Механическое оборудование. I. оборудование для измельчения и сортирования строительных материалов

• Название: I. оборудование для измельчения и сортирования строительных материалов
• Анкор: Механическое оборудование.doc
• Дата: 17.10.2017
• Размер: 9.08 Mb.
• Имя файла: Механическое оборудование.doc
• Тип: Документы; #9464
• страница: 2 из 16

§4. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Наиболее распространенными строительными материалами, полу­чаемыми в результате процесса измельчения, являются нерудные материалы (щебень гравий, песок). Продукцию заводов нерудных строительных материалов широко используют в промышленном,гражданском, железнодорожном, автодорожном и гидротехниче­ском строительстве. Вследствие широкой области применения нерудных материалов требования потребителей к его качеству нередко существенно отличаются, что вызывает необходимость применения различного оборудования даже при переработке одной и той же исходной горной массы.

Щебень получают из естественного камня дроблением взорван­ных скальных пород. Требования к щебню для строительных работ регламентирует ГОСТ 8267—75. Щебень разделяют на следующие группы (фракции) по размерам граничных зерен: 5—10, 10—20; 20—40; 40—70 мм. Зерна щебня в зависимости от соотношения между длиной а и толщиной с или шириной b разделяют на кубо­видные, пластинчатые (лещадные) и игловатые.

К пластинчатым (лещадным) и игловатым зернам относятся такие, у которых толщина или ширина меньше длины более чем в 3 раза.

В зависимости от процентного содержания этих зерен щебень подразделяют на следующие три группы:

Группа щебня по форме зерен Кубовидная Улучшенная Обычная



Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы по массе,

%, не более 15 25 35

Качество щебня характеризуется также прочностью, допусти­мым закрупнением или замельчением товарных фракций, коли­чеством засоряющих примесей. Так, щебень высшей категории качества должен иметь марку по прочности не ниже 40 МПа для осадочных пород и не ниже 80 МПа для изверженных и мета­морфических пород. Содержание в таком щебне пылевидных и гли­нистых частиц для метаморфических и изверженных пород не должно превышать 0,7%, для осадочных 1,5% по массе.

В определенной товарной фракции, например, 20—40 мм, со­держание зерен крупнее максимального размера (более 40 мм) и зерен мельче минимального размера (менее 20 мм) не должно превышать 5%.

Гравий представляет собой сыпучий материал крупностью 3 (5) — 70 мм с овальной формой зерен, образовавшийся в резуль­тате естественного разрушения горных пород. Зерна размером 70—150 мм называют крупным гравием, крупнее 150 мм — валунами.

По ГОСТ 8268—74 гравий для строительных работ подразде­ляют на фракции: 5—10; 10—20; 20—40 и 40—70 мм.

К требованиям по качеству гравия относится допустимое за- крупнение и замельчение его фракций, содержание в нем зерен слабых пород, показатель прочности и др. Гравий не должен со­держать более 10—15% зерен слабых пород, а гравий, имеющий государственный Знак качества, более 5% по массе. К слабым от­носятся породы с пределом прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии менее 20 МПа.

Песок, применяемый в строительстве (ГОСТ 8736—77), подраз­деляют на природный, обогащенный и фракционированный; дробленый, дробленый обогащенный и дробленый фракционирован­ный; дробленый из отсевов и дробленый обогащенный из от­севов.

Песок состоит из зерен размером 0,14—5 мм и его разделяют следующие группы:

Для определения группы крупности песка отобранную пробу рассеивают на ситах с размером отверстий 10; 5; 2,5; 0,63; 0,315 и 0,14 мм, затем определяют модуль крупности:


где А_2,5 ,А_1,25 …А_0,14 –полные остатки на ситах с соответствующим размером отверстий,%.
При подсчете модуля крупности песка содержание фракции более 5 и менее 0,14 мм не учитывают.

Качество песков определяется следующими показателями: зерновым составом; содержанием пыли, глины и ила; содержанием органических примесей; минералопетрографическим составом.

При использовании дробленых и природных песков (или их смесей) должны соблюдаться требования к качеству песка в со­ответствии с ГОСТ 8736—77. Содержание пыливидных,глиныстых и илистых частиц в песке в % по массе не должно превышать:

§ 5. ЭНЕРГОЕМКОСТЬ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

Количество энергии, необходимое для измельчения какого-либо материала до определенного размера, зависит от размера, формы, взаимного расположения кусков, прочности, хрупкости, однород­ности исходного материала, его влажности, вида и состояния ра­бочих поверхностей машины и т. д. Поэтому установить аналити­ческую зависимость между расходом энергии на измельчение, фи­зико-механическими свойствами измельчаемого материала и ре­зультатами процесса можно лишь в общем виде.

Исследованием энергоемкости процесса измельчения зани­маются давно. В 1867 г. проф. П. Риттингер впервые выдвинул ги­потезу о том, что работа, расходуемая на измельчение материала,



Рис.5. Схема разделения куска материала кубической формы при измельчении :а-одной плоскостью; б-шестью плоскостями.
пропорциональна вновь образован­ной поверхности:

А = К ∆F,

где К — коэффициент пропорциональности; ∆F — приращение поверхности.

Впоследствии эта гипотеза была названа первым законом дробления или законом поверхностей.

Вновь образованную поверхность ∆F можно выразить через начальные и конечные размеры дробимого материала, приняв, что этот материал до и после дробления состоит из кусков пра­вильной кубической формы.

Если обозначить размер (длина ребра) исходного и конечного куба соответственно через D и d, а степень дробления через i, то при разделении куба на две части, как это показано на рис. 5, вновь образованная поверхность будет иметь площадь, равную 2D². Тогда в соответствии с законом Риттингера затраченная работа:

A =K∙2D²

где К — коэффициент пропорциональности, численно равный энергии, расходуе­мой на создание единицы вновь образованной поверхности для данного материала.

Если разделить куб шестью плоскостями (рис. 5) со степенью дробления I = 3, то получим З³ = 27 кубиков и вновь образован­ную поверхность ∆F = 6 (3—1) D² = 12D². При степени дроб­ления куба i„ вновь образованная поверхность: ∆F_n = 6(i_n-l)D².

Если дроблению подвергается не один кусок, a Q (м³) материала, и средний размер кусков материала равен D_CB, то количество кус­ков, подлежащих дроблению, равно Q/D³_СВ. Так как работа дроб­ления одного куска А = 6KD² _СВ(i — 1), то работа для дробления большого количества кусков Q/D³_СВ будет:

или, выразив количество раздробленного материала в весовых единицах,



где ρ-плотность материала.

Приняв 6K/ρ равным получим формулу, выражающую закон Риттингера:



(2)

В этой формуле имеются параметры, которые характеризуют процесс дробления и могут быть в каждом случае определены непосредственно или заданы, а именно: степень дробления i, средневзвешенный размер куска исходного материала D_CB, коли­чество раздробленного материала Q (кг).

Коэффициент пропорциональности K_R между затраченной ра­ботой и вновь образованной поверхностью определить трудно, что снижает практическое значение данной формулы.

В 1885 г. проф. Ф. Кик на основе формулы из теории упругости, по которой работа деформации:

А = σ²V/2E

(здесь σ— напряжение, возникающее при деформации; V — объем деформируемого тела; Е — модуль упругости), выдвинул гипотезу, что энергия, необходимая для одинакового изменения формы гео­метрически подобных и однородных тел, пропорциональна объе­мам или массам этих тел.

Эта гипотеза названа вторым законом измельчения или зако­ном объемов.

Однако было доказано, что проф. В. Л. Кирпичев предложил ту же зависимость значительно раньше Ф. Кика, основываясь на общем законе подобия, согласно которому:


где G₁ и G₂-массы тел.

Поэтому второй закон измельчения называется законом Кирпичева—Кика.

Работа А равна произведению силы Р на путь S, который при измельчении равен абсолютной деформации тела. Так как дефор­мация тела по закону Гука пропорциональна его линейным раз­мерам l, то, обозначив два произвольных тела через nиm, имеем:

Итак, по закону Кирпичева—Кика усилия, необходимые для измельчения, прямо пропорциональны площадям поперечных се­чений, а затрачиваемая работа—объемам тел. Согласно этому закону работа измельчения одного куска размером D: А = K₂D³

где К₂ — коэффициент пропорциональности, отличающийся от соответствующего коэффициента в формуле (2)

Если принять, что на измельчение поступает Q(кг) материала со средним размером кусков D_CB, то общее количество кусков раз­мером D_CB составит Q/ρD³_СВ, а работа измельчения:




Если предположить, что общая степень измельчения, равная i = D_CB/d_CB, достигается за п стадий дробления и в каждой стадии частная степень измельчения одинакова и равна г, то i = r^п. Работа на всех стадиях измельчения одинакова:




Формула (3) выражает закон Кирпичева—Кика.

После опубликования указанных законов измельчения появи­лись работы, посвященные их анализу и сопоставлению. Мнения ученых разделились. Одни считали, что законы Кирпичева—Кика и Риттингера справедливы для разных стадий измельчения. За­кон Кирпичева—Кика определяет энергию на упругую деформа­цию материала и не учитывает вновь образованной поверхности и потому закон справедлив для процессов дробления, где основная энергия затрачивается на деформацию материала. Закон Рит­тингера на учитывает затраты энергии на упругую деформацию и более подходит для процессов помола, где преобладает истирание с интенсивным образованием новой поверхности.

Другие ученые утверждали, что неправильно применять за­коны Кирпичева—Кика и Риттингера раздельно для разных ста­дий процесса измельчения. Эти законы дополняют один другой и действуют совместно.

В 1940 г. акад. П. Ребиндер предложил формулу расхода энер­гии при измельчении, в которой объединена работа, затрачивае­мая на деформацию разрушаемых кусков и образование новых

поверхностей:

А = K∆V + σ∆F,

где К ,σ —коэффициенты пропорциональности; ∆V—деформиро­ванный объем; ∆F— вновь образованная поверхность.

Формула П. Ребиндера не получила широкого распространения ввиду отсутствия надежных рекомендаций по методике выбора значений коэффициентов пропорциональности для конкретного слу­чая.

В 1951 г. Ф. Бонд выдвинул гипотезу, названную им третьим законом измельчения, в которой также содержалось математиче­ское объединение двух первых законов.




Согласно Ф. Бонду работа А, необходимая для измельчения Q (кг) материала со средней крупностью D_ср до средней крупности d_cp:
где K_Б — коэффициент пропорциональности.

А. К. Рундквист, преобразовав данную формулу, получил обоб­щенное выражение:

Принимая в формуле показатель степени п равным 2; 1,5 и 1, можно получить соответственно выражения законов Риттингера, Бонда и Кирпичева—Кика. Исследования, проведенные во ВНИИстройдормаше, показали, что если учесть дополнительные факторы, действующие в реаль­ных условиях, то формула (4) может быть приведена к виду, не­обходимому для расчета мощности привода дробилок. Было уста­новлено также, что применительно к процессу дробления показа­тель степени п в формуле (4) равен 1,5, что соответствует третьему закону дробления, предложенному Ф. Бондом. Окончательная формула, выведенная во ВНИИстройдормаше, для определения мощности электродвигателя дробилок (кВт)
где Ei — энергетический показатель — единица затрат энергии, приходящаяся на 1 т материала при дроблении его от бесконечной крупности до размера, рав­ного 1 мм; Км — коэффициент масштабного фактора, характеризующий измене­ние Е_i исходного материала с изменением крупности; i — степень дробления — отношение средневзвешенных размеров кусков исходного, материала и продукта дробления; D_CB— средневзвешенный размер исходного материала, м; Q— производительность, м³/с; ρ — объемная масса материала, кг/м³.
Значение энергетического показателя E_t принимается по спе­циальным таблицам в зависимости от вида горной породы и место­рождения. Так, для гранита Могилянского месторождения E_i = 4,56 кВт∙ч/т, Житомирского месторождения E_i=6,94 кВт∙ч/т, для диорита Клесовского месторождения Е_i = 8,51 кВт∙ч/т.

Было бы правильнее рассчитывать и поставлять двигатель дробилки в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Однако дробилка поставляется с универсальным приводом, обес­печивающим ее работу на любы горных породах, поэтому для расчета двигателя принимается значение

(5)

Рис. 6. Зависимость масштабного фактора от К_м средневзвешенного размера исходного мате­риала
энергетического пока зателя E_t =8 кВт ч/т, что близко к наибольшему значению.

Значения коэффициента К_и (рис. 6) в зависимости от размера куска материала, подлежащего дроб­лению, следующие

Средневзвешенный размер ис­ходного

материала, мм 65 100 160 240 280 370 460

К_М 1,85 1,40 1,20 1,00 0,95 0,85 0,80

300 400 D_, мм
Формулу (5) можно использовать при расчете мощности при­вода дробильных машин, когда известны характеристика исход­ного материала и фактическая степень дробления.

§ 6.ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ.

КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ.

В машине, предназначенной для измельчения материалов, в зависимости от ее назначения и принципа действия могут исполь­зоваться следующие нагрузки: раздавливание (рис. 7, а), удар (рис. 7 б), раскалывание (рис. 7, в), излом (рис. 7, г), истирание (рис. 7, д). В большинстве случаев различные нагрузки действуют одновременно, например, раздавливание и истирание, удар и исти­рание и т. д. Необходимость использования различных нагрузок, а также различных по принципу действия и габаритным размерам машин связана с многообразием свойств и размеров измельчаемых материалов, а также с различными требованиями к крупности гото­вого продукта. Так же, как процессы измельчения, машины, при­меняемые для этих процессов, разделяют на дробилки и мельницы.

По принципу действия различают дробилки:

Щековые (рис. 8, а), в которых материал дробится под действием раздавливания, раскалывания и частичного истирания в простран­стве между двумя щеками при их периодическом сближении.

Конусные (рис. 8, б), в которых материал дробится раздавлива­нием, изломом, частичным истиранием между двумя коническими поверхностями, одна из которых движется эксцентрично по отно­шению к другой, осуществляя тем самым непрерывное дробление материала.

Валковые (рис. 8, в), в которых материал раздавливается между двумя валками, вращающимися навстречу друг другу. Нередко валки вращаются с разной частотой и тогда раздавливание ма­териала сочетается с его истиранием.

Ударного действия, которые в свою очередь разделяют на мо­лотковые (рис. 8, г) и роторные (рис. 8, д). В молотковых дробил­ках материал измельчается в основном ударами шарнирно подве­шенных молотков, а также истиранием. В роторных дробилках дробление достигается ударами по материалу жестко закреплен­ных на роторе бил, ударами материала об отражательные плиты и соударениями кусков материала.

Некоторые машины для измельчения (бегуны и дезинтеграторы) можно отнести к дробилкам и к мельницам, так как их применяют и для грубого помола, и для мелкого дробления. Принцип действия и конструкции таких машин рассмотрены в соответствующих пара­графах.

Мельницы по принципу действия разделяют на:

Барабанные (рис. 9, а, б, в) с измельчением материала во вра­щающемся (рис. 9, а) или вибрирующем (рис. 9, б) барабане при помощи загруженных в барабан мелющих тел или без мелющих тел ударами и истиранием частиц материала одна о другую и футе­ровку барабана (рис. 9, в).

Среднеходные, в которых материал измельчается раздавлива­нием и частичным истиранием между каким-либо основанием и рабочей поверхностью шара, валка, ролика.

Схема ролико-маятниковой мельницы показана на рис. 9, г. Ролик прижимается центробежной силой к борту чаши и измель­чает материал, попадающий между бортом и роликом.

Ударные (рис. 9, д) с измельчением материала ударами шарнир­ных (шахтные мельницы) или жестко закрепленных (аэробильные мельницы) молотков. Измельченный материал с определенной тон­костью помола удаляется из зоны действия молотков воздушным потоком.

Струйные (рис. 9, е), где материал измельчается трением и соударениями частиц материала, а также о стенки камеры при движении частиц воздушным потоком большой скорости.

Измельчение в дробилках и мельницах относят к механиче­скому измельчению при непосредственном воздействии рабочего органа на измельчаемый материал или частиц материала одна на другую. Разрабатываются методы измельчения материалов с использованием электрогидравлического эффекта (высоковольт­ный разряд в жидкости), ультразвуковых колебаний, быстро-сменяющихся высоких и низких температур, лучей лазера, энер­гии струи воды и др.

Несмотря на многообразие видов машин для измельчения ма­териалов, существуют общие требования, которым должны удов­летворять эти машины: простота конструкции, удобство и безопас­ность ее обслуживания; минимальное число изнашиваемых де­талей, а также возможность их легкой замены; наличие предохра­нительных устройств, которые при превышении допустимых нагрузок разрушались бы (распорные плиты, болты и т. д.) или де­формировались (пружины); соблюдение санитарно-гигиенических норм по шуму, вибрации и запыленности воздуха.

Глава II. МАШИНЫ ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ

МАТЕРИАЛА

§ 1. ЩЕКОВЫЕ ДРОБИЛКИ

Область применения и классификация

В промышленности строительных материалов щековые дробилки в основном применяют для крупного и среднего дробления. Прин­цип работы щековой дробилки заключается в следующем. В ка­меру дробления, имеющую форму клина и образованную двумя щеками, из которых одна в большинстве случаев является непод­вижной, а другая подвижной, подается материал для дробления. Благодаря клинообразной форме камеры дробления куски ма­териала располагаются по высоте камеры в зависимости от их крупности: более крупные—вверху, менее крупные—внизу. Подвижная щека периодически приближается к неподвижной, причем при сближении щек (ход сжатия) куски материала дро­бятся. При удалении подвижной щеки (холостой ход), куски ма­териала продвигаются вниз под действием силы тяжести или вы­ходят из камеры дробления, если их размеры меньше размера наи­более узкой части камеры, называемой выходной щелью, или за­нимают новое положение, соответствующее своему новому размеру. Затем цикл повторяется.

В зависимости от кинематических особенностей щековые дро­билки можно разделить на две основные группы:

дробилки с простым движением подвижной щеки, в которых движение от кривошипа к подвижной щеке передается определен­ной кинематической цепью; при этом траектории движения точек подвижной щеки представляют собой части дуги окружности;

дробилки со сложным движением подвижной щеки, кривошип и подвижная щека которых образуют единую кинематическую пару; траектории движения точек подвижной щеки представляют собой замкнутые кривые, чаще всего эллипсы.

На рис. 10 показаны наиболее распространенные кинемати­ческие схемы щековых дробилок (траектории точек подвижных щек для наглядности увеличены).

В дробилке с простым движением (рис. 10, а) подвижная щека подвешена на неподвижную ось. Шатун дробилки верхней голов­кой шарнирно соединен с приводным эксцентриковым валом. В нижнюю часть шатуна шарнирно упираются две распорные плиты, одна из которых противоположным концом упирается


Рис. 10. Кинематические схемы щекбвых дробилок:

а — с простым движением щеки; б — со сложным движением

щеки.

в нижнюю часть подвижной щеки, другая — в регулировочное устройство. При вращении эксцентрикового вала подвижная щека получает качательное движение по дуге окружности, центром которой является центр оси подвеса. Наибольший размах кача­ния х (ход сжатия) имеет нижняя точка подвижной щеки. За ход сжатия какой-либо точки подвижной щеки принимается проекция траектории движения данной точки на нормаль к неподвижной щеке.
Срок службы дробящих плит находится в прямой зависимости от вертикальной составляющей хода (при прочих равных усло­виях), что подтверждается эксплуатацией щековых дробилок.

На дробилках с простым движением при малой вертикальной составляющей хода сжатия срок работы дробящих плит в несколько раз больше срока работы дробящих плит дробилок со сложным движением. Другим преимуществом дробилок с простым движением является обеспечение выигрыша в силе в верхней части камеры дробления (рычаг второго рода), что очень важно при дроблении кусков горной массы больших размеров и высокой прочности.

Недостатком дробилок с простым движением является малый ход сжатия в верхней части камеры дробления. В верхнюю часть камеры дробления попадают крупные куски материала, для на­дежного захвата и дробления которых необходим больший ход, чем в нижней части, где дробятся куски меньших размеров и фор­мируется готовый продукт. Поэтому в нижней части камеры дроб­ления ход сжатия должен быть соответственно меньше.

Для дробилки с простым движением щеки характерно обрат­ное явление, когда наибольший ход сжатия (размах качания) наблюдается в нижней части подвижной щеки, в верхней же части этот ход значительно меньше.

В дробилках со сложным движением (рис. 10, б) подвижная Щека шарнирно подвешена на эксцентричной части приводного вала. Нижняя часть подвижной щеки шарнирно установлена на распорной плите, которая одним концом опирается на регулиро­вочное устройство.

Дробилка со сложным движением проще по конструкции, ком­пактнее и менее металлоемка, чем другие дробилки. Траектории движения точек подвижной щеки этой дробилки представляют со­бой замкнутые кривые. В верхней части камеры дробления эти кривые —эллипсы, приближающиеся к окружности, в нижней части — вытянутый эллипсы.

Типоразмер дробилки характеризует ширина приемного от­верстия В (расстояние между дробящими плитами в верхней части камеры дробления в момент максимального отхода подвижной щеки). Этот размер определяет максимально возможную круп­ность кусков, загружаемых в дробилку D_max, принимаемых рав­ными 0,85, от ширины приемного отверстия, т. е. D_max= 0,85В.

Другим важным параметром служит длина приемного отвер­стия, т. е. длина камеры дробления L, определяющая, сколько кусков диаметром D_max может быть загружено одновременно. Размер приемного отверстия щековой дробилки является ее глав­ным параметром и обозначается В×L.

В зависимости от главного параметра B×L (мм) щековые дро­билки, выпускаемые отечественной промышленностью, составляют следующий размерный ряд: 160×250, 250×400, 250×900, 400×900, 600×900, 900×1200, 1200×1500, 1500×2100 мм, т. е. всего во­семь типоразмеров, из которых пять первых относятся к дробил­кам со сложным движением подвижной щеки, три последних — с простым. Перечисленный ряд определен в результате много­летнего опыта по созданию и эксплуатации щековых дробилок.

Важным параметром щековой дробилки является размер вы­ходной щели b (рис. 10), определяемый как наименьшее расстоя­ние между дробящими плитами в камере дробления в момент мак­симального отхода подвижной щеки. Размер выходной щели — параметр переменный, ее можно регулировать при помощи спе­циального устройства, что позволяет изменять крупность гото­вого продукта или наоборот поддерживать постоянной в течение длительного времени независимо от степени износа дробящих плит.