Арсентьев В.А., Вайсберг Л.А., Зарогатский Л.П., Шулояков А.Д. Производство кубовидного щебня и строительного песка с использованием вибрационных дробилок
Подождите немного. Документ загружается.
а)
...
...
t
б)
Рис.
22.
С
х
емы
действия
дробящих
сил
в
конусной
эксцентриковой
(а)
и
конусной
инерционной
(б)
дробилка
х.
а
-
разрушение
материалов
сжатием;
б
-
внутрислойное
вибрационное
ра
з
ру
ше
н
ие
материалов
импульсным
сжатием
со
сдвигом.
с
целью
уста
н о
в
ле
н
ия усло
в
ий
су
щ
ествования
и
устойчивости
тре
буемого
ха
р
актера
ее
д
в
иже
н
ия,
в
частности,
условий
самосинхро
низа
ц
ии
р
ото
р ов
вибровозбудителей
и
дробящих
тел;
исследования
процесса
движения
и
разрушения
сыпучего
материала
в
пространстве
между
двумя
вибрирующими
поверхностями
дробя-
-------------------------
52
------------------------
щих
тел
с
целью
разработки
новых
принципов
и
методики
профи
лирования
камер
дробления,
обеспечивающих
эффективное
разру
шение
материала
в
слое;
решения
проблемы
динамического
самоуравновешивания
и
надеж
ной
виброизоляции
конструкции
машины,
включая
задачу
сниже
ния
амплитуд
колебаний
корпуса
при
прохождении
через
резонанс
в
периоды
пуска
и
выбега;
обеспечения
длительной
прочности
машин,
характеризующихся
вы
сокой
энергонапряженностью
и
знакопеременными
нагрузками.
Решение
первых
двух
задач
оказалось
возможным
на
основе
создан
ных
в
Механобре
теории
самосинхронизации
вращающихся
тел
и
общей
теории
действия
вибрации
на
нелинейные
механические
системы,
в
осо-
бенности
теории
вибрационного
перемещения.
.
При
решении
третьей
задачи
были
использованы
методы
теории
нели
нейных
колебаний
и
динамики
твердого
тела.
Обзор
результатов
соответ
ствующих
исследований
приводится
в
настоящем
разделе.
Четвертая
,
не
менее
важная
и
трудная
задача,
решалась
путем
сочета
Hия
аналитических
и
экспериментальных
методов
с
поисками
рациональ
ных
конструктивных
решений.
При
теоретическом
исследовании
самосинхронизации
рассматривалась
некая
усредненная
картина
процесса,
при
которой
центры
тяжести
дробя
щих
тел
движутся
по
круговым
траекториям.
Реально,
вследствие
наличия
минерала
в
камере
дробления,
эти
траектории
усложняются,
приобретая
характер
криволинейных
ломаных
линий
со
значительным
числом
точек
излома
за
один
цикл.
Эта
нерегулярность
движения
обусловлена
неодина
ковой
прочностью
кусков,
образующих
слой,
и их
неравномерным
распре
делением
в
слое.
Измерения
показали,
что
при
таком
движении
в
камерах
дробления
развиваются
импульсные
нагрузки,
во
много
раз
превышающие
по
уровню
нагрузки
от
сил
инерции
вращающихся
масс,
а
по
частоте
пре
вышающие
частоту
вращения
вала
дебаланса
по
крайней
мере
на
порядок.
В
результате
интенсивность
вибрационного
воздействия
на
материал
мно
гократно
увеличивается.
Кроме
того,
более
прочные
куски
подвергаются
более
значительным
нагрузкам,
а
менее
прочные
-
менее
значительным
,
что
в
свою
очередь
дополнительно
способствует
энергетически
экономному
разрушению.
Как
видно
из
формулы,
дробящая
сила
где
[а]
в
-
предел
прочности
материала.
Остальные
обозначения
приведе
ны
на
рис.
23.
В
конусной
вибродробилке
можно
прикладывать
дробящую
силу
0,6-
0,8
от
предела
прочности,
что
соответственно
снижает
энергозатраты.
Движение
материала
в
камерах
дробления
виброинерционных
аппара
тов
представляет
собой
процесс
вибрационного
перемещения.
Созданная
в
Механобре
теория
виброперемещения
дает
возможность
определять
скорость
протекания
направленных
движений
или
измененийв
------------------------
53
-------------------------
+
М
К
L
--
-
Рис.
23.
Схема
действия
сил.
Р
1
-
центробежная
сила
внутреннего
конуса;
е
-
амплитуда
и
М
К
-
масса
внут
реннего
конуса;
Р
2
-
центробежная
сила
и
М
д
-
масса
дебаланса;
L -
расстояние
от
оси
конуса
до
центра
тяжести
дебаланса.
системе
под действием
вибрации.
в
частности,
эта
теория позволила
раз
работать
новые
принципы
и
методику
профилирования
камеры
дроб
ления
виброинерционных
аппаратов
с
учетом
свойств
разрушаемых
ма
териалов
и
применительно
к
решению
конкретных
технологических
за
дач
[4].
Разработан
общий
подход
к
изучению
подобных
явлений,
широко
ис
пользуемых
в
виброинерционной
технологии.
Согласно
этому
подходу,
«медленные»
*
движения
в
нелинейных
системах
под
действием
вибрации
происходят
так,
будто
бы
ко
всем
действующим
на
систему
«медленным»
силам
добавляются
некоторые
дополнительные
силы,
называемые
вибра
ционными.
Именно
эти
силы
и
вызывают
полученные
эффекты.
Новые
положения,
оказавшиеся
перспективными
также
и для
обыч
ных
конусных
и
щековых
дробилок,
сводятся
в
основном
к
следующему.
1.
Необходимое
условие
правильного
профилирования
-
уточнение
представлений
о
характере
движения
и
разрушения
материала
в
камере
дробления
как
процесса
вибрационного
перемещения
материала,
происхо
дящего
в
пространстве
между
двумя
колеблющимися
поверхностями.
*
Рассчитанные
на
основе
кинематики
системы.
--------------------------
54
--------------------------
2.
Для
рационального
использования
рабочего
пространства
камеры
дробления,
а
также
во
избежание
подпрессовки
материала,
перенапряже
ния
конструкции
и
повышенного
локального
износа
брони,
при
профили
ровании
необходимо
исходить
из
условия
постоянства
пропускных
способ
ностей
поперечных
сечений
камеры
дробления
по
ее
высоте
при
расчетном
усилии
и
частоте
воздействия
на
материал,
определяемых
прочностными
свойствами
материала и
технологическими
требованиями.
3.
При
расчете
и
профилировании
камеры
дробления
следует
исходить
из
условия,
что
материал
движется
и
разрушается
в
камере
не
в
виде
от
дельных
невзаимодействующих
кусков,
а
в
виде
слоя,
который
один
раз
за
цикл
зажимается
между
бронями
и
останавливается.
4.
Движение
и
разрушение
материала
во
всей
камере
представляет
собой
единый
процесс
с
едиными
закономерностями.
В
связи
с
этим
традицион
ное
выделение
в
камере
дробления
приемной
зоны,
зоны
дробления
и
зоны
калибровки
должно
быть
признано
нецелесообразным.
Предпочти
тельно
исполнение
образующихся
рабочих
поверхностей
камеры
в
виде
плавных
кривых.
Об
этом
говорит
мировой
опыт
проектирования
камер
дробления.
5.
Оптимизация
профилей
камеры
дробления
должна
осуществляться
одновременно
с
оптимизацией
выбора
кинематических
и
конструктивных
параметров
аппарата.
С
целью
реализации
сформулированных
положений
при
расчете
и
про
ектировании
виброинерционных
аппаратов
в
Механобре
разработаны
ал
горитм и
программа
для
пк.
пользуясь
этой
программой,
исходя
из
за
данной
исходной
крупности
питания,
продукта
и
производительности
дро
билки,
можно
построить
требуемый
профиль
дробящей
полости.
•
Проблема
динамического
самоуравновешивания
и
виброизоляции
виброинерционных
машин
Чтобы
избежать
передачи
вибрации
на
строительные
конструкции,
обычные
дробилки
и
мельницы
устанавливают
на
массивные
фундаменты.
Подобное
решение,
являющееся
уже
устаревшим
даже
для
указанных
ма
шин,
совершенно
неприемлемо
для
машин
виброинерционного
типа,
ха
рактеризующихся
значительно
б6льшими
частотой
и
действующими
на
корпус
усилиями,
которые
к
тому
же
резко
изменяются
в
процессе
работы
машины.
Поэтому
для
виброизоляции
виброинерционных
машин
был
предло
жен,
теоретически
обоснован
и практически
реализован
принцип
динами
ческого
самоуравновешивания,
предполагающий
установку
корпуса
на
мяг
кие
виброизоляторы
(под
таковыми понимаются
упругие
элементы
столь
малой
жесткости,
что
частоты
свободных
колебаний
машины
на
них
в
не
сколько
(практически
не
менее
чем
в
2,5-3
раза)
ниже
рабочей
частоты.
Однако
указанное
решение
поставило
вопрос
о
правильном
выборе
и
распределении
массы
корпуса
ибо,
как
нетрудно
видеть,
если
принять
массу
корпуса
слишком
малой,
то,
во-первых,
будет
теряться
значительная
часть
------------------------
55
-------------------------
дробящей
силы,
развиваемой
конусом
идебалансом,
во-вторых
,
будет
зна
чительной
амплитуда
колебаний
корпуса,
что
вызовет
неудобства
в
эксп
луатации
машины
и
трудности
в
выборе
виброизоляторов.
Исследования
и
расчеты
показали,
что
целесообразно
выбирать
массу
корпуса,
пример
но
в
4-5
раз
большую,
чем
масса
конуса
с
дебалансом;
при
этом
сохра
няется
не
менее
80
%
дробящей
силы.
Иначе
говоря,
для
эффективности
удара
молота
(конуса)
о
наковальню
(корпус)
масса
наковальни
должна
быть
достаточно
велика.
Дальнейшее
увеличение
массы
корпуса
нецелесообраз
но,
так
как
оно
приводит
лишь
К
незначительному
увеличению
коэффи
циента
сохранения
силы
[2].
Вопрос
об
оптимальном
распределении
массы
корпуса
имеет
еще
и
дру
гой
немаловажный
аспект.
Дело
в
том,
что
колебания
корпуса
вносят
из
менения
в
характер
продвижения
материала
по
рабочей
полости
дробил
ки.
Выбор
распределения
масс
корпуса
должен
быть
поэтому
подчинен
также
условию
,
чтобы
указанные
влияния
были
положительными,
т. е.
чтобы
колебания
способствовали
росту
пропускной
способности
дробил
ки.
Колебания
корпуса
дробилки
необходимо
учитывать
также
при
про
филировании
рабочей
полости
дробилки.
Другой
важный
вопрос,
который
был
решен
при
проектировании
вибро
инерционных
машин
-
расчет
и
разработка
мер
по
снижению
амплитуды
резонансных
колебаний
корпуса
в
процессе
пуска
и
выбега
машины.
Та
кие
колебания
непременно
возникают,
поскольку,
как
отмечалось,
рабо
чая
частота
в
несколько
раз
превышает
частоту
свободных
колебаний
ма
шины
на
виброизоляторах;
при
этом
оказывается,
что
амплитуда
резонан
сных
колебаний
при
выбеге
может
достигать
угрожающих
значений,
в
5-
6
раз
превышающих
амплитуды
рабочих
колебаний.
Это
особенно
опасно
для
машин
крупных
размеров
и
большой
массы.
Решение
всех
этих
вопросов
позволило
специалистам
Механобра
со
здать
принципиально
новые
конусные
инерционные
дробилки
(КИД)
*,
ко
торые
при
низкой
стоимости
и
малых
энергозатратах
обеспечивают
полу
чение
щебня
или
песка
из
горной
массы
с
кубовидностью
более
85
%
как
продукта
самой
высокой
группы.
*
КИД
-
защищенный
товарный
знак
«
Механобр-техники
,>,
СОБЕННОСТИ
КОНУСНЫХ
ИНЕРЦИОННЫХ
ДРОБИЛОК
Схема
инерционной
дробилки
практически
является
дальнейшим
раз
витием
схемы
эксцентриковой
дробилки
типа
«СаЙмонс~.
Основное
отли
чие
заключается
в
том,
что
приводной
эксцентрик
заменен
приводным
вибратором
дебалансного
типа.
Его
применение
обусловливает
ряд
прин
ципиальных
особенностей
кид
в
сравнении
с
эксцентриковыми
дробил
ками.
На
рис.
24
для
наглядности
приведены
рядом
упрощенные
схемы
упо
мянутых
дробилок.
А
на
рис.
25
показана
более
подробная
схема
кИд,
которая
содержит
наружный
конус
1,
внутри
которого
на
сферической
опоре
2
размещен
внутренний
конус
3
с
валом
4
и
смонтированным
на
нем
с
помощью
подшипника
5
дебалансным
вибратором
6.
Последний
подвешен
с
помощью
шарнира
7
к
сферической
опоре
2
и
соединен
ком
пенсационной
муфтой
со
шкивом
9.
Корпус
дробилки
оперт
на
металли
ческую
раму
1
О
с
помощью
амортизаторов
11.
Если
эксцентриковые
дробилки
типа
~Саймонс»
не
могут
работать
с
плотно
заполненной
горной
массой
дробящей
полостью,
то
дробилки
типа
«ГидрокоН»
(рис.
6)
могут
работать
в
таком
режиме
«под
завалом~.
Имен
но
такой
режим
создает
условия
для
разрушения
кусков
друг о
друга.
Ис
пытывая
объемное
всестороннее
давление,
частицы
дробимого
материала
стремятся
приобретать
кубовидную
форму.
Однако
щебень
даже
в
совре
менных
эксцентриковых
дробилках,
которые
производятся
зарубежными
фирмами,
не
всегда
достигает
качества
1
группы,
так
как
кубовидность
его
не
превышает
80
%.
Это
объясняется
следующими
причинами:
частота
качаний
внутреннего
конуса
не
может
быть
увеличена,
так
как
при
этом
невозможно
обеспечить
надежность
работы
привод
ного
эксцентрика
и
приемлемое
динамическое
уравновешивание
дро
билки,
хотя
выход
кубовидных
частиц
растет
с
увеличением
оборо
тов
эксцентрика;
невозможно
увеличить
толщину
слоя
дробимого
материала,
так
как
при
этом
резко
возрастает
крупность
продукта;
отсутствует
возможность
управления
дробящей
силой
в
зависимос
ти
от
морфологии
перерабатываемого
материала
и
технологичес
ких
требований
к
конечному
продукту
дробления.
-------------------------
57
-------------------------
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
7
а
' /
//
: ,
/
Рис.
24
.
Принципиальные
конструктивные
схемы
эксцентриковой
конус
ной
дробилки
а
(1
-
наружный
и
2 -
внутренний
конусы,
3 -
предохранитель
ные
пружины,
4 -
станина,
5 -
приводной
эксцентрик,
6 -
фундамент)
и
конус
ной
инерционной
дробилки
б
(1
-
наружный
и
2 -
внутренний
конусы,
3 -
приводной
вибратор,
4 -
станина,
5 -
кривошипно-кулисный
при
вод
вибратора,
6 -
эластичный
амортизатор,
7 -
опора).
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Питание
дробилки
,
13
Рис.
25.
Конусная
инерционная
дробилка
(типовая
конструкция).
1 -
наружный
конус
,
2 -
броня
наружного
конуса,
3 -
гидродомкрат,
4 -
внут
ренний
конус,
5 -
сферическая
опора,
6 -
корпус,
7 -
неуравновешенный
ротор
вибратор,
8 -
подшипник
ротора-вибратора,
9 -
эластичная
муфта,
10 -
рези
новые
амортизаторы,
11
-
металлическая
опора,
12
-
клиноременная
передача,
13 -
электродвигатель
.
К
этим
особенностям
следует
добавить и
ряд
эксплуатационных
недо-
статков
эксцентриковых
конусных
дробилок:
дробилки
включаются
и
останавливаются
только
при
свободной
от
материала
дробящей
полости;
при
гидравлической
регулировке
разгрузочного
зазора
внутренний
конус
«плавает~
по вертикали
при
изменении
сопротивления
слоя
материала,
что
приводит
к
закрупнению
щебня
и
повышению
вы
хода
лещадных
частиц;
попадание
недробимых
тел
может
вызвать
заклинивание
дробящих
конусов,
что
приводит
К
необходимости
разборки
машины
и
соот
ветственно
к
ее
многочасовой
остановке.
Если
в
эксцентриковых
конусных
дробилках
имеет
место
жесткая
ки
нематическая
связь
между
конусами,
являющаяся
основной
причиной
всех
упомянутых
недостатков,
то
в
конусных
инерционных
дробилках
(КИД)
между
конусами
существует
динамическая
связь,
так
как
в
них
вместо
эк-
------------------------
59
-------------------------
сцентрика
используется
в
качестве
при
вода
регулируемый
де
балансный
виб
ровозбудитель.
Такая
схема
позволяет:
увеличить
частоту
воздействия
на
слой
материала;
существенно
увеличить
слой
дробимого
материала;
регулировать
силу
воздействия
на
дробимый
материал;
использовать
эффект
вибрации
конуса
для
быстрой
эвакуации
из
дробящей
полости
частиц
щебня
готовой
крупности;
осуществлять
пуск
и
остановку
дробилки
под
нагрузкой;
исключить
поломки
дробилки
от
попадания
в
нее
недробимых
тел
без
использования
каких-либо
предохранительных
средств.
Благодаря
этим
свойствам
появляется
возможность
снизить
лещадность
до
8-12
%,
что
гарантирует
практически
на
любых
материалах
получение
щебня
высшего
сорта
(1
группа).
При
этом
удается
снизить
и
выход
отсе
вов
(менее
5
мм)
до
15-28
%.
Важно
отметить,
что
при
управляемом
вибрационном
способе
воздействия
на
слой
материала
удается
его
разру
шать
селективно
(по
дефектам
структуры),
что
приводит
К
повышению
прочности
частиц
и
соответственно
улучшению
качества
щебня.
Созданы
и
функционируют
дробилки
КИД
производительностью
от
нескольких
десятков
до
сотен
тонн
в
час.
Это
дробилки
с
диаметром
конусов
от
600
до
1200
мм.
В
табл.
6
сопоставлены
данные
лучших
эксцентриковых
дробилок
«Гид
рокон»
шведской
фирмы
SANDVIC
и
дробилок
КИД.
Дробилка
КИД
работает
следующим
образом.
При
вращении
шкива
9
через
компенсационную
муфту
8
крутящий
момент
передается
де
баланс
ному
вибратору
6,
который,
вращаясь
относительно
вала
4
с
помощью
подшипника
5,
развивает
центробежную
силу,
заставляющую
внутренний
конус
3
совершать
подобно
круговому
маятнику
гирационное
движение
на
сферической
опоре
2.
Бегущее
по
окружности
сближение
конусов
1
и
3
заставляет
куски
материала,
находящиеся
в
слое
между
конусами,
разру
шаться
друг
о
друга.
Причем
сила
сжатия
слоя,
сопровождающаяся
одно
временным
сдвигом,
регулируется
частотой
вращения
дебаланса
и измене
нием
его
статического
момента
[20].
Дробящая
сила
F
включает
центробежные
силы,
развиваемые
дебалан
сом
р
д
и
внутренним
конусом
р
к
:
F =
р
д
-
р
д
=
т
·
r·
о-}
+
м
.
е·
(J)2 = (J)2
(т
·
r +
М
.
е)
,
где
(J) -
частота
вращения
вибратора;
т
-
масса
неуравновешенной
части
дебаланса;
м
-
масса
внутреннего
конуса;
r -
расстояние
центра
тяжести
неуравновешенной
части
дебаланса
до
его
оси
вращения;
е
-
амплитуда
центра
тяжести
внутреннего
конуса.
Величины
(J),
r
и
е
можно
менять,
исходя
из
технологических
требова
ний
потребителя.
При
настройке
дробилки
применительно
к
конкретному
материалу
строятся
графики
зависимости
ее
режима
от
упомянутых
пара
метров.
Определяются
их
оптимальные
значения,
и
дробилка
включается
в
эксплуатацию.
Дальнейшие
изменения
прочности,
размеров
или
влаж
ности
исходного
материала
компенсируются
изменением
оборотов
деба-
-------------------------
60
------------------------
Таблица
6
Сравнительная
таблица
характерисгик
конусных
эксцентриковых
и
вибрацион
иых
дроБИЛОI\
мелкого
дробления
Эксцентри-
Эксцентри-
ковая
конус-
ковая конус
-
Показатели
ная
дробилка
КИ
Д
-1200
ная
дробилка
КИ
Д
-2200
«
Гидрокон-
«Гидрокон
-
12
00»
2200~
Диаметр
конуса
у
основа
-
1200 1200 2200
2200
ния,
мм
Производительность
по
пи
-
танию
на
минералах
с
проч-
ностью
к
в
арца
в
открытом
цикле,
т
/
ч:
-
при
производстве
п
еска
Н
евоз-
160
Н
евоз-
350
или
сверхтонком
дроблении
можно
(95%
мель
-
можно
(95%
мель-
руд;
че
6
мм)
че
10
мм)
-
при
производстве
щ
ебня
200 250 350
500
Кубовидность
щебня,
%
75-85
85-95
75- 85
85-95
Максимальный
размер
кус-
70 140 90
300
ка
в
питании,
мм
Степень
дробления
4- 6 6- 30
(ре
-
4-6
6-3
0
(ре
-
гули р
уемая
гулируемая
на
ходу
на
ходу
частотой частотой
тока)
тока)
Отсев
по
классу
5-
0
мм
45 25 40 22
при
производстве
щебня,
%
Крупность
95 %
продукта
6-0
(близ-
10-0
(близ
-
при
сверхтонком
дроблении
ка к
х
-
ке ка к х-ке
в
открытом
цикле,
мм
(гра
-
стержне
-
стержне
-
нулометрическая
характери
-
вой
мель
-
вой
мель-
стика)
ни
ц ы)
ни
ц
ы)
Приводной
электродвига-
200/ 0 160/ 200 320/ 0 300/ 400
тель
(щебень
/
сверхтонкое
дробление),
кВт
Удельный
расход
электро
-
0
,8
0
,6
0,9
0
,6
эне~
г
ии
п
ри
производстве
ще
ня,
к
В
тч
/
т
Срок
службы
броней
кону-
750
1100 1000 1200
сов,
ч
Масса
дробилки,
т
18 28 90 150
П
уск
и остановка
Б
ез
на
-
П
од
на-
Б
ез
на
-
П
од на
-
г
р
узки
грузкой
грузки
грузкой
П
отребность
в
предохрани-
Д
а
Н
ет
Д
а
Н
ет
тельном
механизме
Потребность
в
питателе
Д
а
Н
е
т
Д
а
Н
ет
------------
61