CONCASOARE CONICE

1. Caracterizare generala

Concasoarele conice sunt folosite pentru concasarea grosiera, mijlocie si marunta a materialelor de duritate mare si medie. Ele sunt intalnite cu preponderenta in industria materialelor de constructii. Denumirea se datoreaza formei conice a organelor active, conul exterior fix 2 si conul interior mobil 1 (fig. 1). Conul interior, mobil, poate avea o miscare circulara excentrica sau o miscare de translatie in plan orizontal astfel incat materialul care se afla in spatiul dintre cele doua conuri este maruntit continuu.

Procesul de maruntire se desfasoara analog celui din concasorul cu falci: datorita micsorarii continue a fantei dintre cele doua conuri, de la cota maxima, , ce corespunde zonei de alimentare 4, la cota minima, , materialul este comprimat si zdrobit. Descarcarea are loc in zona 3, unde cota radiala a fantei de descarcare este ce corespunde dimensiunii maxime a materialului maruntit. Rezulta ca produsul concasarii are aici un spectru granulometric larg, intre dimensiunile si , adica este caracterizat printr-un coeficient de supradimensiune,

Pentru concasare mijlocie si marunta se utilizeaza concasoare conice cu arbore in consola.

In comparatie cu concasoarele cu falci, concasoarele conice au urmatoarele particularitati:

a) avantaje:

consum de energie mai mic pe tona de material concasat;

debite mai mari;

functionare mai linistita;

lipseste mersul in gol si nu este necesar volantul;

concasarea se face continuu;

alimentarea se poate face din orice directie.

b) dezavantaje:

dimensiunile maxime ale materialului alimentat sunt mai mici decat la concasoarele cu falci;

din spatiul de lucru pot scapa bucati plate, lungi;

in cazul alimentarii cu materiale cu plasticitate ridicata exista pericolul infundarii;

constructie mai complicata;

pretul de cost este mai ridicat si sunt mai greu de intretinut decat concasoarele cu falci.

Clasificarea concasoarelor conice se poate face dupa mai multe criterii:

a)      Dupa pozitia arborelui sau axei geometrice verticale:

concasoare cu arborele suspendat intr-un lagar superior (fig. 2);

concasoare cu arbore rezemat intr-un lagar inferior (fig. 3);

concasoare cu arbore fix in jurul caruia se roteste un arbore tubular cu excentric (fig. 4).

b)      Dupa felul miscarii conului mobil:

concasoare cu miscare rotativa, oscilanta, excentrica fata de conul fix (fig. 2 si fig. 3);

concasoare cu miscare de translatie in plan orizontal (fig. 4 si fig. 5).

c)      Dupa felul actionarii:

cu actionare dintr-o parte (fig. 4);

cu actionare din doua parti (fig. 2).

d)      Dupa tipul sistemului de amortizare utilizat:

fara sistem de amortizare (conul fix se imbina rigid cu batiul, fig. 2 si fig. 4);

cu sistem de amortizare cu arcuri (fig. 3);

cu cilindri hidraulici/pneumatici sau cu sistem hidraulic la capatul inferior al arborelui (fig. 5).

e)      Dupa anumite particularitati tehnologice:

concasoare pentru concasare grosiera, dimensiunea maxima a materialului alimentat (fig. 2 si fig. 4);

concasoare pentru concasare mijlocie, (fig. 3);

concasoare pentru concasare marunta, .

Concasoarele pentru concasare grosiera se caracterizeaza prin:

grad de maruntire ;

spatiul de lucru este format intre tronconul exterior cu baza mare sus si tronconul interior, cu baza mare jos;

unghiul la varf al conurilor este relativ mic.

Concasoarele pentru concasare mijlocie si marunta se caracterizeaza prin:

grad de maruntire ;

spatiul de lucru format intre tronconuri scurte cu inclinare relativ mica, ambele cu baza mare jos;

unghiul dintre generatoarele conurilor, in partea dinspre varf, este relativ mic, iar in partea inferioara generatoarele sunt paralele, ceea ce asigura un produs marunt, constant;

alimentarea se face cu bucati mici de material.

2. Concasoare conice pentru concasare grosiera

2.1. Mecanica concasorului conic

In cazul concasoarelor giratorii pentru maruntirea grosiera principiul de lucru imbraca doua forme posibile:

conul mobil penduleaza in jurul axului fix, , cu unghiul (fig. 6, a);

conul mobil are axa proprie, , montata excentric fata de axa (excentricitate , fig. 6, b).

2.1.1. Unghiul de atac

Dupa cum se observa din figurile de mai sus asupra unei bucati de material actioneaza forta normala si forta de frecare .

La toate concasoarele existente unghiul are valori cuprinse intre 21 si 23^o (0,370,40 rad).

2.1.2. Turatia conului mobil

Pentru determinarea turatiei ce corespunde debitului maxim al concasorului se considera figura 7.    Timpul necesar materialului de maruntit sa parcurga prin cadere libera inaltimea este :

Se presupune ca in acelasi timp, , conul mobil executa o jumatate de rotatie, atunci:

unde: - turatia conului mobil, rpm.

Din egalarea celor doua relatii se obtine:

Pentru inaltimea se obtine din triunghiul relatia:

Astfel relatia (4) devine:

unde: - excentricitatea axului conului mobil;

- cursa flancului conului mobil la nivelul dreptei .

In proiectare se alege o valoare a turatiei egala cu jumatate din valoarea de mai sus, adica:

2.1.3. Debitul concasorului

In calculul debitului se considera volumul de material de forma inelara cu sectiunea trapezoidala (fig. 7) cu valoarea egala cu:

unde: - distanta dintre axele I-I si O-O;

- aria sectiunii trapezoidale .

Geometric se deduc relatiile:

unde: - distanta minima dintre conurile concasorului;

- diametrul maxim al conului fix;

- distanta intre conuri in partea superioara.

Daca se prelucreaza relatiile de mai sus se obtine volumul de material maruntit care cade din concasor la o rotatie completa a conului mobil:

Atunci debitul volumetric orar va fi:

Debitul masic orar va fi:

unde: - coeficient ce tine seama de gradul de afanare a materialului de maruntit;

- densitatea materialului, kg/m³.

2.2. Constructia concasorului

La concasoarele pentru concasare grosiera trebuie sa se asigure atat posibilitatea trecerii fara dificultate a materialului concasat cat si o eficienta mare a procesului de maruntire. Ca urmare, suprafetele conice au panta mare (fig. 8). Gradul de reducere a dimensiunii materialului la aceste concasoare, dat de raportul intre latimea fantei de alimentare, , si latimea fantei de descarcare, , este in cazurile din figurile 8, a si b, respectiv , in cazul din figura 8, c. Valoarea latimii este data de relatia , unde este dimensiunea maxima a materialului de concasat.

Concasoarele conice pentru concasare grosiera utilizeaza doua tipuri de profiluri ale spatiului de lucru:

- profilul liniar, cu unghiul de concasare constant pe inaltime (fig. 8, a), caz in care este posibila infundarea zonei de evacuare cu material concasat, datorita capacitatii de trecere mai mica decat capacitatea de intrare a materialului in zona de alimentare. In acest caz unghiul de atac , .

- profil curb, cu unghiul de concasare variabil pe inaltime (fig. 8, b si c), caz in care se asigura un debit mare, deoarece deplaseaza zona cu capacitate mica de trecere spre alimentare, unde insa debitul capabil este mai mare. In acest fel se evita infundarea zonei de evacuare, se obtine un produs mai uniform, uzura blindajelor in zona inferioara este mai uniforma decat in cazul precedent. In acest caz unghiul de atac variaza intre valorile si . In zona curbilinie inclinarea variaza constant intre limitele si .

In figura 9 este prezentata constructia unui concasor pentru maruntire grosiera cu rezemarea arborelui la partea superioara. Arborele 5, pe care se afla conul mobil 6 protejat cu blindajele 20, este suspendat in reazemul superior 7. Partea inferioara a arborelui este asezata liber in alezajul excentric, inclinat al bucsei 4, care se afla in interiorul lagarului 1 si care determina miscarea rotativa excentrica a arborelui 5 (miscarea giratorie de precesie regulata) in raport cu suprafata interioara a conului fix 9, protejat de blindajele 8. Suprafetele blindajelor pot fi netede, profilate sau mixte. Suprafetele netede au rezistenta la uzura mai mare si sunt recomandate la maruntirea materialelor cu duritate foarte mare. Suprafetele blindate determina un consum energetic mai redus al masinii dar si un produs mai uniform maruntit.

Arborele 5, prin intermediul piulitei spintecate 16, se reazema pe inelul 17 (fig. 9, b), care se sprijina pe bucsa 18. In timpul rotirii arborelui 5, bucsa 18 are o miscare de rostogolire pe suprafata inelului 19, iar suprafata sa laterala aluneca in interiorul suprafetei conice a bucsei 12, asezata in cupa 26 a traversei 2 Prin rotirea piulitei 16, in urma ridicarii cu macaraua a arborelui 5 si a conului mobil, se poate regla mecanic, in limite restranse, fanta de evacuare. In acest scop, in capatul arborelui se afla o gaura filetata pentru introducerea unui inel de ridicare. Capacul 13 protejeaza reazemul impotriva prafului. Prin teava 21 se introduce unsoare consistenta in lagarul superior.

Alezajul conic al bucsei fixe 12 permite arborelui executarea miscarii conice circulare. Piesele 17 si 18 sunt asamblate intre ele prin cep inelar ceea ce elimina uzura acestora pe suprafata de contact.

Conicitatea bucsei 12 trebuie sa fie egala cu unghiul de precesie, . Daca bucsa 12 este cilindrica, atunci conicitatea bucsei 18 trebuie sa fie egala cu unghiul de precesie.

Pentru compensarea jocurilor din excentric si a faptului ca reazemele nu sunt coaxiale, conicitatea se stabileste cu putin mai mare decat unghiul de precesie. Componentele lagarului superior se realizeaza din oteluri speciale, prelucrate astfel incat sa se asigure o inalta calitate a suprafetei.

Contactul intre bucsele 12 si 18 este liniar, de aceea dupa tratamentul termic suprafetele lor trebuie sa aiba duritate mare ( 47 52 si, respectiv, 53 58 HRC).

In alte variante constructive, rezemarea arborelui 5 in lagarul superior se face pe piese cu zone sferice sau prin intermediul unor elemente elastice (arcuri disc sau elicoidale) care permit, la depasirea sarcinii nominale, marimea fantei de evacuare pentru evacuarea obiectelor foarte dure.

Traversa 24, rigidizata cu nervurile 25, asigura sustinerea pe batiu a subansamblului lagar superior. Ea este una dintre piesele cel mai greu solicitate deoarece preia greutatea conului mobil, reactiunile orizontale si verticale din lagar, precum si momentele incovoietoare corespunzatoare. Orientarea traversei in exploatare este longitudinala fata de directia fluxului de material alimentat pentru realizarea unei umpleri uniforme a camerei de lucru.

Axa 15 a arborelui 5 face cu axa verticala 14 unghiul g. Bucsa 4 impreuna cu roata dintata conica 3 fixata pe ea, rezemate de placutele 10, sunt actionate in miscare de rotatie de catre pinioanele conice 2 si 11, de la doua motoare electrice, prin intermediul curelelor trapezoidale (elemente elastice) si al rotilor de curea 22 si 23.

Lagarul inferior 1 in care se afla bucsa 4 este protejat de un sistem de etansari, impotriva prafului.

Concasorul dispune de un sistem de ungere centralizat pentru ungerea rotilor dintate, a bucsei excentrice si a lagarelor arborilor rotilor dintate 2 si 11. Pentru perioadele cu temperatura coborata se prevede incalzirea electrica a lubrifiantului.

3. Concasoare conice pentru concasare mijlocie

Concasoarele conice utilizate pentru maruntirea mijlocie se diferentiaza fata de cele utilizate pentru maruntirea grosiera prin faptul ca au o zona de lungime , pe conul fix, paralela cu suprafata conului mobil (fig. 10). Distanta dintre cele doua suprafete se alege in functie de marimea granulelor materialului macinat. In timpul miscarii sale, conul mobil face cu orizontala unghiuri care variaza de la la , unde este unghiul de inclinare a conului mobil; - unghiul pe care il face axa mobila cu cea fixa .

Concasoarele conice pentru macinare sunt cunoscute si sub de denumirea de glanulatoare. Macinarea are loc prin actiunea fortelor de strivire si frecare la care sunt supuse bucatile de material atunci cand ajung intre suprafetele conice active ale conurilor fix si mobil. Gradul de maruntire la aceste masini ajunge pana la valoarea i=5.

Concasoarele conice pentru concasare mijlocie si marunta se construiesc cu arborele in consola, conform schemei din figura 11. Materialul de maruntit este introdus pe la partea superioara a masinii de unde ajunge pe talerul de alimentare,     Rolul acestuia este de a realiza o distributie uniforma a alimentarii. Materialul este strivit intre placile de blindaj ale conului mobil, 1 si conului fix, 2. Corpul conului mobil este solidar cu arborele masinii. Arborele este sustinut in reazemul sferic, 3, care preia atat greutatea conului cat si componenta verticala a fortei de apasare. Miscarea arborelui este transmisa pe la partea inferioara a acestuia, prin intermediul unui angrenaj conic, pus in miscare de un motor electric si o transmisie prin curea.

Spatiul dintre cele doua conuri, numit si camera de macinare, se ingusteaza spre baza conului, unde, la iesire, cele doua suprafete conice sunt paralele, fapt ce duce la maruntirea prin frecare. Generatoarele se executa in trei tipuri diferite in ceea ce priveste profilarea organelor active:

normala - pentru concasare mijlocie (fig. 12, a);

cu conicitate mijlocie - pentru concasare marunta (fig. 12, b);

cu con scurt, in forma de ciuperca - pentru concasare foarte marunta (fig. 12, c).

Distanta C dintre cele doua conuri, la intrare in camere de macinare, este mai mare la concasoarele pentru concasare mijlocie si mai mica la concasoare fina. Totodata si lungimea B a zonei de evacuare difera, astfel incat ea este mai mare la concasoarele pentru concasare fina.

Pentru a studia fenomenele care au loc in timpul alunecarii bucatilor de material intre fetele conurilor se considera schema din figura 13 unde este greutatea bucatii de material.

Forta de greutate se descompune intr-o componenta normala si una paralela cu planul de alunecare conform relatiilor:

Forta de frecare se opune tendintei de alunecare a materialului de maruntit si este data de:

Ecuatia miscarii este de forma:

sau

de unde:

Dupa integrarea relatiei se obtine:

Daca la momentul initial , deci

Din relatia de mai sus se obtine distanta :

Deoarece la momentul initial , atunci

Durata unei rotatii complete a conului mobil este:

unde: - turatia, .

In timpul , calculat mai sus, bucata de material trebuie sa parcurga distanta pe care fetele conurilor de sfaramare sunt paralele, deci:

De unde pentru turatie se obtine relatia:

Daca la concasoarele giratorii existente exista relatia , atunci rezulta ca:

Relatia de mai sus permite determinarea turatiei optime la concasoarele giratorii pentru maruntirea semifina si fina.

Pentru a determina debitul concasorului, consideram ca la o turatie completa a conului mobil, volumul de material macinat este egal cu volumul inelar avand ca sectiune transversala dreptunghiul (figura 10). Aplicand teorema centrelor de greutate (Guldin-Pappus) din mecanica se obtine expresia volumul sub forma:

unde: - latimea zonei cu fete paralele;

- lungimea acestei zone;

- diametrul cercului care reprezinta locul geometric al centrului de greutate al dreptunghiului .

Daca se considera ca atunci debitul volumetric va fi:

Debitul masic este:

unde r - densitatea materialului, in kg/m³.

Daca in formula de mai sus se inlocuieste valoarea turatiei rezulta