Конструктивные особенности узлов и деталей щековых дробилок
Основными частями щековых дробилок являются станина, эксцентриковый вал, подвижная щека, шатун, дробящие и распорные плиты, маховики и тяга с пружиной. Все они работают в тяжелых условиях – при больших напряжениях и динамических нагрузках, что предъявляет особые требования к обоснованию конструктивных решений и выбору материалов.
Станины применяют цельнолитые для малых дробилок, сварные – для средних и сборно-литые – для крупных. Переднюю и заднюю стенки, испытывающие изгибающие усилия, выполняют коробчатой формы или с ребрами жесткости. Части сборных станин соединяют болтами с использованием замков в виде пазов и выступов, воспринимающих усилия среза. Станины изготавливают из стали 25Л–1.
Эксцентриковый вал передает крутящий момент и испытывает большие изгибающие усилия при знакопеременных нагрузках. Эксцентриситет вала от 12 до 42 мм. Материал – легированная сталь 40Х.
Шатун воспринимает значительные растягивающие усилия и должен иметь по возможности меньшую массу для уменьшения сил инерции. Изготавливают из качественного стального литья. Материал – сталь 35Л–1.
Подвижная щека выполняется литой, коробчатой формы с обработанной лицевой поверхностью, к которой прилегают дробящие плиты. При плохом прилегание плит в щеке и плитах могут возникнуть местные перегрузки, грозящие аварией. Ось подвески подвижной щеки устанавливают на бронзовых или чугунных подшипниках. Так как угол поворота оси при качании щеки не превышает нескольких градусов, возможно использование резиновых подшипников, не требующих смазки и обеспечивающих необходимые смещения оси за счет упругих деформаций слоя плотной технической резины. Материал подвижной щеки – сталь 35Л–1.
Дробящие плиты (сменные быстроизнашивающиеся детали) являются основными рабочими органами щековых дробилок. Конструкция плит и износостойкость материала, из которого они изготовлены, оказывают большое влияние на технико-экономические показатели процесса дробления. Стоимость дробящих плит достаточно велика и составляет, по данным исследований, до одной трети стоимости общих затрат на дробление.
В подавляющем большинстве случаев дробящие плиты щековых дробилок изготовляют из высокомарганцовистой стали. Это объясняется высокой износостойкостью этой стали, а также ее способностью упрочнения в холодном состоянии в результате наклепа. Повышенная вязкость этой стали приводит к образованию зон большой твердости в местах, испытывающих большие нагрузки. Лежащие ниже слои металла по мере износа верхнего слоя также упрочняются наклепом, в результате этого твердость высокомарганцовистой стали при работе возрастает.
Конструкция дробящей плиты характеризуется двумя параметрами: продольным (рис. 3.1) и поперечным профилями (рис. 3.2).Среди элементов продольного профиля нужно выделить кривизну рабочих поверхностей и образуемый ими угол захвата.
Обычный прямолинейный профиль (рис. 3.1, а) с постоянным по всей камере дробления углом захвата наиболее распространен. Плиты такого профиля выпускают Выксунский завод ДРО, а также иностранные фирмы Драгон (Франция), Пегсон (Англия).
Двояковыпуклой профиль (рис. 3.1, б) применяют в дробилках со сложным движением щеки, предназначенных для мелкого дробления. Плиты такого профиля выпускают фирмы Драгон, Пегсон, Грюндлер (США), Лора Паризини (Италия) и др.
а б в г д
е ж з и
Рис. 3.1. Продольные профили дробящих плит
В России дробящие плиты изготовляют из стали 110Г 13Л. Известны многочисленные работы по применению для изготовления плит более дешевых и более удобных для обработки материалов, например отбеленного чугуна и др. Было много предложений по созданию сборной конструкции плит, состоящих из основного тела, изготовляемого из обычных сортов стали, и износостойкой рабочей поверхности (пластин, ребер и т.п.), прикрепляемой различными способами к основному телу. Все эти работы не дали до настоящего времени положительных результатов, так как предложенные плиты обладают более низкими технико-экономическими показателями по сравнению с цельнолитыми плитами из высокомарганцовистой стали.
Тольяттинский завод Волгоцеммаш, а также фирмы Трейлор (США), Куримотто (Япония) используют профиль с криволинейной нижней частью (рис. 3.1, в). Такая форма плит применяется в крупных щековых дробилках с простым движением щеки и способствует получению более однородного материала, а также увеличению срока службы плит. Эти преимущества перед прямолинейными профилями при одинаковой высоте объясняются постепенным уменьшением угла захвата в нижней зоне.
Близким к распространенному выше профилю является профиль с небольшой зоной параллельности в нижней части (рис. 3.1, г), используемый фирмами Гумбольд (Германия) и Драгон.
Фирма Фас (Франция) предложила выпукло-вогнутый профиль (рис. 3.1, д), полагая, что при этом материал будет подвергаться изгибу и разрушаться более легко, чем при чистом сжатии, однако на практике это не подтвердилось. Тем не менее такой профиль способствует улучшению формы зёрен и применяется в дробилках-грануляторах, в частности в дробилке-грануляторе фирмы Макрум (Польша).
Профиль, показанный на рис. 3.1, е, используют только в дробилках с простым движением щеки типа Кью-Кен (США, Англия), отличающихся сильно вынесенной над приемным отверстием осью подвеса.
Дополнительно можно указать на профиль с уменьшенным углом захвата в нижней зоне (рис. 3.1, ж), применяемый обычно, как и двояковыпуклый профиль (рис. 3.1, б), для мелкого дробления. Он встречается в дробилках фирм Пегсон, Грюндлер, Пайонир (США) и др.
Широко распространен прямолинейный профиль со скосами у торцов, образующих небольшую зону параллельности (рис. 3.1, з). Этот профиль применяется Выксунским заводом ДРО, а также иностранными фирмами Драгон, Пегсон, Паркер (Англия), Эш Верке (ФРГ).
Фирма Крупп (ФРГ) для ударно-щековых дробилок изготовляет плиты с профилем (рис. 3.1, и). Такой профиль в сочетании с увеличенным ходом щеки значительно повышает производительность и существенно улучшает форму зёрен продукта дробления.
Поперечный профиль дробящих плит характеризуется конфигурацией рифлений. Наиболее распространена треугольная форма. Чаще всего такие плиты изготовляют с рифлениями, параметры которых (шаг, высота, радиусы сопряжений) постоянны для всей рабочей поверхности плиты.
Стремление снизить износ привело к созданию рифлений притупленной трапецеидальной формы. Рифления закруглённой формы также способствуют снижению износа.
Отечественная промышленность в настоящее время не выпускает плит с закруглёнными рифлениями, однако некоторые зарубежные фирмы, например Пайонир (США), комплектуют свои дробилки и такими плитами.
Исследования А.А. Дудко во ВНИИСтройдормаше показали, что размер и конфигурация рифлений дробящих плит влияют как на зерновой состав продукта дробления, так на производительность и потребляемую мощность.
Наилучшие технологические показатели и качество продукта дробления достигаются при размере щели, близком к шагу рифлений (при соотношении между высотой и шагом рифлений 1:2). При этом дробилка обеспечивает максимальную производительность по выдаче материала размером менее разгрузочной щели при наименьших энергозатратах. Поэтому рекомендуется выбирать размер и конфигурацию рифлений в зависимости от конкретных условий эксплуатации дробилки. Стандарт предусматривает использование трапецеидальных (рис. 3.2, а) и треугольных (рис. 3.2, б) рифлений. Область применения таких рифлений различна. Дробящие плиты с рифлениями трапецеидальной формы применяют для предварительного дробления в дробилках с приёмными отверстиями размерами 250 и 400 мм. Дробящие плиты с рифлениями треугольной формы применяют для предварительного дробления в дробилках с приёмным отверстием размером 600 мм и более и для окончательного дробления в дробилках с приемными отверстиями размерами 250, 400 и 600 мм.
а)
б)
Рис. 3.2. Поперечные профили дробящих плит:
а – рифления трапецеидальной формы; б – рифления треугольной формы
Распорные плиты, шкивы и маховики отливают из чугуна СЧ 18–36. Распорные плиты обеспечивают работу дробилки, а при попадании недробимого материала ломаются, предохраняя ценные узлы от разрушения.
Параметры рифлений дробящих плит приведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Параметры рифлений дробящих плит
-
Ширина
приемного отверстия,
мм
Длина
приемного
отверстия,
мм
Ширина разгрузочной щели дробилки, мм
Размер рифлений, мм
t
h
a
r
r1
не более
250
400
50/80
30/50
20/30
60
40
20
30
20
10
15
−
−
6
3
2
10
5
5
250
900
50/80
30/50
20/30
60
40
20
30
20
10
15
−
−
5
3
2
10
5
5
400
600
80/100
50/80
40/50
80
60
40
40
30
20
20
−
−
8
5
3
10
5
5
400
900
80/100
50/80
40/50
80
60
40
40
30
20
20
−
−
8
5
3
10
5
5
600
900
100/160
80/100
130
80
65
40
−
−
5
5
10
5
900
1200
1500
2100
1200
1500
2100
2500
130/180
150/250
180/280
200/300
120−140
135−165
40−70
50−80
50−90
95−110
−
−
−
−
10
10
10
10
15
15
15
15
Примечание: в числителе приведены наименьшие значения щели, а в знаменателе – наибольшие.
В дробилках с простым движением щеки предохранительным слабым звеном является задняя плита, меньшая по размерам и более легко сменяемая; при сложном движении щеки – плита одна. В случае поломки предохранительной распорной плиты без попадания недробимого материала не следует ставить более прочные плиты, так как это может привести к аварии ответственных узлов дробилки.
Следует проверять качество монтажа, правильность установки вкладышей распорных плит, так как даже небольшой их перекос вызывает недопустимые местные перенапряжения в плитах и их поломку.
Для дробилки с простым движение щеки без шатуна может быть использовано эффективное пружинно-рычажное предохранительное устройство (рис. 3.3, а), срабатывание которого легко отрегулировать затяжкой пружины 1. Устройство такого типа можно сочетать и с работой распорных плит.
Достоинством пружинных устройств является простота и возможность сравнительно легко встраивать их в существующие модели без значительных изменений их конструкции.
Предохранительные устройства могут быть выполнены в виде муфт предельного момента, устанавливаемых между эксцентриковым валом и маховиками (рис. 3.3, б). При остановке эксцентрикового вала упор 1, передававший крутящий момент ступице шкива от обода, отклоняется, сжимая пружину 2. Наличие предохранительных устройств, вынесенных в привод, позволяет применить новые типы распорных устройств в виде роликовых опор (рис. 3.4, а, б, в), цилиндрических шарниров (рис. 3.4, г), опорных колец (рис. 3.4, д), ползунов (рис. 3.4, е).
|
|
а) б)
Рис. 3.3. Предохранительные устройства щековых дробилок:
а – пружинно-рычажное; б – с отклоняющимся упором
При заклинивании щеки и срабатывании предохранительного устройства возникает необходимость не только заменить вышедший из строя предохранительный элемент, но и разгрузить оставшийся в камере дробления материала, так как привод большинства современных щековых дробилок не обеспечивает запуска под завалом, а это ведёт к простоям оборудования и материальным потерям, достигающим примерно 1 млн руб в год.
Для сокращения времени вынужденных простоев щековых дробилок, что особенно важно при их работе в составе автоматизированных технологических линий, необходимы устройства, обеспечивающие запуск дробилки при любой степени заполнения дробильной камеры нераздробленным материалом.
Рис. 3.4. Новые типы распорных устройств щековых дробилок:
а, б, в – в виде роликовых опор; г – цилиндрических шарниров; д – опорных колец; е – ползунов
Перемещение опоры и поворот эксцентриситета обеспечиваются встроенной гидросистемой, положение 1 – при пуске, положение 2 – при нормальной работе (рис. 3.5). Исследования показали, что вспомогательный привод, состоящий из электродвигателя, редуктора обгонной муфты и клиноременной передачи, прост, надёжен и наилучшим образом обеспечивает пуск дробилки под завалом. Дополнительным приводом снабжены щековые дробилки С – 890, с простым движением щеки без шатуна и некоторые другие типы.
Во ВНИИСтройдормаше исследовались устройства в виде вспомогательного привода, повышающего при запуске крутящий момент, и устройства, позволяющие уменьшить ход подвижной щеки в момент запуска, а после набора двигателем номинального числа оборотов постепенно увеличить размах качаний щеки. Одно из устройств снабжено подвижной опорой задней распорной плиты (рис. 3.5), второе – имеет сдвоенный эксцентриковый вал (рис. 3.6) с регулируемым суммарным эксцентриситетом вала (а значит, и ходом щеки) от е = 0 до е = 2е1 .
Рис. 3.5. Устройство для запуска щековых дробилок под завалом с подвижной опорой задней распорной плиты
Рис. 3.6. Устройство для запуска щековых дробилок под завалом с двойным эксцентриковым валом