Расчет технологических параметров

Введение

 

Щековые дробилки в промышленности строительных материалов чаще всего применяются для крупного и среднего дробления кусковых материалов. Они отличаются простотой и надежностью конструкции и несложны в обслуживании. Дробление материала в щековых дробилках происходит между подвижной и неподвижной щеками путем периодического нажатия подвижной щеки на материал.

Щековая дробилка является универсальной машиной для дробления материалов. Применяется на горных породах любых прочностей, на шлаках, некоторых металлических материалах. Применение невозможно на вязкоупругих материалах, таких как древесина, полимеры, определенные металлические сплавы. Щековые дробилки имеются во всех классах дробления: крупном, среднем и мелком. Их классифицируют по конструктивным признакам и принципу действия на следующие типы: щековые, конусные, валковые, молотковые, роторные. Наибольшее применение в строительстве имеют щековые, конусные и роторные дробилки.

В данной курсовой работе мы познакомимся с принципом действия щековой дробилки, ее деталями, рассчитаем основные технологические и конструктивные параметры дробилки и выполним чертеж общего вида с основными размерами.

 

Теоретическая часть

 

В строительстве ежегодно потребляется очень большое количество нерудных каменных материалов: щебня, гравия и песка.

Каменные материалы дробят раскалыванием, раздавливанием, истиранием, истирающе-раздавливающим действием, ударом, ударно-истирающим действием, коллоидным измельчением. Измельчение очень широко применяется в промышленности строительных материалов, так как использование измельченных твердых тел позволяет значительно ускорить многие технологические процессы, связанные с обжигом материалов, получения щебня для бетонов и подсыпки дорог. Дробление – это процесс разрушения крупных кусков твердого материала на более мелкие.

Современное оборудование позволяет проводить измельчение самых разнообразных твердых тел от глыб объемом до 2 м³ до частиц коллоидных размеров 0,1мкм.

Измельчение – это процесс деления (разрушения) твердого тела на более мелкие части. Здесь преодолеваются силы межмолекулярного притяжения в измельчаемом теле за счет приложения внешних сил и образуются новые свободные поверхности. Процесс измельчения характеризуется степенью измельчения (дробления) i:

i = (1)

где D и d – соответственно средний размер куска материала до измельчения и после.

Степень измельчения изменяется в широких пределах: при дроблении – от 2 до 50, а при помоле достигает 1000.

Основным сырьем для получения нерудных строительных материалов являются горные породы: изверженные – гранит, диорит, базальт, диабаз и др.; осадочные – песчаники, валуны, гравий, известковые туфы, известняки, ракушечники; метаморфические – гранито-гнейсы, мрамор.

Цель теории измельчения – получить зависимости между расходуемой энергией и отдельными характеристиками измельчаемого материала. Известны теории дробления П. Риттигера и Кирпичева В.Л. – Кика Ф.

Щековые дробилки в промышленности строительных материалов чаще всего применяются для крупного и среднего дробления кусковых материалов. Они отличаются простотой и надежностью конструкции и несложны в об­служивании. В них куски материала высокой и средней прочности размером до 1,5м дробятся под действием раздавливания, раскалывания и истирания на куски размером 0,1 – 0,3м (рис.1).

Все существующие типы щековых дробилок можно класси­фицировать по следующим конструктивным признакам:

По методу подвеса подвижной щеки — на дробилки с верхним подвесом (рис. 1, а, б, г) и с нижним подвесом подвижной щеки (рис. 1, в).

 

 

Рис.1 Схемы щековых дробилок

 

По конструкции устройства, приводящего в движение подвижную щеку, различают дробилки с шарнирно-рычажным механизмом (рис. 1, а, б) и дробилки с роликовым (кулачковым) механизмом (рис. 1, г).

Рабочий процесс происходит в камере дробления – замкнутом пространстве, образованном подвижной и неподвижной щёками при вращении эксцентрикового вала.

 

Рис. 2. Схема щековой дробилки:

1 – неподвижная щека;

2 – подвижная щека;

3 – кусок исходного материала;

4 – камера дробления.

 

В зависимости от кинематических особенностей дробилки делят на две группы: 1 – с простым движением (качанием) подвижной щеки (рис. 3а);

2 – со сложным движением подвижной щеки (рис.3б).

Преимущества первой группы:

– срок работы дробящих плит в несколько раз больше дробилок второй группы;

– выигрыш в силе в верхней части камеры дробления (важно при дроблении прочных и больших размеров кусков горной породы).

Недостатки их:

– малый ход сжатия в верхней части камеры дробления.

Дробилки второй группы проще по конструкции, компактнее и менее металлоемки.

а)

 

б)

 

Рис. 3. Конструкции щековых дробилок: а) с простым качанием щеки; б) со

сложным качанием щеки;

для а): 1 – станина; 2 – сменные плиты; 3 – ось; 4 – подвижная щека;

5 – эксцентриковый вал; 6 – шкив; 7 – шатун; 8 – прокладки; 9 – упор; 10 – привод; 11 – насосная станция; 12 – пружины; 13 – гидродомкрат; 14 – тяга; 15 – задняя распорная плита; 16 – передняя распорная плита; 17 – сменные футерованные рифленые дробящие плиты; 18 – футерованные дробящие плиты неподвижной щеки;

для б): 1 – цельносварная станина с передней стенкой; 2 – защитный кожух; 3 – подвижная щека; 4 – приводной вал; 5 – шкив-маховик;

6 – задняя стенка; 7 – пружина; 8 – тяга замыкающего устройства;

9 – упор распорной плиты; 10, 11 – дробящие плиты; 12 – футеровка боковых стенок камеры дробления.

На рисунке 4 представлена кинематическая схема щековой дробилки с простым качанием щеки:

 

 

 

Рис. 4. Кинематическая схема щековой дробилки с простым качанием щеки:

1 - неподвижная щека; 2- подвижная щека; 3- шкив; 4- распорные плиты; 5- шатун; 6- сменные плиты; 7- эксцентриковый вал; 8- тяга; 9- ось; 10- упор.

 

Расчет технологических параметров

 

2.1 Определение угла захвата

 

Угол захвата (α)- угол между неподвижной и подвижной щеками.

 

 

1 – неподвижная щека;

2 – подвижная щека(АБ);

3 – кусок материала;

4 – раздробленный материал.

 

Рис. 6. Расчетная схема усилий, действующих на щековую дробилку

 

Если угол α велик, то куски материала выталкиваются вверх из рабочего пространства, снижая производительность дробилки. Если он мал – мала степень измельчения материала.

Коэффициент трения скольжения f равен углу трения φ, поэтому tgφ tgα/2, откуда 2φ α.

Следовательно, дробление куска возможно, когда угол захвата α равен или меньше двойного угла трения φ (α 2φ). Среднее значение f каменных материалов по металлу равно 0,3, что соответствует углу 16º40^´. Отсюда угол захвата щёковых дробилок может достигать α=33º. В реальных условиях применяют равным 15º-25º.

Обосновываем величину α в зависимости от вида измельчаемого материала, дробящего усилия Р, реакции Р₁, сил трения F и F₁.

Для прочного гранита при плотности 2800 кг/м³ и коэффициенте трения скольжения материала по металлу щек f =0,3 принимается α = 19⁰

 

2.2 Определение хода подвижной щеки

 

Ход подвижной щеки определяет производительность дробилки и крупность дробленого продукта. От того, насколько правильно выбран ход подвижной щеки, зависит эффективность использования рабочего пространства дробилки. Ход щеки должен быть прямо пропорционален крупности загружаемого материала.

Обосновываем величину размеров приемного отверстия и выходной щели дробилки.

Принимаю при производительности дробилки П = 180 м³/ч, В = 900 мм и в = 95 мм.

Тогда по формуле для дробилок с простым качанием щеки ход сжатия в нижней и верхней точках камеры дробления равен:

S_н = 8 + 0,26·100 ≈ 33 мм (2)

S_В = 0,02· 600 =18 мм (3)

Ход подвижной щекидолжен быть больше значения линейной деформации куска материала.

S_н > , мм (4)

где – относительное сжатие куска; Е – модуль упругости материала; D _max – максимальный размер загружаемых кусков.

Принимается из задания модуль упругости материала. Для базальтов прочных Е = 45·10⁹ Па, тогда

е = σ_сж/ Е = 250 · 10⁸ Па / 50·10⁹ Па = 0,5 (5)

Вычисляется ход подвижной щеки

S_{н =}е · D_max = 0,5·130 = 65 мм (6)

 

2.3 Определение частоты вращения приводного вала n (об/мин)

 

Частота вращения должна быть такой, что за время t₁ отхода щеки раздробленный материал высотой h от выходной щели должен выпасть из дробилки (высота h соответствует уровню, при котором ширина камеры дробления равна ширине разгрузочной щели во время наибольшего отхода подвижной щеки S_H).

По формуле определяем частоту вращения приводного вала:

 

, об/мин (7)

 

Практически коэффициент перед знаком радикала берут 60-63

 

= = 6,78 об/мин

 

 

2.4 Определяется производительность щековой дробилки

 

 

+, м³/ч (8)

 

 

где S_ср – средний ход подвижной щеки, м;

в – ширина выходной щели при отходе щеки, м;

n – частота вращения эксцентрикового вала, с^-1;

В – ширина приёмного отверстия камеры дробления, м;

D_ср – средневзвешенный размер кусков исходного материала, м;

α – угол захвата (между подвижной и неподвижной щёками);

с – коэффициент кинематики (для дробилок с простым качением с = 0,85)

 

 

П= =768 м³/ч.

 

2.5 Мощность привода машины

 

Обосновывается мощностью привода машины (приводного электродвигателя) по формуле:

 

N = с₁· L·B, кВт (9)

 

где с₁ = 160 для L B < 0,9 1,2 м;

с₁ = 80 для L B > 0,9 1,2 м;

 

N = 160· 0,9·1,2=172,8 кВт