Машины и оборудование для измельчения материалов

Машины и оборудование для измельчения материалов

ПЛАН

1. Машины для добычи каменных материалов.

2. Машины и оборудование для измельчения каменных материалов.

3. Машины и оборудование для сортирования и обогащения материалов.

4. Дробильно-сортировочные установки и заводы.

Список использованной литературы.

1. МАШИНЫ ДЛЯ ДОБЫЧИ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Большое количество каменных материалов, необходимых для строительства дорожных одежд различных типов, добывается путем разработки месторождений открытым способом в карьерах. Работы по добыче строительного камня, залегающего массивами, включают бурение шурфов и скважин для размещения зарядов взрывчатых веществ, взрывание породы, дробление крупных камней (монолитов), погрузку и транспортирование взорванной породы из карьера. Производство буровых работ в карьерах осуществляется пневматическими перфораторами (бурильными молотками) и буровыми станками. Бурильные молотки применяют для бурения шпуров диаметром до 75 мм и глубиной до 5-7 м, а станки - для бурения скважин диаметром более 75 мм и глубиной 10-300 м. При разработке каменных карьеров скважины обычно бурят на глубину не более 30 м. Бурение станками называют глубоким бурением. Бурение состоит ИЗ операций: разрушения породы, отделения ее частиц от общего массива и удаления разрушенной породы из скважин.

Разрушение горных пород при бурении шпуров и скважин осуществляют механическими и физико-химическими методами. К механическим методам относят ударно-поворотное, вращательное и ударно-вращательное бурение. Ударно-поворотное бурение производят инструментом, выполненным в виде клина. Последний внедряется в породу под действием кратковременной ударной нагрузки, направленной по оси скважины. После удара инструмент приподнимается над забоем, поворачивается на некоторый угол и наносит удар по новому месту в забое. Последующими ударами скалываются элементы породы в открытую сторону. Отделенная порода удаляется из забоя. Ударно-поворотное бурение осуществляется перфораторами и станками ударно-канатного бурения.

Перфораторы (рис. 1) представляют собой бурильный молоток, работающий от сжатого воздуха или сжатой жидкости и снабженный механизмом поворота бура. По условиям применения и способу установки перфораторы разделяют на ручные, телескопные и колонковые. Перфоратор имеет цилиндр, в котором под действием сжатого воздуха, поступающего через воздухораспределительное устройство, движется поршень-боек. В конце рабочего хода поршень-боек ударяет по хвостовику бура. Воздухораспределительное устройство может быть клапанным или золотниковым.

Рис. 1. Схема перфоратора:

1 - хвостовик бура; 2- выпускной клапан; 4- поршень-боек; 5, 6, 8- каналы; 7- клапан

Перфораторы работают при номинальном рабочем давлении воздуха р = 0,5 МПа. При работе перфоратора шпуры от буровой мелочи очищают водой или сжатым воздухом.

Простая конструкция, обслуживание и независимость от источников энергии привели к широкому распространению на карьерах строительных материалов станков ударно-канатного бурения.

Рабочий процесс станка ударно-канатного бурения сводится к периодическому подъему бурового снаряда, который при свободном падении наносит удар по дну скважины, разрушая породу. Масса бурового снаряда 500-3000 кг, высота подъема 0,6-1,2 м с частотой ударов около 60 в минуту.

Наибольшее распространение получили машины вращательного и ударно-вращательного бурения. Вращательное бурение осуществляется путем приложения к буровому инструменту вращающего момента и осевого усилия. Под действием осевого усилия инструмент внедряет-1 и в породу. Затем при одновременном действии этого усилия и вращающего момента происходит разрушение породы, которое можно представить как чередование деформаций сжатия и скалывания (сдвига) после постижения предельного состояния. Периодичность сколов и крупность элементов стружки зависят от параметров рабочего органа и свойств разрушаемой породы. При добыче нерудных материалов широкое распространение получило шарошечное бурение взрывных скважин. Принцип шарошечного бурения сводится к вращению долота, оснащенного шарошка ми-конусами с зубьями. Последние свободно посажены посредством подшипников на цапфы и при вращении долота перекатываются по забою - дну скважины. При этом зубья под действием осевого давления, передаваемого через буровой став, внедряются в породу и производят ее разрушение. Продукты разрушения из скважины удаляются сжатым воздухом или промывочной водой. После полного заглубления рабочего органа осуществляется наращивание бурового става. Развинчивание и свинчивание штанг производится с помощью редуктора и гидроключа. Наибольшее распространение получили трехшарошечные долота, хотя в некоторых случаях находят применение долота с одной, двумя, четырьмя и более шарошками.

Ударно-вращательное бурение осуществляется вращением бурового става, принудительной статической подачей бура на забой и одновременной работой погружного пневмоударника. Станок и кинематика его рабочего органа аналогичны конструкции и кинематике станка вращательного бурения. Вместо шарошечного долота буровой став снабжен пневмоударником, работающим от сжатого воздуха. Этим же воздухом очищается скважина от разрушенной породы.

Физико-химические способы бурения бывают термическими, взрывными, гидравлическими и др. Процесс разрушения горной породы при термическом бурении основан на действии высокотемпературного газового потока на забой скважины. Нагреву подвергается слой породы небольшой толщины. В породе возникают термические напряжения, которые пропорциональны разности температур смежных слоев. Происходит эрозия верхнего слоя, и продукты разрушения выносятся газовым потоком из скважины. Рабочим органом является горелка, в камере которой температура газов достигает 2500-3500°С, а скорость их истечения 1800-2000 м/с. В качестве горючего может быть использовано любое жидкое топливо (керосин, бензин, солярное масло) в смеси с окислителем - кислородом, воздухом, азотной кислотой.

Взрывной метод бурения сводится к разрушению породы взрывами зарядов ВВ небольшой мощности, подаваемых с определенной частотой в скважину вместе с промывочной жидкостью. Гидравлический способ разрушения пород струей воды, вылетающей из сопла гидромонитора со скоростью 60 м/с при давлении 3 МПа, используют при разработке обычных грунтов. Для разрушения скальных пород давление в струе должно быть 50 МПа и более. Электрогидравлический способ разрушения заключается в периодически повторяемых высокоимпульсных разрядах между контактами электрической цепи в жидкости.

2. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Измельчение является процессом последовательного уменьшения размеров кусков твердого материала от первоначальной крупности до требуемой. При производстве щебня в результате измельчения получается готовый продукт. В других случаях этот процесс является подготовительным для дальнейшей переработки, например, при производстве цемента.

В зависимости от начальной и конечной крупности кусков материала различают два основных вида процесса измельчения: дробление и помол. В зависимости от крупности конечного продукта различают: дробление - крупное (размер кусков 100-350 мм), среднее (40-100 мм), мелкое (5-40 Мм); помол - грубый (размер частиц 5-0,1 мм), тонкий (0,1-0,05 мм), сверхтонкий (менее 0,05 мм).

Теоретические основы дробления и измельчения каменных материалов. Энергия, необходимая для измельчения материала, зависит от ряда факторов: прочности, хрупкости, однородности исходного материала, его влажности, размера, формы, взаимного расположения кусков, метода дробления, вида и состояния рабочей поверхности машины и др. Аналитические зависимости, устанавливающие связь между расходом энергии на измельчение и физико-механическими свойствами измельчаемого материала и параметрами конечного продукта, носят приближенный характер.

Для определения энергии, необходимой для измельчения, разработано несколько гипотез: первая говорит о пропорциональности энергии вновь образованной поверхности (первая гипотеза измельчения - гипотеза поверхностей); вторая - о пропорциональности энергии объемам или массам дробимых тел (вторая гипотеза - объемов); третья, комбинированная, гипотеза говорит о пропорциональности энергии измельчения образующимся поверхностям и объемам дробимых тел.

Классификация методов и машин для измельчения материалов. В зависимости от назначения и принципа действия машин, предназначенных для измельчения материалов, используются следующие методы разрушения: раздавливание (рис. 2, а), ударное воздействие (рис. 2, б), раскалывание (рис. 2, в), излом (рис. 2, г), истирание (рис. 2). При этом одновременно могут реализоваться несколько методов, например, раздавливание и истирание, удар и истирание и др. Необходимость в различных методах измельчения, а также в различных по принципу действия конструкциях и размерах машин для измельчения вызывается многообразием свойств и размеров измельчаемых материалов, а также различными требованиями к крупности готового продукта. Применяемые для измельчения машины разделяют на дробилки и мельницы.

Рис.2. Схема основных методов механического измельчения:

а - раздавливание; б - удар; в - раскалывание; г - излом; д - истирание.

Дробилки по принципу действия разделяют на щековые (рис. 3, а), в которых материал подвергается раздавливанию, раскалыванию и частично истиранию между двумя плитами-щеками при их периодическом сближении; конусные (рис. 3, б), в которых материал разрушается в процессе раздавливания, излома и частичного истирания между двумя коническими поверхностями, одна из которых движется эксцентрично по отношению к другой, осуществляя непрерывное дробление материала; валковые (рис. 3, в), в которых материал раздавливается между двумя валками, вращающимися навстречу один другому (иногда валки вращаются с разной частотой, и тогда раздавливание материала сочетается с истиранием); ударного действия, которые, в свою очередь, бывают молотковыми (рис. 3, г) и роторными (рис. 3, д); в молотковых дробилках материал измельчается в основном ударом шарнирно подвешенных молотков, а также истиранием, в роторных - дробление осуществляется за счет удара жестко прикрепленных к ротору бил, удара материала об отражательные плиты и ударов кусков материала один о другой.

Рис.3. Схемы принципов действия машин для дробления:

а - щековая дробилка; б - конусная; в - валковая ударного действия; г - молотковая дробилка; д - роторная для помола каменных материалов; мельницы: е - вращающиеся с мелющими телами; ж - вибрирующие с мелющими телами; з - истиранием частиц материала друг о друга; и - среднеходные роликовые; к - ударные; л - струйные.

Ряд измельчающих машин (бегуны и дезинтеграторы) можно отнести к дробилкам и к мельницам, так как их применяют для грубого помола и для мелкого дробления.

Мельницы по принципу действия разделяют на барабанные (рис. 3, е-з), в которых материал измельчается во вращающемся (рис. 3, е) или вибрирующем (рис. 3, ж) барабане с помощью загруженных в барабан мелющих тел или без них ударами и истиранием частиц материала один о другой и о футеровку барабана (рис. 3, з); среднеходные, в которых материал измельчается раздавливанием и частичным истиранием между каким-либо основанием и рабочей поверхностью шара, валка, ролика (в ролико-маятниковой мельнице (рис. 3, и) ролик прижимается центробежной силой к борту чаши и измельчает материал, попадающий между бортом и роликом); ударные (рис. 3, к), в которых материал измельчается ударом шарнирных или жестко закрепленных молотков (продукт, достигший определенной тонины помола, выносится из зоны действия молотков воздушным потоком); струйные (рис. 3, л), где материал измельчается в результате трения и соударения частиц материала одна о другую, а также о стенки камеры при движении частиц под действием воздушного потока, имеющего большую скорость.

Перечисленные способы измельчения относятся к методу механического измельчения под воздействием рабочего органа на материал или частиц материала одна на другую. Существуют методы измельчения материалов, основанные на других физических явлениях: с помощью электрогидравлического эффекта путем осуществления высоковольтного разряда в жидкости, ультразвуковых колебаний, быстроменяющихся высоких и низких температур, лучей лазера, энергии струи воды и др.

Машины для измельчения материалов должны иметь простую конструкцию, обеспечивающую удобство и безопасность обслуживания; минимальное число изнашивающихся легко заменяемых деталей; предохранительные устройства, которые при превышении допустимых нагрузок должны разрушаться (распорные плиты, срезные болты и др.) или деформироваться (пружины), предотвращая поломки более сложных узлов. Конструкция должна отвечать санитарно-гигиеническим нормам звукового давления, вибрации и запыленности воздуха.

Щековые дробилки. Щековые дробилки 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, подлежащий дроблению. Клинообразная форма камеры дробления обеспечивает расположение более крупных кусков материала сверху, менее крупных - внизу. Подвижная щека периодически приближается к неподвижной. При сближении щек (ход сжатия) куски материала подвергаются дроблению. При отходе подвижной щеки (холостой ход) куски материала подвигаются вниз под действием силы тяжести и занимают новое положение или выходят из камеры дробления, если их размеры стали меньше наиболее узкой части камеры, называемой выходной щелью. Затем цикл повторяется.

Характер движения подвижной щеки зависит от кинематических особенностей механизма щековых дробилок. За время применения этих дробилок для переработки различных материалов было предложено и осуществлено большое количество самых разнообразных кинематических схем механизма дробилок.

Дробилки со сложным движением подвижной щеки имеют ход сжатия достаточный для интенсивного дробления по всей высоте камеры дробления. Как было отмечено, существенным недостатком этих дробилок является интенсивное изнашивание дробящих плит, обусловленное траекторией движения подвижной щеки. В то же время эти дробилки проще по конструкции, компактнее, менее металлоемки. В ряде случаев, например, при применении таких дробилок в передвижных установках или в подземных разработках, эти преимущества являются определяющими; дробилки со сложным движением щеки, так же как и дробилки с простым движением щеки, широко используют в различных отраслях народного хозяйства, и их изготовляют многие машиностроительные фирмы в мире.

Многолетняя практика создания и эксплуатации щековых дробилок показывает, что при оценке совершенства щековой дробилки и ее качества простота кинематической схемы и конструкции должна особо приниматься во внимание. Усложнение схемы, как оно заманчиво не выглядит на первый взгляд, приводит к усложнению конструкции, удорожанию эксплуатации.

Изучение схем простого и сложного движения подвижной щеки показало, что они обе являются наилучшими из всех предложенных и обе имеют право на жизнь. Поэтому, учитывая особенности схем, дробилки с простым движением подвижной щеки предназначаются в основном для крупного дробления высокопрочных и абразивных материалов, а дробилки со сложным движением щеки больше для среднего и мелкого дроблении материалов средней прочности и абразивности.

В дробилке с простым движением подвижная щека подвешена на неподвижную ось. Шатун дробилки верхней головкой шарнирно соединен с приводным эксцентриковым валом. Внизу в шатун шарнирно упираются две распорные плиты, одна из которых противоположным концом упирается в нижнюю часть подвижной щеки, другая - в регулировочное устройство. При вращении эксцентрикового вала подвижная щека получает качательное движение по дуге окружности с центром в оси подвеса. Наибольший размах качания (ход сжатия) имеет нижняя точка подвижной щеки. Заход сжатия подвижной щеки принимают проекцию траектории движения данной точки на нормаль к неподвижной щеке. Срок службы дробящих плит при прочих равных условиях зависит от вертикальной составляющей хода. На дробилках с простым движением при малой вертикальной составляющей хода сжатия дробящие плиты служат больше, чем на дробилках со сложным движением, где этот ход больше. Схема обеспечивает большой выигрыш в силе в верхней части камеры дробления (рычаг второго рода). Недостатком дробилок с простым движением является малый ход сжатия в верхней части камеры дробления. Сюда попадают крупные куски материала, для надежного захвата и дробления которых необходим большой ход.

В дробилках со сложным движением подвижная щека шарнирно подвешена на эксцентричной части приводного вала. Внизу подвижная щека шарнирно опирается на распорную плиту. Другим концом распорная плита опирается на регулировочное устройство. Эта дробилка проще по конструкции, компактнее и у нее меньшая металлоемкость. Траектория движения подвижной щеки представляет собой замкнутую кривую. В верхней части камеры дробления эта кривая - эллипс, приближающийся к окружности, в нижней части - сильно вытянутый эллипс.

Главным параметром щековых дробилок является В х L - произведение ширины В приемного отверстия на длину L камеры дробления. Ширина приемного отверстия - расстояние между дробящими плитами в верхней части камеры дробления в момент максимального отхода подвижной щеки. Этот размер определяет максимальную крупность кусков, загружаемых в дробилку: Dmax = 0,85 В. Длина камеры дробления L определяем, сколько кусков диаметром Dmax может быть загружено одновременно. Важным параметром щековой дробилки является также ширина b выходной щели. Она определяется как наименьшее расстояние между дробящими плитами в камере дробления в момент максимального отхода подвижной щеки. Ширину выходной щели можно изменять регулировочным устройством. Это позволяет изменять крупность готового продукта или поддерживать крупность постоянной независимо от степени износа дробящих плит.

Рис. 4. Щековая дробилка со сложным движением щеки.

Станина щековой дробилки со сложным движением подвижной щеки (рис. 4) сварная. Ее боковые стенки соединены между собой передней стенкой 1 коробчатого сечения и задней балкой 4. Последняя также является корпусом регулировочного устройства. Над приемным отверстием укреплен защитный кожух 2, предотвращающий вылет кусков породы из камеры дробления. Подвижная щека 9 представляет собой стальную отливку, которая расположена на эксцентричной части приводного вала 3. В нижний паз вставлен сухарь для упора распорной плиты 8. Другим концом распорная плита упирается в сухарь регулировочного устройства 5 с клиновым механизмом. Замыкающее устройство состоит из тяги 7 и цилиндрической пружины 6. Натяжение пружины регулируют гайкой. При ходе сжатия пружина сжимается. Стремясь разжаться, она способствует возврату щеки и обеспечивает постоянное замыкание звеньев шарнирно-рычажного механизма - подвижной щеки, распорной плиты, регулировочного устройства. Предохранительное устройство представляет собой распорную плиту, которая ломается при нагрузках, превышающих допустимые (например, при попадании в камеру дробления недробимых предметов). Более рациональными являются предохранительные устройства, которые не разрушаются при повышении нагрузок. Такие устройства бывают пружинными, фрикционными, гидравлическими. Жесткость пружин должна обеспечивать работу дробилки при обычных нагрузках. При попадании в камеру дробления недробимых предметов пружины сжимаются на величину, необходимую для поворачивания эксцентрикового вала при остановившейся подвижной щеке.

В щековых дробилках применяют гидравлические предохранительные устройства, позволяющие перейти к нормальному режиму работы автоматически, без остановки дробилки. Существуют предохранительные устройства, в которых использован гидропневматический аккумулятор. При перегрузке жидкость перетекает из цилиндра в аккумулятор через отверстие с относительно большим сечением, что обеспечивает быстрое срабатывание устройства. Обратно в цилиндр масло проходит через канал с уменьшенным проходным сечением, постепенно восстанавливая первоначальное положение. Для регулирования ширины выходной щели в щековых дробилках применяют обычно клиновой механизм. Дробящие плиты 10 и 11 являются основными рабочими органами щековых дробилок. Они сменные, быстроизнашивающиеся. Расход металла на дробящие плиты составляет около одной трети всех расходов на дробление. Плиты щековых дробилок изготовляют из высокомарганцовистой стали, обладающей высокой износостойкостью. Конструкция дробящей плиты определяется ее продольным и поперечным профилями (рис. 5). Рабочую часть плиты делают рифленой и редко для первичного (грубого) дробления - гладкой. От продольного профиля дробящих плит зависит угол захвата, величина криволинейной или параллельной зоны и другие параметры камеры дробления, влияющие на процесс дробления. Рифления трапецеидальной формы (тип I) применяют для предварительного дробления в дробилках с приемным отверстием шириной 250 и 400 мм; рифления треугольной формы (тип II) используют для предварительного дробления в дробилках с приемным отверстием шириной 500 мм и более и для окончательного дробления в дробилках с приемным отверстием шириной 250, 400 и 600 мм. Шаг t и высоту h рифлений (м) для обоих профилей в зависимости от ширины b выходной щели рекомендуется определять по выражению t=2h = b.

Рис. 5. Дробящая плита

Конусные дробилки. При переработке различных горных пород на всех стадиях дробления широко используют конусные дробилки. В зависимости от назначения их разделяют на дробилки для крупного (ККД), среднего (КСД) и мелкого (КМД) дробления. Дробилки ККД характеризуются шириной приемной щели и в зависимости от типоразмера могут принимать куски горной породы размером 400-1200 мм, имеют разгрузочную щель 75-300 мм и производительность 150-2600 м3/ч. Дробилки КСД принимают куски размером 60-300 мм, размер их разгрузочной щели 12-60 мм, производительность 12-580 м3/ч. Дробилки КМД принимают куски размером 35-100 мм, имеют разгрузочную щель размером 3-15 мм, производительность 12-220 м3/ч. В конусных дробилках материал разрушается в камере дробления, образованной двумя коническими поверхностями, из которых одна (внешняя) неподвижная, а другая (внутренняя) подвижная.

В горной промышленности используют конусные дробилки, которые занимают промежуточное положение между дробилками крупного и сред него дробления, получившие название дробилки редукционного дробления (КРД). Их используют для повторного дробления продукта дробилок крупного дробления.

Отечественная промышленность выпускает следующий ряд дробилок ККД: 500, 900, 1200, 1500 мм (по ширине приемного отверстия).

В дробилках КСД и КМД характеристикой является диаметр подвижного конуса, который в серийных промышленных типоразмерах дробилок равен 600-3000 мм.

Кинематические схемы конусных дробилок показаны на рис. 6, а (схема ККД) и рис. 6, б (схемы КСД и КМД). Подвижный конус жестко закреплен на валу, нижний конец которого вставлен в эксцентриковую втулку 10 так, что ось вала образует с осью вращения (осью дробилки) некоторый угол, называемый углом прецессии. У дробилок ККД вал подвижного конуса шарнирно прикреплен сверху к траверсе. Подвижный конус дробилок КСД и КМД опирается на сферический подпятник. Вал конуса не имеет верхнего крепления - это дробилки с консольным валом. Эксцентриковая втулка получает вращение от приводного устройства, при этом подвижный конус получает качательное (гирационное) движение. У дробилок ККД центр О качания находится наверху в точке подвеса, у дробилок с консольным валом он также находится наверху в точке пересечения оси вала и оси дробилки. При работе дробилки ось вала описывает коническую поверхность с вершиной в точке О. При этом подвижный конус как бы перекатывается по неподвижному через слой материала и осуществляет непрерывное дробление материала. В действительности подвижный конус совершает более сложное движение. Конусная дробилка в принципе работает так же, как и щековая, с той лишь разницей, что дробление в конусной дробилке происходит непрерывно.

Страницы: 1, 2