Как работает конусная дробилка

Конусная дробилка — машина непрерывного действия, в которой материал разрушается сжатием в кольцевом зазоре между двумя коническими поверхностями: подвижным дробящим конусом и неподвижной чашей. Главная особенность работы конусной дробилки — гирационное (вращательно-колебательное) движение внутреннего конуса, посаженного на эксцентриковую втулку: ось вала описывает коническую поверхность, и зазор в каждой точке окружности камеры периодически уменьшается и увеличивается. За счёт этого ход сжатия и ход разгрузки идут одновременно в разных секторах камеры — дробление выполняется без холостого хода, что отличает машину от щековых дробилок.

В статье разобраны устройство и принцип работы конусной дробилки, гирационное движение конуса, конструкция камеры дробления, регулировка разгрузочной щели, степень дробления и крупность продукта, типы по ГОСТ 6937-91, а также область применения в среднем и мелком дроблении.

Назначение и область применения

Конусные дробилки с эксцентриковым приводом, согласно ГОСТ 6937-91, предназначены для дробления рудных и нерудных материалов, за исключением пластичных. Машина непригодна для глинистых и липких пород, склонных к замазыванию броней и зависанию в камере. Стандартом ограничены прочностные характеристики дробимого сырья: для дробилок типов КСД и КМД предельное временное сопротивление сжатию материала составляет 300 МПа, для дробилок типов ККД и КРД — 250 МПа (приложение 5 к стандарту).

Конусная дробилка работает непрерывно и под завалом — материал может подаваться в загрузочное отверстие сплошным потоком без выравнивания уровня.

Область применения охватывает горно-обогатительные комбинаты, карьеры нерудных строительных материалов, металлургические и цементные производства. На обогатительных фабриках конусные дробилки участвуют в двух-, трёх- и четырёхстадиальных схемах подготовки руды к измельчению; в производстве щебня — обеспечивают получение кубовидного зерна с пониженной лещадностью.

Устройство конусной дробилки

Конструктивно конусная дробилка представляет собой узел из двух сопряжённых конусов, силового привода, опорных и регулировочных систем. Основные сборочные единицы:

• Дробящий (подвижный) конус — установлен на главном валу, защищён сменной бронёй из высокомарганцовистой стали.
• Неподвижная чаша (наружный конус) — формирует внешнюю стенку камеры дробления, также футерована бронёй.
• Главный вал — несёт подвижный конус; нижний хвостовик свободно входит в эксцентриковую втулку.
• Эксцентриковая втулка — с наклонной конической расточкой; преобразует вращение приводного вала в гирационное движение главного вала.
• Сферический подпятник — у дробилок КСД и КМД воспринимает массу конуса с валом и осевые усилия дробления; у дробилок ККД вал подвижного конуса дополнительно подвешен сверху к траверсе.
• Приводной вал с шестернёй — передаёт крутящий момент от электродвигателя через клиноремённую передачу и коническую зубчатую пару на эксцентриковую втулку.
• Амортизационный узел — пакет пружин (пружинная подвеска) или гидроцилиндры (гидравлическая подвеска), пропускающие через камеру недробимые тела без поломки конуса и чаши.
• Механизм регулирования разгрузочной щели — поворот регулировочного кольца чаши либо гидравлическое перемещение узла, изменяющее зазор внизу камеры.
• Загрузочный бункер и распределитель питания — обеспечивают равномерную подачу материала по окружности камеры.

Дробилки КСД и КМД называют конусными дробилками с консольным валом: вал подвижного конуса не имеет верхнего крепления и опирается только на сферический подпятник. У дробилок ККД, напротив, вал шарнирно крепится вверху к траверсе, образуя дополнительную точку подвеса.

По типу амортизации различают пружинные и гидравлические машины. Пружинная подвеска проще и дешевле в обслуживании; гидравлическая позволяет реализовать дистанционное регулирование щели и автоматическую защиту от перегрузок. Согласно ГОСТ 6937-91 (п. 1.3), дробилки типов КСД и КМД могут изготовляться в исполнениях «В» (с виброизолирующими опорами), «Д» (с дистанционным управлением) и «П» (с распределителем питания).

Гирационное движение конуса

Принцип работы конусной дробилки основан на гирационном движении подвижного конуса. Вал не вращается вокруг собственной оси — он совершает прецессию: ось вала описывает в пространстве коническую поверхность с вершиной в точке верхнего подвеса (для дробилок крупного дробления типа ККД) либо в точке пересечения оси вала с осью дробилки выше сферического подпятника (для дробилок типов КСД и КМД с консольным валом). Угол прецессии вала относительно вертикальной оси машины для дробилок среднего и мелкого дробления составляет ориентировочно 2–2,5° (до 2°30').

В каждый момент времени дробящий конус приближён к чаше с одной стороны окружности и отдалён от неё с противоположной. Кусок породы, попавший в сектор сближения, разрушается сжатием; одновременно в противоположном секторе зазор раскрывается, и измельчённый материал свободно перемещается вниз под действием силы тяжести. По мере поворота эксцентриковой втулки сектор сжатия смещается по окружности — это и обеспечивает непрерывность процесса.

В конусной дробилке нет холостого хода: сжатие и разгрузка идут одновременно в разных секторах кольцевой камеры.

При работе под завалом в камере создаются стеснённые условия, при которых часть материала разрушается не только об броню, но и взаимным трением и сжатием кусков (принцип «камень о камень»). Это улучшает форму зерна готового продукта: повышается выход кубовидной фракции, снижается лещадность.

Камера дробления

Камера дробления — кольцевое пространство между подвижным и неподвижным конусами. По высоте камеру условно делят на три зоны:

1. Загрузочная зона. Верхний участок камеры, где зазор максимален; принимает куски породы заданной крупности и обеспечивает их захват.
2. Зона сжатия (рабочая). Средняя часть, в которой зазор уменьшается по высоте; основное разрушение материала.
3. Параллельная зона. Нижний участок, где образующие конуса и чаши практически параллельны. Именно её длина и положение определяют верхнюю границу крупности готового продукта.

Для дробилок типа КМД параллельная зона выполняется значительно длиннее, чем у КСД, а высота подвижного конуса меньше. За счёт этого кусок при движении вниз многократно подвергается сжатию, пока его размер не станет меньше ширины разгрузочной щели. Геометрия камеры (профиль броней) определяет угол захвата: он должен быть меньше двойного угла трения материала о броню, иначе кусок будет выталкиваться вверх вместо захвата.

Типы конусных дробилок по ГОСТ 6937-91

Стандарт ГОСТ 6937-91 «Дробилки конусные. Общие технические требования» устанавливает четыре основных типа конусных дробилок с эксцентриковым приводом, различающихся по назначению и стадии дробления:

Для дробилок типов ККД и КРД определяющими габаритами являются ширина приёмной щели и номинальная ширина разгрузочной щели. Для типов КСД и КМД основным параметром служит диаметр основания дробящего конуса. Дробилки типов КСД и КМД дополнительно могут изготовляться в исполнениях «В» (с виброизолирующими опорами), «Д» (с дистанционным управлением) и «П» (с распределителем питания).

Конусные дробилки крупного и редукционного дробления применяются на первой стадии — после грохочения горной массы. Дробилки среднего дробления работают на второй стадии, мелкого — на третьей и (в замкнутом цикле с грохотом) на четвёртой. Конструктивно КСД и КМД близки и различаются профилем камеры, длиной параллельной зоны и соотношением размеров конусов.

Типоразмерный ряд КСД и КМД

Серийные конусные дробилки среднего и мелкого дробления, выпускавшиеся отечественной промышленностью (в том числе Уралмашзаводом), характеризуются следующим рядом типоразмеров по диаметру основания дробящего конуса:

В обозначении типоразмера, например КСД-1750, число обозначает диаметр основания подвижного дробящего конуса в миллиметрах. Конструктивные отличия КСД и КМД одного типоразмера — преимущественно в форме камеры дробления, профиле броней и длине параллельной зоны; силовая база и опорные узлы во многом унифицированы.

Регулировка разгрузочной щели

Разгрузочная щель — кольцевой зазор между подвижным и неподвижным конусами в самой нижней точке параллельной зоны. Её ширина — главный технологический параметр, определяющий верхнюю границу крупности готового продукта. По ГОСТ 6937-91 ширина разгрузочной щели B_1ср определяется как среднее арифметическое четырёх измерений равномерно по окружности; одно из четырёх измерений может быть меньше установленного значения до 25% (кроме дробилок с самоустанавливающимся эксцентриком).

Регулирование выполняется двумя основными способами:

• Механическое. Поворот регулировочного кольца наружной чаши по резьбе — чаша поднимается или опускается, изменяя зазор. Применяется на пружинных машинах.
• Гидравлическое. Подъём и опускание дробящего конуса либо чаши гидроцилиндрами. Позволяет реализовать дистанционное и автоматическое регулирование, а также автоматическую компенсацию износа броней.

ГОСТ 6937-91 относит механизированное или дистанционное регулирование ширины разгрузочной щели к рекомендуемым конструктивным требованиям (за исключением типоразмеров с диаметром конуса 600 и 900 мм).

Степень дробления и крупность продукта

Степень дробления i — основной показатель эффективности машины, определяемый как отношение характерного размера куска исходного материала к размеру куска готового продукта. Для конусных дробилок диапазоны степеней дробления, типичные при проектировании схем рудоподготовки, приведены ниже.

Размер приёмного отверстия дробилки принимают примерно на 10–20% больше максимального куска питания.

Согласно ГОСТ 6937-91, удельная потребляемая мощность дробилки определяется как отношение потребляемой мощности к производительности и нормируется в технических условиях на конкретный типоразмер. Коэффициент закрупнения K — отношение размера квадратной ячейки сита, через которую проходит 95% дроблёного продукта, к ширине разгрузочной щели — характеризует фактическую крупность получаемого материала (S₉₅/B_1ср).

Применение и выбор типоразмера

Подбор конусной дробилки идёт от технологической схемы: задаются крупность исходного материала, требуемая фракция, производительность стадии и физико-механические свойства породы. Базовые ориентиры:

Алгоритм подбора в общем виде:

1. Определение стадий. Исходя из общей степени дробления (от карьерного куска до питания мельницы или товарной фракции) выбирают число стадий — обычно две, три или четыре.
2. Назначение степеней по стадиям. Распределяют общую степень i_общ между стадиями с учётом типичных диапазонов для конкретного типа дробилок.
3. Расчёт разгрузочной щели. Для каждой стадии определяют ширину разгрузочной щели исходя из требуемой крупности и характеристики гранулометрического состава продукта (по приложению 5 к ГОСТ 6937-91).
4. Подбор типоразмера. По характеристикам производителей выбирают конкретный диаметр основания конуса, обеспечивающий заданную производительность при выбранной щели.
5. Проверка по приёмному отверстию. Сопоставляют максимальный кусок питания с шириной приёмной щели выбранного типоразмера с учётом запаса 10–20%.

Конусные дробилки среднего и мелкого дробления применяются при производстве кубовидного щебня для дорожного строительства и бетонов, в подготовке руды к обогащению на ГОКах, в металлургии — для подготовки агломерационной шихты и окатышей, в цементной промышленности — для дробления известняка и клинкера.

Эксплуатационные требования

ГОСТ 6937-91 относит к обязательным требованиям ряд конструктивных и эксплуатационных параметров. В частности, в конструкции дробилок (за исключением типоразмеров КСД-600, КСД-900, КМД-600, КМД-900) рекомендуется предусматривать:

• возможность встраивания в автоматические линии;
• механизированное или дистанционное регулирование ширины разгрузочной щели;
• возможность агрегатной замены сменных сборочных единиц;
• защиту трущихся поверхностей от попадания пыли;
• возможность установки домкратов для осадки пружин амортизационного узла при извлечении недробимых тел (для типов КСД и КМД).

Эксплуатация конусных дробилок выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ 12.3.002-2014 «Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности», а также действующих правил безопасности при дроблении, сортировке и обогащении полезных ископаемых.

Согласно п. 6.2 ГОСТ 6937-91 на каждой дробилке должна быть прикреплена табличка по ГОСТ 12971, содержащая товарный знак изготовителя, наименование и условное обозначение машины (индекс), порядковый номер изделия и дату выпуска (месяц, год). Климатическое исполнение и категория размещения — по ГОСТ 15150.

В комплекте поставки, согласно ГОСТ 6937-91, передаются паспорт (формуляр) или руководство по эксплуатации, паспорта на покупные изделия, инструкция по наплавке баббита (при наличии баббитового подшипника), а также комплект запасных частей и сменных сборочных единиц.

Вопросы и ответы