом продукте (гравии и щебне) допускает­ся не более 15% лещадных зерен.

Механическая прочность щебня определяется прочностью ис­ходной горной породы: малой (до 80 МПа), средней (80... 150 МПа), высокой (150 ...250 МПа) и особо высокой (более 250 МПа) проч­ности.

Пески по степени крупности зерен разделяют на крупные, сред­ниеи мелкие.

В процессе переработки нерудных материалов для освобожде­ния песка и в отдельных случаях щебня от глйнистых и других вредных примесей их промывают и обезвоживают. В результате обезвоживания снижается влажность материала до уровня, допус­кающего его транспортирование и предотвращающего смерзание в зимнее время.

22.2. Машины для измельчения (дробления) каменных материалов

В процессе дробления наиболее крупные зерна исходного ма­териала со средним размером D_mMизмельчаются до среднего разме- Р^а d_max-Отношение /= D_m3X/d_mmназывают степенью дробления.В за­висимости от конечной крупности кусков дробления различаюткрупное(100...350 мм), среднее(40... 100 мм), мелкое(5...40 мм)дроблениеи помол(от 5 мм и ниже).

Каменные материалы дробят раздавливанием, раскапыванием, уда­роми истиранием.Для дробления материалов применяют дробил­ки,реализующие первые три метода, а для помола — мельницы, измельчающие материалы ударом и истиранием. Некоторые дро­билки могут работать как дробилки и как мельницы (например, валковые дробилки).

По принципу действия и конструктивным признакам дробил­ки делят на щековые, конусные, валковые, молотковые и ротор­ные, а мельницы — на барабанные, шаровые, бегунковые и виб­рационные. В строительстве наибольшее применение имеют ще­ковые, конусные и роторные дробилки. Мельницы являются спе­циальным заводским оборудованием промышленности строитель­ных материалов и в настоящем учебнике не рассматриваются.

Дробление каменных материалов относится к наиболее древнему виду деятельности человека и восходит к 8 тысячелетию до нашей эры. Тогда человек для дробления использовал пест и ступку из камня. Позднее египтяне и китайцы использовали каменные жернова из двух камней, приводимых в движение ногой человека. Эти орудия применялись в ос­новном в сельском хозяйстве и лишь отчасти в горном деле. Создание дробилок как машин относится к XIX в. В 1806 г. в Англии появились дро­бильные валки, в 1858 г. инженером Э. Влеком (США) были созданы ще­ковые дробилки, получившие широкое распространение. В 1870-х гг. в США была создана конусная дробилка, внедренная в практику в 1886 г. инжене­ром Гейтсом. В 1890-х гг. в США были созданы дробилки ударного действия, а в начале XX в. — конусные дробилки мелкого и среднего дробления.

Дробилки характеризуются производительностью, размерами загрузочногои разгрузочного отверстий, диапазоном регулирования разгрузочной щели, конструктивной степенью дробления,определя­емой как отношение ширины загрузочного отверстия к ширине разгрузочной щели, и наибольшим размером кусковв исходном ма­териале, определяемым из условий их захвата дробящими органа­ми и размером загрузочного отверстия.

Материалы дробят в две — три, реже — в одну стадию. На каж­дой стадии дробления с использованием дробилок различных ти­пов получают материал с требуемыми размерами частиц, кото­рые отсеивают на грохотах, установленных перед дробилками. Дро­билки последних стадий работают, как правило, в замкнутом цикле

Рис. 22.1. Типовая схема дро- бильносортировочной установки:

1 — вагонетка; 2 — пластинчатый конвейер; 3— колосниковый грохот; 4— щековая дробилка; 5и 7— виб­рогрохоты; 6 — валковая дробилка; 8 — бункер для песка и пыли; 9 — расходный бункер; 10 — склады то­варного щебня с виброгрохотом. При этом матери­ал крупнее заданного возвращает­ся в ту же дробилку для повторно­го дробления (рис. 22.1).

В щековых дробилках(рис. 22.2), применяемых для крупного и сред­него дробления прочных и средней прочности пород на первичной и вторичной стадиях дробления, ма­териал дробится в рабочей камере{камере дробления),ограниченной боковыми 2и передней (неподвиж­ной щекой) 1 стенками корпуса, а также дробящим органом — под­вижной щекой 3, совершающей ко­лебательные движения. При сбли­жении щек материал разрушается дробящими плитами 14и 15 сриф­леной рабочей поверхностью, а при отходе подвижной щеки раздроб­ленный продукт (с размерами, не превышающими ширины разгру­зочной щели) гравитационно раз­гружается из рабочей камеры.

По характеру движения подвиж­ной щеки различают щековые дро­билки с простым и со сложным качанием подвижной щеки.

У дробилок со сложным качанием подвижной щеки(см. рис. 22.2, в) последняя подвешена эксцентрично к шейке приводного вала 5, а нижней частью она соединена с распорной плитой 12,упираю­щейся своим вторым концом в сухарь 11,регулируемый винтом 23. Ось шейки вала, на которую посажена подвижная щека, совер­шает круговые движения, а нижний конец щеки — круговые ко­лебательные движения относительно гнезда распорной плиты 12 в сухаре 11. При такой кинематике материал дробится раздавлива­нием и истиранием. Исходная крупность материала составляет 210...510 мм.

При дроблении прочных и абразивных материалов из-за исти­рающего воздействия дробящие плиты подвергаются повышен­ному износу. Кроме того, образуется большое количество камен­ной мелочи (пыли), идущей в отход. По этой причине дробилки со сложным качанием подвижной щеки пригодны, в основном, для дробления неабразивных пород. Однако благодаря сравнительно малой массе и габаритам, простоте конструкции эти машины в ряде случаев используют также для дробления прочных и абра­зивных материалов, в частности, на передвижных дробильно-сор- тировочных установках, где указанные выше преимущества име­ют решающее значение.

Цикличный характер работы щековых дробилок (максималь­ное нагружение при сближении щек и холостой ход при их рас­хождении) создает неравномерную нагрузку на двигатель, для выравнивания которой на приводном валу 5устанавливают шкив- маховик 17(см. рис. 22.2, а—в),а на крупных дробилках, кроме того, маховик 18 (см. рис. 22.2, аи б).Шкив-маховик соединен с валом через фрикционную муфту 16(см. рис. 22.2, а),пробуксовы­вающую при перегрузках. Для пуска крупных дробилок применя­ют вспомогательный электродвигатель 22(см. рис. 22.2, б), соеди­ненный с валом основного двигателя через ременную передачу21,зубчатый редуктор 20и обгонную муфту 19.Основной двига­тель 8включается с некоторым запаздыванием по отношению к вспомогательному двигателю. Последний отключается, когда час­тота вращения вала основного двигателя достигнет частоты вра­щения выходного вала редуктора.

Современные дробилки оснащают пружинными устройствами, предохраняющими элементы машины от поломок при попадании в камеру дробления недробимых включений. Их устанавливают либо на одной из распорных плит, либо встраивают в шкив в месте его соединения с приводным валом.

Основными параметрами щековых дробилок являются: ширина В и длина Lприемного отверстия камеры дробления. Ширина Воп­ределяется максимальным размером D_maxзагружаемых кусков: В = = 1,2D_max. Отечественная промышленность выпускает щековые дро­билки с размерами BxLот 160x250 до 1500x2100 мм.

Производительность щековых дробилок

mOS_cpLbn(B + Ь)С Aptga

где П — производительность щековых дробилок, м³/ч; 5_ср— сред­ний ход подвижной щеки, м;b— ширина выходной щели при отходе подвижной щеки, м; п — частота вращения эксцентрико­вого вала, с^-1; С — коэффициент, учитывающий кинематику дви­жения подвижной щеки (для дробилок с простым движением щеки С = 0,85; со сложным движением С =1); D_cp —средневзвешен­ный размер кусков исходного материала, м;a— угол захвата (угол между подвижной и неподвижной щеками).

Конусные дробилки(рис. 22.3) применяют на всех стадиях дроб­ления горных пород любой прочности, за исключением вязких материалов с большим содержанием глины. Крупность исходного материала при крупном дроблении составляет 400... 1200 мм, а при среднем и мелком дроблении — 40...500 мм.

Камера дробления ограничена снаружи неподвижным кону­сом 5, а изнутри — подвижным конусом 4,посаженным на вал 3, эксцентрично вставленный в стакан 16,приводимый во враще­ние от вала 75 через коническую зубчатую пару 14—1.При враще­нии стакана подвижный конус совершает круговые (гирационные) движения относительно вертикальной оси стакана так, что зоны наибольшего и диаметрально противоположного наименьшего его сближений с неподвижным конусом 13непрерывно перемещают­ся по кругу последнего. В зоне сближения конусов происходит раз­давливание и истирание материала, а в зоне отхода — его разгруз­ка. Исходный материал загружают через приемную коробку 8, откуда он ссыпается на распределительную тарелку 7, закреплен­ную на валу 3, и при вращении вала равномерно распределяется по кольцу дробящей камеры. Неподвижный конус установлен на кольцевом бандаже 10,соединенном резьбой с опорным кольцом 77. Последнее опирается на станину 12,прижимаясь к ней пружина­ми 2. Резьбовое соединение служит для регулирования размера разгрузочной щели, в том числе и при износе защитных футеро- вок 6и 9дробящих конусов, а соединение с помощью пружин — для предохранения от поломок при попадании в камеру дробле­ния недробимого включения. В указанном случае опорное кольцо

Рис. 22.2. Щековые дробилки:

а — с простым качанием щеки; 6 — кинематическая схема ее привода; в — со — сложным качанием щеки

Рис. 22.3. Конусная дробилка

приподнимается над станиной, пропуская в разгрузочную щель недробимое включение.

Конусные дробилки различают по крупности материала. Они делятся на дробилки крупного, среднегои мелкого дробления.В стро­ительстве применяют в основном дробилки среднего и мелкого дробления, используя их при многостадийном дроблении.

Главным параметром конусной дробилки является диаметр ос­нования дробящего конуса, который входит в индекс типоразме­ра дробилки. Например, КСД-2200 расшифровывается как конус­ная дробилка среднего дробления с диаметром дробящего конуса 2200 мм; КМД-2200 — тоже дробилка мелкого дробления.

Для получения качественного продукта нижняя часть камеры дробления у дробилок типов КСД и КМД имеет участок с парал­лельными образующими неподвижного и подвижного конусов, при прохождении которого материал калибруется кратным на- гружением. При этом крупность продукта дробления определяется шириной щели в зоне максимального сближения конусов.

Расчетная производительность конусных дробилок

П = ЗбООяАгрЯб/Д

где П — расчетная производительность конусной дробилки, м³/ч;

— коэффициент разрыхления дробимого материала, равный отношению объема определенной массы исходного материала к объему продукта дробления (в среднем кр = 0,45); п — частота вращения дробящего конуса, с^-1;b— ширина выходной щели в зоне максимального сближения конусов, м; / — длина участка калибровки, м; D —диаметр основания дробящего конуса, м.

Валковые дробилки(рис. 22.4) применяют для среднего вто­ричного дробления пород средней и малой прочности, а также вязких и влажных материалов с исходными размерами кусков от 20 до 100 мм.

Рабочими органами являются вращающиеся навстречу друг другу цилиндрические валки 2и 4с гладкой или рифленой рабо­чей поверхностью. Попадающие в рабочую зону куски материала

Рис. 22.4. Валковая дробилка (а) и ее конструктивная схема (б)

увлекаются трением о них валков и затягиваются в межвалковое пространство, подвергаясь раздавливанию, излому и истиранию, а при рифленых валках — еще и раскалыванию. Валки смонтиро­ваны на станине 1 на подшипниках Jи б, один из которых опира­ется на пружину 5, позволяющей валку отодвигаться при попада­нии в рабочую зону недробимого предмета.

Производительность валковых дробилок

П = 3600 bLvkD,

где П — производительность валковых дробилок, м³/ч;b— шири­на разгрузочной щели, м; L, D —длина и диаметр валка, м; v — окружная скорость валков, м/с; к— коэффициент, учитывающий использование длины валков, степень разрыхления материала, не­равномерность его подачи (к= 0,1 ...0,3 для мягких и к= 0,4...0,5 для твердых пород).

Роторные дробилки(рис. 22.5) применяют для дробления ма­лоабразивных горных пород средней прочности (известняков, до­ломитов, мергелей и т.п.) с крупностью исходных кусков от 100... 1100 мм. По технологическому процессу различают ротор­ные дробилки крупного, среднегои мелкогодробления. Главными параметрами являются размеры ротора — его диаметр и длина.

Рабочим органом дробилки является ротор 1 с жестко закреплен­ными на нем в несколько (от 2 до 6) рядов билами 2.Загружаемый в дробильную камеру, ограниченную лобовой 3и боковыми 4стенка­ми станины, отражательными плитами 7 и 11и ротором, материал разрушается ударом по нему бил при вращении ротора с окружной скоростью 20...50 м/с и ударами об отражательные плиты, чем дос­тигается высокая степень дробления — 10... 20. Размер разгрузочной щели регулируют тягами 5 и 10,на которые одеты пружины 6 и 9, позволяющие отражательным плитам отклоняться при попадании в

Рис. 22.5. Роторная дробилка

jjперегрузкам, более произво-

\ дительны и обеспечивают вы-

Jход щебня преимущественно

^ кубообразной формы. Основ-

/ ной их недостаток — малый

Jресурс бил.

зону разгрузки недробимых предметов.

По сравнению со щековы- ми и конусными дробилками роторные дробилки имеют меньшие массу и габаритные размеры, просты по устрой­ству, менее чувствительны к

Производительность ро­торных дробилок

480V>^

_y0,35_z0.5 '

где П — производительность роторных дробилок, м³/ч; L_pи D_p — длина и диаметр ротора, м; к— коэффициент, учитывающий по­ложение отражательных плит (к =1,7...2 для дробилок крупного дробления, к= 1,1 для дробилки среднего и мелкого дробления);v_p —окружная скорость бил, м/с; z —число рядов бил на роторе.

Молотковые дробилкиприменяют для дробления пород сред­ней прочности, а также мягких материалов (шлака, гипса, мела и т. п.) с размерами исходных кусков от 150 до 600 мм. Они отли­чаются от роторных дробилок ударными органами — шарнирно закрепленными на роторе молотками вместо бил и менее жест­ким ударом по дробимому материалу.

22.3. Сортировочные машины

Сортировкойназывают процесс разделения естественных или раз­дробленных материалов на фракции по крупности механическим, гидравлическимили воздушным способами.Наиболее распространен механический способ просеиванием на грохотах, называемый грохо­чением.Основной частью грохота является просеивающая поверх­ность в виде колосников из стальных прутьев, сит из плетеной или сварной сетки, а также решет, штампованных из листовой стали или литых из резины. Зерна, прошедшие через отверстия просеива­ющей поверхности называют нижним классом,а оставшиеся на этой поверхности — верхним классом.При перемещении по просеиваю­щей поверхности не все зерна с размерами, меньшими ее отвер­стий, переходят в нижний класс, вследствие чего верхний класс оказывается засоренным зернами нижнего класса. Отношение (в про­центах) массы зерен, прошедших сквозь сито^I, к массе материала такой же крупности, содержащейся в верхнем классе, называютэффективностью грохочения.В зависимости от материала и типа гро­хота этот показатель колеблется в пределах 86...95 %.

На грохотах устанавливают до трех сит с различными размера­ми отверстий, располагая их в одной плоскости (рис. 22.6, а),яру­сами (рис. 22.6, б)или комбинированно (рис. 22.6, в).В первой схе­ме сита располагают в порядке от наиболее мелкого по размерам отверстий просеивающей поверхности к наиболее крупному. Эта схема наиболее проста и удобна для обслуживания. Ее недостатка­ми являются: большая длина грохота, интенсивный износ перво­го, наиболее мелкого сита, воспринимающего всю массу просеи­ваемого материала, низкое качество грохочения из-за увлечения

15...0

Рис. 22.6. Схемы расположения сит на грохотах: