СПОСОБ ГРОХОЧЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B07B1/16 B07B1/12 

Изобретение относится к разделению сыпучих материалов по крупности и может быть использовано в горнорудной промышленности и промышленности нерудных строительных материалов, преимущественно для разделения песчано-гравийных смесей на песок и гравий и фракционирования гравия и щебня.

Наибольшее распространение получил способ грохочения на вибрационных грохотах. В зависимости от типа вибровозбудителя они подразделяются на гирационные, инерционные, самобаллансные и резонансные.

Недостатки способа грохочения на вибрационных грохотах - сложность ремонта и обслуживания, значительная масса, сложность конструкции применяемых грохотов.

Рабочими элементами виброгрохотов являются сита. Обычно применяются металлические, резиновые, полиуретановые сита. К недостаткам металлических сит (проволочной сетки) относится небольшой срок службы, значительные затраты на замену. Перфорированные сплошные сита, а также резиновые армированные и резиновые сплошные сита имеют высокую стоимость, ограниченное живое сечение, низкую удельную производительность, сложность монтажа и ремонта. Полиуретановые сита имеют высокую стоимость, требуют установки специального подситника, имеют низкую удельную производительность, сложны в ремонте. Общим недостатком является невозможность очистки сит при забивании и залипании ячеек, что приводит к снижению производительности и качества грохочения.

Известен грохот, включающий станину, опоры, на которых шарнирно установлены цилиндрические колосники. Одна из опор установлена в станине с возможностью возвратно-поступательного перемещения, а шарниры в колосниках установлены с возможностью осевого перемещения.

Недостаток известного устройства - возможность заклинивания частиц материала, размеры которых соответствуют ширине щели между смежными колосниками, что приводит к уменьшению скважности, снижению эффективности и производительности грохочения.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу грохочения является способ разделения материалов по крупности, реализуемый на валковом сите.

Известный способ грохочения заключается в подаче исходного материала на наклонно установленное валковое сито с продольно расположенными по ходу перемещения материала валками, на котором осуществляется классификация исходного материала по крупности, и последующей выгрузке фракционированного материала в бункеры, расположенные под валковым ситом. Валковое сито представляет собой блок наклонных валиков переменного сечения, уменьшающегося сверху вниз.

Валковым рабочим органам сообщают вращательное движение с одинаковой угловой скоростью таким образом, чтобы каждый последующий валик вращался в противоположную по сравнению с предыдущим сторону.

Недостатком известного способа является невысокая производительность, обусловленная тем, что для предотвращения заклинивания частиц материала между смежными валиками, вращающимися навстречу друг другу со стороны рабочей поверхности, их щелевые отверстия заблокированы, что приводит к уменьшению скважности валикового сита и, соответственно, снижению производительности. Противоположность направления вращения вызывает в рабочей зоне частичный вынос зерен из щелевых отверстий, что также приводит к снижению производительности.

Цель способа грохочения - повышение производительности за счет более эффективного использования просеивающей поверхности и увеличения пропускной способности валкового сита.

Указанная цель достигается тем, что валковым рабочим органам, продольно расположенным по ходу перемещения материала, образующим валковое сито, сообщают вращение в одном направлении таким образом, чтобы каждый последующий по ходу вращения валок вращался с меньшей, либо с большей, либо с одинаковой по сравнению с предыдущим валком скоростью.

На фиг. 1 изображено устройство для реализации способа, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - схема взаимодействия частиц с одним из рабочих валковых органов; на фиг.4 - схема взаимодействия исходной песчано-гравийной смеси с валковыми рабочими органами.

Устройство содержит цилиндрические валковые рабочие органы 1, установленные на раме 2. Зазоры между валками постоянные и соответствуют размеру граничного зерна разделяемых фракций. Рама 2 шарнирно соединена с домкратами 3, обеспечивающими возможность изменения ее пространственного положения. Для подачи исходного материала используется загрузочное устройство 4. Надрешетный продукт удаляется конвейером 5, а подрешетный конвейером 6.

Вращение валковым рабочим органам сообщается от электродвигателей 7 через зубчатые передачи 8. Один электродвигатель может быть использован для сообщения движения одному и более валкам. Для очистки рабочих поверхностей валковых рабочих органов предусмотрены щетки 9. Для очистки гравия от налипших частиц песка и глины устройство может быть обеспечено системой подвода промывочной воды и рядом сопел, установленных над валковым ситом (не показано).

При разделении исходного материала на несколько фракций устройство выполняется многоярусным. Количество ярусов K = n-1, где n - количество фракций. Величины зазоров между валками в каждом ярусе равны размеру граничного зерна разделяемых на каждом ярусе фракций.

П р и м е р 1. Реализация способа для разделения на фракции материалов крупностью свыше 3...5 мм. Исходный материал, например нефракционированный гравий, через загрузочное устройство 4 подается на просеивающую поверхность грохота, образованную валковыми рабочими органами 1, установленными на раме 2 с зазорами, соответствующими крупности граничного зерна разделяемых фракций. Диаметры валковых рабочих органов зависят от крупности исходного материала и могут изменяться в широких пределах. Разделение исходного материала по крупности осуществляется на валковом сите. Угловая скорость каждого последующего по направлению вращения валка больше, чем у предыдущего.

При подаче исходного материала на сито часть зерен исходного материала входит в контакт с рабочей поверхностью одного из валковых рабочих органов. На частицу действуют следующие силы: сила тяжести mg; центробежная сила инерции m ρω²; сила инерции Кориолиса 2mω S; нормальная сила N; сила трения fN.

Дифференциальное уравнение движения частицы по площадке имеет вид:
= g cos β - ;
нормальная сила равна N = 2m + +mgsin β- m ρω², где - скорость частицы при перемещении ее относительно криволинейной поверхности валкового рабочего органа;
ω- угловая скорость валкового рабочего органа;
m - масса частицы;
ρ- радиус-вектор частицы;
β- угол между вектором силы тяжести и вектором относительной скорости частицы.

Уравнение записано для материальной частицы без учета ее формы, обусловливающей особенности взаимодействия частицы с валковыми рабочими органами.

В зависимости от положения площадки контакта зерна гравия с валковым рабочим органом, определяемого углом β, оно может либо транспортироваться валковым рабочим органом gcosβ< f , до площадки, для которой удовлетворяется условие gcosβ = , где происходит отрыв частицы от рабочего органа, либо, если первоначально в момент первого контакта выполнялось условие gcosβ > , частица скатывается в зазор между смежными валками. Частицы материала крупностью d меньше величины зазора между валками δ проходят в него и удаляются конвейером 6. Частица, крупность которой d > δ, войдет во взаимодействие с двумя смежными рабочими органами. В этом случае суммы проекций сил, действующих на зерно гравия в направлениях, перпендикулярных площадкам n₁ и n₂, принадлежащим смежным валковым рабочим органам, контактирующим с частицей, могут быть записаны в виде:
N₁= 2m+ mgsinβ - mρω21

- Ncos2β - N₁f sin 2β
N₂= 2m+ mgsinβ - mρω22 - Ncos2β - N₂f sin 2β
=
Анализ уравнений показывает, что при ω₂>ω₁ величина N₂ > N₁. Отсюда следует, что сила трения между первым по направлению вращения валком и частицей гравия меньше, чем между вторым валком и той же частицей. Это обстоятельство приводит к тому, что зерно гравия затягивается в пространство между валками с меньшей силой, чем выносится из него, что полностью исключает возможность заклинивания зерен между валками. Пара сил N₁f₁ и N₂f₂ создает момент, под действием которого частица приобретает вращательное движение, благодаря чему трение скольжения материала по поверхности валкового рабочего органа заменяется на трение качения.

Материал крупностью d > δ скатывается по наклонным желобам, образованным смежными валками на конвейер 5. Скорость транспортирования частиц материала зависит от угла наклона продольных осей валковых рабочих органов в вертикальной плоскости, который регулируется при помощи домкратов 3, а также сил трения между поверхностью валков и частицами обрабатываемого материала, например зернами гравия.

Поскольку коэффициент трения качения меньше, чем коэффициент трения скольжения, а нормальная сила не является постоянной и изменяется в пределах 0 ≅N ≅mg, то для обеспечения транспортирования зерен гравия по наклонным желобам, образованным смежными вращающимися валками, угол наклона их продольных осей составляет 15...20^о. (Для статических грохотов угол наклона выбирают не менее 30^о при условии подачи промывочной воды. Транспортирование гравия крупностью 5...70 мм по неподвижной наклонной плоскости осуществляется при угле 35-45^о).

Диаметры валковых рабочих органов желательно выбирать таким образом, чтобы выполнялось условие D 1,8 d_max, где D - диаметр валкового рабочего органа; d_max - максимальная крупность частиц обрабатываемого материала.

Необходимость выполнения этого условия вызвана тем, что в противном случае для наиболее крупных частиц будет выполняться условие gcosβ < f, что приведет к транспортированию некоторых из них поперек валковых рабочих органов за пределы валкового сита.

При D ≅ 1,8 d_max во избежание транспортирования материала поперек валков, рама должна быть повернута в плоскости, перпендикулярной продольным осям валков в направлении, противоположном их вращению на угол 5...10^о (в зависимости от соотношения ).

П р и м е р 2. Реализация способа для разделения на песок и гравий песчано-гравийной смеси (ПГС), содержание воды от 5 до 40%. Исходный материал (ПГС) через загрузочное устройство 4 подается на просеивающую поверхность грохота, образованную валковыми рабочими органами 1, установленными на раме 2 с зазорами, соответствующими размеру граничного зерна (3...5 мм). Диаметры валковых органов выбираются таким же образом, как в примере 1. Разделение ПГС на песок и гравий осуществляется на валковом сите. При этом угловая скорость каждого последующего по направлению вращения валка меньше, чем предыдущего.

Воздушно-сухие, влажные и мокрые песчано-гравийные смеси, влажность которых лежит в пределах 5...40%, образуют плотную массу, в которой частицы материала связаны между собой силами молекулярного притяжения между зернами и водой, обволакивающей их.

При подаче такого материала на грохот исходный материал, представляющий собой самопроизвольно неразрушаемую массу, ложится на поверхность валковых рабочих органов и перекрывает просеивающие щели грохота. При этом (без учета вращения валков) частицы песка за счет молекулярных сил сцепления могут удерживаться на поверхности валка при угле β≥70^о.

Частицы материала, взаимодействующие непосредственно с валком, вращающимся с угловой скоростью ω₂, за счет сил сцепления между рабочей поверхностью валкового рабочего органа, выносятся им из просеивающей щели. Эти частицы, в свою очередь, взаимодействуют с контактирующими с ними частицами материала и за счет сил молекулярного сцепления увлекают их за собой.

Частицы материала, взаимодействующие непосредственно с валком, вращающимся с угловой скоростью ω₁, транспортируются им в направлении просеивающей щели, вовлекая в движение смежные с ними частицы. Под действием этой пары сил происходит вращение материала в полупространстве, образованном цилиндрическими поверхностями валковых рабочих органов, разрушение связей между отдельными частицами и интенсивное их перемешивание.

Поскольку угловая скорость ω₁ > ω₂, материал затягивается в зазор между смежными валками с большей скоростью, чем выносится из него. Таким образом, частицы исходного материала, например ПГС, крупность которых меньше размера просеивающей щели, принудительно транспортируются через нее и попадают на конвейер 6. Частицы материала, крупность которых больше размеров граничного зерна, скатываются по наклонным желобам, образованным смежными валками, на конвейер 5, как было описано в примере 1. Очистка рабочих поверхностей валков от мелких частиц, например песчинок, осуществляется щетками 9.

П р и м е р 3. Реализация способа для разделения на песок и гравий песчано-гравийной смеси (ПГС) с содержанием воды от 0 до 5% и более 40%. Песчано-гравийные смеси с содержанием воды до 5% (сухие смеси) характеризуются сыпучестью, а с содержанием воды более 40% (жидкие) - текучестью. В таком состоянии материал может проходить самопроизвольно через просеивающие щели. Тем не менее с целью повышения скорости прохождения частиц через отверстия сита, предотвращения забивания щелей сита, замены трения скольжения частиц материала по поверхности валкового рабочего органа на трение качения, а также обеспечения равномерного просеивания материала на всех просеивающих щелях, валковым рабочим органам сообщают вращение в одном направлении с равными угловыми скоростями. Исходный материал подается на грохот и, как было описано в примере 2, вращается между смежными валками. Поскольку коэффициент трения сухого (до 5% влажности) и жидкого (с содержанием воды более 40%) материала значительно меньше, чем у влажного, процесс его перемешивания менее интенсивен, и транспортирующая функция валковых рабочих органов снижается. Тем не менее процесс грохочения эффективен благодаря свойствам исходного материала - текучести или сыпучести.

Частицы материала, крупность которых меньше граничного зерна, проходят в просеивающую щель частично под действием собственного веса, частично за счет сил трения между частицами материала и валковым рабочим органом и попадают на конвейер 6 (для сухого материала) или лоток 6 (для обводненного материала), а более крупные частицы, скатываясь по наклонным желобам, образованным поверхностями валков, попадают на конвейер 5.

В отличие от известного устройства, где валки вращаются в противоположные стороны и оба способствуют выносу частиц материала из просеивающей щели за счет действия сил трения между частицей и поверхностью рабочего органа, что снижает скорость прохождения частиц через щелевое отверстие валикового сита, в устройстве, реализующем предлагаемый способ, валковые рабочие органы вращаются в одном направлении. Один из валков транспортирует частицы материала, находящиеся с ним в контакте, в направлении просеивающей щели, а другой - от нее, что позволяет повысить скорость прохождения частиц материала через зазор между смежными валками. Кроме того, в известном устройстве просеивающие щели между смежными валками, поверхности которых вращаются навстречу друг другу, заблокированы во избежание заклинивания частиц материала между ними. Поскольку предлагаемый способ реализуется на устройстве, где все валки вращаются в одном направлении, необходимость блокировки части щелей отпадает, что позволяет существенно (практически в два раза) повысить производительность грохочения при тех же размерах устройства.

Использование: для разделения по крупности сыпучих материалов, преимущественно песчано-гравийных смесей. Сущность изобретения: способ грохочения содержит загрузку материала на верхнюю часть наклонно установленного валкового сита из продольно расположенных по ходу перемещения материала валков. Валкам сообщают вращение в одном направлении с увеличивающейся или уменьшающейся по ходу вращения скоростью или с одинаковой скоростью вращения каждого последующего валка относительно предыдущего. 4 ил.

СПОСОБ ГРОХОЧЕНИЯ, включающий загрузку исходного материала на верхнюю часть наклонно установленного валкового сита из продольно расположенных по ходу перемещения материала вращающихся валков, классификацию материала и раздельный отвод надрешетного и подрешетного продукта, отличающийся тем, что валкам сообщают вращение в одном направлении с увеличивающейся или уменьшающейся по ходу вращения скоростью или с одинаковой скоростью вращения каждого последующего валка относительно предыдущего.