Исследование процесса классификации колосникового грохота СМД-25

1. Назначение, принцип действия и классификация оборудования

Назначение сортировки [1]:

1. Выделить из материала, предназначенного для дробления, куски, величина которых превышает максимально допустимые для данной машины размеры.
2. Отделить куски, размеры которых меньше требуемых на данной стадии обработки.
3. Выделить из измельчённого продукта частицы, размеры которых выше требуемых.
4. Разделить измельчённый материал по крупности на несколько сортов, что бывает необходимо при составлении смеси (шихты) в определённой пропорции из частиц разной крупности.
5. Удалить из полезного ископаемого посторонние примеси, увеличивая тем самым содержание ценной части сырья. Например, при добыче каолина его обрабатывают, удаляя зёрна кварца, полевого шпата и других минералов, снижающих его качество. Этот процесс называется обогащение сырья.
6. Выделить из сырья включения, наличие которых или снижает качество продукции, или вредно отражается на работе машины.

Грохоты отличаются геометрической формой, характером просеивающей поверхности, ее расположением относительно горизонтальной плоскости. По форме просеивающая поверхность бывает плоской, цилиндрической (барабанной) или дуговой. В зависимости от этой конструктивной особенности различают плоские, барабанные и дуговые грохоты. По расположению просеивающей поверхности различают горизонтальные (слабонаклонные) и наклонные грохоты (в некоторых случаях вертикальные).

По характеру движения просеивающей поверхности различают  грохоты неподвижные (в некоторых  случаях с движением отдельных  элементов просеивающей поверхности), подвижные с круговым, движением и подвижные с прямолинейным движением. Для мелкого грохочения используют также грохоты с вибрирующей сеткой. Эта конструктивная особенность грохотов принята за основу при их классификации.

Применяемые в практике грохочения полезных ископаемых грохоты могут быть подразделены на следующие группы: неподвижные колосниковые; валковые; барабанные вращающиеся; плоские качающиеся; полувибрационные (гирационные); вибрационные с круговыми вибрациями (инерционные с простым дебалансным вибровозбудителем и самоцентрирующиеся); вибрационные с прямолинейными вибрациями (с самобалансным вибратором, электровибрационные и резонансные); дуговые сита.

В настоящее время все грохоты делят на грохоты легкого, среднего и тяжелого типа; предназначенные для грохочения материалов с насыпной плотностью соответственно 1; 1,6 и 2,7 т/м³.

В зарубежной практике грохоты  классифицируются по технологическому назначению и крупности исходного материала (грохоты для предварительного, крупного, среднего и других видов грохочения).

Согласно действующим  ГОСТам в настоящее время изготовляются  следующие грохоты: цилиндрические со спиральной просеивающей поверхностью, барабанные горизонтальные (для сортировки шаров), инерционные наклонные, самобалансные, электровибрационные, дуговые сита и плоские гидравлические.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Классификация машин для механической сортировки

1.1. Анализ конструкции и принципа действия колосникового грохота СМД-25

Тяжелые колосниковые инерционные грохоты предназначены для предварительного грохочения материала перед переработкой его в дробилках первичного дробления, т. е. для отделения менее крупных фракций [3].

Неподвижный колосниковый грохот состоит из отдельных параллельно  установленных колосников и служит или для грохочения при установке его наклонно под углом 30-50°, или выполняет роль решеток, задерживающих особо крупные куски материала.

Колосниковый грохот устанавливается наклонно под углом  в 15-20° по направлению движения материала.

Изготовляют колосниковые грохоты производительностью от 25 до 300 т/ч при ширине щели между колосниками соответственно от 2 до 100 мм. Потребляемая мощность при производительности в 300 т/ч составляет 18 кВт.

В промышленности строительных материалов колосниковые грохоты-питатели применяются главным образом на цементных заводах, где они выполняют функции питателей для крупных щековых дробилок и одновременно грохотов, отделяя куски, размер которых меньше размера выходной щели дробилки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2. Колосниковый грохот инерционного типа СМД-25

Вибрационный колосниковый грохот инерционного типа, представленный на рисунке 2, предназначен для сортировки материала, поступающего в дробилку. Применение колосникового грохота целесообразно в тех случаях, когда направляемый в дробилку материал содержит свыше 25—30% кусков, размер которых меньше ширины выходной щели дробилок. Грохот состоит из короба 1, имеющего с внутренней стороны футеровку 2.

Вибровал 3 грохота монтируется в пыленепроницаемой трубе 4, которая является поперечной связью короба. Концы трубы служат корпусами для роликоподшипников 5, на которых установлен вибровал 3 со смонтированными на нем дебалансами 6 и шкивом 7. Короб снабжен четырьмя кронштейнами 8, которыми он опирается на пружины 9. Колосники 10 закрепляются  на опорных балках 11.

Грохот может устанавливаться  под углом от 0 до 30° к горизонту. Размер полотна грохота рассматриваемой  модели равен 1,5x1,3 м. Ширина щели 0,075-0,2 м. Наибольший размер поступающего куска 1 м.

На рисунке 3 показан вибровал 1 с закрепленными на нем дебалансами 2 и шкивом 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3. Вибровал

Колосниковые грохоты, устанавливаемые под углом к  горизонту, представляют собой решетки, собранные из колосников. Материал, загружаемый на верхний конец решетки, движется по ней под действием силы тяжести. При этом мелочь проваливается через щели решетки, а крупный класс сходит в нижнем конце. Эти грохоты применяют для крупного грохочения. Размер щели между колосниками- не меньше 50 мм и в редких случаях может быть 25-30 мм. Угол наклона решетки зависит от физических свойств грохотимого материала. По практическим данным, для руд угол наклона составляет 40-45°, для углей 30-35°. При переработке влажных материалов угол наклона грохота увеличивают на 5-10°: Влажные глинистые руды на колосниковых грохотах перерабатывать невозможно вследствие замазывания щелей.

Просеивающвя поверхность для материала небольшой крупности (до 100 мм) (рис.4) вмонтирована в дно транспортного самотечного желоба. в связи с чем уменьшается  возможность забивания отверстий решетки и повышается эффективность грохочения.

Размеры колосниковых грохотов определяются крупностью наибольших кусков материала с учетом конструктивных условий установки грохота. Во избежание зависания кусков материала между боковыми бортами ширину грохота принимают больше тройного размера максимального куска. Если крупных кусков в исходном материале мало, то допускают минимальную ширину грохота примерно на 100 мм больше двойного размера максимального куска. Длина решетки грохота делается не менее двойной ее ширины.

Производительность колосниковых грохотов велика, так как материал движется по грохоту, как по самотечному  желобу. При щели между колосниками 25 мм производительность колосникового грохота по исходному материалу принимают в среднем 60 т/ч на 1 м² площади решетки. Производительность изменяется пропорционально ширине щели.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4. Грохот колосниковый неподвижный:

1- колосник; 2- стяжной болт; 3- распорная трубка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Поиск и  отбор патентной и другой научно-технической информации

 

При проведении патентного поиска было выбрано четыре патента [5]:             № 2104097, № 2245745, № 2236310, № 2066574.

 

Описание изобретения  к авторскому свидетельству № 2104097.

Применение: для просеивания  сыпучих материалов, например, таких, как древесная щепа или мусор. Сущность изобретения: колосниковый грохот по одному из вариантов содержит первую и вторую рамы параллельных чередующихся колосников, приводимых в колебательное движение.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Колосниковый грохот для просеивания древесной щепы или сортировки мусора, содержащий первую и вторую рамы, образованные рядами чередующихся между собой колосников, с образованием просеивающих зазоров между ними, стойки, проходящие вниз от каждого колосника, и элемент крепления, связанный со стойками колосников первой рамы и перемещаемый вместе с деталью, совершающей колебательное движение, отличающийся тем, что элемент крепления колосников выполнен в виде зажимной пластины с пазом, проходящим поперек просеивающих колосников и имеющим параллельные верхнюю и нижнюю поверхности, а на каждой стойке колосников выполнен выступ, входящий в паз зажимной пластины и имеющий верхнюю и нижнюю поверхности, взаимодействующие соответственно с верхней и нижней поверхностями паза для ограничения перекоса колосников.

_{Рисунок 5. Просеивающая поверхность}

 

Описание изобретения  к авторскому свидетельству № 2245745

 

Изобретение относится  к виброгрохотам, применяемым для  рассева горячего агломерата после спекания на агломашине. Технический результат - упрощение конструкции колосниковых плит, снижение затрат на их изготовление и ремонт грохотов, увеличение срока службы.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Грохот, содержащий корпус, на поперечных балках которого закреплены опорные элементы колосниковых плит, отличающийся тем, что колосниковые плиты изготовлены из листового материала прямоугольной формы с тремя рядами отверстий под крепежные элементы, расположенными симметрично относительно главных осей плит, и сквозными пазами, выполненными с уширением боковых стенок, угол наклона которых = 1,5-5⁰ , причем колосниковые плиты закреплены на опорных элементах одна по отношению к другой внахлест через одну поперечную балку и дополнительно закреплены посередине к опорным элементам крепежными элементами.

_{Рисунок 6. Колосниковая плита а) вид сверху; б) разрез Б-Б}

 

 

Описание изобретения  к авторскому свидетельству № 2236310

 

Использование: для калибрования округлых и эллипсоидных продуктов по крупности в сельском хозяйстве, горно-рудной, строительной, перерабатывающей и других отраслях промышленности. Решето грохота имеет шестиугольные калибрующие ячейки щелевидной формы из жестких продольных элементов, сориентированных параллельно оси движения решетного стана грохота и соединенных поперечными эластичными шнурами. Наличие жестких продольных элементов позволяет повысить стабильность поперечных размеров отверстий и, следовательно, точность калибрования смеси на фракции, а эластичные поперечные элементы смягчают ударные воздействия решетного стана на калибруемый материал

Целью изобретения является увеличение точности калибрования продукта и надежности решета с шестигранными  ячейками щелевидной формы за счет использования калибрующей поверхности с жесткими продольными элементами, соединенными эластичными поперечными шнурами.

Известно сито грохота, состоящее из эластичной сетки, которая  крепится к раме и натяжному устройству посредством скользящих зацепов (патент №2000853 РФ). К достоинствам данной конструкции следует отнести рациональную форму и расположение калибрующих ячеек. К недостаткам - сложность изготовления сита, нестабильность поперечного размера ячеек, приводящую к снижению точности калибрования, низкую надежность сита вследствие большой величины его предварительного натяжения.

Решето грохота, представленное на чертеже, состоит из решетного  стана 1 с направляющими 2, поперечной 3 и продольной 4 планок натяжного  приспособления. К решетному стану и планкам крепится решето, состоящее из жестких продольных элементов 5 и эластичных поперечных шнуров 6. Регулировочные винты 7, перемещая планки, позволяют изменять ширину калибрующих ячеек до необходимых размеров.

Решето работает следующим  образом.

Калибруемый материал подается на решето сверху. Калибрование производится на две фракции: компоненты одной проходят через калибрующие ячейки решета, а компоненты второй остаются на нем. Прохождение продукта сквозь решето происходит под действием его веса и колебаний решетного стана.

Изменение ширины калибрующих ячеек происходит следующим образом: при подводе планки 4 к решетному стану 1 и одновременном отводе планки 3 с помощью винтов 7 расстояние между продольными элементами решета увеличивается; при отводе планки 4 и подводе планки 3 к решетному стану это расстояние уменьшается. Такой способ регулировки позволяет сохранить требуемое натяжение элементов решета.

Жесткие продольные элементы 5 решета обеспечивают стабильность размеров калибрующих отверстий, в результате чего повышается точность калибрования, а эластичные поперечные элементы 6 смягчают ударные воздействия решетного стана на калибруемый материал. 
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Решето грохота, включающее прямоугольный решетный стан с натяжным приспособлением в виде планок, имеющих  возможность перемещаться в направляющих в плоскости решета параллельно сторонам решетного стана, и калибрующую поверхность с шестиугольными ячейками щелевидной формы, две смежные стороны которой крепятся к решетному стану, а две другие связаны с планками натяжного приспособления, отличающуюся тем, что для увеличения точности калибрования и надежности продольные элементы решета, сориентированные параллельно оси движения решетного стана грохота и соединенные поперечными эластичными шнурами, изготовлены из жесткого материала.

 

 

 

 

Рисунок 7. Устройство для натяжения сит грохота

 

Описание изобретения  к авторскому свидетельству № 2066574

 

Использование: для обогащения материала в узлах перегрузки, например, полезного ископаемого, в горной и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: устройство для обогащения материала содержит наклонно расположенный колосниковый грохот на виброопорах, вибратор с дебалансами, расположенными в зазорах между колосниками и выступающими над ними, смонтированными на приводном валу, размещенном в подшипниковых опорах. Корпуса подшипниковых опор укреплены на предпоследних колосниках с обеих сторон колосникового грохота и выполнены разъемными, при этом их разъемные части попарно соединены между собой жесткими связями, образующими общий каркас для размещения приводного вала. Дебалансы снабжены съемной массой, выступающей над колосниками и уменьшающейся по величине по мере удаления от привода в виде электродвигателя, установленного на виброопоре

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для обогащения материала, включающее наклонно расположенный колосниковый грохот на виброопорах, вибратор с дебалансами, расположенными в зазорах между колосниками и выступающими над ними, смонтированными на приводном валу, размещенном в подшипниковых опорах, отличающееся тем, что корпуса подшипниковых опор укреплены на предпоследних колосниках с обеих сторон колосникового грохота и выполнены разъемными, при этом их разъемные части попарно соединены между собой жесткими связями, образующими общий каркас для размещения приводного вала, дебалансы снабжены съемной массой, выступающей над колосниками и уменьшающейся по величине по мере удаления от привода в виде электродвигателя, размещенного на виброопоре.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Сущность и основные закономерности процесса сортировки

Механическая сортировка (грохочение) [4] осуществляется при помощи машин, снабженных ситами, решетами, колосниками. Применяют грохочение для получения двух или нескольких сортов зерен, различающихся по крупности. Число получаемых сортов зависит от количества решет (сит), через которые был пропущен обрабатываемый материал. Так, если количество решет n, то сортов получается n +1.

Зерна (куски) материала, размер которых  больше размера отверстий сита, остаются при просеивании на сите, а зерна  меньших размеров проваливаются через отверстия.

Материал, поступающий на грохочение, называется исходным, остающийся на сите-надрешетным (верхним) продуктом, проваливающийся через отверстия сита-подрешетным (нижним) продуктом.

Последовательность механической сортировки (грохочения) материала  зависит от расположения решет и сит. Различают грохочение от мелкого к крупному, от крупного к мелкому и комбинированное.

При грохочении от мелкого к крупному (рис. 8, а) исходный материал подается на решето (сито) с самыми маленькими отверстиями, затем на решето с отверстиями средних размеров и, наконец, на решето с самыми большими отверстиями.

Рисунок 8. Схемы грохочения

При грохочении от крупного к мелкому (рис. 8, б) верхнее сито имеет самые большие отверстия, а нижнее-самые маленькие.

При комбинированном грохочении (рис. 8, в) сортируемая смесь подается сначала на решето с отверстиями среднего размера. Куски (зерна), прошедшие через отверстия в первом решете, поступают на расположенное под ним решето с самыми маленькими отверстиями, в то время как куски больших размеров поступают на второе решето с самыми большими отверстиями.

Схема грохочения от мелкого к крупному с эксплуатационной точки зрения достаточно проста, так как позволяет без особых затруднений направлять рассортированный материал по соответствующим, бункерам. Упрощается при этом обслуживание грохота и его ремонт. Большим недостатком рассматриваемой схемы является то, что самые большие куски поступают на решето с самыми маленькими отверстиями, т. е. на наименее прочное, и вызывают быстрый его износ. Кроме того, при подаче; смеси на решето с самыми маленькими отверстиями крупные куски, перекрывая часть отверстий, затрудняют выделение мелких фракций.

Просеивание по второй, наиболее распространенной в промышленности  строительных материалов схеме дает лучшие результаты, так как в этом случае крупные куски материала не мешают выделению средней и мелкой фракций. Недостатком этой схемы является то, что она требует дополнительных желобов и течек, направляющих отдельные сорта в бункеры.

Комбинированная схема  по своим преимуществам и недостаткам  занимает промежуточное положение.

Куски материала, подлежащего  грохочению, могут пройти через отверстия в решете или сите только в том случае, если их размеры меньше размеров отверстий или приближаются к ним. В большинстве случаев грохоты устанавливают с некоторым наклоном в направлении движения материала. Это еще больше уменьшает размеры частиц, которые могут пройти через отверстия решета или сита.

Все частицы материала, прошедшие через отверстия в сите, представляют собой продукт так называемого нижнего класса, а все частицы, не прошедшие через сито-продукт верхнего класса.

Совершенной сортировку можно считать тогда, когда все  частицы, размер которых несколько меньше размеров отверстий в сите, просеиваются через него. Однако практически часть кусков нижнего класса всегда задерживается на сите и уходит вместе с продуктами верхнего класса.

К качеству сортировки перерабатываемых в нерудной промышленности материалов, как отмечалось ранее, предъявляют  особо высокие требования. Допустимые пределы засорения фракции для щебня и гравия не более 5%. Такое разделение материалов на грохотах можно обеспечить только при  условии правильного использования современных виброгрохотов, оснащенных ситами высокого качества. Процессы грохочения, например, при переработке щебня, гравия и песка носят разнообразный характер. По технологическому признаку их можно разделить на три основных вида: предварительное, промежуточное и товарное грохочение.

Предварительное грохочение производят с целью выделения из исходной горной массы относительно мелких кусков, не требующих дальнейшего измельчения в первичных дробилках, при этом к качеству грохочения не предъявляющих высоких требований.

Промежуточное грохочение в современных дробильно-сортировочных установках производят с целью распределения дробленых и других кусковых материалов по различным технологическим линиям. В этих процессах обычно используются грохоты тяжелого типа, чаще всего эксцентриковые.

Товарное грохочение осуществляется с целью разделения кусковых и. сыпучих материалов на фракции. Для получения относительно крупных фракций щебня и гравия используют средние инерционные и эксцентриковые грохоты.

Основной частью машин  для грохочения является рабочая  про-сеивающая поверхность, изготовляемая в виде проволочных сеток (сит), отдельных полос (колосники), стальных листов со штампованными отверстиями (решета) (рис. 9).

Рисунок 9. Просеивающие рабочие поверхности  грохотов:

а-колосники; б-решетки; в-сита.

Размеры ячеек сит  установлены отечественными стандартами для различных материалов на базе (международного стандарта) нормальных чисел. Так, для заполнителей бетонов на минеральных вяжущих применяют сита с размером ячеек 70-40-20-10-5 мм для крупного заполнителя и 2,5-1, 25-0, 63-0, 315-0,14-0,075 мм для мелкого. Сита по общесоюзной системе характеризуют размером стороны отверстия в свету, выраженным в миллиметрах. Для удобства принято, что номер сита соответствует размеру отверстия. Например, сито № 5 указывает, что в нижнем классе находятся частицы менее 5 мм, № 0,25-менее 0,25 мм. При этом площадь в свету по отношению ко всей площади сита для всех сит остается примерно постоянной и составляет около 36%.

Для определения гранулометрического состава зернистого материала, т. е. содержания в нем частиц различного размера, проводят ситовой анализ. Его осуществляют просеиванием пробы (навески) исследуемого материала через набор сит и определяют процентное содержание остатка на каждом из них по отношению к массе исходной пробы. Размеры зерен, ограниченные верхним и нижним пределами, т. е. соответствующими размерами отверстий верхнего и нижнего сит, определяют класс или фракцию зерен. Например, фракция 10-5 характеризует щебень, в котором отсутствуют зерна крупнее 10 и мельче 5 мм.

Применительно к строительным материалам принято определять частные и полные остатки на ситах. Частные остатки G_ч-это отношение массы остатка на данном сите G_n просеиваемой массе ∑G, выраженной в процентах

                                             

,  [1]                                                                     (1)

где G_ч-частный остаток на сите, имеющем номер n;

       G_n-остаток на сите.

Полным остатком G_n называют сумму частного остатка (в %) на данном сите плюс частные остатки на всех остальных ситах с большим размером

                           G_n = G₁ + G₂ + Gз+...+G_п.                                             (2)

По данным ситового анализа  можно построить кривые распределения. На оси абсцисс последовательно  откладывают размеры зерен по фракциям, на оси ординат-их массу, %. Кривая распределения определяет гранулометрический состав сыпучего материала, представляющего собой статистическую совокупность зерен разной крупности (рис. 10).

Для характеристики гранулометрического  состава порошкообразных материалов (цементов, пигментов, наполнителей и др.) применяют микроскопический анализ, позволяющий визуально определить относительное содержание частиц данного размера или  седиментационный анализ, основанный на  различной   скорости  осаждения  в жидкости  частиц разной массы.

Степень измельчения  порошкообразных материалов можно  характеризовать по величине их удельной поверхности, определяемую по воздухопроницаемости или по эффекту низкотемпературной адсорбции газов (паров).

 

Рисунок 10. Распределение зерен по крупности: I — с равномерным   распределением зерен по крупности; II — состав с повышенным содержанием мелких зерен; III — состав с преобладанием крупных зерен

Просеивающие поверхности  могут совершать круговые, эллиптические  или прямолинейные колебания. Обычно для наклонных грохотов характерны все три вида движения, а для  горизонтальных- прямолинейные, направленные под углом 35-40⁰ к горизонтальной поверхности.

Скорость колебательного движения просеивающей поверхности  выбирают такой чтобы она обеспечивала периодический отрыв материала от просеивающей поверхности при его движении к разгрузочному концу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет основных параметров колосникового грохота СМД-25

4.1 Исходные данные

Техническая характеристика вибрационного инерционного грохота

Элементы характеристики	Значения параметров
Размеры просеивающей поверхности, м: ширина длина	1,3 1,5
Число ярусов сит	1
Максимальная крупность кусков, мм	1000
Угол наклона грохота, град.	15-30
Амплитуда колебаний, мм	3
Ширина щели между колосниками, мм	75; 150; 175
Габаритные размеры, м: длина ширина высота	3,1 2,22 1,54
Мощность электродвигателя, кВт	13
Масса грохота, кг	4950

 

Важнейшими параметрами, определяющими эффективность и  производительность грохочения, являются размеры просеивающих поверхностей, частота и амплитуда колебаний, угол наклона грохота, направление  вращения вала вибратора и траектория движения сита [1],[2].

 

4.2 Определения скорости прохождения материала по просеивающей поверхности

Важную практическую роль играет способность грохота  к самоочистке отверстий сит. Способность грохота к самоочистке  определяется инерционными силами, приложенными к застрявшим в отверстиях зернам.

Существует методика расчета, которая определяет оптимальную  скорость колебания сит V_о, при которой происходит самоочищение отверстий сит:

                                                                  

,[1]                                               (3)

где h – высота подбрасывания зерен над поверхностью сита, м.

Экспериментально установлено, что самоочищение сит происходит, если выполняется условие:

                                                       

,                                                  (4)

где а – максимальный размер фракции, м.

Принимаем h=0,03 м.

По вычисленной скорости колебаний сит определяют основные параметры колебаний грохота.

Скорость перемещения  материала определяется по формуле:

                                                               

,                                                   (5)

где X_a – амплитуда колебаний, м;

      ω – угловая частота колебаний, с^-1.

Угловую частоту колебаний  находим по формуле:

,                                                      (6)

где n – число оборотов вала электродвигателя, об/мин, (n=1500 об/мин).

Амплитуда колебаний  определяется следующим образом:

                                         

,                                                   (7)

где К_Д – динамический коэффициент, представляющий собой отношение

силы тяжести в плоскости, перпендикулярной ситам.

 Данный коэффициент  учитывает режим работы грохота  и нагруженность его конструкции.  Для обеспечения приемлемой долговечности  грохота принимается К_Д<8;

α – угол наклона сит  к горизонтали, град. (α=25^о);