Urabianie skał- kruszarki
2
Mechanizmy zniszczenia geomatriałów
Urabianie skał- kruszarki
2
Mechanizmy zniszczenia geomatriałów
Rozwój uszkodzenia przy cyklicznym odkształceniu
Badania wytrzymałości skał
Do najwaŜniejszych metod badania doświadczalnego
skał naleŜą:
• próba jednoosiowego ściskania,
• próba poprzecznego ściskania (test brazylijski),
• próba trójosiowego ściskania,
• badanie wytrzymałości skał na ścinanie.
Badania wytrzymałości skał
Próba jednoosiowego ´sciskania: a) przed zniszczeniem próbki,
b) podczas niszczenia próbki
Jerzy Rojek, Modelowanie i symulacja komputerowa złoŜonych
zagadnień mechaniki nieliniowej metodami elementów
skończonych i dyskretnych, IPPT, 4/2007
d – 42-55 mm
h:d- 2-3
Badania wytrzymałości skał
Rojek, 2007, Wyd. IPPT
Test brazylijski
Próba ściskania poprzecznego
Zgodnie z polska˛ norma˛ próbka skalna stosowana w próbie brazylijskiej jest
płaskim krąŜkiem
o średnicy d = 42−54 mm
grubości (wysokości) h równej połowie średnicy d (h/d = 0.5)
dh
P
r
π
σ
2
=
NapręŜenie rozciągające
prostopadłe do średnicy w
przybliŜeniu wynosi
8
Typowe badania doświadczalne:
rozrywanie, ściskanie , ściskanie ze ścinaniem
Oddziaływanie z narzędziami
efekty lokalne –
• wykruszenie ,
• sprasowanie ,
• odłupanie
globalny mechanizm zniszczenia
rozłupanie , przecięcie
Proces zgniatania skały – efekty dynamiczne
próba jednoosiowego ściskania – wapień morawica
badania IMRC (Paweł CięŜkowski)
Kruszarki – podział
Ze względu na mobilność całej maszyny, moŜna wyróŜnić kruszarki
•
stacjonarne,
•
częściowo ruchome
•
przewoźne na podwoziu kołowym lub gąsienicowym.
Kruszarki dzielimy na:
1. szczękowe
•
z dolnym zawieszeniem szczęki ruchomej
•
z górnym zawieszeniem szczęki ruchomej
•
dwurozporowe
•
jednorozporowe
•
inne specjalnej konstrukcji (np. szczękowe uderzeniowe)
2. stoŜkowe
3. walcowe
4. uderzeniowe
•
Ze względu na charakter pracy maszyny moŜna mówić o
kruszarkach obciąŜonych w sposób cykliczny (szczękowy)
•
obciąŜone w sposób ciągły (walcowe, stoŜkowe, uderzeniowe).
Kruszarki mobilne
Mobilny zestaw
kruszący na
podwoziu
gąsienicowym firmy
Sandvik model
UH440i
Zestaw kruszący na
podwoziu kołowym
firmy Sandvik model
Road Master
Kruszarki kontenerowe
Zestaw kruszący
kontenerowy firmy
Rockster model
R700
. Przyczepa kontenerowa firmy
Metal Tech Mirosławiec
Kruszarki stoŜkowe
Kruszarka stoŜkowa słuŜy do kruszenia materiałów średnio twardych, które nie
są lepkie i wilgotne. Rozdrobnienie materiału następuje między stoŜkiem
ruchomym wewnętrznym a stoŜkiem stałym zewnętrznym. Kruszenie odbywa się
poprzez mimośrodowy ruch stoŜka wewnętrznego.
Kruszarki stoŜkowe
Kruszarka stoŜkowa i wewnętrzny
stoŜek kruszarki firmy Sandvik
Kruszarki walcowe
Kruszarki walcowe firmy Sandvik
Najczęściej stosowane do
wstępnego i (drugiego) etapu
kruszenia,do materiałów miekkich
i średnio-twardych (np. węgiel)
Niska prędkość obrotowa
walców – małe zuŜycie
Stopień redukcji =1:3- 1:10
Kruszarki walcowe
Kruszarki walcowe
Kruszarki udarowe
Kruszarki udarowe wykorzystuje się przewaŜnie do kruszenia materiałów bardzo
twardych i zarazem materiałów o stosunkowo małej ścieralności, takich jak wapień,
dolomit, bazalt, granit.
Kruszenie materiału w przypadku kruszarki udarowej odbywa się poprzez uderzenie
wirującego elementu osadzonego na wale w materiał jak równieŜ przez wyrzucenie i
odbicie o nieruchomą płytę korpusu przestrzeni roboczej
Klasyfikację kruszarek udarowych ::
-
młotkowe
- wirujący element
uderzający osadzony jest wahliwie,
oraz występuje ruszt, na którym
materiał jest dodatkowo ścierany
przez młotek,
-
bijakowe
– element uderzający
osadzony jest sztywnie, oraz nie
występuje ruszt.
-
z wałem pionowym
tzw. Kubizery
Kruszarka udarowa młotkowa
(młot o kształcie „banana”) firmy
Sandvik
Kruszarki udarowe
Kruszarki udarowe
Kruszarki udarowe pionowe
Kruszarki
młyn pionowy
kruszarka walcowa
kruszarka stoŜkowa
kruszarka udarowa
Kruszarki szczękowe
Cel pracy:
Cel pracy:
Kruszarki szczękowe jednorozporowe
Cel pracy:
Cel pracy:
Kruszarki szczękowe jednorozporowe
Kruszarki szczękowe
Skład granulometryczny produktu
regulacja szczeliny
Przykłady rozwiązań kruszarek szczękowych
Kruszarka szczękowa Nordberg C3055
Parametry techniczne:
Wymiar wlotu 1400x760mm
Silnik 160KW
Prędkość
260obr/min
Długość nieruchomej szczęki 1600mm
Całkowita masa 23500kg
Wydajność
240-600t/godz
Kruszarka jest oferowana z układem pozwalającym na zmniejszenie prędkości i uzyskanie
wyjątkowej wydajności kruszenia. MoŜe być wykorzystana jako kruszarka stacjonarna lub
zamontowana na podwoziu kołowym.
Cel pracy:
Cel pracy:
Kruszarki szczękowe dwurozporowe
Kruszarka szczękowa typu Blake’a
Kruszarka szczękowa typu Grueber
Płyty kruszące
Płyty rozdrabniające wykonywane są zwykle ze stali manganowej zwanej
stalą Hadfielda (11G12). Jest to stal wysokowęglowa zawierająca od 11 do
14% manganu.
Stal ta charakteryzująca się duŜą odpornością na ścieranie i umocnieneiem
pod wpływem deformacji plastycznej (zachodzą przemiany w strukturze –
tworzą się mikrobliźniaki)
Twardość takiej stali wynosi ok. 500 HB.
Płyty kruszące gładkie
gładkie
– stosowane w pierwszych kruszarkach
szczękowych, nadal znajdują zastosowanie przy
kruszeniu materiałów o duŜej odporności na
ściskanie, np. rud Ŝelaza, bazaltów, twardych
granitów. Płyty gładkie zuŜywają się znacznie
wolniej
jednak występują znacznie większe siły w
porównaniu do płyt profilowanych.
,
Płyty kruszące trójkątne
Płyty o profilu
trójkątnym
– są uŜywane w przewaŜającej
liczbie kruszarek.
kąt wierzchołkowy klina 2γ (90°), podziałka t do wysokości
klinów w zawiera się w przedziale od 2 do 3.
Wielkość podziałki t powinna być równa wielkości szczeliny
wylotowej e.
W płytach o profilu trójkątnym stosuje się dwa sposoby
ustawienia względem siebie zębów (karbów):
•współosiowo dla skał o naturalnej płaszczyźnie łupliwości,
•przesunięte względem siebie.
,
o profilu
trapezowym
– uŜycie tych płyt daje
korzystne kształty ziaren produktu, posiadają one
wyŜsze zęby od płyt o profilu trójkątnym, dzięki czemu
ich okres eksploatacji jest dłuŜszy. Ich główną wadą
jest mała efektywność kruszenia materiałów
wilgotnych i gliniastych z powodu zalepiania się bruzd
,
Płyty kruszące -trapezowe
z zębami ostrymi podwyŜszonymi
– geometria tych płyt wynika
ze zmian jakie zachodzą podczas eksploatacji, a mianowicie
ostre ścierają się przy jednoczesnym utwardzaniu się stali
manganowej, z której odlane są płyty. Prowadzi to po pewnym
czasie do zmiany kształtu powierzchni roboczej i tym samym
do zastosowania kruszarki do rozdrabniania innej grupy skał,
np. skał miękkich
,
Płyty kruszące
z zębami ostrymi podwyŜszonymi
o profilu falistym
- mają szerokie zastosowanie nadają się do
kruszenia skał miękkich, np. wapieni, jak i twardych: bazalt,
granit, rudy metali. Z punktu widzenia trwałości są one lepsze
do rozdrabniania twardych materiałów od płyt o profilu
trójkątnym (mniejsze naciski), lecz zwiększają
zapotrzebowanie na energię. Przy kruszeniu skał miękkich
kruszywo ma mniej frakcji pylastych (w porównaniu z zębami
trójkątnymi). Płyty te mogą posiadać bruzdy o róŜnej
głębokości;
,
Płyty kruszące
z zębami o profilu falistym
o profilu trójkątnym z zębami normalnymi i podwyŜszonymi
Kruszenie przebiega dwuetapowo: w pierwszym materiał
rozdrabniany jest przez zęby wyŜsze, w drugim przez zęby
niŜsze. Taki proces prowadzi do wyeliminowania z produktu
ziaren płaskich wydłuŜonych
,
Płyty kruszące
o profilu trójkątnym z zębami normalnymi
i podwyŜszonymi
Płyty kruszące (Sandvik)
Heavy duty (HD )
Corrugated (C)
Coarse
Corrugated (CC)
Wide Teeth (WT)
Wide Wave (WW)
Sharp Toothed (ST)
Płyty kruszące (Metso Minerals)
Opis stanowiska badawczego:
Opis stanowiska badawczego:
P.CięŜkowski
Rysunek konstrukcyjny kruszarki
Laboratoryjna kruszarka szczękowa dwurozporowa: 1-korpus, 2-oprawa łoŜyska napędu, 3-oprawa łoŜyska szczęki, 4-
szczęka ruchoma, 5-płyta drobiąca ruchoma, 6-szczęka stała, 7- płyta drobiąca stała, 8-pociągacz, 9-wał szczęki, 10-wał
mimośrodowy, 12-wsyp, 13-koło zamachowe, 20-płyta rozporowa, 21, 22-gniazdo, 23-płyta zabezpieczająca, 33-osłona
napędu, 34-napinacz, 35-gniazdo spręŜyny, 36-spręŜyna, 37-śruba, 38-oprawa gniazda, 39-płytki regulacyjne, 40, 41-
szpilka + 2 nakrętki, 42, 45-śruba, 55-zawór smarowny, 56-śruba, 57-tulejka, 58-podkładka spręŜynujaca.
Kruszarka dwurozporowa
Kruszarka szczękowa dwurozporowa DCD 500x400
Kruszarka przeznaczona jest do twardych i bardzo ścierających
materiałów. Do kruszenia wstępnego, ewentualnie wtórnego twardych
nielepiących się materiałów jak: granit, bazalt, andezyt.
Płyty uŜyte w badaniach:
3
1
2
P
P
ł
ł
yty g
yty g
ł
ł
adkie,
adkie,
a x b = 100 x 200mm,
a x b = 100 x 200mm, h = 250mm,
5
11
8
7
6
4
3
10
1
Płyty uŜyte w badaniach:
P
P
ł
ł
yty g
yty g
ł
ł
adkie
adkie
P
P
ł
ł
yty klinowe w uk
yty klinowe w uk
ł
ł
adzie V
adzie V
na 2/3 wysoko
na 2/3 wysoko
ś
ś
ci
ci
P
P
ł
ł
yty klinowe
yty klinowe
Właściwości wytrzymałościowe i fizyczne nadawy
Marmur
Marmur
ś
ś
rednio krystaliczny
rednio krystaliczny
„
„
Bia
Bia
ł
ł
a Marianna
a Marianna
”
”
Wytrzymałość na jednoosiowe ściskanie :
Sc = 50MPa,
Wytrzymałość na rozrywanie
St =-4.9MPa
Sp
Sp
ó
ó
jno
jno
ść
ść
:
:
c = 12 MPa
c = 12 MPa
Próbka 6 o masie 6,48kg
0
50
100
150
200
250
300
0
10
20
30
40
50
czas [s]
s
ił
a
R
[
k
N
]
Zmiany si
Zmiany si
ł
ł
na p
na p
ł
ł
ycie rozporowej
ycie rozporowej
Wykresy przebiegu si
Wykresy przebiegu si
ł
ł
na p
na p
ł
ł
ycie rozporowej podczas procesu kruszenia
ycie rozporowej podczas procesu kruszenia
1 krok pomiarowy = 0.002s
1 krok pomiarowy = 0.002s
Próbka 7 o masie 6,52kg
0
50
100
150
200
250
0
10
20
30
40
50
czas [s]
s
ił
a
R
[
k
N
]
Próbka 8 o masie 6,64 kg
0
50
100
150
200
250
0
10
20
30
40
50
czas [s]
s
ił
a
R
[
k
N
]
Próbka 9 o masie 6,66kg
0
50
100
150
200
250
0
10
20
30
40
50
czas [s]
s
ił
a
R
[
k
N
]
0
10
20
30
40
50
9,172
9,188
9,204
9,22
9,236
9,252
9,268
9,284
9,3
9,316
9,332
czas [s]
w
ie
lk
o
ś
ć
s
iły
[
k
N
]
Przebieg siły w płycie rozporowej w pojedynczym cyklu
0
10
20
30
40
50
60
0
1
2
3
4
5
6
przemieszczenie [mm]
w
a
rt
o
ś
ć
s
iły
[
k
N
]
w funkcji czasu
w funkcji
przemieszczenia
Nierównomierność prędkości wału napędowego
J.Zawada
Koło zamachowe
Koło zamachowe
moment bezwładności J
sr
sr
ω
ω
ω
δ
ω
ω
ω
min
max
min
max
,
2
−
=
+
=
Hipotezy energetyczne Hipoteza Rittingera (1867)
Hipotezy energetyczne Hipoteza Kicka (1885)
Hipotezy energetyczne Hipoteza F. Bonda (1952 r.)
●Hipoteza F. Bonda (1952 r.)
Na podstawie obszernych badań statystycznych
F. Bond sformułował zaleŜność na energię jednostkową
L
jB
:
Symbol C
B
oznacza stała materiałową wg Bonda.
Hipoteza L. B. Lewensona
●Hipoteza L. B. Lewensona
Lewenson w poszukiwaniu sił działających na szczęki kruszarek
rozwinął hipotezę Kicka. Zaproponował aby we wzorze Kicka
L
K
= [(σ
N
)
2
/2·E]·V, objętość V była równa róŜnicy objętości kul
wpadających do otworu wlotowego i kul wypadających z otworu
wylotowego. Praca kruszenia w czasie jednego obrotu wału wg
Lewensona jest równa:
L
L
= [(σ
N
)
2
/2·E]·V = [(σ
N
)
2
·b·π/12·E]·(d
n
2
- d
p
2
) [J]
gdzie:
σ
N
– wytrzymałość normowa na ściskanie
E – moduł spręŜystości
b – długość otworu wlotowego
d
n
, d
p
– średnice kul nadawy i produktu (obliczone na podstawie
parametrów geometrycznych maszyny)
Hipotezy energetyczne- porównanie
J.Zawada