Некоторые особенности конструкции и расчета узлов дробилок среднего и мелкого дробления

Многие узлы дробилок среднего и мелкого дробления имеют свои аналоги в дробилках крупного дробления, которые были рассмотрены ранее. Ниже, поэтому, рассматриваются только некоторые особенности узлов дробилок среднего и мелкого дробления.
У дробилок с клиноременным приводом тихоходный шкив иногда устанавливается на приводном валу консольно. В этом случае соотношения между нагрузками на опоры и силами, вызывающими их (усилие зацепления и натяжение ремней передачи), зависят от направления вращения, что необходимо учитывать при расчете опор и к. п. д. привода.

Схема действия нагрузок и реакций на приводной вал для двух вариантов компоновки привода дана на рис. 86, где приняты следующие условные обозначения:
Pз — окружное усилие в коническом зацеплении;
Pm — окружное усилие клиноременной передачи;
R1 и R2 — полные реакции опор I и II (R1 = Rm' + Rз', R2 = Rm'' + Rз'').
Реакции опор в первом случае будут

а во втором случае

Очевидно, в первом случае величина реакций опор существенно больше, чем во втором случае. Выбор оптимальных соотношений межцентровых расстояний между опорами (l1, l2 и l3) и нагрузками затруднен отсутствием прямо пропорциональной зависимости между силами Pm и Pз, так как клиноременная передача имеет предварительное натяжение, соизмеримое с рабочим окружным усилием Рз.
Опыт эксплуатации мощных конусных дробилок с консольным шкивом клиноременной передачи, установленным на приводном валу, показал определенные преимущества конструкций, в которых приводной вал дробилки имеет третью выносную опору или где шкив является отдельным узлом со своими двумя опорами и соединяется с приводным валом соединительной муфтой.
Амортизационные средства могут быть классифицированы по месту их установки и по конструктивному исполнению. Они устанавливаются в приводных валах дробилок, в подвижном и неподвижном конусах.
Наиболее распространена в дробилках среднего и мелкого дробления пружинная амортизация неподвижного конуса: комплекты амортизирующих пружин располагаются по периферии корпуса дробилки, прижимая неподвижный конус к корпусу. В некоторых современных дробилках пружинная амортизация неподвижного конуса заменена пневматической (вместо пружин установлены пневматические цилиндры). Принцип работы ее остается тем же. Такая амортизация имеет ряд преимуществ: 1) простоту регулирования предварительного прижатия дробящих конусов; 2) простоту расклинивания дробящих конусов при попадании недробимого тела или при забивании дробящего пространства дробимым материалом; 3) меньшую жесткость пневматического амортизатора по сравнению с пружинным.
Последнее требует некоторого пояснения. Деформации пружин и величина ходов поршней пневматических цилиндров амортизационной системы при ее срабатывании одинаковы, и поэтому в данном случае можно сравнивать жесткость пневматического цилиндра и пружины.
Жесткость пружины выражается равенством

где G — модуль упругости второго рода;
d — диаметр проволоки пружины;
D — средний диаметр витков пружины;
z — число витков пружины.
Сжатие рабочей среды в цилиндре подчиняется адиабатическому закону, т. е. будет справедливо равенство

где рн и рк — начальное и конечное давление в цилиндре;
Vн и Vк — начальный и конечный объем цилиндра;
hн и hк — начальная и конечная рабочая длина цилиндра.
Жесткость пневмоцилиндра

Расчет по приведенным формулам показывает, что при одинаковых первоначальных усилиях прижатия дробящих конусов жесткость пружинной амортизации по конструктивным соображениям принимается больше пневматической.
На рис. 87 показаны узел амортизирующих пружин (а) и продольный разрез пневмоцилиндра (б). По идее автора этой конструкции (О. Грюидера) рабочие полости пневмоцилиндров должны быть соединены между собой. К фланцу 1 корпуса дробилки прикреплен цилиндр 2, рабочая полость 3 которого имеет кольцевую форму. В нее входит кольцевой поршень 4. В цилиндры подается под давлением газ. Благодаря сферической форме опор соединительного болта 5 при попадании в дробящее пространство недробимого тела регулирующее кольцо дробилки имеет возможность повертываться. При этом величина разгрузочной щели увеличится.

Несмотря на то, что давление в пневмоцилиндрах невелико (10—12 ати), наличие двойной посадки поршня в цилиндре (внутренней и внешней) вызывает значительные сложности при изготовлении. В последних образцах дробилок «Нордберг» (США) поршни цилиндров соединены коромыслом попарно и соединительные болты перенесены из цилиндров в коромысло.
Оригинально решена конструкция амортизационной системы дробилки фирмы «Ведаг» (ФРГ). Дробилка имеет комбинированную амортизацию: в горизонтальной плоскости — систему комплектов тарельчатых пружин, расположенных по окружности снаружи корпуса дробилки; в вертикальной плоскости — систему соединенных между собой гидроцилиндров, подсоединенных к пневматическому цилиндру. Регулировка разгрузочной щели может осуществляться при помощи гидроцилиндров или стяжных гаек штоков их поршней.
Потери от утечки рабочей жидкости из гидравлической системы компенсируются автоматически. Установка величины разгрузочной щели производится механическим или гидравлическим способом по указателям.
Амортизационные средства подвижного конуса можно разделить на две группы — с нижним и верхним расположением; есть также дробилки, у которых подвижный конус опирается непосредственно на амортизационную систему. Такую конструкцию применяют фирмы «Кеннеди» (с винтовыми пружинами) и «Трейлор» (с тарельчатыми пружинами). Принципиальным отличием амортизаторов дробилок фирмы «Кеннеди» является предварительное натяжение пружин. Пружинные амортизаторы имеют значительно больший ход, чем тарельчатые, В последней конструкции дробилки (см. рис. 84) этой фирмой реализованы те же идеи, но в несколько ином виде.
Известны конструкции дробилок среднего и мелкого дробления без верхней опоры подвижного конуса, который опирается непосредственно на гидравлическую опору. Уралмашзаводом по проекту инженеров Д.И. Беренова и А.В. Лобанова были изготовлены конусные дробилки, в которых подвижный конус опирается в осевом направлении на гидроцилиндр через сферическую опору, расположенную внутри подвижного конуса, и шток, проходящий через консольную ось. Гидроцилиндр дробилки соединен с пневматическим цилиндром, как в дробилках «Гидрокон».
Фирма «Гумбольдт» (ФРГ) изготовляет дробилки среднего и мелкого дробления, в которых подвижный конус опирается на комплект кольцевых пружин, расположенных центрально и имеющих предварительное натяжение. В таких конструктивных схемах для регулировки разгрузочной щели предусмотрены дополнительные средства, позволяющие взаимно перемещать подвижный или неподвижный конус по высоте.
Известны конструктивные решения амортизационных средств, в которых подвижный конус опирается на систему гидроцилиндров, расположенных вокруг эксцентрика, или на кольцевой гидроподпятник, имеющий внутреннюю и наружную посадочные поверхности, выполненные, как у пневмоцилиндра Грюндера.
Предохранительные средства против перегрузки в большинстве случаев устанавливаются в приводе дробилки — в валах и шкивах. Если в качестве предохранительных звеньев используются срезные пальцы в шкивах, то в случае превышения допускаемой нагрузки, которая передается от привода к эксцентриковому узлу, пальцы срезаются и таким образом приводной вал дробилки не перегружается.
Опыт эксплуатации дробилок со срезными пальцами показал, однако, весьма небольшую эффективность такого метода. Дело в том, что пальцы при работе постоянно испытывают переменную нагрузку, вследствие чего материал их постепенно устает и по мере эксплуатации дробилки разрушается от различных нагрузок. Изменение относительной величины разрушающей нагрузки может характеризоваться отношением временного сопротивления материала пальца к пределу усталости при пульсирующем цикле (конусные дробилки являются при обычной работе нереверсивными машинами). Это отношение для некоторых наиболее употребительных сталей равно 1,5—1,6, и таким образом при такой конструкции предохранительных средств приходится мириться с перегрузкой, связанной только с характеристикой материала. В действительности эта перегрузка оказывается несколько больше, так как может сказаться возможный разброс механических свойств материала, точность изготовления и т. п.
Б.А. Морозов и А.С. Ефимов на основе исследований конструкции срезных пальцев предохранительных муфт рекомендовали оптимальную форму пальцев — без проточки, но заключенных в две втулки с небольшим осевым зазором, в котором и происходит срез пальца. В качестве критерия эффективности было принято отношение предела усталости на базе 10в6 циклов к статическому разрушению. Это отношение при оптимальной термической обработке может достигать 0,68.
В расчетных схемах предохранительные средства могут быть представлены предельной нагрузкой, которую они могут передать. Это справедливо для шкивов со срезными пальцами и для гидравлической амортизации, в которой увеличение давления в гидроцилиндре сверх установленного предотвращается предохранительным клапаном. При этом необходимо иметь в виду, что направление усилия дробления, как первопричины появления предельных нагрузок в кинематической цепи дробилки, не совпадает с направлением амортизации, и поэтому при расчете необходимо усилие дробления разложить на направление амортизации и направление реакций в опорах, в которых происходит перемещение подвижного конуса и связанных с ним деталей, сопровождающееся поглощением работы трения.