Розрахунок конусної дробарки, яка використовується у технології виробництва щебеню
МІНІСТЕРСТВО
ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ
ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра
дорожньо-будівельних матеріалів і хімії
КУРСОВА РОБОТА
з дисципліни «Процеси і
апарати у виробництві будівельних конструкцій, виробів і матеріалів»
на тему: «Розрахунок конусної дробарки, яка
використовується у технології виробництва щебеню»
Студента ІІІ курсу, групи ТК-ІІІ-1
Напряму підготовки: будівництво
Фахового спрямування: технології будівельних
конструкцій, виробів та матеріалів
Лісовського В.В.
м. Київ - 2014 рік
Вступ
У гірничодобувній і переробній промисловості дуже широко
застосовуються пристрої для подрібнення великих шматків матеріалу і отримання
фракцій заданих розмірів. Такі пристрої були створені у вісімнадцятому столітті
і, пройшовши довгий шлях змін і вдосконалень, успішно використовуються в даний
час. Пристрій дробарки досить просте, але в той же час досить міцне, що
дозволяє використовувати їх в гірничодобувної, будівельної та інших галузях промисловості. Сьогодні
існує кілька типів дробарок, що розрізняються, перш за все за ступенем
подрібнення матеріалу. Це дробарки дрібного (5мм-25мм), середнього (25мм-100мм)
і великого (100м-300мм) дроблення. Крім того дробарки розрізняються за типом
дробить механізму. Бувають щокові, конусні, молоткові, роторні, валкові та
стрижневі дробарки. Так само розрізняються дробарки, призначені для подрібнення
різних матеріалів. Існують дробарки для дерева і каменю. Кожен вид дробарок має
декілька моделей. Призначених для конкретних видів робіт. Щокові дробарки використовують
для подрібнення матеріалу спеціальні рухомі металеві пластини, звані щоки.
Руйнування матеріалу здійснюється шляхом стиснення щік. Дробарка щокова, може,
застосовується для гірських порід будь-якої міцності з крупністю входять
шматків до 1500 мм. Такі дробарки є у всіх класах - великому, середньому і
дрібному. Подрібнення матеріалу відбувається шляхом стирання, вигину і
роздавлювання окремих шматків в робочому просторі клиноподібної форми,
утвореному двома дроблять плитами-щоками.
Для крупного сухого подрібнення матеріалів середньої і
високої твердості застосовуються конусні дробарки. Робочий орган таких дробарок
являє собою два конуси, вставлених один в іншій з зазором в якому при русі
одного із конусів відбувається руйнування матеріалу. Конусна дробарка займає
менше місця в порівнянні з іншими видами дробарок, простіше в експлуатації і,
отже, більш надійна. Такі дробарки широко застосовуються будівництві та
металургії, в хімічній промисловості і при будівництві доріг. Розміри
одержуваного продукту можуть регулюватися в широких межах, шляхом зміни
величини зазору між конусами. Для дроблення матеріалів малої і середньої
твердості призначається роторна дробарка, що забезпечує високу ступінь
дроблення. Дроблення матеріалу в таких дробарках здійснюється ударним методом,
для чого використовуються спеціальні біли, жорстко закріплені на роторі, що
обертається навколо горизонтальної осі. Існують однороторні і многороторние
варіанти дробарок, але найбільш популярні однороторні моделі. Напрям обертання
ротора періодично міняється, що забезпечує більший ресурс роботи. Такі дробарки
застосовуються для виготовлення заповнювача для бетону зі всіляких осадових
матеріалів, а так само матеріалів вулканічного походження.
Дробарка молоткова дещо нагадує роторні типи дробарок. Процес
руйнування матеріалу відбувається за допомогою спеціальних молотків, які
шарнірно закріплюються на роторі, що обертається з високою швидкістю.
Максимальний розмір завантажуваного матеріалу складає 600мм. Як правило, це
конструкції мають малу масу і відповідно не високу вартість. Такі дробарки
використовуються для подрібнення мінерального матеріалу середньої міцності має
до 8% вологості. Розрізняють однороторні і двороторного моделі, а так само
мають горизонтальне і вертикальне розташування вала ротора. Молоткові дробарки
встановлюються в приміщеннях і на відкритих майданчиках. Вони застосовуються
для отримання дрібнодисперсного карбонатної сировини, при виготовленні скла, а
так само для дроблення цегляного бою, вугілля і сухої глини при виробництві
будівельної цегли.
Дробарки СМД розшифровується як стаціонарна дробильна машина.
Це звичайні щокові дробарки, призначені для подрібнення матеріалів різного
розміру. Для СМД 108 максимальний розмір завантажуваних шматків не перевищує
250х900 мм, а для моделі СМД 110 ці розміри будуть 600х900 мм. Відповідно
відрізняється і потужність застосовуваних електродвигунів. Для СМД 108
використовується електродвигун потужністю до 30 кВт, а для СМД110 відповідно
105 кВт.
Дробарка - машина <#"793616.files/image001.gif">
Схеми конусних дробарок:
а - крупного дроблення; б - середнього дроблення; в -
дрібного дроблення. 1 - конічна нерухома чаша; 2 - подрібнюючий конус; 3 - вал;
4 - ексцентриковий стакан; 5 - зона дроблення.
У конусних дробарках матеріал дробиться в кільцевому просторі,
утвореному нерухомою конічною чашею 1 і розташованим усередині цієї чаші
рухомим подрібнюючим конусом 2, закріпленим на ексцентрично встановленому
(завдяки стакану 4) валу 3. Принцип дії всіх конусних дробарок однаковий:
наближення подрібнюючого конуса до чаші супроводжується дробленням
<#"793616.files/image002.gif">
-------
Мал. 1. Принципові схеми дробарок: а щічна; б конусна крупного
дроблення; у конусна середнього і дрібного дроблення; г валковая; д валковая
зубчаста: е молоткаста; ж роторна. <#"793616.files/image003.gif"> 
Мал.2 Конусна дробарка Мал. 3 Щокова дробарка
1 Підбір дробарки для певної стадії подрібнення
1.1 Підбір дробарки першої стадії подрібнення
Для первинного (крупного) подрібнення кам'яних порід
застосовуються переважно щокові дробарки. Цьому сприяє простота їхньої
конструкції, надійність у роботі, нескладність експлуатації. Останнім часом для
первинного подрібнення на дробарно-сортувальних заводах знаходять застосування
конусні дробарки крупного подрібнення (ККД - 900 і більш великі). Ці дробарки
можна рекомендувати для підприємств із середньою продуктивністю більш 200
м3/год. На підприємствах меншої продуктивності варто застосовувати для
первинного подрібнення щокові і роторні дробарки. У кожному конкретному випадку
питання про вибір того чи іншого типу дробарки варто вирішувати шляхом
економічного розрахунку. Вибір дробарки первинного подрібнення починається з
призначення ширини завантажувального отвору відповідно до розміру максимальних
шматків у вихідному продукті, що повинний складати не більш 85% від ширини
завантажувального отвору щокової дробарки і не більш 80% від величини
завантажувального отвору конусної дробарки. Дробарка попередньо вибирається за
розміром шматка вихідного продукту, а потім перевіряється за продуктивністю.
Продуктивність дробарок зазвичай приймається за паспортом завода-виробника. У
технічній характеристиці (паспорті) дробарки продуктивність дається, як
правило, для порід середньої міцності з насипною щільністю 1,6 т/м3 і за умови,
що найбільший розмір шматків вихідного матеріалу дорівнює 0,85 ширини
завантажувального отвору щокової дробарки, 0,8 - конусної дробарки. Тому для
порід з іншими фізичними властивостями потрібно вводити поправки на
подрібнюваність, насипну щільність і крупність. З врахуванням цих виправлень
продуктивність дробарки визначається за формулою (т/год.)
Q=Qп Кдр Кg Ккр
де Qп - продуктивність дробарки за паспортом, т/год.; Кдр-
поправочний коефіцієнт на подрібнюваність породи; Кg - коефіцієнт, який враховує
насипну масу породи, що подрібнюється, gн - фактична насипна маса породи, що
подрібнюється, т/м3 ; - насипна маса подрібнюваної породи за паспортом
дробарки, т/м3 (зазвичай =1,6 т/м3); ккр - поправочний коефіцієнт на крупність
подрібнюваної породи (табл. 2.3). Далі визначається необхідна ширина вихідної
щілини дробарки - е. Для даного типу дробарки при відомих характеристиках
матеріалу, що перероблюється, продуктивність прямо пропорційна ширині вихідної
щілини, яка повинна бути призначена такою, щоб найбільший розмір куска в
продукті подрібнення не перевищував визначеної норми, що випливає з умов роботи
наступних машин чи вимог до готового продукту. Так, наприклад, якщо дробарка
другої стадії розрахована на живлення матеріалом з кусками на більш 250 мм, то
і у продукті першої стадії не повинно міститися кусків крупніше 250 мм.
Приймаючи на вертикальній осі необхідні значення Qроз, на горизонтальній осі
визначається значення е ( для порід відповідної міцності). Після підбору
дробарки першої стадії подрібнення розраховується зерновий склад щебеню,
отриманий у дробарці цієї стадії. Визначення відсоткового вмісту кожної фракції
виконується за типовими графіками зернового складу щебеню (див. додатки, рис.
4, 6, 8, 11, 14, 16). Розбивка діапазонів фракції щебеню, відповідно до стандарту
на будівельний щебінь, приймається наступною: 0...3, 3...10, 10...20, 20...40,
40...60, 60...80, 80...120 мм. Завжди варто прагнути до зменшення кількості
дробарок первинного подрібнення за рахунок вибору більш продуктивних машин.
Якщо продуктивність дробарки при вибраній вихідній щілині виявиться меншою,
аніж навантаження на неї, то для першої стадії подрібнення в цьому випадку
доцільно прийняти більш крупну дробарку. Варто уникати збільшення кількості
паралельних дробарок першої стадії, тому що при цьому дублюється складне і
громіздке живильне устаткування (прийомний бункер, живильник), збільшуються
розміри цеху.
1.2 Підбір дробарок другої стадії подрібнення
Вибір типу, розмірів і кількості дробарок для другої і
наступних стадій подрібнення виконується в залежності від вимог, що ставляться
до готової продукції підприємств, кількості надмірних кусків, які містяться в
продуктах попередньої стадії подрібнення, і за тими ж критеріями, що і для
дробарок 1-ої стадії, тобто за найбільшим розміром каменю, що завантажується в
неї, і за продуктивністю. Розмір каменю, що виходить із дробарки 1-ої стадії,
залежить від величини вихідної щілини дробарки і властивостей матеріалу, що
подрібнюється. Якщо на першій стадії використовувалися щокові чи конусні
дробарки, то максимальний розмір вихідного з них каменю (мм) розраховується за
формулою
ІІ max=е1 j
де е1 розмір вихідної
щілини дробарки 1-ої стадії, мм; φ - коефіцієнт чисельно рівний величині абсциси на
графіках зернового складу в тій же точці, де відповідна крива пересікає
горизонтальну вісь координат (вісь d/е). При затрудненні в підборі дробарки за
допустимою крупністю каменя, що завантажується, з метою зменшення величини j¢ дозволяється точку перетину кривої брати не з
віссю d/e, а з лінією допустимого 5% “негабарита” (позначеного пунктиром). В
цьому випадку в гірській масі, що надходить в дробарку, буде 5% каменів за
розмірами більших, аніж розрахованих за формулою dІІ max=e1j¢. (15) Якщо на першій стадії подрібнення
використовуються дробарки ударної дії, то найбільший розмір каменю, що виходить
визначається за точкою перетину відповідної кривої з віссю абсцис.
Продуктивність
(м3/год) дробарки 2-ї стадії повинна бути не меншою розрахованої за формулою
QІІ=cQроз
де с - частка щебеню,
яку потрібно доздрібнювати.
Розвантажувальна
щілина дробарки 2-ї стадії повинна бути вибрана такою, щоб з неї не виходив
щебінь крупніше заданого розміру. Однак при цьому може утворюватися багато пилу
(фракції менші 3 мм). Щоб уникнути процесу промивання щебеню (так як за
стандартом допускається в товарному продукті не більше 5% фракції 0…3 мм),
вихідну щілину слід розрахувати з умови не перевищення 5% фракції від 0 до 3
мм. Але в цьому випадку із дробарки буде виходити “негабарит”, котрий в
залежності від конкретних умов слід направити в дробарку 2-ї стадії на
доздрібнювання. В цьому випадку дробарка 2-ї стадії буде працювати в замкненому
циклі і її продуктивність повинна бути з резервом, щоб переробити потік
“повернення”, тобто не менше розрахованого.
2 Класифікація
конусних дробарок
Конусні дробарки
поділяються на дробарки для крупного, середнього і дрібного дроблення. Принцип
дії всіх конусних дробарок однаковий. Дробить конус жорстко кріпиться навалу,
підвішеному до точки О, а нижнім кінцем вільно вставлений в ексцентриковий стакан.
Стакан встановлюється концентрично із станиною дробарки. Вісь валу злегка
нахилена до вертикальної осі корпусу дробарки. Ексцентриковий стакан одержує
обертання від електродвигуна. Жорстко закріплений на валу дробить конус робить
кругові качання, послідовно наближаючись до стінок конічної чаші і
віддаляючись. Наближення дробить конуса до чаші супроводжується дробленням
шматків матеріалу, що надходять в простір між ними, а видаленням.
Розвантаженням дробленого продукту. Дроблення матеріалу в конусних дробарках
відбувається безперервно. При відсутності холостого ходу час дроблення, а,
отже,і продуктивність у конусних дробарок вище, ніж у щокових.
Робочі простору
конусних дробарок для великого, середнього і дрібного дроблення розрізняється
між собою конфігурацією. У дробарок для великого дроблення конус крутий (кут
при вершині близько 20о), а у дробарок для середнього й дрібного дроблення -
пологий(Кут при вершині близько 100о).
Конусні дробарки для
великого дроблення відрізняються від дробарок для дрібного і середнього
дроблення величиною ексцентриситету склянки, а також амплітудою гойдання
дрібного конусу. У дробарок для великого дроблення ексцентриситет склянки
становить не більше 25 мм, а у дробарок для середнього й дрібного дроблення -
більше 100 мм.
Конусні дробарки
застосовують для дроблення всіляких порід, за винятком в'язких і дуже твердих.
У конусних дробарках
шматки матеріалу роздавлюються між зовнішнім і внутрішнім конусами у результаті
натискання внутрішнього конуса на матеріал. Конус при цьому переміщається по
коловій траєкторії, коливаючись щодо нерухомої точки (гірації). Під час
зближення конусів матеріал дробиться, а під час віддалення - вивантажується.
Конусні дробарки класифікують за такими ознаками:
а) технологічним призначенням: дробарки крупного дроблення (Dcp = 0,3... 1,5 м; dср = 0,05...0,2 м, де Dcp, dср - середній розмір відповідно
завантажуваного і вивантажуваного шматка); дробарки середнього дроблення (Dcp = 0,075...0,3 м; с/ср = 0,015...0,05
м); дробарки дрібного і середнього дроблення (Д.р = 0,03...0,075 м; dср = 0,003...0,015 м);
б) конструктивним оформленням: дробарки з підвішеним валом,
дробарки ексцентрикові, дробарки з консольним валом.
Кут захоплення дробарки з крутим конусом визначають так само,
як і для щелепної дробарки (рис. 2.5):
3 Визначення обертової частоти рухомого конуса
У конусній дробарці з крутим конусом за один оберт випадає
об'єм матеріалу, який до того був між двома конусами (рис. 2.6, 2.7).
Рис. 2.5 Рис. 2.6
Рис. 2.7
Висоту шару матеріалу, що випадає з дробарки, визначають так:
(2.23)
де S1+ S2 = S.
Шлях матеріалу, що вільно випадає,
(2.24)
де t=
.
З огляду на тертя між шматками матеріалу і конусом остаточно одержимо
(2.25)
де S = 2r
1,3dср; r - ексцентриситет, м.
Щоб визначити обертову частоту конусної дробарки з положистим конусом,
розглянемо поводження матеріалу в зоні паралельності (рис. 2.8).
Рис. 2.8
Силу, що рухає матеріал Р, визначають так:
(2.26)
де С = тg; т - маса шматка; а - прискорення руху
шматка. Розв'язуючи рівняння (2.13) щодо прискорення, одержуємо
(2.27)
(2.28)
Розв'язуючи рівняння (2.14) щодо обертової частоти п, одержуємо
(2.29)
де 
- кут між твірною і основою рухомого конуса, = 40...45°;f - коефіцієнт тертя; L = 0,08dн; dн - нижній діаметр
рухомого конуса, м (рис. 2.9).
Рис. 2.9
4 Визначення продуктивності
Площу перерізу об'єму, що випадає, для дробарки з крутим
конусом визначають (див. рис. 2.7) так:
(2.30)
За один оберт випадає об'єм матеріалу
(2.31)
де 
- коефіцієнт розпушення матеріалу; D1 =Dн- нижній діаметр нерухомого конуса.
Масова продуктивність
(2.32)
де лінійні розміри виражено в метрах.
Для дробарки з положистим конусом
(2.33)
Тоді
(2.34)
Потужність дробарок визначають за формулою, якщо 
д =0,2.. .0,3.
5 Опис конструкції конусної дробарки
Конусні дробарки застосовують великого ( ККД ), середнього ( КСД ) та
дрібного ( КМД ) роздрібнення. Дроблення здійснюється роздавлюванням і
стиранням у просторі між двома усіченими конусами - нерухомим корпусом і
подрібнюваною голівкою, вал якої закріплений склянці - ексцентрики. При
обертанні голівка з одного боку наближається до корпусу, руйнуючи шматки
сировини, з другого - видаляється від цього, забезпечуючи висипання продукту.
Головки дробарок КМД мають форму повного конуса, тому їх називають
грибовидними. Корпуси дробарок КСД і КМД поєднано з аналітичними рамою
потужними пружинами, які при потраплянні у робочу камеру не дробимого тіла
розтягуються, збільшуючи, в такий спосіб, розмір випускної щілини. Конусні
дробарки великого роздрібнення випускаються двох типів: дробарки типу ККД
великого первинного роздрібнення з загрузочними отворами 500, 900, 1200 і 1500
мм, призначені прийому шматків розміром від 400 до 1300 мм; дробарки типу КРД
(редукційні) великого вторинного роздрібнення при чотирьох стадійній схемі
подрібнення з загрузочними отворами 500, 700 і 900 мм, призначені прийому
шматків з розміром від 400 до 750 мм. Кут захоплення у конусних дробарок
порівняно з щоковими приймається трохи більшим. У виготовлених круто конусних
дробарках кут захоплення становить 23 - 25° і перевищує 27°, що він відповідає
коефіцієнту тертя, рівному 0,2 - 0,25. При великих кутах захоплення
відбувається викидання шматків матеріалу зі подрібнюваного простору. Зазвичай
для нерухомого конуса кут нахилу конуса утворює до вертикалі (X = 17° 10', для
рухомого конуса а = 9° 5'). Захоплення руди забезпечується кутом тертя 13° 25'.
Хід рухомого конуса прийнято відносити до площини розвантажувальної частини.
Величина ходу дорівнює двом ексцентриситетам валу. Ексцентриситет конусних
дробарок великого роздрібнення звичайно перевищує 21 мм. У дробарках ККД і КРД
ексцентриситет збільшується згори донизу, а ширина робочого простору, навпаки,
зменшується. У зв'язку з цим лімітуючим є ексцентриситет рухомого конуса у
верхній частині подрібнюваного простору. Зазвичай в конусних дробарках великого
роздрібнення ексцентриситет під нижнього конуса у верхній частині
подрібнюваного простору приймається близькими до 0,005 Dmax , де Dmax -
максимальна величина загружаючого шматка руди, мм. Конусні дробарки для
середнього та малого роздрібнення розрізняють профілем подрібнюваної зони і з
розмірам завантажувального отвору і розвантажувальної щілини. Дробарки КМД порівняно
з дробарками КСД мають меншу довжину, котра утворює рухом конуса ще більшу (в
1,5-2 рази) довжину паралельної зони, тому дробарки КМД зазвичай називають
коротко конусними. У дробарок КСД і КМД рухомий конус робить качання, кут
відхилення якого від вертикальної осі дробарки коливається не більше від 2 до
2,5°. У конусних дробарках середнього роздрібнення залежно від перероблюваної
руди легко регулюється розвантажувальна щілину, отже, і потужність. Порівняно
зі щоковими дробарками конусні мають такі переваги:
• Менша витрата енергії, оскільки роздрібнення здійснюється як
роздавлюванням, а й вигином;
• Велику продуктивність, більш спокійний хід подій і відсутність
динамічних навантажень, оскільки процес роздрібнення відбувається безупинно на
протязі всього обороту рухомого конуса;
• Можливість включати дробарку при додаткової камері дроблення .
Недоліки конусних дробарок:
• Відносна складність і дорожнеча конструкції;
• Дорожчий ремонт;
• Непристосованість до подрібненню в'язких матеріалів.
Список
дитературы
1.Фейгин Л.Я. Дробильные, сортировочные и транспортные машины. -М: Высшая
школа, 1973.
2.Бауман
В.А., Клуманцев Б.В., Мартынов В.Д. Механическое оборудование предприятий
строительных материалов, изделий и конструкций. -М.: Машиностроение, 1981.
3.Борщ
И.М., Вознесенский В.А., Мухин В.З., Сачко В.П., Сидоров Н.А. Процессы и
аппараты в технологии строительных материалов. - К.: Вита школа: 1981.
4.
Комар А. Г. Технология производства строительных материалов. - М: Стройиздат.
-1984.
5. Збожна
О.М. Основи технології. - Тернопіль:Карт-бланш.- 2002.
.Методичні
вказівки до практичних занять з дисципліни «Процеси і апарати для екологічно
чистих будівельних матеріалів». Х. - 2004