Молотковые дробилки

В настоящее время интенсивное функционирование таких отраслей деятельности человека как строительство зданий, сооружений и систем транспортной и энергетической инфраструктуры, производство строительных материалов, металлургическая промышленность (в части потребления рудного сырья и минеральных материалов для изготовления литьевых форм), переработка отходов строительной отрасли, электроэнергетика и теплоэнергетика с применением твердотельного топлива требует применения большого количества минеральных полезных ископаемых. Очевидно, что для различных областей применения твёрдые ископаемое сырьё должно быть приведено в состояние с размером фракции материала, удовлетворяющим требованиям конкретной технологической операции, иными словами, материал должен иметь необходимые гранулометрические параметры.

Формирование гранулометрического состава перерабатываемых материалов под требования области применения достигается при помощи технологической операции дробления. Дробление является неотъемлемой частью многих производственных процессов, причём, не только на обогатительных предприятиях, продукцией которых являются непосредственно ископаемые материалы: различные горные породы, руды, уголь и др. Рассматриваемый процесс применяется также, для переработки отходов и побочных продуктов других производств, например, шлаков и угольного кокса в металлургических комбинатах и объектах энергетики, получение пластикового вторичного сырья в виде агломерата при переработке мусора, получение сырья (измельчение сена и кормовых злаковых культур) для производства комбинированных кормов для потребностей животноводческой отрасли и т.д.

В современных технологических и производственных процессах операция дробления выполняется специализированными дробильными машинами (дробилками). В настоящее время существует ряд вариантов конструкции указанного оборудования, применяемых на всех стадиях переработки твёрдых материалов. Дробилки часто применяют в составе производственных комплексов по переработке и обогащению сырья совместно с питателями, конвейерами, грохотами, классификаторами и другим оборудованием. Комплексы такого типа строятся с обеспечением высокой степени автоматизации рабочего процесса.

Настоящий технический обзор посвящён рассмотрению конструкции и принципа действия молотковых дробильных агрегатов. Также рассмотрены основные характеристики и области наиболее эффективного применения указанного оборудования. Целью настоящего обзора является предоставление краткой технической информации по указанному оборудованию для специалистов, принимающих технические решения по оборудованию промышленных производственных процессов роторными дробильными агрегатами в рамках капитального ремонта или модернизации, а также, в рамках проектирования производственной линии «под ключ».

Молотковые дробилки конструкция и принцип действия

Процесс дробления перерабатываемого материала в молотковом дробильном агрегате основан на физических процессах создания условий для возникновения критических напряжений в частицах материала, что приводит к их механическому разрушению на более мелкую фракцию. В процессе измельчения частицы перерабатываемого материала подвергаются следующим воздействиям: раскалывание, излом, истирание (в случае дробилок горизонтального типа), удар. Следует отметить, что в силу особенностей конструкции молотковые дробильные агрегаты обладают низкой чувствительностью к попаданию в камеру дробления неперерабатываемых примесей.

Молотковые дробильные агрегаты характеризуются весьма высокой степенью измельчения перерабатываемого материала, достигающего в ряде случаев значения 100. С точки зрения размера экономического эффекта от применения данных устройств в производстве, молотковые дробилки характеризуются невысокой стоимостью переработки одной тонный исходного сырья. Ещё одним выгодным преимуществом молотковых дробильных агрегатов является низкое энергопотребление по сравнению с дробильными агрегатами других конструкций, чему способствует простая конструкция механической передачи между приводным двигателем и исполнительным механизмом, а также, характер силового взаимодействия между ударными элементами и частицами перерабатываемого материала, не создающий чрезмерно высоких динамических нагрузок на валу приводного электродвигателя. С точки зрения массо-габаритных показателей, рассматриваемые устройства обладают весьма компактными габаритами, что позволяет размещать их в местах, имеющих жёсткие ограничения по габаритным размерам устанавливаемого оборудования, а относительно небольшая масса позволяет уверенно применять молотковые дробилки в составе передвижных производственных комплексов.

Весьма широкое распространение молотковых дробильных агрегатов в совершенно различных областях применения способствовало появлению большого количества исполнений и модификаций, отличающихся особенностями конструкции и набором функциональных элементов, что делает рассматриваемое оборудование особенно эффективным в тех или иных условиях работы, для которых разрабатывалось конкретное исполнение. Ниже представлена классификация молотковых дробильных агрегатов по различным конструктивным и функциональным признакам.

По количеству роторов в составе исполнительного механизма молотковые дробильные агрегаты подразделяются на однороторные и двухроторные.

Однороторные молотковые дробилки, исходя из названия, имеют исполнительный механизм, оборудованный одним ротором и простой механической передачей. В силу простоты конструкции рассматриваемый класс молотковых дробильных агрегатов является наиболее массовым и имеет большое количество типоразмеров в зависимости от функционального назначения. Диаметр ротора в современных молотковых дробилках достигает 2,5 м, а его масса – до 250 тонн.

Двухроторные дробилки в свою очередь подразделяются по классификационному признаку количества ступеней дробления на одноступенчатые и двухступенчатые. Являясь конструктивно более сложными устройствами относительно однороторных дробилок и обеспечивая высокие показатели степени измельчения, данные комплексы применяются в основном в производствах с повышенными требованиями к производительности операций измельчения.

Одноступенчатыми молотковыми дробилками называются агрегаты, у которых оба ротора находятся в одной камере дробления и работают, соответственно с материалом одного гранулометрического состава. Относительно однороторных дробилок аналогичной производительности, рассматриваемые изделия меньше по габаритным размерам, что позволяет применять их в условиях ограниченных пространств. Характерным свойством одноступенчатых молотковых дробилок является низкая склонность к налипанию перерабатываемого материала в верхней части камеры дробления. При загрузке исходного сырья в камеру дробления, оно подаётся непосредственно на роторы, вращающиеся во встречном направлении друг относительно друга, и не попадает на стенки корпуса дробилки. Статистические данные, полученные в процессе эксплуатации, указывают на то, что одноступенчатые дробилки могут успешно применяться при дроблении сырья с влажностью 13 – 15%.

Двухступенчатые двухроторные дробилки обеспечивают высокие значения степени измельчения перерабатываемого материала, достигающие 100. Конструктивно в двухступенчатой дробилке роторы устанавливаются в отдельных камерах дробления, расположенных таким образом, что перерабатываемый материал поступает последовательно из одной камеры в другую. При этом, конструкция каждого из роторов адаптирована к переработке материала соответствующего гранулометрического состава. Повышению степени измельчения также способствует вращение ротора второй ступени дробления во встречном направлении относительно направления движения перерабатываемого материала из камеры первой ступени. Такой алгоритм работы позволяет увеличить абсолютную скорость удара в 1,5 – 2 раза.

По геометрическому расположению оси вращения ротора в камере дробления молотковые дробильные агрегаты подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Наиболее распространённым типом дробилок в данной классификации являются горизонтальные дробилки. Данное расположение ротора позволяет эффективно использовать всю его поверхность для взаимодействия с перерабатываемым материалом, при этом, вращательное движение ротора вокруг горизонтальной оси вращения является одним из факторов, обеспечивающих задерживание частиц материала в камере дробления до получения требуемого размера частиц.

В вертикальных молотковых дробилках ось вращения ротора параллельна направлению перемещения частиц перерабатываемого материала в камере дробления под действием силы тяжести. Очевидно, что данная конструкция не предусматривает длительного нахождения перерабатываемого материала в рабочей зоне агрегата. Рассматриваемое дробильное оборудование является специализированной модификацией, применяемой в основном в асбестовой промышленности. Вертикальное расположение оси вращения ротора обеспечивает режим «щадящего дробления», в котором исключено истирание частиц перерабатываемого материала и дробление происходит только при ударных воздействиях. При работе с асбестовым сырьём описанный режим позволяет сохранить асбестовое волокно, выделяя его из сопутствующей породы, которая в процессе работы агрегата удаляется из камеры дробления под действием силы тяжести. Дробилки рассматриваемой конструкции обеспечивают хорошую селективность дробления и практически исключают заклинивание исполнительного механизма неперерабатываемыми частицами в силу конфигурации зазоров между рядами молотков и облицовкой корпуса.

С точки зрения алгоритма работы электрического привода молотковые дробильные агрегаты классифицируются как реверсивные и нереверсивные. Особенность работы дробилок в рассматриваемой классификации заключается в возможности электрической схемы устройства изменять направление вращения ротора в зависимости от технологических потребностей или поддерживать направление вращения ротора постоянным. Реверсивные дробилки имеют симметричную конструкцию камеры дробления для исключения зависимости параметров переработанного материала от направления вращения ротора. Симметричная конструкция обусловливает повышение массо-габаритных показателей, но в то же время, способствует двукратному увеличению ресурса быстро изнашиваемых деталей камеры дробления.

Независимо от многообразия классификационных вариаций молотковых дробильных агрегатов их фундаментальная конструкция и принцип действия неизменны во всех модификациях. Далее рассмотрены конструкция и принцип действия молотковых дробилок на примере однороторного горизонтального агрегата.

Основными конструктивными элементами молотковых дробильных агрегатов являются: ротор с шарнирно присоединёнными к нему молотками, корпус, колосниковые решётки и регулировочные устройства.

Ротор является органом исполнительного механизма дробильного агрегата, выполняющим преобразование энергии, сообщённой ему от электропривода, в механическую работу по измельчению перерабатываемого материала. Ротор состоит из вала, на котором закрепляются опорные диски с местами для шарнирного присоединения молотков. Ротор устанавливается в корпус дробильного агрегата на двух опорных подшипниках и приводится в движение электроприводом через клиноременную передачу, резинокордную муфту или зубчатый редуктор в зависимости от конструкции конкретной модели дробилки. Конструктивно роторы различаются количеством продольных рядов молотков, взаимным расположением соседних рядов молотков и формой опорных дисков.

Конструкция молотков отличается большим разнообразием в виду широкого распространения молотковых дробилок и учитывает нюансы дробления большого количества наименований материалов с различными физико-механическими показателями. Молотки различаются по количеству рабочих поверхностей, диапазону колебаний в процессе работы, количеству деталей (монолитные или в виде сборочных единиц) и по конструктивной форме. Условия работы молотков характеризуются высокими динамическими нагрузками и абразивным изнашиванием, что обусловливает необходимость частой замены данных компонентов. Это создаёт дополнительные требования к повышению коэффициента использования металла, из которого изготавливаются молотки. В современных дробильных агрегатах молотки изготавливают из стали марки 110Г13Л, которая обладает свойством локального упрочнения поверхностного слоя в точке ударного взаимодействия.

Окончательное конфигурирование гранулометрического состава продукта переработки материала в молотковых дробильных агрегатах выполняет система колосниковых решёток. К колосниковым решётками предъявляются требования максимально эффективного пропускания частиц материала, достигших требуемого показателя крупности, не допуская при этом переизмельчения материала при проходе через щели решётки. Кроме того, в силу высоких ударных динамических нагрузок, к колосниковым решёткам, применяемым в рассматриваемом дробильном оборудовании, предъявляются повышенные требования по прочности. В современных молотковых дробилках применяется три типа колосниковых решёток: наборные, щелевые плиты и листовое сито. Применение того или иного типа просеивающих элементов зависит от типоразмера дробилки и её функционального назначения.

Корпус молотковой дробилки является несущей конструкцией для всех сборочных единиц, входящих в состав агрегата, и выполняется в виде сварной или литой конструкции коробчатого типа. Функционально в корпусе различают верхнюю и нижнюю части. В состав верхней части входит приёмное отверстие для загрузки исходного сырья и, собственно, камера дробления. Нижняя часть представляет собой массивную опорную конструкцию с узлом колосниковых решёток и консолями для установки опорных подшипников вала ротора. В корпусе дробильного агрегата предусматриваются запираемые технологические люки, предназначенные для осмотра и технического обслуживания узлов, расположенных внутри. Для обеспечения герметичности технологические люки изготавливаются в пыленепроницаемом исполнении. В ряде случаев корпус снабжается специальной нишей (карманом) для осаждения недробимых компонентов перерабатываемого материала.

Основные параметры и показатели молотковых дробилок

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

• производительность при номинальной ширине выходной щели – определяет количество кубических метров переработанного материала, производимого агрегатом в час;
• наибольший размер куска исходного материала – параметр определяется габаритным размером приёмного отверстия и составляет 80% от его ширины;
• габаритные размеры ротора - длина и диаметр ротора, выражаемые в миллиметрах;
• номинальная частота вращения ротора, об/мин – определяет параметры приводного электродвигателя;
• мощность приводного электродвигателя – определяет характеристики энергопотребления дробильного агрегата от сети электропитания;
• массо-габаритные показатели – параметры, учитываемые при транспортировке и подготовке установочного места дробильного агрегата.

Применение молотковых дробилок

В современных производственных процессах молотковые дробилки нашли весьма широкое применение, благодаря рассмотренным выше особенностям конструкции, обеспечивающим высокую надёжность и простоту эксплуатации.

В цементной промышленности рассматриваемые устройства применяются для измельчения глины, известняков, мергеля и мела, которые являются основными компонентами цементных смесей. Колосниковые холодильники оборудуются молотковыми дробилками для измельчения спёкшихся кусков цементного клинкера.

Эффективно применяются молотковые дробильные агрегаты для получения мелкодисперсного карбонатного сырья, используемого при производстве стекла и наполнителей в пластмассы, а также, пи изготовлении доломитовой и известняковой муки.

При производстве гипса молотковые дробилки применяются на стадии первичного измельчения гипсового камня. Помимо этого их используют в процессах переработки слюды и слюдяного скрапа, при добыче и переработки каменной соли, селитры, фосфатов.