КОНУСНАЯ ДРОБИЛКА

Полезная модель относится к дробилкам среднего и мелкого дробления. Оно может быть использовано для дробления руд, строительных и металлических материалов.
Существующие в мировой практике технологические линии для дробления и измельчения материалов требуют последовательной установки 4-6 машин. В частности, конусных дробилок и стержневых или шаровых мельниц.
В связи с тем, что коэффициент полезного действия мельниц не превышает 1%, а у дробилок он близок к 20%, имеется тенденция переноса основной части работы измельчения на дробилки, исключив мельницы. Однако, за последние 150 лет существования конусных дробилок их степень дробления удалось увеличить с 4 до 7, хотя для упомянутого выше сокращения количества оборудования требуется степень дробления не менее 30.
Дробление в конусных дробилках осуществляется деформацией сжатия и сдвига. Однако уровень этих деформаций определяется амплитудой внутреннего конуса, которая имеет определенную величину, равную эксцентриситету приводного эксцентрика внутреннего конуса. Жесткая кинематическая связь между дробящими конусами, подобная кривошипно-шатунному приводу как у парового локомотива, позволяет эффективно дробить материал только в тонком слое, что приводит к снижению производительности и к возможности поломки дробилки при перегрузках. Попытка установить большой разгрузочный зазор между конусами приводит к малой деформации слоя материала и к снижению степени дробления в условиях вынужденно постоянной амплитуды конуса.
Известна принимаемая за аналог конусная эксцентриковая дробилка типа "Symons" (патент США №3302896, 14.11.1965 г., В02С), содержащая корпус с наружным конусом и размещенным на сферической опоре внутренним конусом, на валу которого с помощью подшипника размещен приводной эксцентрик, установленный в подшипниковой втулке корпуса и соединенный зубчатой парой с двигателем.
В известной дробилке не регулируется дробящая сила и степень дробления, которую можно поднять лишь до 5 только за счет установки малого разгрузочного зазора путем вращения в резьбе наружного конуса, что неизбежно приводит к снижению производительности. Кроме того, при этом для исключения снижения степени дробления материал загружают в дробилку дозировано, не допуская переполнения дробящей полости. Другим недостатком известной дробилки является невозможность ее пуска или остановки при полностью заполненной камере дробления во избежание поломки приводного механизма дробилки, а также невозможность поддержания стабильной степени дробления в процессе абразивного износа дробящих конусов.
Известна конусная эксцентриковая дробилка с гидравлической регулировкой положения внутреннего конуса по высоте для изменения величины разгрузочного зазора (патент США №3456889, 10.04.1967 г., В02С).
Дробилка содержит корпус с наружным конусом и внутренний конус с приводным эксцентриком на его валу, установленным в подшипниковой втулке корпуса. Внутренний конус верхней частью вала установлен в шарнире корпуса, а нижней частью оперт через сферическую опору на поршень гидроцилиндра, управляющего его положением по вертикали, то есть величиной разгрузочной щели между конусами.
Так же, как в первом аналоге, в известной дробилке не регулируется дробящая сила, но имеется возможность стабилизации размера разгрузочного зазора между конусами путем непрерывной компенсации абразивного износа броней конусов за счет автоматически работающей гидравлической системы регулировки положения внутреннего конуса. Тем самым, ценой большей сложности конструкции достигается более высокая степень дробления, чем в первом аналоге, равная 6.
Известна принимаемая за прототип конусная эксцентриковая дробилка (патент США №4339087, 8.09.1980 г., В02С), содержащая корпус с наружным конусом, средствами его резьбовой регулировки по высоте, опорой для внутреннего конуса с валом и размещенным на нем с помощью подшипника приводным эксцентриком, установленным внутри подшипниковой втулки корпуса и соединенным трансмиссией с электродвигателем.
Недостатком известного изобретения является наличие жесткой кинематической связи между внутренним конусом и наружным. Приводной эксцентрик сопряжен с корпусом дробилки через подшипник с малыми зазорами, поэтому при вращении эксцентрика внутренний конус получает гирационные колебания, соответствующие величине эксцентриситета эксцентрика, что исключает использование для дробления центробежных сил эксцентрика и внутреннего конуса, которая в данном случае перегружает подшипник и не допускает увеличение числа качаний конуса. Поэтому слой дробимого материала не может быть деформирован на величину, большую, чем величина эксцентриситета. Отсюда степень дробления такой машины не превышает 7. Кроме того, такая машина не может включаться и останавливаться под нагрузкой во избежание поломки приводного механизма. Для пропуска недробимого тела дробилка должна иметь пружинные или гидравлические предохранительные устройства, что усложняет конструкцию.
Задачей настоящей полезной модели является создание конусной эксцентриковой дробилки, имеющей регулируемую степень дробления от 5 до 30 при одновременном повышении производительности.
Другой задачей настоящей полезной модели является создание условий для селективного дробления по слабым поверхностям минерала за счет самоизмельчения минерала в толстом слое в сочетании с управлением дробящей силой.
Следующей задачей настоящей полезной модели является создание конструкции, позволяющей включать и останавливать дробилку под нагрузкой и регулировать износ броней конусов путем самозавинчивания наружного конуса в резьбе за счет использования дробящей силы.
Еще одной задачей полезной модели является обеспечение условий освобождения дробящей полости от недробимого тела без использования предохранительных устройств и остановки дробилки.
Последней задачей настоящей полезной модели является упрощение привода внутреннего конуса.
Эти и другие задачи полезной модели реализуются в дробилке, содержащей корпус с сопряженным с ним резьбой наружным конусом, а также со сферической опорой для внутреннего конуса с валом и смонтированным на нем с помощью подшипника приводным эксцентриком внутреннего конуса, сопряженным с цилиндрической подшипниковой втулкой, размещенной в корпусе соосно ему, а также с трансмиссией, соединенной с электродвигателем, в которой в соответствии с настоящей полезной модели эксцентрик размещен свободно в радиальном направлении относительно подшипниковой втулки, которая выполнена в виде элемента привода эксцентрика.
Целесообразно также, чтобы цилиндрическая подшипниковая втулка была выполнена в виде звена промежуточной опоры эксцентрика.
Кроме того, целесообразно, чтобы цилиндрическая подшипниковая втулка была снабжена устройством для регулировки величины радиальной амплитуды эксцентрика.
В предлагаемой дробилке эксцентрик размещен свободно относительно подшипниковой втулки, так, чтобы он мог свободно перемещаться внутри нее в радиальном направлении при своем вращении на валу внутреннего конуса, который под действием центробежной силы эксцентрика получает гирационное перемещение на сферической опоре вплоть до контакта броней конусов при отсутствии дробимого материала. Для исключения опасного для надежности дробилки контакта броней она снабжена устройством для регулировки амплитуды внутреннего конуса.
Отличительные признаки заявляемого устройства позволяют управлять амплитудой внутреннего конуса и взаимным перемещением конусов относительно друг друга, а также регулировать силу дробления, величину деформации слоя дробимого материала, производительность и степень дробления.
Заявляемая дробилка обеспечивает разрушение кусков материала друг о друга в толстом слое, что в свою очередь приводит к повышению степени дробления с 5÷6 до 20÷30. Благодаря новым свойствам дробилка может заменить дробилку мелкого дробления и шаровую мельницу, работая в замкнутом цикле.
В частности, реализация заявляемой дробилки с конусом диаметром 2200 мм и специальной камерой дробления, принимающей 85% кусков гранита мельче 120 мм, позволит получать продукт, содержащий 85% частиц мельче 5 мм при производительности 350 т/ч и установленной мощности двигателя 320 кВт. Степень дробления - 24, а по среднему размеру частиц в питании и в продукте - 32.
На рис.1 показана в продольном разрезе конструктивная схема предлагаемой конусной эксцентриковой дробилки, которая содержит корпус 1 с наружным конусом 2 и сферической опорой 3 для внутреннего конуса 4, имеющего вал 5, на котором с помощью подшипника 6 размещен приводной эксцентрик 7, установленный свободно в цилиндрической подшипниковой втулке 8 на ее сферической пяте 9. Втулка 8 смонтирована в корпусе 1 с помощью радиального подшипника 10 и упорного подшипника 11. На упомянутой втулке 8 жестко закреплено зубчатое колесо 12, которое входит в зацепление с шестерней 13, соединенной через эластичную муфту 14 с электродвигателем 15. Вал 16 шестерни 13 размещен в подшипниках 17 корпуса 1. Втулка 8 своей эксцентричной поверхностью 18 имеет контакт с эксцентриком 7. Для свободного перемещения в радиальном направлении эксцентрика 7 внутри втулки 8 (рис.2 и 3) минимальный зазор 19 между их поверхностями в горизонтальной плоскости устанавливается большим, чем максимально допустимый разгрузочный зазор 20 между конусами 2 и 4. Однако величина этого зазора может регулироваться серповидным вкладышем 21, закрепленным на втулке 8 с возможностью кругового перемещения и фиксации. Наружный конус 2 сопряжен с корпусом 1 с помощью резьбы 22. Корпус 1 установлен на опору с помощью упругих амортизаторов 23.
На рис.4 показан вариант предлагаемой дробилки с клиноременным приводом 24.
На рис.5 приведено изометрическое изображение предлагаемой дробилки.
Дробилка работает следующим образом.
2
Сначала дробилку загружают материалом самотеком из бункера, обеспечивая давление его на входе в дробящую камеру не менее 0,7 т/м, затем включают дробилку. Эксцентрик 7 получает вращение от электродвигателя через муфту 14, зубчатое колесо 12 и шестерню 13, втулку 8, через ее эксцентричную поверхность 18. При вращении эксцентрика 7 развивается центробежная сила, заставляющая внутренний конус 4 совершать гирационные движения на сферической опоре 3, обкатываясь по слою дробимого материала, и деформируя его на величину, пропорциональную величине центробежной силы эксцентрика 7 и внутреннего конуса 4.
Таким образом, в зоне максимального сближения конусов образуется слой, соответствующий установленной величине дробящей силы и сопротивлению слоя материала.
То есть совместное вращение втулки 8 и эксцентрика 7 осуществляется вовлечением последнего во вращение внутренней поверхностью 18 втулки 8, не ограничивая движение эксцентрика в радиальном направлении.
Величина отклонения эксцентрика 7 и конуса 4 от оси дробилки может регулироваться серповидным вкладышем 21, который может перемещаться по внутренней эксцентричной поверхности 18 втулки 8, изменяя величину радиального зазора 19 между эксцентриком 7 и внутренней поверхностью вкладыша 21. Зазор 19 может быть установлен таким, что будет исключать контакт конусов 2 и 4 при отсутствии между ними материала. Если зазор 19 сделать близким к нулю, то дробилка превращается в прототип со степенью дробления 7. Кроме того, чем больше масса неуравновешенной части эксцентрика 7, то есть, чем больше его статический момент, тем больше центробежная сила, амплитуда внутреннего конуса 4, деформация слоя материала и степень дробления.
c
e
c
c
e
e
c
e
c
е
c
e
2
В предлагаемой дробилке выполняются условия второго закона Ньютона о динамическом взаимодействии свободно движущихся тел, когда действие равно противодействию МА=mа, где М и m - массы тел, соответственно А и а - ускорения этих тел. М и А - характеристики корпуса 1, а m и а - характеристики внутреннего конуса 4 в сумме с эксцентриком 7. Суммарная центробежная (дробящая) сила внутреннего конуса 4 определяется формулой F=F+F=ω(m·l+m·l), где F и F - соответственно центробежные силы внутреннего конуса 4 и эксцентрика 7; ω - угловая скорость вращения эксцентрика; m - масса внутреннего конуса 4; m - масса неуравновешенной части эксцентрика 7; l - амплитуда центра тяжести внутреннего конуса 4; l - расстояние от центра тяжести эксцентрика 7 до оси внутреннего конуса 4.
Таким образом, из формулы F видно, что увеличение числа оборотов эксцентрика в 2 раза позволяет поднять дробящую силу в 4 раза, а увеличение массы внутреннего конуса, его амплитуды и массы неуравновешенной части эксцентрика позволяет увеличивать дробящую силу в прямой зависимости.
Свободное перемещение эксцентрика 7 внутри втулки 8 соответственно создает условия для свободного перемещения внутреннего конуса 4 внутри наружного конуса 2. Благодаря этому дробилка может включаться под нагрузкой, постепенно увеличивая амплитуду внутреннего конуса 4. По этой же причине при попадании недробимого тела в дробящую полость внутренний конус 4 сместится в противоположную сторону и пропустит недробимое тело без поломки механизма привода.
Если размер разгрузочной щели между конусами превысит допустимую норму на холостом ходу дробилки, то соударение конусов не произойдет, так как эксцентрик 7 войдет в контакт с внутренней поверхностью втулки 8, что исключает дальнейшее сближение конусов. Работа в рабочем режиме при таком постоянном контакте будет эквивалентна известным эксцентриковым дробилкам с низкой степенью дробления 4÷5.
Таким образом, приведенные в формуле отличительные признаки являются необходимыми и достаточными для реализации всех поставленных задач.
Таким образом, любая конусная эксцентриковая дробилка, в том числе приведенные аналоги, может быть переделана в соответствии с отличительными признаками настоящего изобретения. При этом она получит регулируемую степень дроблении от 5 до 30 и повышенную на 30% производительность. Стоимость такой переделки не превысит 20% от начальной стоимости изготовления дробилки.