Tipi di frantoi giratori Frantoi

I frantoi rotatori sono in uso nell’industria dal 1880 e sono ancora oggi ampiamente impiegati negli impianti di lavorazione dei minerali di grandi e medie dimensioni e nelle grandi cave per la frantumazione grossolana di minerali e rocce di varia durezza.

Il principio di funzionamento di questo tipo di frantoio è illustrato nella Figura 3-1. La camera di frantumazione è lo spazio compreso tra il cono mobile (1) e il cono fisso (2). Il motore aziona la rotazione della boccola eccentrica (5) tramite una puleggia per cinghia trapezoidale (3) e una coppia di ingranaggi conici (4). La boccola eccentrica (5) fa quindi sì che il cono mobile (1) compia un movimento rotatorio attorno all’asse centrale del frantoio. Il cono mobile (1) si avvicina e si allontana alternativamente dal cono fisso (2), in modo che il minerale immesso nella camera di frantumazione venga continuamente frantumato dalle forze di compressione e di flessione. Il minerale frantumato viene scaricato dal fondo della camera di frantumazione per effetto della gravità.

Rispetto ai frantoi a mascelle, i frantoi giratori frantumano il minerale in modo continuo, pertanto la loro efficienza produttiva è superiore a quella dei frantoi a mascelle.

Come si installa un frantoio girevole?

Come effettuare una prova di funzionamento del frantoio giratorio?

Come si utilizza il frantoio giratorio?

Come effettuare la manutenzione del frantoio girevole?

Figura 3-1 Schema di un giratorio frantumatore
1 – Cono mobile 2 – Cono fisso 3 – Puleggia per cinghia trapezoidale 4 – Coppia di ingranaggi conici 5 – Boccola eccentrica

Rispetto ai frantoi a mascelle, i frantoi giratori frantumano il minerale in modo continuo, pertanto la loro efficienza produttiva è superiore a quella dei frantoi a mascelle.

I frantoi giratori si dividono sostanzialmente in tre tipologie: a albero fisso, a scarico inclinato e a scarico centrale. Poiché le prime due tipologie presentano numerosi svantaggi, la Cina produce esclusivamente frantoi giratori a scarico centrale. Lo svantaggio di questo tipo di frantoio giratorio è la mancanza di un dispositivo di sicurezza affidabile, e il dispositivo di regolazione dell’apertura di scarico non solo è scomodo da azionare, ma presenta anche un campo di regolazione molto ridotto. Pertanto, vengono prodotti anche frantoi giratori idraulici. L’uso della regolazione idraulica e dei sistemi di sicurezza idraulici facilita la regolazione della larghezza dell’apertura di scarico e rende il dispositivo di sicurezza della macchina affidabile e sicuro.

Attualmente, le prestazioni tecniche e i parametri dei frantumatori giratori di produzione nazionale sono riportati nelle tabelle 3-1 e 3-2. Di seguito è riportato un esempio di interpretazione delle specifiche di un modello:

Tabella 3-1 Prestazioni tecniche e parametri del mulino giratorio idraulico frantoi

Tabella 3-2 Prestazioni tecniche e parametri dei frantoi giratori dei tipi PXZ e PXQ frantoi

① La capacità produttiva viene calcolata sulla base di una densità apparente del minerale pari a 1,6 t/m³;
② Trasmissione a doppio motore.

Costruzione di un frantoio giratorio a scarico centrale

La struttura di un frantoio giratorio a scarico centrale è illustrata nella Figura 3-2.

Come si può vedere dalla Figura 3-2, il telaio inferiore (4) del frantoio è installato su una fondazione in cemento armato. Una piastra in acciaio (39) è posizionata sopra il foro di scarico centrale della fondazione per impedire che il minerale che cade dal frantoio danneggi la fondazione. Il telaio inferiore (4), i telai centrali (6, 10) e la trave trasversale (11) sono collegati tramite perni serrati con cunei.

Sulla parete laterale del telaio inferiore è previsto un foro di ispezione per controllare il funzionamento della macchina. Durante il normale funzionamento, il foro di ispezione è coperto da un coperchio (29). Le piastre di protezione (28 e 35) sono posizionate sopra le quattro nervature (30) che collegano la parete laterale del telaio al manicotto centrale (31) e sopra il manicotto dell’albero di trasmissione (34) per impedire che il minerale in caduta danneggi le nervature e il manicotto.

Una boccola in acciaio (32) è inserita a pressione nel foro dell’ manicotto centrale (31). La boccola eccentrica (5), rivestita con metallo Babbitt sulla superficie interna e su tre quarti della superficie esterna, ruota all’interno della boccola in acciaio (32). Per garantire un forte legame con la lega di Babbitt, le superfici interne ed esterne della boccola eccentrica (5) sono dotate di fessure a coda di rondine fitte e di numerosi piccoli fori, in modo che la lega di Babbitt su entrambe le superfici venga colata in modo più saldo. Tra il manicotto centrale (31) e il grande ingranaggio conico (26) sono posizionati tre dischi di spinta per sostenere il peso del grande ingranaggio conico e della boccola eccentrica. Il disco inferiore è realizzato in acciaio ed è fissato all’estremità superiore del manicotto centrale mediante perni per impedirne la rotazione; anche il disco superiore è realizzato in acciaio ed è fissato al grande ingranaggio conico mediante viti, ruotando insieme ad esso; il disco centrale in bronzo (27) ruota liberamente tra il disco superiore e quello inferiore a circa metà della velocità di rotazione della boccola eccentrica.

Figura 3-2 Struttura di un giratorio frantumatore
1 – Alloggiamento del cuscinetto di trasmissione 2 – Giunto 3 – Albero di trasmissione 4, 6, 10 – Sezioni del telaio 5 – Boccola eccentrica 7 – Corpo del cono mobile 8, 9 – Piastre di rivestimento 11 – Traversa
12, 28, 35, 40 – Piastre di protezione 13 – Chiave 14, 20 – Dadi 15 – Manicotto di pressione 16 – Manicotto conico 17, 32 – Boccole 18 – Anello di supporto 19 – Piastra di bloccaggio 21 – Albero principale 22, 23, 24 – Collari
25 – Anello deflettore dell'olio 26, 36 – Ingranaggi 27 – Disco 29 – Coperchio del pozzetto 30 – Nervatura 31, 34 – Manicotti 33 – Coperchio inferiore 37 – Copripolvere 38 – Anello di tenuta antipolvere 39 – Piastra in acciaio

Il motore aziona il cono frantumatore tramite la puleggia della cinghia trapezoidale, il giunto elastico (2), l’albero di trasmissione (3), la coppia di ingranaggi conici (36 e 26) e la boccola eccentrica (5). L'estremità inferiore dell'albero principale (21), sospesa alla traversa, è inserita nel foro eccentrico della boccola eccentrica. Quando la boccola eccentrica (5) ruota, l’albero principale e il corpo del cono mobile (7), che è montato a calettamento sulla parte centrale dell’albero principale, compiono un movimento girevole. Qualsiasi punto sulla superficie del cono mobile si muove lungo una superficie conica avente come vertice il punto di sospensione O, frantumando così il minerale. Il minerale frantumato viene scaricato dalla parte inferiore del cono mobile per effetto della forza di gravità.

La superficie esterna del corpo conico mobile è dotata di una piastra di rivestimento (8) in acciaio al manganese. Per garantire un contatto saldo tra la piastra di rivestimento e il corpo conico mobile, tra i due viene colato dello zinco, mentre l’estremità superiore della piastra di rivestimento viene fissata con un dado (20). Sopra il dado è montata una piastra di bloccaggio (19) per impedirne l’allentamento.

All’interno delle sezioni centrali del telaio (6 e 10) sono montati due anelli di piastre di rivestimento (9). L'anello inferiore poggia sulla sporgenza situata all'estremità inferiore del telaio, mentre l'anello superiore viene inserito nella flangia superiore del telaio. Questa disposizione consente di resistere sia alla forza di spinta causata dall'attrito durante la frantumazione sia alla componente verticale della forza di frantumazione. Una volta installate le piastre di rivestimento, viene versato del calcestruzzo per fissarle.

L'albero principale (21) è sospeso alla traversa (11) tramite un dado conico (14), un manicotto di pressione conico (15), un manicotto conico (16) e un anello di supporto (18), con una chiavetta a cuneo (13) che impedisce al dado conico (14) di allentarsi. L’estremità conica del manicotto conico (16) poggia sull’anello di supporto (18), mentre il suo lato poggia sulla boccola (17). Durante il funzionamento, poiché sia l’estremità inferiore che il lato del manicotto conico (16) presentano superfici coniche, il manicotto conico (16) può rotolare sull’anello di supporto (18) e sulla boccola (17), soddisfacendo così i requisiti del movimento rotatorio del cono mobile.

La parte superiore della traversa è ricoperta da piastre di protezione (12 e 40) per evitare danni e usura causati dalla caduta del minerale.

Per impedire che polvere e particelle fini di minerale penetrino nelle parti rotanti della macchina, all’estremità inferiore del cono mobile sono montati tre collari a contatto sferico (22, 23 e 24) che formano una guarnizione antipolvere. Il collare (24) è fissato all’estremità inferiore del cono mobile mediante viti. Il collare (23) si inserisce sul coperchio antipolvere (37), con un anello di tenuta antipolvere (38) costituito da un tubo flessibile in gomma interposto tra i due. Il collare superiore (22) poggia liberamente sul collare (23). In questo modo, la polvere non può penetrare all’interno del frantoio attraverso gli spazi tra i collari.

L'olio lubrificante necessario al frantoio viene erogato da una pompa dell'olio dedicata. L'olio entra nello spazio inferiore della boccola eccentrica attraverso un foro di lubrificazione nel coperchio inferiore (33) del telaio, quindi sale lungo la fessura tra l'albero principale e la boccola eccentrica, nonché lungo la fessura tra la boccola eccentrica e la boccola (32), lubrificando contemporaneamente queste due superfici di attrito. L’olio che sale dalla superficie interna della boccola eccentrica incontra l’anello deflettore dell’olio (25) e trabocca sulla coppia di ingranaggi conici (26, 36), lubrificandoli, per poi fuoriuscire attraverso il tubo di scarico dell’olio. L’olio che risale dalla superficie esterna della boccola eccentrica raggiunge il disco di spinta (27) della boccola eccentrica, lubrifica il disco e viene scaricato anch’esso attraverso il tubo di scarico dell’olio.

I cuscinetti dell’albero motore del frantoio sono dotati di tubi separati per l’ingresso e l’uscita dell’olio. I quattro cuscinetti del dispositivo di sospensione del cono mobile e le pulegge grande e piccola vengono lubrificati periodicamente con grasso tramite una pompa manuale.

La struttura dei frantoi giratori di altre dimensioni è sostanzialmente simile a quella sopra descritta.

Il dispositivo di sicurezza originario per questo tipo di frantoio giratorio era un perno di sicurezza montato sulla puleggia della cinghia di trasmissione. Poiché era difficile scegliere con precisione il materiale e la dimensione critica della sezione trasversale del perno di sicurezza, l’efficacia del dispositivo era scarsa e da allora è stato rimosso. Di conseguenza, questi frantoi ora funzionano senza alcun dispositivo di sicurezza.

La regolazione dell’apertura di scarico del frantoio giratorio avviene tramite il dado conico (14) situato all’estremità superiore dell’albero principale. Questo sistema di regolazione risulta molto scomodo. Pertanto, attualmente sul mercato nazionale vengono generalmente utilizzati frantoi giratori idraulici.

Costruzione di un frantoio giratorio idraulico

Il frantoio giratorio presentato in precedenza presenta i seguenti svantaggi: assenza di dispositivi di sicurezza; difficoltà nella regolazione dell’apertura di scarico; inoltre, quando il frantoio viene ostruito da materiale estraneo, è molto difficile rimuovere il minerale o gli oggetti non frantumabili incastrati nella camera di frantumazione. Al fine di sviluppare un frantoio giratorio idraulico ideale e perfezionato, sono stati realizzati diversi tipi di strutture di supporto per frantoi giratori idraulici. Sulla base di oltre trent’anni di esperienza pratica e di un’analisi approfondita, la struttura di supporto idraulico inferiore è stata individuata come struttura di base per i frantoi giratori idraulici, e nel 1975 è stata avviata la progettazione di una serie basata su tale struttura. La serie di frantoi giratori idraulici è riportata nella Tabella 3-1.

La struttura di base di un frantoio giratorio idraulico è del tutto identica a quella di un frantoio giratorio non idraulico, con la sola aggiunta di un dispositivo idraulico e alcune lievi modifiche locali. Pertanto, in questa sezione vengono descritte solo le differenze.

La figura 3-3 mostra la struttura di un frantoio giratorio idraulico 1400/170. Nella parte inferiore del frantoio è presente un cilindro idraulico (1). Il cilindro idraulico (1) è costituito da un corpo del cilindro (2), un pistone (3), una boccola (4), un disco di attrito inferiore (5), un disco di attrito intermedio (6) e un disco di attrito superiore (7). Il disco di attrito superiore è fissato all’estremità inferiore dell’albero principale, mentre quello inferiore è fissato al pistone (3). Poiché il centro sferico del disco di attrito superiore si trova nel punto O’, al centro dell’albero principale, quando il cono di frantumazione oscilla e ruota, la superficie sferica superiore e la superficie piana inferiore del disco di attrito intermedio scorrono l’una rispetto all’altra a circa metà della corsa di oscillazione e a metà della velocità di rotazione del cono di frantumazione.

Il dispositivo di sospensione superiore è stato notevolmente semplificato, migliorando così in modo significativo le condizioni di sollecitazione della traversa (che non è più soggetta alla componente verticale della forza di frantumazione né all’influenza dell’autorotazione del cono di frantumazione sulla traversa). Per prevenire l’usura dell’albero principale, all’interno del manicotto conico (8) è installata una boccola in rame (9). Sul manicotto conico (8) è previsto un coperchio (10) per impedirne lo spostamento verso l’alto quando il frantoio ritorna rapidamente nella sua posizione normale dopo aver espulso il materiale estraneo.

Figura 3-3 Struttura del frantoio giratorio idraulico 1400/170
1 – Cilindro idraulico 2 – Corpo del cilindro 3 – Pistone (stantuffo) 4 – Boccola 5 – Disco di attrito inferiore 6 – Disco di attrito centrale 7 – Disco di attrito superiore 8 – Manicotto conico 9 – Boccola (boccola in rame)
10 – Coperchio (ghiandola)

Il cilindro idraulico (1) è collegato tramite tubazioni (3) all’accumulatore (6) e alla centralina idraulica (7), come illustrato nelle Figure 3-4. Per impedire che singoli pezzi di minerale presenti nello scarico urtino contro il cilindro idraulico, attorno a quest’ultimo è installata una copertura protettiva (2). Per facilitare lo smontaggio e il montaggio del cilindro idraulico, nel corridoio di fondazione sono previste guide di scorrimento (4) e un carrello (5).

Il sistema idraulico è costituito da una pompa a palette monostadio (1), una valvola di ritegno (2), una valvola di sicurezza (3), una valvola di intercettazione (4), una valvola a farfalla unidirezionale (7) e un accumulatore (8), come illustrato nella Figura 3-5. L’accumulatore funge da dispositivo di sicurezza, con una pressione interna del gas di carica generalmente pari a 1,1 MPa. La valvola a farfalla unidirezionale consente un’azione rapida quando passano frammenti metallici estranei e un’azione lenta durante il ripristino, riducendo così l’impatto intenso sul frantoio durante il ripristino.

Prima di avviare il frantoio, è necessario riempire di olio il cilindro idraulico (11). La sequenza di riempimento è la seguente: aprire innanzitutto la valvola di intercettazione (4a) e chiudere la valvola di intercettazione (4b), quindi avviare la pompa (1). Quando la pressione dell’olio raggiunge 0,8 MPa, il cono di frantumazione inizia a sollevarsi. Una volta che il cono di frantumazione ha raggiunto la posizione di lavoro, è possibile chiudere la valvola di intercettazione (4a) e arrestare contemporaneamente la pompa (1). La pressione dell’impianto idraulico viene mantenuta a 0,8 MPa e il frantoio può quindi iniziare a funzionare. Una volta che il frantoio ha iniziato a funzionare, grazie all’azione di frantumazione esercitata sul minerale, l’impianto idraulico mantiene naturalmente una pressione dell’olio che bilancia la forza di frantumazione, generalmente compresa tra 0,8 e 1,1 MPa.

Figura 3-4 Vista laterale in profilo del modello 1400/170
1 – Cilindro idraulico 2 – Copertura di protezione 3 – Tubazione 4 – Guida di scorrimento
5 – Carrello 6 – Accumulatore 7 – Centralina idraulica (stazione idraulica)

Quando un oggetto non frantumabile cade nella camera di frantumazione, la forza di frantumazione aumenta bruscamente e anche la pressione dell’olio del sistema sale rapidamente. Ciò interrompe il rapporto in cui la pressione dell’accumulatore è superiore alla pressione dell’olio dell’impianto, costringendo l’olio a passare dal cilindro idraulico all’accumulatore (a questo punto, sia la pressione dell’olio nel cilindro che la pressione del gas nell’accumulatore oscillano tra 1,1 e 1,5 MPa, formando un equilibrio temporaneo). Mentre l’olio viene spinto dal cilindro idraulico nell’accumulatore, il cono di frantumazione non scende; al contrario, l’apertura di scarico si allarga, consentendo lo scarico dell’oggetto non frantumabile. Dopo che l’oggetto non frantumabile è stato espulso, la forza di frantumazione diminuisce bruscamente, rompendo nuovamente l’equilibrio temporaneo. Grazie all’azione della valvola a farfalla unidirezionale, il sistema ritorna gradualmente e in modo relativamente lento al suo equilibrio originale, e anche il cono di frantumazione si ripristina lentamente e automaticamente.

Quando l'oggetto non frantumabile è troppo grande per passare attraverso l'apertura di scarico (sebbene i frantoi idraulici possano scaricare oggetti non frantumabili, esiste comunque un limite), è possibile aumentare la pressione dell'olio a 1,6 MPa. A questo punto, il manometro elettrico a contatto attiva lo spegnimento automatico del motore principale.

Una volta arrestato il frantoio, la camera di frantumazione risulta ostruita non solo dall’oggetto non frantumabile, ma anche da una grande quantità di minerale. Per gestire questa situazione, è possibile rilasciare l'olio per scaricare (ovvero, aprire le valvole di intercettazione 4a e 4b per abbassare il cono di frantumazione), seguito da una ripressurizzazione per sollevare il cono. Sollevando e abbassando ripetutamente il cono di frantumazione (come quando si pestano gli spicchi d’aglio), è possibile espellere il minerale e l’oggetto non frantumabile incastrati nella camera di frantumazione.

Quando è necessario aumentare o ridurre l'apertura di scarico durante il funzionamento, si seguono le seguenti procedure:

(1) Aumento dell'apertura di scarico: Aprire le valvole di intercettazione 4a e 4b per scaricare l'olio dal cilindro idraulico nel serbatoio, consentendo al cono di frantumazione di scendere. Una volta raggiunta la posizione desiderata, chiudere le valvole di intercettazione 4a e 4b.

(2) Riduzione dell'apertura di scarico: Aprire la valvola di intercettazione 4a, avviare la pompa 1 e riempire il cilindro idraulico di olio, in modo da far sollevare il cono di frantumazione. Una volta raggiunta la posizione desiderata, chiudere la valvola di intercettazione 4a e arrestare contemporaneamente la pompa.

I valori di variazione della pressione dell'olio nelle diverse condizioni di funzionamento dipendono dalle proprietà del materiale da frantumare. I valori sopra indicati sono calcolati per una specifica dimensione del frantoio in base alla potenza nominale del motore. Gli utenti finali possono modificarli in base alle proprie condizioni specifiche.

Il carrello è un dispositivo utilizzato per lo smontaggio e il montaggio del cilindro idraulico durante gli interventi di manutenzione (Figura 3-6). Al di sotto delle guide di scorrimento (4) sono presenti sette coppie di rulli di supporto (1) e una coppia di rulli di pressione (2). I rulli di pressione (2) sostengono sia le guide di scorrimento che il carrello e, inoltre, esercitano una pressione verso il basso sulle guide di scorrimento, mantenendole in equilibrio durante lo spostamento verso sinistra. La procedura per la rimozione del cilindro idraulico è la seguente:

Figura 3-6 Dispositivo a carrello
1 – Rullo di supporto 2 – Rullo di pressione (o rullo di serraggio) 3 – Deflettore 4 – Guida di scorrimento
5 – Carrello (o carrettino) 6 – Staffa 7 – Perno (o perno di centraggio)

(1) Come illustrato nella Figura 3-6, spostare innanzitutto il carrello (5) dalla posizione a per posizionare b, quindi fissare il carrello con la piastra di deflessione (3). Lo scopo di questa operazione è garantire che, quando la guida di scorrimento si sposta verso sinistra, il rullo destro del carrello entri nel lato sinistro del secondo rullo di supporto sul lato destro della guida di scorrimento prima che la guida di scorrimento si disinnesti dal primo rullo di supporto sulla destra, assicurando così un movimento fluido.

(2) Spostare la guida del carrello dalla posizione c per posizionare e, quindi fissare la guida di scorrimento alla staffa (6) utilizzando il perno (7). A questo punto, il carrello si porta in posizione d.

(3) Rimuovere la piastra deflettrice (3), spostare il carrello in posizione f, quindi fissarlo nuovamente con la piastra deflettrice.

(4) Utilizzare una gru per sollevare l'occhiello del cilindro e posizionare il cilindro idraulico sul carrello.

(5) Riportare il carrello in posizione d e fissarlo, riportare la guida del carrello in posizione c, quindi riportare il carrello in posizione a. Ora è possibile estrarre il cilindro idraulico per ripararlo.

La procedura per il ritorno del cilindro idraulico è la stessa descritta sopra. Lo spostamento della guida di scorrimento o del carrello può essere effettuato manualmente oppure, installando un argano su entrambi i lati, azionato da una gru.

La durezza dei minerali varia notevolmente. In passato, per i minerali duri (con durezza superiore a 18) e per quelli morbidi (con durezza inferiore a 8) veniva utilizzato lo stesso tipo di frantoio giratorio. Ciò comportava uno spreco significativo nel caso di questi ultimi. Per questo motivo, la serie di frantoi giratori idraulici comprende ora modelli per impieghi leggeri: 700/100, 900/130 e 1200/150. Come si può vedere dalla Tabella 3-2, a parità di dimensione 1200, il modello per impieghi leggeri è più leggero di 80 t rispetto al modello standard. La struttura di base e il principio di funzionamento dei frantoi giratori idraulici per impieghi leggeri e standard sono del tutto identici (vedi Figura 3-7).

Figura 3-7 Struttura del frantoio giratorio idraulico per carichi leggeri modello 1200
1 – Unità motrice 2 – Telaio 3 – Manicotto eccentrico 4 – Cono mobile 5 – Corpo centrale del telaio 6 – Traversa