Лабораторная работа №1
Исследование процесса дробления материалов в щековой дробилке
Цель работы: изучить конструкцию и принцип действия щековой дробилки, технологические параметры процесса дробления.
Материалы и оборудование:
1. Измельчаемый материал - 1,5 кг;
2. Щековая дробилка;
3. Стандартный набор сит;
4. Весы с разновесами;
5. Совок;
6. Секундомер.
Общие сведения
Под дроблением понимают процесс разделения твердого материала на части, при котором механическим путем преодолеваются силы сцепления частиц и образуются новые поверхности.
Щековые дробилки в промышленности строительных материалов применяются для предварительного измельчения исходного сырья (в основном природных материалов), для крупного и среднего дробления.
Рабочим органом щековых дробилок являются подвижная и неподвижная щеки. Процесс дробления твердого материала происходит за счет изменения размеров камеры дробления между щеками путем периодического сжатия (раздавливания) материала подвижной щекой, и в незначительной степени - посредством излома и истирания.
Сопротивляемость материала дроблению в значительной степени зависит от его физического состояния - твердости и прочности. Прочный и хрупкий материал удобнее дробить ударом, раздавливанием, изломом; прочный и вязкий - раздавливанием и истиранием; вязкий, средней прочности - истиранием, ударом, раскалыванием.
Внешняя сила, преобладающая внутренние силы сцепления в куске при его дроблении производит работу. По объединенной теории академика энергетические затраты определяются по сумме затрат энергии на образование новых поверхностей раздела и деформацию измельчаемого материала.
Основными параметрами, характеризующими процесс дробления материала в щековой дробилке, являются:
- угол захвата материала;
- наибольший размер загружаемых кусков;
- средний размер загружаемых кусков;
- средний размер кусков измельченного материала;
- степень измельчения;
- производительность дробилки;
- мощность электродвигателя;
- ширина загрузочного отверстия;
- оптимальная частота вращения эксцентрикового вала.
Описание лабораторной установки
Конструкция и принципиальная схема работы лабораторной щековой дробилки приведена на рис. 1.
Рисунок 1 - Конструкция щековой дробилки
Лабораторная щековая дробилка состоит из станины (1), неподвижной щеки (2), эксцентрикового вала (3), на который подвешена щека (4). Эксцентриковый вал приводится во вращение от электродвигаклиноременной передачей (8) и маховиком (7).
Загрузка щековой дробилки производится через загрузочное отверстие, выгрузка измельченного материала - через лоток. Ширина разгрузочного отверстия регулируется винтом (9).
Выходной зазор дробилки регулируется с помощью кулачкового механизма. Минимальное расстояние между дробящими плитами может устанавливаться 4, 11, 16, 18 мм. При этом минимальный размер входного отверстия составляет 74х60 мм, а максимальный - 80х60 мм. Привод дробилки осуществляется от электродвигателя через клиновый ремень.
Порядок выполнения работы
1. Определение оптимального угла захвата материала
Для возможности дробления материала в щековой дробилке необходимо определить оптимальный угол захвата б, при котором материал не будет выталкиваться из установки. Примем расположение обеих щек, как показано на рис. 2, то есть под углом б/2 к вертикальной плоскости.
Рисунок 2 - Схема к определению угла захвата
При нажатии подвижной щеки на кусок материала в точках соприкосновения его с поверхностью щек возникают силы нормального давления Р и силы трения Рf.
Для нормальной работы дробилки необходимо условие:
2Рsin б/2 ≤ 2Pcos б/2
Разделив обе части уравнения на 2Pcos б/2, получим: tg б/2 ≤ f. Известно, что f = tg ц, где ц - угол трения. Тогда б ≤ 2ц. Для коэффициентов трения каменных материалов о сталь, равных 0,2; 0,3 соответственно б < 22є и б < 33є. На практике б принимают равным 15 ... 25є.
2. Определение наибольшего размера загружаемых кусков
Наибольший размер загружаемых кусков Dmax принимают равным 0,8 ... 0,85 ширины загрузочного отверстия.
Ширина загрузочного отверстия определяется из условия:
В ≥ Dmax / 0,85,
где Dmax - максимальная крупность кусков исходного материала, м.
3. Определение среднего размера загружаемых кусков
Для определения среднего размера кусков загружаемого материала необходимо провести ситовый анализ.
Приготовленные пробы материала (m = 1,5 кг) просеивают через набор сит с размерами отверстий 40, 20, 10, 5 мм. Остатки на каждом сите взвешивают и вычисляют частные остатки в процентах. Результаты ситового анализа заносят в табл. 1.
Таблица 1 - Результаты ситового анализа исходного материала
Остатки на ситах | Размеры отверстий сит, мм | Прошло через сито 5 мм | |||
40 | 20 | 10 | 5 | ||
Частные, г | - | - | 1079,25 | 308,05 | 112,7 |
Частные, % | - | - | 71,95 | 20,53 | 7,52 |
Средневзвешенные размеры кусков загружаемого материала Dср. взв. вычисляют по формуле:
Dср. взв. = (Dср.1 * х1 + Dср.2 * х2 + ... + Dср. n * хn) / (х1 + х2 + ... + хn),
где Dср.1, Dср.2 ... Dср. n - средние размеры фракции, равные полусумме размеров двух соседних сит, мм; х1, х2 ... хn - процентное содержание каждой фракции; n - число фракций.
Dср. взв. = (15 * 71,25 + 7,5 * 20,53) / (71,25 + 20,53) = 13,34 мм.
4. Определение среднего размера кусков измельченного материала
Для определения среднего размера кусков измельченного материала необходимо провести дробление подготовительных проб в лабораторной щековой дробилке.
Минимальную ширину загрузочной щели устанавливают в соответствии с оптимальным углом захвата б.
Дробленный материал просеивают через набор сит с размерами отверстий 20; 10; 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 мм. Остатки на каждом сите взвешивают и вычисляют частные остатки.
Результаты испытаний заносят в табл. 2.
Таблица 2 - Результаты ситового анализа измельченного материала
Остатки на ситах | Размеры отверстий сит, мм | Прошло через сито 0,14 мм | |||||||
20 | 10 | 5 | 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | ||
Частные, г | - | 96,75 | 808,3 | 256,95 | 75,2 | 63,3 | 41,3 | 37,9 | 120,3 |
Частные, % | - | 6,45 | 53,9 | 17,13 | 5,02 | 4,22 | 2,75 | 2,55 | - |
Средневзвешенный размер кусков измельченного материала dср. взв. (мм) вычисляют по формуле:
dср. взв. = (15 * 6,45 + 7,5 * 53,9 + 3,75 * 17,13 + 1,88 * 5,02 + 0,94 * 4,22 + 0,47 * 2,75 + 0,24 * 2,55) / (6,45 + 53,9 + 17,13 + 5,02 + 4,22 + 2,75 + 2,55) = 6,31 мм.
5. Вычисление степени измельчения
Степень измельчения материалов вычисляют по формуле:
i = Dср. взв. / dср. взв.,
где Dср. взв., dср. взв. - средневзвешенные размеры кусков загружаемого и выгружаемого материала соответственно.
i = 13,34 / 6,31 = 2,12 мм.
6. Определение производительности лабораторной щековой дробилки
Производительность щековых дробилок Q рассчитывают из предположения, что разгрузка материала из выходной вещи дробилки происходит только при отходе подвижной щеки.
Для расчета производительности дробилки необходимо произвести замеры:
L - длины разгрузочной щели, м; L = 0,005 м.
S - свободного хода подвижной щеки, м, (разность между максимальным и минимальным зазором между щеками (рис. 3)); S = 0,02 м.
Рисунок 3 - Схема для определения параметров дробилки
Материал постепенно загружают в бункер дробилки, в то же время пускают в ход секундомер, по которому отсчитывают время Т (с) измельчения всего количества материала.
Расчетную производительность дробилок определяют по следующим формулам:
- по объему QV = 1,85 * dср. взв. * L * м * 
,
- по массе QМ = 1,85 * dср. взв. * L * м * сН * 
,
где QV - объемная производительность, м3/с; QМ - производительность по массе, кг/с; dср. взв. - средневзвешенный размер кусков измельченного материала, м; L - длина разгрузочной щели, м; сН - насыпная плотность материала, кг/м3; S - свободный ход подвижной щеки, м; м - коэффициент разрыхления материала, равный 0,25 ... 0,70 (с увеличением размера дробилки, прочности дробимого материала и степени измельчения приближается к меньшему пределу).
Фактическая производительность (кг/c) определяют по формуле:
= М / Т,
где М - масса дробимого материала, кг; Т - время дробления, с.
= 1,5 / 20 = 0,075 кг/с.
По полученным данным пересчитывают фактическую производительность по объему:
= 
/ с,
где с - насыпная плотность измельчаемого материала, кг/м3.
= 0,075 /1,3 = 0,058 кг/м3.
Вывод: в ходе лабораторной работы изучили конструкцию и принцип действия щековой дробилки. Сопротивляемость материала дроблению зависит от его физического состояния – твердости и прочности. Прочный материал удобнее дробить раздавливанием и истиранием.
