Производство кубовидного щебня

Производство кубовидного щебня

Технология получения кубовидного щебня с использованием усовершенствованного оборудования

Введение

Основными потребителями щебня в России в настоящее время является дорожное строительство. Дорожное строительство, предназначением которого является создание транспортной системы, как элемента инфраструктуры экономики, в том числе сети автомобильных дорог, было и остается одной из основных производственных сфер, обеспечивающей решения как общегосударственных, так и региональных социально-экономических задач. В настоящее время в России, как и во всем мире, наблюдается тенденция увеличения объемов дорожного строительства с одновременным улучшением качества и сроков службы. При строительстве дорог и производстве железобетонных изделий требуется щебень с частицами кубовидной формы, так как форма частиц обеспечивает максимальную «упаковку», а, следовательно, плотность дорожного полотна и бетонных изделий. Срок службы дорог, построенных на кубообразном щебне, в 2,5 раза выше, чем на щебне игловатой или лещадной формы.

Постановка задачи

Щебень образуется при разрушении кусков горной породы под действием удара или более сложному виду деформации раздавливанием, истиранием, раскалыванием. В первом случае получается мало кусков, но хорошей формы, во втором - много, но плохой формы.

Говоря о потенциальных возможностях производства кубовидного щебня при проведении анализа технической литературы [1-4] можно сделать вывод: 1) форма каменного материала влияет на процент выхода щебня кубовидной формы; 2) наблюдается у конусных дробилок работающих под завалом увеличения процента выхода кубовидного щебня; 3) на данный период времени нет рекомендаций по конструктивному исполнению дробилок производящих кубовидный щебень.

В ГОУ «СибАДИ», на кафедре «Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктуры» (ТНКИ), были проведены лабораторные исследования по влиянию разных форм рифлений футеровок на разрушение каменного материала:

Разрушение кубообразного щебня дробильной плитой и плоскостью

При разрушении кубовидного материала дробящей плитой с рифлением и плоскостью (рис.1а) происходит образование трещины. Трещины начинают образовываться по всем поверхностям контакта рифлений дробящей плиты с каменным материалом, и дальнейшее их распространение идет под некоторым углом к оси приложения нагрузки (рис.1б), со стороны плоскости начало образований трещин не происходит. После того, как, куб был разрушен, производился анализ получившегося продукта. При разрушении куба дробящей плитой и плоскостью получается в основном лещадный материал и шелуха, а материала кубовидной формы получается около 20% (рис.1в).

а)    б)    в) 

Рис .1. Разрушение куба плитой с рифлениями и плоскостью

а – начало разрушения куба; б – образование трещин; в – результат разрушения

Разрушение кубовидного материала дробильной плитой с параллельно расположенными рифлениями

При разрушении кубовидного материала на дробильных плитах с параллельно расположенными рифлениями образование трещины начинается от вершины рифления по всей поверхности контакта. Распространение трещины происходит вертикально по оси приложенной нагрузки к параллельно расположенной вершине другой дробящей плиты (рис.2а). В результате разрушения кубовидного материала при параллельном расположении плит получилась в основном шелуха и лещадный материал, зерен кубовидной формы образовалось около 15 % (рис.2 б).

а)    б) 

Рис. 2. Разрушение кубообразного материала дробящими плитами с параллельно расположенными рифлениями

а – образование трещин; б – результат разрушения

Разрушение кубовидного материала дробящими плитами с перпендикулярно расположенными рифлениями

При разрушении кубовидного материала на дробильных плитах с перпендикулярно расположенными рифлениями образование трещин происходит приблизительно во взаимно перпендикулярных плоскостях. Трещины образуются от вершин рифлений дробящих плит (рис.3. а, б) по всей поверхности контакта. Распространение трещины идет под углом к оси приложения нагрузки, стремящемуся к вертикали (90˚) (рис.3. а, б). В результате разрушения кубовидного материала уменьшился объем лещадного материала и шелухи, а объём зерен кубовидной формы возрос до 85% (рис.3. в).

а)    б)    в) 

Рис. 3. Разрушение кубообразного материала дробящими плитами с перпендикулярно расположенными рифлениями

а – образование трещин со стороны нижней плиты; б – образование трещин со стороны верхней плиты; в – результат разрушения

Дробильная плита с рифлением и плита

При разрушении лещадного материала на дробящих плитах с рифлениями и плоскостью происходит образование трещин от вершины рифления по всей поверхности контакта (рис.4а). Дальнейшее распространение происходит под углом наклоненном к оси приложенной нагрузки. Со стороны плоскости образование трещин не происходит. В результате разрушения лещадного материала получили зерна кубовидной формы, что примерно составляет 85-95 %, а лещадного материала по сравнению с зернами кубовидной формы получилось 10-15 % (рис.4б).

а)    б) 

Рис. 4. Разрушение лещадного материала дробящей плитой и плоскостью

а – разрушение лещадки; б – результат разрушения

Перпендикулярное расположение рифленых плит

При разрушении лещадного материала на дробящих плитах с перпендикулярно расположенными рифлениями образование трещины происходит так же, как разрушение куба при таком же расположении дробящих плит, т.е. во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис.6а).

При разрушении получили до 50 % лещадного продукта, а так же, произошло переизмельчение материала, т.е. получилось много шелухи и до 40 % кубовидных зерен (рис.6б).

а)  б) 

Рис. 6. Разрушение лещадного материала дробящими плитами с перпендикулярно расположенными рифлениями

а – разрушение лещадки; б – результат разрушения

Проанализировав и сравнив все проведенные эксперименты и их результаты, были сделаны выводы:

1) Направления рифлений влияют на характер образования и распространения трещин.

2) Третья и четвёртая группы щебня получаются – при раздавливании кубообразного щебня дробящими плитами с рифлениями, установленными на подвижной и не подвижной щеках расположенными параллельно; при дроблении лещадки дробящими плитами с рифлениями, установленными на подвижной и не подвижной щеках расположенными перпендикулярно.

3) Первая и вторая группы щебня получаются – при раздавливании кубообразного щебня дробящими плитами с рифлениями, установленными на подвижной и не подвижной щеках расположенными перпендикулярно; при дроблении лещадки дробящими плитами с поперечными рифлениями, установленными на подвижной щеке и плитами без рифлений на не подвижной щеке.

Решение задачи

В ходе исследовательской и конструкторской проработки поставленных вопросов коллективом сотрудников кафедры «ТНКИ» предлагаются следующие технические решения:

1. Получен патент на полезную модель «Щековая дробилка» № 65400. Щековая дробилка предназначена для измельчения горных пород. Достижение получения кубовидного материала для предлагаемых конструктивных решений возможно только благодаря разделению исходного материала на кубовидный щебень и лещадку.

При поступлении лещадного материала за счет установленных дробящих плит с поперечно направленными концентраторами напряжения на подвижной щеке получается кубовидный материал (футеровка с поперечными направлением рифлений на подвижной щеке прижимает каменный материал к сплошной футеровке установленной на неподвижной щеке (рис.7 а).

Если будет поступать кубовидный щебень на дробилку, то на подвижную щеку дробилки должна быть установлена футеровка с поперечными направлениями рифлений. Причем высота зубьев убывает по увеличению глубины камеры дробления (рис.7 б). Это сделано для того, чтобы высота зуба была соизмерима с размером дробящего каменного материала и исключала процесс шелушения. Выступающие зубья футеровки являются концентраторами предельных напряжений вызывающих поперечные трещинообразования. Подвижная щека, с поперечными рифлениями, прижимает дробимый каменный материал к подвижной щеке, которая имеет продольное рифление одинаковой высоты.

Таким образом, в перпендикулярных плоскостях возникают предельные напряжения в дробящем материале. Такое сочетание напряжений не позволяет распространиться трещинам по всей длине (ширине) каменного материала, что исключает образование лещадного материала.

а) СМД-109А

б) СМД-110А

Рис. 7. Щековая дробилка: а) для дробления лещадки; б) для дробления куба

1 - футеровка без рифлений (плоскость); 2- футеровка с поперечным рифлением; 3 - футеровка с продольным рифлением

2. Ещё одной из последних разработок конструкции является патент на полезную модель «Конусная дробилка» №91298. Главной задачей полезной модели является получение щебня с кубовидностью в пределах 85-90%.

Указанный технический результат достигается тем, что к традиционному способу разрушения материала, который происходит преимущественно раздавливанием с истиранием, что провоцирует к образованию однохарактерных трещин, что в свою очередь, способствуют выходу зерен лещадной формы, придается сдвигающая сила.

Создание такой осевой силы можно добиться в традиционных конусных дробилках, за счет принудительного проталкивания каменного материала. Для этого на футеровке подвижного конуса создается спиралевидный выступ, который выполняет роль шнека при вращении подвижного конуса (рис.8).

              а)                                        б)

Рис. 8. Конусная дробилка для получения кубовидного щебня:

а) общий вид; б) подвижный конус

Одним из вариантов технологической схемы с использованием рассмотренных технических решений предлагается схема (рис. 9).

Щебень третьей группы поступает в пластинчатый питатель (установки крупного дробления), откуда подается на колосниковый грохот, в процессе которого щебень разделяется на две фракции: кубообразный и лещадку. В дальнейшем, щебень каждой фракции поступает в соответствующую щековую дробилку, для кубообразного – СМД-110А, диаметр кусков до 500мм, лещадка – СМД-109А, диаметром кусков до 300мм.

Полученные в процессе дробления куски размером до 120 мм из предыдущей установки крупного дробления, выгружается в приемный бункер пластинчатого питателя (установки среднего дробления), который в свою очередь подает поступившие камни на грохот, где происходит отсев на фракции: 5.10 мм, 10.15 мм, 15.20 мм. Затем, не отсеянные куски попадают в конусную дробилку с приемным отверстием 90.105 мм.

Раздробленный материал поступает на ленточный конвейер, затем в бункер питателя и по питателю на грохот, где происходит разделение щебня на фракции: 5.10 мм, 10.15 мм, 15.20 мм, щебень размером более 20 мм, пришедший с установки крупного дробления попадает в конусную дробилку, где и происходит его измельчение.

Таким образом, создается замкнутый цикл дробления.

Выводы

Использование рассмотренной технологии с использованием усовершенствованных конструкций щековых и конусной дробилок позволит в зависимости от формы поступающего каменного материала (куб или лещадка) использовать различное сочетание футеровок. При дроблении лещадного материала использовать сочетание футеровок плоскость на подвижной щеке и поперечные рифления на подвижно щеке, а кубовидный материал дробить, используя сочетание футеровок: вертикальные рифления на неподвижной щеке и поперечные рифления на подвижной щеке. Использование уникальных конструкций конусной и щековых дробилок, в комплексе позволит получить до 85-90 % кубообразного щебня.

Библиографический список

1. Вайсберг Л. А., Шулояков А. Д.Технологические возможности конусных инерционных дробилок при производстве кубовидного щебня //Строительные материалы.2000. №1. С.8-9.

2. Кумашцев Б. А., Дудко А. А. ВНИИ стройдормат, Рациональная конструкция дробящих плит щековых дробилок со сложным движением щеки //www.drobmash.ru

3. Кушка В. Н., Гаркави М. С. Оценка истинной формы зерна высококачественного щебня //www.drobmash.ru

4. Груздев А. В., Осадчий А. М., Газалеева Г. И. // Технология получения кубовидного щебня в конусных дробилках МК «УРАЛМАШ» //www.drobmash.ru

6. Конусная дробилка, Патент на полезную модель №91298, Бюл.№22 от 26.10.2009

7. Щековая дробилка, Патент на полезную модель №65400,Бюл.№22 от 10.08.2007

Федотенко Юрий Александрович – канд. техн. наук, доцент кафедры «Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований – совершенствование конструкций машин и оборудования для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур. Общее количество публикаций: 31 .e-mail: fedotenko_ya@sibadi.org

Анисович Анна Сергеевна – студентка Сибирской государственной автомобильнодорожной академии (СибАДИ) обучающаяся по специальности «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (нефтегазодобыча)». e-mail: annett-1609@mail.ru .

Источник: https://elibrary.ru