Бегуны. Измельчение материала раздавливанием и истиранием
Принцип действия. Бегуны (рис. 1) состоят из чаши 1 и двух или трех жерновов 2, совершающих сложное движение вокруг вертикальной и Горизонтальной осей. Жернова катятся по чаше и измельчают материал раздавливанием и истиранием.
Различают два типа бегунов:
- с движущимися жерновами и неподвижной чашей;
- с вращающейся чашей и неподвижными (по отношению к вертикальной оси) жерновами.
Рис. 1. Схема устройства бегунов: 1-чаша; 2-жернова.
В обоих случаях жернова вращаются вокруг своей горизонтальной оси. Бегуны первого типа применяют для измельчения кускового материала, предварительно не измельченного в дробилке, бегуны второго типа-для предварительно дробленого материала.
Так как при вращении жерновов вокруг оси развивается значительная центробежная сила, то для уменьшения ее приходится уменьшать число оборотов жерновов или чаши, со снижением производительности бегунов.
Бегуны с вращающейся чашей имеют большое число оборотов и, следовательно, обладают и большой производительностью, но для них требуется устройство мощных подпятниковых опор.
Рис. 2. Угол захвата бегунов.
Угол захвата. Для того чтобы измельчение протекало нормально, угол захвата бегунов должен быть меньше угла трения измельчаемого материала, т. е. < p.
Это вытекает из соотношения сил, действующих на кусок измельчаемого материала (рис. 2). В точке А на кусок действуют две силы: радиальная r и тангенциальная t. Разложим обе силы на составляющие: m, n и q, р. Сила q стремится втянуть кусок под жернов, а сила n-вытолкнуть его. Для измельчения необходимо, чтобы сила q была больше n:
Подставив значение t=fr=r tg p (f=tg p-коэффициент трения) получим
Из полученного выражения находим отношение
Обычно угол захвата бегунов равен 25-30°. Из рис. 5 видно, что
т. е. диаметр жернова бегунов должен быть примерно в 15-20 раз больше диаметра кусков материала, поступающего на измельчение.
Производительность и потребная мощность. Производительность бегунов можно вычислить теоретически, принимая, что все куски материала имеют форму шара.
Делая такое допущение, можно определить теоретическое число кусков, которое бегуны могут измельчить за один час:
где rср-среднии радиус вращения жерновов в м;
b-ширина жернова в м;
d -диаметр кусков материала в м;
n-число оборотов бегунов в 1 мин.;
i-число жерновов.
Тогда теоретическая производительность бегунов:
где уд. вес материала в кгс/м3.
Практически за один оборот жерновов измельчается с заданной степенью измельчения всего лишь около 2% от теоретического количества материала.
Следовательно, фактическая производительность бегунов:
Работу на измельчение в бегунах можно приближенно вычислить как сумму работ трения, скольжения и качения.
Примем обозначения:
Р-полезная сила, приложенная по касательной к окружности радиуса вращения rср. для преодоления сил трения, возникающих при скольжении бегуна, в кгс;
f1-коэффициент трения при скольжении;
G-вес одного жернова в кгс.
Мощность, потребная на преодоление сил трения при скольжении, будет равна
где i-число жерновов;
wср-окружная скорость средней окружности обода в м/сек. Работу трения при качении определяют по формуле
где f2-коэффициент трения при качении (коэффициент трения второго рода);
R-радиус бегунов в м.
Полная мощность на валу машины с учетом вредных сопротивлений будет:
где n/мех.-механический к. п. д.
Конструкция бегунов. Бегуны изготовляют различной конструкции с цельными или составными чугунными чашами, в которых находятся чугунные жернова (бегуны), имеющие наружные стальные бандажи. Дно чаши покрывается стальными плитами-колосниками. От размера щелей между колосниками зависит степень измельчения материала на бегунах. Жернова либо сидят свободно на оси, либо жестко соединены с ней. Чтобы избежать поломки бегунов при попадании в них слишком крупных и твердых кусков материала, оси бегунов делают коленчатой формы (при жестком закреплении жерновов на оси) или подъемными. В последнем случае оси могут перемещаться в вертикальной плоскости внутри коробки, в которой они вращаются. На валу бегунов укреплены плужки, перемещающие материал от центра к периферии чаши, а также в обратном направлении. Благодаря такому устройству материал равномерно распределяется по поверхности чаши, а после измельчения своевременно удаляется из нее.
Бегуны приводятся в действие от привода через коническую зубчатую передачу, расположенную под чашей или над ней.
Бегуны с неподвижной чашей изготовляют легкого и тяжелого типов, которые отличаются числом оборотов и весом жерновов. Тихоходные бегуны обычно делают 8-15 об/мин. и имеют большой радиус вращения при сравнительно небольшой ширине обода жерновов, вследствие чего истирающие усилия невелики. Быстроходные бегуны легкого типа изготовляют обычно с верхним приводом.
Бегуны с вращающейся чашей по сравнению с бегунами с неподвижной чашей обладают следующими преимуществами: 1) крепление жерновов выполнено более просто и надежно; 2) облегчена выгрузка измельченного материала; 3) центробежные силы не воздействуют на жернова.
Рис. 3. Бегуны с вращающейся чашей:
1-чаша; 2-жернов; 3-плужок для выгрузки материала; 4-привод.
На рис. 3 показаны бегуны с вращающейся чашей. Во вращающейся от привода чаше 1 за счет трения перемещаются жернова 2, которые также вращаются каждый вокруг своей горизонтальной оси. Разгрузка материала производится через борт чаши при помощи плужка 3.
А.Г. Касаткин
Основные процессы и аппараты химической технологии
(Глава XVIII. Измельчение, грохочение и дозирование твердых тел / Среднее и мелкое дробление)
