Конструкции дробилок и их основных узлов

Молотковые дробилки состоят из следующих узлов: ротора с шарнирно подвешенными молотками, колосниковых решеток, корпуса и регулировочных устройств.

Ротор является основным узлом молотковой дробилки, служащим для передачи энергии дробления от привода. Практически для всех молотковых дробилок принципиальное конструктивное решение роторов остается одинаковым. Ротор – это закрепленные на валу диски, на которых с помощью осей установлены молотки. Вал ротора вращается на двух подшипниках, установленных по его концам, и приводится во вращение в помощью клиноременной передачи или упругой муфты.

Роторы молотковых дробилок классифицируют: по числу продольных рядов молотков (число молотков при взгляде с торца ротора – три, четыре, шесть, восемь); по расположению молотков одного ряда относительно другого – кольцевое, с перекрытием зазоров; по форме дисков – круглые, фигурные, утолщенные с нишами.

Выбор числа рядов молотков определяется назначением дробилки. От числа рядов молотков зависит глубина проникновения дробимого материала в зону действия молотков, частота прохода молотков по колосниковой решетке. При большом числе рядов молотков время между проходами рядов молотков сокращается и соответственно уменьшается глубина проникновения частиц в зону действия молотков. В этом случае дробление происходит скалыванием небольших объемов материала и крупность продукта дробления уменьшается. Одновременно уменьшается пропускная способность дробилки в зоне первой камеры дробления. При большом числе рядов молотков интервалы между заменами изношенных молотков за счет большего их количества на роторе более длительные, хотя удельный износ повышается. Следует еще отметить, что при большем числе рядов молотков нагрузка на привод дробилки более плавная и равномерная, что существенно для дробилок, работающих на крупнокусковом материале.

Расположение молотков характеризуется положением одного ряда молотков относительно молотков других рядов. При кольцевом расположении молотки каждого ряда размещены вслед друг другу по окружности движения и при вращении образуют отдельные кольцевые рабочие зоны (рис. 2, а). Кольцевое расположение молотков широко используют для роторов различных конструкций как наиболее простое, а для дробилок некоторых типов оно является единственно возможным, например для дробилок с верхней колосниковой решеткой или с дробящими плитами зубчатой формы.

Рис. 2. Схемы расположения молотков: а –кольцевая; б – в шахматном порядке; в – кольцевая в полряда; г – с перекрытием с дистанционными втулками; д –сперекрытием в роторе снишами; е – с перекрытием в роторе с фигурными дисками; 1 – диск; 2 –молоток; 3– втулка.

При кольцевом расположении молотков их число в каждом ряду обычно одинаковое. Однако в некоторых случаях при использовании дробилки с неполной нагрузкой часть молотков в рядах через один снимаются. Причем в одном ряду снимаются все четные молотки, а в соседнем все нечетные. Такое расположение называют расположением молотков в шахматном порядке (рис. 2, б).

Иногда собирают молотки по полряда, т. е. на укороченных осях, равных половине длине ротора. При этом молотки одного ряда смещены к одной стороне ротора, а соседнего ряда – к другой (рис. 2, в). Подобное расположение молотков позволяет объединить операции демонтажа и монтажа молотков. Для этого ось молотков выталкивают на свободную часть ротора и при этом одновременно с одной стороны оси снимают изношенные молотки, а с другой стороны надевают новые. После завершения операции перемонтажа молотков ось вместе с новыми молотками оказывается на противоположной стороне ротора. При следующей смене молотков ось возвращается на прежнее место на роторе и т. д.

При кольцевом расположении молотков на роторе может быть собрано различное число рядов молотков. Так, ротор в шестью рядами молотков может быть собран не полностью – с тремя или двумя рядами. Эффективность работы дробилки той или иной сборки определяется опытным путем на месте эксплуатации.

Кольцевое расположение молотков используется для большинства молотковых дробилок. Однако при мелком дроблении чаще устанавливают молотки с перекрытием зазоров, когда следующий ряд молотков перекрывает зазоры между молотками предыдущего ряда (рис. 2, г–е). Это обеспечивает проработку материала во всем объеме рабочей зоны ротора и отсутствие «мертвых зон», которые образуются между кольцевыми рабочими зонами молотков.

При этом дробление происходит более эффективно, продукт получается более равномерного зернового состава и изнашивание рабочих органов происходит более равномерно.

Расположение молотков с перекрытием достигается в результате различных конструктивных решений роторов и молотков. Наиболее распространены роторы, у которых расстояние между дисками больше толщины молотка и молотки с помощью дистанционных втулок смещаются в одном ряду к одной стороне дисков, в другом – к другой стороне (рис. 2, г). Молотки в этих конструкциях применяют с утолщенной головкой, которая частично или полностью перекрывает пространство над дисками ротора.

Расположение молотков с перекрытием (рис. 2, е) достигается в роторах с фигурными дисками, которые устанавливают на валу ротора со смещением один относительно другого на некоторый угол. Каждый ряд молотков подвешивают в вырезах других дисков. Таким образом молотки одного ряда смещены относительно молотков соседнего ряда на половину своей толщины. В роторах такой конструкции угол колебаний молотка ограничен вырезом в диске ротора, обычно он превышает 90°, что является достаточным для нормальных условий работы дробилки. Недостатком этих конструкций является невозможность сборки ротора с разным числом рядов молотков.

Диски с нишами (рис. 2, д) применяют для роторов крупных дробилок, используемых при дроблении материала крупностью более 1000 мм и обеспечивающих выход продукта дробления до 30–50 мм.

Условия работы молотков характеризуются высокой динамической нагрузкой, абразивным изнашиванием и необходимостью их частой замены. Все это создает особые требования к их конструкции. Конструкция молотков должна обеспечивать высокий коэффициент использования металла (отношение массы изношенной части к массе нового молотка). Материалы молотков должны обладать высокой износостойкостью и хорошей вязкостью. Молотки должны быть просты по конструкции и иметь невысокую стоимость.

Молотки классифицируют: по числу рабочих поверхностей – с одной, двумя и четырьмя рабочими поверхностями; по диапазону колебаний – со свободными и ограниченными колебаниями; по числу деталей – цельные, составные; по конструктивной форме – пластины, с утолщенной головкой, П-образные, кольцевые и др.

Конструкции молотков отличаются большим разнообразием, вызванным различными условиями работы дробилок и требованиями к конструкции (рис. 3).

Рис. 3. Конструкции молотков: а, б – с четырьмя рабочими поверхностями; в – с двумя рабочими поверхностями; г – утяжеленные в двумя рабочими поверхностями; д – П-образная с двумя рабочими поверхностями; е – кольцевая; ж, з – с ограниченным диапазоном колебаний; и – то же, выдвижное; к – составное.

Молотки, показанные на рис. 3, а, б, выполнены в виде пластины с четырьмя рабочими поверхностями. Их применяют для дробления малопрочных материалов, материалов небольшой крупности и используют в дробилках при высоких окружных скоростях и значительном истирании материала на колосниковой решетке. Молотки имеют два отверстия для подвески на оси. На каждом отверстии может быть использовано две рабочих поверхности. Всего у молотков может быть использовано четыре рабочих поверхности. При изнашивании одной поверхности молотки переставляют. Если молотки установлены в реверсивной дробилке, то число перестановок уменьшается в два раза. Молоток, показанный на рис. 3, б, отличается более рациональной конструкцией вследствие более высокого коэффициента использования металла.

Молотки с двумя рабочими поверхностями (рис. 3, в, г) применяют для дробления средне- и крупнокускового материала. Утяжеленные молотки (рис. 3, г) имеют утолщенную головку, обеспечивающую большой запас кинетической энергии, что позволяет дробить поступающий материал с максимальными кусками 600–2000 мм. Масса таких молотков может достигать 90–250 кг. Обычно окружные скорости роторов с молотками такой конструкции составляют 30–50 м/с. При дроблении крупных кусков возможны большие углы поворота молотков, поэтому конструкции роторов должны допускать свободное их движение без упора в диски ротора. Молотки П-образной формы (рис. 3, д) имеют две рабочих поверхности и обычно используются для мелкого дробления прочного материала. Они обеспечивают равномерную проработку материала на колосниковой решетке, что повышает однородность продукта дробления. Процент использования металла в этих молотках выше, так как относительная масса головки молотка больше, чем у молотков, показанных на рис.3, а–г.

Молотки в виде кольца (рис. 3, е)применяют тогда, когда переработка материалов должна происходить в основном путем истирания. Наружная поверхность этих молотков может иметь зубчатую форму. Молотки с ограниченным углом колебания показаны на рис.3, ж, з. Ограничителями колебаний являются упоры, устанавливаемые на роторе перед каждым молотком. При вращении ротора молотки под действием центробежной силы прижимаются к упорам и находятся в рабочем положении. При ударе кинетическая энергия молотка, а также ротора вследствие особенности подвески молотка передается камню. Угол отклонения молотка при ударе составляет всего несколько градусов. После удара молоток возвращается в рабочее положение. По показателям дробления молотковые дробилки с молотками данного типа приближаются к роторным дробилкам. Однако они имеют невысокий коэффициент использования металла при изнашивании, поэтому их применение ограничено специальными дробилками.

Молоток, показанный на рис. 3, и, не имеет этого недостатка. Он может как бы выдвигаться по мере его изнашивания. Для этого упор, который удерживает молоток, переставляют на новое место, и молоток, поворачиваясь, занимает новое рабочее положение. Рабочая поверхность молотка спроектирована так, чтобы при любом его положении часть рабочей поверхности, контактирующая с материалом, всегда находилась под одним и тем же углом. Это обеспечивает стабильность показателей процесса дробления. Коэффициент использования металла таких молотков может достигать 70%.

Коэффициент использования металла повышается в результате применения составных конструкций молотков, например, головки – изнашиваемой части и ее держателя (рис. 3, к). Такое решение использует ряд фирм, например Ведаг Гумбольдт (ФРГ), Пионер (США), Эско Корпорацион (США) и др. Коэффициент использования металла головки разборного молотка достигает 40%. Держатель обычно служит 3–4 срока головки.

Составные молотки сложнее по конструкции и требуют более точного изготовления, что повышает их стоимость.

Износостойкость молотков повышают также путем подбора наиболее износостойких материалов, различных способов их обработки и наплавки твердыми сплавами.

В настоящее время молотки чаще изготовляют из стали 110Г13Л, обладающей при ударном воздействии способностью к упрочнению поверхностного слоя.

Колосниковые решетки молотковых дробилок предназначены для окончательного формирования зернового состава продукта дробления по максимальной крупности. Колосниковые решетки выполняют функции как сортирующего, так и дробящего органов. Поэтому к их конструкциям предъявляются соответствующие технико-эксплуата­ционные требования. Они должны эффективно пропускать частицы, достигшие заданной крупности, не допускать их переизмельчения на пути движения вдоль решетки и обеспечивать разрушение сверхмерных частиц. Кроме того, к решёткам предъявляются требования по прочности и надежности – они не должны ломаться от ударной нагрузки и быть достаточно устойчивы к абразивному изнашиванию. Конструкции решеток должны быть просты и удобны для обслуживания и замены. Колосниковые решетки классифицируют: по конструкции просеивающего элемента – наборные колосники, щелевые плиты, листовое сито; по конструкции крепления к корпусу – регулируемые и нерегулируемые; по степени перекрытия разгрузочного отверстия – замкнутые и открытые.

Наборные колосниковые решетки состоят из отдельных колосников, выполненных в виде брусков прямоугольного, треугольного или трапецеидального сечения. Колосники вставляют в специальные пазы каркаса решетки и закрепляют в нем. Размер щели между колосниками устанавливают с помощью прокладок. Размер щели может быть изменен путем переборки решетки и установки прокладок другой толщины. Это позволяет подобрать оптимальный размер щели непосредственно на месте эксплуатации. Щелевые плиты представляют собой литую пластину с цилиндрической рабочей поверхностью со сквозными отверстиями. По краям пластин предусмотрены платики для установки на каркасы решеток. Крепление плит болтовое. Колосниковые решетки со щелевыми плитами по сравнению с решетками с наборными колосниками более надежны при эксплуатации, более просты в изготовлении и сборке. Обычно их применяют для дробилок с щелями размером 10–50 мм.

Отверстия щелей колосниковых решеток выполняют расширяющимися в сторону разгрузки материала, что благоприятствует его эвакуации. Угол расширения составляет 10–20° и более. Кроме того, для однороторных дробилок предусмотрен наклон щелей в сторону вращения ротора под углом к радиусу 40–50°. Такая конструкция колосниковых решеток повышает эффективность разгрузки дробленого продукта, снижает переизмельчение и повышает производительность дробилки. Листовые сита применяют для дробления мягких, неабразивных материалов. Их выполняют в виде штампованного листа, свальцованного по окружности вращения молотков.

Регулируемые колосниковые решетки позволяют изменять зазор между ними и окружностью вращения молотков. Такая необходимость возникает при установке зазора перед началом эксплуатации дробилки, а также поддержания его при изнашивании молотков и собственно решеток. Регулируемые решетки выполняют составными, из нескольких частей. Каждую часть отдельно крепят к корпусу дробилки, и она имеет свои устройства для регулирования зазора, которые устанавливают с одной или двух концов решеток. Наиболее часто регулированные устройства выполнены в виде эксцентриковых втулок, винтовых или рычажных механизмов. Составные решетки удобней в обслуживании, особенно при углах обхвата ротора 120–200°. Кроме того, регулирование зазора с помощью нескольких механизмов дает возможность установить более равномерный зазор по длине решетки.

Нерегулируемые колосниковые решетки применяют тогда, когда зазор можно изменить перестановкой молотков на роторе. Нерегулируемые колосниковые решетки встречаются крайне редко, так как изменение зазора перестановкой молотков трудоемко и требует полной их переборки.

Замкнутые колосниковые решетки – решетки, полностью перекрывающие разгрузочное отверстие, применяют тогда, когда необходимо получить стабильный по крупности продукт дробления. В дробилках с такими решетками дробление материала происходит в замкнутом цикле, т. е. частицы, не прошедшие через щели между колосниками, вновь возвращаются молотками в камеру дробления. При нормальной работе циркуляционный поток в дробилке не превышает 10–15%. К исходному материалу для дробилок с замкнутыми колосниковыми решетками предъявляются повышенные требования по засоренности его недробимыми предметами, выход которых из дробилок невозможен. Для этого на линиях подачи исходного материала рекомендуется установка металлоискателей и металлоуловителей.

Открытые колосниковые решетки – решетки, не полностью перекрывающие разгрузочное отверстие. Открытая часть разгрузочного отверстия (разгрузочное окно) служит для выхода надрешетного продукта и недробимых предметов. Крупность продукта дробления при открытой решетке может колебаться в зависимости от степени изнашивания молотков, изменения производительности питания и физико-механических свойств исходного материала.

Дробилки без колосниковых решеток применяют для перерабатывания влажных и липких материалов, избирательного дробления и др.

Корпус молотковой дробилки является опорой для всех сборочных узлов и представляет собой сварную или литую конструкцию коробчатой формы. В корпусе дробилки различают две основных части: нижнюю часть – станину с встроенной колосниковой решеткой и консолями для подшипников, и верхнюю часть – с приемным отверстием и камерой дробления.

Конструкция верхней части корпуса определяется принятой схемой подачи исходного материала на ротор (рис. 4): под углом на ротор в сектор I; сверху ротора в сектора I – II или в сектор II; под углом на ротор в сектор II.

Первая схема дробления обеспечивает прием и дробление материала свободным ударом в секторах I и II ротора. Этим достигается предварительное измельчение материала перед решеткой. Схему используют в дробилках с замкнутым циклом дробления – колосниковая решетка полностью перекрывает разгрузочное отверстие.

По третьей схеме дробление происходит непосредственно на приемном лотке-плите путем откалывания отдельных частиц от кусков исходного материала. Данную схему используют в дробилках с подвижными дробящими полотнами для переработки влажных и липких материалов.

Процесс дробления по второй схеме совмещает особенности первой и третьей схем.

Рис. 4. Схемы подачи исходного материала на ротор: а – под углом в сектор I; б –сверху в сектор II; в – под углом в сектор II; I–IV – секторы.

Корпус дробилки снабжен люками с запирающимися дверцами, предназначенными для осмотра и замены быстроизнашивающихся деталей. Все разъемы в корпусе и дверцы люков делают пыленепроницаемыми. В отдельных конструкциях молотковых дробилок корпус снабжен карманом для улавливания недробимых предметов.

Для создания большего удобства и сокращения времени на ремонт и замену быстроизнашивающихся деталей в ряде конструкций молотковых дробилок предусмотрено использование гидроцилиндров для раскрытия корпуса.