УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к оборудованию, применяемому для утилизации автомобильных шин (изношенных, бракованных и т.д.) и может быть использована в качестве универсальной установки, осуществляющей резку грузовых, крупногабаритных и особо крупногабаритных шин, как диагональных с текстильным кордом, так и радиальных с металлокордом, на мелкие фрагменты нужной ширины и длины, пригодные для вторичного использования, например, в качестве наполнителя строительных материалов.
Проблема утилизации автомобильных изношенных, бракованных шин является важной задачей защиты окружающей среды. Известно, что изношенные и бракованные шины, в большинстве случаев вывозятся на мусорные полигоны, свалки, где они хранятся под открытым небом, либо их захоронение происходит в открытый грунт. При хранении шин в большом количестве под открытым небом, в них накапливается дождевая вода, тем самым создаются благоприятные условия для размножения москитов, крыс, и других паразитов переносящих болезни. Большое количество хранящихся под открытым небом шин является потенциально пожароопасным объектом. Их возгорание может быть преднамеренным, случайным или результатом стихийного бедствия, вследствие чего будет нанесен серьезный ущерб окружающей среде. При сгорании одной тонны использованных шин, в окружающую среду попадает больше 250 кг сажи и 450 кг токсичных газов. Шины, засыпанные землей, разлагаются около 150 лет. Кроме того, шины закопанные целиком, склонны к гидрофлотации, т.е. способны в течение нескольких месяцев или даже лет «всплывать» - выходить на поверхность земли. В настоящее время государственные муниципальные службы требуют, чтобы изношенные и бракованные шины, были обработаны для повторного использования или уменьшены в общем объеме за счет разрезания, измельчения или дробления. В настоящее время, измельченная резиновая крошка, полученная после дробления шин является очень популярным материалом. Она активно используется для нужд промышленности, строительства или укладки дорожных покрытий во всем мире. В качестве добавки, резиновая крошка широко применяется для бетона, асфальта и различных специальных покрытий.
Известно, что в настоящее время для вторичной переработки крупногабаритных шин используют в основном гидравлические резаки. Такие резаки разрезают шину на сектора вместе с бортовыми кольцами, в которых имеются толстые металлические троса, не пригодные для дальнейшей переработки. Следовательно, их необходимо удалять с помощью дополнительного специализированного оборудования и обслуживающего его персонала.
В дополнение к перечисленному, для переработки сверх крупногабаритных шин обычно предварительно осуществляют их продольную резку на специализированном станке на две части (по типу сандвича), после чего каждую часть шины разрезают на сектора по вышеописанной технологии, а затем измельчают в крошку. Таким образом, для универсальной переработки любых типов шин необходимо на предприятии иметь значительное количество и разнообразие станков, многочисленный персонал, способный выполнять большое число разнообразных технологических операций.
В связи с этим, для утилизации крупногабаритных и сверх крупногабаритных шин возникает задача создания универсальной установки со следующим набором жестких требований.
Во-первых, установка должна быть универсальной, т.е. пригодной для резки любых типоразмеров шин, начиная от шины грузового автомобиля и кончая резкой крупногабаритной и сверх крупногабаритной шины, причем как диагональной с текстильным кордом, так и радиальной с металлокордом.
Во-вторых, отрезаемые от шины фрагменты должны быть нужных типоразмеров, пригодных без дальнейшего измельчения к использованию в качестве различных строительных добавок.
В-третьих, установка должна быть достаточно простой в эксплуатации и не требовательна к квалифицированному техническому персоналу.
В четвертых, установка должна быть конструктивно простой и доступной в изготовлении на любом машиностроительном предприятии.
Известна установка, которая режет шины на сегменты, не разрушая бортовые кольца (см. патент US 5551325, кл. B26D 1/09, 1994 г.), содержащая раму с неподвижной вертикальной фильерой в виде двух ножей расположенных с промежутком друг от друга, подвижный суппорт имеющий возможность линейно перемещаться вдоль рамы, пуансон в виде ножа, закрепленный на суппорте и имеющий возможность в одном из крайних положений заходить в промежуток между двух ножей фильеры, силовой привод суппорта, механизм вращения колеса.
Основным недостатком известной установки является то, что она пригодна только для резки шин небольших размеров, так как установка шины, путем одевания ее центральной частью через фильеру, что конструктивно ограничивает возможные допустимые усилия резания, определяемые в основном жесткостью закрепления фильеры. Еще одним недостатком известной установки является то, что вертикальное расположение шины существенно увеличивает вертикальный габарит установки, что усложняет конструкцию установки, применяемую для резки крупногабаритных или сверх крупногабаритных шин, а также увеличивает ее металлоемкость и стоимость.
Кроме того, отрезанный фрагмент шины требует дополнительного оборудования и обслуживающего персонала для дальнейшей разделки фрагментов на более мелкие части.
Известна установка для резки шин (см. патент US 5531146, кл. B26D 7/01, 1996 г.), содержащая раму с площадкой для укладки и поворота на ней шины, фиксатор шины, установленный на раме, а также нижний жестко закрепленный на раме и верхний шарнирно закрепленный на раме режущие ножи, взаимодействующие друг с другом посредством силового привода. Установка производит резку шин на части в виде секторов.
Основным недостатком известной установки является то, что она позволяет выполнять резку шин малого и среднего диаметров на крупные сектора. Для резки сверх крупногабаритных шин необходима их предварительная резка на две отдельные части (по типу сандвича), что требует дополнительного оборудования.
Другим недостатком известной установки является то, что требуется выполнение дополнительных операций по разрезанию секторов на более мелкие части и удалению частей бортового кольца, содержащего крупные металлические включения. Все это требует значительных трудовых и временных затрат, что существенно удорожает процесс утилизации шины.
Еще одним недостатком известной установки является то, что после вырезки первых секторов, шина теряет цельность и жесткость, и появляются дополнительные трудности позиционирования и удерживания шины при последующей резке. Для этого необходимо применять дополнительное оборудование, например, гидравлический манипулятор, или использовать труд дополнительных рабочих.
Кроме того, шина разрезается до середины вместе с бортовыми кольцами. Поэтому, учитывая длину ножа и прилагаемых к нему усилий резания, установка требует очень мощной силовой установки (до несколько сот киловатт).
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является, взятая в качестве прототипа, установка для резки крупногабаритной или сверх крупногабаритной шины, содержащая раму с площадкой для укладки шины, фиксатор шины, механизмы подъема и/или наклона и/или поворота шины, механизм линейного перемещения площадки вдоль рамы, а также силовые ножницы с нижним и верхним режущими ножами Г-образной формы, шарнирно закрепленными на раме, и их силовой привод, (см. международная заявка WO 2012141613, кл. B26D 1/00, 2012 г.). Установка позволяет осуществлять резку любых типоразмеров шин, начиная от шины грузового автомобиля и кончая резкой крупногабаритной и сверх крупногабаритной шины, как диагональной, с текстильным кордом, так и радиальной с металлокордом, при этом отрезаемые фрагменты шины представляют собой пластины небольшого размера, которые удобно перевозить к месту переработки или утилизации.
Основным недостатком известной установки является то, что она позволяет выполнять резку шин только на пластины, которые для последующей переработки в крошку, нуждаются в дополнительном измельчительном оборудовании.
Другим существенным недостатком известной установки является то, что получаемые в процессе разделения фрагменты шины нуждаются в промежуточном хранении, требующем их укладку в специальную тару, из которой они будут затем перегружены в вагоны и доставлены к месту переработки в крошку или для захоронения. Для выполнения указанных действий необходим дополнительный персонал, специальная тара, помещения для промежуточного хранения, механизмы для подъема и перемещения специальной тары и т.п.
Задачей, решаемой заявляемым техническим решением, является устранение указанных недостатков, а именно, создание универсальной установки, позволяющей осуществлять на месте полный цикл разделения всех типов шин, включая и крупногабаритные шины, на мелкие кусочки, пригодные для вторичного использования в качестве наполнителя.
Указанная задача в установке для измельчения автомобильных шин, содержащей раму с опорой для закрепления на ней силовых ножниц и площадкой для укладки шины, оборудованную фиксатором шины и механизмами ее подъема, поворота, и линейного перемещения относительно закрепленных на раме силовых ножниц, решена тем, что силовые ножницы выполнены из трех подвижно соединенных общей осью шарнира частей, состоящих из верхней и нижней губок и центральной опоры, на которой с возможностью поворота закреплены оба конца гидравлических приводов силовых ножниц, противоположные концы которых подвижно соединены с верхней и нижней губками силовых ножниц, при этом каждая из губок выполнена в виде опорного основания, на котором закреплены параллельно установленные пластинчатые поворотные ножи, причем пластинчатые поворотные ножи верхней губки чередуются на оси с пластинчатыми поворотными ножами нижней губки.
Указанное выполнение устройства позволяет создать универсальную установку, позволяющую резать любые шины на фрагменты в виде мелких кусочков, которые можно использовать в качестве наполнителя различных строительных материалов (асфальта, бетона и т.п.).
Для непосредственного измельчения материала используются центрально установленные пластинчатые поворотные ножи силовых ножниц, каждый из которых выполнен в виде закрепленной на подшипнике секторной пластине со съемным рабочим инструментом с двумя режущими гранями, совпадающими с боковыми гранями секторной пластины или крайние пластинчатые поворотные ножи, каждый из которых выполнен в виде закрепленной на подшипнике секторной пластине со съемным рабочим инструментом с одной режущей гранью, совпадающей с боковой гранью секторной пластины. Шириной пластинчатых поворотных ножей определяется ширина отрезаемых от шины фрагментов.
Для продольного измельчения фрагментов шины, каждая пара рядом установленных пластинчатых поворотных ножей силовых ножниц оборудована поперечными откусывающими ножами, закрепленными на боковых гранях пластинчатых поворотных ножей. Количеством откусывающих ножей определяется длина получаемых фрагментов.
Для исключения возникающих поворотных моментов в процессе резания шины, опора силовых ножниц установлена на раме жестко горизонтально.
Благодаря наличию силовых ножниц, губки которых выполнены из пластинчатых поворотных ножей, закрепленных на общей оси и снабженных откусывающими ножами, заявляемая универсальная установка для резки шин позволяет резать любые шины на фрагменты нужных размеров удобные для дальнейшей переработки или захоронения, что не имеет аналогов среди известных установок для резки шин, а значит, заявляемая установка соответствует критерию «изобретательский уровень».
На фиг.1 представлен рисунок вида сбоку заявляемой установки перед началом взаимодействия силовых ножниц с шиной. Установка содержит: раму 1, на которой расположены неподвижные полозья 2 с подвижной площадкой для укладки шины 3 и фиксатором шины 4, а также поворотный механизм 5; опору 6, расположенную на раме 1, на которой закреплены силовые ножницы, образованные губками 7, 8 и центральной опорой 9, на которой закреплены приводы 10 и 11, штоки которых подвижно соединены с губками 7 и 8 силовых ножниц; шарнир 12, на оси которого подвижно соединены губки силовых ножниц 7, 8 и центральная опора 9.
На фиг.2 и 3 представлены рисунки поясняющие процесс взаимодействия силовых ножниц с шиной.
На фиг.4 представлены силовые ножницы в сборе с разведенными губками 7 и 8. Установка содержит: опорные основания губок 7а и 8а, на которые опираются пластинчатые поворотные ножи 7б и 8б со съемным рабочим инструментом 7в и 8в с двумя режущими гранями, закрепленным при помощи болтов 7г и 8г; гидравлические приводы 10 и 11, основания которых 10а и 11а подвижно закреплены на центральной опоре 9, а их выдвижные штоки 10б и 11б подвижно закреплены на опорных основаниях губок 7а и 8а.
На фиг.5 представлен рисунок частично разобранных силовых ножниц с одним установленным крайним пластинчатым поворотным ножом 7д и его съемным рабочим инструментом с одной режущей гранью 7е и двумя центральными пластинчатыми поворотными ножами 7б, 8б и их рабочими инструментами 7в и 8в, а на фиг.6 представлен рисунок этих же частично разобранных силовых ножниц, у которых сняты с оси 12 все пластинчатые поворотные ножи 7б, 7д и 8б и показаны их осевые подшипники 7з и 8з.
На фиг.7 представлен рисунок частично разобранных силовых ножниц с одним установленным крайним пластинчатым поворотным ножом 7д и его съемным рабочим инструментом с одной режущей гранью 7е и двумя центральными пластинчатыми поворотными ножами 7б, 8б и их рабочими инструментами 7в и 8в, при этом поворотные ножи 7б и 8б силовых ножниц дополнительно оборудованы поперечными откусывающими ножами 7и и 8и, закрепленными на их боковых гранях.
Заявляемая установка работает следующим образом. Оператор установки перед началом работы определяет, какой типоразмер шины он будет резать и в соответствии с типоразмером шины устанавливает соответствующий фиксатор шины 4 на поворотный механизм 5 (см. фиг.1). После чего оператор на фиксатор 4 устанавливает шину, закрепляя ее за внутреннюю поверхность бортового кольца, аналогично тому, как закрепляют шину за бортовое кольцо на шиномонтажной установке. Управляя приводом площадки для укладки шины 3 и поворотным механизмом 5, оператор устанавливает шину таким образом, чтобы максимально совместить ось шарнира 12 вращения губок 7 и 8 силовых ножниц с серединой ширины профиля шины. Дальнейший процесс взаимодействия шины и силовых ножниц показан на фиг.2 и 3. Теперь рассмотрим более подробно конструкцию силовых ножниц, представленных на фиг.4. Для того, чтобы обеспечить максимальное усилие силовых ножниц, в зоне реза шины всегда оказывается пара сопряженных центральных пластинчатых поворотных ножей 7б и 8б со съемным рабочим инструментом 7в и 8в, которые прокусывают по линии сопряжения двух ножей шину с двух сторон. Силовые ножницы продолжают смыкаться и уже вторая пара сопряженных пластинчатых поворотных ножей прокусывают шину с двух сторон. Процесс смыкания губок силовых ножниц продолжается до тех пор, пока все центральные пластинчатые поворотные ножи 7б и 8б, а также крайние подрезные ножи 7д и 8д с рабочим инструментом с одной режущей гранью 7е не разрежут зажатый губками силовых ножниц фрагмент шины на параллельные полоски («лапшу»), ширина которых определяется шириной пластинчатых поворотных ножей 7б и 8б. Для того, чтобы одновременно нарезать «лапшу» на небольшие продольные фрагменты, поворотные ножи 7б и 8б силовых ножниц дополнительно оборудованы поперечными откусывающими ножами 7и и 8и, которые закреплены на их боковых гранях (на фиг.7 условно показана только одна пара откусывающих ножей). На этом резка данного сегмента шины заканчивается и она поворачивается приводом механизма 5, после чего производится резка следующего сегмента шины. После полного оборота шины, площадка 3 для укладки шины перемещается в направлении губок силовых ножниц и цикл резки повторяется до тех пор, пока на фиксаторе шины 4 останется только бортовое кольцо.
Для проверки работоспособности заявляемой установки был изготовлен опытный образец, предназначенный для измельчения крупногабаритных шин со следующими техническими характеристиками:
- размер измельчаемых шин наружному диаметру от 1500 мм до 3600 мм;
- ширина профиля измельчаемых шин до 1100 мм;
- ширина пластинчатых поворотных ножей 75 мм;
- максимальный вес нарезаемых кусков 4 кг;
- производительность установки 3-3,5 т/час;
- мощность привода 105 квт;
- вес установки 11,5 т;
- габаритные размеры 2000×6300×2200 мм.