Материал: Проектирование щековой дробилки

Рисунок 3 - Рифления щековых дробилок

Для всех  плит шаг t и высоту рифлений h  определяют по формуле

Так как ширина b  выходной щели - величина переменная, то принимают ее среднее (номинальное)  значение.

2.2 Определение угла захвата

Угол  захвата α - угол  между неподвижной и подвижной щеками дробилки (рисунок 4), который  должен обеспечивать разрушение материала при сжатии, то есть захват  куска, а не выталкивание его вверх.  На кусок, зажатый между щеками, действуют усилие P и равнодействующая R , причем

Силы трения  действуют на кусок материала против направления выталкивающей силы, то есть, направлены вниз. При сжатии кусок материала не будет выталкиваться вверх, если силы трения будут больше или равны выталкивающей силе

После преобразований получаем

Так как коэффициент трения   (φ - угол трения дробимого материала по материалу дробящих плит),  то

То есть  нормальное дробление возможно, если угол захвата равен или меньше двойного угла  трения. Согласно лабораторным исследованиям /12/, коэффициент трения каменных материалов о сталь  составляет 0,3, тогда угол внешнего трения φ =16°  и  α = 33° . Угол 33° является предельным углом захвата, обеспечивающим процесс дробления, но по результатам опытов по увеличению производительности и, исходя из конструктивных соображений, рекомендуется выбирать угол захвата    α =18…20°.

Принимаем угол трения α = 20°.

Рисунок 4 - Схема для определения угла захвата

2.3 Определение хода сжатия

Ход сжатия в верхнем S_в и нижнем S_н сечениях камеры дробления (рисунок 5) должны обеспечивать интенсивный процесс дробления по всей высоте камеры и отвечать  эффективным показателям процесса - производительности, степени дробления, расходу энергии.

Рисунок 6 - Схема для определения хода подвижной щеки

По результатам исследований, проведенных во ВНИИстройдормаше для дробилок с простым движением щеки

где B - ширина загрузочного отверстия, м.

Для дробилок со сложным движением щеки

Принимаем

Ход сжатия (мм) в нижней части камеры дробления дробилки с простым движением щеки определяется по формуле

где b - номинальная ширина выходной щели, мм.

3. Определение частоты вращения эксцентрикового вала

Частота вращения  эксцентрикового вала n , равная числу двойных качаний подвижной щеки, определяется из условия свободной разгрузки призмы материала из нижней зоны за  время отхода подвижной щеки от неподвижной (рисунок 6).

Рисунок 6 - Схема для определения частоты вращения вала

Это условие обеспечивает максимальную производительность. Если  эксцентриковый вал совершает n оборотов в секунду и время отхода  щеки равно времени половины  оборота, то

Из рисунка 6 следует, что  высота призмы материала, выпадающего  из камеры дробления

С другой  стороны

Объединив эти выражения, получим

В данной формуле не учтены силы трения кусков материала о дробящие плиты и друг о друга. ВНИИстройдормаш предложил зависимость частоты

вращения n для дробилок с простым и сложным движением щеки с шириной приемного отверстия до 600 мм включительно

Для дробилок с шириной приемного отверстия 900 мм и более:

4. Определение производительности, работы дробления и мощности привода

Производительность дробилок рассчитывается по методике, предполагающей, что разгрузка материала  происходит  только при отходе подвижной щеки и при этом за один  оборот вала из дробилки выпадает некоторый объем материала V (м³), заключенный  в призме высотой h (заштрихованный участок на рисунке 6).

где  m - коэффициент  разрыхления материала в объеме  призмы, по экспериментальным данным m = 0,5…0,6;- частота вращения  вала, с^-1.

где c - минимальное  расстояние между подвижной и неподвижной дробящей плитой в момент сближения  плит, м (рисунок 6).

Подставляя (19) в (18), получим

Подсчитанная по данной формуле производительность в большинстве случаев отличается от фактической,  так как исходные предпосылки недостаточно полно отражают характер  процесса  в камере  дробления.

С учетом  дополнительных параметров окончательно формула производительности для щековых дробилок будет  следующей

Где  - средний ход сжатия, м,

 - средневзвешенный размер кусков в исходном материале, м,

Для дробилок с шириной приемного отверстия  600 мм и  менее принимается

равным B;  для дробилок с шириной  приемного отверстия 900 мм и более, работающих на рядовой горной  массе

Определение мощности привода.

При определении  мощности привода дробилок может быть использована формула В.Л. Кирпичева /5/,  согласно которой работа дробления равна

где  - предел прочности дробимого материала, Па;

E - модуль упругости дробимого материала, Па;

 - полный объем камеры дробления, м³.

Данная формула не отражает точно процессы, происходящие при дроблении материала в камере, поэтому по экспериментальным данным ВНИИстройдормаша предложена следующая зависимость

где  - коэффициент  пропорциональности.

Коэффициент определяется, исходя из большого  числа различных факторов, и поэтому для  практических расчетов формула (23) не используется. Методика расчета работы дробления и мощности привода может выглядеть следующим образом.

Первоначально определяется мощность привода (кВт) дробилки по следующей формуле

где  - энергетический  показатель, кВт·ч/т; определяется в зависимости от вида горной породы и месторождения,  но, так как дробилки поставляются с универсальным приводом для работы на любых горных породах, на практике принимается

 - коэффициент  масштабного фактора (приложение 2);

П -  производительность, м3/ч;

 -  плотность дробимого материала, т/м³;

 -  средневзвешенный размер исходного материала,  мм.

После определения  мощности привода можно определить работу дробления (Дж) по формуле

где N - мощность  привода, Вт; - частота  вращения вала, с^-1.

Коэффициент  2 учитывает тот  факт, что в дробилках половина работы дробления совершается за  счет вращающихся маховиков.

5. Определение нагрузок, действующих на узлы дробилки

Определение усилия дробления Q_max производится из выражения  работы дробления. Согласно /5/, принимается во внимание, что дробящее усилие изменяется в течение рабочего хода щеки от 0 в начальный момент до максимального значения к концу  хода

где  - средний ход сжатия, м.

По данным ВНИИстройдормаша /5/ принимаем, что точка приложения максимального усилия расположена на 1/2 высоты камеры дробления,  считая от верхней кромки неподвижной щеки (рисунок 7).

Из формулы (26) определяется значение максимального дробящего усилия

По экспериментальным данным уточненное значение максимального усилия (Н) определяется по  формуле

где F - площадь дробящей плиты, м²;

Для предотвращения ложного срабатывания предохранительных устройств полученное значение рекомендуется увеличить в 1,5 раза, поэтому окончательно выражение для максимального усилия  можно записать

Нагрузки,  действующие на основные узлы дробилки (станину, подвижную щеку, эксцентриковый вал, шатун, распорные плиты), определяются расчетным или графическим  способом. 

Для дробилок с простым движением щеки чаще применяют  первый, а для дробилок со сложным движением - второй способ  определения нагрузок.

Усилия в  деталях щековой дробилки определяются следующим образом (рисунок 8).  Дробящее усилие   известно  по значению и направлению, оно приложено перпендикулярно рабочей поверхности подвижной щеки ВС в точке соответствующей 1/2Н (высоты приемного отверстия дробилки). Известно также  направление усилия Т, действующего на распорную плиту СD.

Рисунок  9 - Схема для  определения усилий в узлах дробилки со сложным движением щеки

Направление  силы R определяется при условии, что она должна пройти как через точку B (ось  подвеса качающейся щеки), так и через точку Е пересечения известных линий  действия двух других сил max Q и Т. Раскладывая известный вектор силы  на  составляющие, получаем значения сил T и R.

Силу  давления R можно разложить  на тангенциальное усилие Р и усилие S, направленное  к оси вращения  вала. Усилие Р действует перпендикулярно радиусу кривошипа АВ и развивает момент сопротивления Pr, преодолеваемый приводом.  Усилие  S действует на кривошип и оказывает давление на опоры  вала.  Таким образом, по известному дробящему усилию могут быть  определены усилия во всех деталях  дробилки.

Для определения  значений усилий, действующих на элементы дробилки, вычерчиваем схему дробилки в масштабе. По известному максимальному усилию дробления  вычисляем силовой масштаб построения всех сил, действующих на элементы: