Переработка и утилизация твердых бытовых отходов (ТБО)

• барабанные вращающиеся (рис.1.6, к) и вибрационные (рис.1.6, л) мельницы измельчают материал ударами и истиранием свободно падающих мелющих тел, последние поднимаются во вращающемся барабане под действием центробежной силы, а в вибрационных мельницах – в результате вибрации 

 барабана 

Рис.1.6. Схемы дробильно-помольных машин  

      

2.2 Щековые дробилки

Щековые  дробилки применяют для крупного и среднего дробления различных материалов во многих отраслях народного хозяйства .Они способны разрушать нерудные материалы практически всех разновидностей. Главным параметром щековых дробилок является размер (ширина и длина, В×L) приемного отверстия камеры дробления, образуемой подвижной и неподвижной щеками. Отечественная промышленность выпускает дробилки с размерами приемного отверстия

B× L (мм): 160× 250, 250× 400, 250× 900, 400× 900, 600× 900, 900×1200,

1200×1500, 1500× 2100, 2100× 2500.Классификацию щековых дробилок осуществляют по характеру движения основного рабочего органа (подвижной щеки), так как именно это определяет важнейшие технико-эксплуатационные параметры дробилок. По принципиальны кинематическим схемам различают дробилки с простым и со  сложным движением щеки. В дробилках с простым движением щеки  движение от кривошипа к подвижной щеке передается кинематической цепью. При этом траектории движения подвижной щеки представляют собой или прямые линии или части дуги окружности. В дробилках со сложным движением щеки кривошип и подвижная щека образуют кинематическую  пару. В этом случае траектории движения точек подвижной щеки  представляют собой замкнутые кривые, чаще всего эллипсы .В дробилках с простым (ЩДП) движением щеки 1 (рис.1.6, а) последняя подвешена на оси 2. Щека  совершает качательные  движения по дуге окружности, которые ей сообщает  вращающийся эксцентриковый вал 3, черезт шатун 4 и распорные плиты5       

Рис. 1.7. Варианты подвеса и привода подвижной щеки:

 а) верхний подвес и вертикальный шатун; б) верхний подвес на эксцентриковом валу; в) верхний подвес и горизонтальный шатун; г) нижний подвес и вертикальный шатун;  1 нижний подвес и горизонтальный шатун; е верхний подвес двусторонней щеки и вертикальный шатун; е эксцентриситет.

 При  нижнем подвесе наибольшее качание  совершает верхний конец подвижной  щеки. Нижний конец щеки зафиксирован  осью, поэтому ширина выходной  щели остается постоянной. Это  позволяет получать продукт с  более однородным гранулометрическим  составом. Однако в результате  постоянства ширины выходной  щели создаются застойные зоны  в нижней части пасти дробилки. Это затрудняет выход измельченного  материала, снижает производительность  и повышает расход энергии  на единицу готового продукта. Поэтому щековые дробилки с  нижней опорой подвижной щеки  изготовляют небольшой производительности  и применяют в основном для  исследовательских целей.

При сближении  щек  материал дробится, а при  удалении их друг от друга куски  материала опускаются  вниз и  выпадают из камеры , если их размеры  меньше ширины выходной щели. Затем цикл повторяется. В ЩДП материал измельчается раздавливанием и, частично, изломом и раскалыванием, поскольку на обеих щеках установлены дробящие плиты с рифлениями в продольном направлении. В дробилках со сложным (ЩДС) движением щеки рычажный механизм имеет более простую схему . Эксцентриковый вал3 непосредственно соединен с шатуном, являющимся подвижной щекой 1 дробилки. Нижним концом щека шарнирно опирается на распорную плиту 5. Щека совершает сложное движение, и составляющие перемещения точек ее поверхности направлены как по нормали к поверхности щеки, так и вдоль нее; траектории точек по форме  напоминают эллипсы. Вследствие этого в ЩДС материал измельчается как раздавливанием, так и истиранием, что облегчает процесс дробления вязких материалов. Кинематическая схема ЩДП позволяет создавать относительно большие нагрузки на измельчаемый материал, чем в ЩДС, при одинаковых вращательных моментах на приводных валах. Это особенно важно при дроблении больших кусков прочных материалов. Существенным недостатком ЩДП рис.1.7, является малый ход сжатия в Верхней части камеры дробления. Для ЩДС характерен значительный износ дробящих плит. Однако конструкция ЩДС, в целом, более проста и менее металлоемка по сравнению с ЩДП.В зависимости от конструкции механизма, приводящего в движение щеку, различают дробилки с рычажным и кулачковым механизмами, а также с гидравлическим передаточным механизмом

 

Рис. 1.8Щековая дробилка с простым движением щеки

На рис. 1.8 показана типовая конструкция дробилки для крупного дробления с простым движением подвижной щеки. Подвижная щека 3, ось 4 которой установлена в подшипниках скольжения, закрепленных на боковых стенках станины 1, получает качательные движения через распорные плиты 10 и 11 от шатуна 6, подвешенного на эксцентричной части вала 5, приводимого во вращение от электродвигателя через клиноременную передачу. Рабочие поверхности щек футеруют сменными дробящими плитами 12 и 13, изготавливаемыми из износостойкой стали. Боковые стенки камеры дробления также облицованы сменными плитами 2. Рабочую поверхность дробящей плиты, как правило, изготавливают рифленой и реже (для первичного дробления)

гладкой. От продольного профиля плит зависят условия захвата кусков и гранулометрический состав материала .Циклический характер работы щековых дробилок (максимальное нагружение при сближении щек и холостой ход при их расхождении) создает неравномерную нагрузку на двигатель. Для выравнивания нагрузки на приводном валу устанавливают маховик и шкив-маховик. Маховики «аккумулируют» энергию при холостом ходе и отдают ее при ходе сжатия.

В процессе эксплуатации возникает необходимость  регулировать ширину выходной щели камеры дробления. В крупных дробилках для этого устанавливают разные по толщине прокладки между упором 9 и задней стенкой станины. Гарантированное замыкание звеньев механизма привода подвижной щеки осуществляется пружиной 7 и тягой 8.

В конструкциях  современных дробилок предусматривается  установка самовосстанавливающихся  после срабатывания устройств, предохраняющих элементы машины от поломок при попадании  в них«недробимых» предметов. На практике применяют следующие варианты предохранительных устройств: подпружиненный рычаг, шарнирно соединенный с подвижной щекой ; пружина в сочетании с распорной плитой; пружина в сочетании с рычагом и распорной плитой и т.д.

 

Рис. 1.9Схема пружинного предохранительного устройства

 На рис. 1.9показана схема предохранительного устройства, совмещенного с распорной плитой. Жесткость пружины должна обеспечивать работу дробилки при нормальных нагрузках. При попадании в машину не дробимых предметов пружины сжимаются на величину, необходимую для проворачивания эксцентрикового вала при остановившейся подвижной щеке

 

2.3 Расчет щековой дробилки

Исходными данными для расчета щековых дробилок являются максимальная крупность кусков в исходном материале Dmax, требуемая максимальная крупность готового продукта dmax, прочность материала и производительность Q.

Определение угла захвата

Углом захвата  щековых дробилок называется угол между  неподвижной и подвижной щеками. Этот угол при работе дробилки изменяется вследствие качаний подвижной щеки В положении ОВ, при наибольшем сближении щек, угол α2 немного больше угла α1 в положении ОВ1 при наибольшем удалении щек. Такими незначительными изменениями величины угла захвата пренебрегают и считают его равным углу при сближенных щеках. Величина угла захвата изменяется при регулировках ширины выходной щели. Уменьшение ширины сопровождается   величением угла захвата, а увеличение ширины – его уменьшением. Следовательно, при увеличении угла захвата должна увеличиваться степень дробления и уменьшаться производительность дробилки. Раздавливаемый между щеками кусок находится под действием следующих сил (см. 1.10и1.11):

Р – давление подвижной щеки;

Р1 – реакция неподвижной щеки;

fP – сила трения куска по подвижной щеке;

fP1 – сила трения куска по неподвижной щеке;

f – коэффициент трения скольжения между куском и щеками.

Рис.1.10. Угол захвата щековой дробилкой

Рис.1.11. Равновесие  куска, зажатого между щеками дробилок

 

Сила тяжести  куска, вследствие ее малости в сравнении  с силами Р и Р1 давления щек, не учитывается. Силу Р можно разложить на составляющие: горизонтальную Т и направленную вверх вертикальную N. Вертикальная составляющая стремится вытолкнуть дробимый кусок вверх, заставив его скользить вдоль поверхностей щек Следствием такого выталкивания является возникновение сил трения fP и fP1,препятствующих выталкиванию куска. Вертикальная составляющая определяется равенством N = P ⋅ sin α .

Отсюда следует  вывод, что угол захвата α не может  превышать некоторого предельного значения. При углах захвата, превышающих этот предел, выталкивающая сила настолько велика, что силы трения куска о поверхности щек становятся недостаточными для удержания его в камере дробления, и он смещается вверх. Дробилка в таких условиях работать не будет. 15 Предельным углом захвата будет такой угол, при котором выталкивающая сила полностью уравновесится возникающими силами трения. Значение предельного угла захвата, так же, как и значение сил трения, определяется при данном давлении дробящих щек только коэффициентом трения скольжения между кусками дробимого материала и поверхностями щек. Рассмотрим равновесие куска, зажатого между щеками в рабочем пространстве дробилки (рис.1.11). Начало координат поместим в центре куска, и ось ординат совместим с биссектрисой угла захвата. Если α0 – предельный угол захвата, то кусок находится в равновесии и сумма проекций действующих на него сил на любые координатные оси равняется нулю:

         Σ x = −Pcos(α/2)+ Pcos(α/2)- fPsin(α/2)+ fPsin(α/2)=0            (2.1)

         P(1) = (cos(α/2) f sin(α/2)= P (cos(α/2) f sin(α/2)    P(1)= P    (2.2)

        Σ y= Psin(α/2)+ P(1)sin(α/2)- fPcos(α/2)- P(1)cos(α/2)=0        (2.3)

Подставляя  P1 = P в уравнение  (2.3), получаем

                      2 sin(α/2)=2f cos(α/2) или tg(α/2)= f                                 (2.4)

Коэффициент трения скольжения f можно выразить через угол трения φ

f = tgϕ , тогда tg(α/2)= tgϕ откуда(α/2) = ϕ или α0 = 2φ

Предельный  угол захвата равен двойному углу трения. Угол захвата щековых дробилок всегда должен быть меньше двойного угла α < 2φ.

Коэффициент трения скольжения камня по железу f = 0,3, что соответствует углу трения около 16°. Таким образом, угол захвата α может доходить примерно до 32°. Практически, у щековых дробилок угол захвата не бывает больше 25°. Однако, несмотря на это, при работе дробилок бывают случаи выброса кусков материала вверх. Это объясняется возможностью такого взаимного расположения кусков в рабочем пространстве дробилки, при котором для отдельных кусков угол α будет больше 2φ

      

2.4Определение оптимальной угловой  скорости эксцентрикового вала

Выталкивающая сила                                 

      (2.5)

 

Эта сила является равнодействующей силы P и сил N – проекции сил трения Т на ось, параллельную линии действия силы R             

(2.6)

  

 

Силой веса куска материала пренебрегаем Сила трения       

                                                                    (2.7)

где f – коэффициент трения; откуда                                

                                                       (2.8)

Куски останутся в пасти дробилки при условии               

    или                               (2.9)

Откуда

                                                        (2.10) 

Так как

                                                         ( 2.11)

где φ – угол трения, то           

   или                                       (2.12)

Следовательно, угол захвата дробилки должен быть не более удвоенного угла трения материала  о щеки дробилки. При α << 2φ  снижается степень измельчения  материала.

Угол  трения определяется опытным путем  и для большинства руд имеет  значение порядка 15-25 °.Определим число  качаний подвижной щеки и число  оборотов приводного вала.

За один размах щеки из пасти дробилки может  свободно выпасть объем материала, соответствующий приблизительно области F (рис.1.12). Для этого нужно, чтобы время отхода щеки из положения 1 в положение 2 было равно времени падения материала с высоты h. При z полных качаний в минуту 

 

Рис.1.12. Схема по определению числа качаний щеки

 

Полагая, что τ1 = τ2 

                               (2.13)

Так как угол α при движении щеки изменяется мало, то или      (2.14)

Значения s обычно принимают равными от 5 до 30 мм. Меньшие  значения – для малых дробилок, большие – для крупных. Значение размера е выбирается в соответствии с неравенством Степень измельчения в щековой дробилке выбирается в пределах 

 

Ширина пасти  дробилки А принимается по формуле   

                              (2.15)

Производительность дробилки определяется условием

где v – объем выпадающей части  материала за одно качание щеки;

       L – длина пасти  дробилки

           (2.16)

 

Откуда

                                          (2.17)