Для приготовления' формовочных смесей широко применяют бентонит, -маршалит, молотый уголь и другие пылевидные материалы. Эти материалы, как правило, должны поступать в литейный цех в готовом виде, хотя многие литейные цехи приготовляют их сами.
В литейных цехах в, системе приготовления формовочных материалов используют различного рода дробильные установки для размельчения крупных кусков отработанной смеси, сырой глины, песка. ,
Под размельчением понимают процесс разделения твердых тел на - части, сопровождающийся упругой и пластической деформацией : размельчаемого тела и образованием новых его поверхностей. (. Процесс размельчения (рис. 2.6) осуществляется раздавливанием, ••. раскалыванием, изломом, истиранием и ударом. Для прочных мате-: риалов наиболее рациональны раздавливание и удар (сухая глина), а для влажных и вязких материалов рекомендуется раздавливание в сочетании с истиранием.
Рис. 1 Схемы основных^способов механического дробления:
о — раздавливанием; 5 — раскалыванием; в — изломом; е — истиранием; д — ударом
Cоотношение поперечных размеров исходного материала и готового продукта называют степенью измельчения:
— диаметр куска исходного материала; и — диаметр готового продукта.
Дробильное оборудование разделяют на дробилки и мельницы, в зависимости от степени измельчения в них материала. Дробилки измельчают материал до размера кусков Л = 15ч-25 мм при г == = З-т-12 (грубое измельчение). Мельницы измельчают материал до размера зерен и < 0,1 мм при I — 200 и выше (тонкое измельчение).
В зависимости от характера воздействия на измельчаемый материал и конструктивных признаков различают следующие типы дробилок: щековые, молотковые, валковые, и типы мельниц: шаровые, молотковые, вибрационные и др.
Физические основы процесса размельчения. Процесс размельчения материалов чрезвычайно сложен. Наиболее достоверной из известных гипотез процесса размельчения является так называемый обобщенный закон разрушения твердых тел, предложенный П. А. Ребиндером. Сущность этого закона в следующем. При механическом разделении твердого куска на части внешние силы преодолевают силы внутреннего сцепления между частицами, образуя новые поверхности. Поверхностные слои частицы обладают некоторым избытком свободной энергии или поверхностной энергией. Это объясняется тем, что частицы кристаллической решетки материала, расположенные на его поверхности, в отличие от частиц, расположенных внутри, взаимодействуют односторон-не — со стороны тела.
Таким образом, для перевода энергии внутренних -частиц на поверхность (размельчение) требуется затратить определенную работу, которая, будучи отнесенной к единице поверхности, называется удельной поверхностной энергией.
Для разделения тела на части и удаления их друг от друга на расстояние, при котором прекращается взаимодействие между ними, потребуется энергия, которая называется внутренней.
Рис. 2.. Щековая дробилка (а) и схемы, устройства с простым (б) и сложным (в) качанием
ДРОБИЛКИ
Щековые дробилкиприменяют для дробления кусков сухой и мерзлой глины, а также отработанной смеси (рис. 2). Они могут быть с простым и сложным качанием.
Дробилка с простым качанием щеки (рис. 2.7, б) состоит из неподвижной / и
подвижной 2 щек, эксцентрикового вала с маховиком 3, шатуна 4 и двух распорных плит 5 и 6. При вращении эксцентрикового вала шатун, воздействуя на распорные плиты, изменяет угол наклона и создает качание подвижной щеки, благодаря чему происходит дробление кусков материала, находящегося между щеками. Материал загружают через приемную воронку в рабочее пространство клиновидной формы, заключенное между неподвижной и подвижной щеками.
В дробилках со сложным качанием (рис. 2.7, в) подвижная щека 2 подвешена на эксцентрике главного вала с эксцентриситетом е и, таким образом, служит одновременно главным шатуном. В нижней части качающаяся щека поддерживается распорной плитой 5. [ В дробилках с простым качанием угловые перемещения и усилия по длине подвижной щеки различны: чем ближе к оси вращения, тем меньше пафев^ещения, а усилия, создаваемые давлением на материал, наоборот^ будЧт больше. Это обеспечивает в верхней части камеры дробления/фл\шие усилия, а в нижней — меньшие, что очень важнопши Дрогаении крупных кусков с повышенной прочностью мате</яажа. НейосЧаток дробилок с простым качанием — малая ве-лич/^йДода подвижной щеки в верхней части, поэтому захват круп-ньД^сков нена^е^н.
Рис. 2.8. Схема действия сил при дроблении материала в щековой дробилке
Дробилки со сложным качанием просты по конструкции и компактны. В таких дробилках щека не только качается благодаря повороту распорной плиты, но и получает сложное плоское движение, аналогичное движению шатуна кривошипно-ша-тунного механизма. Каждая точка рабочей поверхности щейи описывает замкнутые траектории, наверху — приближающиеся к окружности, а внизу — овальные, вытянутые тем больше, чем ниже от оси вращения находится точка. Таким образом, материал здесь не только раздавливается, но и частично истирается. Дробилки со сложным качанием более выгодны для получения материала с большей степенью измельчения, чем дробилки с простым качанием щеки.
Основными параметрами, определяющими возможность и экономичность работы щековой дробилки, являются угол захвата а между неподвижной и подвижной щеками; оптимальная частота вращения эксцентрикового вала и (с-1), производительность дробилки П (м3/ч); требуемая мощность электродвигателя N (кВт). Угол а (рис. 2.8) должен быть такой, чтобы при нажатии качающейся щеки дробимый кусок не выскочил из камеры дробления вверх. Кусок материала, находящийся в камере дробления, подвергается со стороны качающейся щеки действию силы Р, а со стороны неподвижной —• действию реактивной силы Рг. Обозначив через / коэффициент трения куска материала о поверхность плит, получим из условия равновесия сил
Ц* '=> 0 или Рг — [Р 5Ш а — Р соз а = 0; Еу = 0 или Р 51П а — /Рх — }Р со5 а = 0. Решив эти уравнения, найдем
1ёа = 2//(1-/2).
Так как коэффициент трения / •= 1§ ер, где ср — угол трения, получим •
18 « = 2 1в ф/0 — *82 ф) = *§ (2ф) и а <: 2<р.
Рекомендуется принимать а = 15-т-22°. При этом глубина Н камеры дробления должна быть в 2—2,5 раза больше ширины ее . приемной части. Диаметр О куска материала при этом должен составлять 0,80—0,85 этой ширины.
Если принять а = 20°, что соответствует стальным щекам, то
я='(0.60ч-0,65)/Иг5, где 5 — ход качающейся щеки, м.
" Валковые дробилки(рис. 2.9) применяют для мелкого и среднего дробления различных материалов: глины, отработанных смесей и др. Куски дробятся вращающимися навстречу один другому валками; помимо.дробления, они отчасти и истираются.
По конструктивному исполнению валковые дробилки различают* с жестко закрепленными валками; с одним подвижным валком (наиболее распространены); с двумя подвижными валками. Благодаря йподвижным валкам исключается поломка дробилки при попадании снедробимых предметов. Степень измельчения регулируется изменением зазора 2е между валками с помощью сменных прокладок 4. Валки бывают гладкие, рифленые и зубчатые.
Рассмотрим, какова связь между диаметром валков и размером дробимого материала. Плоскости ОМ и ОМ (рис. 2.10), касательные к поверхностям гладких валков в точках соприкосновения с куском материала, образуют между собой угол р = 2ос (а — угол захвата). По аналогии со щековой дробилкой, где а <: 2ср, для захвата куска материала воображаемыми плоскостями ОМ и ОМ валковой дробилки получаем
а < ф, /
где ф = агс!§ / — угол трения кусков материала о валки; / — коэффициент трения кусков материала о валки; для угля / = 0,3 и а <: < 16° 42', для глины и известняка / = 0,30-^-0,35 и а яу 18°.
Для эффективной работы валковой дробилки при а < ф и расстоянии 2е между валками необходимо, чтобы диаметр куска Ок, поступающего в дробилку, удовлетворял следующему условию:
Ок« (1/19) Ов + 2е. (2.2)
При сдвинутых валках (2е = 0)
Г>к = (1/19) Бв. (2.3)
Для рифленых валков принимают Ок= (1/10-5-1/12) Ов, для зубчатых валков Вк = (1/2-М/4) Ов. Степень измельчения дробилок с гладкими валками I = Зч-5, с рифлеными I = 7н-8.
Рис. 2.11. Устройство молотковой Дробилки
Молотковые дробилкив литейных цехах применяют для дробления сухой глины, кусков отработанной смеси, боя стержней и т. д. В молотковых дробилках материал размельчается под действием удара быстровращающихся молот-. ков 5, укрепленных на роторе 3 с помощью шарниров 4 (рис. 2.11), а также под действием удара материала о броневые плиты .6. Куски материала, подлежащего дроблению, через загрузочный желоб / попадают в рабочую камеру 2 дробилки, где, подвергаясь ударам молотков 5, дробятся и просыпаются вниз через отверстия колосниковой решетки 7. Размеры продукта дробления определяются как шириной щелей в колосниковой решетке, так и радиальным зазором между молотками и решеткой, равным 3—5 мм.
Окружная скорость молотков v = 25-Н55 м/с, степень измельчения ( = Ш-г-15. У молотковых однороторных дробилок отношение длины дробилки к ее диаметру составляет 0,5—0,85. Преимущества молотковых дробилок: простота и надежность, малая масса, большие производительность и степень измельчения. К недостаткам следует отнести быстрое изнашивание молотков и решеток, невозможность дробления вязких и влажных материалов.