Разработка принципиальной схемы дробилки с валками в форме РК-профиля

Введение. Измельчение материалов является важным этапом в технологических процессах переработки материалов в сельском хозяйстве, металлургии, теплоэнергетике, угольной и горнодобывающей отрасли. Качество и физикомеханические свойства измельченного материала определяют конечные техникоэкономические показатели продукции.

С целью повышения эффективности измельчения и технико-экономических показателей валковых дробилок производятся многочисленные исследовательские и конструкторские работы по модернизации деталей и узлов оборудования, применяются новые материалы и методы упрочнения наиболее изнашиваемых поверхностей рабочих органов.

Анализ известных способов и конструктивного исполнения устройств для измельчения показал, что одним из наиболее эффективных и широко распространенных является способ и устройства измельчения в валковых дробилках, поскольку они являются наиболее надежными и простыми по конструктивному исполнению. В большинстве валковых дробилок материал подается в зазор между вращающимися валками, а разрушение и измельчение сырья происходит за счет сжатия дробимого материала между ними [1–3]. Повысить эффективность измельчения можно за счет дополнительного истирающего воздействия на материал при реализации различных крутящих моментов на валках, либо при использовании валков разных диаметров в одной установке [4]. Однако это усложняет конструкцию привода, снижает надежность и долговечность.

Общим недостатком известных способов и конструкций валковых дробилок являются большие энергозатраты на единицу готовой продукции, так как при попадании в камеру дробления материал разрушается только за счет его сжатия и в результате сдвига между валками.

Известны способы дробления в валковых дробилках, при которых дробимый материал подает в зазор между вращающимся валком и неподвижной щекой [5]. В этом случае также реализуется разрушение посредством сжатия и сдвига. Однако это зачастую приводит к заклиниванию материала в зазоре между валком и неподвижной щекой, в первую очередь за счет изменения размеров зазора. Для предотвращения этого нежелательного эффекта необходимо увеличивать мощность привода. Но это увеличивает стоимость оборудования и затраты на его эксплуатацию, кроме того, увеличиваются удельные нагрузки на валки, что приводит к их повышенному износу. Технические решения и способы, позволяющие повысить интенсивность измельчения за счет применения валков конической формы, основания которых направлены в противоположные стороны, привода с эксцентриками и подпружиненного ведомого валка [6]. В этом случае реализуются знакопеременные циклические нагрузки на измельчаемый материал и несколько механизмов разрушения: истирание, сжатие и ударное воздействие. Такая система подвержена повышенному износу валков и опорных узлов вследствие ударных нагрузок, а применение двух независимых приводов усложняет конструкцию устройства.

Цель исследования: повышение интенсивности и эффективности процесса дробления, снижение износа рабочих органов и опорных узлов измельчителя, повышение надежности установки в целом.

Для достижения поставленной цели необходимо решить задачу по поиску и обоснованию новой кинематической схемы с повышенными характеристиками дробления и техникоэкономическими показателями возможного устройства.

Результаты исследования и их обсуждение. На основании анализа известных конструкций предложена новая кинематическая схема процесса дробления, в основу которой заложено применение валков в форме РК-профиля, исследованы геометрические и силовые характеристики новой конструкции валковой дробилки.

В дробилке с валками РК-профиля реализуются горизонтальные движения дробления, а также возвратно-поступательное вертикальное перемещение измельчаемого материала и рабочих профилей. Таким образом, при перемещении материала как минимум в двух координатах реализуется эффект перекатывания, благодаря чему повышается эффективность измельчения (рис. 1). Кроме того, существенно снижается вероятность заклинивания крупных кусков материала в щелевом зазоре, вследствие их отбрасывания из области контакта разнонаправленными силами. Если угол захвата достаточно мал – дробимый материал захватывается и измельчается, если нет – то отбрасывается из зоны контакта.

Рис. 1. Схема положений валков и дробимого материала

Рис. 2. Система сил, реализуемая в зоне измельчения между валками

Система сил, реализуемая в зоне измельчения между валками в виде РК-профилей, является знакопеременной, циклической (в отличие от постоянной схемы нагружения между двумя цилиндрическими валками) (рис. 2). Это позволяет повысить интенсивность измельчения, в том числе за счет совмещения различных механизмов разрушения материала: сжатия, растяжения, истирания, ударного воздействия и постоянного изменения направления сил, действующих на сырье, изменение численных значений, векторов сил и напряженно-деформированного состояния в системе «валки – частицы сырья».

Расчетами было показано, что при одинаковых значениях угла захвата и длины периметра сечений профилей цилиндрических валков и РК-профилей площадь сечения РК-профиля уменьшается на 10 % [7]. Поэтому необходимый крутящий момент на приводе дробилки может быть дополнительно снижен, но при этом обеспечивается увеличение удельной нагрузки, а встречное движение валков обеспечивается одним редуктором и двигателем, т. е. снижаются энергозатраты. Таким образом, за счет применения новой конструкции и кинематической схемы валков в форме РК-профиля снижаются ударные нагрузки на рабочие органы оборудования, повышается интенсивность дробления за счет изменения силовых характеристик процесса, повышается производительность.

Выводы

• 1.    Предлагаемая кинематическая схема дробилки и ее конструктивное исполнение обеспечивают повышение комплекса техникоэкономических показателей процесса дробления, а простота исполнения обеспечивает надежность конструкции в целом.

• 2.    Изменение напряженно-деформированного состояния материала в зоне измельчения между валками в форме РК-профиля, реализация знакопеременной, циклической системы сил, и, как результат, совместного воздействия различных механизмов разрушения материала: сжатия, растяжения, истирания, ударного воздействия, постоянного изменения направления сил, – позволяют повысить интенсивность и эффективность дробления, что, в свою очередь, обеспечивает улучшение технико-экономи-

• ческих показателей устройства и всего процесса технологического цикла измельчения.