МАШИНЫ ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ, СОРТИРОВКИ И ОБОГАЩЕНИЯ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Глава 8 МАШИНЫ ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ, СОРТИРОВКИ И ОБОГАЩЕНИЯ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Для приготовления бетонных смесей и растворов, а также для выполнения других работ в строительстве используется большое количество каменных нерудных материалов - щебня, гравия и песка. Гравий и песок - это естественный сыпучий строительный материал. Гравий представляет собой зерна овальной формы крупностью 3 70 мм.

Песок строительный состоит из зерен кварца и других минералов крупностью 0,1 5,0 мм. Щебень получают из естественного камня путем Дробления, сортировки, а иногда и мойки взорванных скальных пород. Качество щебня характеризуется зерновым составом, формой зерен, механической прочностью и содержанием вредных примесей. В зависимости от крупности зерен щебень разделяют на следующие основные фракции 5 10 10 20 20 40 и 40 70 мм. По форме зерна щебня бывают кубообразные, пластинчатые лещадные и игловые.

К лещадным и игловым относят зерна, у которых толщина или ширина в три и более раза меньше длины. Согласно действующим ГОСТам не допускается содержание в щебне и гравии зерен лещадной формы более 15 . По механической прочности временное сопротивление сжатию горные породы различают малой прочности, средней прочности, прочные и особо прочные. Процесс разрушения твердого тела путем воздействия на него внешних механических сил называется дроблением. Необходимую фракцию можно получить в одну или несколько

стадий дробления, поэтому различают одностадийное и многостадийное дробление. Машина, в которой материал измельчается, называется дробилкой, а их комплект, представляющий единую технологическую схему дробильной установкой. Один из основных показателей работы дробилок и дробильных установок - степень дробления - отношение средневзвешенного размера кусков исходного материала к средневзвешенному размеру кусков готового продукта. В зависимости от крупности исходного материала и размера продукта

дробления различают следующие виды дробления крупное, среднее и мелкое. Существуют следующие основные способы дробления раздавливание, раскалывание, излом, истирание и взрыв. Обычно в дробильных машинах используются одновременно различные способы. Выбор способа дробления и вида дробильного оборудования зависит от максимальной крупности кусков исходного материала, его прочности, необходимой степени дробления и требуемой производительности.

По принципу действия и конструктивным признакам дробильные машины бывают щековыми, конусными, валковыми, молотковыми и роторными. 2. КОНСТРУКЦИИ ДРОБИЛОК И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ Щековые дробилки применяют в основном для крупного и среднего дробления пород с временным сопротивлением сжатию до 300 МПа. Они обеспечивают степень дробления 2,5 10 и высокую производительность 3 550 м3ч. Достоинства отличаются простотой конструкции, имеют относительно невысокую стоимость, не требуют

высокой квалификации обслуживающего персонала. Основной недостаток - цикличность их работы рабочий и холостой ходы по времени не перекрывают друг друга, а следуют один за другим. В результате возникают значительные усилия дробления, большая вибрация дробилки на фундаменте и значительные колебания электроэнергии, поглощаемой приводным двигателем из сети. Основные параметры, характеризующие типоразмер щековой дробилки ширина и длина загрузочного отверстия.

Щековые дробилки бывают разнообразных конструкций, однако в основном применяют дробилки с простым и сложным движением щеки. Щековые дробилки с простым движением щеки имеют сварной корпус, в верхней части которого на оси подвешена подвижная щека. Передняя стенка станины, к которой крепят дробящую плиту, образует неподвижную щеку. Движение подвижной щеки осуществляется за счет перемещения шатуна, подвешенного на эксцентриковой части вала. На концах этого вала закреплены два маховика, один из которых представляет

собой шкив клиноременной передачи привода. Кинематически шатун связан с помощью распорных плит и с подвижной щекой и регулировочным устройством. Для предупреждения выпадения свободно вставленных распорных плит, а также для обеспечения отвода щеки во время холостого хода смонтировано оттяжное устройство, включающее в себя тягу и пружину. Клиновое регулировочное устройство служит для изменения ширины выходной щели. Рабочие поверхности дробящих плит и боковые стенки корпуса дробилки образуют камеру дробления.

При вращении эксцентрикового вала шатун, совершая возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости, попеременно поднимает и опускает примыкающие к нему торцы распорных плит. При этом подвижная щека приближается к неподвижной, обеспечивая процесс дробления рабочий ход, или удаляется холостой ход. Инерционная масса вращающихся маховиков снижает неравномерность хода подвижной щеки, уменьшает энергоемкость процесса дробления За счет накопления энергии на холостом ходу и отдачи

ее при рабочем ходе. В конструкции дробилок предусмотрены предохранительные устройства составные распорные плиты, плиты с эксцентриситетом и др. для предотвращения поломок при попадании недробильных материалов. Для обеспечения пуска дробилок, а также пуска дробилок под завалом в последних их конструкциях применяется вспомогательный привод, включающий в себя электродвигатель меньшей мощности, зубчатый редуктор с большим передаточным числом и обгонную муфту, соединенную с валом главного электродвигателя.

В этом случае трогание с места осуществляется вспомогательным приводом, а затем включается главный двигатель. Один из недостатков дробилок с простым движением щеки - небольшой ход в верхней зоне, что существенно влияет на эффективность дробления. Этот недостаток отсутствует в дробилках со сложным движением щеки. Щековые дробилки со сложным движением щеки применяют для среднего и мелкого дробления пород средней прочности. Они проще по конструкции, компактнее и менее энергоемкие.

Их отличительная особенность - отсутствие шатуна. Его заменяет подвижная щека, подвешенная непосредственно на эксцентриковой части вала. При такой конструкции точки подвижной щеки движутся по эллиптическим траекториям. Конусные дробилки применяют для среднего и мелкого дробления горных пород средней и большой прочности с высокой степенью абразивности. В зависимости от назначения и конструктивных особенностей различают

два типа конусных дробилок с крутым ККД и пологим - КСД и КМД дробящим конусом. Дробилки ККД предназначены для крупного, КСД - для среднего, КМД - для мелкого Дробления. В конусных дробилках в отличие от щековых процесс дробления происходит непрерывно. В дробилках ККД камеру дробления образуют два усеченных конуса - неподвижный и подвижный. Первый установлен на основании дробилки, а второй - на валу, верхний конец которого с помощью

шарнира крепится к траверсе. Нижний конец вала подвижного конуса вставлен в эксцентриковый стакан, при вращении которого электродвигателем через клиноременную и коническую зубчатую передачи подвижный конус получает качательное движение. Наклон оси вала по отношению к оси дробилки составляет 2 30. Дробящие конусы бронированы плитами и из износостойкой стали. При вращении эксцентрикового стакана ось вала подвижного конуса описывает коническую поверхность с

вершиной в точке подвеса. На участке сближения происходит дробление, а на противоположной стороне разгрузка. Особенность конструкций дробилок с пологим конусом - прежде всего очертание профиля рабочего пространства в виде параллельной зоны, которое позволяет выдавать более мелкий продукт. Такие дробилки более быстроходны. Число качаний дробящего конуса в минуту - 215 350, в то время как у дробилок с крутым конусом -

80 170. Кроме того, дробилки с пологим конусом имеют диск-питатель, равномерно распределяющий материал по загрузочному отверстию, а опора дробящего конуса выполнена в виде сферического подпятника большего радиуса. Неподвижный конус установлен при помощи пружин, которые позволяют ему подниматься и пропускать не дробимый материал, избегая поломки дробилки. В отличие от щековых конусные дробилки более производительны вследствие непрерывности процесса дробления, менее энергоемки, при эксплуатации допускают перегрузки

до 15. 20, обеспечивают возможность запуска под завалом, высокую степень измельчения и надежность в работе. Их недостатки имеют большие габариты и массу, значительно сложнее по конструкции, требуют высококвалифицированной эксплуатации, более дорогостоящие и являются тяжело нагруженными машинами с неуравновешенными вращающимися массами. Чтобы уменьшить нагрузки на детали и фундамент, требуется динамическая балансировка конусной дробилки. Валковые дробилки применяют для среднего и мелкого дробления пород средней и малой прочности

со степенью измельчения 4 12. Валковая дробилка состоит из рамы, на которой на подшипниках скольжения смонтированы два валка, вращающихся навстречу друг другу. Материал для измельчения подают в дробилку сверху, он затягивается валками, раздавливается, частично истирается и выгружается из нее. Валки дробилки могут иметь разную окружную скорость вращения, что увеличивает истирающий эффект. При попадании недробимого материала один валок отходит от другого, предупреждая поломку.

Опоры валков опираются на пружины и могут перемещаться в направляющих станины. Роторные и молотковые дробилки относятся к машинам ударного действия, в которых материал дробится ударами бил или молотков, закрепленных в корпусах роторов и окружной скоростью 20. 80 мс. Преимущества дробилок ударного действия высокая степень дробления на одной стадии, что позволяет сократить число стадий дробления, высокая удельная производительность на единицу массы машины, простота конструкции

и удобство обслуживания, избирательность дробления и высокое качество готового продукта, низкая энерго- и металлоемкость. Их недостатки повышенный износ бил, молотков и бронефутеровок, шум и запыленность производственных помещений. Дробилки ударного действия применяют для крупного, среднего и мелкого дробления малоабразивных материалов средней и малой прочности, например известняка, доломита, мергеля, угля, каменной соли и т.п. В некоторых случаях их используют при переработке абразивных и прочных материалов, например

асбестовых руд, шлаков. Роторные дробилки классифицируют по числу роторов на однороторные и двухроторные по направлению вращения роторов на реверсивные и нереверсивные по числу камер на одно- и двухступенчатые. Их применяют для крупного типа ДРК, среднего ДРС и мелкого ДРМ дробления, при этом у дробилок типа ДРК диаметр ротора больше его длины, а у дробилок типа ДРС и ДРМ эти размеры одинаковы. Главные параметры роторных дробилок - диаметр и длина ротора, которые

входят в условное обозначение, например, дробилка ДРК 20 х 16 оснащена ротором диаметром 2000 мм и длиной 1600 мм. Корпус роторной дробилки имеет ротор с жестко закрепленными на нем с помощью клиньев билами. На корпусе дробилки шарнирно установлены отражательные плиты. Для регулирования степени дробления и крупности готового продукта нижние концы плит у ДРК их две, а у ДРС и ДРМ - три соединены тягами с регулировочным устройством, расположенным на торцевых

стенках корпуса. Такое устройство одновременно является и предохранительным. При попадании недробимых предметов пружины амортизируют, и концы отражательных отбойных плит, отходя от ротора, пропускают эти предметы. Конструкция крепления бил к ротору проста, надежна и обеспечивает быструю замену бил при износе. Молотковые дробилки отличаются большим разнообразием конструкций. Основные элементы этих дробилок корпус, ротор, состоящий из отдельных закрепленных на валу дисков,

между которыми на осях подвешены молотки броневые плиты, которыми футеруют камеру дробления поворотная колосниковая решетка, шарнирно подвешенная на оси, закрепленной на корпусе дробилки. Радиальный зазор между молотками и выдвижной колосниковой решеткой регулируют устройством в виде эксцентриковых колец. Щели между колосниками выполняют расширяющимися под углом 20 в сторону разгрузки. Это облегчает разгрузку готового продукта из камеры дробления.

8.3. МАШИНЫ ДЛЯ СОРТИРОВКИ И ОБОГАЩЕНИЯ НЕРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ Сортировка - это процесс разделения измельченного материала на частицы определенной крупности на фракции механическим, воздушным и гидравлическим способами. Воздушную сортировку применяют для выделения особо тонких фракций менее 1,0 0,1 мм, когда механическая сортировка становится неэффективной. В процессе воздушной сепарации крупные и мелкие частицы материала

разлетаются в воздушном потоке под действием сил тяжести, центробежных сил и давления потока воздуха. Гидравлическую классификацию, основанную на различной скорости осаждения в воде частиц неодинаковой крупности и плотности, применяют при очистке щебня и песка от загрязняющих пылевидных и илистых частиц. Гидравлической классификации подвергают материал, крупность которого в основном не превышает 5 10 мм, то есть мелкий заполнитель бетона - песок и щебень.

Использование чистого обогащенного песка повышает прочность и морозостойкость, качество бетонных и железобетонных изделий, а также позволяет экономить до 20 цемента. Механическая сортировка грохочение - это процесс разделения исходной массы по крупности на плоских или криволинейных просеивающих поверхностях, выполняемых машинами грохотами, в которых сортируемый материал пропускают через колосниковые решетки для сита с отверстиями заданного размера и формы.

Число получаемых фракций материала определяется числом сит в грохоте, а крупность фракций - размерами отверстий в этих ситах решетах. При этом материал, прошедший и не прошедший через сито, называют соответственно верхним и нижним классом. Эффективность грохочения определяется как отношение в процентах массы зерен, прошедших через сито, к количеству материала такой же крупности, содержащегося в исходном материале. Грохочение может быть сухим и мокрым. В последнем случае исходный материал поступает на грохот в виде

пульпы или в сухом виде, где он орошается водой из специальных брызгальных устройств. При мокром грохочении материал сортируется по фракциям и одновременно промывается, очищаясь от вредных примесей глины, ила и т.п Материал делится на фракции по последовательной, параллельной и комбинированной схемам. Последовательную схему грохочения от мелкого к крупному применяют в основном в барабанных грохотах и реже в грохотах с плоскими ситами. В этом случае материал поступает сразу на сита с наименьшим размером

отверстий. По мере продвижения по просеивающей поверхности материал, из которого более мелкие частицы, проходя через отверстия сит, направляются в соответствующие приемные бункера, приближается к ситам с наиболее крупными отверстиями. Достоинства этой схемы облегченный доступ к ситам, лучшее распределение фракций по бункерам и минимальная высота грохота. Ее недостатки большая длина грохота и невысокое качество грохочения, поскольку весь материал перекрывает отверстия первых наиболее тонких и уязвимых с точки

зрения износа сит. Параллельную схему грохочения от крупного к мелкому применяют наиболее широко в грохотах с двумя и более рядами плоских сит. Весь поток материала попадает сразу на наиболее прочное сито. При этом отсортировываются крупные куски, которые не задерживают прохождения мелких. Достоинства такой схемы повышенное качество и интенсивность сортировки, а также наименьший износ сит. Недостатки усложняются наблюдение и смена сит, увеличивается высота грохота и затрудняется распределение

фракций по бункерам. Комбинированная схема, в которой реализуется процесс сортировки сначала от крупного к мелкому, а затем от мелкого к крупному, позволяет повысить качество грохочения и долговечность сит, а также уменьшить высоту грохота и облегчить распределение фракций по бункерам. Важнейшая рабочая часть грохота - просеивающая поверхность. Просеивающие поверхности сита и решета выполняют штампованными, проволочными или прутковыми и колосниковыми.

Сита представляют собой переплетение продольных и поперечных стальных проволок или прутков диаметром 6 8 мм, образующих квадратные или прямоугольные отверстия разных размеров, которые нормируют стандартом. Они обеспечивают наибольшую полезную площадь в свету - до 70 . Решета изготавливают из стальных листов с просеченными в них круглыми, квадратными или прямоугольными отверстиями. Они более долговечны, чем сита. Основной их недостаток - малая световая поверхность.

Для наиболее широко используемых решет с круглыми отверстиями диаметром 10 80 мм она составляет не более 50 .Плоские листы применяют для плоских грохотов, а листы, свернутые в цилиндры для барабанных грохотов. Колосники представляют собой ряд плоских стальных полос, закрепленных на определенном расстоянии друг от друга. Колосниковые просеивающие поверхности применяют для крупного грохочения более 80 мм в связи с их повышенной прочностью и износостойкостью.

Сортировка материала возможна лишь при его относительном движении по просеивающей поверхности грохота. Грохоты по характеру действия классифицируют на неподвижные и подвижные. В неподвижных колосниковых грохотах материал сползает по просеивающей поверхности под действием силы тяжести. Для большей эффективности сортировки колосники длиной 3 4 м устанавливают не параллельно, а веерообразно с углом наклона колосников 35 40 к горизонту.

Эффективность грохочения - не более 50 70. Подвижные грохоты по форме просеивающей поверхности делят на плоские с горизонтальным или наклонным расположением сит, и барабанные, в которых сито имеет форму цилиндрическую или многогранной усеченной пирамиды сито-бурат. Барабанные грохоты применяют главным образом в цехах с небольшим расходом сортируемых материалов, когда невысокая стоимость установки, простое устройство и обслуживание являются основными производственными

требованиями. Их используют при мокром процессе сортировки песка и гравия, совмещаемом с промывкой. Недостатки барабанных грохотов малая удельная производительность, низкая эффективность грохочения, большие габариты и масса. Наибольшее распространение в строительной промышленности получили вибрационные грохоты с гирационным эксцентриковым и инерционным приводами. У эксцентриковых грохотов подвижный наклонный короб с ситами и совершает круговые колебания.

Короб посредством роликоподшипников шарнирно подвешен к шейкам приводного эксцентрикового вала и опирается на амортизирующие пружины. Привод вала осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу. Для уравновешивания центробежных сил инерции вращающихся масс и исключения передачи нагрузок на фундамент, возникающих при движении короба грохота, на валу размещены дебаласные противовесы. Размах колебаний короба постоянный, равен двойному эксцентриситету вала е, не зависит от количества

материала на сите и составляет 3 5 мм. Из-за повышенной сложности и динамической нагруженности фундаментов такие грохоты применяют редко. Последнее объясняется тем, что полностью исключить передачу динамических нагрузок на фундамент невозможно вследствие непостоянства массы сортируемого материала, находящегося на ситах грохота. Инерционные грохоты принципиально отличаются от эксцентриковых отсутствием жесткой кинематической связи между движущимся механизмом и коробом.

Вследствие этого амплитуда колебаний грохота - величина переменная. Она зависит от значений движущихся масс, частоты вращения дебалансов со и других факторов. Поэтому эффективность работы инерционного грохота зависит от равномерности подачи сортируемого материала и точности его дозирования. Для этого грохота характерны небольшие амплитуды колебаний при большой частоте вращения дебалансов до 50 с и небольшие размеры сит.

Грохот чувствителен к изменению нагрузки, поэтому основное его назначение - сортирование материала мелкой и средней крупности при условии обеспечения равномерности подачи материала. Эти грохоты легче эксцентриковых, поэтому их чаще используют на передвижных дробильно-сортировочных установках. Наиболее распространены инерционные наклонные грохоты с круговыми колебаниями среднего типа ГИС для промежуточного, контрольного и окончательного грохочения и тяжелого типа

ГИТ для рассеивания крупнокускового материала, а также инерционные горизонтальные грохоты с направленными колебаниями - самобалансные ГСС, которые используют для окончательного грохочения нерудных строительных материалов. Инерционные грохоты с круговыми колебаниями отличаются от эксцентриковых использованием вала с дебалансами для получения круговых колебаний. Для относительного перемещения материала по просеивающей поверхности необходима наклонная установка

короба как у эксцентрикового грохота под углом 10 25. Эти грохоты имеют наиболее простую конструкцию. Для регулирования амплитуды колебаний на дебалансах предусмотрены дополнительные грузы. Короб с двумя ярусами сит опирается на пружины. Для предотвращения интенсивного износа приводных ремней и передачи колебаний на вал электродвигателя ведомый шкив клиноременной передачи насажен на дебалансный вал с эксцентриситетом, равным амплитуде

колебаний короба грохота в установившемся режиме. Инерционные грохоты с направленными колебаниями типа ГСС по конструкции сложнее предыдущих, так как снабжены вибровозбудителями направленного действия в виде двух соединенных зубчатой передачей одинаково неуравновешенных дебалансных валов, синхронно с одинаковой скоростью и синфазно вращающихся в противоположных направлениях. В этих грохотах просеивающую поверхность можно устанавливать горизонтально, что повышает эффективность

сортировки и уменьшает размеры грохота по высоте. Пружинные цилиндрические опоры короба в отличие от рессор допускают несколько степеней свободы движения короба. При этом траектория перемещения короба получается эллиптической, что улучшает эффект рассеивания зерен на ситах. Эффективность грохочения и производительность машин на пружинных цилиндрических опорах выше, чем у машин с опорами в виде наклонных рессор, в среднем соответственно на 8 и 25 .

Грохоты типа ГСС монтируют обычно на передвижных дробильно-сортировочных установках, а также в местах, где высота ограничена. Производительность грохота определяют допустимым количеством поступающего на грохот исходного материала в единицу времени. Она зависит от равномерности подачи и гранулометрического состава материала, формы его зерен и влажности, а также от параметров грохота. Техническая производительность м3ч одного сита плоского грохота.

Производительность грохотов с двумя и тремя ситами определяют по производительности лимитирующего, чаще нижнего сита, учитывая, что исходным материалом для него будет нижний класс верхнего сита. Заполнители бетона промывают с целью удаления глинистых и органических примесей и пыли. При небольшой загрязненности и крупности заполнителя до 70 мм промывку совмещают с сортировкой, для чего на грохот подается вода. При крупности материала до 300 350 мм его промывают в цилиндрических гравиемойках

- сортировках. При большой загрязненности щебня и гравия, содержащих глинистые включения, применяют моечные барабаны с закрепленными на внутренней поверхности лопастями. Для мойки песка и последующего его обезвоживания используют гидромеханические и гидравлические классификаторы. 8.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ УЗЛОМ ПИТАТЕЛЬ - ДРОБИЛКА Поступающий на дробление материал разнообразен по размерам кусков, прочности и другим физико-механическим

свойствам, поэтому управление процессом загрузки дробилки путем регулирования скорости производительности питателя - одна из главных задач автоматизации. На рисунке представлены схемы управления узлом питатель-дробилка. При ручном управлении наблюдающий за подачей материала оператор отключает полностью питатель либо переводит его на другую скорость в зависимости от высоты уровня загрузки в приемной камере или при попадании негабаритных крупных кусков, которые дробилка не в состоянии захватить и раздробить.

Схема автоматического управления путем измерения уровня загрузки материалом камеры дробилки предохраняет дробилку от аварийного переполнения и возможных аварий при попадании в дробилку негабаритов. Однако она не позволяет достаточно точно регулировать производительность узла питатель-дробилка, поскольку даже установка нескольких датчиков уровня гамма-реле, радиоактивных уровнемеров по высоте приемной камеры не дает необходимого эффекта. Последнее объясняется тем, что в зависимости от размера кусков поступающего

материала крупного, мелкого при одном и том же уровне производительность дробилки будет разная при переработке мелких кусков - повышенная, а крупных пониженная. В схеме автоматического управления с помощью токового реле в цепь статора приводного двигателя дробилки включено токовое реле, настроенное на определенную силу тока двигателя. При превышении силы тока с увеличением загрузки дробилки это реле через реле времени отключает питатель, поскольку кратковременная перегрузка не должна вызывать отключения питателя.

Данная система не обеспечивает устойчивой эксплуатации при перекрытии приемного отверстия дробилки негабаритом или подаче в дробилку мелких фракций, поскольку сила тока двигателя дробилки не превысит установленного значения и питатель не отключится. В результате в первом случае переполнится приемная камера дробилки, а во втором конвейер под дробилкой. Комплексная схема автоматического управления в качестве основы регулирования использует мощность двигателя

дробилки, а в качестве корректирующих факторов загрузку конвейера и верхний уровень над камерой дробления. Эта схема наиболее надежна в эксплуатации и сводит к минимуму аварийные режимы работы.