Kruszarka udarowa wtórna to maszyna drugiego stopnia, która przejmuje produkt z kruszarki wstępnej i rozdrabnia go dalej, jednocześnie poprawiając kształt ziaren. Constmach produkuje serię CSI w trzech wielkościach o wydajności od 60 do 250 t/h; we wszystkich manganowe listwy bijące osadzone na wirniku wyrzucają skałę na nieruchome płyty odbojowe, dzięki czemu powstaje kubiczne kruszywo do betonu i mieszanek bitumicznych.
Czym jest kruszarka udarowa wtórna
Kruszarka udarowa wtórna pracuje w środkowej części linii kruszenia. Odbiera wstępnie rozdrobniony materiał z kruszarki szczękowej lub kruszarki udarowej wstępnej i rozdrabnia go ponownie do węższego, łatwiejszego do sprzedaży uziarnienia. Zadaniem nie jest jednak wyłącznie zmniejszenie wymiaru. Chodzi o kształt. Dobrze wyregulowana kruszarka udarowa wtórna zamienia ziarna płaskie i wydłużone w ziarna kubiczne, czyli dokładnie w to, co premiuje receptura mieszanki betonowej i specyfikacja mieszanek bitumicznych.
Maszyny CSI marki Constmach konstruowane są specjalnie do tej pozycji w układzie technologicznym. Nie są pomniejszonymi kruszarkami wstępnymi i nie mają połykać urobku wprost ze ściany kamieniołomu. Pracują na kontrolowanej nadawie i koncentrują się na uzyskaniu jednorodnego, dobrze uziarnionego produktu. To właśnie ta specjalizacja pozwala im pracować sprawnie przy wydajnościach, na jakie zostały zaprojektowane. Kruszarkę wstępną ocenia się po tym, ile potrafi przyjąć i jak niezawodnie rozbija największe bryły w kamieniołomie. Maszynę wtórną ocenia się według subtelniejszych kryteriów: udziału produktu gotowego mieszczącego się w specyfikacji, kubiczności tego produktu oraz kosztu części szybkozużywalnych na tonę. To odmienne zagadnienia, a konstrukcja CSI podporządkowana jest temu drugiemu.
Jak działa zasada udaru
Wewnątrz komory z dużą prędkością obraca się ciężki wirnik. Przykręcone do niego manganowe listwy bijące uderzają w napływającą skałę i wyrzucają ją przez komorę na płyty odbojowe. Skała pęka wzdłuż naturalnych płaszczyzn łupliwości. Następnie odbija się, zostaje uderzona ponownie i cykl powtarza się do chwili, gdy odłamki są na tyle małe, że przechodzą przez szczelinę między wirnikiem a dolną płytą odbojową.
Ponieważ skała pęka wzdłuż wewnętrznych nieciągłości, a nie jest zgniatana, powstające ziarna są raczej kubiczne niż wydłużone. Wymiar produktu reguluje się szczeliną między płytami odbojowymi a wirnikiem, prędkością obrotową wirnika oraz natężeniem nadawy. Zacieśnienie szczeliny daje produkt drobniejszy i mocniej rozdrobniony; jej otwarcie przepuszcza materiał grubszy przy wyższej przepustowości.
Warto prześledzić drogę energii. Silnik rozpędza wirnik do prędkości roboczej, a wirnik magazynuje tę energię jako bezwładność obrotową. Każda listwa bijąca przekazuje jej ułamek każdemu napotkanemu kamieniowi, rozpędzając go do prędkości na tyle dużej, że uderzenie o płytę odbojową przekracza wytrzymałość skały na rozciąganie. Skała jest znacznie słabsza przy rozciąganiu niż przy ściskaniu, więc kruszenie udarowe wykorzystuje jej własną słabość, zamiast walczyć z jej wytrzymałością. Dlatego kruszarka udarowa osiąga wysoki stopień rozdrobnienia w jednym przejściu i dlatego nadaje ziarnom kształt, któremu maszyna pracująca na zgniatanie trudno dorównuje na tej samej nadawie. Ceną tej sprawności jest metal: każdy dżul, który rozbija skałę, ściera zarazem listwę, która go przekazała — i to dlatego dobór części szybkozużywalnych oraz dopasowanie materiału decydują o koszcie eksploatacji.
Dlaczego warto wybrać kruszarkę udarową na drugim stopniu
Na drugim stopniu kruszenia stosuje się zwykle dwa rozwiązania: zgniatanie w kruszarce stożkowej albo udar w maszynie takiej jak CSI. Kruszenie udarowe ma wyraźną przewagę tam, gdzie liczy się kształt ziarna i wysoki stopień rozdrobnienia oraz gdzie skała nie jest silnie ścierna.
Kruszarka udarowa zapewnia wyższy stopień rozdrobnienia w jednym przejściu, dzięki czemu do uzyskania produktu końcowego potrzeba często mniejszej liczby maszyn. W wielu materiałach typu wapiennego daje lepszy kształt kubiczny niż kruszarka stożkowa. Komora jest przy tym otwarta i prosta, co ułatwia przeglądy i obsługę. Kompromisem jest zużycie: kruszenie udarowe mocniej obciąża części szybkozużywalne, gdy nadawa jest ścierna, i właśnie dlatego kruszarkę udarową wtórną dobiera się do skał średniotwardych o niskiej ścieralności.
Wybór ten kształtuje również resztę instalacji. Wyższy stopień rozdrobnienia w jednym przejściu potrafi sprowadzić trzystopniowy układ zgniatania do dwóch stopni, co eliminuje jedną kruszarkę, jeden pokład przesiewacza, odcinek przenośnika oraz roboty budowlane, które to wszystko dźwigają. Mniej maszyn oznacza mniej punktów przesypowych, mniej silników do zasilenia i mniej pozycji w harmonogramie utrzymania ruchu. Dla producenta kruszyw wapiennych sprzedającego kruszywo o dobrym kształcie ta prostota często przeważa nad dodatkowym metalem zużywanym w komorze udarowej — zużycie jest bowiem tanie, gdy skała jest miękka, a lepszy kształt przekłada się na wyższą cenę na wadze samochodowej.
Gama Constmach CSI
Rodzina CSI obejmuje trzy wielkości wirnika. Właściwy model zależy od wymaganej wydajności, wymiaru nadawy z kruszarki wstępnej oraz uziarnienia, jakie trzeba dostarczyć. Poniższa tabela podsumowuje całą gamę.
| Model | Wirnik (mm) | Wydajność (t/h) | Napęd |
|---|
| CSI-1210 | 1 100 x 1 100 | 60 - 100 | 160 kW |
| CSI-1212 | 1 100 x 1 250 | 120 - 150 | 200 kW |
| CSI-1215 | 1 100 x 1 500 | 200 - 250 | 250 kW |
Wszystkie trzy maszyny działają na tej samej zasadzie i korzystają z tej samej koncepcji części szybkozużywalnych, więc operator przechodzący z CSI-1210 na CSI-1215 nie uczy się maszyny od nowa. Pracuje po prostu z szerszym wirnikiem i większą mocą zainstalowaną, aby przepuścić więcej ton przez tę samą geometrię komory. Warto zauważyć, że szerokość wirnika rośnie z 1 100 mm przez 1 250 mm do 1 500 mm, podczas gdy jego średnica w całej gamie pozostaje równa 1 100 mm. To świadoma decyzja konstrukcyjna. Utrzymanie stałej średnicy zachowuje jednakową prędkość udaru i jednakowy charakter rozbijania od najmniejszego modelu po największy, więc kształt produktu i sposób rozdrabniania dobrany na CSI-1210 przenosi się na większe maszyny. Dodatkowa wydajność bierze się z szerszej komory i większej mocy zainstalowanej, a nie z mocniej obciążonego, ostrzej pracującego wirnika.
Jakość wykonania i części szybkozużywalne
Elementami, które faktycznie stykają się ze skałą, są manganowe listwy bijące na wirniku oraz płyty odbojowe wyściełające komorę. Jedne i drugie są wymienne. Mangan wybrano dlatego, że umacnia się pod wpływem udaru: powierzchnia utwardza się w trakcie pracy, co wydłuża żywotność w skałach średniotwardych, do jakich CSI został zbudowany.
Sercem maszyny jest sam wirnik. To ciężki, wyważony zespół zaprojektowany tak, by nieść listwy bijące i magazynować energię obrotową, która wykonuje pracę rozbijania. Otaczająca go obudowa i płyty odbojowe przejmują uderzenia wtórne. Traktowanie tych elementów jako układu materiałów eksploatacyjnych, a nie stałej części maszyny, to właściwy sposób myślenia o kruszarce udarowej: wymianę listew i płyt planuje się tak samo jak każdą inną czynność obsługi okresowej.
Kilka słów o metalurgii, ponieważ to ona decyduje o ekonomice. Austenityczne staliwo manganowe trafia na maszynę stosunkowo miękkie i pełną twardość powierzchniową osiąga dopiero po ubiciu w trakcie pracy. Powtarzalne uderzenia skały o powierzchnię roboczą przekształcają warstwę zewnętrzną w twardy naskórek, podczas gdy rdzeń pozostaje ciągliwy i odporny na pękanie. To połączenie sprawia, że mangan pracuje dłużej niż zwykły stop utwardzany, gdy nadawa uderza, a nie ściera. Wniosek jest taki, że mangan to właściwe rozwiązanie dla średniotwardego wapienia, do którego przeznaczony jest CSI, i rozwiązanie niewłaściwe, jeśli pozbawi się go udaru albo poda materiał tak ścierny, że zetrze się szybciej, niż zdąży się umocnić. Dopasowanie materiału części szybkozużywalnych do warunków pracy nie jest dodatkiem — jest częścią doboru maszyny.
Automatyczne smarowanie
Automatyczne smarowanie jest w serii CSI wyposażeniem standardowym. Smarowanie łożysk głównych według stałego harmonogramu, bez polegania na pamięci operatora, to jeden z najprostszych sposobów ochrony najdroższych podzespołów maszyny. Eliminuje częstą przyczynę przedwczesnego uszkodzenia łożysk i utrzymuje prawidłową pracę wirnika. Łożyska wirnika kruszarki udarowej przenoszą zarówno ciężar statyczny ciężkiego zespołu, jak i obciążenia dynamiczne każdego uderzenia przekazywanego przez wał, więc pracują w trudnych warunkach. Układ automatyczny podaje odmierzoną dawkę smaru w ustalonych odstępach, niezależnie od tego, jak napięta jest zmiana, dzięki czemu między elementami tocznymi utrzymuje się świeży film smarny, a zanieczyszczenia są wypychane poza łożysko. Wymiana kompletu łożysk głównych wymaga wyjęcia wirnika, więc wszystko, co odsuwa ten moment w czasie, zwraca się wielokrotnie.
Miejsce w linii kruszenia
Typowy układ produkcji kruszyw to kruszenie wstępne, następnie kruszenie wtórne, potem przesiewanie, z opcjonalnym stopniem trzecim dla najdrobniejszych frakcji. CSI zajmuje w tym schemacie drugie miejsce — za kruszarką wstępną, a przed przesiewaniem lub kruszarką trzeciego stopnia.
Materiał dociera do kruszarki udarowej wtórnej już rozdrobniony przez kruszarkę wstępną, zwykle przenośnikiem taśmowym, i jest podawany ze stałym natężeniem przez podajnik wibracyjny. Produkt kruszenia trafia następnie na przesiewacz wibracyjny, gdzie zostaje rozdzielony na frakcje handlowe. Nadziarno można zawracać do kruszarki w obiegu zamkniętym, aż osiągnie wymaganą specyfikację. Prawidłowe zaprojektowanie tego obiegu jest równie ważne jak dobór samej kruszarki: podawanie, kruszenie i przesiewanie muszą być zbilansowane, aby żadna maszyna nie stała się wąskim gardłem.
Te trzy maszyny warto traktować jak łańcuch, którego wytrzymałość wyznacza najsłabsze ogniwo. Podajnik wibracyjny przed kruszarką pełni dwie funkcje: dozuje materiał, dzięki czemu komora widzi równomierne obciążenie zamiast nagłych porcji, i może być wyposażony w sekcję rusztową, która odsiewa drobne frakcje z pominięciem kruszarki, tak aby komora pracowała wyłącznie na skale rzeczywiście wymagającej rozdrobnienia. Za kruszarką przesiewacz musi być dobrany na pełny tonaż produktu kruszenia, a nie tylko na frakcję gotową, ponieważ wszystko, co kruszarka wyprodukuje, trafia najpierw na górny pokład, zanim zostanie rozdzielone. W obiegu zamkniętym przesiewacz zawraca dodatkowo nadziarno, więc przenośniki i zsypy przenoszą wydajność kruszarki powiększoną o obciążenie krążące. Dobranie podajnika, przesiewacza i przenośnika zwrotnego do rzeczywistego przepływu sumarycznego zapewnia płynną pracę instalacji; dobranie któregokolwiek z nich wyłącznie do tonażu gotowego produktu tworzy wąskie gardło ograniczające całą linię.
Wydajność i dobór wielkości
Wartości wydajności w tabeli podano jako zakresy nie bez powodu. Rzeczywista przepustowość zależy od wymiaru nadawy, ustawionej szczeliny wylotowej, twardości i wilgotności skały oraz od równomierności podawania. CSI-1212 o wydajności 120 do 150 t/h będzie pracować przy górnej granicy tego przedziału na czystym, suchym wapieniu podawanym równomiernie, a poniżej niej na materiale wilgotnym lub twardszym kruszonym na produkt drobny.
Kruszarkę dobiera się do instalacji, a nie odwrotnie. Punktem wyjścia jest liczba ton gotowego produktu na godzinę przeznaczonego do sprzedaży; do tego dolicza się obciążenie krążące z ewentualnego obiegu zamkniętego i wybiera model, którego zakres wydajności z zapasem obejmuje otrzymaną wartość. Zakup maszyny pracującej na samej granicy swoich możliwości nie pozostawia rezerwy na twardsze partie złoża ani na dzień, w którym trzeba zwiększyć produkcję.
Przykład doboru krok po kroku
Weźmy producenta, który potrzebuje 180 t/h gotowego kruszywa 0-20 mm z kamieniołomu wapienia. Kruszarka wstępna — szczękowa — dostarcza produkt o maksymalnym wymiarze około 150 mm, co odpowiada komorze udarowej drugiego stopnia. Załóżmy, że analiza sitowa wykazuje, iż mniej więcej jedna tona na pięć schodzi z kruszarki jako nadziarno i musi zostać zawrócona. Kruszarka musi zatem przerobić 180 t/h produktu handlowego powiększone o tę frakcję krążącą, co podnosi rzeczywiste obciążenie komory do około 225 t/h. CSI-1212, ograniczony do 150 t/h, pracowałby powyżej swojego zakresu, szybko by się zużywał i dławił; CSI-1215 o wydajności 200 do 250 t/h mieści wartość 225 t/h z niewielkim zapasem na twardszą partię złoża lub mokry poranek. To właśnie ten model należy wyspecyfikować. Ten sam rachunek dla zapotrzebowania 90 t/h gotowego produktu przy mniejszym obciążeniu krążącym wskazuje na CSI-1210. Ważniejsza od liczb jest metoda: dobór zawsze prowadzi się względem sumarycznego obciążenia kruszarki, nigdy względem samego tonażu gotowego produktu, i zawsze zostawia się zapas na gorsze dni.
Materiały i zastosowania
Seria CSI jest przeznaczona do skał średniotwardych o niskiej ścieralności. Klasycznym przykładem jest wapień i to właśnie na nim kruszenie udarowe pokazuje najlepszy kształt ziarna i najniższy koszt zużycia. Do tej samej kategorii należą podobne skały osadowe oraz wiele materiałów z recyklingu.
Produktem końcowym jest dobrze uziarnione, kubiczne kruszywo. Kształt ma znaczenie, ponieważ ziarna kubiczne układają się i zazębiają lepiej niż płaskie. W betonie poprawia to urabialność i wytrzymałość, w mieszankach mineralno-asfaltowych — stabilność i odporność na koleinowanie. Jeżeli działalność polega na sprzedaży kruszywa do betonu i mieszanek bitumicznych ze złoża typu wapiennego, kruszarka udarowa wtórna jest zwykle najkrótszą drogą do produktu o wysokiej jakości kształtu.
Do czego CSI nie został zbudowany, to praca na drugim stopniu z bardzo twardą, silnie ścierną skałą, taką jak granit czy kwarcyt. Takie materiały szybko zużywają listwy bijące i lepiej nadają się do kruszenia przez zgniatanie. Dopasowanie maszyny do skały jest pojedynczym czynnikiem, który najsilniej wpływa na długoterminowy koszt eksploatacji.
Warto dokładnie wyjaśnić, dlaczego kształt się opłaca. Ziarno płaskie lub wydłużone ma długą oś, która przy układaniu ziaren tworzy puste przestrzenie, a te trzeba wypełnić zaczynem cementowym w betonie albo lepiszczem w mieszance mineralno-asfaltowej — jedno i drugie kosztuje. Ziarno kubiczne o tym samym wymiarze nominalnym układa się ciaśniej, wymaga mniej spoiwa przy tej samej wytrzymałości i lepiej opiera się siłom próbującym przesunąć ziarna względem siebie. W warstwie ścieralnej przekłada się to na większą odporność na koleinowanie pod ruchem, a w betonie — na lepiej urabialną mieszankę przy niższym stosunku wodno-cementowym. Producent, który potrafi dostarczać konsekwentnie kubiczne kruszywo z czystej ściany wapienia, ma produkt preferowany przez projektantów mieszanek, a ta preferencja przekłada się na realne pieniądze w całym okresie eksploatacji kamieniołomu.
Ekonomika zużycia
Cenę kruszarki płaci się raz; rachunek za zużycie płaci się na każdej zmianie przez cały okres pracy maszyny, więc to on zwykle decyduje o rzeczywistym koszcie posiadania. Właściwą miarą jest koszt na tonę gotowego produktu, a nie cena kompletu listew bijących w oderwaniu od reszty. Tańsza listwa, która zużywa się dwa razy szybciej, nie jest tańsza. Na średniotwardym wapieniu o niskiej ścieralności, do którego CSI został zbudowany, manganowe części szybkozużywalne pracują długo i przewidywalnie, a koszt zużycia jest na tyle niski, że premia za kształt produktu spokojnie go pokrywa. Skierowanie tej samej maszyny na ścierny granit powoduje gwałtowne pogorszenie krzywej zużycia, wzrost kosztu na tonę i cichą inwersję ekonomiki, która przemawiała za kruszeniem udarowym. Dlatego decyzja o materiale przesądza o wszystkim, co dzieje się dalej. Dwa praktyczne nawyki utrzymują koszt zużycia pod kontrolą: eksploatować listwy do zaplanowanego końca żywotności, a nie do awarii, oraz obracać je i wymieniać w dobranych kompletach, aby wirnik pozostawał wyważony i aby jedna zużyta listwa nie zaczęła rozbijać geometrii komory. Rejestrowanie liczby ton między wymianami zamienia zużycie z niespodzianki w pozycję budżetową, którą można prognozować z kwartalnym wyprzedzeniem.
Obsługa i gospodarka częściami szybkozużywalnymi
Codzienna obsługa kruszarki udarowej sprowadza się głównie do części szybkozużywalnych i smarowania. Listwy bijące zużywają się od krawędzi natarcia i należy je obrócić lub wymienić, zanim zbytnio się scieńczą i zagrożą wirnikowi. Płyty odbojowe zużywają się na powierzchniach udarowych i wymienia się je, gdy tworzonej przez nie szczeliny nie da się już wyregulować do wymaganego zakresu.
- Listwy bijące i płyty odbojowe należy kontrolować w stałym cyklu i rejestrować zużycie, aby móc przewidzieć termin kolejnej wymiany.
- Układ automatycznego smarowania trzeba utrzymywać napełniony i sprawdzać, czy rzeczywiście podaje smar do łożysk.
- Należy obserwować ustawienie szczeliny; w miarę zużywania się płyt szczelinę trzeba korygować, aby utrzymać docelowy wymiar produktu.
- Wirnik musi pozostać wyważony. Listwy bijące wymienia się w dobranych kompletach, aby wirnik pracował równo, a drgania pozostawały niskie.
- Komorę należy zasilać równomiernie i centralnie. Zrzucanie materiału z jednej strony przyspiesza nierównomierne zużycie.
Wskazówki eksploatacyjne dla stabilnej produkcji
Kilka nawyków odróżnia komorę pracującą płynnie od takiej, która przez całą zmianę walczy z operatorem. Nadawę należy podawać obficie, ale bez dławienia komory: równomierna kurtyna skały na całej szerokości wirnika daje równomierne zużycie i jednorodny produkt, natomiast zrzucanie materiału porcjami raz pozbawia komorę materiału, a raz ją zalewa. Nadawę trzeba utrzymywać na środku, aby oba końce listew bijących wykonywały tę samą pracę; podawanie przesunięte na jedną stronę szybciej zużywa ten koniec wirnika i odpowiadającą mu płytę odbojową oraz rozstraja wyważenie wirnika. Obciążenie silnika warto obserwować jako wskaźnik tego, co dzieje się w komorze, ponieważ rosnący pobór przy spadającej przepustowości to klasyczny objaw zapychania się komory materiałem wilgotnym lub lepkim. Szczelinę należy korygować w miarę zużywania się płyt, zamiast gonić za zmieniającym się wymiarem produktu natężeniem nadawy — natężenie nadawy reguluje przepustowość, a nie uziarnienie. Warto też słuchać maszyny: zmiana dźwięku wirnika, nowe drgania czy nieznane stuknięcie to informacja, a wychwycenie jej przy włazie rewizyjnym jest znacznie tańsze niż wychwycenie po urwaniu się listwy. Nie ma w tym nic wyrafinowanego. To rutynowa dyscyplina, dzięki której kruszarka udarowa dzień po dniu produkuje kruszywo zgodne ze specyfikacją przy wydajności nominalnej.
Najczęstsze błędy, których należy unikać
Najdroższym błędem jest podawanie niewłaściwej skały. Przepuszczanie materiału ściernego przez maszynę zaprojektowaną do skał typu wapiennego zjada listwy bijące i zamienia dobrą inwestycję w nieustanny rachunek za części szybkozużywalne.
Drugim błędem jest przeciążanie nadawą. Kruszarka udarowa pracuje najlepiej przy równomiernym, regulowanym podawaniu z podajnika wibracyjnego. Zadławienie komory obniża przepustowość i zwiększa zużycie, nie poprawiając produktu. Trzeci błąd to zaniedbanie ustawienia szczeliny: w miarę zużywania się płyt odbojowych produkt staje się coraz grubszy, a operatorzy próbują czasem rozwiązać problem zmianą natężenia nadawy zamiast po prostu skorygować szczelinę. Czwarty to eksploatowanie listew bijących zbyt długo w imię oszczędności, a następnie konieczność wymiany całego wirnika.
Jak wybrać właściwy model
Postępowanie warto prowadzić po kolei. Najpierw należy potwierdzić, że skała nadaje się do kruszenia udarowego na drugim stopniu: średniotwarda, o niskiej ścieralności, typu wapiennego. Następnie ustala się docelową wydajność w tonach gotowego produktu na godzinę i dolicza ewentualne obciążenie krążące. Otrzymaną wartość dopasowuje się do zakresu CSI-1210, CSI-1212 lub CSI-1215 z niewielkim zapasem. Na koniec sprawdza się nadawę: wymiar produktu z kruszarki wstępnej musi pasować do wlotu maszyny wtórnej, a moc napędu — do możliwości zasilania.
Jeżeli skała pasuje, a liczby się zgadzają, kruszarka udarowa wtórna jest jednym z najbardziej opłacalnych sposobów przekształcenia produktu kruszenia wstępnego w kruszywo kubiczne o najwyższej jakości kształtu. Wybór modelu to — po potwierdzeniu materiału — głównie arytmetyka; trudniejszą decyzją inżynierską jest obieg technologiczny wokół maszyny i to właśnie tam dopasowanie podajnika, kruszarki i przesiewacza zwraca się przez cały okres eksploatacji instalacji.
