Вибрационные грохоты 1 страница

В зависимости от размеров и плотности сортируемых материалов различают легкие, средние и тяжелые грохоты.

Легкие грохоты применяют в основном в угольной промыш­ленности, средние и тяжелые грохоты — в промышленности строительных материалов.

Наибольшее распространение получили инерционные наклон­ные грохоты с круговыми колебаниями и инерционные горизон­тальные грохоты с направленными колебаниями (рис. 100).

Наиболее простую конструкцию имеет грохот с круговыми колебаниями.

На рис. 101 показан общий вид грохота с круговыми коле­баниями С-784 с размером просеивающей поверхности 1500Х2750 мм. Этот грохот предназначен для товарного грохочения.

Металлический короб грохота сварен из листов и труб и вы­полнен с расположенными внутри него в два яруса ситами, при­крепленными к нему деревянными клиньями и растяжками. В средней части короба установлен вибратор. Вал вибратора опирается на два роликоподшипника, которые прикреплены к коробу. Вал защищен от пыли и ударов трубой. На концах вала симметрично установлены дебалансы, допускающие бесступенчатое

регулирование статического момента. На одном из концов вала имеется шкив, соединенный клиновыми ремнями со шкивом электродвигателя.

Для уменьшения износа клиновых ремней и предотвращения передачи вибраций на вал двигателя приводной шкив насажен на вал вибратора с эксцентриситетом, примерно равным ампли­туде колебаний грохота.

Центробежные силы инерции, возникающие при вращении дебалансов, вызывают круговые или близкие к ним колебательные движения короба грохота. Амплитуда этих колебаний зависит от сил инерции, характеристики амортизаторов и нагрузки на грохот.

Грохот опирается на фундамент или подвешивается при по­мощи пружинных амортизаторов. При увеличении нагрузки на грохот амплитуда колебаний его короба соответственно умень­шается, и нагрузка на подшипники остается практически постоян­ной, т. е. инерционный грохот обладает свойством «самозащиты» от перегрузок. Это свойство позволяет успешно использовать рас­сматриваемые грохоты для грубого грохочения крупнокускового материала, например, для отсева мелкого материала перед пер­вичным дроблением. Для этого созданы инерционные грохоты тяжелого типа, в качестве просеивающей поверхности которых служат решета из тяжелых колосников.

Колосниковый грохот (рис. 102) имеет мощный футерованный короб, внутри которого на разных уровнях размещены колоснико­вые решетки. Короб установлен на опорные кронштейны рамы при помощи винтовых пружин. Благодаря конструкции опорных устройств просеивающую поверхность возможно располагать под углом наклона 0—30° к горизонту.

Сменные колосники из высокомарганцовистой стали можно устанавливать с просветом 70 или 200 мм. Расстояние между колосниками в направлении от загрузки материала к выгрузке увеличивается, что предотвращает забивание решетки.

Вал вибратора приводится во вращение от электродвигателя клиноременной передачей. Параметры колебаний таких грохотов назначают исходя из условий обеспечения скольжения материала по поверхности колосников.

Инерционные горизонтальные грохоты среднего типа пред­назначены для окончательного грохочения (см. рис. 100,б), эти грохоты по конструктивному исполнению сложнее, чем грохоты с круговыми колебаниями, так как в них применены вибраторы с направленными колебаниями. Однако в этих грохотах возможно установить просеивающую поверхность грохота горизонтально и тем самым уменьшить его размеры по высоте. Устанавливают такие грохоты на передвижных дробильно-сортировочных уста­новках, а также в местах, где высота ограничена.

На рис. 103 показан вибратор грохота с направленными коле­баниями. Он состоит из корпуса 2, прикрепленного к коробу грохота. В корпусе на роликоподшипниках установлены два дебалансных вала 3. На конце одного из валов имеется шкив 1, соединенный клиноременной передачей со шкивом приводного электродвигателя. Второй дебалансный вал приводится во враще­ние от первого дебалансного вала зубчатой передачи 4 с пере­даточным отношением, равным единице, что обеспечивает синхронное

вращение дебалансных валов. Линия, соединяющая центры дебалансных валов, расположена под углом 55° к гори­зонту, вследствие чего коробу грохота сообщаются прямолиней­ные колебания, направленные под углом 35° к плоскости сита.

Техническая характеристика отечественных грохотов приве­дена в табл. 11.

В качестве упругих опор на отечественных грохотах исполь­зовались спиральные пружины или пластинчатые рессоры. Из-за специфической работы грохотов к их упругим опорам предъяв­ляют высокие требования: при достаточной жесткости они должны передавать как можно меньше вибраций на основание, отличаться хорошей демпфирующей способностью и большим сроком службы. Как показала эксплуатация, металлические упругие опоры не соответствуют этим требованиям. Особенно сказывается несовер­шенство их конструкций при переходе через резонансную область колебаний при пуске и остановке грохота. Длительное время перехода резонанса и большие амплитуды колебаний при этом вызывают быстрый выход из строя упругих опор и снижают срок службы остальных узлов грохота. Недостатком таких опор является также их многообразие и сложность унификации, так как грохоты, отличаясь один от другого массой и размерами, требуют соответственно различных по конструктивному испол­нению упругих опор.

Исследованиями ВНИИстройдормаша установлено, что наи­более эффективными опорами грохотов являются пневмобаллонные амортизаторы. Они имеют по сравнению с металлическими пру­жинами следующие преимущества.

1. Пневмобаллонные опоры имеют нелинейную упругую ха­рактеристику и с возрастанием амплитуды колебаний при резо­нансе их жесткость увеличивается. В результате этого в 2,5—3 раза сокращается время выбега после отключения электродвигателя и на 20—25% уменьшается максимальная резонансная амплитуда.

2. Одна пневмобаллонная опора при изменении внутреннего давления может быть использована для различных нагрузок при различных параметрах колебаний, т. е. для различных типораз­меров грохотов. Таким образом, применение пневмобаллонной опоры позволит устранить разнообразные металлические пружины на вибрационных грохотах и полностью унифицировать узел подвески грохота.

3. Пневмобаллонная опора удобна в обслуживании, долго­вечна, способствует уменьшению шума при работе грохота.

Пневмобаллон (рис. 104) представляет собой резинокорд­ную оболочку, внутри которой помещена камера. С торцов пневмобаллон выполнен с ме­таллическими крышками.

В связи с возросшими тре­бованиями по повышению про­изводительности оборудования для переработки горных пород наметилась тенденция создания грохотов с большими поверхностями просеивания.

Следует отметить, что при традиционной конструкции инер­ционного грохота увеличение его ширины связано с определен­ными конструктивными затруднениями, а именно: чем больше расстояние между опорами, тем больше прогиб приводного вала под действием собственной массы; самоустанавливающиеся роли­ковые подшипники не могут компенсировать прогиб в желаемых пределах; с увеличением расстояния между опорами значительно (в третьей степени) снижается жесткость вала и уменьшается частота собственных колебаний.

При этом возможно совпадение частот собственных колебаний вала и колебаний грохота под действием возбуждающей силы и наступление резонанса, что может привести к разрушению узла вибратора.

На грохотах с большими просеивающими поверхностями реко­мендуется применять так называемые виброблоки, каждый из которых состоит из короткого вала, установленного в двух ци­линдрических подшипниках и с закрепленными на его концах дебалансами.

Такое решение дает возможность выпускать грохоты с боль­шими площадями просеивания с круговыми и направленными колебаниями, используя в различных комбинациях всего не­сколько размеров унифицированных виброблоков.

На рис. 105 показан виброблок и различные схемы располо­жения виброблоков на грохотах с круговыми и направленными колебаниями.

На рис. 106 показан горизонтальный инерционный грохот с направленными колебаниями одной из зарубежных фирм. На этом грохоте направленные колебания создаются отдельными системами виброблоков и электродвигателей, т. е. по принципу самосинхронизации.

В грохотах с направленными колебаниями других зарубежных фирм применяют двухвальные виброблоки с передачей движения от приводного вала ко второму при помощи шестеренчатой пары (рис. 107). На рис. 108 показан двухъярусный грохот с большой поверхностью просеивания с направленными колебаниями американской фирмы Аллис-Чалмерс.

Короб грохота приводится в движение сдвоенными виброблоками, установленными на мощ­ную поперечную траверсу. Такое конструктивное исполнение при­вода грохота используют некоторые западногерманские фирмы, например, Крупп и Зибтехник.

Основные преимущества виброблока следующие: больший срок службы подшипников благодаря центральной и равномерной нагрузке;

высокая собственная частота колебаний вала, что обеспечи­вается благоприятными соотношениями диаметра и длины вала;

возможность регулирования возбуждающей силы как внутри блока (регулировкой дебалансов), так и установкой различного числа блоков на грохот;

возможность равномерного распределения нагрузки на короб грохота и создания грохотов с большими поверхностями просеи­вания;

легкая замена, практически без простоя грохота.

Другим направлением в создании привода виброгрохотов является применение специальных мотор-вибраторов, устанавли-

	а)

ваемых непосредственно на коробе грохота. Мотор-вибраторы имеют те же преимущества, что и виброблоки. Кроме того, привод не имеет внешних вращающихся частей и при компоновке из не­скольких мотор-вибраторов они почти не зависят друг от друга, как виброблоки. Их не обязательно располагать по одной прямой, а можно, например, один закрепить на верхней части грохота, а другой на нижней части.

На рис. 109, а, б показаны схемы крепления мотор-вибратора к коробу грохота, а также конструкция мотор-вибратора. В за­висимости от способа крепления мотор-вибраторов к коробу грохота можно сообщать его просеивающей поверхности различ­ные виды колебания: круговые, эллиптические, прямолинейные (рис. 109, в — д).

Необходимо отметить, что мотор-вибраторы сложнее и тяжелее виброблоков, а создание их с большими статическими моментами при сравнительно низких частотах связано с трудностями. Поэтому мотор-вибраторы применяют преимущественно на вибро­грохотах малых типоразмеров и для грохочения мелких фракций материала, а также для привода тяжелых колосниковых грохо­тов, где требуется лишь обеспечить скольжение кусков материала по поверхности колосников и не предъявляются жесткие требо­вания к параметрам колебаний.

Мотор-вибраторы высокой надежности имеют виброустойчивую обмотку, снабжены двухрядными сферическими подшипни­ками с принудительным воздушным охлаждением. Вал мотор-вибратора выполнен из высоколегированной хромоникелевой стали.

Следует отметить, что мотор-вибраторы так же, как и вибро­блоки, имеют свои области рационального применения. Они как виды привода грохотов не исключают, а дополняют друг друга.

В некоторых случаях, в основном при грохочении мелких материалов, применяют грохоты, у которых колебания про­сеивающей поверхности создаются элек­тромагнитным вибратором (рис. 110).

При пропускании тока через катуш­ку электромагнит 1 нритягиваетякорь2, соединенный тягой 3 с планками, между которыми зажато сито 4. При движении вверх якорь ударяется об упоры, что вызывает резкий толчок, при этом по­дача тока в катушку прекращается и якорь пружиной 5 отжимается. При помощи маховичка 6 можно изменять зазор между якорем и упорами, а сле­довательно, и амплитуду колебания сита.

Электромагнитный вибратор закреп­ляют над средней частью просеивающей поверхности, поэтому амплитуда колебаний последней неравно­мерная: наибольшая в средней части и минимальная по краям, что является недостатком грохота с электромагнитным вибратором. К преимуществам таких грохотов можно отнести отсутствие вращающихся и трущихся частей, а также то, что колебания сообщаются только просеивающей поверхности, а короб (рама) остается неподвижным.

Электромагнитный вибратор сообщает просеивающей поверх­ности 3000 колебаний в минуту и амплитуду, равную, примерно, 0,3 мм.

Расчет основных параметров

Основными параметрами, определяющими эффективность и про­изводительность грохочения, являются размеры просеивающих поверхностей, частота и амплитуда колебаний, угол наклона грохота, направление вращения вала вибратора и траектория движения сита.

Расчет параметров колебаний короба грохота. На рис. 111 показана схема грохота с инерционным возбудителем колебаний. Движение грохота на опорах в установившемся режиме без учета сопротивлений и момента, развиваемого электродвигателем, опи­сывается уравнениями:

где М—масса короба грохота;m—масса дебалансов; ÿ,ẍ—ускорения по соответствующим осям; К_x К_y — жесткость упругих связей в горизонтальном и вертикальном направлениях; r—эксцентриситет центра масс дебаланса; ω— угловая частота короба; t— время; ху— координаты движения короба грохота.

Разделив уравнение (51) на (М + m), получим:

где р— частота собственных колебаний; р² = К_y/(М + m); q = т/(М + m).

Частное решение уравнений (52) получается в предположении, что ускорение х пропорционально cosωt, т.е. х=А_х cosωt, а у пропорционально sinωt, т. е. у=А_у sinωt [здесь А_х и А_у — постоянные, значения которых должны удовлетворять урав­нению (52)].

Подставив в формулу значения х и у найдем:

Тогда искомое частное решение будет:

Учитывая, что при работе грохота в зарезонансном режиме частота собственных колебаний грохота р² мала по сравнению с частотой вынужденных колебаний со², из формулы (53) для максимального перемещения короба грохота имеем:

где X — амплитуда колебаний короба грохота; тг — статиче­ский момент вибратора.

Знак минус в левой части равенства (54) означает, что при зарезонансном режиме колебаний грохота перемещение его короба находится в противофазе с вынуждающей силой. Это следует учитывать при смещении центра посадочного отверстия шкива вибратора для обеспечения условий его самоцентрирования.

Определение оптимальной частоты и амплитуды колебаний. Оптимальные амплитуды и частота колебаний грохота зависят от формы траектории его движения. Совокупность этих трех факторов влияет на производительность, эффективность грохоче­ния и способность грохота к самоочищению отверстий сит от зерен. Поскольку систематическое засорение сит нарушает работу виброгрохота, последний критерий оценки при выборе параметров колебаний является первостепенным.

Основными факторами, влияющими на процесс самоочищения отверстий сита, являются скорость и форма траектории его дви­жения. С увеличением скорости улучшаются условия самоочи­щения сита, но при этом эффективность грохочения снижается в результате того, что с возрастанием скорости подбрасывания зерна увеличивается расстояние между смежными точками сопри­косновения зерна с просеивающей поверхностью, а следовательно, уменьшается количество этих соприкосновений за время прохож­дения зерна по просевающей поверхности.

Экспериментально установлено, что отверстия сита не заби­ваются зернами, т. е. происходит самоочищение его, если вы­сота h подбрасывания зерен над поверхностью сита превышает 0,4 размера отверстия l, т. е. h ≥0,4l. Исходя из этого условия максимальную скорость движения просеивающей поверхности рассчитывают следующим образом. Для грохотов с просеивающей поверхностью, расположенной в горизонтальной плоскости и с направленными колебаниями, как следует из рис. 112, траекто­рия движения подбрасываемого просеивающей поверхностью зерна может быть описана следующими уравнениями:

где у, x—координаты подбрасываемого зерна; υ₀—максимальная скорость в направлении колебания; γ— угол наклона направления колебания к просеи­вающей поверхности.

Решая эти уравнения совместно, получаем:

Значение x₁ при котором у имеет максимальное значение, получаем из производной уравнения (55), приравненной к нулю:

Принимая у = h, х = х₁ из уравнения (55) находим:

откуда при угле наклона 35°

Из рис. 113 видно, что траектория движения зерна, подбрасы­ваемого просеивающей поверхностью в наклонных грохотах с кру­говыми колебаниями, может быть описана уравнениями:

где α — угол наклона просеивающей поверхности.

Решая эти уравнения совместно, получаем:

Как и в предыдущем случае, находим значение х₁ при кото­ром у имеет максимальное значение; принимая у = h и х =х₁ из уравнения (56) находим:

Принимая а = 20°, получаем:

Величина v₀ может быть выражена через размер отверстия сита,

если подставить в полученное выражение h = 0,4 l (здесь l — размер отвер­стия).

Если на грохоте установлено два или три яруса сит, то скорость рас- Утах- считывают, учитывая сито с наи- большим размером отверстий.

По вычисленной скорости колебаний сит определяют основные параметры колебаний грохота

где α— амплитуда колебаний; ω — угловая частота колебаний.

При выборе амплитуды колебаний надо иметь в виду следующее. Установлено, что ускорение грохота при колебаниях, превы­шающих 80 м/с², приводит к быстрому выходу из строя элементов грохота и возникновению трещин в коробе.

Ускорение грохота:

Как видно из формулы (57), ускорение грохота увеличивается пропорционально амплитуде колебаний и частоте колебаний в квадрате. Поэтому амплитуда должна быть такой, чтобы ускоре­ние w было бы менее 80 м/с².

Существуют эмпирические формулы для определения частоты и амплитуды колебаний грохотов, которыми можно пользоваться для предварительных расчетов. ВНИИстройдормаш рекомендует определять частоту колебаний грохотов по следующим формулам:

для наклонных инерционных грохотов

для горизонтальных грохотов с прямолинейными колебаниями

где п— частота колебаний в секунду; l— размер отверстия в свету, м; α— ам­плитуда колебаний грохота, м.

Обычно α для наклонных грохотов принимается равной 2— 5 мм, l=0,07м для горизонтальных грохотов с направлен­ными колебаниями l= 0,04м.

Угол наклона грохота. С уменьшением угла наклона грохота снижается скорость перемещения материала по ситу, в резуль­тате чего возрастает эффективность грохочения при одновремен­ном снижении производительности.

Обычно у наклонных грохотов угол наклона может быть 0—30°, что позволяет подбирать необходимые показатели грохочения. Для колосниковых грохотов угол наклона 0—25°, что обеспечи­вает скольжение материала по поверхности колосников.

Направление вращения вала вибратора и траектория движения сита. При изменении направления вращения вала вибратора наклонных грохотов с круговыми и эллиптическими колебаниями на движение, противоположное движению материала по ситу грохота эффективность грохочения значительно улучшается, но одновременно снижается и производительность. Это происходит из-за уменьшения скорости движения материала по ситу и полу­чения траектории полета зерен над ситом, способствующей луч­шему прохождению их через отверстия сит.

Определение технологических показателей.

Основными показателями процесса грохочения при получении

продукта определенного качества являются производитель­ность Q и эффективность грохочения Е.

На рис. 114 показана зависимость Е = f (Q) колосникового грохота С-724. Из графика видно, что при определенных конкрет­ных условиях грохочения нельзя увеличить эффективность гро­хочения изменением (увеличением или уменьшением) произво­дительности. Чтобы объяснить характер этой зависимости, рас­смотрим особенности движения слоя сыпучего материала на про­сеивающей поверхности.

Процесс грохочения на сите вибрационного грохота состоит из двух стадий, происходящих одновременно и непрерывно.

В первой стадии мелкие зерна, подлежащие просеву, должны пройти толщину материала и войти в соприкосновение с поверх­ностью сита. Во второй стадии мелкие зерна должны пройти через отверстия сита. Для зерен, находящихся на поверхности мате­риала, первая стадия процесса грохочения заканчивается в конце сита, если толщина слоя материала не превышает определенного значения (критического), и в этом случае эффективность грохоче­ния высокая. Вторая же стадия продолжается на протяжении движения материала по всей длине сита. Поэтому режим питания грохота и производительность должны выбираться такими, чтобы толщина слоя материала на сите не превышала критического зна­чения. На основании этого в качестве оптимальной производительности грохота следует принимать ее наибольшее значение, при котором эффективность грохочения для данных конкретных условий будет максимальной или близка к ней.

Независимость эффективности грохочения от размера отвер­стий сит при прочих равных условиях доказана исследованиями ВНИИстройдормаша. Производительность грохотов с увеличе­нием размера отверстий сит в основном возрастает.

Производительность грохотов товарного и промежуточного грохочения. Удельную производительность выбирают в зависи­мости от размеров ячеек сит. При этом она должна отвечать макси­мальной эффективности грохочения и определяться для разных отверстий сит при работе грохота на «стандартном составе» мате­риала, когда содержание нижнего класса в исходном материале С_н=60% и содержание зерен с размером, меньшим половины отверстия сита, 50%. Корректируя выбранные значения удельных производительностей с помощью соответствующих коэффициентов, зависящих от условий грохочения (угла наклона грохота, грану­лометрического состава, вида материала, влажности и т. д.), а также площади просеивания, рассчитывают полную производительность грохота. Эффективность грохочения при этом определяют по формуле, не зависящей от производительности.

Для расчета производительности грохотов товарного и про­межуточного грохочения (м³/ч) ВНИИстройдормаш рекомендует выражение:

где q— удельная производительность грохота для определенного размера от­верстий сит (табл. 12), м³/(ч·м²); F— площадь грохочения, м²; К₁— коэффи­циент, учитывающий угол наклона грохота (табл. 12); для горизонтального гро­хота K₁ = 1; К₂— коэффициент, учитывающий процентное содержание ниж­него класса в исходном материале С_н (табл. 12); К₃— коэффициент, учитываю­щий содержание в нижнем классе зерен размером меньше половины одного от­верстия сита (табл. 12); т— коэффициент, учитывающий неравномерность пи­тания и зернового состава материала, форму зерен и тип грохота.

Значения коэффициента т следующие:

Эффективность грохочения:

где е— эталонная эффективность грохочения (для средних условий); К′₁ — коэф­фициент, учитывающий угол наклона грохота (табл. 13); К' ₂ —коэффициент, учитывающий процентное содержание нижнего класса в исходном материале (табл. 13); К′₃ — коэффициент, учитывающий процентное содержание в нижнем классе зерен, размером меньше половины отверстия сита (табл. 13).

Для горизонтальных грохотов с прямолинейными колеба­ниями эффективность е (%) при грохочении щебня равна 89%, гравия 91%, для наклонных с круговыми колебаниями е соответ­ственно для щебня и гравия 86% и 87%.

Качество получаемого продукта во многом зависит от раз­мера l отверстий сит. Оптимальным размером отверстий сит для заданной границы разделения является такой, при котором обеспечивается одинаковый процент засорения надрешетного продукта мелкими зернами и подрешетного продукта крупными зернами. Размер отверстий сит ориентировочно можно выбрать в зависимости от границы разделения l_гр.

Дата добавления: 2015-04-24