Конусные дробилки

Операция дробления различных материалов является неотъемлемой частью работы горно-обогатительных, строительных, химических и других предприятий. Данная операция может выполнять подготовительную функцию, когда требуется довести исходный твёрдый материал до гранулометрических показателей, приемлемых для его дальнейшего использования в производственном процессе. Также, дробление может являться завершающей стадией производственного процесса, в том случае, когда переработанный материал на выходе операции дробления является продуктом, предназначенным для отгрузки непосредственному потребителю.

Очевидно, что высокая потребность промышленных и других отраслей деятельности в применении твёрдых сыпучих материалов различных показателей крупности, предъявляет высокие требования по производительности и качеству продукта к предприятиям, выпускающим указанный вид материалов. На протяжении многих десятилетий задача повышения эффективности дробильного производства решается при помощи внедрения в производственный процесс автоматизированного дробильного оборудования. При этом, процесс совершенствования конструкции дробилок и способов оптимального управления идёт непрерывно, что способствует улучшению рабочих параметров данного вида машин как с точки зрения производительности, так и с точки зрения энергопотребления и других технико-экономических параметров.

Настоящее информационное сопровождение представляет технические данные о дробильных агрегатах конусного типа, широко применяемых в отраслях отечественной и зарубежной промышленности, предусматривающих механическую переработку исходных материалов. Ниже приведена краткая информация об устройстве и принципе работы конусных дробилок, дан перечень их основных параметров и показателей, указаны примеры применения данного оборудования в конкретных производственных процессах.

Информация, представленная в данном обзоре достаточна для предварительной оценки специфики применения конусных дробильных агрегатов для переработки тех или иных материалов и подготовки технических решений для интегрирования рассматриваемого оборудования в имеющийся либо проектируемый производственный комплекс.

Конусные дробилки конструкция и принцип действия

Принцип действия конусных дробильных агрегатов основан на создании условий для возникновения критических механических напряжений в частицах перерабатываемого материала, что приводит к их разрушению на более мелкую фракцию. Дробление в рассматриваемом агрегате происходит за счёт раздавливания перерабатываемого материала и истирания его частиц как о рабочие поверхности конструктивных элементов дробилки, так и между собой.

Основными конструктивными элементами конусных дробильных агрегатов, образующими камеру дробления, являются конусы, имеющие концентрическое распложение, причём, внешний конус является неподвижной частью камеры дробления, а внутренний конус - подвижной частью. Таким образом, геометрический промежуток межу указанным коническими поверхностями является рабочей зоной камеры дробления. Подвижный конус имеет две степени свободы: вращательное движение вокруг собственной оси вращения и переносное (гирационное) движение, т. е. вращение оси подвижного конуса вокруг оси неподвижного конуса. Последнее обеспечивается конструкцией опоры подвижного элемента.

Корпус дробильного агрегата рассматриваемого типа устанавливается на массивную металлическую станину. Корпус конструктивно выполняется в виде сборочной единицы, состоящей из нескольких элементов сочленённых при помощи фланцевого соединения. В виду высоких динамических нагрузок элементы корпуса дробилки изготавливаются литьём из нелигированных сталей с высокими показателями прочности, например, марок 25Л, 35Л с массовой долей углерода 0,25% и 0,35%, соответственно. Для обеспечения дополнительных условий защиты корпуса дробилки внутренняя поверхность камеры дробления облицовывается элементами футеровки, представляющими собой отражающие плиты. Плиты изготавливаются из марганцовистой стали с повышенными показателями износостойкости, например марки 110Г13Л. Указанные элементы конструкции не только выполняют защитную функцию при взаимодействии с перерабатываемым материалом, но и обеспечивают улучшение условий дробления сырья в силу своих физико-механических показателей.

Подвижный конус представляет собой сборочную единицу, состоящую из рабочей конической поверхности, установленной на вал методом прессовой посадки. Рабочая поверхность подвижного конуса, также как и внутренняя поверхность корпуса дробилки, выполнена из элементов футеровки. Следует отметить, что в современных дробильных агрегатах конусного типа рабочие поверхности подвижного и неподвижного элементов камеры дробления могут быть образованы более сложными криволинейными поверхностями, отличными от конических. Это обеспечивает оптимизацию рабочих показателей дробилки, например, повышение степени измельчения, но неизменным остаётся принцип работы.

Гирационное движение подвижного элемента обеспечивается эксцентриковым узлом. Наиболее распространённой конструкцией указанного элемента является эксцентриковый стакан с напрессованным на него коническим колесом. Данный узел является элементом опоры для вала подвижного конуса, при этом, внешняя поверхность стакана в собранном состоянии совпадает с осью неподвижного конуса, ось внутренней поверхности стакана наклонена к оси неподвижного конуса на угол, предусмотренный конструкцией конкретного механизма, и образует ось подвижного конуса. Перечисленные оси пересекаются в точке гирации, геометрическое положение которой определяет параметры переносного движения подвижного конуса. Внутренняя и наружная поверхности эксцентрикового стакана в целях снижения коэффициента трения имеют антифрикционное баббитовое покрытие, выполняемое методом заливки или наплавки. Следует отметить, что эксцентриковый узел является наиболее нагруженным элементом механической системы конусного дробильного агрегата, т. к. данный механизм воспринимает компоненты силовых взаимодействий перерабатываемого материала и рабочих поверхностей камеры дробления.

В качестве опоры для узла верхнего подвеса подвижного элемента применяется траверса, являющаяся также верхним конструктивным элементом корпуса дробильного агрегата. Узел верхнего подвеса выполняет функцию стабилизации геометрического положения вала подвижного конуса в пределах значения угла гирации. Одной из наиболее простых и распространённых конструкций рассматриваемого узла является подвес конического типа. Подвес конического типа состоит из трёх основных деталей: цилиндрической втулки, плоской шайбы и конусной втулки. Цилиндрическая втулка устанавливается в центральную расточку траверсы, в цилиндрическую втулку устанавливается плоская шайба, таким образом, внутренняя поверхность втулки и поверхность шайбы становятся взаимно перпендикулярными. Верхний конец вала подвижного конуса, проходя через центральное отверстие плоской шайбы, находится внутри цилиндрической втулки. На конец вала устанавливается конусная втулка при помощи разъёмного соединения. Конусная втулка представляет собой совокупность двух конических поверхностей различных уклонов, которые рассчитаны таким образом, что при наклоне вала на угол гирации верхняя коническая поверхность принимает вертикальное положение, а нижняя – горизонтальное. Это обеспечивает линейный контакт между поверхностями конусной втулки, плоской шайбы и цилиндрической втулки.

Вращательное движение в исполнительный механизм конусного дробильного агрегата обеспечивается через комбинированную механическую передачу, состоящую из клиноременной передачи, связанной непосредственно с приводным электродвигателем и зубчатой передачи конического типа, которая связана непосредственно с эксцентриковым узлом. Конструктивно указанная механическая передача представляет собой вал, на одном конце которого установлен шкив клиноременной передачи, а на другом конце - коническая шестерня, которая находится в зацеплении с коническим зубчатым колесом, расположенным на эксцентриковом узле.

Движение механизма конусного дробильного агрегата обеспечивается электрическим приводом на базе асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, что является наиболее рациональным техническим решением как с точки зрения стоимости жизненного цикла всего агрегата, так и с точки зрения обеспечения надёжности работы. Управление электроприводом исполнительного механизма дробилки осуществляется при помощи релейно-контакторных электрических схем, обеспечивающих прямое включение электродвигателя в питающую сеть без варьирования параметров подаваемого в статорные обмотки напряжения. Данный вариант системы управления является наиболее простым. В более сложных системах управления движением механизма дробилки применяется полупроводниковая преобразовательная техника, например, реализуется построение электропривода по структуре «преобразователь частоты - асинхронный электродвигатель». В данном случае появляется возможность не только экономии потребляемой электроэнергии, но и реализации специальных режимов работы электропривода для повышения качества готового продукта переработки и преодоления тяжёлых условий работы, которые могут повлечь за собой аварийные ситуации. В качестве примера можно привести систему подчинённого управления электроприводом с постоянной мощностью, что позволяет поддерживать постоянное значение усилия дробления для получения более однородного по гранулометрическому составу продукта дробления, а также, реализацию векторного управления моментом электродвигателя при тяжёлых условиях пуска, например, при запуске дробильного агрегата под завалом, т. е. при заполненной камере дробления.

При работе механизма каждая точка поверхности подвижного элемента совершает движение по сложной кривой циклического типа периодически сближаясь с поверхностью неподвижного элемента на разных участках траектории движения. Загрузка перерабатываемого материала в дробильный агрегат происходит сверху, затем в процессе дробления более мелкие частицы материала опускаются в нижнюю часть рабочей зоны, где происходит их дальнейшее измельчение до требуемого размера. При достижении частицами размера, меньшего, чем габарит разгрузочной щели дробильного агрегата, происходит выгрузка переработанного материала из камеры дробления под действием силы тяжести.

В конструкции конусных дробильных агрегатов предусмотрены механизмы удаления из рабочей зоны элементов перерабатываемого материала с физико-механическими показателями, превышающими технические возможности конкретной машины. Указанная операция выполняется, например, подъёмом неподвижного конуса при помощи гидравлического привода либо при помощи резьбового механизма, настраиваемого вручную, действие данных механизмов уравновешивается системой пружин сжатия, расположенных на внешней поверхности корпуса дробилки. Данная техническая особенность позволяет не допустить нерасчетных режимов работы как механизма, так и электрического привода.

Основные параметры и показатели

В данном разделе перечислены основные параметры конусных дробильных агрегатов, позволяющие выполнить оценку особенностей их применения в конкретном производстве и выбрать необходимое оборудование:

• ширина приёмной щели, выражаемая в миллиметрах. Данный параметр определяет максимальный размер частиц материала, который необходимо переработать;
• номинальная ширина разгрузочной щели в фазе раскрытия профилей, выражаемая в миллиметрах. Параметр определяет максимальное значение частиц переработанного материала, обеспечивая при этом номинальную производительность;
• наибольший размер кусков питания, выражаемый в миллиметрах. Значение составляет 80% от ширины приёмной щели;
• производительность при номинальной ширине выходной щели – определяет количество кубических метров переработанного материала, производимого агрегатом в час;
• диапазон регулирования ширины разгрузочной щели в фазе сближения профилей, выражаемый в миллиметрах. Определяет возможность регулирования размеров частиц переработанного материала и производительности дробильного агрегата;
• мощность приводного электродвигателя – определяет характеристики энергопотребления дробильного агрегата от сети электропитания; следует отметить, что при выборе приводного электродвигателя на основании расчётного значения мощности рекомендуется выбирать ближайший больший двигатель по мощности в соответствии со стандартным рядом мощностей;
• массо-габаритные показатели – параметры, учитываемые при транспортировке и подготовке установочного места дробильного агрегата.

Особенности применения

Область применения конусных дробильных агрегатов в первую очередь определяется не спецификой производственного процесса, а видом и физико-механическими характеристиками перерабатываемого материала.

Конусные дробильные агрегаты широко применяются на всех стадиях дробления материалов (крупное, среднее и мелкое дробление) в горно-обогатительных предприятиях, химической промышленности, энергетике и др. Эффективно выполняют переработку рудных и нерудных материалов. Исключением для рассматриваемого вида дробильного оборудования являются материалы, имеющие плитняковую структуру или содержащие глинистые фракции при их повышенной влажности. Работа с указанными материалами в силу особенностей процессов дробления в конусных дробилках может привести к забиванию камеры дробления, выходу приводного электродвигателя в нерасчетный режим работы и аварийной остановке оборудования.