التطور التاريخي للكسارات في التعدين
وقت الإصدار: 2025-03-16
كان تطوير الكسارات حجر الزاوية في تقدم التعدين والمحاجر، إذ غيّر طريقة معالجة المواد الخام. فمنذ بداياتها المتواضعة في القرن التاسع عشر وحتى آلاتها المتطورة اليوم، تطورت الكسارات بفضل الإبداع والتقدم في المواد. تستكشف هذه المقالة الأصول التاريخية ومراحل التطوير الرئيسية لأنواع الكسارات المختلفة، كما هو موثق في السجلات الهندسية المبكرة.
أصول كسارات الفك
كسارة الفك ذات المفتاح المزدوج
تعود جذور كسارة الفك ذات المفصلة المزدوجة إلى عام 1858، عندما حصل السيد إي دبليو بليك على براءة اختراع لتصميم رائد. تميزت هذه الآلية بعمود لامركزي يدور في محامل ثابتة داخل إطار ثقيل من الحديد الزهر. تم نقل الطاقة عبر مفصل سفلي، يتأرجح بين لوحين مفصليين - أحدهما يدور في كتلة قابلة للتعديل، والأخرى تستقر على الفك. أعطى هذا الإعداد تأرجحًا يشبه البندول للفك المتحرك، مع أقوى ضربة سحق عند المخرج وأضعفها عند المدخل، مما أدى إلى تحسين الرافعة للكتل الكبيرة. استخدمت النماذج المبكرة الحديد الزهر للإطار والفك والمفصل السفلي، مما تطلب بناء ضخمًا لتحمل الإجهاد. بحلول عام 1890 تقريبًا، حلت المصبوبات الفولاذية محل الحديد الزهر، مما قلل الوزن بشكل كبير وعزز القوة، كما يتضح من كسارة الفك ذات الإطار الفولاذي من هادفيلدز.
كسارة فكية أحادية المفصلة
ظهرت كسارة الفك أحادية المفصل حوالي عام 1879، ويُنسب الفضل فيها إلى السيد ج. دالتون من شركة إتش آر مارسدن وشركاه، مع أن أصلها الحقيقي قد يسبق هذه البراءة. بخلاف الكسارة ثنائية المفصل، ثُبّت الفك على عمود لامركزي فوق فوهة التغذية، مع لوحة مفصلية واحدة تتحكم في حركة الفك السفلي. أنتج هذا التصميم حركة دائرية في الأعلى، تتحول إلى مسار بيضاوي عند المخرج، مما يوفر آلية سحق فريدة. بُنيت الكسارة في البداية من مصبوبات الحديد الزهر، ثم اعتمدت لاحقًا إطارات فولاذية ومفاصل فك، وأصبح فولاذ المنغنيز معيارًا للفكوك وألواح الخد نظرًا للتآكل الكاشط الناتج عن حركة الدحرجة.
تطوير الدوران كسارات
كسارة دوارة ذات عمود طويل
كان السيد تشارلز م. براون من شيكاغو رائدًا في مجال الكسارات الدوارة طويلة العمود، وحصل على براءة اختراع عام ١٨٧٧. تميز هذا التصميم بعمود شبه صلب مدعوم بشبكة عبر فتحة التغذية، بينما يُدار الطرف السفلي بواسطة محور لامركزي. كان رأس السحق، الموجود بين المحمل العلوي والمحور اللامركزي، يعمل كرافعة، حيث تقع نقطة ارتكازه في الشبكة. تضمنت النماذج المبكرة بطانات قابلة للإزالة في حوض السحق، ومخروطًا متجددًا، ومحملًا علويًا كرويًا. طورت شركة Gates Iron Works هذه الكسارات، وشهدت تحسينات مثل التخلي عن المحور الكروي المزعج واستخدام محمل مخروطي، مما أدى إلى تحسين المتانة ومقاومة التآكل بمرور الوقت.
كسارة دوارة ذات عمود قصير
ظهرت الكسارة الدوارة قصيرة العمود عام ١٨٦٩، ويُنسب الفضل فيها إلى السيد جيمس دبليو. روتر من سانت لويس، ميزوري. تميّز تصميم روتر بمخروط على عمود مربع داخل أسطوانة مفتوحة، مدعومًا بمفصل كروي ومقبس، ومُدارًا بعجلة لامركزية. أدى هذا إلى تقليل ارتفاع الآلة مقارنةً بالطرازات طويلة العمود، على الرغم من أن الإصدارات الأولى واجهت مشاكل في التفريغ بسبب عوائق العنكبوت والتروس. أصبحت كسارة ماكولي قصيرة العمود، التي طُرحت لاحقًا، منافسًا قويًا، حيث حسّنت تصميمها بإضافة تفريغ حر الحركة ووضع لامركزي أعلى، مما عزز صلابة العمود بحوالي ٥٥١TP٣T.
تطور اللفة كسارات
بكرات التكسير ذات التروس
يعود تاريخ بكرات التكسير المُدارة بالتروس إلى حوالي عام 1806، حيث طُرحت في مناجم كورنيش حيث سُميت "بكرات كورنيش". كانت هذه الآلات المبكرة، بأسطوانات يتراوح قطرها بين 18 و30 بوصة وعرضها بين 11 و20 بوصة، تعمل بسرعة تتراوح بين 5 و15 دورة في الدقيقة، مدعومة بعجلات مائية عبر مجموعات تروس. كانت إحدى البكرات، المُثبتة على أعمدة ثقيلة في محامل مفتوحة داخل هياكل من الحديد الزهر، تُدار بشكل موجب، بينما تدور الأخرى بالاحتكاك. وبحلول عام 1895، اتسع نطاق استخدامها ليشمل محاجر أحجار الطرق لتحضير الماكادام، حيث قامت شركة هادفيلدز ببناء نماذج أكبر تتميز بإطارات من الفولاذ المصبوب وقشور مسننة من فولاذ المنغنيز.
بكرات التكسير التي تعمل بالحزام
كان السيد إس. آر. كروم رائدًا في استخدام الأسطوانات ذات السير في الولايات المتحدة حوالي عام 1874، المصممة لتكسير المواد متوسطة النعومة. استخدمت هذه الأسطوانات بكرات سير ثقيلة على الأعمدة، مما أدى إلى الاستغناء عن التروس لتقليل الاحتكاك وزيادة السرعة. تميزت التصاميم المبكرة بأسطوانة ثابتة مثبتة بمسامير على صفيحة قاعدة، وأسطوانة قابلة للتعديل على أذرع رافعة هزازة مزودة ببطاريات زنبركية. عالجت الابتكارات اللاحقة مشاكل المحاذاة باستخدام محامل دوارة وقضبان ربط مزدوجة، وبلغت ذروتها في نماذج عالية السرعة مثل أسطوانات ترايلور التي يبلغ قطرها 78 بوصة بحلول أوائل القرن العشرين. وسّعت أسطوانات التكسير الخشنة التي ابتكرها توماس أ. إديسون عام 1894، والمزودة بأسنان "مُثبّتة"، من قدرتها على تكسير الكتل الحجرية الكبيرة.
ابتكارات الكسارات المتخصصة
كسارات الأقراص
ظهرت كسارات الأقراص حوالي عام ١٩٠٨، مستخدمةً قوة الطرد المركزي لتوزيع المواد على أسطح التكسير. تميزت تصاميم الأقراص الأفقية المبكرة بقرصين على شكل صحن - أحدهما ثابت والآخر دوار - يُداران بواسطة عمود مجوف ونظام بكرة. وبحلول أوائل القرن العشرين، شملت التحسينات بكرات لامركزية لزيادة ضربات التكسير، مما قلل الحاجة إلى محامل مبردة بالماء. ظهرت لاحقًا كسارات الأقراص الرأسية، بأقراص مقاس ٤٨ بوصة، لتحقيق اختزال أدق في مصانع خام النحاس الكبيرة.
كسارات الأسطوانة الفردية
ظهرت كسارات الأسطوانة المفردة عام ١٨٦٤ ببراءة اختراع بريطانية للسيد أ. توماس لطاحونة ذات أسطوانة وصدر، استُخدمت في البداية لطحن الحبوب، ثم عُدّلت لسحق الحجارة. وبحلول أواخر القرن التاسع عشر، أصبحت هذه الكسارات من أبرز كسارات الفحم، حيث تتميز بأسطوانة مسننة ولوحة كسر مفصلية. وقد طورت نسخة أليس-تشالمرز، التي طُوّرت في أوائل القرن العشرين، هذا التصميم باستخدام مكونات من الفولاذ المصبوب ونوابض قوية للتعامل مع الحجر الجيري والمواد الزلقة.
كسارات المطرقة المتأرجحة
قدّم السيد ميلتون ف. ويليامز كسارات المطرقة المتأرجحة عام ١٨٩٥، مزوّدة بمطارق دوارة مثبتة على دوار داخل إطار خشبي. وبحلول عام ١٩٠٤، اعتمدت تصاميم، مثل تلك التي طرحتها شركة باتنت لايتنينج كراشر، مطارق "الركاب" على شكل حرف U، مما حسّن كفاءة التصادم. وتطورت هذه المطارق إلى مطاحن مطرقة ذات إطار فولاذي من إنتاج شركة بنسلفانيا كراشر، قادرة على تكسير كتل الحجر الجيري الكبيرة في عملية واحدة.
آلات دوارة خاصة للسحق الثانوي
ظهرت لاحقًا كسارات دوارة متخصصة للتكسير الثانوي، مع كسارة نيوهاوس (المرخصة من شركة إدغار ألين وشركاه) وكسارة كينيدي الدقيقة بدون تروس (شركة شيببريدج للفحم والحديد) في أوائل القرن العشرين، والتي استخدمت تقنية التكرير عالية السرعة. أما الكسارة المخروطية، والتي تُمثل نقلة نوعية، فقد استغنت عن العنكبوت والمحمل العلوي، مستخدمةً وعاءً طويلًا لامركزيًا مزودًا بنابض، مما مثّل تحولًا جذريًا بحلول منتصف القرن العشرين.
خاتمة
يعكس تاريخ الكسارات مسيرةً من الابتكار، بدءًا من كسارة الفك التي صممها بليك عام ١٨٥٨، وصولًا إلى تصميمات الكسارات الدوارة واللفائفية المتطورة في القرن العشرين. وقد ساهم تطور كل نوع، مدفوعًا بالإبداع الميكانيكي والتقدم في المواد، في تشكيل دوره الأساسي في التعدين، ممهدًا الطريق لتقنيات المعالجة الفعالة اليوم.
