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Uno dei tipi di frantumatore più antichi e comuni ancora in uso oggi è il frantoio a mascelleÈ composto da due gruppi di ganasce separate, ciascuna delle quali può muoversi indipendentemente l'una dall'altra. Grazie a questa caratteristica, è in grado di frantumare una varietà di materiali duri e morbidi di diverse dimensioni. I frantumatori a mascelle possono funzionare sia manualmente che elettricamente.
Nell'industria mineraria e della lavorazione dei minerali, i processi che prevedono la riduzione delle dimensioni del materiale utilizzano frantumatori a cono. Questi sono paragonabili ai frantumatori a mascelle, ma la loro sensibilità a materiali e particelle appiccicose è significativamente ridotta. Sono mobili e dotati di una testa conica di forma concava. La rotazione dell'albero primario produce un movimento ellittico. I frantumatori a cono riducono le dimensioni del materiale con un movimento circolare, a seconda del tipo di roccia da frantumare. In questo articolo, il Metodo degli Elementi Discreti (DEM) viene utilizzato per eseguire una simulazione di un frantumatore a cono Metso 60-110. Vengono analizzati gli impatti di diverse situazioni operative e, nell'ambito dell'analisi, vengono modellate diverse caratteristiche del frantumatore a cono.
Inizialmente, è stato creato un modello basato sulle specifiche geometriche del frantumatore giroscopico. I risultati ottenuti mediante l'applicazione di funzioni matematiche sono presentati nella Tabella 1. La procedura di modellazione consisteva nell'utilizzo di un cono di forma cilindrica. Circa 75,000 particelle sono state contate ed esaminate in tutta l'area di studio. Per comprendere meglio la concavità e la curvatura del mantello, è stato costruito anche un modello del mantello stesso. La concavità è stata tagliata a metà per consentire una più chiara osservazione delle forme delle particelle. Successivamente, è stato utilizzato uno scanner laser per scansionare il modello.
Le dimensioni delle particelle sono state determinate e successivamente colorate in base alle loro dimensioni. Questa procedura è stata ripetuta sia per la configurazione con il lato aperto che per quella con il lato chiuso. La configurazione con le porte chiuse è stata osservata dall'alto, mentre quella con le porte aperte è stata vista frontalmente. È stato determinato che la velocità di download tipica era di 1.8 metri al secondo.
Per creare un modello del mantello e della concavità, i punti A, B e C sono stati utilizzati per rappresentare rispettivamente le direzioni verticale, orizzontale e radiale. Ciascuna di queste parti rappresenta una forza nodale nel mantello che contribuisce all'insieme. L'intensità delle forze aumenta man mano che il mantello si avvicina alla concavità. Contemporaneamente, la distanza che separa le due superfici diminuisce.
Sia il diametro superiore che quello inferiore della concavità sono considerati rispettivamente nelle metà superiore e inferiore del mantello. Analogamente, anche l'altezza è considerata una componente della sezione superiore del mantello. D'altra parte, l'angolo formato dalle due superfici dipende unicamente dalla coppia applicata all'albero. Di conseguenza, la coppia totale è equivalente alla coppia perpendicolare alla piastra.
Un altro metodo consiste nell'utilizzare coordinate polari con un sistema di riferimento in continuo movimento. Questa tecnica facilita l'ottenimento di una distribuzione planare delle forze. Calcolando l'intensità e la direzione di ciascuna forza, è possibile determinare la pressione e le sollecitazioni presenti in tutta la camera di frantumazione. Questo è uno dei motivi principali per cui questa metodologia ha riscosso grande interesse tra gli accademici che operano nei settori minerario e metallurgico.
Le caratteristiche di funzionamento dei frantumatori rotativi sono state oggetto di indagine da parte di diversi modelli di rottura, analogamente a un frantoio a mascelle da laboratorioIl modello di rottura di Tavares, noto anche come Ab-T10, è un esempio di schema di sostituzione di particelle che può essere utilizzato per definire la rottura di particelle convesse poliedriche sottoposte a diverse sollecitazioni. Ciò può essere realizzato mediante l'applicazione della notazione Ab-T10. Inoltre, può essere applicato all'analisi della rottura per contatto.
In un frantumatore a cono, la dimensione dei frammenti di particelle prodotti può essere prevista utilizzando molti altri tipi di modelli di frantumazione. Il modello di frattura sviluppato da Tavares è più completo nel modo in cui caratterizza il materiale. Inoltre, mantiene costante il volume complessivo dei frammenti prodotti.
Uno dei frantumatori a mascelle più utilizzati al mondo è il frantumatore a mascelle a doppia articolazione. Può essere impiegato per la frantumazione di qualsiasi tipo di materiale resistente. La frantumazione di minerali, calcare e altri materiali con una resistenza alla compressione fino a 320 MPa è una delle sue numerose applicazioni. Tuttavia, per le applicazioni di frantumazione di rocce, il frantumatore a singola articolazione è più comune di quello a doppia articolazione. La seconda opzione è fortemente consigliata per una serie di motivi.
I frantumatori a mascelle a singola leva sono noti per la loro semplicità e facilità d'uso. Grazie alla loro struttura semplice, sono in grado di lavorare senza sforzo rocce e minerali di media durezza. Questo tipo di frantumatore a mascelle è anche più efficiente in termini di costi. Inoltre, presenta bassi costi di manutenzione e un elevato rapporto di frantumazione.
I frantumatori a mascelle con meccanismo a doppia leva sono più resistenti e affidabili. Innanzitutto, il perno di scavo, noto anche come mascella oscillante, è realizzato in acciaio fuso e viene azionato da un albero eccentrico. È dotato di quattro cuscinetti a rulli sferici lubrificati con grasso e anelli a labirinto. Inoltre, presenta un braccio di sicurezza a molla che consente di eseguire le operazioni in tutta sicurezza.
Le piastre di articolazione utilizzate nei frantumatori a mascelle sono costruite per durare molti anni. Le piastre di articolazione realizzate con questo particolare tipo di acciaio presentano una maggiore resistenza all'usura rispetto a quelle realizzate con acciaio normale. Inoltre, non richiedono manutenzione periodica per funzionare correttamente. Apportare modifiche alla loro configurazione è inoltre piuttosto semplice. È possibile sostituirle non appena mostrano segni di usura.
Il frantumatore a mascelle a doppio snodo, a differenza del frantumatore a mascelle a snodo singolo, non risente negativamente della presenza di spazi ristretti o di carichi pesanti. Ciò è dovuto al fatto che è stato progettato per eseguire una frantumazione continua. Inoltre, presenta un grado di riempimento della camera di frantumazione superiore rispetto al modello precedente. Come diretta conseguenza di questo processo, il prodotto finale viene espulso sotto forma di cubo.
La struttura compatta del frantoio a mascelle a doppia leva è un'altra caratteristica significativa di questo tipo di frantoio. Ciò lo rende complessivamente più piccolo e leggero. Di conseguenza, è facile da trasportare. Inoltre, i suoi costi operativi non sono particolarmente elevati.
In un frantoio a mascelle, la piastra di articolazione si trova nella parte inferiore del braccio eccentrico. Una molla di compressione ne impedisce il movimento. Inoltre, la parete posteriore del telaio funge da supporto per la parte inferiore della ganascia mobile. Questo sistema contribuisce alla compensazione complessiva del peso della matrice mobile.
La caratteristica distintiva del frantumatore a mascelle a doppia leva MechTech è la "frantumazione senza attrito", che ne esalta le potenti potenzialità geometriche. Un sistema di lubrificazione a spruzzo completamente automatizzato e motorizzato assicura la lubrificazione costante del meccanismo. Inoltre, il funzionamento "senza attrito" garantisce una granulometria uniforme del prodotto finale, riducendo l'usura delle piastre delle mascelle.
In Germania, esperti del settore si occupano della produzione del frantoio a mascelle a doppia leva. Questo modello è ampiamente considerato l'opzione più efficace tra i numerosi modelli disponibili sul mercato. Può essere utilizzato per la frantumazione di un'ampia varietà di minerali. Il produttore offre anche altri tipi di frantoi a mascelle, personalizzabili per soddisfare le esigenze specifiche dei singoli clienti.
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La pietra può essere frantumata in pezzi più piccoli utilizzando il frantoio Blake, che rappresenta il metodo più efficiente. Si tratta di un frantoio a mascelle che funziona secondo i principi di compressione e taglio. Una delle mascelle è fissa in posizione elevata, mentre il movimento dell'altra è controllato da una camma o da un albero a camme. La roccia si frattura a seguito della spinta esercitata dalla mascella mobile contro quella fissa. Questo metodo di frantumazione è frequentemente utilizzato sia nella fase principale che in quella secondaria del processo di frantumazione.
Esistono diverse varianti di frantoi a mascelle, tra cui i modelli Blake, Dodge, Universal e Cone. Ognuno di essi presenta vantaggi e svantaggi specifici. Sebbene funzionino tutti in modo diverso, sono tutti progettati per raggiungere lo stesso obiettivo fondamentale: la compressione e la successiva riduzione dimensionale di enormi quantità di materiale.
Nel corso degli ultimi 150 anni, il frantoio a mascelle ha subito numerose modifiche e miglioramenti di ogni tipo. Nonostante ciò, il modello Blake è ancora ampiamente utilizzato nel settore. Il parente stretto del modello Blake è il frantoio a cono, sviluppato da Thomas Edison all'inizio del Novecento.
Nel campo della frantumazione pesante, l'invenzione del frantumatore Blake da parte di Eli Whitney Blake, brevettato nel 1857, rappresentò un significativo passo avanti nello sviluppo tecnologico. La sua costruzione prevedeva un telaio in ghisa e due leveraggi. Il frantumatore Blake era costituito da una ganascia mobile imperniata nella parte superiore e da una ganascia fissa integrata in un meccanismo a leveraggio. La ganascia mobile veniva utilizzata per frantumare il materiale. Grazie a questi miglioramenti, raggiunse un livello di prestazioni notevole in termini di efficienza energetica.
Il frantoio a mascelle Blake offre un ulteriore vantaggio: richiede una manutenzione minima. I bulloni tengono insieme i perni di fissaggio, che a loro volta mantengono in posizione la mascella mobile. In caso di rottura di un bullone, la sostituzione è semplice. Inoltre, i perni consentono alla mascella mobile di scendere completamente fino all'ostacolo di scarico, facilitandone la rimozione. Di conseguenza, è facile comprendere perché questa tipologia di macchina continui a essere così diffusa nell'era moderna.
Sebbene non sia stata la prima macchina mai costruita per frantumare la roccia, il frantoio a mascelle è ampiamente considerato il più significativo. Il metodo utilizzato dagli operai per frantumare le pietre fu completamente trasformato grazie all'invenzione di Blake. Il frantoio di Blake fu la prima macchina del suo genere a utilizzare l'energia del vapore per frantumare la pietra. Prima della sua invenzione, gli operai frantumavano la pietra con martelli e pompe a mano. Alla fine, ciò si tradusse in un risparmio di 55 milioni di dollari.
Nonostante i progressi tecnologici, il frantoio a mascelle modello Blake è ancora considerato il punto di riferimento per la frantumazione iniziale in applicazioni gravose. È risaputo che la tecnica Blake è in grado di frantumare con successo materiali appiccicosi oltre alle rocce abrasive.
Il modello Blake prende il nome da Eli Whitney Blake, l'uomo che progettò il primo frantumatore di roccia. Come suggerisce il nome, il modello Blake è stato chiamato così in suo onore. Il progetto Blake, d'altra parte, è stato migliorato in diversi modi, uno dei più notevoli dei quali è l'incorporazione di piastre a mascelle curve. Il concetto Blake è utilizzato nella costruzione di tutti i frantumatori primari di grandi dimensioni e per impieghi gravosi attualmente in uso.
Il design Blake è stato migliorato con l'introduzione del frantoio a mascelle a doppia leva. Esso sfrutta le leve e le piastre curve delle mascelle, precedentemente evidenziate come due degli aspetti meccanici più significativi associati al modello Blake.
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