Разработка молотковой дробилки

Содержание

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

РМД 01.000.00 ПЗ 

  Разраб. 

  Провер. 

  Реценз. 

  Н. Контр. 

  Утверд. 

Разработка  молотковой дробилки

Лит.

Листов

39

Введение

1 Состояние вопроса  и патентный поиск

2 Описание технологического  процесса, конструкции и принципа  действия

2.1 Описание технологического  процесса

2.2 Описание конструкции

2.3 Описание принципа  действия

3 Расчетная часть

3.1 Расчет молотков

3.2 Расчет основных параметров

3.3 Определение мощности на привод дробилки

3.4 Расчет подшипников ротора по статической грузоподъемности

3.5 Расчет подшипников по динамической грузоподъемности

3.6 Расчет сварных соединений

3.7 Расчет шпоночного соединения

4 Правила монтажа, ремонта и эксплуатации оборудования

Заключение

Список использованных источников 
 

3

4 

20

20

20

23

24

24

27

29 

30

30

31

31

32

38

39 

Введение

    Для переработки зерновых культур выпускают самые разнообразные машины и оборудование, причем на ряду с созданием новых происходит непрерывное изменение и совершенствование существующих машин и общее увеличение объема их выпуска.

    Большое внимание при создании новых машин  и технологических линий отводится  вопросам улучшения условий труда  обслуживающего персонала, а именно механизации и автоматизации  опасных и трудоемких процессов.

    Колоссальные  издержки, связанные с процессами измельчения, на современном уровне развития производства, вызывают острую необходимость разработки принципиально  новых способов измельчения материалов, а также создания на их основе новых  технологий и оборудования.

    Дробильно-размольная техника прошла свой исторический путь развития, базируясь на достижениях  современных ей наук. Это отражено в таких принципах измельчения, как шаровой, вибрационный, самоизмельчение, ударный, ударно-центробежный, струйный и другие.

    Практически все существующие способы дезинтеграции  осуществляются механическим путем. При  этом энергетические потери огромны  и избежать их можно только путем  точечного или линейного силового воздействия.

    Все перечисленные выше способы измельчения  малоэффективны по многим показателям  на современном уровне развития техники. Поэтому с целью увеличения производительности, снижения металлоемкости и материалоемкости, уменьшения капитальных затрат необходимо искать новые пути совершенствования  оборудования для измельчения материалов. 

    1 Состояние вопроса  и патентный поиск 

    Молотковые  дробилки применяются в основном для переработки зерновых культур в пищевой промышленности материалов. Но они нашли применение и в других отраслях народного хозяйства. Благодаря своим технико-экономическим параметрам они получают все большее распространение. Простота конструкции и легкость в эксплуатации, удобство профилактических и ремонтных работ выгодно отличают роторные дробилки от всех остальных.

    Есть  несколько принципов измельчения  в роторных дробилках. В некоторых  дробилках материал поступает в  камеру дробления с помощью внешних  питателей и разгоняется до большой  скорости. Затем происходит удар материала  об отбойник или специальную дробящую плиту. За счет этого происходит разрушение материала. В других дробилках разрушение происходит за счет удара о материал рабочего органа (била). Било разгоняется  до скорости 30-50 м/с. При такой скорости происходит передача энергии в частицу  материала, которая под этим воздействием разрушается.

    Молотковые  дробилки по способу действия усилий относятся к ударным. Разрушение кусков дробильного материала в  них осуществляется преимущественно  путём удара движущимися рабочими органами.

    В молотковых дробилках такие удары  наносятся по материалу молотками, шарнирно подвешенными на вращающемся  с большой скоростью роторе. Сила удара обуславливается скоростью  и массой молотка.

    Дробление ударом в молотковых дробилках обеспечивает большой эффект измельчения, чем  дробление раздавливанием других типах  дробилок, например в щековых или  конусных. Степень дробления в  ней во много раз выше (доходит  до 20-30), а удельный расход энергии  на дробление ниже, чем в дробилках, работающих на других способах дробления. Они отличаются высокой производительностью, приходящейся на единицу массы, более  компактны.

    Молотковые  дробилки экономичны, стоимость их на единицу производительности в 1,5-2 и в 3,5-5,5 раза ниже, чем валковых и  щековых дробилок, а масса соответственно в 4 и в 4,5-5 раз меньше. В молотковых дробилках гораздо ниже установленная  мощность электродвигателя. Они пригодны для крупного, среднего и мелкого  дробления самых различных материалов, поэтому могут применяться в  пищевой промышленности для измельчения  хрупких материалов (сахар, соль) и  для измельчения растительного  сырья. К достоинствам можно отнести  и простоту конструкции.

    К недостаткам относятся: быстрый  износ молотков, бронеплит, колосниковой решётки при измельчении абразивных материалов, залипание колосниковой решётки при измельчении влажных  пластичных материалов. Сложность монтажа  и балансировки ротора.

    Молотковые  дробилки классифицируют по следующим признакам.

    По  количеству роторов:

    а) однороторные,

    б) двухроторные.

    2. По конструкции соединения молотков  с держателями:

    а) с шарнирно-подвешенными молотками,

    б) с жестко закрепленными молотками.

    3. По наличию колосниковых решеток;

    а) с колосниковой решёткой в загрузочной  части,

    б) с колосниковой решёткой в разгрузочной части,

    в) только в разгрузочной части,

    г) без колосниковой решётки.

    4. По движению ротора:

    а) реверсивные,

    б) нереверсивные.

    5. По конструкции молотков:

    а) с П-э образными молотками

    б) с плоскими молотками 

    в) с утолщенными молотками 

    В зависимости от конструкции дробилок при их работе применяются все  три вида дробления или только первые два из них. При дроблении  кусков материала ударом могут иметь  место удары молотков по вертикально  падающим кускам на лету сверху вниз, с  боку, с низу вверх; либо по кускам, поддерживаемым отбойной плитой как наковальней. Наиболее эффективным следует считать  дробление ударом на лету, при крупных  кусках дробимого материала большое  значение имеет также дробление  на плите, а при мелком – крошение на колосниковой решётке.

    Дробилки  с колосниковой решёткой предназначаются  для окончательного мелкого дробления  материала, когда процент содержания в дроблёном продукте кусков размером выше заданного ограничивается или  когда материал, подвергающийся дроблению, имеет большую влажность, в связи  с чем эффект дробления ударом получается минимальным.

    Колосниковые  решётки занимают 80° до 180° нижней части окружности ротора. Конструкция  решёток должна позволять изменять их положение относительно ротора, для настройки дробилки на ту или  иную крупность дробленного продукта, а также для компенсации износа молотков и колосников. В связи  с этим решётки делают поворотными  и подъёмными, но в некоторых конструкциях дробилок они выполняются неподвижными, что является существенным недостатком  таких дробилок.

    Молотковые  дробилки без колосниковых решёток  обеспечивают получение равномерного по крупности дробления продукта, благодаря повышенной скорости вращения ротора, при которой куски дробимого  материала подвергаются многократному  ударному воздействию молотков за время  прохождения через дробилку.

    Молотковые  дробилки с встроенными в их рабочую  зону конвейерами тяжёлого типа предназначены  для дробления влажных материалов. Конвейеры, подавая материал, подлежащий дроблению, к ротору, исключают забивание дробилок

    Эффективность дробления при ударе куска  дробимого материала об отбойную плиту зависит от местоположения плиты относительно ротора. В некоторых  конструкциях дробилок эти плиты  выполняются с регулировкой наклона, который выбирается опытным путём  при эксплуатации дробилки.

    При дроблении материалов влажностью 10% и более отбойные плиты делаются с рифами или совсем без них, так  как в рифах напрессовывается дробимый материал, что снижает эффективность  дробления о плиту.

    В зависимости от назначения и принципа действия машин, предназначенных для  измельчения материалов, используются следующие методы разрушения:

• раздавливание (рисунок 1, а),
• ударное воздействие (рисунок 1, б),
• раскалывание (рисунок 1, в),
• излом (рисунок 1, г),
• истирание (рисунок 1,д).

    При этом одновременно могут реализоваться  несколько методов, например, раздавливание  и истирание, удар и истирание  и др. Необходимость в различных  методах измельчения, а также  в различных по принципу действия конструкциях и размерах машин для  измельчения вызывается многообразием  свойств и размеров измельчаемых материалов, а также различными требованиями к крупности готового продукта. Применяемые  для измельчения машины разделяют  на дробилки и мельницы.

    а – раздавливание; б – удар; в  – раскалывание; г – излом; д  – истирание

    Рисунок 1 - Схема основных методов механического измельчения 

    Дробилки  по принципу действия разделяют на:

1. щековые (рисунок 2.1, а), в которых материал подвергается раздавливанию, раскалыванию и частично истиранию между двумя плитами-щеками при их периодическом сближении;
2. конусные (рисунок 2.1, б), в которых материал разрушается в процессе раздавливания, излома и частичного истирания между двумя коническими поверхностями, одна из которых движется эксцентрично по отношению к другой, осуществляя непрерывное дробление материала;
3. валковые (рисунок 2.1, в), в которых материал раздавливается между двумя валками, вращающимися навстречу один другому (иногда валки вращаются с разной частотой, и тогда раздавливание материала сочетается с истиранием);
4. ударного действия, которые, в свою очередь, бывают молотковыми (рисунок 2.1, г);
5. роторными (рисунок 2.1, д).

    В молотковых дробилках материал измельчается в основном ударом шарнирно подвешенных молотков, а также истиранием, в роторных - дробление осуществляется за счет удара жестко прикрепленных к ротору бил, удара материала об отражательные плиты и ударов кусков материала один о другой.

    а - щековая дробилка; б - конусная; в - валковая ударного действия; г - молотковая дробилка; д - роторная для помола каменных материалов; мельницы.

    Рисунок 2.1 - Схемы принципов действия машин для дробления  

    е - вращающиеся с мелющими телами; ж - вибрирующие с мелющими телами; з - истиранием частиц материала друг о друга; и - среднеходные роликовые; к - ударные; л – струйные

    Рисунок 2.2 - Схемы принципов действия машин для дробления

    Ряд измельчающих машин (бегуны и дезинтеграторы) можно отнести к дробилкам  и к мельницам, так как их применяют  для грубого помола и для мелкого  дробления.

    Мельницы  по принципу действия разделяют на барабанные (рисунок 2.2, е-з), в которых материал измельчается во вращающемся (рисунок 2.2, е) или вибрирующем (рисунок 2.2, ж) барабане с помощью загруженных в барабан мелющих тел или без них ударами и истиранием частиц материала один о другой и о футеровку барабана (рисунок 2.2, з); среднеходные, в которых материал измельчается раздавливанием и частичным истиранием между каким-либо основанием и рабочей поверхностью шара, валка, ролика (в ролико-маятниковой мельнице (рисунок 2.2, и) ролик прижимается центробежной силой к борту чаши и измельчает материал, попадающий между бортом и роликом); ударные (рисунок 2.2, к), в которых материал измельчается ударом шарнирных или жестко закрепленных молотков (продукт, достигший определенной тонины помола, выносится из зоны действия молотков воздушным потоком); струйные (рисунок 2.2, л), где материал измельчается в результате трения и соударения частиц материала одна о другую, а также о стенки камеры при движении частиц под действием воздушного потока, имеющего большую скорость.

    Перечисленные способы измельчения относятся  к методу механического измельчения  под воздействием рабочего органа на материал или частиц материала одна на другую. Существуют методы измельчения  материалов, основанные на других физических явлениях: с помощью электрогидравлического эффекта путем осуществления  высоковольтного разряда в жидкости, ультразвуковых колебаний, быстроменяющихся высоких и низких температур, лучей  лазера, энергии струи воды и др.

    Машины  для измельчения материалов должны иметь простую конструкцию, обеспечивающую удобство и безопасность обслуживания; минимальное число изнашивающихся легко заменяемых деталей; предохранительные  устройства, которые при превышении допустимых нагрузок должны разрушаться (распорные плиты, срезные болты  и др.) или деформироваться (пружины), предотвращая поломки более сложных  узлов. Конструкция должна отвечать санитарно-гигиеническим нормам звукового  давления, вибрации и запыленности воздуха.

    Ударно-центробежные машины в производстве пигментов  находят широкое применение в  качестве дробилок для материалов первой, третьей и четвертой групп, а  также в качестве мельниц для  дезагрегации материалов второй группы. В зависимости от назначения и конструктивного оформления их называют либо ударно-центробежными дробилками, либо ударно-центробежными мельницами.

    Преимущества  ударно-центробежных машин: компактность – высокая производительность на единицу объема машины, простота конструкции, надежность работы и малая затрата  энергии на холостой ход машины.

    Основные  недостатки этих машин: большое количество пыли в продуктах дробления и  сравнительно быстрый износ ударных  тел при дроблении или измельчении материалов средней твердости или наличии твердых частиц в мягких материалах.

    Ударно-центробежные машины различных типов и конструктивных вариантов можно условно разбить  на три группы:

• молотковые, в которых ударные тела в виде бил чаще всего крупных размеров шарнирно прикреплены к ротору мельницы;
• крестовые, в которых била жестко прикреплены к ротору мельницы;
• дисковые, в которых штифты (стержни) сравнительно небольших размеров закреплены концентрическими рядами на двух дисках; диски либо вращаются в противоположные стороны (дезинтеграторы), либо один из дисков может быть неподвижен (дисмембраторы).

    Рисунок 3 - Схема работы молотковой дробилки 

    В молотковых дробилках к ротору прикреплены  ударные тела (рисунок 3). Ударные тела, закрепленные на шарнирах и свободно качающиеся на них, называются молотками или билами. При шарнирном закреплении молотков удар крупного или тяжелого куска гасится силой инерции молотка, не передаваясь на вал и подшипники. В случае попадания в дробилку крупного и твердого куска или металлических предметов шарнирно закрепленный молоток отклоняется, в то время как жестко закрепленный мог бы вызвать поломку мельницы. Таким образом, шарнирное закрепление молотков позволяет дробить на молотковых мельницах крупные куски неабразивных материалов с разрушающим напряжением σ<500-800 кгс/см². Более твердые материалы вызывают быстрый износ молотков.

      Среди машин непрерывного действия  для дробления материалов первой  и четвертой групп молотковые  дробилки находят преимущественное  распространение для среднего  и тонкого дробления. Примером  молотковой дробилки, применяющейся  в производстве пигментов может  служить однороторная однорядная  молотковая дробилка с горизонтально  установленным валом С-29 (рисунок 4).

    1-корпус; 2-приемная воронка; 3-ротор; 4-молоток; 5- броневая плита; 6-решетка; 7-пружина

    Рисунок 4 - Однороторная однорядная дробилка С-29 

    Она состоит из разъемного корпуса 1, выложенного  броневыми плитами 5 и снабженного  разгрузочной колосниковой решеткой 6. На боковых кронштейнах установлены  подшипники, в которых вращается  вал с насаженными на него дисками. В каждом диске имеется шесть  отверстий, предназначенных для  шарнирного закрепления шести больших  тяжелых U-образных молотков 4. Ротор  дробилки диаметром 710 мм делает 1200 оборотов в минуту, что соответствует окружной скорости крайних точек молотков 45 м/с. Он приводится во вращение посредством ременной передачи от электродвигателя, мощность которого подбирается в зависимости от вида материала и производительности дробилки. Решетка 6, помещенная в разгрузочной коробке, закреплена на шарнире. Зазор между ударной кромкой молотков и решеткой может изменяться. Материал загружается через приемную воронку 2, снабженную откидывающейся внутрь заслонкой, защищающей обслуживающий персонал от кусков материала, которые могут быть выброшены из дробилки при незаполненной приемной воронке. Материал, поступающий через воронку, дробится частично ударом молотка, частично ударом о броню, подвергаясь многократному воздействию ударных тел.

    Для дробления пород средней прочности, а также мягких материалов, таких, как шлак, гипс, мел, глины, применяют  также молотковые дробилки.

    Рисунок 5 – Молотковая дробилка 

    Молотковая  дробилка (рисунок 5) состоит из сварного корпуса 1, в котором установлены ротор 2, отбойная плита 4, поворотная 5 и выдвижная колосниковая решетки 6. Ротор состоит из одного или нескольких дисков, закрепленных на общем приводном валу. Дробление материала осуществляется под действием удара по нему молотков 3 массой 15...20 кг, шарнирно закрепленных к дискам вращающегося ротора, и соударения кусков с плитами и колосниковыми решетками. Положение колосниковых решеток и отбойной плиты — регулируемое. Рабочий зазор между внутренней поверхностью колосниковой решетки и ротором выбирают в зависимости от крупности продукта дробления. При крупном дроблении обычно он в полтора — два раза больше поперечника максимальных кусков продукта дробления, а при мелком — в три — пять раз. Размер наибольшего куска материала, загружаемого в молотковые дробилки,— 75...600 мм при окружной скорости молотков 60 м/с. При вращении ротора молотки под действием центробежных сил занимают направление по линии, соединяющей ось вращения ротора с осью вращения молотка. При ударе молотки поворачиваются вокруг своей оси в направлении, противоположном вращению ротора. Шарнирное крепление молотков у молотковых дробилок существенно отличает их от роторных с жестко закрепленными билами. Недостатком молотковых дробилок является быстрый износ молотков и колосниковых решеток. Они также не могут быть рекомендованы для измельчения слишком вязких (глинистых) влажных материалов, которые забивают колосниковую решетку

    На  рисунке 6 представлена однороторная нереверсивная молотковая дробилка. Она состоит из следующих узлов: корпуса, ротора, отбойных молотков и колосниковой решётки. Верхняя 1 и нижняя 2 части корпуса делаются литыми или сварными из прокатной или листовой стали. У боковых стенок корпуса расположены подшипники 9, в которых вращается вал 6 ротора 3. Последний представляет собой сборную конструкцию: на валу 6 жестко закреплены (шпонками) диски 4. В каждом диске имеется шесть отверстий, через которые пропущены стержни, служащие осями для молотков 5, шарнирно-подвешенных на роторе рядами. 

    Рисунок 6 - Однороторная нереверсивная молотковая дробилка 

    Верхняя часть 1 корпуса футеруется отбойными  сменными плитами 7. В нижней части 2 корпуса укреплена колосниковая решётка 8, занимающая 135°-180° окружности, описываемой молотками. Для наблюдения за дробилкой имеются лазы с крышками 11. Исходный материал, попадая на вращающиеся  молотки, подвергается ударному воздействию  и отбрасывается на отбойные плиты 7. В результате многократных ударов происходит его дробление. Разгружается дробленый продукт через колосниковую решетку 8. Более крупные куски  материала додрабливаются на колосниковой решётке. Шарнирное крепление молотков даёт возможность избегать поломок при попадании не дробимых предметов, так как в этих случаях молотки отклоняются на некоторый угол.

    Однороторная  реверсивная дробилка (рисунок 7). Состоит из сварного кожуха 1,ротора 2, колосниковой решётки 3 и механизмов регулирования положения колосниковой решетки.

    Вал ротора 5 опирается на два самоустанавливающихся  подшипниках качения, которые помещены в корпусах 6 и укреплены на тумбах станины болтами. Вал электродвигателя соединен с валом ротора муфтой 7. На валу 5 неподвижно укреплены диски 8, через отверстия которых пропущены  стержни 9 со свободно надетыми молотками 10.

    Рисунок 7 - Однороторная реверсивная молотковая дробилка 

    Исходный  материал, загружаемый через люк 11 и попадающий на вращающиеся молотки 10, подвергается ударному воздействию  и отбрасывается на отбойные футеровочные плиты 13. В результате многократных ударов молотков и ударов о плиты 13 происходит дробление материала. Окончательно додрабливание осуществляется в кольцевом зазоре между концами молотков и колосниковой решёткой, где на ряду с ударным дроблением наблюдается частичное истирание.

    Проведя дальнейший анализ существующего дробильного оборудования можно сделать вывод, что самым распространенным его недостатком является высокая металлоемкость, низкая долговечность и износостойкость, а также невысокая производительность. Решать эти проблемы пробовали авторы некоторых патентов и авторских свидетельств.

    Рассмотрим  авторское свидетельств 1757739А1 СССР, МКИ В 02. /1/

    Роторная  дробилка используется в устройствах  для дробления твердых полезных ископаемых и материалов в горнорудной, строительной, химической и других отраслях промышленности.

    Дробилка  (рисунок 8) включает цилиндрический корпус 1, установленный вертикально, загрузочную течку 2 с перфорированным коллектором 3 и колосниковой решеткой 4, бункер 5 для загрузки исходного продукта, разгрузочные течки. Соосно в корпусе 1 установлен лопастной ротор из отдельных лопастей 9 в виде плоских металлических пластин постоянной толщины и ширины, жестко закрепленных на втулке к цилиндрической ее поверхности и под углом 50...60° к плоскости вращения. За лопастным ротором с зазором 17 с возможностью возвратно-поступательного движения установлена колосниковая решетка 18. 

    Рисунок 8 - Роторная дробилка 

    Цель  изобретения - повышение производительности.

    Указанная цель достигается тем, что в роторной дробилке, содержащей цилиндрический корпус, в котором соосно на вертикальном валу расположен лопастной ротор, бункер, загрузочная и разгрузочная течки, и привод, загрузочная течка снабжена колосниками и соединенными с  источником жидкости под давлением  перфорированным коллектором, при  этом лопасти закреплены по винтовой линии под углом 50-60° к плоскости  их вращения, а под ротором с  возможностью возвратно-поступательного  движения смонтирована колосниковая решетка.

    Соосно  в корпусе 1 установлен лопастной  ротор из отдельных лопастей 9 в  виде металлических пластин постоянной толщины и ширины, жестко прикрепленных (например, сваркой) на втулке к цилиндрической ее поверхности и под углом 50...60° к плоскости вращения. Втулка крепится на валу 10 ротора шпонкой. Количество лопастей целесообразно применять от трех до шести в зависимости от диаметра корпуса и крупности исходного продукта. Вал 10 ротора посредством муфты или редуктора 11 соединен с приводом 12 и вращается в упорных подшипниках 13 и 14, расположенных соответственно в верхней и нижней частях устройства. Причем нижний упорный подшипник 14 установлен в подпятнике на раме 15 и прикрыт крышкой 16, жестко закрепленной на валу 10.