Щековые дробилки

Предлагаемый способ дробления горной породы в щековой дробилке может быть реализован посредством использования щековой дробилки 3. в которой на неподвижной щеке 5 установлены бойки 8, обладающие возможностью возвратно-поступательного движения и имеющие привод 5, обеспечивающий их циклически-ударное воздействие на давящие на них куски горной породы 1. В качестве такого привода 9 бойков 8 могут быть использованы приводы различных конструкций: пневматические, электрические, гидравлические.

Например, в качестве привода 9 бойка 8 может быть использован известный из уровня развития техники пневматический привод ударного элемента отбойного молотка. Такой привод состоит из корпуса 12, в котором размещен боек 8, подпружиненный пружиной сжатия 13 и имеющий упор 14. Пружина сжатия 13 обеспечивает положение бойка 8, при котором он, проходя через сквозное отверстие 15 неподвижной щеки 5, выступает за ее пределы. Боек 8 имеет механическую связь посредством системы рычагов 16 с клапаном 17, обеспечивающим подачу и прекращение подачи потока сжатого воздуха в золотник 18 привода 9 данного бойка 8 из пневмомагистрали 19, питаемой от компрессора 20, в зависимости от величины, на которую боек 8 выступает из сквозного отверстия 15 неподвижной щеки 5 за ее пределы. Кроме золотника 18 привод 9 включает в себя камеру 21, по которой перемещается поршень 22, оказывающий импульсно-ударное воздействие на боек 8, а также каналы 23 и 24, связывающие правую 26 и левую 27 части камеры 21 с золотником 18. Камера 21 сообщается с атмосферой через канал 28, располагаемый в средней ее части.

При такой конструкции щековой дробилки куски горной породы 1 подаются в камеру дробления 2, образуемую пространством между неподвижной щекой 5 и подвижной щекой 4. Приводимая в движение приводом 6 подвижная щека 4 совершает качательное движение относительно нижней оси качания 7, в результате которого при приближении подвижной щеки 4 к неподвижной щеке 5 куски дробимой горной породы 1 сжимаются в камере дробления 2, в результате чего в них возникают внутренние напряжения сжатия. При этом в результате приближения подвижной щеки 4 к неподвижной щеке 5 зажимаемые между ними куски горной породы 1 будут взаимодействовать с бойками 8, вдавливая их в сквозные отверстия 15 неподвижной щеки 5. При вдавливании бойков 8 в сквозные отверстия 15 неподвижной щеки 2 благодаря наличию системы рычагов 16 произойдет открытие клапана 17, и сжатый воздух, подаваемый через пневмомагистраль 19 от компрессора 20, попадет внутрь корпуса 12 привода 9, что обеспечит автоматическое включение привода 9. При включении привода 9 поток сжатого воздуха поступит в золотник 18, откуда будет по каналам 23, 24 поочередно подаваться то в правую 26, то в левую 27 части камеры 21 и будет оттуда выходить через канал 28. При этом поршень 22 будет быстро перемещаться в камере 21 поочередно то в левую, то в правую сторону, нанося при этом удары по бойку 8. Боек 8, в свою очередь, начнет совершать циклически-ударное движение с высокой частотой ударов. При этом сжимаемые куски горной породы 1 в дополнение к сжатию будут подвергаться еще и точечному импульсно-ударному воздействию со стороны бойка 8, что будет способствовать интенсификации их разрушения на более мелкие куски. При снятии давления на боек 8 со стороны куска горной породы 1 боек 8 выдвинется из сквозного отверстия 15 неподвижной щеки 5 и займет свое исходное положение. При этом через систему рычагов 16 произойдет закрытие клапана 17, в результате чего сжатый воздух перестанет поступать к золотнику 18, что приведет к остановке привода 9. При совершении подвижной щекой 4 холостого хода образовавшиеся при разрушении горной породы 1 куски более мелкой фракции под собственным весом перемещаются вниз камеры дробления 2. Далее идет новый цикл работы щековой дробилки, т.е. камера дробления 2 в результате приближения подвижной щеки 4 к неподвижной щеке 5 снова сужается. При этом снова происходит включение привода 9 тех бойков 8, которые будут вдавливаться зажимаемыми в камере дробления 2 кусками горной породы 1 в сквозные отверстия 15 неподвижной щеки 5, и его отключение после снятия такого воздействия.

Размер раздробленных кусков горной породы 1 кондиционной фракции регулируется путем выставления ширины щели 11 между подвижной щекой 4 и неподвижной щекой 5 камеры дробления 2.

В предлагаемом способе дополнительное к сжимающему усилию циклически-ударное воздействие со стороны бойков 9 будет осуществляться в момент сжатия дробимых кусков горной породы 1, что позволит увеличить производительность процесса дробления, снизить необходимые для дробления усилия сжатия и снизить энергозатраты за счет максимально полного использования энергии удара по телу, находящемуся в напряженном состоянии.

Кроме того, в предлагаемом способе обеспечивается автоматическая работа привода 9 бойков 8 в кратковременном режиме только в те промежутки времени, когда боек 8 взаимодействует с куском дробимой горной породы 1, что позволяет исключить работу привода 9 в холостом режиме.

Достоинство предлагаемого способа заключается еще и в том, что при возникновении закупоривания щели 11 между подвижной щекой 4 и неподвижной щекой 5 циклически-ударное воздействие со стороны бойков 8, расположенных в ее близи, будет способствовать разрушению этого закупоривающего слоя горной породы 1.

Выводы по главе

Предложение направлений дальнейших исследований и разработок: На основе проведенного анализа можно выделить направления для дальнейших исследований и разработок, например, усовершенствование конструкции щековых дробилок с использованием комбинации наиболее перспективных технических решений для повышения их эффективности.

Таким образом, сравнительный анализ патентных решений позволяет не только выделить наиболее перспективные технические решения, но и определить ключевые проблемы и направления для дальнейших исследований в данной области.

4. Теоретический анализ патентов направленные на повышению эффективности работы щековых дробилок

Теоретический анализ патентов, направленных на повышение эффективности работы щековых дробилок, представляет собой систематическое исследование патентной информации с целью выявления технических решений, инноваций и технологий, направленных на улучшение процесса измельчения материалов в щековых дробилках. Этот анализ выполняется с целью определения перспективных направлений развития и применения инноваций для повышения производительности, снижения энергозатрат и улучшения качества дробления.

4.1 Технические особенности патентного решения

Построение работы дробильной машины при аварийных и предаварийных ситуациях, например, при попадании в зону разрушения недробимого материала или его зависание в замкнутом объеме, что затрудняет его дробление и выгрузку, является важным этапом при анализе патента.

На рисунке изображены силы, действующие на недробимый материал в полости дробильной машины.

Рисунок 2.1 Схема сил, действующих на разрушаемое тело в дробилке с простым движением приводной щеки

На тело, попавшее в зону дробления, действует приводная щека с силой P, превышающей силу технологического сопротивления на 15 % [33]. Если материал обладает прочностью, превышающей расчетное значение, то есть является недробимым, то это усилие передается на неприводную щеку (Pd). Сила поджатия неприводной щеки Pr рассчитана на номинальное усилие дробление, меньшее, чем P. В результате неприводная щека отклоняется от первоначального положения до окончания рабочего хода приводной щеки. На холостом ходе приводной щеки материал поджимается силой P_r, когда неприводная щека возвращается в исходное положение. Таким образом, недробимый материал не может покинуть камеру дробления, вызывая заклинивание.

Например при своевременном выключении заклиненной дробилки, снабженной неразрушаемым предохранительным устройством, и подводящих питателей, время, затраченное на приведение линии в рабочее состояние, будет зависеть от размера недробимого материала.

На рисунке 2.2 изображена щековая дробилка с простым движением щеки с типичной конструкцией пружинного предохранителя, подпирающего неприводную щеку. Предполагается, что при попадании в камеру дробления недробимого материала неприводная щека отжимается, недробимый кусок проваливается и дробилка продолжает работать в номинальном режиме.

1 - корпус дробилки; 2 - приводная щека; 3 - неприводная щека; 4 - предохранительное устройство; 5 и 6 - входное и выходное отверстия дробилки, 7 - упор

Рисунок 2.2 Общий вид дробилки с простым движением щеки

Для проверки данного предположения была составлена математическая зависимость работы щековой дробилки с простым движением щеки при попадании в камеру дробления недробимого куска произвольного размера в пределах от максимального до минимального по высоте камеры дробления.

В процессе работы в номинальном режиме приводная щека АВ (рисунок 2.3) совершает качательное движение сначала от одного крайнего начального положения, характеризующегося углом бн, в сторону неприводной щеки DC (рабочий прямой ход), до другого крайнего конечного положения, характеризующегося углом б_н, а затем в противоположную сторону (холостой обратный ход). Принимается, что неприводная щека расположена вертикально.

Пусть в камеру дробления попал недробимый кусок, имеющий поперечный размер СВ, тогда под действием привода щека АВ при рабочем ходе будет воздействовать на неприводную щеку через недробимый кусок, представляющий собой в данном случае жесткую связь, и отжимать ее на угол в, в крайнем положении соответствующий углу б_н. При обратном ходе приводной щеки неприводная щека под действием предохранительного устройства будет двигаться в сторону первоначального вертикального положения, а недробимый кусок оказывается в заклиненном положении, не имея возможности перемещаться вниз.

Далее цикл качания щек с заклиненным между ними недробимым предметом повторяется, следовательно, возникает аварийная ситуация, приводящая в дальнейшем к заваливанию дробилки без осуществления процесса дробления.

Для устранение подобных ситуаций рассмотрим патент RU2497591 C1.

В рабочий орган выполнен в виде пневматических ломов с наконечниками, установленных в плите с отверстиями, и расположен в вертикальных направляющих над приемным отверстием камеры дробления. Для перемещения рабочего органа служит подъемный механизм, закрепленный на поперечной балке рамы. Рама установлена на наращенных вверх торцах боковых стенок дробинки. Рабочий орган связан с системой подачи сжатого воздуха.

В случае зависания крупных кусков или попадание недробимого материала отключают питатель загрузки дробилки и включают подъемный механизм, в результате чего крюковую подвеску со стропами, рабочим органом с пневматическими ломами и наконечниками, плитой перемещают вниз вдоль направляющих. Крайнее нижнее положение рабочего органа определяют конечным выключателем Подают сжатый воздух от воздухопровода через крышку, штуцер к пневматическим ломам. При опускании крюковой подвески включают в работу только те пневматические ломы, которые контактируют с зависшими кусками дробимого материала. В результате работы пневматических ломов наконечниками производят разрушение зависших кусков материала, их ворошение в замкнутом объеме, что приводит к восстановлению условий дробления. После устранения зависания отключают подачу сжатого воздуха к пневматическим ломам, а рабочий орган поднимают с помощью подъемного механизма в крайнее верхнее положение до срабатывания ограничителя высоты подъема крюковой подвески.

Данное патентное решение предлагает новый подход к улучшению процесса разрушения зависших кусков и не дробимого материала. Кусковый материал, склонен к зависанию в замкнутом объеме, что затрудняет его дробление и выгрузку. Старые методы ручной ликвидации зависания уже неэффективны и требуют большого количества рабочего времени. Однако предлагаемое изобретение решает эту проблему и позволяет эффективно провести процесс дробления, ворошения и выгрузки зависшего материала. Как результат, задача повышения надежности дробилки в ее работе успешно достигается благодаря предлагаемому устройству.

Безопасность персонала: Зависание материала в щековой дробилке может создать опасность для персонала, особенно если они пытаются устранить проблему без необходимых мер предосторожности. Недостатком является уменьшение входного отверстия дробилки, что негативно сказывается на производительности. Оборудование увеличивает габариты дробильной машины.

Главным параметром щековых дробилок является размер приемного отверстия (длинаширина). Приемное отверстие определяется как горизонтальное сечение камеры дробления в верхней, самой широкой ее части.

4.2 Оценка существующих способов дробления и их эффективности

Величина хода сжатия в верхней части камеры дробления с простым движением щеки определяется расстоянием между верхней точкой подвижной щеки и верхней плитой дробильной камеры в момент, когда материал подвергается сжатию. Этот параметр важен для эффективности работы щековой дробилки.

Щековая дробилка с простым движением щеки имеет одноосное движение щеки, которое приводит к сжатию материала между движущейся щекой и стационарной плитой, что приводит к разрушению материала. Верхняя точка движения подвижной щеки является критическим параметром, поскольку от него зависит максимальная величина хода сжатия.

Чем больше величина хода сжатия, тем больше материал может быть разрушен за один цикл работы дробилки, что увеличивает её производительность. Однако нужно учитывать, что слишком большой ход сжатия может привести к увеличению энергозатрат и износу дробящих элементов.

Величина хода сжатия в верхней части камеры дробления с простым движением щеки является важным параметром, который необходимо учитывать при проектировании и использовании щековых дробилок для достижения оптимальной производительности при минимальных энергозатратах и износе оборудования.

Недостаток дробилок с простым движением - малая величина хода подвижной щеки в верхней части из-за чего захват крупных кусков ненадежен, а также относительно низкая производительность.

В случае возникновении закупоривания щели между подвижной щекой и неподвижной щекой что может привести заваливание и заклинивание щековой дробилки и привести к простою производства из-за того, что материал перестает проходить через дробильную камеру и процесс дробления прекращается. Это приводит к потере времени и снижению производительности. Так же заваливание и заклинивание материала во время работы щековой дробилки может привести к механическим повреждениям конструкции оборудования. Это может потребовать капитального ремонта и замены отдельных узлов или даже всей дробилки.

Для устранение подобных ситуаций рассмотрим патент RU 2622 686C2.

Способ дробления горной породы в щековой дробилке осуществляется следующим образом. Куски горной породы загружаются в камеру дробления щековой дробилки, образуемую между подвижной щекой и неподвижной щекой. Подвижная щека, приводимая в движение приводом, установленным в верхней ее части, совершает циклическое качательное движение относительно своей нижней оси, в результате которого происходит то приближение подвижной щеки 4 к неподвижной щеке, то удаление подвижной щеки от неподвижной щеки. При приближении подвижной щеки к неподвижной щеке происходит зажатие между ними кусков горной породы, в результате которого куски горной породы испытывают напряжения сжатия. При этом куски горной породы будут прижиматься к бойкам, установленным в неподвижной щеке. При таком давлении на бойки со стороны кусков горной породы автоматически происходит включение привода бойков, в результате чего они начинают оказывать в дополнение к сжимающим усилиям точечное циклически-ударное воздействие на давящие на них куски горной породы, которое способствует интенсификации процесса их разрушения на более мелкие куски. При снятии давления на бойки со стороны кусков дробимой горной породы их привод автоматически отключается, и их движение останавливается. При холостом ходе подвижной щеки, т.е. когда подвижная щека удаляется от неподвижной щеки, образовавшиеся в результате разрушения куски горной породы более мелкой фракции под собственным весом перемещаются вниз камеры дробления. Разрушение кусков горной породы в камере дробления происходит до тех пор, пока их размер не достигнет товарной фракции и они смогут пройти через щель между подвижной щекой и неподвижной щекой в моменты холостого хода подвижной щеки.

В предлагаемом способе дополнительное к сжимающему усилию циклически-ударное воздействие со стороны бойков будет осуществляться в момент сжатия дробимых кусков горной породы, что позволит увеличить производительность процесса дробления, снизить необходимые для дробления усилия сжатия и снизить энергозатраты за счет максимально полного использования энергии удара по телу, находящемуся в напряженном состоянии.

При реализации данного инженерного решение в конструкцию щековой дробилки с простым движение щеки на не подвижную часть. Не увеличивая величину хода сжатия в верхней части камеры дробления, тем самым повышается производительность в верхней части дробилки.

Достоинство предлагаемого способа заключается еще и в том, что при возникновении закупоривания щели между подвижной щекой и неподвижной щекой циклически-ударное воздействие со стороны бойков, расположенных в ее близи, будет способствовать разрушению этого закупоривающего слоя горной породы, в следствие чего может предотвратить заваливание и заклинивание сомой дробилки и выхода из строя дорого стоячего оборудование и дальнейшего простоя производства по ремонту или его замены.

В конструкции предложенным автором описывается автоматическая работа привода бойко в кратковременном режиме только в те промежутками времени, когда боек взаимодействует с куском дробимой горной пароды, что позволит исключить работу привода в холостом режиме что повысит надежность и энегоэффективность.

В качестве приводов бойков могут быть использованы приводы различных конструкций: пневматические, электрические, гидравлические. В данной конструкции было предложена пневматические система привод ударного элемента. Этот обусловлен по нескольким причин:

1. Безопасность: пневматические приводы считаются более безопасными сравнению с другими видами приводов, так как они не создают искр и могут работать в условиях высокой влажности или взрывоопасных зонах.

2. Надежность: пневматические системы обычно более надежны и долговечны в условиях высокой пыли, влажности и изменяющихся температур, что типично в зоне дробление материалов

3. Простота обслуживания: пневматические системы часто более просты в обслуживании и ремонте, что важно в условиях, когда доступ к специалистам и оборудованию ограничен.

4. Регулируемая скорость: пневматические системы легко регулируются по скорости, что позволяет адаптировать работу инструмента к различным типам горной породы и условиям работы.

5. Не зависят от источника энергии: нередки сбои в электроснабжении, и пневматические системы могут работать от компрессоров, которые обычно более надежны в таких условиях.

Таким образом, использование пневматического привода в шахтных перфораторах связано с требованиями безопасности, надежности, простоты обслуживания и способностью адаптироваться к переменным условиям работы, которые характерны зоне дробление материалов

В приводе боек выбрана система Золотникового типа, которая отличается определенными преимуществами по сравнению с другими системами:

1. Регулируемость: золотниковая система позволяет точно регулировать подачу воздуха к ударному механизму, что позволяет адаптировать процесс к различным типам горной породы и условиям работы;

2. Энергоэффективность: благодаря возможности плавного контроля подачи воздуха, золотниковая система обеспечивает экономию энергии и повышение эффективности работы ударного механизма;

3. Надежность: данная система известна своей долговечностью и надежностью в тяжелых условиях, где важна стабильная и бесперебойная работа оборудования.

Простота обслуживания: золотниковая система обычно достаточно проста в обслуживании и ремонте, что важно для работы в условиях, когда доступ к специалистам и оборудованию ограничен.

Несмотря на это, стоит отметить, что выбор системы управления подачей воздуха зависит от конкретных условий эксплуатации, требований по производительности, особенностей горных пород и других факторов.

Достоинством данного проектного решение является внесение изменений в существующее оборудование, с целью улучшения его технических характеристик и функциональности без кардинальной переделки конструкции, что является его модернизацией. Данный вид внедрения в конструкции позволит увеличить производительность процесса дробления, снизить необходимые для дробления усилия сжатия и снизить энергозатраты за счет максимально полного использования энергии удара по телу, находящемуся в напряженном состоянии. Так же при возникновении закупоривания щели между подвижной щекой и неподвижной щекой циклически-ударное воздействие со стороны бойков, расположенных в ее близи, будет способствовать разрушению этого закупоривающего слоя горной породы что может уменьшить случаи заваливание и заклинивание щековой и привести к простою производства из-за того, что материал перестает проходить через дробильную камеру и процесс дробления прекращается тем самым повысить надежность сомой дробтлки.

Любой вид модернизации и внесение изменение в существующее оборудование несет за собой усложнение конструкции щековой дробилки, так же процесс облуживание и дальнейшие обучение персонала.

4.3 Анализ патентных решений

Из анализа патентных решений можно сделать вывод, что процесс модернизации оборудования в индустрии замедлен из-за нескольких возможных факторов. Во-первых, некоторые предприятия могут не видеть прямой экономической выгоды в модернизации существующего оборудования. Это может быть связано с высокими затратами на обновление или неприятием риска изменений в производственном процессе.

Во-вторых, некоторые предприятия могут столкнуться с инерцией внедрения новых технологий из-за традиционной консервативности в отрасли и опасений относительно возможных проблем при переходе на новое оборудование. Это может быть особенно актуально в случае производств, где оборудование играет критическую роль в процессе.

Кроме того, технические и технологические ограничения могут ограничивать возможности модернизации существующего оборудования. Например, некоторые патентные решения могут быть связаны с новыми технологиями, которые требуют радикального изменения действующих производственных процессов.

Для стимулирования предприятий к модернизации существующего оборудования может потребоваться создание инцентивов, таких как налоговые льготы, субсидии или другие меры поддержки, а также проведение информационной кампании о преимуществах и значимости обновления оборудования. Также важно учитывать, что часто модернизация может повысить эффективность производства, снизить затраты и улучшить качество продукции, что в конечном итоге обеспечит конкурентное преимущество на рынке.

Размещено на Allbest.ru