6. Машины и оборудование для переработки каменных материалов

6.1. Общие сведения

В строительном производстве используют большое количество нерудных материалов: камня, щебня, гравия, песка и каменной крошки. Гравий и песок добывают в естественных отложениях в полуготовом виде. Дальнейшая переработка этих материалов заключается в промывке и сортировке их на специальных установках. Щебень получают из твердых горных пород, добываемых в карьерах с последующей технологической обработкой (обогащением).

Технологическая обработка каменных материалов включает следующие операции:

- предварительное сортирование для отделения мелочи перед первичным дроблением;

- дробление для получения требуемых по крупности фракций щебня;

- сортирование продуктов дробления на заданные фракции;

- промывку от загрязнений.

Основным технологическим оборудованием для производства нерудных строительных материалов являются: дробилки, грохоты, промывочные и обезвоживающие машины, классификаторы и вспомогательное оборудование.

6.2. Машины для дробления (измельчения) каменных материалов

Установки, измельчающие каменные материалы до размеров щебня, называются камнедробилками (дробилками). Каменные материалы дробят раздавливанием, раскалыванием, ударом, изломом и истиранием. Конструкции современных дробилок позволяют воздействовать на породу одновременно несколькими способами.

По способу дробления и устройству рабочего оборудования различают щековые, конусные, молотковые, роторные и валковые дробилки (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Классификации камнедробилок

Классификационный признак	Тип дробилки
Крупность конечного продукта	Крупного дробления (100…350 мм)
	Среднего дробления (40…100 мм)
	Мелкого дробления (5…40 мм)
Технологическое назначение	Первичного дробления
	Вторичного дробления
Конструкция и принцип действия	Щековые с простым движением щеки
	Щековые со сложным движением щеки
	Конусные с крутым конусом (крупного дробления)
	Конусные с пологим конусом (среднего и мелкого дробления
	Кулачковые
	Роторные
	Молотковые
	Валковые

Процесс дробления материала принято оценивать степенью измельчения i, представляющей собой отношение средних поперечных размеров кусков исходного материала к средним поперечным размерам дробленого материала. Дробилки обычно позволяют получать степень измельчения от 3 до 8. Когда необходима бόльшая степень измельчения, горную массу дробят в несколько стадий: первая стадия – первичное дробление; последующие стадии – вторичное, третичное дробление и т.д. Дробилки последних стадий работают, как правило, в замкнутом цикле, при котором материал крупнее заданного возвращается в ту же дробилку для повторного дробления. Если материал проходит через дробилку один раз – цикл открытый.

Щековые дробилки используются для крупного и среднего дробления пород средней крепости и крепких. Разрушение кусков в щековых дробилках осуществляется в основном раздавливанием их между подвижной и неподвижной плитами – щеками. По характеру движения рабочего органа различают дробилки с простым и сложным движением щеки (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Щековые камнедробилки:

а) с простым движением щеки; б) со сложным движением щеки

1 – неподвижная дробящая плита; 2 – подвижная плита; 3 – ось подвески подвижной плиты: 4 – эксцентриковый вал; 5 – шатун; 6 – регулировочный механизм; 7 – пружина; 8, 9 – распорные плиты; 10 – тяга

В первом случае точки подвижной щеки совершают возвратно-поступательное движение по дуге окружности. По мере измельчения куски породы опускаются под действием собственной массы к разгрузочному отверстию. При сложном движении точки подвижной щеки перемещаются по замкнутым эллиптическим траекториям, что способствует более ускоренному выходу раздробленного материала из камеры дробления и соответственно повышает (на 15…20%) производительность дробилки.

Основными параметрами щековых дробилок являются: ширина и длина приемного отверстия B×L. Ширина В определяется максимальным размером D_max загружаемых кусков: B = 1,2 D_max.. Минимальный размер кусков раздробленного материала определяется зазором (щелью) между нижними кромками дробящих плит при максимальном отходе подвижной щеки. Ширина выходной щели b – еще один основной параметр дробилки. Второй размер щели – длина – равен длине приемного отверстия.

Отечественная промышленность выпускает щековые дробилки с размерами B×L от 160×250 до 1500×2100 мм (табл. 6.2).

Таблица 6.2

Характеристики щековых дробилок

Тип дробилки	Приемное отверстие, мм	Ширина выходной щели, мм	Мощность, кВт	Масса, т	Производи- тельность, м3/ч
С простым движением щеки
СМД-111А	900×1200	130	110	63,2	180
СМД-184	900×1200	130	2×55	63,2	180
СМД-118А	1200×1500	155	160	123	310
СМД-117А	1500×2100	180	250	250	600
Со сложным движением щеки
СМД-115	160×250	30	5	1,5	2,8
СМД-116А	250×400	40	17	3	7
СМД-108А	250×900	40	45	8,4	18
СМД-109А	400×900	60	55	10,85	35
СМД-110А	600×900	100	75	18,5	75

Производительность щековых дробилок.

Техническая производительность (П_т) щековой дробилки зависит от размеров камеры дробления, числа оборотов приводного вала и категории дробимого материала. При частоте вращения вала n она составит

П_т = 30 S L n μ (2Z + S) / tg α , (6.1) где S – максимальный отход щеки, м; L – длина разгрузочной щели, м; n – число оборотов приводного вала, с^-1; μ – коэффициент разрыхления дробимого материала, равный примерно 0,4…0,6; Z – минимальный просвет между неподвижной и подвижной щеками дробилки, м; α – угол захвата (угол между неподвижной и подвижной щеками).

Приближенно можно принимать

n = 62 . (6.2)

Мощность дробилки при дроблении конкретной породы определяют из выражения

N = 1,1 E_i K_M П_т γ_о (√i – 1) / √D_св, (6.3) где E_i – энергетический показатель дробления (в предварительных расчетах принимают максимальное значение Е_i = 8 кВт∙ч/т); К_м – масштабный фактор, характеризующий изменение Е_i в зависимости от крупности крупности материала:

D_св, мм: 65 100 120 160 240 280 370 460 600

Км: 1,58 1,4 1,34 1,18 1,0 0,95 0,85 0,8 0,68 i = D_св / d_св – степень измельчения материала; D_св – средневзвешенный размер исходного материала, мм; d_св – средневзвешенный размер дробленного продукта, мм; γ_о – плотность породы, т/м³; П_т – техническая производительность дробилки, м³/ч.

Средневзвешенный размер исходного материала для дробилок с шириной приемного отверстия 600 мм и менее принимается равным ширине приемного отверстия В, для дробилок с шириной приемного отверстия 900 мм и более – (0,3… 0,4) В. Размер d_св принимается: для дробилок с шириной приемного отверстия 600 мм и менее d_св = 0,65b; с шириной приемного отверстия 900 мм и более – d_св = 0,8b, где b – ширина разгрузочной щели

b = S + Z. (6.4)

Конусные дробилки состоят из двух усеченных конусов, в кольцевом пространстве между которыми происходит дробление материала. Конусные дробилки подразделяются на два основных вида: с крутым конусом, предназначенным для крупного и среднего дробления и с пологим конусом, – для среднего и мелкого дробления. В дробилках с крутым конусом вершины конусов обращены в разные стороны, благодаря чему в верхней части образуется загрузочное отверстие, позволяющее обеспечить захват крупных кусков. Поэтому эти дробилки применяют на первой стадии дробления. У дробилок с пологим конусом вершины конусов обращены в одну сторону и ширина загрузочного отверстия небольшая, поэтому их используют на второй стадии дробления.

Основными параметрами конусных дробилок являются ширина загрузочного отверстия и производительность. Ширина загрузочного отверстия с крутым конусом находится в пределах 1250…3200 мм, а производительность – 100…1750 м³/ч. Ширина загрузочного отверстия дробилок с пологим конусом в пределах 205…450 мм, производительность – 200…1000 м³/ч.

Роторные дробилки – это дробилки ударного действия. Дробящим органом этих дробилок являются массивные била ротора. Ротор представляет собой горизонтально вращающийся вал, на центральную часть которого насаживается массивный стальной барабан со специальными пазами для установки бил. Материал разрушается за счет ударов по нему бил при вращении ротора и ударов об отражательные плиты, которыми ограждена дробильная камера. Дробилки ударного действия выпускаются одно- и двухроторными.

Производительность роторных дробилок достигает 400…600 м³/ч. Ширина загрузочного отверстия этих дробилок изменяется в пределах от 350 до 1400 мм.

Молотковые дробилки отличаются от роторных дробилок ударными органами – шарнирно закрепленными на роторе молотками вместо бил и менее жесткими ударами по дробимому материалу. Производительность их составляет 100…200 м³/ч.