Основные теории обработки строительных материалов в машинах

Измельчением называется процесс разрушения (деформирова­ния) твердых тел под действием внешних сил (например, меха­нических, тепловых и др.). Измельчение рассматри­вается только как механическое разрушение тел. Разрушение (деформирование) тел, например горных пород, под действием внешних механических сил происходит преимущественно по ослабленным сечениям, трещиноватостям и другим дефектным местам после перехода за предел прочности (упругости).

Измельчение условно разделяется на дробление, когда полу­чается продукт размером более 5 мм, и собственно измельчение— помол — продукт размером менее 5 мм. В зависимости от вида деформации тел (характера приложения внешних сил) применя­ются следующие способы измельчения: раздавливание, раскалывание, излом, удар и истирание. Перечисленные способы измельче­ния являются общими как для дробления, так и для помола и в большинстве случаев присутствуют в сочетании, например, раз­давливания и истирания, удара и истирания и т. д.

Измельчение характеризуется степенью измельчения (дробле­ния) f, которая определяется отношением средних размеров ма­териала до и после измельчения: i=D_cp/d_cp. Величина степени измельчения достигает 1000 и определяется физико-механически­ми свойствами и размером материала и конструкцией машины. Различают дробление крупное (d_Cp=100... 350 мм), среднее (d_cp=40... 100 мм) и мелкое (d_Cp=5...40 мм). Для дробления материала используются дробилки. Степень дробления в современных дробилках не превышает 30 (40). Помол материала бывает грубый (d_cp^0,lмм), тонкий (&р= =0,1 ...0,05 мм) и сверхтонкий (d_Cp<C0,05 мм) и осуществляется в мельницах различных конструкций.

В 1867 г. П. Риттингер впервые выдвинул гипотезу о том, что работа, затрачиваемая на измельчение материала, пропорциональна вновь образованной поверхности:A=KAS, где К — коэффициент пропорциональности; AS—приращение поверхности.

В 1874 г. Ф. Кик и В. П. Кирпичев предложили гипотезу, за­ключающуюся в том, что энергия, необходимая для одинакового изменения формы геометрически подобных и однородных тел, пропорциональна объемам или массам этих тел:

A=KiΔV,

гдеК — коэффициент пропорциональности; ΔV— приращение объема.

Если предположить, что до разрушения материала К₁ =σ²/(2Е), то работа деформации будет соответствовать работе разрушения. Эта гипотеза получила название закона Кирпичева— Кика и справедлива для крупного и среднего дробления, где энер­гия затрачивается в основном на деформацию материала.

В 1940 г. П. Ребиндер предложил расчетную формулу, в кото­рой объединена работа, затрачиваемая на деформацию и обра­зование новых поверхностей:

A=K₂ΔV+K₃ΔS,

где K₂, Кз — коэффициенты пропорциональности; AV— прираще­ние объема; AS— приращение поверхности.Формула Ребиндера также не получила практического приме­нения ввиду отсутствия рекомендаций по выбору значений коэф­фициентов пропорциональности.

2. Оборудование для дробления горных пород: классификация дробилок, щековые дробилки.Классификация дробилок.

Для дробления горных пород (гранитов, базальтов, габбро, доломитов, известняков, песчаников и т. п.) в нерудной промышленности строительных материалов применяются следующие ти­пы дробилок: щековые, конусные, ударного действия и реже вал­ковые и другие дробилки.

Современные конструкции дробилок, применяемые при произ­водстве нерудных строительных материалов, имеют следующие степени дробления: щековые и конусные крупного дробления i=3 ... 5; щековые среднего дробления со сложным движением щеки i =4 ... 8; конусные среднего дробления i =3 ... 6; конусные мелкого дробления при работе в открытом цикле i=4 ... 6; конусные мелкого дробления при работе в замкнутом цикле с грохотом i =5 ... 8; дробилки ударного действия i = 10... 30(40).Для правильного выбора типа дробилок для дробления гор­ных пород определенных физико-механических свойств необходи­мо знать технические характеристики, конструкцию и область ра­ционального их применения.Щековые дробилки.В промышленности строительных материалов щековые дробилки используются в основном для крупного и среднего дробленаятвердых материалов с пределом прочности при сжатии σСж<=350 МПа. Основными параметрами, характеризующими типо­размер щековой дробилки, являются ширина и длина приемного (загрузочного) отверстия B*L (мм). Величина В определяет максимально возможную крупность Dmax загружаемого материа­ла, т. е. Dmax<0,85B. Величина L определяет количество одно­временно загружаемого материала крупностью Dmax. В зависи­мости от параметра B*L (мм) щековые дробилки имеют сле­дующий размерный ряд: 160X250, 250X400, 250X900, 400Х ХбОО, 400X900, 600X900, 900x1200; 1200X1500 и 1500X2100. Важными параметрами щековых дробилок также являются: угол захвата а (угол между дробящими щеками); размер выходной (разгрузочной) щели b, определяющий крупность готового продукта; ход подвижной щеки S; число качаний подвижной щеки n и высота камеры дробления Н, определяющие их основные тех­нико-экономические показатели.

В зависимости от конструктивных особенностей (характера движения подвижной щеки) щековые дробилки разделяются на две основные группы: с простым и со сложным движением по­движной щеки. В дробилках с простым движе­нием подвижная щека 5 подвешена с помощью оси 4 к неподвижной опоре и при работе траектории перемещения ее точек представляют собой дуги окружности. В дробилках со сложным движением подвижная щека 15(5) закреплена на эксцентриковом приводном валу 8 и при работе траектории движения ее точек представляют собой геометрические фигуры — эллипсы.

Дробление материала щековых дробилках производится за счёт раздавливания и истирания следующим образом. В камеру дробления, образованную неподвижной подвижной щеками и боковыми стенками станины, подается исходный материал. Бла­годаря клинообразной форме камеры дробления материал рас­полагается в камере в зависимости от его крупности: более круп­ный—вверху, менее крупный — внизу. При приближении по­движной щеки к неподвижной (ход сжатия) материал разрушается, а при удалении (холостой ход) — под действием силы тяжести продвигается вниз и разгружается через выходную щель, затем цикл повторяется. В конструктивном оформлении щековые дро­билки имеют много общего и в то же время отличаются большим разнообразием механизмов и сборочных единиц.Исходными данными для расчета щековых дробилок являют­ся: максимальная крупность исходного материала и готового про­дукта, прочность, абразивность, модуль упругости и плотность материала и производительность.