Строительные машины и оборудование

Расчет основных параметров режима работы вибрационных грохотов

К основным параметрам, определяющим эффективность и произ­водительность грохочения, относятся размеры просеивающих по­верхностей, частота и амплитуда колебаний, угол наклона гро­хота, направление вращения вала вибровозбудителя и траектория движения сита.

Экспериментально установлено, что наилучшая эффективность грохочения происходит при соотношении ширины и длины просеи­вающей поверхности, равной 1 :2,5, при этом же соотношении производительность грохота прямо пропорциональна площади сита. У колосниковых грохотов тяжелого типа это соотношение прини­мается равным 1 : 2 ввиду более низких требований к эффектив­ности грохочения на этих машинах. Грохоты с соотношением сто­рон просеивающей поверхности менее чем 1 : 2,5 нерациональны из-за трудности обеспечения равномерного питания, усложнения конструкции и ухудшения их динамических показателей.

Оптимальные значения амплитуды и частоты колебаний сита зависят от формы траектории его движения. Совокупность этих факторов влияет на производительность, эффективность грохо­чения и способность грохота к самоочищению отверстий сита от за­стрявших в них зерен. Процесс самоочищения отверстий сита зави­сит от скорости, формы, траектории и направления движения сита. С увеличением скорости самоочищение отверстий сит улучшается, но эффективность грохочения снижается в результате уменьшения числа соприкосновений зерен с просеивающей поверхностью по ее

Длине. Практика показала, что самоочищение происходит при высоте подбрасывания зерна h, превышающей 0,4 размера от­верстия D, т. е. Исхо­дя из этого условия определя­ется наибольшая скорость дви­жения сита.

В грохотах с направленны­ми колебаниями (рис. 8.12,а) инерционная сила действует под постоянным углом Р к пло­скости сита, и траектория дви­жения зерна под действием этой силы может быть записа­на в следующей форме: Х= = V0t cos р; У=v0t sin р—gfi/2, где X и Y — координаты под­брасываемого зерна; vo — мак­симальная скорость по направ­
лению движения; Р — угол действия инерционной силы к плоскости сита. Решая эти уравнения совместно, получим

Y=X tg р—gX2/ {2v02 cos2 p).

Значение Xi при Ymax=h получим, приравняв производную уравнения нулю. т. e. Xi==u02tgpcos2p/g, тогда h=v<? sin2 p/(2g).

Наибольшая скорость (м/с) движения сита (при р=35°)

У0 = 7,72 Y"h. (8.1)

Для грохотов с круговыми колебаниями и наклонными сита­ми (рис. 8.12,6) уравнение траектории движения зерна имеет следующий вид:

= Y = vJ--------- —cosa,

2 2

Где a — угол наклона просеивающей поверхности. В результате совместного решения этих уравнений получим

Y == v0 У2x/(g sin a) — X/tga.

Как и в предыдущем случае, находим значение Х, при кото­ром У имеет наибольшее значение, принимая Y=h и Тогда

V0 — y2gh cos a.

Принимая a=20°, скорость (м/с)

V0 = 4,28 уТ. (8.2)

Если на грохоте установлено несколько ярусов сит, то Vo рассчитывают для сита с наибольшим размером отверстий. По вычисленной скорости колебаний сит определяют основные пара­метры колебаний грохота v0=A®, где А — амплитуда колеба­ний, м; со — угловая частота колебаний, рад/с. Величину Уо не­обходимо устанавливать исходя из условия наилучшей само­очистки сит, так как повышенное значение v0 снижает эффек­тивность сортировки и создает более высокие динамические на­грузки. При ускорении а^80 м /с2 происходит быстрый выход из строя элементов грохота и появление трещин в коробе.

Ускорение грохота а=Аа2 увеличивается пропорционально амплитуде колебаний и частоте колебаний в квадрате, поэтому скорость движения сита выгоднее повышать за счет увеличения амплитуды колебаний. Амплитуда колебаний должна быть такой, чтобы ускорение грохота находилось в пределах 45 ... 65 м/с2 Для определения частоты и амплитуды колебаний грохота мож­но использовать эмпирические формулы:

Для наклонных грохотов с круговыми колебаниями частота колебаний (кол/с)

/ = 44/Дм; (8.3)

Ремещения зерен снижается, при этом повышается эффективность сортиров­ки, но снижается производительность грохота. Обычно для грохотов с сито­выми просеивающими поверхностями а=0 ... 30°; для колосниковых грохо­тов а=0 ... 25°.

Направление вращения вала виб­ровозбудителя оказывает влияние на эффективность грохочения. При вра­щении вала в направлении, совпадаю­щем с движением материала по ситу, происходит увеличение скорости перемещения зерен, что ведет к снижению эффективности грохочения. Однако при этом уве­личивается производительность грохота и улучшаются условия очистки просеивающей поверхности. При вращении вала в на­правлении, обратном движению материала по ситу, зерна пере­мещаются медленнее, чаще встряхиваются и контактируют с си­том. При этом условия прохождения зерен через отверстия сит улучшаются, что повышает эффективность грохочения. Однако одновременно производительность грохота снижается, а засоряе - мость ячеек сит увеличивается. Обратное вращение вала вибро­возбудителя рекомендуется для грохотов, сита которых имеют отверстия 0,06 м.

Определение технологических параметров процесса грохоче­ния — производительности и эффективности грохочения. Эти пара­метры взаимосвязаны и зависят от конструктивных параметров грохота (типа просеивающей поверхности размера ячеек, скоро­сти и траектории движения); от зернового состава сортируемой смеси и способа сортировки (сухой или мокрый процесс). Мак­симальную производительность грохота устанавливают, обеспечи­вая необходимую эффективность грохочения. Исследованиями установлено, что до определенного момента рост производитель­ности грохота происходит при неизменной эффективности, далее увеличение производительности сопровождается резким падением эффективности грохочения (рис. 8.13). Это явление объясняется характером процесса грохочения, который, по определению В. А. Баумана, состоит из двух стадий, происходящих одновре - 94
менно и непрерывно. На первой стадии мелкие зерна, подлежа­щие просеву, должны пройти сквозь толщу материала и войти в соприкосновение с поверхностью сита. На второй стадии мелкие зерна должны пройти сквозь ячейки сита.

Первая стадия процесса заканчивается на определенной дли­не сита, близкой к его полной длине, если толщина слоя мате­риала не превышает определенной (критической) величины. Вто­рая стадия продолжается на протяжении движения материала па всей длине сита. Если толщина слоя материала на сите больше критического значения, то часть зерен не успевает за время дви­жения материала по ситу войти в соприкосновение с его поверх­ностью и сходит с сита вместе с верхним продуктом, уменьшая показатель эффективности грохочения. При толщине слоя мате­риала, близкой к критической, производительность грохота будет оптимальной, т. е. будет иметь наибольшее значение, при кото­ром эффективность грохочения максимальна или близка к ней. Следовательно, до достижения слоем материала на сите крити­ческой толщины производительность грохота повышается при не­изменной эффективности грохочения, а после превышения кри­тической толщины слоя материала — увеличение производитель­ности сопровождается снижением эффективности процесса. По­этому режим питания грохота должен быть таким, чтобы толщи­на слоя материала не превышала критического значения.

Производительность грохотов при товарном и промежуточном сухом грохочении находится по методике, предложенной В. А. Бау­маном. Многочисленные исследования ВНИИстройдррмаша уста­новили, что производительность (м3/ч) зависит от размеров от­верстий сит, площади просеивающей поверхности, зернового со­става сортируемой смеси, угла наклона сита, неравномерности питания грохота, формы зерен и типа грохотов, т. е.

U=cqSkik2k3, (8.5)

Где с — коэффициент, учитывающий неравномерность питания,, форму зерен материала и тип грохота. Значение с горизонталь­ных грохотов при грохочении гравия равно 0,8, щебня — 0,65, для наклонных грохотов соответственно 0,6 и 0,5, q — удельная производительность сита с отверстиями квадратного сечения,. м3/(ч-м2); S — площадь сита, м2; k — коэффициент, учитываю­щий процентное содержание нижнего класса в материале, по­ступающем на рассчитываемое сито; —коэффициент, учиты­вающий процентное содержание в нижнем классе зерен разме­ром меньше половины отверстия сита; — коэффициент, учиты­вающий угол наклона грохота (для горизонтального грохота &з=1). Значения К, К.2, Kz в зависимости от параметров грохо­та и характеристики сортируемой смеси приведены ниже.

Производительность грохотов при мокром способе сортировки определяется по той же зависимости, что и для сухого способа.

Эффективность грохочения E=ek', k'z, k'z, где е — эталонная эффективность грохочения (для средних условий), %; k' — ко­эффициент, учитывающий содержание нижнего класса в исход­ной смеси, %; kr2 — коэффициент, учитывающий содержание в нижнем классе зерен размером меньше половины отверстия си­та, %; k — коэффициент, учитывающий угол наклона грохота. Значение е (%) для горизонтальных грохотов с направленными колебаниями при грохочении щебня равно 89, гравия — 91, для наклонных грохотов с круговыми колебаниями — соответственно 86 и 87. Ниже приводятся значения k'u к'ч и k'% в зависимости от параметров грохота и характеристики сортируемой смеси.

Содержание зерен нижнего класса в ис­ходной смеси, «/о 20 30 40 50 60 70 80

Значения k.................................................... 0,86 0,9 0,95 0,97 1,0 1,02 1,03

Содержание в нижнем классе зерен раз­мером меньше половины отверстий сита,

О/0 .............................................................. 20 30 40 50 60 70 80

Значения ^.............................................. 0,9 0,95 0,98 1,0 1,01 1,03 1,04

Угол наклона грохота а, град... 0 9 12 15 18 21 24 Значения k'3 1,0 1,07 1,05 1,03 1,0 0,96 0,88

Динамический коэффициент режима работы грохота отражает влияние на производительность и эффективность процесса грохо­чения колебательных параметров грохота (амплитуда и частота колебаний). Приведенные выше зависимости производительности и эффективности грохочения будут справедливы только при усло­вии, что грохочение осуществляется при оптимальном динамиче­
ском коэффициенте режима работы грохота К, представляющем собой отношение составляющих инерционной силы Ри„, дейст­вующей на частицу сортируемого материала» к ее силе тяжести Gn в плоскости N—N перпендикулярной поверхности сита (рис. 8.14), т. е.

K=Pi>N/GN. (8.6)

Ни1- W

Инерционная сила Р1г возникающая от действия вибровозбу­дителя и обеспечивающая отрыв частиц смеси от ситаі, Р;= = /Псвасо2. Сила тяжести частиц, прижимающая их к поверхности сита, G=mcvg, где тсв — масса частицы, кг; а—амплитуда ко­лебаний, м; со— угловая частота колебаний, рад/с;'^ — ускоре­ние свободного падения, м/с2. Для грохота с круговыми колеба­ниями и наклонными ситами (рис. 8.14,а) составляющая сил Pi и G, действующие в плоскости N—N, Рш=Рі sin at, GN= —G cos а, где a — угол наклона сита, град; t — угол направле­ния действия инерционной силы. Следовательно,

„ ___ ^i, n ____ mCBaa>2 sin mt__ atoa sinorf

~G~n mCBgcosa g cos a

Инерционная сила Pi, как круговой вектор, достигает наибо­льшего значения при со£=90°. Тогда

/Скр=aco2/ (g cos a). (8.7)

Для грохотов с направленными колебаниями и горизонталь­ными ситами угол направления действия инерциойной силы coЈ=p=const (рис. 8.14,6), а угол наклона сита а=0°. Тогда

Кн—сии2 sin p/g. (8.8)

При расчете грохота с несколькими ситами динамический ко­эффициент грохочения назначается по ситу с наибольшим раз­мером отверстий.

На основании анализа колебательных параметров грохотов, изготовляемых отечественной промышленностью, установлены следующие граничные значения а, п и К (п — частота вращения вала вибратора).

7-5258 - 97

Тип грохота а, мм п, об/с К

Грохоты с круговыми колебаниями:

Инерционные............................................................... 3...5 13,3...20 2,3...5,6

Эксцентриковые................................................ 2,5...4,5 13,3...20 2,3...6,1

Грохоты с направленными колебаниями: инерционные нерезонансного действия. . 5...8 11,6...12,5 3,5...4,1 с кривошипно-шатунным приводом резо­нансного действия.......................... 10...12 8,3...10 2,2. ..2, 7

Для определения оптимального режима грохота обычно за­даются двумя параметрами и по ним определяют третий: для грохотов с принудительной кинематикой обычно задаются значе­ниями а и К; для грохотов с силовым приводом — значениями п и К.