Urabianie skał- kruszarki

2

Mechanizmy zniszczenia geomatriałów

Rozwój uszkodzenia przy cyklicznym odkształceniu

Badania wytrzymałości skał

Do najważniejszych metod badania doświadczalnego
skał należą:

• 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 złożonych
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 krążkiem
o średnicy d = 42−54 mm
grubości (wysokości) h równej połowie średnicy d (h/d = 0.5)

dh

P

r

π

σ

2

=

Naprężenie rozciągające
prostopadłe do średnicy w
przybliżeniu 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 Ciężkowski)

Kruszarki – podział

Ze względu na mobilność całej maszyny, można wyróżnić 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. stożkowe
3. walcowe
4. uderzeniowe

•

Ze względu na charakter pracy maszyny można mówić o
kruszarkach obciążonych w sposób cykliczny (szczękowy)

•

obciążone w sposób ciągły (walcowe, stożkowe, 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 stożkowe

Kruszarka stożkowa służy do kruszenia materiałów średnio twardych, które nie
są lepkie i wilgotne. Rozdrobnienie materiału następuje między stożkiem
ruchomym wewnętrznym a stożkiem stałym zewnętrznym. Kruszenie odbywa się
poprzez mimośrodowy ruch stożka wewnętrznego.

Kruszarki stożkowe

Kruszarka stożkowa i wewnętrzny
stożek 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 zużycie

Stopień redukcji =1:3- 1:10

Kruszarki walcowe

Kruszarki walcowe

Kruszarki udarowe

Kruszarki udarowe wykorzystuje się przeważnie 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 również 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 stożkowa

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. Może 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 dużą 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 dużej odporności na
ściskanie, np. rud żelaza, bazaltów, twardych
granitów. Płyty gładkie zużywają się znacznie
wolniej
jednak występują znacznie większe siły w
porównaniu do płyt profilowanych.

,

Płyty kruszące trójkątne

Płyty o profilu

trójkątnym

– są używane w przeważającej

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

– użycie tych płyt daje

korzystne kształty ziaren produktu, posiadają one
wyższe zęby od płyt o profilu trójkątnym, dzięki czemu
ich okres eksploatacji jest dłuższy. Ich główną wadą
jest mała efektywność kruszenia materiałów
wilgotnych i gliniastych z powodu zalepiania się bruzd

,

Płyty kruszące -trapezowe

z zębami ostrymi podwyższonymi

– 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 podwyższonymi

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 różnej
głębokości;

,

Płyty kruszące

z zębami o profilu falistym

o profilu trójkątnym z zębami normalnymi i podwyższonymi

Kruszenie przebiega dwuetapowo: w pierwszym materiał
rozdrabniany jest przez zęby wyższe, w drugim przez zęby
niższe. Taki proces prowadzi do wyeliminowania z produktu
ziaren płaskich wydłużonych

,

Płyty kruszące

o profilu trójkątnym z zębami normalnymi

i podwyższonymi

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.Ciężkowski

Rysunek konstrukcyjny kruszarki

Laboratoryjna kruszarka szczękowa dwurozporowa: 1-korpus, 2-oprawa łożyska napędu, 3-oprawa łożyska 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 sprężyny, 36-sprężyna, 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 sprężynujaca.

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 użyte 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 użyte 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 zależność 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 różnicy 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 sprężystości
b – długość otworu wlotowego
d

n

, d

p

– średnice kul nadawy i produktu (obliczone na podstawie

parametrów geometrycznych maszyny)

Hipotezy energetyczne- porównanie

J.Zawada