ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ МАШИН ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Практическое занятие №
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ МАШИН ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И ДЛЯ ОБРАБОТКИ
МАТЕРИАЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
Под измельчением понимают процесс разрушения кусков твёрдого материала до заданных
размеров, необходимых для промышленного использования продукта измельчения. В пищевой
измельчение является одним из основных технологических процессов, причем наиболее
энергоёмких. Следует строго регламентировать процессы подготовки твёрдого сырья (по размерам
частиц) соответствующими стандартами, а также качество изготовляемого продукта по его
дисперсности.
Процесс измельчения материалов делят на две стадии — дробление и помол, которые, в свою
очередь, в зависимости от крупности исходного куска и крупности промежуточного продукта
подразделяют на классы (табл. 1). Характеристики измельчённого материала могут несколько
отличаться в различных отраслях промышленности.
Обычно измельчение осуществляется несколькими способами одновременно. Например,
истирание обычно совмещается с раздавливанием, раскалыванием и иногда с ударами. Ниже
приведены рекомендации по выбору способа измельчения в зависимости от физико-механических
свойств материалов.
Способ измельчения
Раздавливание, удар
Раздавливание
Удар, раскалывание и истирание
Истирание, удар и раскалывание
Характеристика материала
прочный и хрупкий
прочный и вязкий
хрупкий, средней прочности
вязкий, средней прочности
Таблица 1 - Классы измельчения твёрдых материалов
Методы измельчения материалов разнообразны. Измельчение проводят путём раздавливания,
истирания, излома, удара, раскалывания. На рисунке 1 показаны схемы возможных способов
механического воздействия.
1
Рисунок 1 - Способы измельчения: а – раздавливание; б – истирание; в – разламывание; г –
резание; д – распиливание; е – истирание; ж, з – стеснённый и свободный удар
Основными технико-экономическими показателями работы дробильно-помольных машин
являются: степень измельчения и удельный расход энергии на измельчение единицы объёма
готовой продукции.
Степень измельчения (линейная) определяется как отношение размеров кусков (зёрен) исходного
продукта к размеру кусков (зёрен) конечного продукта и показывает, во сколько раз уменьшился
размер куска при его измельчении:
𝑑
𝑖= н
(1)
𝑑𝑘
Объёмная степень измельчения определяется по формуле
𝑑 3
𝑖об = н 3
(2)
𝑑𝑘
Степень измельчения зависит от прочности материала (чем прочнее материал, тем меньше должно
быть значение i). Соблюдают следующие значения i при измельчении:
крупных и средних кусков i = 3÷8,
мелких i = 10÷30 (и более).
Чем прочнее измельчаемый материал, тем меньше должна быть степень измельчения i. Если
𝑑н
отношение
превышает рекомендуемые значения i, то процесс измельчения проводят в несколько
𝑑𝑘
стадий. На каждой стадии (рисунок 2) кроме кусков нужного размера остаётся часть более крупных
кусков и образуется некоторое количество мелочи. В связи с этим после каждой стадии материал
подвергают рассеву: более крупные куски возвращаются на повторное измельчение, а куски
требуемых размеров поступают на следующую стадию измельчения.
Таким образом, установка для измельчения, как правило, состоит из нескольких последовательно
расположенных измельчителей, между которыми устанавливаются сита (грохоты или другие
просеивающие и сортирующие устройства) и транспортирующие устройства.
2
Рисунок 2 - Схема трёхстадийного измельчения твёрдых материалов: I – III — измельчители; 1 – 4
— сита для рассеивания
Схемы измельчений могут быть одно- и многостадийными. Цикл их работы может быть открытым
или замкнутым (рис. 3).
При измельчении в открытом цикле куски материала проходят через измельчитель только один раз.
В открытом цикле проводят обычно крупное и среднее дробление. При наличии мелочи в исходном
материале её предварительно отделяют и присоединяют к конечному продукту
Рисунок 3 - Одностадийные схемы измельчения: а – по открытому циклу; б – по замкнутому
циклу; 1 – грохот; 2 – дробилка
В замкнутом цикле измельчитель работает вместе с устройствами для рассева и
транспортирования. Эти устройства позволяют непрерывно возвращать крупные куски на
повторное измельчение. Такая схема применяется при тонком измельчении, когда требуется
получить однородный конечный продукт. При работе по замкнутому циклу можно уменьшить
расход энергии на измельчение и повысить производительность оборудования.
Классификация измельчающего оборудования довольно условна. По крупности
измельчённого продукта измельчители подразделяют на дробилки крупного, среднего и мелкого
дробления и мельницы тонкого и коллоидного измельчения.
Дробилки. По конструкции и принципу действия дробилки бывают нескольких типов:
– щековые с простым и сложным качанием подвижной щеки; в этих дробилках материал
раздавливается и раскалывается между неподвижно и подвижной щеками в результате
периодического их сближения; в дробилках со сложным движением щеки материал дополнительно
истирается;
– конусные, в которых материал раздавливается и частично изгибается между двумя
конусами; внешний конус неподвижен, а внутренний (дробящий), насаженный на вертикальный
вал, перемещается по окружности эксцентрично по отношению к внешнему конусу; в конусных
дробилках продукт измельчается непрерывно;
– валковые, в которых материал раздавливается и частично истирается между двумя валками,
вращающимися навстречу друг другу;
– молотковые и роторные дробилки ударного действия, в которых материал дробится при
ударе по нему молотком или билом быстровращающегося ротора, а также при ударах кусков о
стенки камеры дробления и о другие куски;
– бегуны предназначены для мелкого дробления и грубого помола; материал раздавливается
и истирается между двумя вращающимися катками и чашей.
Щековые дробилки классифицируют по следующим конструктивным признакам:
3
– по методу крепления подвижной щеки (верхний или нижний подвес),
– по конструкции устройства, приводящего в движение подвижную щеку: с шарнирнорычажным или с роликовым (кулачковым) механизмом;
– по характеру движения подвижной щеки: дробилки с простым или сложным движением
щеки.
Типоразмер щековых дробилок с простым (ЩДП) и сложным (ЩДС) движением щеки
характеризуется размером приёмного отверстия BхL, где B — ширина и L — длина отверстия.
Устройство щековых дробилок отличается простотой и надёжностью, однако наличие
неуравновешенных качающихся масс требует установки этой дробилки на устойчивый фундамент.
При работе дробилки выделяется много пыли, конечный продукт недостаточно равномерен по
составу. Удельный расход энергии для измельчения материала составляет (в кВт ч/т): для крупных
дробилок — 1,1, для средних — 1,3, для мелких — 2,2.
Конусные дробилки.
Достоинства конусных дробилок: большая производительность, небольшой расход энергии,
лёгкий пуск, спокойная работа, кубообразная форма кусков дроблёного материала, больший
межремонтный период, чем в щековых дробилках.
Недостатками конусных дробилок являются: необходимость большого перепада между
отметками загрузки и разгрузки, налипание на наклонную разгрузочную плоскость мелкого
влажного материала.
Конусные дробилки применяются для первичного дробления, когда щековые дробилки при
той же крупности исходного материала не обеспечивают необходимую производительность, но они
непригодны для дробления вязких, липучих и значительно загрязнённых глиной материалов.
Конусные дробилки классифицируются по следующим признакам:
– по технологическому назначению: дробилки крупного (ККД), среднего (КСД) и мелкого
(КМД) дробления;
– по конструктивному оформлению: с подвешенным валом, инерционные и с консольным
валом;
– по траектории движения подвижного конуса: эксцентриковые и гирационные;
– по форме конусов: с крутыми и пологими конусами.
Работа конусной дробилки подобна работе щековой дробилки. За первую половину качания
внутреннего конуса, когда он приближается к внутренней поверхности наружного конуса, материал
будет дробиться; за вторую половину качания, т. е. при отходе внутреннего конуса, раздробленный
материал будет выпадать, в то время как материал, расположенный на другой стороне, будет
подвергаться измельчению.
Измельчённый материал под действием собственного веса скользит вниз, к выходному
отверстию. Дробление в конусной дробилке происходит непрерывно при последовательном
перемещении зоны дробления по окружности.
Валковые дробилки (вальцы) широко применяют при измельчении вязких и влажных
материалов, а также для вторичного дробления твердых материалов.
Рабочим элементом в валковой дробилке являются два цилиндра (валка), вращающиеся
навстречу друг другу и раздвинутые на расстояние, определяемое максимальным размером
входящего продукта. Материал, подлежащий дроблению, вследствие трения затягивается между
валками и при этом постепенно измельчается.
Валковые дробилки классифицируют по следующим признакам:
– по методу установки валков (дробилки с одной парой подвижных и другой парой
неподвижных подшипников; дробилки с подвижно установленными подшипниками);
– по конструкции валков (дробилки с зубчатыми, ребристыми или гладкими валками);
4
– по принципу действия (дробилки, действующие раздавливанием, раскалыванием или
разрыванием материала и т. д.).
Недостатком валковых дробилок является неравномерный износ бандажей, что требует их
быстрой смены. Работа дробилок сопряжена с большим пылеобразованием, что требует
герметичного ограждения.
Валковые дробилки строятся с валками диаметром от 400 до 1500 мм и более. Ширина валков
принимается равной 0,4 – 1,0 диаметра валков.
Мельницы. По конструкции и принципу действия различают следующие основные типы
мельниц:
1) барабанные (шариковые и стержневые) для тонкого измельчения;
2) роликово-маятниковые, в которых материал раздавливается между неподвижным кольцом
и быстровращающимися роликами;
3) молотковые для размола материала и в некоторых случаях одновременной подсушки его.
К этой группе относятся и дезинтеграторы. Измельчение в них происходит при ударе частиц
о пальцы, закреплённые в дисках, при ударе частиц одна о другую и отчасти при истирании.
4) мельницы без мелющих тел типа «Аэрофол», где материал измельчается падающими
кусками;
5) вибрационные - для тонкого и сверхтонкого помола материалов с помощью вибрационных
колебаний корпуса;
6) струйные для сверхтонкого помола за счёт соударения частиц материала, находящихся в
турбулентном воздушном потоке.
7) шаровые мельницы.
Все существующие типы барабанных шаровых мельниц могут быть классифицированы по
следующим основным признакам:
а) по принципу работы — на периодические и непрерывнодействующие;
б) по способу помола — на мельницы сухого или мокрого помола;
в) по конструкции и форме барабана — на цилиндрические однокамерные, многокамерные,
конические;
г) по способу загрузки и разгрузки — с загрузкой и разгрузкой через люк; с периферийной
разгрузкой; с центральной загрузкой и разгрузкой через пустотелые цапфы;
д) по конструкции привода — с периферийным (шестерённым) приводом и с центральным
приводом;
е) по схеме работы — с открытым или замкнутым циклом.
От того, по какой схеме работает помольная установка, во многом зависят её
производительность, удельный расход энергии, однородность готового продукта по величине
частиц, а также стоимость эксплуатации помольной установки. Экономически более целесообразна
работа по замкнутому циклу, когда готовый продукт своевременно удаляется из мельницы, не
затрудняя помола остальной массы и не переизмельчаясь. Основными преимуществами шаровых
мельниц являются возможность получения высокой и постоянной тонины помола и регулирования
её, простота конструкции и надёжность в эксплуатации.
Следует отметить, что чем больше подаётся в мельницу материала, тем быстрее он
продвигается к выходу и, следовательно, тем короче период измельчения и крупнее помол. Для
получения более мелкого продукта следует уменьшить загрузку, что в свою очередь вызывает
снижение производительности мельницы.
Задание по теме занятия:
Составить сводную таблицу видов механического оборудования:
5

оборудование для измельчения;

оборудование для обработки материалов давлением.
Таблица 1 - Оборудование для измельчения
Область
Название
Вид, тип
Рабочий орган
применения
Достоинства и
недостатки
Таблица 2 - Оборудование для обработки материалов давлением
Название
Вид, тип
Область применения
6
Достоинства и недостатки