Критерии для сравнения конусных дробилок различных производителей

Трудность и субъективность такого сравнения в некоторых случаях объясняется традиционным несоответствием некоторых положений теории и практики конусных дробилок. Отметим некоторые из них.

Традиционная оценка гранулометрического состава продукта питания дробимого материала на ситах с квадратными ячейками, которая преимущественно дает оценку среднего размера осколков фракции, при том как технологический режим конусной дробилки регламентируется шириной разгрузочной щели, которая регламентирует толщину этих осколков. Таким образом, традиционная оценка гранулометрического состава питания и продукта делается без учета преимущественной формы осколков (лещадность), которая зависит от физикомеханических свойств дробимого материала и режима дробления (деформации разрушения).

Производительность дробилок различными фирмами задается в кубических метрах или тоннах в час. Известно, что насыпной вес одного и того же материала зависит от его крупности и преимущественной формы.  Поэтому формально такие показатели оказываются несопоставимыми, а производительность по входу и выходу дробимого материала при оценке производительности по объему – различной.

Общепринятым является замер ширины разгрузочной щели на холостом ходу. Вместе с тем, соотношение ширины разгрузочной щели на холостом ходу и при дроблении различно, особенно для дробилок мелкого дробления. Это различие определяется зазорами в эксцентриковом узле, которые в процессе эксплуатации разрабатываются и таким образом являются переменными. И хотя эти соотношения известны сравнительно давно [1] и достоверность их неоднократно проверена, технические показатели особенно зарубежных фирм даются без учета этих положений теории и практики.

Эффективность рабочего процесса в камере дробления во многом зависит от режимов разрушения оригинальных кусков и их осколков. Эти режимы, в свою очередь, зависят от гранулометрического состава и организации питания, а также точности изготовления деталей и узлов дробилки, которые образуют камеру дробления. Вместе с тем, эти показатели дробилок, как правило, очень условно регламентируются фирмами и заводами изготовителями.

Эксплуатационный режим дробилки имеет некоторые ограничения, связанные с перегрузкой приводного двигателя, амортизационной системы и переполнения камеры дробления. Вместе с тем, оптимальным может оказаться эксплуатационный режим, далекий от этих предельных. Критерии оптимизации эксплутационных режимов оказываются также различными и изменяющимися в зависимости от изменения условий эксплуатации и задачи производственного процесса.

Все это делает сравнительную оценку дробилок разного конструктивного и технологического исполнения подвижной и творческой.

Многие конструктивные решения первой конусной дробилки с консольным валом Э.Саймонса продолжают использоваться до сего времени, хотя с тех пор прошло более 70 лет и многое в машиностроении изменилось.

Английская фирма PARKER Plant, сохранив в своих дробилках от первоначальных эксцентриковый узел и привод дробилки, отказалась от металлоемкого резьбового соединения опорной чаши и регулирующего кольца, перейдя на их  клиновое крепление. На рис.1 показана схема такого крепления. Система клиньев пружинами  зажимает регулирующее кольцо  через контрклин. Гидроцилиндры  могут поджимать клинья, освобождая регулирующее кольцо. Гидроцилиндры двойного действия  устанавливают регулирующее кольцо в нужном вертикальном положении, после чего давление в гидроцилиндрах снимается и регулирующее кольцо оказывается зафиксированным в опорной чаше. Эта система может использоваться и для освобождения дробящего пространства от недробимых тел или дробимого материала при аварийной остановке дробилки.

Пружинная амортизация так же заменена гидравлической. Использование гидроцилиндров двойного действия позволяет использовать ее для освобождения дробящего пространства от недробимых тел и дробимого материала при аварийных остановках дробилки.

Обе гидравлические системы включены в общую автоматизированную систему, которая эффективно предохраняет дробилку от перегрузок при попадании недробимых тел в камеру дробления, реализует дистанционное регулирование разгрузочной щели дробилки и ликвидацию аварийных ситуаций (рис. 2). При нормальной работе давление в аккумуляторе прижимает опорную чашу к станине дробилки; при попадании в камеру дробления недробимого тела опорная чаша приподнимается в зоне недробимого тела, при этом часть масла из гидроцилиндра выдавливается в аккумулятор. При подаче давления в нижнюю полость гидроцилиндра опорная чаша приподнимается, освобождая камеру дробления от недробимого тела или дробимого материала.

Преимуществом гидропневматической амортизации по сравнению с пружинной является меньшая жесткость ее, что в конечном счете и предопределяет ее большую эффективность [2].

Совершенствование рабочего процесса достигается разнообразием камер дробления, брони которых приняты унифицированными для каждого типоразмера дробилки (рис.3). Достигается это использованием специального проставочного кольца между регулирующим кольцом и неподвижной бронью. Такая конструкция позволяет базовые детали опорной чаши и подвижного конуса использовать для всех вариантов камер дробления (рис.З).

Фирма PARKER поставляет на мировой рынок четыре типоразмера дробилок с диаметрами подвижного конуса 900, 1200, 1350 и 1500 мм. Эксплуатационные показатели дробилок Parker близки к отечественным и дробилкам фирмы Nordberg с консольным валом (рис.4).

Фирма Parker не делает разделения дробилок для среднего и мелкого дробления, ограничиваясь характеристикой камеры дробления: очень мелкая, мелкая, среднемелкая, средняя, среднегрубая, грубая и очень грубая. Поэтому производительности дробилок фирмы Parker на рис. 4 даны минимальная для очень мелкой камеры дробления и максимальная для очень грубой камеры дробления.

Фирма Parker для своих дробилок, как приблизительные, дает гранулометрические составы продукта. И хотя эти данные предусматривают размеры ширины разгрузочной щели от 5и мм, в технических характеристиках минимальная ширина разгрузочной щели для разных дробилок составляет 68 мм.

Можно предположить, что фирма не рискует поставлять на мировой рынок дробилки больших размеров по принятой конструктивной схеме, а размеры разгрузочных щелей даются рабочие.

Наиболее представительный типоразмерный ряд конусных дробилок предлагает американская фирма NORDBERG. Это конусные дробилки для крупного дробления, предназначенные для дробления особо твердых материалов, таких, например, как железистые кварциты, граниты, базальты и т.д. Приемная щель дробилок этой серии равна от 42” до 60” (от 1000 до 1500 мм). Для второй и третьей стадии дробления предлагаются традиционные дробилки типа «Саймонс» в стандартном и короткоконусном исполнении. Типоразмерный ряд состоит из семи наименований с диаметром подвижного конуса от 2 до 7 футов. В последних моделях пружинная амортизационная система заменена гидравлической.

Отдавая дань моде, фирма рекламирует дробилки типа «G» с верхней опорой подвижного конуса. Эти дробилки предназначены для второй, третьей и более мелкой стадии дробления крепких горных пород. Типоразмерный ряд состоит из четырех наименований в стандартном и короткоконусном исполнении и может оснащаться системой автоматического контроля Локосет S.

Новое поколение дробилок серии «HP» призвано решать проблемы мелкого дробления, формы осколков дробленного материала и увеличения производительности. Конусные дробилки типа «HP» могут использоваться как в производстве щебня, так и горном деле. Дробилки этой серии имеют пять типоразмеров, повышенную по сравнению с традиционными дробилками установочную мощность приводных двигателей и производительность. Ширина разгрузочной щели изменяется в диапазоне от 10 до 51 мм.

Дробилки типа «Омникон» имеют аналогичное назначение. Они выпускаются сравнительно небольших типоразмеров: вес от 8,2 до 32 т , установочная мощность приводных двигателей от 90 до 220 kВт. По рекламным данным в этих дробилках сохранен принцип дробления Саймонса, что и предопределяет их высокую эффективность. Ранее считалось, что принцип Саймонса предполагает “рыхлое” распределение материала в камере дробления и разрушение его по принципу “кусок о бронь”.

Положительный опыт эксплуатации дробилок «Омникон» послужил основанием создания новой серии дробилок «МР». Эти дробилки выпускаются в двух исполнениях камеры дробления (для среднего и мелкого) и установочной мощности приводных двигателей 1000 и 800 л.с., соответственно. Индексы этих дробилок МР1000 и МР800; общий вес 135,73 и 106,65 т. Каждый типоразмер дробилки имеет три типа камер дробления тонкий, средний и грубый.

Из реклам исчезли дробилки «Джайродиск», в которых реализовывался принцип разрушения материала в “слое”, который имеет свои недостатки и свои преимущества.

Дробилки нового поколения отличаются от своих предшественниц дробилок Саймонса новой конструктивной схемой дробилки с консольной осью. Такая конструктивная схема позволяет отказаться от сложного эксцентрикового узла, который контактирует с конусным валом подвижного конуса. В теории такая конструктивная схема отнесена к статически неопределенным [3], и надежная эксплуатация ее достигается при точном изготовлении деталей эксцентрикового узла и подвижного конуса. К недостаткам такой конструктивной схемы можно отнести размерные ограничения сферической опоры подвижного конуса, более сложное уравновешивание дробилки на фундаменте, так как инерционные силы подвижного конуса и эксцентрика направлены в одну сторону. Последнее приводит к увеличению маховых масс вращающихся деталей и, следовательно, к большим перегрузкам, которые возникают при попадании в камеру дробления недробимых тел. Усложняется проблема уплотнения эксцентрикового узла. На рис.5 показана использованная в этих дробилках схема воздушного уплотнения, которое по надежности должно уступать традиционному гидравлическому и которое име ет распространение в отечественной практике.

Преимуществами схемы дробилки с консольной осью можно считать возможность увеличения габаритов эксцентрикового узла и, следовательно, его грузоподъемность. Все это позволило в дробилках этого типа существенно повысить скоростные характеристики подвижного конуса, энергозагружнность рабочего процесса в камере дробления.

Можно полагать, что эти изменения как раз и явятся условием для нарушения принципа Саймонса — рыхлое распределение материала в камере дробления и разрушение материала “кусок о бронь”.

Уралмашзавод начал изготавливать конусные дробилки в начале 30 г.г. Уже в 1938 г. была изготовлена и успешно пущена в эксплуатацию на Балхашском медеплавильном комбинате конусная дробилка крупного дробления ККД1500/180 с приемной щелью 1500 мм и шириной разгрузочной щели 180 мм.

Первые образцы дробилок крупного, среднего и мелкого дробления в основных своих конструктивных решениях напоминали дробилки МакКули и Саймонса. Но уже в начале 50х годов появились конусные дробилки крупного дробления с оригинальной компоновкой всей дробилки – центральной разгрузкой дробленого материала и разборкой эксцентрикового узла вверх. Это позволило существенно облегчить саму дробилку и фундамент, а также проведение монтажных и ремонтных работ.

В современных конусных дробилках ОАО «Уралмаш» используются различные оригинальные конструктивные решения, позволяющие считать их конкурентоспособными с другими зарубежными фирмами и заводамиизготовителями. В качестве примеров таких конструктивных новинок можно отметить нижнюю опору подвижного конуса дробилок крупного дробления (так называемая “постовая опора”), верхнюю гидравлическую опору подвижного конуса, эксцентриковый узел с кинематическим шарниром, позволяющим исключить перекос его в центральном стакане станины дробилки, гидравлические средства дистанционного регулирования ширины разгрузочной щели и фиксации поворотного кольца в опорном и др. На рис. 58 даны чертежи и рельефные рисунки этих узлов, из которых становится ясным их конструктивное устройство. Детальное описание этих узлов дано в работе [4].

Принятые конструктивные решения отдельных узлов дробилок, а также высокий технологический уровень производства, позволяют считать дробилки ОАО «Уралмаш» соответствующими современным требованиям горного и нерудного производства.

Типоразмерный ряд конусных дробилок крупного дробления ОАО «Уралмаш»  состоит из пяти дробилок крупного дробления и двух с “редукционным” профилем камеры дробления. Типоразмерный ряд дробилок среднего и мелкого дробления включает три размера дробилок с диаметром подвижного конуса 1750, 2200 и 3000 мм. Дробилки с диаметром подвижного конуса 3000 мм являются крупнейшими в мировой практике.

В конце 40х годов отечественными конструкторами А.К. Рунквистом и А.И. Кириченко была предложена оригинальная конструкция конусной дробилки, в которой подвижный конус имеет три степени свободы, а усилие дробления создается инерционным дебалансом. Таким образом, эти дробилки имеют как бы квазификсированное усилие дробления и переменный, зависимый от дробимого материала, рабочий ход подвижного конуса. Другими преимуществами этих дробилок по сравнению с классическими гирационными конусными дробилками является их нечувствительность к перегрузкам при попадании в камеру дробления недробимых тел и точности изготовления деталей, образующих камеру дробления. В настоящее время такие дробилки изготавливаются различными заводами в отечественной и зарубежной практике. Общий вид такой дробилки приведен на рис. 9.

Сделанный обзор конструктивных решений конусных дробилок позволяет дать сравнительную оценку и предположить направления дальнейшего их совершенствования.

В мировой практике продолжают иметь распространение конусные дробилки по классической схеме Саймонса, которые применяются для среднего и мелкого дробления. На смену пружинной амортизации приходит гидропневматическая. Они обеспечивают получение определенных технологических и эксплуатационных показателей, которые могут быть гарантированными. Для крупного дробления используются дробилки с верхней опорой подвижного конуса и гидравлическим регулированием ширины разгрузочной щели. Использование последнего обстоятельства позволяет расклинивать подвижный конус при вынужденной остановке под завалом и преодолевать его без дополнительных средств. Перспективной продолжает оставаться конструктивная схема дробилки с разборкой эксцентрикового узла вверх.

Снижение крупности дробленого материала сдерживается точностью изготовления деталей и узлов, образующих камеру дробления. В этом отношении дробилки малых размеров оказываются более совершенными.

Направлением совершенствования современных дробилок среднего и мелкого дробления является создание дробилок специального технологического исполнения. К таким дробилкам могут относиться дробилки, предназначенные для получения кубовидного щебня, минимизации мелких фракций (5 мм) и др.

Перспективным направлением при решении этой проблемы могут оказаться дробилки одного типоразмера, но с разными скоростными характеристиками подвижного конуса. Положительный опыт создания таких дробилок имеет ОАО «Уралмаш».

Другим направлением совершенствования дробильной техники является форсирование скоростных характеристик рабочих органов дробилки и повышения энергозагруженности приводов. На рис. 10 даны диаграммы установочных мощностей приводных двигателей ряда инерционных дробилок КИД института Механобр, дробилок Омникон и серии МР фирмы NORDBERG, а также дробилок с верхней опорой подвижного конуса серии Хайдрокон фирмы SVEDALA.

Увеличение энергозагруженности приводов этих дробилок потребовало увеличения прочностных характеристик основных деталей и узлов, что сказалось на весовых показателях дробилок. Сравнение данных на рис. 4 и 10 свидетельствует об этом.

Сопоставление технологических и эксплуатационных результатов обычных и с форсированными режимами эксплуатации дробилок позволяет оценить экономическую целесообразность такой модернизации. Появившиеся в технической литературе данные о перспективности многослойного разрушения в камере дробления требуют по нашему мнению некоторой конкретизации [5]. Сам процесс многослойного разрушения в камере дробления не следует сводить к какимлибо константам. Он имеет свои закономерности и, как многофакторный процесс, может оптимизироваться по различным критериям.

Вместе с тем, известно, что в серийных дробилках среднего и мелкого дробления с увеличением производительности увеличивается удельный расход энергии на дробление и почти не изменяется крупность дробленого материала. Это можно объяснить стесненным расположением дробимого материала в камере дробления[4]. Тот же эффект наблюдался и в дробилках «Джайродиск».

В частности, это положение подтверждается опытом эксплуатации дробилки МР 800 на руднике Тильден при дроблении рудной гали. На рис. 11 показаны гранулометрические характеристики питания и дробленого материала при производительности 403 т/час. Из этих графиков следует, что степень сокращения дробимого материала составила по 5и и 20 процентному остатку 3.54.4, что достижимо в обычных конусных дробилках с консольным валом. Крупность продукта 100 процентов 19,1 мм также не является не достижимой в обычных дробилках.

Создается мнение, что технологические процессы с использованием различных дробильных машин требуют квалифицированной оценки эффективности использования их в зависимости от технологических задач производства.

Очевидно, что дробилки с форсированными эксплуатационными режимами следует рассматривать как специальные, и целесообразность использования их определяется после соответствующей проработки и увязки с технологическими задачами производства.

Эти соображения подтверждают важность и необходимость сервисного обслуживания дробилок с использованием математических моделей рабочего процесса с учетом физико-механических свойств дробимого материала, гранулометрического состава питания и технологических задач производства.

Использование математических моделей ресурса сменных деталей и узлов позволяет создавать в сочетании с другими моделями рабочих процессов математические модели дробильных фабрик и оптимизирвать их эксплуатационные режимы по различным критериям.