CONCASOARE CU VALTURI

1 Caracterizare generala

Concasoarele cu valturi sunt masini destinate maruntirii mijlocii si fine. Dimensiunea materialului la alimentare variaza in functie de marimea masinii, intre 30 si 80 mm, iar cele ale materialului prelucrat intre 1 si 10 mm. Datorita dimensiunii reduse a materialului prelucrat aceste utilaje sunt folosite si ca mori, in special in industria moraritului. In principiu, partea activa este alcatuita din doi cilindri, netezi sau striati, care se rotesc in sens contrar, comprima bucatile de material si astfel le maruntesc (fig. 1). Vitezele periferice ale cilindrilor pot fi egale sau diferite. In al doilea caz, cilindri striati, la efectul de compresiune se adauga si efectul de forfecare, favorabil in cazul materialelor moi.

Pentru a preveni avarierea masinii din cauza patrunderii in spatiul de lucru a unor corpuri straine, lagarele unuia dintre cilindri se construiesc astfel incat sa poata aluneca in cadru, invingand rezistenta unor arcuri calculate pentru preluarea apasarilor in regim de lucru normal (fig. 1, a). Practic, datorita variatiei dimensionale si de duritate a materialului alimentat, in timpul functionarii cilindrul mobil oscileaza in jurul pozitiei sale de mijloc. Rezulta astfel forte de inertie pe care masina le transmite fundatiei si care trebuie preluate de aceasta. Concasorul cu ambii cilindri mobili nu mai prezinta acest neajuns deoarece constructia este astfel echilibrata. Masina este insa mult mai complicata si de aceea mai putin utilizata. Prin folosirea unui separator magnetic pe traseul alimentarii, adica inaintea concasorului, acesta poate fi protejat de materiale cu dimensiuni si duritati foarte mari.

Actionarea concasoarelor cu valturi, cu un singur cilindru mobil se poate face in urmatoarele variante:

prin curea, cu angrenaj intermediar si cu angrenaj intre cilindri (fig. 2, a);

prin roata de curea separata, pe fiecare cilindru, adica cu doua motoare electrice fig. 2, b);

prin intermediul arborilor cardanici, de la un reductor (fig. 2, c).

In functionare, datorita oscilatiilor pe directie orizontala a cilindrului mobil, distanta dintre axele cilindrilor variaza. In consecinta, rotile dintate (6 si 7, fig. 2, a) se construiesc cu dinti de inaltime mai mare decat cea normala, care asigura angrenarea pentru orice pozitie a cilindrului mobil. Constructia din figura 2, c, nu necesita dinti cu inaltime mai mare decat cea normala care, prezinta unele neajunsuri, cum ar fi determinarea scaderii randamentului, a uzurii accentuate si care ridica probleme de ungere.

In general concasoarele cu valturi netede sunt utilizate pentru materiale dure, pana la cu dimensiuni maxime de 80 mm. Concasoarele cu valturi striate sunt folosite la concasarea materialelor cu maximum si dimensiuni mai mari de 80 mm deoarece striatiile asigura prinderea lor intre cilindri. Daca cilindrii sunt lungi atunci ei se uzeaza inegal si relativ repede. De aceea trebuie sa existe un anumit raport intre lungimea si diametrul cilindrilor, astfel:

pentru materiale dure ;

pentru materiale moi .

La concasoarele cu valturi gradul de maruntire variaza intre valorile la materiale dure si la materiale moi. Debitul masic variaza intre 3 si 100 tf/h in functie de marimea concasorului.

Pentru ca functionarea concasorului cu valturi sa se fac in bune conditii este necesar ca alimentarea cu material sa se faca uniform pe toata lungimea cilindrilor prin intermediul unor alimentatoare.

Concasoarele cu valturi sunt masini simple, sigure in exploatare si durabile. Nu este necesara deservirea de catre personal cu calificare inalta. Desi consumul lor specific de energie este mai mic decat cel al concasoarelor conice, acestea din urma sunt mai utilizate datorita debitului mai mare si a gradului de maruntire mai ridicat.

2 Mecanica concasorului

2.1. Unghiul de atac, a

Pentru a determina conditia ca bucatile de material sa fie prinse intre cei doi cilindri se considera, schematizat, o bucata de material de forma sferica cu diametrul . Asupra acesteia actioneaza forta de apasare normala, , a cilindrului care are tendinta de a ridica bucata de material spre exteriorul spatiului de lucru si forta de frecare, , care are actiune inversa, adica tinde sa retina materialul intre cilindri (fig. 3).

Greutatea proprie a materialului se considera neglijabila fata de cele doua forte mentionate mai sus. Conditia ca materialul sa nu iasa dintre cilindri este:

Daca se tine seama de legatura dintre cele doua forte atunci:

(2)

Unde: - unghiul de frecare definit de relatia .

2.2. Relatia dintre diametrul valturilor, D, si dimensiunea particulei    la alimentare, d

Forta de sfaramare ce actioneaza asupra bucatii de material rezulta prin insumarea componentelor orizontale ale fortelor normala, , si de frecare, :

Pentru o valoare data, constanta a distantei dintre valturi, valoarea unghiului este functie de raportul dintre diametrul al valturilor si dimensiunea a materialului inainte de maruntire.

In triunghiul dreptunghic se pot scrie urmatoarele relatii geometrice:

sau

Daca se inlocuieste relatia de mai sus in conditia (2) se obtine:

Din aceasta ultima relatie se poate determina diametrul necesar al valturilor functie de valorile , si date, dupa cum urmeaza:

Pentru cazul unui valt de diametru, , cunoscut, daca se cunosc valorile unghiului de frecare, , si a distantei, , dintre valturi, se poate calcula diametrul cel mai mare pe care il pot avea particulele de material la alimentare, astfel:

unde: si .

2.3. Drumul parcurs de particula in zona de maruntire

Particulele, atunci cand ajung in contact cu valturile, sunt atrase in zona de maruntire, datorita fortelor de frecare (fig. 4). Daca dimensiunea particulei este ea vine in contact cu valturile atunci cand .

In continuare particula este supusa actiunii valturilor pana ce trece de linia centrelor, . Drumul parcurs de particula in zona de maruntire este .

Daca se face notatia atunci in triunghiul dreptunghic , (in care ) se poate scrie teorema catetei . Deoarece ; , atunci,

de unde

Din relatia de mai sus rezulta ca drumul parcurs de particula in zona de maruntire depinde de diametrul valtului, dimensiunea medie a particulelor la alimentare si distanta dintre valturi.

Pentru evitarea incalzirii excesive a particulelor, drumul parcurs in zona de maruntire trebuie sa fie cat mai redus, insa procesul de incalzire este in legatura directa si cu viteza medie a particulelor.

2. Debitul concasorului

Pentru calculul debitului concasorului se considera schema din figura

Volumul de material care trece printre valturile concasorului la o rotatie completa a acestora este egal cu volumul unui paralelipiped dreptunghic avand laturile egale cu: lungimea a valturilor, distanta dintre ele si respectiv lungimea cercului, adica (fig. 4). Astfel:

Debitul volumetric al concasorului este:

Unde - turatia valturilor, [rpm].

Debitul masic va fi

Unde:    - coeficientul de afanare;

- densitatea materialului, .

2.7. Fluxul energetic la valturi cu viteze tangentiale diferite

Concasoarele cu valturi sunt mari consumatoare de energie. In cazul actionarii cu un singur motor, transmiterea fluxului de energie este prezentata in figura 13. Fluxul de energie preluat de arborele valtului rapid, , se transmite prin particulele supuse maruntirii valtului lent, , iar de aici, prin arborele acestuia si angrenajul de actionare a valturilor, revine la arborele valtului rapid, dupa care ciclul se repeta. O parte din energie se pierde pentru invingerea frecarilor din lagarele valtului, elementele transmisiei mecanice, etc.

Distributia fluxului de energie primit de la motor este prezentata in figura 14 unde curba (1) arata consumul de energie preluat de la retea, curba (2) arata consumul valtului rapid, iar curba (3) consumului valtului lent.

Din analiza curbelor rezulta ca la un regim inalt de maruntire particulele sunt solicitate atat la forfecare cat si la strivire, iar fluxul de energie transmis prin particulele aflate in zona de maruntire este neinsemnat, acoperind in general pierderile de energie prin frecare din lagarele valtului lent. Forma curbelor demonstreaza ca numai o parte din energia preluata de la retea este consumata, iar valtul rapid consuma mai mult decat aceasta energie. Valtul lent lucreaza in regim de generator de energie, cedand-o valtului rapid.

3 Constructia concasorului cu valturi

Figura 17 prezinta ansamblul unui concasor cu valturi. Partea activa, cilindrul, se executa in constructie sudata. Pe arbore 2 se caleaza corpul 1, din fonta cenusie. Pe corp se monteaza bandajul 3, executat din otel manganos sau fonta dura, turnata in cochilie. Imbinarea bandajului cu corpul este astfel facuta incat sa fie asigurate atat centrarea corecta cat si transmiterea momentului de rasucire de la arbore prin corp. Acest lucru se realizeaza pe suprafete conice. In acest scop, corpul si suprafetele de asezare ale bandajului se prelucreaza corespunzator si se utilizeaza inele cu dubla conicitate 4, care se strang cu tirantii Inelele 4 sunt, in fapt, pene inelare. Este necesar ca fiecare valt sa fie echilibrat static si dinamic.

Lagarele sunt echipate cu rulmenti cu role conice 15, montati perechi. Incarcarea lagarelor este egala cu incarcarea arcurilor, 11.

Alimentarea concasorului se face prin gura de alimentare 21, iar reglarea distantei dintre cilindri se efectueaza cu ajutorul piulitei de reglaj 13.

Cadrul concasorului se executa din laminate de otel, in constructie sudata. Desi concasoarele cu valturi nu au mase in miscare alternativa, este recomandat sa se prevada volanti, care contribuie la uniformizarea procesului de concasare. In cazul in care masina are roti de curea pe arborii cilindrilor, ele pot fi construite astfel incat sa indeplineasca si rolul de volanti.

Miscarea de rotatie este transmisa de la motorul electric, printr-o transmisie prin curele trapezoidale, la arborele 20. De la arbore, prin intermediul angrenajului cilindric format din rotile dintate 16 si 17 miscarea este transmisa cilindrului 1. Cilindrul 6 este pus in miscare de rotatie de angrenajul cu rotile dintate cu dinti inalti 18 si 19.

Lagarele 8 ale cilindrului 1 sunt solidare cu cadrul concasorului si deci fixe in timpul miscarii. Lagarele 10 ale cilindrului 6 sunt montate pe glisierele 9 si permit astfel deplasarea pe orizontala a cilindrului in cazul patrunderii in spatiul de lucru a unui corp cu duritate foarte mare.