ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ С ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЗАГРУЗКОЙ ПОРОДЫ
GYROSCOPIC CRUSHING MACHINE WITH CENTRAL ROCK LOADING

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для измельчения горной породы и техногенных строительных материалов с помощью реализации различных типов физического процесса измельчения, а именно ударного разрушения, раздавливания, раскалывания и истирания, а также различных комбинаций выше указанных видов процесса измельчения.
Известна терочная мельница, при работе которой используется гироскопический эффект, содержащая горизонтальный размольный стол, радиусом R=0,5 м, и металлический валок массой 100 кг, вращающийся при помощи силового привода вокруг вертикальной оси симметрии размольного стола с угловой скоростью Ω=6π рад/с, угловая скорость вращения валка при этом составляет ω=5Ω=30π рад/с [1]. При этом дополнительная максимально возможная величина вертикальной силы давления валка на размольный стол, возникающая благодаря гироскопическому эффекту, составляет порядка 80% от веса валка [1]. Недостатками известного технического решения являются использование валка (маховика гироскопа) в качестве элемента, создающего гироскопическую силу, и одновременно в качестве силового элемента, непосредственно действующего на измельчаемую горную породу, а также в качестве фрикционного привода для вращения валка (маховика гироскопа). Все это приводит к невозможности управляемого независимого друг от друга изменения величин угловых скоростей ω и Ω и не позволяет эффективно управлять величиной силы давления валка на размольный стол, а следовательно, эффективно измельчать горные породы с различными прочностными свойствами, фракционным составом и геометрической формой с использованием ударного разрушения, раздавливания и истирания измельчаемого материала, приводит к повышенным энергозатратам, увеличению массы и габаритов измельчающего устройства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является измельчитель сухой горной породы, при работе которого используется гироскопический эффект, содержащий размольный стол, валок с рычагом, взаимодействующий с размольным столом, силовой привод вращения валка, горизонтальную площадку с балансировочными грузами и с опорой для рычага валка и двухстепенным гироскопом. В измельчителе основная гироскопическая сила, прижимающая валок к рабочему столу с размещенной на нем горной породой, создается за счет реакции двухстепенного гироскопа [2].
Недостатками данного технического решения является периферическое расположение (вне горизонтальной площадки) размольного стола, что значительно увеличивает габариты гироскопического измельчитель и его вес. Кроме того, такое расположение размольного стола значительно увеличивает момент сил трения, возникающий за счет трения валка о поверхность размольного стола, что значительно увеличивает мощность и соответственно габариты силового привода вращения горизонтальной площадки, а значит и габариты и вес всего измельчитель в целом.
Технической задачей изобретения является создание гироскопического измельчителя с центральной загрузкой породы, эффективно и устойчиво работающего по измельчению горных пород, а также уменьшение его габаритов, веса и энергозатрат на измельчение.
Решение технической задачи достигается тем, что гироскопический измельчитель с центральной загрузкой породы содержит размольный стол, валок с рычагом, взаимодействующий с размольным столом, силовой привод вращения валка с основанием, горизонтальную площадку с балансировочными грузами и с опорой для оси валка и двухстепенным гироскопом в виде электродвигателя с валом и маховиком, при этом гироскопический измельчитель снабжен цилиндрическим кожухом горизонтальной площадки, с закрепленным на нем усеченным конусом центрального загрузочного устройства, цилиндром горизонтальной площадки, соединяющим горизонтальную площадку с силовым приводом и закрепленным в основании силового привода с помощью шарикоподшипника с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, разгрузочным усеченным конусом и цилиндром разгрузочного конуса, причем разгрузочный конус установлен внутри цилиндра разгрузочного усеченного конуса, неподвижно закрепленного в основании силового привода соосно цилиндру горизонтально площадки и размещенного внутри него с зазором, центральным рассекателем породы, выполненным в виде конуса и установленным в середине размольного стола, причем размольный стол размещен внутри цилиндра разгрузочного усеченного конуса в той же горизонтальной плоскости, что и горизонтальная площадка, а размольный стол выполнен перфорированным, через отверстия которого измельченная порода попадает в разгрузочный усеченный конус и далее в бункер.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид гироскопического измельчителя с центральной загрузкой пород, включающего 1 - электродвигатель рабочей площадки, 2 - основание, 3 - горизонтальная площадка, 4 - опора, 5 - шарнир, 6 - электродвигатель с валом, 7 - маховик, 8 - валок, 9 - рычаг, 10 - размольный стол, 11 - балансировочные грузы, 12 - цилиндрический кожух, 13 - усеченный конус центрального загрузочного устройства, 14 - цилиндр горизонтальной площадки, 15 - шарикоподшипник, 16 - разгрузочный усеченный конус, 17 - цилиндр разгрузочного усеченного конуса, 18 - центральный рассекатель породы, 19 - перфорированные отверстия, 20 - измельчаемая порода, 21 - бункер.
Устройство содержит силовой привод 1 вращения валка 8 вокруг вертикальной оси с основанием 2, горизонтальную площадку 3, опору 4 с шарниром 5, электродвигатель с валом 6 и маховиком 7, валок 8, рычаг валка 9, размольный стол 10, на котором находится измельчаемая порода 20. Электродвигатель с валом 6 и маховиком 7, установленный на рычаге валка 9 и шарнирно соединенный с опорой 4, образуют двухстепенной гироскоп.
Для балансировки гироскопического измельчителя при вращении вокруг вертикальной оси устройство может быть снабжено балансировочными грузами 11, установлеными на горизонтальной площадке 3.
Горизонтальная площадка 3 накрыта цилиндрическим кожухом 12 с закрепленным на нем усеченным конусом центрального загрузочного устройства 13. В свою очередь горизонтальная площадка 3 крепится на цилиндре 14, через который она кинематически соединяется с силовым приводом 1. Цилиндр 14 устанавливается в шарикоподшипнике 15. Кроме того, в основании 2 соосно цилиндру 14 горизонтальной площадки 3 неподвижно закрепляется цилиндр 17 разгрузочного конуса 16, по которому измельчаемая порода 20 через центральный рассекатель 18 и перфорированные отверстия 19 попадает в бункер 21.
Гироскопический измельчитель сухой породы с гибким валом работает следующим образом: силовой привод 1 раскручивает горизонтальную площадку 3 с установленным на ней валком 8 до угловой скорости Ω вокруг вертикальной оси вращения, электродвигатель 6 раскручивает маховик 7 до угловой скорости ω, направление вектора которой совпадает с направлением рычага 9 валка 8. При этом на двухстепенной гироскоп действует гироскопический момент, величина которого определяется формулой
м
м
м
м
м
2
где J=mR /2 - момент инерции маховика 7, m и R - соответственно масса и радиус маховика 7, α - угол между векторами ω и Ω.
д
На валок 8 действует вертикальная гироскопическая сила F, равная
1
где l - расстояние от шарнира 5 и до центра валка 8. Направление этой силы определяется знаком тригонометрической функции.
д
Из соотношений (1) и (2) следует, что, изменяя ω и Ω независимо друг от друга, можно изменять величину гироскопической силы F в широком диапазоне значений.
Измельчаемая горная порода 20 через усеченный конус центрального загрузочного устройства 13 попадает на размольный стол 10, по которому она равномерно распределяется с помощью центрального рассекателя 18. При истирании на размольном столе порода дезинтегрируется и через перфорированные отверстия 19 размольного стола 10 сначала попадает в разгрузочный усеченный конус 16 и далее в бункер 21.
За счет размещения размольного стола внутри горизонтальной площадки значительно уменьшаются габариты, вес истирателя и затраты на электроэнергию.
д
Устойчивость работы предлагаемого устройства определяется тем, что при увеличении силы сопротивления размельчаемой породы перемещению валка 8 по размольному столу происходит и уменьшение заданной величины угловой скорости Ω, что в свою очередь, согласно формуле (1), приводит к уменьшению величины гироскопического момента, а значит и величины гироскопической силы F, что обеспечивает увеличение значения угловой скорости Ω до заданной величины.
Таким образом, с точки зрения теории автоматического регулирования предлагаемое устройство является автоматическим устройством с отрицательной обратной связью, которая и обеспечивает его устойчивую работу.