Выбор основных параметров щековых дробилок для внутрикарьерного дробления Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

--© А.В. Лещинский, Е.Б. Шевкун,

2006

УДК 622.68.002.5(075.8)

А.В. Лещинский, Е.Б. Шевкун

ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ЩЕКОВЫХ ДРОБИЛОК ДЛЯ ВНУТРИКАРЬЕРНОГО

ДРОБЛЕНИЯ

Семинар №16

ш ш ерспективным видом карьерного

А-1 транспорта для доставки скальных руд и пород являются ленточные конвейеры, однако применение их усложняется необходимостью предварительного дробления горной породы перед погрузкой. Применение забойных самоходных дробилок позволяет осуществить полную конвейеризацию транспорта в условиях глубоких горизонтов, что резко повысит производи-тельность труда.

Щековые дробилки для крупного дробления традиционной конструкции имеют верхнюю подвеску подвижной щеки, что обеспечивает большие раздавливающие усилия в верхней части камеры дробления, а максимальный размах щеки внизу, что облегчает выход готового продукта и повышает производительность. Такая конструкция дробилки оправдывает себя на

обогатительной фабрике, где требуется высокая производительность при максимальной степени дробления.

Совершенно другая задача ставится дробилкам, предназначенным для внут-рикарьерного дробления - измельчение

Рис. 1. Схемы щековых дробилок с верхним подвесом подвижной щеки: а - традиционной (с плоской щекой) конструкции; б - со ступенчатой камерой дробления

крупных кусков материала до размеров, определяемых возможностями ленточных конвейеров. Дробление же пород до размера, достаточного для загрузки в мельницы, следует проводить не в карьере, а на обогатительной фабрике. Это позволить уменьшить количество оборудования в карьере, снизить его массу и, соответственно, стоимость монтажных и строительных работ, облегчит организацию перемещения дробильных агрегатов с одного концентрационного горизонта на другой по мере углубления карьера и уменьшит эксплуатационные расходы на дробление. Кроме того, значительно снизятся затраты энергии, потребляемой дробильным оборудованием в карьере, что облегчит решение вопросов его энергопитания.

Таким образом, требования к дробилке

Рис. 2. а - схема к расчету оптимального угла наклона щек; б - зависимость относительной высоты камеры дробления Но/Нт от угла наклона а2 подвижной щеки

для внутрикарьерного дробления можно сформулировать следующим образом:

• размеры и масса дробилки должны быть сравнительно небольшими;

• в дробилку поступают только куски материала, размеры которых превышают размер, соответствующий требованиям транспортирования на ленточном конвейере;

• вся породная мелочь, полученная в результате раскалывания крупных кусков, не задерживается в нижней части дробилки, а сразу выходит из камеры дробления.

Важным требованием, предъявляемым к щековой дробилке для внутри-карьерного дробления, является компактность, особенно это касается высоты дробилки, определяющей точку загрузки экскаватором. Для того, чтобы определить рациональные параметры дробилок для внутрикарьерного дробления, следует рассмотреть критерии и порядок расчета параметров дробилок традиционной конструкции.

Высота камеры дробления Н (рис. 1 а), определяющая, в основном, габаритный размер по высоте, в щековых дробилках традиционной конструкции принимается в зависимости от ширины загрузочного зева В в пределах

Н = (2,0...2,5). (1)

В свою очередь, ширина загрузочного отверстия дробилки зависит от максимального размера загружаемого куска материала БтаХ.

Известно [1], что допускаемая крупность кусков транспортируемого материала dmax зависит от ширины ленты конвейера В и процентного содержания таких кусков в

общей массе. Так, для грузов, содержащих куски размером dmax в количестве не более 15 % по массе,

dmax <(0,40...0,43)В,

а для грузов, содержащих куски размером dmax в количестве до 80 %: dmax < (0,25...0,30)Я.

Кроме того, максимальный размер кусков, транспортируемых ленточным конвейером, зависит от вида транспортируемого материала. Например, резинотканевая лента шириной 1600 мм позволяет транспортировать уголь кусками размером до 500 мм, а породы - размером только до 300 мм.

Таким образом, дробилка, которая может принимать куски камня размером, например, Dmax = 1000 мм, должна иметь ширину приемного зева 1200 мм и высоту камеры дробления около 3000 мм. Этим параметрам соответствует щековая дробилка типа СМ-118.

Габаритные размеры передвижного дробильного агрегата по высоте зависят, в первую очередь, от габаритных размеров приемного бункера и дробилки. Высоту бункера в транспортном положении можно значительно уменьшить шарнирной установкой бортов с поворотом их гидроцилиндрами. Рассмотрим возможность уменьшения высоты щековой дробилки.

Определим влияние углов наклона неподвижной а] и подвижной а2 щек относительно вертикальной плоскости (рис. 2, а) при постоянном значении угла захвата а на параметры дробилки.

Рис. 3. Изменение относительной высоты камеры дробления от угла захвата а

Высота камеры дробления Н зависит от углов наклона щек а1 и а2 следующим образом:

Н =-

В -1

tgal + tga2

(2)

На рис. 2, б показано изменение относительной высоты камеры дробления Н0>НТ от величины угла наклона подвижной щеки а2. Здесь принято Н0 - высота камеры дробления при а2 = а; НТ - текущее значение высоты камеры дробления при изменении значения угла а2.

Анализ приведенных графиков показывает, что максимальная высота камеры дробления получается в случае установки

а

щек под углом а1 = а2 = —, а минимальная высота - при вертикальной установке неподвижной щеки.

При неизменном размере загружаемого материала Бтах для уменьшения габарита щековой дробилки по высоте, а именно, камеры дробления, необходимо увеличивать угол захвата а (рис. 1, а). Изменение относительной высоты камеры дробления от угла захвата а приведено на рис. 3. Анализ графика показывает, что при изменении угла захвата от 18° да 20° высота камеры дробления уменьшается на 10,5 %, а при увеличении до 30° - на 44 %.

Но увеличение угла захвата возможно только до определенного предельного значения, да и с увеличением угла захвата снижается производительность. Таким образом, уменьшить высоту дробилки традиционной конструкции не представляется возможным.

В щековых дробилках с верхним подвесом подвижной щеки уменьшить высоту камеры дробления можно, сделав ее ступенчатой (рис. 1, б). Угол захвата каждой ступени камеры дробления меньше предельной величины, тогда как угол наклона всей подвижной щеки ащ больше.

Сравним основные параметры дробилок традиционной конструкции и дробилок с камерой дробления ступенчатой формы.

Высоту верхней ступени камеры дробления целесообразно определить из условия размещения в дробилке загружаемого материала. Известно, что ширина приемного зева дробилки В должна быть на 1520 % больше размера наибольшего куска загружаемого материала Бтах:

В = Кш Дтах =(1,15...1,20)^тах. (3)

Сделав допущение, что загружаемый материал имеет форму шара, рассчитаем расстояние И от верха камеры дробления до точки А опирания куска материала на подвижную плиту (рис. 4):

X

И =—, (4)

tga

где х - расстояние от точки подвеса подвижной щеки до точки А.

Расстояние у от точки А до неподвижной плиты по горизонтали равно

y = ■

Dm

-+-

D„

-cosa.

(5)

2 2

И, наконец, ширина загрузочного отверстия В равна:

В = х + у (6)

Подставив в выражение (6) значения В, х и у из (3) - (5), получим:

А,

K D =

ш max —

Отсюда

а

2

-(i + cosa) + h ■ tga.

h =

tga

(( -0,5(1 + cosa)).

(7)

Расстояние от точки А контакта куска материала до следующей ступени конструктивно следует принять около 0,3Бтах. Таким образом, высота верхней ступени подвижной щеки

к

h = D 1 ш

"в max

- 0,5(i + cosa)

tga

+ 0,3

(8)

Количество нижних ступеней камеры дробления определяется из следующих соображений. Чем больше количество ступеней, тем меньше ширина ат площадки между ступенями, которая в некоторой степени препятствует движению материала сквозь камеру дробления.

С другой стороны, большое количество ступеней усложняет конструкцию дробилки, т.к. на каждую ступень необходимо ставить сменные дробящие плиты. Примем количество ступеней равным трем. Для обеспечения унификации узлов рекомендуется сделать две нижние ступени одинаковой высоты.

В средней камере дробления крупные осколки куска материала, раздробленного

Рис. 4. Схема для расчета высоты верхней ступени камеры дробления

в верхней ступени, измельчаются до размера ётах, определяемого шириной забойного ленточного конвейера.

В нижней камере дробления происходит гарантированное измель-чение материала до допустимого размера dmax.

Определим высоту нижних ступеней дробилки из предположения, что ширина разгрузочного отверстия нижней камеры дробления 1н (рис. 5) равна

l„ =

d m

1,8...2,2

а ширина разгрузочного отверстия средней камеры дробления 1С:

1с = КС1Н ,

где КС - коэффициент, учитывающий соотношение между шириной разгрузочного отверстия средней и нижней камер дробления.

Максимальный угол захвата ащтах, получающийся при наибольшем схождении щек:

B -1

alx = arctg —JL

С другой стороны

(9)

Рис. 5. Схема для расчета высоты нижних камер щековой дробилки

l -l <Х = arctg^ hH

(10)

где 1с - ширина разгрузочного отверстия средней камеры дробления; Ин - высота нижней камеры дробления.

Приравняв выражения (9) и (10), полу-

чим:

B - lH

Hc

lc - К

К

(11)

Высота нижних камер дробления одинакова и определится

Н - Ив

к =■

2

(12)

Подставив выражение (12) в (11) и решив уравнение относительно Нс, получаем:

Hc =

he (B - lH)

B - 2lc + lH

(13)

На рис. 6 показаны профили камеры дробления ступенчатых дробилок с различным соотношением ширины разгрузочного отверстия средней ступени lc и нижней ступени lH. При соотношении Kc = 2 (поз. I) ширина ав площадки верхней камеры дробления велика. Она будет мешать продвижению материала вниз, снижая производительность. Кроме того, возможно зависание кусков материала в нижней части верхней камеры дробления.

При Kc = 3,33 (поз. IV на рис. 6) эффективность ступенчатой формы камеры дробления теряется, так как высота дробилки приближается к традиционной.

Таким образом, оптимальным будет какой-то промежуточный вариант (поз. II и III на рис. 6).

На рис. 7 представлены зависимости высоты ступенчатой камеры дробления Hc и угла захвата щеки ащ от соотношения между шириной разгрузочного отверстия средней ступени lc и нижней ступени lH.

Анализ графиков показывает, что высота дробилки Нс со ступенчатой камерой дробления и угол захвата ащ изменяются в широких пределах, и следует выбрать рациональное соотношение между ними.

Рассчитаем высоту нижних камер дробления из условия, что ширина площадок в нижней части верхней камеры дробления ав и средней камеры ас равны. Тогда из подобия треугольников АВС и ДАЕ (рис. 5):

ас ав Ив

—— = —, отсюда И = —,

2hc h

2.

tgащ = -

ав + Ъв

К

Так как ac = hctga, hc = 0,5hв, то

Ъв = hetga, а

в

Рис. 6. Профили ступенчатых камер дробления в зависимости от соотношения 1с/1н: I - 1с/1н = 2,0; I I - 1с/1н = 2,67; I I I - 1Д, = 3,0; IV - 1Д, = 3,33

=

(Кс + К )а

К,

= 1,5tga.

Таким образом, общий угол между образующими подвижной и неподвижной щек ащ в 1,5 раза больше угла захвата в ступенчатой камере дробления а, т.е.

ащ = 1,5а.

Так, например, для дробилки традиционной конструкции с шириной загрузочного зева В = 1200 мм и шириной разгрузочной щели 1н = 150 мм угол захвата а = 21°, а высота камеры дробления Н = 2730 мм. Для ступенчатой дробилки с теми же величинами В и 1н угол захвата ащ = 30°, а высота камеры дробления Нс = 1820 мм, т. е. на треть меньше, чем у дробилки традиционной конструкции.

При одинаковом ходе подвижной щеки внизу при ходе сжатия угол захвата ас дробилки уменьшенной высоты увеличивается больше, чем в дробилках традиционной конструкции (рис. 8).

Дас = Да—Н-,

С Нс

где Да и Дас - увеличение угла захвата дробилки при сближении щек соответственно дробилок традиционной конструкции и укороченной; Н и Нс - высота камеры дробления сравниваемых дробилок.

Да атах атт;

д _ С С

Дас = атах — атт ,

где а„

а

ат

и а

максимальный

и минимальный углы захвата сравнивае-

Рис. 7. -Зависимость высоты ступенчатой камеры дробления Нс (отнесенной к высоте верхней камеры дробления кв) и угла захвата ащ от соотношения ширины разгрузочного отверстия средней ступени 1С и нижней ступени 1н

мых дробилок в крайних положениях подвижной щеки:

Б -1

атах = аГС^-

атт = аГС^

ат ах=агС

ат т = аГСШ

Н

В-(I + 5);

Н ' В -1;

Нс '

В-(I + Б)

Нс '

где В- ширина зева дробилки; I - ширина

троЭ-

10

36

32

28

Не/П$

1.6

и

1.2

А/ * & \rnkt \ /

Ь/ьг, \

\

То и 18 22 26 Къ

Рис. 8. Схема для расчета угла захвата дробилки со ступенчатой камерой дробления

разгрузочного отверстия; 8н - ход щеки внизу; Н и Нс- высота камеры дробления соответственно дробилок традиционной и уменьшенной высоты.

Это обстоятельство играет положительную роль, так как с увеличением Аас увеличивается ход подвижной щеки в верхней части дробилки, что ведет к уменьшению «холостых» ходов щеки для обкалывания выступающих частей поступившего в дробилку камня и, соответственно, повышению производительности дробилки укороченной высоты.

С другой стороны, увеличение угла захвата в конце такта сжатия до величины, большей допустимо предельной, может привести к выбрасыванию камня из зева дробилки. Это обстоятельство следует учитывать и назначать угол захвата дробилки укороченной высоты следующим образом.

Максимальный угол захвата астах, получающийся при сближении щек, для дробилок укороченной высоты принимается таким же, как и для дробилок традиционной конструкции.

Минимальный угол захвата астЫ, получающийся при максимальном расхождении щек, для дробилок уменьшенной высоты должен быть равен:

атт _ атт — ,

где Ла 'с - разница между изменением угла захвата в ходе такта сжатия дробилок традиционной и уменьшенной высоты.

(

Дас = Дас - Да = Да

H

\

-1

Таким образом, дробилка с камерой дробления ступенчатой формы, рассчитанная по приведенной выше методике, по сравнению с традиционной щековой дробилкой имеет значительно меньшие габаритные размеры по высоте, не переизмельчает материал, обладает большей производительностью и меньшей энергоемкостью.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Справочник. Открытые горные работы / К.Н. Трубецкой, М.Г. Потапов, К.Е. Винницкий, Н.Н. Мельников и др. - М.: Горное бюро, 1994.- 590 с.

— Коротко об авторах -

Лещинский А.В. - кандидат технических наук, доцент, Шевкун Е.Б. - доктор технических наук, профессор,

кафедра «Строительные и дорожные машины» со специализацией «Открытые горные работы», Хабаровский государственный технический университет (ХГТУ).

© А.К. Семенченко, О.Е. Шабаев,"