Машины и оборудование для измельчения материалов

      Тема: Машины и оборудование для измельчения  материалов 

ПЛАН 

1. Машины  для добычи каменных материалов. 

2. Машины  и оборудование для измельчения  каменных материалов. 

3. Машины  и оборудование для сортирования  и обогащения материалов. 

Список  использованной литературы. 
 

1. МАШИНЫ  ДЛЯ ДОБЫЧИ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ 
 

     Большое количество каменных материалов, необходимых  для строительства дорожных одежд  различных типов, добывается путем  разработки месторождений открытым способом в карьерах. Работы по добыче строительного камня, залегающего массивами, включают бурение шурфов и скважин для размещения зарядов взрывчатых веществ, взрывание породы, дробление крупных камней (монолитов), погрузку и транспортирование взорванной породы из карьера. Производство буровых работ в карьерах осуществляется пневматическими перфораторами (бурильными молотками) и буровыми станками. Бурильные молотки применяют для бурения шпуров диаметром до 75 мм и глубиной до 5-7 м, а станки - для бурения скважин диаметром более 75 мм и глубиной 10-300 м. При разработке каменных карьеров скважины обычно бурят на глубину не более 30 м. Бурение станками называют глубоким бурением. Бурение состоит ИЗ операций: разрушения породы, отделения ее частиц от общего массива и удаления разрушенной породы из скважин.

     Разрушение  горных пород при бурении шпуров и скважин осуществляют механическими  и физико-химическими методами. К  механическим методам относят ударно-поворотное, вращательное и ударно-вращательное бурение. Ударно-поворотное бурение  производят инструментом, выполненным в виде клина. Последний внедряется в породу под действием кратковременной ударной нагрузки, направленной по оси скважины. После удара инструмент приподнимается над забоем, поворачивается на некоторый угол и наносит удар по новому месту в забое. Последующими ударами скалываются элементы породы в открытую сторону. Отделенная порода удаляется из забоя. Ударно-поворотное бурение осуществляется перфораторами и станками ударно-канатного бурения.

     Перфораторы представляют собой бурильный молоток, работающий от сжатого воздуха или сжатой жидкости и снабженный механизмом поворота бура. По условиям применения и способу установки перфораторы разделяют на ручные, телескопные и колонковые. Перфоратор имеет цилиндр, в котором под действием сжатого воздуха, поступающего через воздухораспределительное устройство, движется поршень-боек. В конце рабочего хода поршень-боек ударяет по хвостовику бура. Воздухораспределительное устройство может быть клапанным или золотниковым.

     Перфораторы работают при номинальном рабочем давлении воздуха р = 0,5 МПа. При работе перфоратора шпуры от буровой мелочи очищают водой или сжатым воздухом.

     Простая конструкция, обслуживание и независимость  от источников энергии привели к  широкому распространению на карьерах строительных материалов станков ударно-канатного бурения.

     Рабочий процесс станка ударно-канатного  бурения сводится к периодическому подъему бурового снаряда, который  при свободном падении наносит  удар по дну скважины, разрушая породу. Масса бурового снаряда 500-3000 кг, высота подъема 0,6-1,2 м с частотой ударов около 60 в минуту.

     Наибольшее  распространение получили машины вращательного  и ударно-вращательного бурения. Вращательное бурение осуществляется путем приложения к буровому инструменту  вращающего момента и осевого  усилия. Под действием осевого усилия инструмент внедряет-1 и в породу. Затем при одновременном действии этого усилия и вращающего момента происходит разрушение породы, которое можно представить как чередование деформаций сжатия и скалывания (сдвига) после постижения предельного состояния. Периодичность сколов и крупность элементов стружки зависят от параметров рабочего органа и свойств разрушаемой породы. При добыче нерудных материалов широкое распространение получило шарошечное бурение взрывных скважин. Принцип шарошечного бурения сводится к вращению долота, оснащенного шарошка ми-конусами с зубьями. Последние свободно посажены посредством подшипников на цапфы и при вращении долота перекатываются по забою - дну скважины. При этом зубья под действием осевого давления, передаваемого через буровой став, внедряются в породу и производят ее разрушение. Продукты разрушения из скважины удаляются сжатым воздухом или промывочной водой. После полного заглубления рабочего органа осуществляется наращивание бурового става. Развинчивание и свинчивание штанг производится с помощью редуктора и гидроключа. Наибольшее распространение получили трехшарошечные долота, хотя в некоторых случаях находят применение долота с одной, двумя, четырьмя и более шарошками.

     Ударно-вращательное бурение осуществляется вращением бурового става, принудительной статической подачей бура на забой и одновременной работой погружного пневмоударника. Станок и кинематика его рабочего органа аналогичны конструкции и кинематике станка вращательного бурения. Вместо шарошечного долота буровой став снабжен пневмоударником, работающим от сжатого воздуха. Этим же воздухом очищается скважина от разрушенной породы.

     Физико-химические способы бурения бывают термическими, взрывными, гидравлическими и др. Процесс разрушения горной породы при термическом бурении основан на действии высокотемпературного газового потока на забой скважины. Нагреву подвергается слой породы небольшой толщины. В породе возникают термические напряжения, которые пропорциональны разности температур смежных слоев. Происходит эрозия верхнего слоя, и продукты разрушения выносятся газовым потоком из скважины. Рабочим органом является горелка, в камере которой температура газов достигает 2500-3500°С, а скорость их истечения 1800-2000 м/с. В качестве горючего может быть использовано любое жидкое топливо (керосин, бензин, солярное масло) в смеси с окислителем - кислородом, воздухом, азотной кислотой.

     Взрывной  метод бурения сводится к разрушению породы взрывами зарядов ВВ небольшой  мощности, подаваемых с определенной частотой в скважину вместе с промывочной жидкостью. Гидравлический способ разрушения пород струей воды, вылетающей из сопла гидромонитора со скоростью 60 м/с при давлении 3 МПа, используют при разработке обычных грунтов. Для разрушения скальных пород давление в струе должно быть 50 МПа и более. Электрогидравлический способ разрушения заключается в периодически повторяемых высокоимпульсных разрядах между контактами электрической цепи в жидкости. 
 

2. МАШИНЫ  И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ  КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ 

     Измельчение является процессом последовательного  уменьшения размеров кусков твердого материала от первоначальной крупности  до требуемой. При производстве щебня  в результате измельчения получается готовый продукт. В других случаях  этот процесс является подготовительным для дальнейшей переработки, например, при производстве цемента.

     В зависимости от начальной и конечной крупности кусков материала различают  два основных вида процесса измельчения: дробление и помол. В зависимости  от крупности конечного продукта различают: дробление - крупное (размер кусков 100-350 мм), среднее (40-100 мм), мелкое (5-40 Мм); помол - грубый (размер частиц 5-0,1 мм), тонкий (0,1-0,05 мм), сверхтонкий (менее 0,05 мм).

     Теоретические основы дробления и измельчения  каменных материалов. Энергия, необходимая для измельчения материала, зависит от ряда факторов: прочности, хрупкости, однородности исходного материала, его влажности, размера, формы, взаимного расположения кусков, метода дробления, вида и состояния рабочей поверхности машины и др. Аналитические зависимости, устанавливающие связь между расходом энергии на измельчение и физико-механическими свойствами измельчаемого материала и параметрами конечного продукта, носят приближенный характер.

     Для определения энергии, необходимой для измельчения, разработано несколько гипотез: первая говорит о пропорциональности энергии вновь образованной поверхности (первая гипотеза измельчения – гипотеза поверхностей); вторая - о пропорциональности энергии объемам или массам дробимых тел (вторая гипотеза - объемов); третья, комбинированная, гипотеза говорит о пропорциональности энергии измельчения образующимся поверхностям и объемам дробимых тел.

     Классификация методов и машин для измельчения  материалов. В зависимости от назначения и принципа действия машин, предназначенных для измельчения материалов, используются следующие методы разрушения: раздавливание, ударное воздействие, раскалывание, излом, истирание . 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.

     Дробилки  по принципу действия разделяют на щековые, в которых материал подвергается раздавливанию, раскалыванию и частично истиранию между двумя плитами-щеками при их периодическом сближении; конусные, 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; валковые, в которых материал раздавливается между двумя валками, вращающимися навстречу один другому (иногда валки вращаются с разной частотой, и тогда раздавливание материала сочетается с истиранием); ударного действия, которые, в свою очередь, бывают молотковыми и роторными; 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.

     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, в которых материал измельчается во вращающемся или вибрирующем барабане с помощью загруженных в барабан мелющих тел или без них ударами и истиранием частиц материала один о другой и о футеровку барабана; среднеходные, в которых материал измельчается раздавливанием и частичным истиранием между каким-либо основанием и рабочей поверхностью шара, валка, ролика (в ролико-маятниковой мельнице ролик прижимается центробежной силой к борту чаши и измельчает материал, попадающий между бортом и роликом); ударные, в которых материал измельчается ударом шарнирных или жестко закрепленных молотков (продукт, достигший определенной тонины помола, выносится из зоны действия молотков воздушным потоком); струйные, 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.

     Щековые дробилки. Щековые дробилки применяют  для крупного и среднего дробления. Принцип работы щековой дробилки заключается в следующем. В камеру дробления, имеющую форму клина и образованную двумя щеками, из которых одна в большинстве случаев является неподвижной, а другая подвижной, подается материал, подлежащий дроблению. Клинообразная форма камеры дробления обеспечивает расположение более крупных кусков материала сверху, менее крупных - внизу. Подвижная щека периодически приближается к неподвижной. При сближении щек (ход сжатия) куски материала подвергаются дроблению. При отходе подвижной щеки (холостой ход) куски материала подвигаются вниз под действием силы тяжести и занимают новое положение или выходят из камеры дробления, если их размеры стали меньше наиболее узкой части камеры, называемой выходной щелью. Затем цикл повторяется.

     Характер  движения подвижной щеки зависит  от кинематических особенностей механизма  щековых дробилок. За время применения этих дробилок для переработки различных материалов было предложено и осуществлено большое количество самых разнообразных кинематических схем механизма дробилок.

     Дробилки  со сложным движением подвижной  щеки имеют ход сжатия достаточный для интенсивного дробления по всей высоте камеры дробления. Как было отмечено, существенным недостатком этих дробилок является интенсивное изнашивание дробящих плит, обусловленное траекторией движения подвижной щеки. В то же время эти дробилки проще по конструкции, компактнее, менее металлоемки. В ряде случаев, например, при применении таких дробилок в передвижных установках или в подземных разработках, эти преимущества являются определяющими; дробилки со сложным движением щеки, так же как и дробилки с простым движением щеки, широко используют в различных отраслях народного хозяйства, и их изготовляют многие машиностроительные фирмы в мире.