ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ

КОНСТРУКЦИИ ГРОХОТОВ

1. Классификация грохотов.

2. Неподвижные колосниковые грохоты. Барабанные грохоты

3. Плоские подвижные грохоты.

3.1. Инерционные наклонные грохоты

3.2. Гирационные грохоты

3.3. Вибровозбудители

3.4. Самобалансные грохоты с двухвальным шестеренчатым вибровозбудителем.

3.5. Горизонтальные резонансные грохоты.

4. Гидравлические грохоты.

По принципу действия грохоты различных типов аналогичны: просеивание мелких классов происходит при движении материала по просеивающей поверхности. Перемещение материала осуществляется под действием: силы тяжести (гравитационное перемещение), вибраций сита (вибрационное перемещение), струи воды (гидравлическое перемещение).

В практике обогащения полезных ископаемых применяются грохоты следующих типов: 1) неподвижные колосниковые; 2) валковые; 3) барабанные вращающиеся; 4) плоские качающиеся; 5) полувибрационные (гирационные); 6) вибрационные с круговыми вибрациями (инерционные с дебалансным вибратором и самоцентрирующиеся); 7) вибрационные с прямолинейными вибрациями (с самобалансным вибратором, электровибрационные и резонансные); 8) дуговые сита. Схематично классификация грохотов по различным признакам представлена на рис. 1.7.

Выпускаются грохоты легкого, среднего и тяжелого типов. Маркировка: Г – грохот, И – инерционный, С – самобалансный, Р – резонансный, Л – легкого типа, С – среднего типа, Т – тяжелого. Легкие грохоты применяют для рассева материала с насыпной массой 1.0 т/м3, средние – 1.6, тяжелые – 2.7. За буквами следуют цифры: I цифра за буквами обозначает ширину грохота (3 – 1250 мм, 4 – 1500, 5 – 1750, 6 – 2000, 7 –2500, 8 – 3000), II цифра – число сит. Например, грохот ГИЛ 72 – грохот инерционный легкий, ширина сита 2500 мм, двухситный.

Барабанные слабонаклонные грохоты – имеют вращающуюся просеивающую цилиндрическую поверхность. Загружаемый материал продвигается по внутренней поверхности грохота. Куски материала под действием сил трения увлекаются внутренней поверхностью барабана и поднимаются на некоторую высоту, после чего скатываются вниз. В этот момент кусок передвигается вдоль барабана вследствие наклона грохота.

Неподвижные колосниковые грохоты представляют собой решетку, собранную из установленных под углом колосников. Иногда эти грохоты устанавливаются горизонтально. Угол наклона для сухих руд 38-500, для углей 30-350. Ширина щели между колосниками не менее 50 мм. Колосники изготовляют из балок фасонного сечения. Ширина грохота определяется фронтом его загрузки, который зависит от размеров устройства, подающего материал на грохот. Ширина грохота должна быть больше или равна тройному размеру максимального куска. Длину грохота выбирают в зависимости от необходимой производительности и эффективности грохочения. Практически длина лежит в пределах 3-5м. Эффективность грохочения зависит от содержания мелких классов в питании и составляет 50-60 %.

* под продольными понимаются колебания в плоскости продольной симметрии грохота

Рисунок 1.7 – Классификация грохотов по различным признакам

Плоские подвижные грохоты с симметричными продольными колебаниями – здесь возвратно-поступательные колебания рабочего органа осуществляются различными в кинематическом отношении механизмами. Их делят на следующие классы:

1) класс грохотов с фиксированной кинематикой – перемещения, скорости и ускорения всех звеньев определены по величине и направлению и не зависят от участвующих в колебаниях масс. Это качающиеся грохоты с кривошипным или эксцентриковым механизмом.

2) класс кинематически неопределенных (вибрационных) грохотов – не имеют фиксированной кинематики. Траектория, скорости и ускорения зависят от соотношения между движущимися массами и от упругости гибких опор грохота. Это вибрационные грохоты с приводом от дебалансного или электромагнитного вибровозбудителя.

3) класс грохотов с частично фиксированной кинематикой – занимают промежуточное положение между 1) и 2) – гирационные и сдвоенные грохоты. Не выпускаются с 1973г.

От вида траектории колебаний короба грохота зависит расположение просеивающей поверхности (наклонная или горизонтальная). Грохоты с круговыми колебаниями работают только при наклонном положении. Здесь перемещение материала происходит в основном под действием слагающей силы тяжести, направленной вдоль сита. Грохоты с прямолинейными колебаниями работают в любом положении. Материал перемещается под действием вибраций. Грохоты с комбинированным движением устанавливаются с малым наклоном.

Привод грохотов выполняется в виде кривошипно-шатунного, эксцентрикового механизма или механического вибровозбудителя. В последнем случае тяговое усилие развивается в результате действия сил инерции вращающихся неуравновешенных масс – дебалансных грузов.

В настоящее время наиболее распространены грохоты: 1) инерционные наклонные, 2) самобалансные простые, 3) с самосинхронизирующимися вибровозбудителями колебаний, 4) горизонтальные полувибрационные сдвоенные (устаревшие), 5) резонансные. Грохоты позиций 4) и 5) больше применяются на угольных обогатительных фабриках.

Наиболее широко применяются наклонные инерционные грохоты ГИЛ, ГИС, ГИТ. Это грохоты с круговыми или эллиптическими колебаниями, с одновальным дебалансным вибровозбудителем, двухподшипниковые. Принципиальная схема грохота показана на рис. 1.8.

1 – опорная рама, 2 – амортизаторы, 3 – сита, 4 – короб, 5 – шкив, 6 – дебаланс, 7 – эксцентриковые концы вала, 8 – подшипники, 9 – труба вибровозбудителя, 10 – вал., Сд, Ск – центры тяжести дебаланса и короба, соответственно, О – геометрический центр шкива

Рисунок 1.8 – Принципиальная схема инерционных грохотов (ГИЛ, ГИС, ГИТ), поперечный вид

Короб грохота опирается на цилиндрические витые пружины-амортизаторы, опоры смонтированные на неподвижной строительной или металлической конструкции. Короб приводится в колебательное движение дебалансным вибровозбудителем, вал которого вращается в подшипниках и проходит внутри трубы. Вал имеет эксцентриситет. На концах вала насажены шкивы, на которых закреплены дебалансные грузы. Геометрическая ось вала находится вблизи от центра тяжести короба Ск. Эта точка отстоит от прямой, соединяющей центры шкивов, на расстояние r. Центры тяжести Сд дебалансов находятся на расстоянии R от той же линии. При вращении шкивов вокруг геометрической оси вала возникают две равные и противоположно направленные центробежные силы инерции:

F1 = mω2R; F2 = Mω2r, (1.4)

Где m – общая масса дебалансных грузов, M – масса короба с ситами, ω – угловая скорость вращательного движения.

При F1 = F2 и частоте колебаний, далекой от резонанса, справедливо соотношение

R / R ≈ m / M. (1.5)

При этом геометрические центры шкивов О остаются неподвижными в пространстве. Отсюда и название грохотов – самоцентрирующиеся. Вращение от двигателя валу передается через клиноременную передачу, через лепестковую эластичную муфту или карданный вал. Продольный вид грохота приведен на рис. 1.9 (позиции те же, что и на рис. 1.8).

Рисунок 1.9 – Продольный вид инерционного грохота

На ряде предприятий еще эксплуатируются гирационные грохоты. Принципиальная схема наклонного четырехподшипникового гирационного грохота показана на рис. 1.10.

3
4
8
9	2
Cд
10
F1	F1
6
1

1 – неподвижная рама, 2 – подшипники, 3 – сито, 4 – короб грохота, 5 – диск, 6 – контргруз (дебаланс), 7 – концы кривошипного вала, 8 – подшипники, установленные в коробе, 9 – труба, 10 – кривошипный вал

Рисунок 1.10 – Принципиальная схема гирационного грохота (ГГС, ГГТ)

Короб грохота приводится во вращательное движение эксцентриковым или кривошипным валом. Концы вала находятся в подшипниках 2, укрепленных на неподвижной раме. Рама установлена на фундаменте (может быть подвешена на тягах). На концах вала имеются диски 5, на которых помещены контргрузы, уравновешивающие короб. Вал вращается в подшипниках 8, установленных в коробе. Эксцентриситет вала определяет амплитуду круговых движений короба. Амплитуда А фиксирована: А = r = соnst . Средняя часть короба движется по окружности радиусом r. Концы короба (в начале и в конце) опираются на упругие амортизаторы – пружины – и имеют дополнительную степень свободы. Поэтому их траектория отличается от круговой, близка к эллиптической. При круговых возвратно-поступательных движениях короба возникают центробежные силы инерции. Они компенсируются контргрузами, которые служат для динамического уравновешивания системы. При плохой балансировке гирационного грохота вибрации, которые передаются перекрытию, могут превышать санитарные нормы. Поэтому эти грохоты с 1973г. сняты с производства.

Для создания вибраций грохота используются вибровозбудители. Жесткость упругих опор короба подбирается низкой, чтобы собственная частота его колебаний была значительно меньше частоты вращения вала (частоты возмущающей силы дебалансов), рис. 1.11. Такая отстройка колеблющейся системы является зарезонансной.

Резонанс (звучу в ответ, откликаюсь) - отклик колебательной системы на периодическое внешнее воздействие с частотой, близкой к частоте собственных колебаний этой системы. При этом резко увеличивается амплитуда вынужденных колебаний. Если параметры системы не зависят от времени и система линейна (колебания пропорциональны силе внешнего воздействия), то резонансные частоты совпадают с частотой собственных колебаний системы. Собственные колебания или свободные – это колебательные движения системы, предоставленной самой себе в отсутствии внешних воздействий. Если внешняя периодическая сила изменяется с частотой, равной частоте собственных колебаний, то амплитуда колебаний нарастает до тех пор, пока внешняя сила не уравновесится силой трения. При больших амплитудах колебания становятся нелинейными, собственная частота системы изменяется и система может уходить из резонанса.

Рисунок 1.11 – Соотношение амплитуд собственных колебаний системы и колебаний возмущающей силы

Далеко зарезонансная отстройка системы имеет следующие преимущества (рис. 1.12):

1) амплитудно-частотная характеристика системы в зарезонансной области имеет вид горизонтальной прямой. Следовательно, амплитуда на рабочем участке не зависит от частоты колебаний т. е. от отстройки системы;

2) колебания стабильны и не зависят от колебаний нагрузки на грохот;

3) в рабочем режиме (зарезонансном) система полностью динамически уравновешена, т. к. дебалансы и короб движутся в противрофазе и их силы инерции взаимно уравновешены;

4) на перекрытие передается лишь статическая нагрузка ± незначительная динамическая добавка.

Рисунок 1.12 – Соотношение амплитудных и частотных характеристик в до - и зарезонансном режимах колебаний грохота

Недостатки: 1) необходимость прохода через резонанс при запуске и остановке грохота; 2) недолговечность подшипников.

Особенно большие резонансные амплитуды могут возникать при остановке грохота. Чтобы устранить этот недостаток применяют применяют вибровозбудитель с дебалансом, управляемым центробежной силой инерции. Схема дебаланса показана на рис. 1.12.

Рисунок 1.13 – Схема устройства вибровозбудителя с дебалансом

Центр тяжести дебаланса расположен с очень малым эксцентриситетом относительно оси вращения. Дебаланс задерживается пружиной в этом положении, пока не будет пройдена область критической частоты вращения. После этого центробежная сила дебаланса преодолевает усилие пружины, и дебаланс переходит в рабочее положение с бόльшим радиусом вращения. При остановке грохота все происходит в обратном порядке. Амплитудно-частотная характеристика в таком случае представлена на рис. 1.14.

Рисунок 1.14 – Амлитудно-частотная характеристика грохота при использовании вибровозбудителя с дебалансом

Самобалансные грохоты с двухвальным шестеренчатым вибровозбудителем. Около 30 лет назад были распространены качающиеся грохоты с прямолинейными (направленными) колебаниями. В современных конструкциях для получения такого типа колебаний используют двухвальные вибрационные возбудители. Грохоты такого типа называются самобалансными, т. к. дебалансы периодически уравновешиваются в зависимости от того как они расположены друг относительно друга. Здесь прямолинейные гармонические колебания короба под углом к плоскости сита генерируются силой инерции двух противоположно вращающихся дебалансных грузов. Короб с ситом закреплен на вертикальных упругих опорах и совершает прямолинейные колебания. Колебания короба под углом к плоскости сита обеспечивает подбрасывание и энергичное встряхивание материала. При движении в направлении А материал перемещается вперед и подбрасывается с полетом по параболе. Затем падает на сито и движется с коробом по направлению B . Принцип работы такого грохота иллюстрируется рисунком 1.15.

Рисунок 1.15 – Принцип действия самобалансных грохотов с двухвальным шестеренчатым вибровозбудителем (ГСЛ, ГСС, ГСТ)

Самобалансный вибратор имеет два одинаковых дебаланса, вращающихся на параллельных валах с одинаковой скоростью в противоположные стороны (рис. 1.16).

Рисунок 1.16 – Схема сил, действующих на грохот

Равнодействующая сил инерции дебалансов, направленная вдоль оси Х, равна:

Fх = m ω2 R Sinφ , (1.6)

Где m – масса дебаланса, R – расстояние от центра тяжести груза до оси вращения вала, φ – угол поворота.

Значение равнодействующей возбуждающей силы изменяется по величине от 0 до 2Fх и по направлению через каждые полоборота дебаланса. Поэтому короб получает от вибровозбудителя гармонические колебания в направлении оси Х. Составляющие сил инерции, действующие вдоль оси У в любом положении дебалансов взаимно уравновешиваются.

Недостатки – зубчатая передача требует ремонта и создает сильный шум. Этот недостаток устранен в самобалансных грохотах, в конструкции которых использован эффект самосинхронизации вращения кинематически несвязанных неуравновешенных роторов. Здесь имеется два независимых дебалансных вибровозбудителя не связанных между собой какой-либо передачей. Их валы вращаются отдельными электродвигателями в противоположном направлении с одной и той же угловой скоростью и одной и той же фазой (углом поворота). Синхронизация осуществляется специальным подбором всех подвижных масс, их моментов инерции и взаимного расположения. Такие вибровозбудители называются самосинхронизирующимися.

Горизонтальные резонансные грохоты работают в режиме, близком к резонансному. Изготавливаются только легкого типа, чаще двухмассными. Основными частями двухмассного грохота являются короб и тяжелая рама, связанные между собой упругими элементами. Грохот называется двухмассным, т. к. в движении принимают участие две массы. Трех (одна рама, сдвоенный короб) и четырехмассные (две рамы и сдвоенный короб) грохоты широкого применения не получили.

Гидравлические грохоты предназначены для выделения мелких классов из пульпы. Грохочение материала происходит в потоке пульпы. К классу гидравлических грохотов относятся дуговые сита и конические грохоты.

Дуговые сита применяются безнапорные и напорные, рис. 1.17.

Рисунок 1.17 – Безнапорное (а) и напорное (б) дуговое сито

Щели в дуговых ситах располагаются перпендикулярно движению пульпы. При движении по ситу материал встречается с краем каждого поперечного колосничка сита. В результате часть потока уходит под решето, рис. 17. Толщина слоя жидкости, отделяемого слоем колосничка равна ≈ 1/ 4 ширины щели. Отделяются частицы с диаметром около ≈ 0,5 ширины щели. Щели не забиваются. Эффективность обезвоживания невысокая, что связано с небольшим значением центробежной силы. Эта сила возникает только в результате изменения направления скорости движения потока суспензии при движении по криволинейной поверхности. Для обезвоживания и классификации продуктов обогащения применяются также двухкаскадные дуговые грохоты.

Конические грохоты ГК – благодаря тангенциальному подводу питания создается вращающийся поток суспензии (рис. 1.18).

Рисунок 1.18 – Схематическое изображение конического грохота

На кольцевой обезвоживающей поверхности образуется слой материала определенной толщины. Под действием центробежной силы 80-90% воды и мелочи удаляется на верхнем сите. Оставшаяся свободная влага удаляется в пирамидальной части грохота. Удельная производительность грохотов ГК больше, чем у подвижных грохотов и составляет ≈ 80 м3/м2 ч по суспензии и 20 т/м2 ч по твердому. Выпускаются грохоты ГК-1.5, ГК-3, ГК-6, цифры показывают площадь обезвоживающей поверхности, м2.