Область применения и классификация
В промышленности строительных материалов щековые дробилки, в основном, 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, подастся материал, подлежащий дроблению. Благодаря клинообразной форме камеры дробления куски материала располагаются по высоте камеры в зависимости от их крупности - более крупные вверху, менее крупные - внизу. Подвижная щека периодически приближается к неподвижной, причем при сближении щек (ход сжатия) куски материала раздрабливаются, при отходе подвижной щеки (холостой ход) куски материала продвигаются вниз под действием силы тяжести или выходят из камеры дробления, если их размеры стали меньше наиболее узкой части камеры, называемой выходной щелью, или занимают новое положение, соответствующее своему новому размеру. Затем цикл повторяется. Щековая дробилка изобретена в 1858 г. американцем Блеком.
В зависимости от кинематических особенностей механизма щековые дробилки можно разделить на две основные группы:
1. Дробилки, у которых движение от кривошипа к подвижной щеке передается определенной кинематической цепью. При этом траектории движения подвижной щеки представляют собой части дуги окружности. Эти машины называются щековыми дробилками с простым движением подвижной щеки.
2. Дробилки, у которых кривошип и подвижная щека образуют единую кинематическую пару. В этом случае траекторий движения точек подвижной щеки представляют собой замкнутые кривые, чаще, всего эллипсы. Дробилки с такой кинематикой называются щековымн дробилками со сложным движением подвижной щеки.
На рисунке выше показаны наиболее распространенные кинематические, схемы щековых дробилок: с простым (а) и сложным (б) , движением подвижной щеки.
В дробилке с простым движением (а) подвижная щека подвешена на неподвижную ось. Шатун дробилки верхней головкой, шарнирно соединен е приводным эксцентриковым валом. В нижнюю часть шатуна 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, центром которой является центр оси подвеса. Наибольший размах качания (ход сжатия) имеет нижняя точка подвижной шеки. За величину хода сжатия какой-либо точки подвижной щеки принимается величина проекции траектории движения данной точки на нормаль к неподвижной щеке.
Срок службы дробящих плит находится в прямой зависимости от величины вертикальной составляющей хода (при прочих равных условиях), что подтверждается практикой эксплуатации щековых дробилок.
На дробилках с простым движением при малой вертикальной составляющей хода сжатия дробящие плиты служат в несколько раз дольше, чем на дробилках со сложным движением, где величина этого хода намного больше. В этом заключается преимущество кинематической схемы дробилки с простым движением. Другим преимуществом этой кинематической схемы является обеспечение большого выигрыша в силе в верхней части камеры дробления (рычаг 2-го рода), что очень важно при дроблении кусков горной массы больших размеров и высокой прочности.
Недостатком дробилок с простым движением является малая величина хода сжатия в верхней части камеры дробления. В верхнюю часть камеры дробления попадают крупные куски материала, для надежного захвата и дробления которых необходим больший ход, чем в нижней части, где дробятся куски меньших размеров и формируется готовый продукт. Поэтому в нижней части камеры дробления ход сжатия должен быть соответственно меньше.
В дробилке с простым движением щеки наблюдается обратное явление, т. е. наибольший ход сжатия (размах качания) имеет низ подвижной щеки, в верхней же части этот ход значительно меньше.
В дробилках со сложным движением (б) подвижная щека шарнирно подвешена на эксцентричной части приводного вала. Низ подвижной щеки шарнирно опирается на распорную плиту. Другим концом распорная плита опирается на регулировочное устройство.
Дробилка со сложным движением проще по конструкции, компактнее и менее металлоемка, чем дробилки других типов. У такой Дробилки 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.
Типоразмер дробилки характеризует величина ширина приемного отверстия (расстояние между дробящими плитами в верхней части камеры дробления в момент максимального отхода подвижной щеки). Этот размер определяет максимально возможную крупность кусков, загружаемых в дробилку, принимаемую равной 0,85, от ширины приемного отверстия.
Другим важным параметром служит длина приемного отверстия, т. е. длина камеры дробления, определяющая, сколько кусков может быть загружено одновременно. Произведение двух величин и называется размером приемного отверстия тековой дробилки и является ее главным параметром.
В зависимости от величины главного параметра,в мм, щековые дробилки, выпускаемые отечественной промышленностью, составляют следующий размерный ряд: 160X250, 250X400, 250x900, 400X600, 400X900, 600X900, 900X1200, 1200x1500, 1500X2100 мм, т.е. всего девять типоразмеров, из которых шесть первых представляют собой дробилки со сложным движением подвижной щеки, четыре последних - с простым. Дробилки размером 600x900 выпускаются с простым и сложным движением подвижной щеки.
Перечисленный ряд определился в результате многолетнего опыта, по созданию и эксплуатации щековых дробилок. Размеры приемных отверстий машин ряда регламентированы Государственными стандартами и соответствуют международному ряду по рекомендациям СЭВа.
Важным параметром щековой дробилки является величина выходной щели. Она определяется как наименьшее расстояние между дробящими плитами в камере дробления в момент максимального отхода подвижной щеки. Величина выходной щели - параметр переменный, ее можно регулировать при помощи специального устройства, что позволяет изменять крупность готового продукта, или наоборот, поддерживать постоянной в течение длительного времени независимо от степени износа дробящих плит.
Конструкция
На рисунке ниже показан разрез щековой дробилки для крупного дробления с простым движением подвижной щеки. Эта конструкция может считаться типовой, так как все отечественные дробилки для крупного дробления имеют аналогичную конструкцию и отличаются только размерами.
Станина дробилки 1 должна обеспечивать жесткость всей конструкции при больших (несколько сотен тонн) усилиях, возникающих при дроблении прочных материалов. Поэтому станины крупных дробилок, как правило, представляют собой цельные массивные стальные конструкции. В выемках боковых стенок станины крепятся коренные подшипники эксцентрикового вала 5. На эксцентричной части вала подвешен литой шатун 6, в нижнем конце которого имеются пазы для установки сухарей, являющихся опорными поверхностями для передней 11 и задней 10 распорных плит. На последних моделях дробилок для коренных и шатунных подшипников применены подшипники качения специального типа, выдерживающие большие динамические нагрузки.
Периодичность работы щековой дробилки, т. е. наличие холостого хода и хода сжатия, вызывает неравномерную нагрузку на приводной двигатель. Для выравнивания этой нагрузки эксцентриковый вал дробилки снабжается массивными, маховиками, которые «аккумулируют» энергию при холостом ходе и отдают ее при ходе сжатия.
На один конец эксцентрикового вала насажен шкив-маховик 15, на другой — маховик 16. Сцепление шкива-маховика с валом обеспечивается фрикционной муфтой 14. Между ступицей шкива-маховика и валом находятся бронзовые втулки, по которым шкив-маховик может свободно проворачиваться, если крутящий момент превысит расчетный. Таким образом, фрикционные муфты и свободная посадка шкива-маховика на вал предотвращают поломки деталей дробилки при перегрузках, т. е. являются предохранительными устройствами.
Подвижная щека 3, представляющая собой стальную отливку коробчатого сечения, подвешена на оси 4, концы которой установлены в подшипниках с бронзовыми вкладышами в верхней части боковых стенок станины. В нижней части щеки имеется паз Для устновки сухаря, в который упирается передняя распорная плита. Задн распорная плита упирается в сухарь регулировочного устройства Опорные поверхности распорных плит изнашиваются при работе машины и поэтому распорные плиты имеют сменные наконечники. Силовое замыкание звеньев механизма привода подвижной щеки обеспечивается тягами 8 и пружинами 7.
На неподвижную и подвижную щеки крепятся неподвижная 13 и подвижная 12 дробящие плиты, которые непосредственно соприкасаются с дробимым материалом и являются основными рабочими органами щековых дробилок. Рабочие поверхности дробящих плит и боковые стенки станины образуют камеру дробления. Часть боковых стенок станины, выходящих в камеру дробления, футеруется сменными футеровочными плитами 2.
Дробящие плиты крупных щековых дробилок сборные, состоят из отдельных частей и крепятся к щекам при помощи болтов с потайными головками. Такое же крепление применяется для боковых футеровочных плит.
Режим работы щековой дробилки изменяется регулированием размера выходной щели. Щирина выходной щели при прочих равных условиях определяет крупность продукта дробления, а также производительность дробилки. Так как по мере изнашивания дробящих плит ширина выходной щели возрастает, ее необходимо периодически регулировать (поджимать). На щековых дробилках крупного дробления это осуществляется путем установки между упором 9 и задней стенкой станины дополнительных прокладок, различных по толщине. Для облегчения этой операции в дробилках последних моделей предусмотрен гидравлический домкрат, при помощи которого упор вместе со всей системой привода подвижной щеки, т. е. распорными плитами, нижним концом шатуна и самой подвижной щекой отжимается от станины, устанавливается необходимое число прокладок, после чего давление в домкрате снижается и упор прижимается к прокладкам.
Пуск щековых дробилок, особенно дробилок крупных размеров затруднен, так как приходится преодолевать инерцию больших масс. Поэтому для привода дробилки применяли электродвигатель повышенной мощности, т. е. при нормальном рабочем режиме мощность двигателя недоиспользовалась (потреблялось примерно 40-50% от установленной мощности). Это значительно ухудшало эксплуатационные показатели дробилки. Кроме того, двигатель повышенной мощности все же не обеспечивал пуска щековой дробилки, если камера дробления загружена материалом, т. е. находилась под завалом. Случайная остановка дробилки с загруженной камерой дробления вызывала длительные простои дробилки, так как перед пуском камеру дробления приходилось очищать от материала.
Пуск дробилки под завалом обеспечивает вспомогательный привод (рисунок выше), представляющий собой довольно простое устройство, включающее вспомогательный электродвигатель малой мощности 1. Последний соединен клиноременной передачей с ведущим валом зубчатого редуктора 2. На ведомом валу редуктора установлена обгонная муфта 3, соединенная со шкивом главного электродвигателя 4. Шкив главного двигателя связан клиноременной передачей со шкивом-маховиком дробилки 5. Общее передаточное отношение вспомогательного привода (клиноременной передачи и редуктора) около 100, мощность электродвигателя (в зависимости от типа дробилки) 7-14 кВт. Вспомогательным приводом механизм дробилки «трогается с места». В этот момент включается главный электродвигатель. Когда частота вращения вала главного электродвигателя превысит частоту вращения ведомого вала редуктора, вспомогательный привод автоматически отключается.
На рисунке выше показан разрез щековой дробилки со сложным движением подвижной щеки. Станина дробилки сварная, ее боковые стенки выполнены из стального листа и соединены между собой передней стенкой коробчатого сечения 1 и задней балкой 4, являющейся также 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 располагается на эксцентричной части приводного вала 3. В ее нижней части имеется паз, куда вставляется 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 регулируется гайкой. При ходе сжатия пружина сжимается и, стремясь разжаться, способствует возврату щеки и обеспечивает постоянное плотное замыкание звеньев шарнирно-рычажного механизма — подвижной щеки, распорной плиты, регулировочного устройства.
В нижней части подвижной щеки имеется косой выступ, на который устанавливают подвижную дробящую плиту 10. Сверху плита притягивается клиньями и болтами с потайными головками. От поперечного смещения дробящая плита удерживается приливом (выступом) на подвижной щеке, входящим в паз плиты.
Неподвижная дробящая плита 11 опирается внизу на выступ передней стенки станины, а с боковых сторон зажимается боковыми футеровками, выполненными в виде клиньев. Верхние части боковых футеровок крепятся к стенкам станины при помощи болтов с потайными головками.
В процессе эксплуатации дробящие плиты щековых дробилок со сложным движением подвижной щеки обычно быстро изнашиваются. Наиболее интенсивно изнашивается нижняя часть неподвижной плиты, поэтому конструкция плит выполняется, как правило, симметричной, т. е. предусматривают возможность перевертывания их (изношенной частью вверх), что удваивает срок службы плит. До последнего времени предохранительным устройством на таких дробилках служила распорная плита, которая ломалась при возникновении нагрузок, превышающих допустимые (например, при попадании в камеру дробления недробимых предметов).
Разрабатываются предохранительные устройства, при которых основные звенья кинематической цепи не будут разрушаться при превышении нагрузок. Такие устройства могут быть пружинными, фрикционными, гидравлическими.
Ниже показаны варианты пружинных предохранительных устройств, совмещенных с распорной плитой. Жесткость пружин должна обеспечить работу дробилки при обычных нагрузках.
При попадании в камеру дробления недробимых предметов пружины сжимаются на величину, необходимую для проворачивания эксцентрикового вала при остановившейся подвижной щеке.
Наиболее надежно работают предохранительные устройства, основанные на механических зацеплениях, рассчитанных на предельный крутящий момент. Примеры подобных предохранителей показаны ниже.
Шкив-маховик свободно насажен на вал (а), на выступе шкива шарнирно закреплена планка 1, прижатая к выступу пружиной 2. Свободный конец планки упирается в край канавки, находящейся на втулке 3, жестко связанной с валом. При внезапной.остановке подвижной щеки планка, преодолевая сопротивление пружины, выходит из канавки и проскальзывает по втулке, обеспечивая свободное вращение шкива-маховика на валу.
В предохранительном устройстве (б), сцепление приводного шкива с эксцентриковым валом осуществляется коническими штифтами 5, удерживаемыми в нужном положении подпружиненными фиксаторами 6. При возникновении крутящего момента, превышающего расчетный, конические концы штифтов выходят (выжимаются) из гнезд на ступице 7 шкива-маховика и шкив-маховик 4 свободно проворачивается на валу 8. Штифты удерживаются в отжатом положении фиксаторами и после устранения причин, вызвавших перегрузку, вручную возвращаются в рабочее положение. Основным недостатком таких устройств является необходимость их наладки после срабатывания. Кроме того, приходится освобождать камеру дробления от недробимых предметов перед последующим пуском дробилки в работу.
В щековых дробилках некоторых конструкций начали применяться гидравлические предохранительные устройства, защищающие детали дробилки от поломок, а также пропускающие недробимые предметы и позволяющие перейти к нормальному режиму работы автоматически, без остановки дробилки.
На рисунке выше (а) показана схема гидравлического предохранительного устройства, в котором поршень 1 гидравлического цилиндра 2 связан с ползуном 3 устройства регулировки выходной щели посредством регулировочного винта 4. Распорная плита дробилки опирается на ползун. При попадании недробимых предметов давление в цилиндре возрастает, жидкость через предохранительный клапан вытекает из цилиндра, и ползун и поршень перемещаются вправо за каждый оборот вала на ве-ичину хода щеки и так до тех пор, пока усилия по распорной плите не достигнут величин, требуемых для дробления. Привод дробилки при этом продолжает работать. После прохождения недробимого предмета в цилиндр нагнетается определенный объем жидкости и ползун возвращается в первоначальное положение.
На рисунке выше (б) показана схема предохранительного устройства, в котором используется 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.
На рисунке ниже показан разрез клинового механизма, применяемого обычно на щековых дробилках для регулирования размера выходной щели.
Распорная плита дробилки упирается в сухарь ползуна 1. Два клина 2 с гайками 3 могут перемещаться при помощи винта 4 с правой и левой нарезкой. На конце винта, выходящем из корпуса дробилки, крепится специальная рукоять с храповым устройством. При перекидывании собачки храповика винт можно вращать, в ту или другую сторону. При этом клинья будут сходиться, перемещая ползун вперед и тем самым уменьшая ширину выходной щели, или расходиться, при этом ползун под действием силы оттяжной пружины будет отходить назад, а выходная щель увеличиваться.
Дробящие плиты - это сменные быстроизнашивающиеся детали. Они являются основными рабочими органами щековых дробилок. Конструкция плит, износостойкость материала, из которого они изготовлены, оказывают большое влияние на технико-экономические показатели процесса дробления.
Расход металла на дробящие плиты достаточно велик и составляет около одной трети всех расходов на дробление. В большинстве случаев дробящие плиты щековых дробилок изготовляют из высокомарганцовистой стали. Это объясняется высокой износостойкостью этой стали, а также ее способностью к упрочению в холодном состоянии в результате наклепа.
В СССР для дробящих плит используют сталь 110Г13Л по ГОСТ 2176-67. Конструкция дробящих плит влияет на производительность дробилки, удельный расход энергии, зерновой состав и форму зерен готового продукта, т. е. на основные показатели работы щековой дробилки.
Конструкция дробящей плиты определяется ее продольным и поперечным профилями (рисунок ниже). Рабочую часть плиты делают рифленой и в редких случаях для первичного (грубого) дробления - гладкой. Поперечный профиль плиты характеризуется размерами и конфигурацией рифлений. От продольного профиля дробящих плит зависят угол захвата, наличие криволинейной или параллельной зоны и другие параметры камеры дробления, влияющие на условия процесса дробления.
По ГОСТ 13757-68 дробилки в зависимости от области применения должны комплектоваться дробящими плитами различной конфигурации и размером рифлений.
Рифления трапецеидальной формы (тип I) применяются для предварительного дробления в дробилках с шириной приемного отверстия 250 и 400 мм. Рифления треугольной формы (тип II) используют для предварительного дробления в дробилках с шириной приемного отверстия 600 мм и более и для окончательного дробления в дробилках с шириной приемного отверстия 250, 400 и 600 мм.
Шаг t и высоту h рифлений для обоих профилей в зависимости от размера выходной щели b рекомендуется определять по выражению t = 2h = b. Величины a и b при трапецеидальных рифлениях для дробилок размером 250x400 и 250x900 составляют соответственно 45 и 15 мм, для дробилок 400x600 и 400x900 — 60 и 20 мм. Радиусы закруглений r1 и r2 для крупных щековых дробилок (от 900x1200 мм и более) равны 10 и 15 мм, для дробилок меньших размеров примерно 5 и 10 мм.
Основные параметры щековых дробилок, выпускаемых отечественными машиностроительными заводами, приводятся в таблице:
Расчет параметров и конструкции щековых дробилок производится на основе следующих исходных данных:
- заданный типоразмер дробилки;
- максимальная крупность кусков в исходном материале Dmax;
- требуемая максимальная крупность готового продукта dmax;
- прочность материала и производительность Q.
При общем расчете щековой дробилки выбирается ширина загрузочного отверстия, определяется оптимальный угол захвата (угол между щеками), величина хода подвижной щеки, частота вращения эксцентрикового вала. Далее находится расчетная производительность дробилки, необходимая мощность двигателя.
При конструктивном расчёте определяются усилия возникающие в элементах конструкции дробилки, находятся требуемые геометрические характеристики деталей, обеспечивающие прочность и надежность работы.
Принцип работы щековой дробилки наглядно (видео):
