V. Машини за дробене и смилане. Определение

Начини на раздробяване – съществуват различни начини за раздробяване, като: натиск на смачкване, огъване, разчупване, разцепване, удар, стриване. Тези начини са представени на фиг.4 и се реализират в различни машини.

Фиг.4. Основни начини на раздробяване

Таблица 1. Основни начини на раздробяване

От своя страна натрушаването се дели на:

Смилането от своя страна се дели на:

Фиг.5. Ъгъл на захващане при раздробяване

При тези машини е значителен разхода на енергия, която в някои случаи достига до 40 % от общите разходи. За това основно правило при раздробяването е “да не се раздробява нищо излишно“, т.е. раздробяването да се провежда до такава степен, каквато е необходима. Изразходваната енергия при раздробяването трябва да отива само за преодоляване на силите на сцепление без отделяне на топлина.

1. 
   Челюстни дробилки.
   

Те се използват за първично или вторично раздробяване. При тях материала попада между две челюсти поставени под известен наклон. Едната е подвижна и периодично се приближава спрямо другата неподвижна челюст. Ъгълът на захващане се определя конструктивно и не се влияе от големината на падащите късове. Най-често този ъгъл е от 15-20 градуса. За да се предпазят от износване челюстите са снабдени със сменяеми дробилни плочи, изработени от твърда стомана, легирана с манган. Тези плочи имат надлъжни ребра, за да се увеличи огъващия ефект при раздробяването(фиг.6).

Фиг.6. Челюсти, снабдени с дробилни плочи

Фиг.7. Челюстна трошачка с просто движение на подвиж­ната челюст

1 - неподвижна челюст; 2 - рамка; 3 - подвижна челюст; 4 -ос; 5 - ексцентриков вал; 6 - маховик;

7 - винт и гайка; 8 -пружина; 9, 10 - клинове; 11, 13 - упорни плочи; 12 – мотовилка, 14-прът

Фнг.8. Челюстна трошачка със сложно движение па подвижната челюст

1 - неподвижна челюст; 2 - рамка; 3 - подвижна челюст; 4 - ек­сцентриков вал; 5 - маховици;

6 - винт и гайка; 7 - пружина; 5, 9 - клинове; 10 - предпазна плоча; 11 – прът

Фиг.9. Принципна схема на конусна дробилка

На фиг.10 е показана конусна трошачка с подвижна ос и горен лагер. Оста 19 на дробящия конус е лагерувана в горния радиално-аксиален лагер 1,2,3 и в радиалния лагер, наклонено изработен в ексцен­триковия вал 13. По този начин дробящият конус може свободно да се търкаля върху материала, като го дроби, без да го стрива. Ексцентриковият нал 13 е лагеруван в радиалния лагер 12 и аксиалния лагер 15 и се задвижва от електродвигателя чрез еластичен съединител и ко­нусната зъбна предавка 17. Горният лагер се състои от конусната втулка, поставена неподвижно в напречника 4, цилиндричната втулка 2(закрепена неподвижно към оста 19) и от пръстена 3. По този начин втулката 2 може свободно да се плъзга и търкаля в конусната втулка 7 и по основния пръстен 3. Хлабината между броните 7 и 9 и тялото 8 на дробящия конус е изпълнена с цинковата заливка 6. Външният конус също е брониран с плочи 20. Едрината на из­ходния продукт може да се регулира чрез гайката 22, която чрез развиване чрез носовия клин 21. Раздробеният мате­риал се изнася от наклонения улей 14. Междинната втулка 23 поддържа втулката 2. Тази гайка е осигу­рена срещу развиване чрез носовия клин 21.Раздробеният материал се изнася от наклонения улей 14.

Фиг.10. Конусна дробилка с подвижна ос и горен лагер

1,2,3- лагер; 4 - напречннк; 5 - гайка; б - заливка; 7,9- брони; 8 - тяло на дробящия конус;

10, 11 - уплътнителни пръстени; 12 - лагер; 13 - ексцентриков вал; 14 - улей; 15 - гайка; 16 - пружина; 17 - зъбна предавка; 18 - маслоотбиващ пръстен; 19 - ос; 20 -плочи; 21 - клин: 22 - регулираща гайка; 23 - втулка; А - подаване на масло; Б - от­веждане на масло

Фнг.11. Конусна дробилка с неподвижна ос

1 - напречник; 2 - неподвижна ос; 3 - втулка; 4 - дро­бящ конус; 5 - зъбна предавка; 6 - вал;

А, Б - подаване и отвеждане на масло

- валцова дробилка с един подвижно лагеруван валц;

- валцова дробилка с два подвижно лагерувани валци;

- валцова дробилка с неподвижно лагерувани валци;

Фиг.12. Видове валцови трошачки

а – с един подвижно лагеруван валц; б – с два подвижно лагерувани валца; в – с неподвижно лагерувани валци
При първата конструкция лагерите 1 на левия валц са неподвижни, а лагерите 4 надесния валц се притискат чрез силните пружини 5 към не­подвижните опори 2. Поста­вените между лагера 4 и опората 2 пластини 3 регулират раз­стоянието D_k между валии­те. Силата на пружините е избрана така, че при нормални работа лагерите 4 да са ви­наги притиснати до опорите 2 и пластините 3. Случайно попадналият между валците твърд предмет отмества подвижно лагерувания валц, като преодолява силите на пружините и преминава с материала между валците. Тъй като се премества само единия от валците машината и фундамента изпитват хоризонтални удари.

При втората конструкция не се получават такива удари, тъй като и двата валца могат да се отместват, когато помежду им попадне твърд предмет. Тази конструкция е усложнена и се среща по-рядко. И при двете конструкции попадналите между валците твъди предмети преминават с материала и го замърсяват.

При третата конструкция валците са лагерувани неподвижно и през тях не могат да преминават случайно попаднали твърди тела. Валците се задвижват чрез прост предпазен съединител, който изключва машината при претоварване.
На фиг.13 са представени дробилки с индивидуално задвижване на всеки валц , а на фиг.14 - дробилка с един набразден и един гладък валц.

На фиг.13 е показана валцова трошачка с индивидуално задвижване на всеки валц от отделен електро­двигател чрез ремъчна предавка. Тази конструкция дава възмож­ност да се избират подходящи ъглова скорост и мощност на всеки валц съобразно с конкретния случай. Когато материалът трябва само да се раздробява или мачка, избират се еднакви ъглови скорости и мощност за двата валца. Ако материалът трябва да се стрива, избират се различни ъглови скорости и мощности. Валците 7 и 8 са монти­рани върху общата чугунена рама 1 и се задвижват от ремъчни шайби. Десният валц 7 е лагеруван в неподвижните лагерни кутии 6, а ле­вият 8 - в подвижните лагерни кутии 4, които може да се отмест­ват в рамките 2, като преодоляват силата на двете пружини 3. Си­лата на пружините и разстоянието между двата валца се регули­рат чрез гайки. Повърхнината на гладките валци се почиства чрез стъргалките 9. Валците са защитени от ламаринен кожух, през чийто отвор 5 се подава материалът. Разгледаната машина е предназначена за смилане на меки материали.

Фиг.13. Валцова трошачка с индивидуално задвижване на всеки валц

рама; 2 – рамка; 3 – пружина; 4, 6 – лагерни кутии; 5 – отвор; 7, 8 – валци; 9 – стъргалки
На фиг.14 е показана вал­цова трошачка с един набразден и един гладък валц. Предназ­начена е за раздробяване на по-груб материал. Задвижва се от един двигател чрез ремъчната шайба 1, междинния вал 2 и зъбна предавка. Набразденият валц 4 се задвижва направо от зъбно коле­ло, а гладкият 8 - от вала 5 на набраздения валц чрез специална зъбна предавка. Разстоянието D_k между двата валца може да се променя чрез деформация на пружината 9. Силата на пружината се регулира чрез винта 11 и специална гайка. Когато между валците попадне голям твърд предмет, гладкият валц се отмества, като преодолява силата на пружините. Ако това отместване не е достатъчно,срязва се предпазната шайба 10. Валиите са снабде­ни със сменяеми цилиндрични брони, които са закрепени към главините 6 чрез разцепените двойноконусни пръстени 3. Това улеснява бързото подменяне на износените брони. Материалът се подава през зах­ранващата фуния 7. В грубата керамика се използуват каменоотделителни дробилки, за да отделят съдържащите се в глината камъни. При тях мате­риалът се подава между два валца с различен диаметър и съот­ветно с различна периферна скорост. При удара върху гладкия валц, който има много ниска скорост, глината се деформира пластич­но, губи своята кинетична енергия и преминава между двата вал­ца. Камъните остават и се изхвърлят от дробилката

Фиг.14. Валцова трошачка с един набразден и един гладък валц

1 - ремъчна шайба; 2 - вал; 3 - двойноконусен пръстен; 4 - набразден валц; 5 - зад­вижващ вал; 6 - главина; 7 - захранваща фуния; 8 - гладък валц; 9 - пружина, регу­лираща разстоянието; 10 - предпазна шайба; 11 - регулиращ винт
1.4. Колерганти.
Колергангите се използват за смилане на сухи или влажни материали при осигуряване на периодичен или непрекъснат процес. Извършва се смачкване или стриване между(по-рядко конусни) валци и плоската повърхност на тава. Колергангите могат да бъдат с неподвижна тава и два обикалящи по нея валца или с въртяща се тава и неподвижни валци(фиг.15). И двете конструкции имат свои предимства и недостатъци, като изборът се извършва в зависимост от материала за обработване и степента на обработка.

Фиг.15. Видове колерганги

а - с неподвижна тава и обикалящи около нея валци; 6 - с въртяща се тава и неподвиж­ни валци
1.5. Чукови дробилки.
Чуковите трошачки се използуват за едро, средно и ситно раз­дробяване на крехки материали със сравнително малка твърдост и абразивност(варовик, въглища и др.) и с максимално допусти­мо влагосъдържание - до 15%. Раздробяването на материала се дължи главно на ударното действие на въртящи се с голяма скорост чу­кове, а също и на ударите в отражателните плочи на отхвърления от чуковете материал. Допълнително раздробяване чрез стриване се извършва върху решетка, разположена в долната част на кожу­ха на някои видове конструкции.

Основният конструктивен белег, според който чуковите трошачки се разделят на две големи групи, е начинът на закрепване на чуковете към ротора на машината. Различават се чукови трошачки с шарнирно зак­репени чукове и с неподвижно закрепени чукове. В зависимост от броя на роторите чуковите трошачки се разделят на еднороторни и двуроторни, в зависимост от разположението на чуковете в роторите - на едноредови и многоредови и в зависимост от посоката на въртене на роторите - на нереверсивни и реверсивни.

Фиг.16. Чукова трошачка с неподвижно закрепени чукове

В сравнение с другите видове трошачки чуковите трошачки имат следните предимства: висока степен на раздробяване при значително по-нисък разход на енергия на единица продукция; простота и компактност на конструкцията; по-малки размери; възможност за автоматизиране на технологичната линия; херметичност на конструкцията, позволяваща включване на трошачката към аспирационна система и др.

Като по-съществени недостатъци могат да се посочат бързото износване на работните органи на машината, особено при раздробяване на абразивни материали, необходимостта от точно динамично и статично балансиране на въртящите се елементи и неравномерността на зърнестия състав на крайния продукт.
1.6. Дезинтегратори.
Дезинтеграторите се използват широко в силикатната промишленост за ситно раздробяване на крехки материали със сравнително малка твърдост и абразивност, като каолин, варовик, въглища и др. Раздробяването се постига вследствие на многократните удари, нанасяни последователно върху материала от палците на два въртящи се в противоположна посока ротора (фиг.17).

Роторите 9 и 10 са монтирани върху двата отделни вала 12 и 4 с независимо задвижване (в случая от ремъчните шайби 11 и 3). Към всеки ротор по концентрични окръжности са закрепени няколкото реда палци 8. За по-голяма стабилност свободните краища са свързани с отделните за всеки ред пръстени 6 и 7. За улеснение на ремонта супортът 2, носещ десния ротор, може да се премества осово чрез винтовия механизъм 1. Подлежащият на раздробяване материал се подава равномерно през захранващата фуния 5 в зоната на вътрешния ред палци. След удара в палците частично раздробеният материал се посреща от палците на втория ред, въртящи се в противоположна посока. Така, като преминава последователно от един ред на друг, окончателно раздробеният материал се събира в долната част. За да се осигури равномерна работа на машината, захранването и се осъществява от дозатор.

Като недостатъци на дезинтегратора могат да се посочат бързото износване на палците, трудната им замяна и необходимостта от точното балансиране на въртящите се части на машината.

Фиг.17. Дезинтегратор

1 - винтов механизъм; 2 - супорт; 3, 11 - ремъчни шайби; 4, 12 - валове; 5 - захранваща фуния;

6, 7 - пръстени; 8 -палци; 9, 10 – ротори

Фиг.18. Режим на работа на топковите мелници

а - лавинен: б - водопаден; в - при критична ъглова скорост
В барабаните се поставят подходящи топки и материалът за смилане. В зависимост от неговата скорост на въртене, вътрешния му диаметър и други фактори, се различават принципно два режима на работа – лавинен и водопаден. При лавинният режим, ъгловата скорост е сравнително малка. Материалът и мливните тела се увличат от въртящия се барабан до известна височина, след което се свличат периодично надолу срещу движението на барабана(фиг.18а). При водопадният режим ъгловата скорост е по-висока и благодарение на центробежната сила материалът и мливните тела успяват да се издигнат над хоризонталната централна равнина(фиг.18б), след което се отделят от вътрешната повърхнина и политат по параболични траектории надолу. С увеличаване на ъгловата скорост, мястото на отделяне на мливните тела и материала от повърхнината на барабана се издига все по-нагоре, като се образува общ концентричен слой. В този момент мелницата престава да работи(фиг.18в), като тази скорост се нарича критична ъглова скорост.

Материалът в мелницата може да бъде сух или омокрен, което определя и режима на смилането - сухо и мокро смилане. Смилането може да се извършва периодично или непрекъснато - фиг.19, като при непрекъснатото смилане се реализират отворен или затворен цикъл.

а

б

а – при отворен цикъл ; б – при затворен цикъл

Фиг.20. Многокамерна мелница

Фиг.21. Конусна тоикона мелница

9 и зъб­ното колело 5.

Фиг.22. Цилиндрична въртяща се топкова мелница

1 - кутия; 2 - ос; 3 - барабан; 4 - диафрагма; 5 - зъбно колело; 6 - ребра; 7, 11 - лагери; - конусни топкови мелници

При тях топките от само себе си се нареждат, така че в началото при по-големия диаметър на мелницата се намират най-големите топки. С намаляването на диаметъра – топките стават все по-малки. Така в началото на конусните мелници, материалът се смила при водопаден режим, а в края им – при лавинен режим. Вътрешната повърхност на мелниците е облицована с оребрени или гладки твърди брони, отлети от манганова стомана.

Фиг.23. Конусна въртяща се топкова мелница

На фиг.23 е показана конусна мелница за сухо смилане в затворен цикъл. Барабанът й се състои от две конусни части, съединени чрез цилиндрична част. Задвижва се чрез зъбна предавка. При сухо смилане в затворен цикъл материалът по­дава от дозатора 8 постъпва в барабана през кухата ос 7 и излиза от него през кухата ос 6. Същевременно вентилаторът 3 вдухва въздух през тръбата 4 и кухата ос 6. Въздухът увлича ситните частици и преминава през тръбата 5 в сепаратора 10. Тук той попада в ши­роко пространство и намалява скоростта си, при което най-едри­те частици се отделят и се връщат по тръбата 9 обратно в мелни­цата за досмилане. В горния край на сепаратора въздухът заедно с по-ситните и най-ситните частици преминава тангенциално през направляващите лопатки 11 във вътрешната конусна част на сепаратора 1, която изпълнява функциите на циклон. Тук по-ситните частици се свличат по стените надолу и също се връщат през тръ­бата 9 за досмилане, а най-ситните частици се увличат от въздуха и се отделят в циклона. От циклона очистеният въздух се засмуква през вентилатора 11, с което цикълът на движението му се затва­ря. За да не се вдига прах и да не се замърсява околната среда, цялата система работи при налягане, по-ниско от атмосферното. Въздухът, засмукан през оста 7 и през другите недостатъчно уп­лътнени места, се изпуска след вентилатора през тръбата 2. На това място са поставени две клапи. Едната притваря тръбата 4 така, че сред нея налягането на въздуха да бъде малко по-ниско от атмос­ферното. Другата клапа е поставена пред тръбата 2 и регулира количеството на въздуха, което трябва да се изпусне в атмосферата. Конусните мелници може да работят и по мокрия начин.
- тръбна топкова мелница

При производството на цимент се използуват тръбни мелници, разделени с решетки на няколко камери. В пър­вите камери се поставят по-големи топки, а в следващите - по-малки. В последната камера мливните тела обикновено са цилиндрични, изработени от прътов материал.

Фиг.24. Ексцентрнкова вибрационна топкова мелница

1 - двигател; 2 - съединител; 3 - лагери; 4 - лагери; 5 - отвор; 6 - тяло;

7 - ексцентрнков вал; 8 - пружини

Фиг.25. Инерционна топкова мелница

1 – двигател; 2 – съединител; 3 – лагери; 4 – отвор; 5 – тяло; 6 – вал; 7 – пружини
2.2. Пръстенови мелници
Работният орган на пръстеновите мелници се състои от стоманени ролки или топки, които се търкалят по пръстен. Търкалящите се ролки или топки се притискат към пръстена под действието на центробежна сила или пружини. Смилането на материала става чрез натиск, смачкване и стриване. На фиг.3-70, Желязков, 1959 са показани схеми на пръстенови мелници.
2.3. Колоидни мелници
Когато раздробяването на материала трябва да бъде много фино(с части от микрона) се използват колоидни мелници. Размерите на най-едрите частици смлян материал при тях е от 1 до 0,4 μm. Те се използват и за получаване на колоидни суспензии за емулгиране и приготвяне на хомогенни разтвори. Смилането на материала в колоидните мелници се извършва чрез триене или удари по мокър или сух начин.
- за мокро смилане

На фиг.3-78 и 3-79, Желязков, 1959 са представени колоидни мелници за мокро мелене, чрез триене и съответно с удар. При тези мелници течността с плуващите в нея твърди частици постъпват през специални отвори, като при първата мелница скоростта на въртене на вертикалния ротор е много висока от 30 – 125 м/сек. и разстоянието между ротора и гнездото е много малко (0,05 мм). При другият тип мелница суспензията се подлага на многобройните удари на палците, при което се постига ефектът на фино смилане. Колоидните мелници работят обикновено в затворен цикъл, при което суспензията се обработва толкова дълго, докато се получи желаното съотношение на смилане. На фиг.3-80, Желязков, 1959 е представена конструкция на такава мелница.. Мокрото смилане е най-разпространеният и достъпен начин за приготвяне на колоидни разтвори.