студент
ВАК 05.17.00 Химическая технология
ВАК 05.23.00 Строительство и архитектура
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
В настоящее время значительно возрос спрос на щебень кубовидной формы. В ходе работы произведен анализ существующих типов дробилок для производства кубовидного щебня. Предложена усовершенствованная конструкция роторной дробилки и описан принцип ее действия. В статье приведены формулы для расчета окружной скорости и максимального размера готового продукта роторной дробилки.
роторная дробилка, ротор, дробление, щебень
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. Арсентьев В.А., Вайсберг Л.А., 3арогатский Л.П., Шулояков А.Д.. Производство кубовидного щебня и строительного песка с использованием вибрационных дробилок. СПб.: Изд. ВСЕГЕи, 2004. 112 с.
2. Юшина Т.И., Кукин A.B. Обоснование применения роторных дробилок для производства щебня из скальной вскрыши // Горно-аналитический бюллетень. 2012. №1. С.146–154.
3. Кононенко Е.А., Кукин А.В. Оптимизация параметров технологии производства щебня из вскрышных пород в условиях лебединского горно-обогатительного комбината // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011. №12. С.85–93.
4. Патент РФ №147047. 27.10.2014 Богданов В.С, Реутова Я.И., Богданов Н.Э. Роторная дробилка//Бюл. № 30.
5. Бауман В.А. Роторные дробилки. М.: Изд. Машинострое¬ние, 1973. 272 с.
