Tipi di mascella Frantoi

I frantoi a mascelle vengono impiegati nella produzione industriale sin dal 1858. Grazie ai loro vantaggi, quali la struttura semplice, il funzionamento affidabile, la facilità di produzione e manutenzione, nonché i bassi costi di gestione e delle attrezzature, sono ancora oggi ampiamente utilizzati in settori quali la lavorazione dei minerali, i materiali da costruzione, i silicati e i prodotti chimici. Sono impiegati per la frantumazione grossolana e media di minerali o rocce dure e semidure, mentre i frantoi a mascelle di piccole dimensioni vengono utilizzati anche per la frantumazione fine.

Come si installa il frantoio a mascelle?

Fase di prova del frantoio a mascelle

Come si utilizza il frantoio a mascelle?

Guasti e metodi di risoluzione dei problemi del frantoio a mascelle

Come si effettua la manutenzione del frantoio a mascelle?

La mascella fissa (1 nella Figura 2-1) e la mascella mobile (2) di un frantoio a mascelle formano la camera di frantumazione. Il minerale immesso nella camera di frantumazione viene frantumato, spezzato e piegato dal movimento oscillatorio alternato della mascella mobile, azionata dall’albero eccentrico rotante (4). Quando la mascella mobile si allontana da quella fissa, il minerale nella parte inferiore della camera di frantumazione, già ridotto a dimensioni inferiori a quelle dell’apertura di scarico, viene scaricato per gravità attraverso l’apertura stessa. Il minerale nella parte superiore della camera di frantumazione, che non è ancora stato frantumato fino a dimensioni inferiori a quelle dell’apertura di scarico, scende solo di una certa distanza man mano che il materiale viene scaricato. Successivamente, quando la mascella mobile oscilla di nuovo verso la mascella fissa, il minerale che è sceso nella camera di frantumazione viene nuovamente sottoposto a un’ulteriore frantumazione. Questo processo continua fino a quando tutto il minerale immesso nella camera di frantumazione viene scaricato attraverso l’apertura di scarico.

Figura 2-1 Tipi di frantoi a mascelle
a – oscillazione complessa; b – oscillazione semplice; c – oscillazione combinata
1 – mascella fissa; 2 – mascella mobile; 3 – biella; 4 – albero eccentrico; 5 – piastra a ginocchiera

A seconda delle caratteristiche di oscillazione della mascella mobile, i frantoi a mascelle possono essere classificati in tre tipologie: quelli con un movimento oscillatorio semplice della mascella mobile (Figura 2-1b), quelli con un movimento oscillatorio complesso (Figura 2-1a) e quelli con un movimento oscillatorio combinato (Figura 2-1c). Attualmente, i primi due tipi sono quelli più diffusi.

In un frantumatore a mascelle a oscillazione semplice, ogni punto della mascella mobile si muove lungo un arco. L’arco è più stretto nella parte superiore e più ampio in quella inferiore, il che comporta un’efficienza di frantumazione relativamente bassa. Tuttavia, poiché questo tipo di frantoio utilizza un meccanismo a manovella a doppio braccio, sebbene la mascella mobile sia sottoposta a forze di frantumazione elevate, l’albero eccentrico e la biella sono soggetti a forze minori. Pertanto, può essere utilizzato nella produzione di frantoi di grandi e medie dimensioni per la frantumazione di minerali duri, con un rapporto di frantumazione pari a i = 3–6.

In un frantumatore a mascelle oscillanti complesso, la ganascia mobile stessa funge da biella del meccanismo a manovella-biella. Di conseguenza, ogni punto della ganascia mobile descrive un percorso ellittico, e le ellissi diventano più ampie dall’alto verso il basso. Poiché l’albero eccentrico ruota in senso antiorario, la direzione del movimento di ciascun punto sulla ganascia mobile favorisce lo scarico del minerale. Inoltre, la corsa orizzontale della mascella mobile aumenta dal basso verso l’alto, garantendo una maggiore efficienza di frantumazione. Di conseguenza, la sua produttività è superiore di 20%–30% rispetto a quella di un semplice frantoio a mascelle oscillanti con le stesse specifiche. Tuttavia, durante il processo di frantumazione, l’azione di macinazione e raschiatura tra le piastre delle ganasce e il minerale provoca un’usura più rapida sia delle piastre della ganascia mobile che di quelle fisse, genera più polvere e consuma più energia. Inoltre, poiché la ganascia mobile è montata direttamente sull’albero eccentrico, quest’ultimo è sottoposto a forze elevate. Pertanto, il frantoio a mascelle oscillanti complesso è adatto a macchine di medie e piccole dimensioni per la frantumazione di minerali di media durezza, e il suo rapporto di frantumazione può raggiungere fino a 10. Negli ultimi anni, con i progressi nell’ingegneria meccanica, anche i frantoi a mascelle a pendolo composto si sono evoluti verso dimensioni maggiori.

I frantoi a mascelle prodotti in Cina comprendono ben 15 serie e oltre 300 modelli. In base alla larghezza dell’apertura di alimentazione, possono essere classificati come segue: tipo grande – superiore a 600 mm; tipo medio – 300–600 mm; tipo piccolo – inferiore a 300 mm. I parametri tecnici delle principali serie di frantoi a mascelle di produzione nazionale sono elencati nella Tabella 2-1. Di seguito è riportato un esempio di interpretazione delle specifiche di un modello:

Tabella 2-1 Prestazioni tecniche e parametri dei frantoi a mascelle

Costruzione di un frantoio a mascelle oscillanti di semplice struttura

La figura 2-2 mostra la struttura di un frantoio a mascelle oscillanti semplice da 900 mm × 1200 mm. Come si può vedere dalla figura, la parete anteriore del telaio del frantoio (1) funge da mascella fissa. Per prevenire l’usura, su di essa è fissata una piastra di mascella (2). L'albero (4) è supportato alle due estremità da cuscinetti, e la ganascia mobile (5) insieme alla relativa piastra (6) è sospesa su questo albero.

Figura 2-2 – Frantoio a mascelle oscillanti semplice da 900 mm × 1200 mm
1 – telaio; 2,6 – piastre delle ganasce; 3 – piastra di pressione; 4 – albero; 5 – ganascia mobile; 7 – cuneo; 8 – albero eccentrico; 9 – testa della biella; 10 – puleggia; 11 – piastra a gomito; 12 – piastra a ginocchiera anteriore; 13 – piastra a ginocchiera posteriore; 14 – sede di supporto posteriore; 15 – tirante; 16 – molla; 17 – pacco di spessori; 18 – piastra di rivestimento piana; 19 – piastra in acciaio

L'albero eccentrico (8) è supportato da cuscinetti principali, mentre la testa della biella (9) è montata sull'albero eccentrico. La testa della biella viene prodotta separatamente dal corpo della biella e poi fissata saldamente ad esso tramite viti. L'acqua di raffreddamento in circolazione viene fatta passare all'interno della testa della biella per raffreddare la sua boccola di supporto. Il motore aziona la puleggia (10), fissata sull’albero eccentrico, tramite cinghie trapezoidali, provocando la rotazione dell’albero eccentrico. Le scanalature su entrambi i lati della parte inferiore del corpo della biella ospitano la piastra a gomito (11), e un'estremità di ciascuna delle piastre a ginocchiera anteriore e posteriore (12 e 13) è supportata sulla piastra a gomito.

Il tirante (15) tira l’aletta situata all’estremità inferiore della mascella mobile, mentre la sua altra estremità è sostenuta contro la parete posteriore del telaio da una molla (16). Quando la ganascia mobile oscilla in avanti e poi all’indietro, le forze inerziali generate dalla ganascia mobile e dalle piastre a ginocchiera vengono bilanciate dalla molla attraverso il tirante, mantenendo così la ganascia mobile, le piastre a ginocchiera e la biella a stretto contatto senza urti. Inoltre, il tirante (15) è sostenuto dal basso da un rullo, il che ne impedisce l’usura da parte della piastra di supporto della molla.

Oltre alla puleggia (10) fissata a un'estremità dell'albero eccentrico, all'altra estremità è fissato un volano; la puleggia funge anche da volano. Durante la corsa a vuoto del frantoio, il volano accumula energia, mentre durante la corsa di lavoro la rilascia, riducendo così le irregolarità della velocità di rotazione dell’albero eccentrico e garantendo una potenza in uscita dal motore stabile ed equilibrata.

Una serie di spessori (17) viene posizionata tra la piastra a gomito della piastra di articolazione posteriore e la sede di supporto posteriore (14) per regolare le dimensioni dell’apertura di scarico. Aumentando lo spessore del pacco di spessori (17) si sposta in avanti la ganascia mobile di una certa distanza, riducendo l'apertura di scarico. Al contrario, diminuendo lo spessore del pacco di spessori si aumenta di conseguenza l'apertura di scarico.

La piastra di articolazione posteriore (13) funge anche da elemento di sicurezza. Quando materiale non frantumabile, mescolato al minerale, entra nella camera di frantumazione, le forze esercitate sui vari componenti possono superare la resistenza ammissibile del materiale. Per evitare danni agli altri componenti, il frantoio è generalmente progettato in modo tale che la piastra di articolazione posteriore, di forma relativamente semplice e di dimensioni più ridotte, abbia una resistenza inferiore, consentendole di fungere da dispositivo di sicurezza.

Le piastre della mascella mobile e di quella fissa presentano una superficie ondulata. La cresta di una piastra è rivolta verso la depressione dell’altra, il che sottopone il minerale a forze di flessione, migliorando così l’efficienza di frantumazione.

Le piastre di rivestimento piane in acciaio al manganese (18) sono montate sulle pareti laterali della camera di frantumazione e fissate a queste ultime tramite viti o cunei. Per impedire che le piastre di rivestimento si spostino verso l’alto e verso il basso a causa dell’attrito tra il minerale e le piastre stesse (il che potrebbe causare il taglio delle viti), la piastra della ganascia fissa non solo è fissata con viti, ma è anche sostenuta all’estremità inferiore dalla piastra in acciaio (19) e premuta all’estremità superiore dalla piastra di pressione (3). La piastra in acciaio (19) è saldata al telaio. L’estremità inferiore della piastra della ganascia mobile poggia su una sporgenza nella parte inferiore della ganascia mobile, mentre la sua estremità superiore è premuta verso il basso dal cuneo (7).

Il frantoio utilizza due tipi di cuscinetti: cuscinetti a strisciamento rivestiti in lega di Babbitt e cuscinetti con boccole in lega di rame. I cuscinetti della mascella mobile e i supporti delle piastre a ginocchiera (12 e 13) sono lubrificati con grasso. I cuscinetti dell’albero eccentrico e della testa della biella sono lubrificati mediante circolazione forzata di olio fluido.

Costruzione di una ganascia oscillante semplice con avvio segmentato Frantumatore

La Figura 2-3 mostra un frantoio a mascelle con avvio segmentato da 1200 mm × 1500 mm. La sua struttura è sostanzialmente identica a quella del frantoio a mascelle a oscillazione semplice da 900 mm × 1200 mm illustrato nella Figura 2-2. Le principali differenze sono le seguenti:

(1) La piastra a ginocchiera del frantoio a mascelle con avvio segmentato da 1200 mm × 1500 mm è un gruppo costituito da una testa a ginocchiera e da una piastra piana collegate tramite viti. Quando è necessario sostituire la testa a ginocchiera, la piastra piana può essere mantenuta; quando invece la piastra piana è danneggiata e deve essere sostituita, è possibile mantenere la testa a ginocchiera.

(2) Questa macchina può essere avviata in tre fasi.

• Prima fase: Il motore principale aziona la puleggia della cinghia, facendola ruotare.
• Seconda fase: La puleggia aziona l'albero eccentrico, la biella, la ganascia mobile ecc. tramite la frizione idraulica a frizione 1 (vedi Figura 2-3).
• Terza fase: L'albero eccentrico aziona il volano, facendolo ruotare tramite la frizione idraulica 2.

Le frizioni idrauliche sono montate su entrambe le estremità dell'albero eccentrico (Figura 2-4). Quando il frantoio è sovraccarico, un relè di sovracorrente attiva un relè a ritardo, che avvia il motore della pompa idraulica per disinnestare le frizioni e, contemporaneamente, disinserisce il motore principale, garantendo così la protezione da sovraccarico.

La puleggia e il volano del frantoio sono collegati all’albero eccentrico tramite frizioni a frizione. Le frizioni a frizione sono controllate da un sistema idraulico. Durante l’avvio, viene avviato per primo il motore della pompa idraulica, consentendo all’olio pressurizzato di fluire attraverso il passaggio centrale del pistone nel lato destro (lato puleggia) o nel lato sinistro (lato volano) del pistone. Questo spinge il pistone, comprimendo le molle dei dischi della frizione a frizione e separando i dischi stessi, disinnestando così il collegamento tra l’albero eccentrico e la puleggia o il volano. A questo punto, è possibile avviare il motore elettrico per far ruotare la puleggia. Successivamente, tramite una valvola direzionale a solenoide, viene innestata la frizione a frizione tra la puleggia e l’albero eccentrico, facendo sì che l’albero eccentrico e la biella inizino a muoversi. Successivamente, viene innestata la frizione a frizione tra l’albero eccentrico e il volano, provocando la rotazione del volano. Il frantoio si avvia e funziona secondo la sequenza in tre fasi sopra descritta.

2.3 Realizzazione della ganascia oscillante semplice con avvio segmentato Frantumatore

Figura 2-3 Struttura della ganascia con avvio segmentato da 1200 mm × 1500 mm frantumatore
1, 2 – Frizioni idrauliche ad attrito

Figura 2-4 Frizione a frizione idraulica
1 – tappo dell'olio; 2 – collettore dell'olio; 3 – boccola; 4 – camicia del cuscinetto; 5 – telaio di serraggio; 6 – tubo dell'olio; 7 – coperchio; 8 – molla di serraggio; 9 – piastra di attrito; 10 – pistone; 11 – cilindro idraulico; 12 – puleggia; 13 – telaio; 14 – cappello del cuscinetto; 15 – albero eccentrico; 16 – testa della biella; 17 – biella

(lato volano) – spinge il pistone a comprimere le molle dei dischi della frizione a frizione, separando i dischi e disinnestando il collegamento tra l’albero eccentrico e la puleggia o il volano. A questo punto, è possibile avviare il motore elettrico per far ruotare la puleggia. Successivamente, tramite una valvola direzionale a solenoide, viene innestata innanzitutto la frizione a frizione tra la puleggia e l’albero eccentrico, provocando l’avvio del movimento dell’albero eccentrico e della biella. Successivamente, viene innestata la frizione a frizione tra l’albero eccentrico e il volano, provocando la rotazione del volano. Il frantoio si avvia e funziona secondo la sequenza in tre fasi sopra descritta.

I frantoi a mascelle con altre specifiche utilizzano un avviamento monostadio, ovvero non appena viene avviato il motore principale, l’intero sistema di trasmissione entra in movimento. Poiché le masse oscillanti dei frantoi a mascelle di grandi dimensioni (come la biella e la mascella mobile) presentano un'elevata inerzia, il consumo energetico del motore in fase di avviamento è relativamente elevato, spesso pari a tre volte la normale potenza di frantumazione. Ciò richiede una potenza installata del motore elevata, ma dopo l'avviamento il motore funziona in condizioni di sottocarico, con conseguente basso fattore di potenza sulla rete elettrica. Per i frantoi a mascelle di grandi dimensioni, l’installazione di due serie di frizioni idrauliche ad attrito per l’avviamento in tre fasi facilita l’avviamento e riduce la potenza nominale del motore richiesta. Ciò è tecnicamente ragionevole ed economicamente vantaggioso.

Costruzione di una ganascia oscillante complessa Frantumatore

La figura 2-5 mostra la struttura di un frantoio a mascelle oscillanti complesso. In questo tipo di frantoio, la mascella mobile (11) funge anche da biella, pertanto il suo meccanismo risulta di conseguenza semplificato.

La mascella mobile (11) del frantoio è sospesa direttamente sull’albero eccentrico (10) tramite cuscinetti a rulli, mentre l’albero eccentrico stesso è supportato da cuscinetti a rulli montati nel telaio (12). Quando il motore aziona la puleggia (13) fissata all’albero eccentrico tramite cinghie trapezoidali, l’albero eccentrico induce la mascella mobile a compiere un complesso movimento oscillatorio. Una piastra a ginocchiera (4) è inserita in una scanalatura all’estremità inferiore della ganascia mobile, ed entrambe le estremità della piastra di spinta (5) sono supportate su piastre a ginocchiera. La piastra a ginocchiera posteriore è installata nel blocco a cuneo anteriore (6), che poggia in scanalature di scorrimento su entrambe le pareti laterali del telaio ed è a stretto contatto con il blocco a cuneo posteriore (7). Quando è necessario regolare l’apertura di scarico, ruotando in senso orario il dado che fissa il blocco a cuneo posteriore (7) si solleva quest’ultimo, spingendo in avanti il blocco a cuneo anteriore lungo le scanalature di scorrimento, riducendo così l’apertura di scarico. Ruotando il dado nella direzione opposta si aumenta l’apertura di scarico.

Le altre parti di questo frantoio sono simili a quelle del semplice frantoio a mascella oscillante. Le sue caratteristiche costruttive sono le seguenti: sia il cuscinetto della mascella mobile che quello dell’albero eccentrico sono cuscinetti a rulli, che garantiscono un’elevata efficienza di trasmissione e una lubrificazione semplice; la testa della piastra di spinta e la piastra a ginocchiera sono a contatto rotolante, il che riduce l’usura.

Figura 2-5: frantoio a mascelle con oscillazione complessa da 250 mm × 400 mm
1 – Piastra di rivestimento della ganascia fissa 2 – Piastra di protezione laterale 3 – Piastra di rivestimento della ganascia mobile 4 – Piastra a ginocchiera (piastra a gomito) 5 – Piastra di spinta 6 – Blocco a cuneo anteriore 7 – Blocco a cuneo posteriore 8 – Tirante 9 – Volano
10 – Albero eccentrico 11 – Ganascia mobile 12 – Telaio 13 – Puleggia per cinghia trapezoidale

Costruzione di una ganascia oscillante complessa Frantumatore

La figura 2-5 mostra la struttura di un frantoio a mascelle oscillanti complesso. In questo tipo di frantoio, la mascella mobile (11) funge anche da biella, pertanto il suo meccanismo risulta di conseguenza semplificato.

La mascella mobile (11) del frantoio è sospesa direttamente sull’albero eccentrico (10) tramite cuscinetti a rulli, mentre l’albero eccentrico stesso è supportato da cuscinetti a rulli montati nel telaio (12). Quando il motore aziona la puleggia (13) fissata all’albero eccentrico tramite cinghie trapezoidali, l’albero eccentrico induce la mascella mobile a compiere un complesso movimento oscillatorio. Una piastra a ginocchiera (4) è inserita in una scanalatura all’estremità inferiore della ganascia mobile, ed entrambe le estremità della piastra di spinta (5) sono supportate su piastre a ginocchiera. La piastra a ginocchiera posteriore è installata nel blocco a cuneo anteriore (6), che poggia in scanalature di scorrimento su entrambe le pareti laterali del telaio ed è a stretto contatto con il blocco a cuneo posteriore (7). Quando è necessario regolare l’apertura di scarico, ruotando in senso orario il dado che fissa il blocco a cuneo posteriore (7) si solleva quest’ultimo, spingendo in avanti il blocco a cuneo anteriore lungo le scanalature di scorrimento, riducendo così l’apertura di scarico. Ruotando il dado nella direzione opposta si aumenta l’apertura di scarico.

Le altre parti di questo frantoio sono simili a quelle del semplice frantoio a mascella oscillante. Le sue caratteristiche costruttive sono le seguenti: sia il cuscinetto della mascella mobile che quello dell’albero eccentrico sono cuscinetti a rulli, che garantiscono un’elevata efficienza di trasmissione e una lubrificazione semplice; la testa della piastra di spinta e la piastra a ginocchiera sono a contatto rotolante, il che riduce l’usura.