student
VAC 05.17.00 Химическая технология
VAC 05.23.00 Строительство и архитектура
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
Currently, significantly increased the demand for cube-shaped rubble. In the course of the analysis of existing types of crushers for the production of cube-shaped stones. The improved design of rotary crushers and describes the principle of its action. The article describes the formula to calculate the circumferential speed and the maximum amount of the finished product impact crusher.
rotor impact crusher, rotor, crusher, crushed stone
В настоящее время в России производится более 200 млн м3 щебня в год. Около 3000 предприятий занимается добычей и переработкой нерудных строительных материалов. Износ основного технологического оборудования на этих предприятиях достиг 80 % [1]. В связи с этим существует острая проблема получать щебень требуемого качества.
Основными потребителями щебня являются домостроительные предприятия и предприятия, осуществляющие строительство автомобильных дорог и мостов. Кроме прочностных характеристик не менее 85–90 % зерен щебня должны иметь кубовидную форму.
Это вызывает необходимость создания принципиально нового дробильного оборудования и технологических схем измельчения.
В зависимости от процентного содержания частиц лещадной формы щебень подразделяется на 4 группы: 1 группа – до 15 %; 2 группа – 15÷25 %; 3 группа – до 35 % и 4 группа – до
50 %.
Потребность предприятий в щебне кубовидной формы 1 группы удовлетворяется на
40 %.
Поставляемый предприятиями щебень фракций 5÷20 мм содержит до 40 % зерен лещадной формы, в то время как по ГОСТу содержание зерен лещадной формы не должно быть более 15 %.
Повышенное содержание зерен лещадной формы снижает удобоукладываемость бетонной смеси и механическую прочность готовых изделий.
Наибольшее распространение в производстве щебня как у нас, так и за рубежом получили следующие типы дробилок.
Щековые дробилки с простым и сложным движением щеки. Недостатком этих дробилок является низкая степень измельчения (до 4) и большой выход (до 60 %) зерен лещадной формы.
Конусные дробилки среднего и мелкого дробления позволяют снизить выход зерен лещадной формы до 40 %, однако при замкнутом цикле дробления существенно возрастает выход отсева.
Молотковые дробилки обеспечивают лещадность щебня до 20 % при степени измельчения 5÷8. Однако, ввиду быстрого абразивного износа они могут применяться преимущественно для дробления неабразивных пород малой и средней прочности.
Роторные дробилки позволяют получать щебень с лещадностью до 20 %, но при этом они имеют низкую степень измельчения (до 8). Их применяют на второй стадии дробления для кубизации.
Исследования и многолетний опыт промышленной эксплуатации различных типов дробильного оборудования дают основания сформулировать следующие принципы:
- На каждый кусок дробимого материала, находящийся в рабочей камере дробилки должно обеспечиваться многократное дробящее воздействие;
- Кусок материала должен измельчаться под воздействием сдвиговых и раскалывающих, а не раздавливающих нагрузок;
- Конструкция питателя и рабочей камеры дробилки должна обеспечивать ориентированное расположение вдоль направления движения куска материала.
Исходя из этих принципов, должны разрабатываться новые конструкции дробилок и, в целом, технологические схемы производства щебня.
Исходя из этих принципов, в настоящее время наибольшее распространение при производстве щебня кубовидной формы получили следующие дробилки: конусные, молотковые, роторные центробежные и конусные вибрационные.
За рубежом наибольшее распространение получили конусные инерционные дробилки, конструкция которых была запатентована в 1878 г.
Главным направлением повышения качества получаемого щебня как у нас, так и за рубежом является не создание нового типа дробильного оборудования, а увеличение стадий дробления, что ведет не только к увеличению капиталовложений, но и существенному удорожанию щебня, в том числе за счет роста удельного расхода энергии и эксплуатационных расходов.
В НПК «Механобр-техника» созданы и рекомендуются к широкому использованию при производстве щебня конусные инерционные дробилки.
По утверждению разработчиков конусные инерционные дробилки (КИД) обеспечивают получение щебня высшей категории с уровнем кубовидности до 92 %, что на 5–12 % выше, чем в традиционных дробилках.
Использование КИД снижает капитальные затраты на 40 % и эксплуатационные расходы на 30 %.
Недостатком КИД является то, что ввиду низкой производительности (до 380 м3/ч) и того, что в дробилку необходимо подавать куски размером не более 150 мм она не может быть использована при одностадийном дроблении [2].
Наибольшее распространение при дроблении скальных пород получила трехстадийная схема измельчения.
Например, на Лебединском ГОКе при производстве щебня используется следующая схема цепей оборудования: щековая дробилка; конусная дробилка среднего дробления; конусная дробилка мелкого дробления. Это очень капитало- и энергоемкая схема измельчения, не обеспечивающая требуемого качества готового продукта – щебня [3].
Одним их возможных вариантов повышения эффективности процесса измельчения и качества готового продукта является использование роторных дробилок как при двухстадийном, так и при одностадийном дроблении.
Использование роторных дробилок с более высокими скоростями ротора (56÷64 м/с) позволяют не только увеличить степень измельчения, но и качество получаемого щебня – кубовидность достигает 93÷98 %.
Недостатком роторных дробилок является большой износ бил и более высокий выход мелкой фракции размером менее 5 мм.
Однако, существует много вариантов усовершенствования конструкции рабочих органов роторных дробилок, что обеспечивает повышение их технико-экономических показателей.
Нами разработана усовершенствованная конструкция роторной дробилки, схема которой представлена на рисунке 1 [4].
Рис. 1. Поперечный разрез роторной дробилки
1 - корпус, 2 – загрузочный патрубок; 3– разгрузочный патрубок; 4– ротор; 5 – вал; 6 – била;
7, 8 –стороны била; 10 – ось; 11 – отражательная плита; 12 – подпружиненная тяга;
13 – клиновые режущие выступы
Конструкция дробилки защищена патентом РФ №147047; B02C 13/06, опубликован 27.10.2014 Бюллетень №30.
Дробилка состоит из состоит из корпуса 1, загрузочного 2 и разгрузочного 3 патрубков, ротора 4, установленного на валу 5. На роторе жестко закреплены болтовым креплением, била 6, выполненные в виде шевронного зацепления, при этом каждая из сторон била 7,8 (рисунок 2) наклонена под углом α к продольной оси 9 ротора 4.
Рис. 2. Ротор с билами
В верхней части корпуса 1 на оси 10 установлена отражательная плита 11, соединенная в нижней части с подпружиненной тягой 12. На рабочей поверхности отражательной плиты 11 выполнены клиновые режущие выступы 13.
Дробилка работает следующим образом:
При включении привода вращающий момент М через вал 5 передается на ротор 4. Ротор 4 начинает вращаться по ходу направления вращения ротора. Затем в загрузочный патрубок 2 подаются куски измельчаемого материала (щебня), которые попадают под воздействие острых кромок клиновых бил 6, разрушаются и отбрасываются на клинья 13 отражательной плиты 11. При этом на куски измельчаемого материала действуют не только ударные, но и косые режущие нагрузки, которые ввиду наклонного расположения сторон 7 и 8 бил раскладываются на поперечные и продольные составляющие, что способствует более эффективному разрушению кусков измельчаемого материала. В зависимости от угла α наклона сторон 7 и 8 бил 6 преобладают продольные, либо поперечные режущие нагрузки.
После выхода из зоны дробления куски измельченного материала направляются в разгрузочный патрубок 3.
Отличительной особенностью предлагаемой конструкции роторной дробилки является то, что била на роторе расположены под углом к продольной оси ротора.
Такое расположение бил обеспечивает раскалывающе-сдвиговые нагрузки на лещадные куски измельчаемого материала.
Необходимым условием разрушения куска материала в роторной дробилке является то, что энергия удара должна вызывать в куске материала напряжения, превышающие предел прочности при сжатии.
Сила удара била по куску материала может быть рассчитана по формуле [5]:
|
|
(1) |
где Km – коэффициент активной массы,
Km =m1/m, m1 – масса скалываемой части куска; m – общая масса куска; υ – окружная скорость ротора; k – коэффициент восстановления соударяющихся тел (куска и била); ty – время удара.
Минимальное усилие, при котором кусок материала раскалывается равно
|
|
(2) |
где dк – размер раскалываемого куска; σр – предел прочности на сжатие раскалываемого куска.
Прировняв силы Ру и Р с учетом преобразований получим
|
|
(3) |
где n, r – масштабные коэффициенты; σ0 – предел прочности на сжатие образцов неправильной формы; d0 – исходный размер куска; γ0 – объемная масса материала куска.
Необходимая окружная скорость ротора для получения кусков размером не более dк
|
|
(4) |
При заданной окружной скорости ротора υ максимальный размер куска измельченного материала равен
|
|
(5) |
Приведенные формулы (1) – (5) позволяют рассчитать главные параметры дробилки – окружную скорость и максимальный размер готового продукта.
Выводы. Таким образом, на основании всестороннего анализа конструкции дробилок, технологических показателей их работы предложен вариант усовершенствования конструкции роторной дробилки и формулы для расчета ее конструктивно-технологических параметров.
1. Arsent'ev V.A., Vaysberg L.A., 3arogatskiy L.P., Shuloyakov A.D.. Proizvodstvo kubovidnogo schebnya i stroitel'nogo peska s ispol'zovaniem vibracionnyh drobilok. SPb.: Izd. VSEGEi, 2004. 112 s.
2. Yushina T.I., Kukin A.B. Obosnovanie primeneniya rotornyh drobilok dlya proizvodstva schebnya iz skal'noy vskryshi // Gorno-analiticheskiy byulleten'. 2012. №1. S.146-154.
3. Kononenko E.A., Kukin A.V. Optimizaciya parametrov tehnologii proizvodstva schebnya iz vskryshnyh porod v usloviyah lebedinskogo gorno-obogatitel'nogo kombinata // Gornyy informacionno-analiticheskiy byulleten'. 2011. №12. S.85-93.
4. Patent RF №147047. 27.10.2014 Bogdanov V.S, Reutova Ya.I., Bogdanov N.E. Rotornaya drobilka//Byul. № 30.
5. Bauman V.A. Rotornye drobilki. M.: Izd. Mashinostroe¬nie, 1973. 272 s.
