Кинематика конусных дробилок

Кинематика конусных дробилок

Конусные дробилки являются высокопроизводительными машинами при переработке различных горных пород на всех стадиях дробления. В зависимости от назначения разделяют конусные дробилки для крупного (ККД), среднего (КСД) и мелкого (КМД) дробления. [1,2,3]

В конусных дробилках материал разрушается в камере дробления, образованной двумя коническими поверхностями, из которых одна (внешняя) неподвижная, а другая (внутренняя) подвижная.

Кинематические схемы конусных дробилок крупного (ККД) среднего и мелкого дробления (КСД и КМД) показаны на рисунке 1 а, б.

Подвижный конус 2 жестко прикреплен к валу 3, нижний конец которого вставлен в эксцентриковую втулку 4 так, что ось вала образует с осью вращения втулки (осью дробилки) некоторый угол, называемый углом гирации. У дробилок ККД вал подвижного конуса шарнирно закреплен вверху на траверсе 1.

Подвижный конус дробилок КСД и КМД опирается на сферический подпятник 5. Вал конуса не имеет верхнего крепления и поэтому эти дробилки называются конусными дробилками с консольным валом. Там же на верхнем конце вала для равномерного распределения исходного материала по рабочему пространству дробилки находится тарель 6, жестко закрепленная.[4] Эксцентриковая втулка получает вращение от приводного устройства, при этом подвижный конус получает качательное (гирационное) движение.

У дробилок ККД центр качания 0 находится в верхней части в точке подвеса, у дробилок с консольным валом он также находится в верхней части в точке пересечения осей вала и дробилки.

Рисунок 1. Кинематические схемы конусных дробилок: а – крупного дробления; б – среднего и мелкого дробления

При работе дробилки ось вала описывает коническую поверхность с вершиной в точке 0, при этом образующие поверхности подвижного конуса поочередно приближаются к неподвижному конусу, а затем удаляются от него, т.е. подвижный конус как бы перекатывается по неподвижному (через слой материала), вследствие чего происходит непрерывное дробление материала. Таким образом, конусная дробилка работает так же, как щековая. Отличие состоит в том, что дробление в конусной дробилке происходит непрерывно, т. е. в любой момент времени происходит сближение какого-либо участка поверхности подвижного конуса с неподвижным и дробление материала в этом месте, в то время как на диаметрально противоположной стороне подвижный конус отходит от неподвижного.

В действительности подвижный конус совершает более сложное движение. При работе дробилки вхолостую силы трения в кинематической паре эксцентриковая втулка - вал могут оказаться больше, чем силы трения в кинематической паре вал - точка подвеса для ККД или силы трения в паре подвижный конус - сферическая опора для КСД и КМД. Тогда конус будет вращаться вокруг своей оси в том же направлении, что и эксцентриковая втулка.

В зависимости от соотношения сил трения в кинематических парах частота вращения конуса n1 может изменяться от 0 до n частоты вращения эксцентриковой втулки.

Вращение подвижного конуса вокруг своей оси – явление нежелательное, так как приводит к излишним динамическим нагрузкам в момент загрузки материала в камеру дробления, поэтому в некоторых конструкциях конусных дробилок предусмотрены специальные тормозные устройства, препятствующие вовлечению подвижного конуса во вращение.

Рисунок 2. Схема конусной дробилки:

1 -ось неподвижного конуса; 2 – ось подвижного конуса; 3 – точка гирации; 4 – подвижный конус; 5 – неподвижный конус; 6 – эксцентрик; 7 – центральная расточка корпуса дробилки; 8 – траектория точки при ω1; 9 – то же, на холостом ходу; 10 – то же, при дроблении.

Если происходит дробление материала, то силы трения между материалом и конусами значительно превышают силы трения в указанных выше парах и заставляют подвижный конус вращаться вокруг собственной оси в направлении, противоположном вращению эксцентриковой втулки [2].

Из вышесказанного следует, что подвижный конус имеет две степени свободы, совершает сложное вращение. В теории такой случай движения называют движением тела, имеющего одну неподвижную точку, - случай Эйлера.

Вектор мгновенной угловой скорости подвижного конуса  ω будет равен векторной сумме векторов скоростей переносного и собственного вращения:

ω = ω1 + ω2

Вектор переносной угловой скорости ω1 подвижного конуса равен угловой скорости эксцентрика, что следует непосредственно из кинематической схемы дробилки, ω2 – вектор угловой скорости собственного вращения подвижного конуса [5].

Рассмотрим схему действия сил в произвольном горизонтальном сечении камеры дробления конусной дробилки, показанную на рисунке 3,на котором приняты следующие обозначения: Р – усилие дробления; РЭ – реакция со стороны эксцентриковой втулки на вал; r – эксцентриситет оси вала относительно оси дробилки; r1 – радиус вала; R – радиус подвижного конуса.

Рисунок 3. Схема действия сил в произвольном сечении конусной дробилки

При раздавливании материала в камере дробления возникают силы трения F1 = f1P (здесь – коэффициент трения поверхности подвижного конуса о породу; Р – усилие дробления); F2 = f2PЭ (здесь f2 – коэффициент трения поверхностей втулки и вала) и соответствующие им моменты относительно оси подвижного конуса М1 = f1R, М2 = F2r1.

Так как F1> F2 (f1>f2) и R > r1 то М1> М2 и подвижный конус будет вращаться вокруг своей оси в направлении, обратном вращению эксцентриковой втулки, с частотой вращения n2 = (nr)/R, где n – частота вращения эксцентриковой втулки. Практически n2 меньше n в 20–30 раз.

Во время холостого хода усилие дробления Р отсутствует, поэтому сила трения F2 обусловлена отклонением оси конуса на угол гирации γ и будет

F2 = f2mg tgγ,

где m– масса узла подвижного конуса; g – ускорение свободного падения.

Сила трения F2 в этом случае приложена к валу против его вращения и при этом возникает момент М2 = F2r 1, вызывающий вращение подвижного конуса в сторону вращения эксцентриковой втулки [2].

К особенностям работы конусных дробилок можно отнести то, что все частицы, которые появляются в продукте дробилки, должны быть меньше ширины разгрузочной щели в открытом положении, но больше ширины щели в закрытом положении. В работе дробилки большую роль играет внутренняя классификация, поскольку частицы, размер которых больше ширины щели в открытом положении, могут оставаться внутри зоны дробления для последующего разрушения до тех пор, пока они не уменьшатся до размеров разгрузочной щели. Конструкция некоторых типов конусных дробилок позволяет частицам, размер которых меньше ширины разгрузочной щели в закрытом положении, проходить через дробилку, практически не разрушаясь. Однако существуют и такие виды конструкций дробилок, в которых происходит значительное разрушение таких частиц [6].

Библиографический список:

1. Авдеев Я.А., Классификация конусных дробилок / Я.А. Авдеев, Ю.М. Фадин //Молодежь и научно-технический прогресс: матер. междунар. науч. техн. конф. - Губкин. 2014. - С. 153-155.

2. Бауман В.С., Клушанцев Б.В. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. Москва, «Машиностроение», 1981 г. С. 324.

3. Богданов В.С., Шарапов Р.Р., Фадин Ю.М., Семикопенко И.А., Несмеянов Н.П., Герасименко В.Б. Основы расчета машин и оборудования предприятий строительных материалов и изделий. Старый Оскол, «ТНТ», 2013 г. С. 680.

4. Борщевский А.А., Ильин А.С. Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий. Москва. Высш. шк., 1987 г. С. 368.

5. Клушанцев Б.В., А.И. Косарев. Дробилки. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации. Москва. «Машиностроение», 1990 г. С. 320.

6. Линч А.Д. Циклы дробления и измельчения. Москва. «Недра», 1981 г. С. 343.

Авдеев Я.А., аспирант,

Фадин Ю.М., канд. техн. наук, проф.,

Герасименко В.Б., доц.,

Исаев В.С., д-р техн. наук, проф.

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Белгородской области в рамках проекта №14-41-08042 «р_офи_м», с использованием оборудования ЦВТ БГТУ им. В.Г. Шухова

Источник: https://elibrary.ru