ДИСКОВЫЙ МОДУЛЬ ВАЛА СЕПАРАТОРА (ВАРИАНТЫ)
DISK MODULE OF SEPARATOR SHAFT (OPTIONS)

Изобретения относятся к устройствам для классификации материала по размеру, в частности, устройствам дисковых модулей валов дисковых сепараторов.
Известны устройства дисковых модулей, установленные на синхронно-приводные параллельные валы сепараторов, и разделенные втулками, определяющими совместно габариты и количество ячеек просеивания классифицируемого материала. Кроме того, дисковые модули при вращении, за счет формы поверхности своего наружного контура, производят динамическое воздействие на транспортируемый классифицируемый материал, часть которого, ограниченную габаритными размерами ячеек, пропускает через них, а остальную - транспортирует, например, для последующей сортировки.
Известен составной диск (дисковый модуль) вала сепаратора (US 5960964 А, 5.10.1999), состоящий из первого и второго дисков. Дисковые модули выполнены с возможностью размещения вдоль вала с постоянным шагом. Формы первого и второго дисков по их наружным периметрам (контурам) идентичны, но второй диск выполнен по наружному контуру меньшего размера, но шире первого. Первый диск первого дискового модуля на первом валу, выполнен с первым внешним периметром формы, обеспечивающим при вращении соседних валов, по существу, постоянный зазор со вторым диском первого дискового модуля на втором валу. Второй диск первого дискового модуля на первом валу, выполнен со вторым внешним периметром формы меньше первого, обеспечивающим при вращении соседних валов, по существу, постоянный зазор с первым диском первого дискового модуля на втором валу. Кроме того из описания известно, что дисковые модули выполнены с возможностью размещения вдоль вала квадратным (многогранным) отверстием с чередованием трубчатыми распорками (втулками), насаженными на концы ступиц близлежащих дисковых модулей. Формы внешних периметров первого и второго дисков выполнены в виде трехсторонних, четырехсторонних или пятисторонних контуров с дугообразными сторонами и совместно образующих двухконтурную рабочую поверхность дискового модуля в виде двух криволинейных поверхностей, образующих в проекции на перпендикулярную им плоскость два замкнутых контура - большой и малый и ограничивающих между собой кольцевую плоскость.
Существенными признаками, общими с существенными признаками заявляемых изобретений, являются: дисковый модуль вала сепаратора, выполненный с возможностью размещения на параллельных валах сепаратора и взаимного перекрытия дисков сопряженных модулей соседних валов, с образованием между их торцами, при вращении валов гарантированного зазора.
Причины, препятствующие достижению заявляемых технических результатов, заключаются в том, что указанная конструкция дискового модуля обуславливает его достаточно высокую материалоемкость, прежде всего, в результате выполнения сварными из двух плоских дисков и ступицы, или в виде штамповки, отливки или формовки из цельного куска стали или резины. Кроме того, использование дисковых модулей с различной конфигурацией ступенчатого двухконтурного периметра, дополнительно к трехстороннему, - с четырьмя и пятью сторонами, обуславливает излишнюю многовариантность конструкций валов и сепараторов. Кроме того конфигурация дисков не позволяет обеспечить постоянство величины зазора при вращении валов, что увеличивает вероятность заклинивания и снижает надежность конструкции в эксплуатации.
Известны составные диски (дисковые модули) вала сепаратора (US 6371305 В, 16.04.2002), образованные посредством соединения первых и вторых дисков, размещенные с постоянным шагом на первом валу и сопряженные с дисковыми модулями второго вала с возможностью частичного перекрытия и образования нелинейного зазора.
Кроме того из описания известно, первый и второй диски, соединены между собой в центральной части на ступице. Форма дисков по наружному периметру идентична, но второй диск выполнен меньшего размера, но шире первого. Дисковые модули выполнены с возможностью размещения квадратными отверстиями вдоль вала с чередованием с трубчатыми распорками (втулками), насаженными на концы ступиц близлежащих дисковых модулей, причем каждый из дисков имеет периметр (двухконтурный), сформированный (посредством дугообразных элементов большого радиуса) для поддержания гарантированного зазора между дисками во время вращения. При этом формы дисков выполнены по одному из трех вариантов - с тремя, четырьмя и пятью дугообразными сторонами.
Существенными признаками, общими с существенными признаками заявляемых изобретений, являются: дисковый модуль вала сепаратора, выполненный на ступице из двух дисков с периметрами, сформированными посредством дугообразных элементов, возможностью размещения на параллельных валах сепаратора и взаимного частичного перекрытия дисков сопряженных модулей соседних валов, с образованием между их торцами, нелинейного зазора.
Причины, препятствующие достижению заявляемых технических результатов, заключаются в том, что указанная конструкция дискового модуля обуславливает его достаточно высокую материалоемкость, прежде всего, в результате выполнения сварными из двух плоских дисков и ступицы, или в виде штамповки, отливки или формовки из цельного куска стали или резины. Кроме того, использование дисковых модулей с различной конфигурацией ступенчатого двухконтурного периметра, дополнительно к трехстороннему, - с четырьмя и пятью сторонами, обуславливает излишнюю многовариантность конструкций валов и сепараторов. Кроме того конфигурация дисков не позволяет обеспечить постоянство величины зазора при вращении валов, что увеличивает вероятность заклинивания и снижает надежность конструкции в эксплуатации.
Наиболее близкой к предлагаемым техническим решениям является конструкция дисковых модулей вала ротационного сепаратора (RU №2038735 09.07.1995), включающая (дисковые модули) фигурные диски и диски-ступицы, выполненные с возможностью закрепления на параллельных валах смежнорасположенными и взаимно перекрывающимися. При этом диск-ступица, размещенная напротив торца диска с зазором к последнему, имеет форму, подобную диску, а грани (элементы большого радиуса) дисков имеют дугообразную форму.
Существенными признаками, общими с существенными признаками заявляемых изобретений, являются: дисковый модуль вала сепаратора, включающий фигурный диск (плоский элемент) и ступицу (диск), стороны периметров, которых - дугообразной формы, и выполненных с возможностью закрепления на параллельных валах сепаратора смежнорасположенными и с взаимным перекрытием (сопряженных) фигурных дисков (плоских элементов), а также признаки, отраженные в поясняющих рисунках: образование между торцами сопряженных дисков ступенчатого зазора; оборудование диска ступенчатой торцевой рабочей поверхностью в виде двух криволинейных поверхностей разной ширины, образующих в проекции на плоскость диска два замкнутых контура - большой и малый и соединенных между собой кольцевой плоскостью, при этом криволинейная поверхность малого контура выполнена шире.
Причины, препятствующие достижению заявляемого технического результата, заключаются в том, что указанная конструкция дискового модуля обуславливает его высокую экономичность, прежде всего, в результате выполнения из двух материалоемких элементов: фигурного диска (плоского элемента) и ступицы (диска). Кроме того, конструкция дискового модуля не предусматривает его использование в сепараторах при классификации материалов, требующих к себе «деликатного» отношения, что обуславливает наличие дополнительных вариантов конструкции. Кроме того конфигурация дисков не позволяет обеспечить постоянство величины зазора при вращении валов, что увеличивает вероятность заклинивания и снижает надежность конструкции в эксплуатации.
Задачей изобретений является создание вариантов конструкций дискового модуля вала сепаратора, обеспечивающих снижение их материалоемкости и повышение надежности в эксплуатации. Еще одной задачей является оптимизация вариантов конструкций сепараторов и их узлов.
Сущность изобретения (первый вариант).
Достижение технического результата и, как следствие, решение поставленных задач, обеспечивается тем, что дисковый модуль вала сепаратора, содержащий диск, ограниченный с торца криволинейной поверхностью малого контура и выполненный с возможностью монтажа на валу, плоский элемент, ограниченный с торца криволинейной поверхностью большого контура, смонтированный на первой боковой стороне диска и выполненный меньше его размером по толщине, при этом дисковый модуль оборудован ступенчатой торцевой рабочей поверхностью в виде двух криволинейных поверхностей большого и малого контуров и, образованной между ними на поверхности плоского элемента, кольцевой поверхности, а периметры указанных контуров образованы, каждый, посредством дугообразных элементов большого радиуса, одного для каждого контура размера, дисковый модуль выполнен с многогранным отверстием с возможностью монтажа на многогранном валу с чередованием втулками, взаимного перекрытия плоских элементов сопряженных дисковых модулей близлежащих валов и образования между их ступенчатыми торцевыми рабочими поверхностями Z-образного гарантированного зазора при синхронном вращении валов, согласно изобретению, каждая из криволинейных поверхностей большого и малого контуров в местах соединения ее дугообразных элементов большого радиуса выполнена по радиусу сопряжения в виде дугообразных элементов малого радиуса, с размерами, отличными для каждой из указанных криволинейных поверхностей, которые, совместно с кольцевой поверхностью, размещенной между ними на плоском элементе, выполнены с возможностью образования ступенчатой торцевой рабочей поверхности, при этом количество дугообразных элементов большого и малого радиусов каждого контура одинаково и ограничено выражением (2+n),
где n - целое число больше или равно единице.
Кроме того, каждый из контуров указанных криволинейных поверхностей выполнен из, чередующихся между собой, дугообразных элементов: трех большого радиуса и трех малого радиуса, оптимально - различных для каждого контура, при этом, величины радиусов выполнены в соответствии со следующими соотношениями:
для большого контура 0.5D<R<0,866D, 0<r<0,5D,
1
1
1
1
1
для малого контура 0.5D<R≤0,866/D, 0≤r<0,5D,
где D - диаметр описанной окружности большого контура;
R - большой радиус большого контура;
r - малый радиус большого контура;
1
D - диаметр описанной окружности малого контура;
1
R - большой радиус малого контура;
1
r - малый радиус малого контура.
При этом номинальные размеры элементов большого и малого контуров дискового модуля дополнительно выполнены в соответствии со следующими соотношениями:
для большого контура , или R≈0,866D-0,732r,
1
1
1
D=2(L-R-r-s)+D,
1
1
1
для малого контура , или R≈0,866D-0,732r,
1
D=2(L-R-r-s)+D,
где D - диаметр описанной окружности большого контура;
R - большой радиус большого контура;
r - малый радиус большого контура;
1
D - диаметр описанной окружности малого контура;
1
R - большой радиус малого контура;
1
r - малый радиус малого контура;
L - межосевое расстояние размещения валов;
s - ширина каждой поперечной составляющей Z-образного зазора между сопряженными дисковыми модулями соседних валов.
При этом дисковый модуль выполнен в виде устройства из соединенных между собой посредством сварки стальных деталей: диска, плоского элемента, и ступицы, плоский элемент выполнен в виде кольца ограниченного изнутри поверхностью центрального отверстия диаметром, превышающим наружный диаметр втулки и с возможностью размещения в нем торцевой части втулки, ступица выполнена цилиндрической с наружным диаметром меньше внутреннего диаметра втулки с возможностью размещения внутри втулки и установки на вал многогранным отверстием.
Дисковый модуль дополнительно оборудован приварной втулкой, размещенной своей торцевой частью через центральное отверстие в плоском элементе на первой боковой стороне диска.
При этом поверхность центрального отверстия плоского элемента выполнена с установочными пазами.
Плоский элемент выполнен с пазами и/или сквозными цилиндрическими или треугольного вида отверстиями под приварку к диску.
Дисковый модуль выполнен из резины или пластмассы.
При этом дисковый модуль выполнен с возможностью монтажа на каждый второй вал сепаратора с разворотом вдоль оси вала на 180° относительно его монтажа на каждом первом валу.
Выполнение каждой криволинейной поверхности большого и малого контуров в местах соединения ее дугообразных элементов большого радиуса по радиусу сопряжения в виде дугообразных элементов малого радиуса, с размерами, отличными для каждой из указанных криволинейных поверхностей, которые, совместно с кольцевой поверхностью, размещенной между ними на плоском элементе, выполнены с возможностью образования ступенчатой торцевой рабочей поверхности, при этом количество дугообразных элементов большого и малого радиусов каждого контура одинаково и ограничено выражением (2+n),
где n - целое число больше или равно единице;
- позволит расширить номенклатуру квалифицируемых сепаратором материалов и оптимизировать размеры элементов дискового модуля, а также обеспечить возможность образования поперечных составляющих Z-образного зазора постоянной расчетной ширины.
Кроме того, выполнение каждого из контуров указанных криволинейных поверхностей из, чередующихся между собой дугообразных элементов: трех большого радиуса и трех малого радиуса, оптимально - различных для каждого контура и выполнение номинальных величин радиусов в соответствии со следующими соотношениями:
для большого контура 0.5D<R<0,866D, 0<r<0,5D,
1
1
1
1
1
для малого контура 0.5D<R≤0,866D, 0≤r<0,5D,
где D - диаметр описанной окружности большого контура;
R - большой радиус большого контура;
r - малый радиус большого контура;
1
D - диаметр описанной окружности малого контура;
1
R - большой радиус малого контура;
1
r - малый радиус малого контура;
- позволит расширить номенклатуру квалифицируемых сепаратором материалов и оптимизировать размеры элементов дискового модуля, а также и обеспечить возможность образования поперечных составляющих Z-образного зазора постоянной расчетной ширины.
Кроме того, выполнение номинальных размеров элементов большого и малого контуров дополнительно в соответствии со следующими соотношениями:
1
для большого контура , или R≈0,866D-0,732r,
1
1
1
D=2(L-R-r-s)+D,
1
1
1,
для малого контура , или R≈0,866D-0,732r
1
D=2(L-R-r-s)+D,
где D - диаметр описанной окружности большого контура;
R - большой радиус большого контура;
r - малый радиус большого контура;
1
D - диаметр описанной окружности малого контура;
1
R - большой радиус малого контура;
1
r - малый радиус малого контура;
L - межосевое расстояние размещения валов;
s - ширина каждой поперечной составляющей Z-образного зазора между сопряженными дисковыми модулями соседних валов;
- позволит оптимизировать размеры элементов дискового модуля и обеспечить расчетную постоянную ширину поперечных составляющих Z-образного зазора.
Выполнение дискового модуля в виде устройства из соединенных между собой посредством сварки стальных деталей: диска, плоского элемента, и ступицы, выполнение плоского элемента в виде кольца, ограниченного изнутри поверхностью центрального отверстия диаметром, превышающим наружный диаметр втулки и с возможностью размещения в нем торцевой части втулки, выполнение ступицы цилиндрической с наружным диаметром меньше внутреннего диаметра втулки, с возможностью размещения внутри втулки и установки на вал многогранным отверстием, позволит оптимизировать конструкцию и размеры элементов дискового модуля и, в результате, снизить его материалоемкость.
Оборудование дополнительно дискового модуля приварной втулкой и размещение ее торцевой частью через центральное отверстие в плоском элементе на первой боковой стороне диска, позволит повысить технологичность монтажных и демонтажных работ при изготовлении и ремонте и, соответственно, снизить стоимость их проведения.
Выполнение поверхности контура центрального отверстия плоского элемента с установочными пазами позволит обеспечить технологичность сборочных операций и, соответственно, снизить их трудоемкость.
Выполнение в дисковом модуле плоского элемента с пазами и/или сквозными цилиндрическими или треугольного вида отверстиями под приварку к диску, позволит обеспечить технологичность сварочных операции.
Выполнение дискового модуля из резины или пластмассы позволит квалифицировать на сепараторе разнообразные материалы.
Выполнение дискового модуля с возможностью монтажа на каждый второй вал сепаратора с разворотом вдоль оси вала на 180° относительно его монтажа на каждом первом валу позволит унифицировать элементы конструкции.
Все это позволит повысить экономичность конструкции дисковых модулей и расширить функциональные возможности их применения.
Сущность изобретения (второй вариант).
Достижение технического результата и, как следствие, решение поставленных задач, обеспечивается тем, что дисковый модуль вала сепаратора, содержащий диск-ступицу, ограниченный с торца криволинейной поверхностью малого контура и выполненный с возможностью монтажа на валу, плоский элемент, ограниченный с торца криволинейной поверхностью большого контура, смонтированный на первой боковой стороне диска и выполненный меньше его размером по толщине, при этом дисковый модуль оборудован ступенчатой торцевой рабочей поверхностью в виде двух криволинейных поверхностей большого и малого контуров и, образованной между ними на поверхности плоского элемента, кольцевой поверхности, а периметры указанных контуров образованы, каждый, посредством дугообразных элементов большого радиуса, одного для каждого контура размера, дисковый модуль выполнен с многогранным отверстием с возможностью монтажа на многогранном валу с чередованием втулками, взаимного перекрытия плоских элементов сопряженных дисковых модулей близлежащих валов и образования между их ступенчатыми торцевыми рабочими поверхностями Z-образного гарантированного зазора при синхронном вращении валов, согласно изобретению, каждая из криволинейных поверхностей большого и малого контуров в местах соединения ее дугообразных элементов большого радиуса выполнена по радиусу сопряжения в виде дугообразных элементов малого радиуса, с размерами, отличными для каждой из указанных криволинейных поверхностей, которые, совместно с кольцевой поверхностью, размещенной между ними на плоском элементе, выполнены с возможностью образования ступенчатой торцевой рабочей поверхности, при этом количество дугообразных элементов большого и малого радиусов каждого контура одинаково и ограничено выражением (2+n),
где n - целое число больше или равно единице,
при этом дисковый модуль выполнен в виде устройства из соединенных между собой посредством сварки стальных деталей: диска, плоского элемента и втулки, диск оборудован на второй боковой стороне втулкой, плоский элемент выполнен в виде кольца, ограниченного изнутри контуром поверхности центрального отверстия, диаметром, превышающим наружный диаметр втулки, дисковый модуль выполнен с возможностью размещения торцом втулки в центральном отверстии плоского элемента, предыдущего, установленного на общий вал, модульного диска, и с возможностью размещения в центральном отверстии его плоского элемента торца втулки следующего за ним, установленного на общий вал, дискового модуля.
Кроме того, каждый из контуров указанных криволинейных поверхностей выполнен из, чередующихся между собой, дугообразных элементов: трех большого радиуса и трех малого радиуса, оптимально - различных для каждого контура, при этом, величины радиусов номинально выполнены в соответствии со следующими соотношениями:
для большого контура 0.5D<R<0,866D, 0<r<0,5D,
1
1
1
1
1
для малого контура 0.5D<R≤0,866D, 0≤r<0,5D,
где D - диаметр описанной окружности большого контура;
R - большой радиус большого контура;
r - малый радиус большого контура:
1
D - диаметр описанной окружности малого контура;
1
R - большой радиус малого контура;
1
r - малый радиус малого контура;
- позволит оптимизировать размеры элементов дискового модуля и расширить номенклатуру квалифицируемых материалов.
При этом номинальные размеры элементов большого и малого контуров дискового модуля дополнительно выполнены в соответствии со следующими соотношениями:
для большого контура , или R≈0,866D-0,732r,
1
1
1
D=2(L-R-r-s)+D,
1
1
1
для малого контура , или R≈0,866D-0,732r,
1
D=2(L-R-r-s)+D,
где D - диаметр описанной окружности большого контура;
R - большой радиус большого контура;
r - малый радиус большого контура;
1
D - диаметр описанной окружности малого контура;
1
R - большой радиус малого контура;
1
r - малый радиус малого контура;
L - межосевое расстояние размещения валов;
s - ширина каждой поперечной составляющей Z-образного зазора между сопряженными дисковыми модулями соседних валов.
При этом поверхность контура центрального отверстия плоского элемента выполнена с установочными пазами.
Плоский элемент выполнен с пазами и/или сквозными цилиндрическими или треугольного вида отверстиями под приварку к диску.
Поверхность контура центрального отверстия кольцевого элемента оборудована 1÷8 центрирующими выступами, а открытый торец втулки выполнен с аналогичным количеством противолежащих пазов, каждый дисковый модуль выполнен с возможностью сопряжения с одной стороны пазами его втулки с центрирующими выступами плоского элемента предыдущего, установленного на общий вал, дискового модуля, а с другой стороны - центрирующими выступами его плоского элемента с пазами втулки последующего, установленного на общий вал, дискового модуля.
При этом дисковый модуль выполнен с возможностью монтажа на каждый второй вал сепаратора с разворотом вдоль оси вала на 180° относительно его монтажа на каждом первом валу.
Выполнение каждой криволинейной поверхности большого и малого контуров в местах соединения ее дугообразных элементов большого радиуса по радиусу сопряжения в виде, дугообразных элементов малого радиуса, с размерами, отличными для каждой из указанных криволинейных поверхностей, выполненных совместно с кольцевой поверхностью, размещенной между ними на плоском элементе, с возможностью образования ступенчатой торцевой рабочей поверхности, и ограниченных одинаковым количеством дугообразных элементов большого и малого радиусов каждого контура согласно выражению (2+n),
где: n - целое число больше или равно единице;
- позволит расширить номенклатуру квалифицируемых сепаратором материалов и оптимизировать размеры элементов дискового модуля, а также обеспечить возможность образования поперечных составляющих Z-образного зазора постоянной расчетной ширины.
Выполнение при этом дискового модуля в виде устройства из соединенных между собой посредством сварки стальных деталей: диска, плоского элемента и втулки, оборудование диска на второй боковой стороне втулкой, выполнение плоского элемента в виде кольца, ограниченного изнутри контуром поверхности центрального отверстия, диаметром, превышающим наружный диаметр втулки, выполнение дискового модуля с возможностью размещения торцом втулки в центральном отверстии плоского элемента близлежащего, установленного на общий вал перед ним, модульного диска, и с возможностью размещения в центральном отверстии его плоского элемента торца втулки следующего за ним, установленного на общий вал, дискового модуля, позволит снизить металлоемкость устройства, и трудоемкость монтажных и демонтажных работ при изготовлении и ремонте.
Кроме того, выполнение каждого из контуров указанных криволинейных поверхностей из, чередующихся между собой дугообразных элементов: трех большого радиуса и трех малого радиуса, оптимально - различных для каждого контура, с величинами радиусов номинально выполненными в соответствии со следующими соотношениями:
для большого контура 0.5D<R<0,866D, 0<r<0,5D,
1
1
1
1
1
для малого контура 0.5D<R≤0,866D, 0≤r<0,5D,
где: D - диаметр описанной окружности большого контура;
R - большой радиус большого контура;
r - малый радиус большого контура;
1
D - диаметр описанной окружности малого контура;
1
R - большой радиус малого контура;
1
r - малый радиус малого контура;
- позволит расширить номенклатуру квалифицируемых сепаратором материалов, оптимизировать размеры элементов дискового модуля и обеспечить возможность образования поперечных составляющих Z-образного зазора постоянной расчетной ширины.
При этом выполнение номинальных размеров элементов большого и малого контуров дополнительно в соответствии со следующими соотношениями:
для большого контура , или R≈0,866D-0,732r,
1
1
1
D=2(L-R-r-s)+D,
1
1
1
для малого контура , или R≈0,866D-0,732r,
1
D=2(L-R-r-s)+D,
где: D - диаметр описанной окружности большого контура;
R - большой радиус большого контура;
r - малый радиус большого контура;
1
D - диаметр описанной окружности малого контура;
1
R - большой радиус малого контура;
1
r - малый радиус малого контура;
L - межосевое расстояние размещения валов;
s - ширина каждой поперечной составляющей Z-образного зазора между сопряженными дисковыми модулями соседних валов;
- позволит оптимизировать размеры элементов дискового модуля и обеспечить расчетную постоянную ширину поперечных составляющих Z-образного зазора.
Выполнение поверхности контура центрального отверстия плоского элемента с установочными пазами позволит обеспечить технологичность сборочных операций и, соответственно, снизить их трудоемкость.
Выполнение плоского элемента с пазами и/или сквозными цилиндрическими или треугольного вида отверстиями под приварку к диску, позволит обеспечить технологичность сварочных операций.
Оборудование поверхности контура центрального отверстия плоского элемента 1÷8 центрирующими выступами, выполнение первого торца втулки с аналогичным количеством противолежащих пазов, выполнение каждого дискового модуля с возможностью сопряжения с одной стороны - пазами его втулки с центрирующими выступами плоского элемента предыдущего, установленного на общий вал, дискового модуля, а с другой стороны - центрирующими выступами его плоского элемента с пазами втулки последующего, установленного на общий вал, дискового модуля, позволит на валу дополнительно соединить дисковые модули между собой, улучшить динамические и прочностные характеристики конструкции и, соответственно, надежность ее в эксплуатации.
Выполнение дискового модуля с возможностью монтажа на каждый второй вал сепаратора с разворотом вдоль оси вала на 180° относительно его монтажа на каждом первом валу позволит унифицировать элементы конструкции.
В целом, указанные преимущества позволяют обеспечить достижение заявляемого технического результата и повысить экономичность конструкции дисковых модулей и расширить функциональные возможности их применения.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1 - фиг. 13.
На фиг. 1 представлен вид сверху на узел сопряжения дисковых модулей близлежащих валов сепаратора; на фиг. 2 - поперечное сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант поперечного сечения А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - дисковый модуль, вид сбоку; на фиг. 5 - вариант дискового модуля, вид сбоку; на фиг. 6 - вариант дискового модуля, вид сбоку; на фиг. 7 - плоский элемент, вид спереди; на фиг. 8 - выносной элемент Б на фиг. 7 вариант; на фиг. 9 - выносной элемент Б на фиг. 7 вариант; на фиг. 10 - вариант дискового модуля, вид сбоку; фиг. 11 - дисковый модуль, вид спереди; на фиг. 12 - дисковый модуль, поперечное сечение В-В на фиг. 11; на фиг. 13 - узел сопряжения дисковых модулей, поперечное сечение Г-Г (повернуто) на фиг. 1; на фиг. 14 расчетная схема взаимодействия контуров двух сопряженных дисковых модулей.
Позициями на фиг. 1 - фиг. 14 обозначены:
1 - дисковый модуль,
2 - первый вал,
3 - второй вал,
4 - диск,
5 - первая боковая сторона,
6 - плоский элемент,
7 - многогранное отверстие,
8 - втулка,
9 - вторая боковая сторона,
10 - криволинейная поверхность большого контура,
11 - криволинейная поверхность малого контура,
12 - дугообразный элемент большого радиуса большого контура,
13 - дугообразный элемент малого радиуса большого контура,
14 - дугообразный элемент большого радиуса малого контура,
15 - дугообразный элемент малого радиуса малого контура,
16 - кольцевая поверхность,
17 - рабочая поверхность,
18 - ступица,
19 - центральное отверстие,
20 - установочный паз,
21 - паз,
22 - отверстие,
23 - отверстие,
24 - центрирующий выступ,
25 - паз,
26 - Z-образный зазор,
27 - классифицируемый материал,
28 - ячейка просеивания.
Осуществление изобретения, (первый вариант).
Дисковый модуль 1, выполненный с возможностью размещения на многогранных каждых первых 2 и вторых 3 валах (представлен вариант с квадратным сечением вала) сепаратора, состоит из диска 4 и, смонтированного на его первой боковой стороне 5, плоского элемента 6 (фиг. 1). Дисковый модуль оборудован сквозным центральным многогранным отверстием 7 (фиг. 2) с возможностью монтажа на первом и втором валах с чередованием втулками 8, каждая из которых своими торцами размещена между второй боковой стороной 9 диска 4 и боковой стороной плоского элемента 6.
Торец плоского элемента 6 (фиг. 2) образован криволинейной поверхностью большого контура 10. Торец диска 4 образован криволинейной поверхностью малого контура 11.
Криволинейная поверхность большого контура 10 образована посредством чередования между собой дугообразных элементов большого радиуса 12 большого контура и дугообразных элементов малого радиуса 13 большого контура (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 7, фиг. 11, фиг. 13). Криволинейная поверхность малого контура 11 образована посредством чередующихся между собой дугообразных элементов большого радиуса 14 малого контура и малого радиуса 15 малого контура. Каждая из криволинейных поверхностей большого 10 или малого 11 контуров в местах соединения ее дугообразных элементов большого радиуса, соответственно, 12 или 14 выполнена по радиусу сопряжения в виде дугообразных элементов малого радиуса, соответственно, 13 или 15, с размерами, отличными для каждой из указанных криволинейных поверхностей. Криволинейные поверхности большого и малого контуров совместно с кольцевой поверхностью 16, размещенной между указанными криволинейными поверхностями на плоском элементе 6, выполнены с возможностью образования ступенчатой торцевой рабочей поверхности 17 (фиг. 1, фиг. 12), при этом количество дугообразных элементов большого и малого радиусов каждого из контуров одинаково и ограничено выражением (2+n),
где n - целое число больше или равно единице.
На фиг. 2 представлен дисковый модуль с четырехугольными контурами криволинейных поверхностей, выполненными в соответствии указанным соотношением при n=2, а на фиг. 3 - дисковый модуль с треугольными контурами криволинейных поверхностей, выполненный в соответствии с указанным соотношением при n=1.
Размеры элементов треугольных контуров криволинейных поверхностей диска 4 и плоского элемента 6 определены в соответствии со схемой на фиг. 14. При этом минимальный размер большого радиуса R кривизны криволинейной поверхности большого контура (стороны криволинейного трехстороннего равностороннего большого контура), вписанного в окружность диаметром D, ограничен размером 0.5D. Максимальная величина радиуса R равна размеру стороны вписанного в окружность диаметром D равностороннего треугольника, когда r=0. Из геометрии известно, что сторона вписанного в окружность равностороннего треугольника равна
тогда получаем неравенство для радиуса:
0.5D<R<0,866D.
1
Вывод неравенства определения большого радиуса R малого контура аналогичен, т.е.
1
1
1
0.5D<R≤0,866D.
С учетом изложенного, размеры малого радиуса ограничены следующими неравенствами:
для большого контура 0<r<0,5D,
1
1
для малого контура 0≤r<0,5D.
Кроме того, номинальные размеры элементов большого и малого контуров дополнительно выполнены в соответствии со следующими соотношениями:
для большого контура , или R≈0,866D-0,732r,
1
1
1
D=2(L-R-r-s)+D,
1
1
1
для малого контура , или R≈0,866D-0,732r,
1
D = 2(L-R-r-s)+D,
где D - диаметр описанной окружности большого контура;
R - большой радиус большого контура;
r - малый радиус большого контура;
1
D - диаметр описанной окружности малого контура;
1
R - большой радиус малого контура;
1
r - малый радиус малого контура;
L - межосевое расстояние размещения валов;
s - ширина каждой поперечной составляющей Z-образного зазора между сопряженными дисковыми модулями соседних валов.
Вывод указанных соотношений произведен с использованием схемы на фиг. 14,
где
а - сторона вписанного в окружность диаметром D равностороннего треугольника;
b - сторона равностороннего треугольника с вершинами, расположенными в совпадающих центрах окружностей большого и малого радиусов большого контура, и окружностей большого и малого радиусов малого контура.
При этом
b=R-r, , ,
подставляя, получим
, или R≈0,866D 0,732r.
Аналогично определены параметры малого контура дискового модуля.
Соотношения параметров элементов большого и малого контуров во взаимосвязи с размером межосевого расстояния валов - L и размером ширины - s, каждой поперечной составляющей Z-образного зазора, образованного между сопряженными дисковыми модулями соседних валов также следуют из схемы на фиг. 14.
На фиг. 4 представлен вариант дискового модуля, выполненный в виде устройства из, соединенных между собой соосно посредством сварки, стальных деталей: диска 4, плоского элемента 6 и ступицы 18. Плоский элемент 6 выполнен в виде диска, с возможностью установки на вал многогранным отверстием 7. Ступица 18 выполнена цилиндрической с наружным диаметром меньше внутреннего диаметра втулки 8 с возможностью размещения внутри втулки 8 и установки на вал многогранным отверстием 7. При этом дисковые модули выполнены с возможностью установки на вал с чередованием втулками, путем размещения каждой из них своей одной торцевой частью на боковой стороне плоского элемента предыдущего дискового модуля, а противоположной торцевой частью на второй боковой стороне 9 диска последующего дискового модуля и монтажа поверхностью внутреннего диаметра указанной втулки на поверхности наружного диаметра его ступицы 18.
На фиг. 5 представлен вариант дискового модуля, выполненный в виде устройства из, соединенных между собой соосно посредством сварки, стальных деталей: диска 4, плоского элемента 6 и ступицы 18. Плоский элемент выполнен в виде кольца, ограниченного изнутри поверхностью центрального отверстия 19 с диаметром, превышающим наружный диаметр втулки 8, и с возможностью размещения в нем торцевой части втулки. Ступица 18 выполнена цилиндрической с наружным диаметром меньше внутреннего диаметра втулки 8 с возможностью размещения внутри втулки 8 и установки на вал многогранным отверстием 7. При этом дисковые модули выполнены с возможностью установки на вал с чередованием втулками, путем размещения каждой из них своей одной торцевой частью через центральное отверстие 19 в плоском элементе на первой боковой стороне 5 диска дискового модуля, а противоположной торцевой частью -на второй боковой стороне 9 диска последующего дискового модуля и монтажа поверхностью внутреннего диаметра указанной втулки на поверхности наружного диаметра его ступицы 18.
На другом варианте (фиг. 6) дисковый модуль дополнительно оборудован приварной втулкой 8, закрепленной своей торцевой частью через центральное отверстие 19 в плоском элементе 6 на первой боковой стороне 5 диска 4. При этом дисковые модули выполнены с возможностью установки на вал и размещения торцевой частью своей втулки 8 на второй боковой стороне 9 диска предыдущего дискового модуля и монтажа при этом поверхностью внутреннего диаметра указанной втулки на наружной цилиндрической поверхности его ступицы 18, а также размещения на второй боковой поверхности своего диска торца втулки, последующего, установленного на вал дискового модуля, при одновременном размещении указанной втулки на цилиндрической поверхности его ступицы.
Поверхность центрального отверстия 19 плоского элемента 6 выполнена с установочными пазами 20 (фиг. 7), посредством которых при сборке обеспечивается соосность и угловая ориентация плоского элемента относительно диска 4.
Плоский элемент 6 оборудован пазами 21 (фиг. 7), и/или сквозными цилиндрическими 22 (фиг. 8), или треугольного вида 23 отверстиями (фиг. 9), через которые производится его фиксация сваркой к первой боковой стороне 5 диска.
Кроме того предусмотрено выполнение дискового модуля из резины или пластмассы.
Дисковый модуль выполнен с возможностью монтажа на каждый второй вал 3 сепаратора с разворотом вдоль оси вала на 180° относительно его монтажа на каждом первом валу 2. При этом сопряженные дисковые модули 1 близлежащих валов 2 и 3 взаимно перекрываются с образованием между их рабочими поверхностями 17 Z-образного зазора 24 оптимально постоянных размеров при синхронном вращении валов (фиг. 1). Z-образный зазор 24 содержит две поперечные составляющие шириной - s, соединенные между собой продольной составляющей шириной - f (фиг. 1). При этом указанные поперечные составляющие образованы между криволинейными поверхностями большого 10 и малого 11 контуров сопряженных дисковых модулей соседних, каждого первого 2 и каждого второго 3 валов, а продольная составляющая образована между кольцевыми поверхностями 16 указанных дисковых модулей 1. Оптимально ширина продольной составляющей определяется как разность толщины диска 4 и толщины плоского элемента 6, в этом случае наружные поверхности сопряженных дисковых модулей, образованные боковыми сторонами дисков и плоских элементов не выступают за прилегающую плоскость.
Осуществление изобретения, (второй вариант).
Дисковый модуль 1, выполненный с возможностью размещения на многогранных каждых первых 2 и вторых 3 валах (представлен вариант с квадратным сечением вала) сепаратора, состоит из диска 4 и, смонтированного на его первой боковой стороне 5, плоского элемента 6 (фиг. 1). Дисковый модуль оборудован сквозным центральным многогранным отверстием 7 (фиг. 2) с возможностью монтажа на первом и втором валах с чередованием втулками 8, каждая из которых своими торцами размещена между второй боковой стороной 9 диска 4 и боковой стороной плоского элемента 6.
Торец плоского элемента 6 (фиг. 2) образован криволинейной поверхностью большого контура 10. Торец диска 4 образован криволинейной поверхностью малого контура 11.
Криволинейная поверхность большого контура 10 образована посредством чередования между собой дугообразных элементов большого радиуса 12 большого контура и дугообразных элементов малого радиуса 13 большого контура (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 7, фиг. 11, фиг. 14). Криволинейная поверхность малого контура 11 образована посредством чередующихся между собой дугообразных элементов большого радиуса 14 малого контура и малого радиуса 15 малого контура. Каждая из криволинейных поверхностей большого 10 или малого 11 контуров в местах соединения ее дугообразных элементов большого радиуса, соответственно, 12 или 14 выполнена по радиусу сопряжения в виде дугообразных элементов малого радиуса, соответственно, 13 или 15, с размерами, отличными для каждой из указанных криволинейных поверхностей. Криволинейные поверхности большого и малого контуров совместно с кольцевой поверхностью 16, размещенной между указанными криволинейными поверхностями на плоском элементе 6, выполнены с возможностью образования ступенчатой торцевой рабочей поверхности 17 (фиг. 1, фиг. 12), при этом количество дугообразных элементов большого и малого радиусов каждого из контуров одинаково и ограничено выражением (2+n),
где n - целое число больше или равно единице.
На фиг. 2 представлен дисковый модуль с четырехугольными контурами криволинейных поверхностей, выполненными в соответствии указанным соотношением при n=2, а на фиг. 3 -дисковый модуль с треугольными контурами криволинейных поверхностей, выполненный в соответствии с указанным соотношением при n=1.
При этом дисковый модуль выполнен в виде устройства из соединенных между собой посредством сварки стальных деталей: диска 4, плоского элемента 6 и втулки 8 (фиг. 10). Диск оборудован на второй боковой стороне 9 втулкой 8, плоский элемент выполнен в виде кольца, ограниченного изнутри контуром поверхности центрального отверстия 19, диаметром, превышающим наружный диаметр втулки. Дисковый модуль выполнен с возможностью размещения торцом втулки 8 через центральное отверстие 19 плоского элемента на второй боковой стороне 9 диска, близлежащего, установленного на общий вал перед ним, дискового модуля, и с возможностью размещения на второй боковой стороне своего диска через центральное отверстие плоского элемента торца втулки следующего за ним, установленного на общий вал, дискового модуля.
Размеры элементов треугольных контуров криволинейных поверхностей диска 4 и плоского элемента 6 определены в соответствии со схемой на фиг. 14. При этом минимальный размер большого радиуса R кривизны криволинейной поверхности большого контура (стороны криволинейного трехстороннего равностороннего большого контура), вписанного в окружность диаметром D, ограничен размером 0.5D. Максимальная величина радиуса R равна размеру стороны вписанного в окружность диаметром D равностороннего треугольника, когда r=0. Из геометрии известно, что сторона вписанного в окружность равностороннего треугольника равна
или 0,866D,
тогда получаем неравенство для радиуса:
0.5D<R<0,866D.
1
Вывод неравенства определения большого радиуса R малого контура аналогичен, т.е.
1
1
1
0.5D<R≤0,866D.
С учетом изложенного, размеры малого радиуса ограничены следующими неравенствами:
для большого контура 0<r<0,5D,
1
1
для малого контура 0≤r<0,5D.
Кроме того, номинальные размеры элементов большого и малого контуров дополнительно выполнены в соответствии со следующими соотношениями:
для большого контура , или R≈0,866D-0,732r,
1
1
1
D=2(L-R-r-s)+D,
1
1
1
для малого контура , или R≈0,866D-0,732r,
1
D=2(L-R-r-s)+D,
где D - диаметр описанной окружности большого контура;
R - большой радиус большого контура;
r - малый радиус большого контура;
1
D - диаметр описанной окружности малого контура;
1
R - большой радиус малого контура;
1
r - малый радиус малого контура;
L - межосевое расстояние размещения валов;
s - ширина каждой поперечной составляющей Z-образного зазора между сопряженными дисковыми модулями соседних валов.
Вывод указанных соотношений произведен с использованием схемы на фиг. 13,
где
а - сторона вписанного в окружность диаметром D равностороннего треугольника;
b - сторона равностороннего треугольника с вершинами, расположенными в совпадающих центрах окружностей большого и малого радиусов большого контура, и окружностей большого и малого радиусов малого контура.
При этом
b=R-r, , ,
подставляя, получим
, или R≈0,866D-0,732r.
Аналогично определены параметры малого контура дискового модуля.
Соотношения параметров элементов большого и малого контуров во взаимосвязи с размером межосевого расстояния валов - L и размером ширины - s, каждой поперечной составляющей Z-образного зазора, образованного между сопряженными дисковыми модулями соседних валов также следуют из схемы на фиг. 14.
Поверхность центрального отверстия 19 плоского элемента 6 выполнена с установочными пазами 20 (фиг. 7), посредством которых при сборке обеспечивается соосность и угловая ориентация плоского элемента относительно диска 4.
Плоский элемент 6 оборудован пазами 21 (фиг. 7), и/или сквозными цилиндрическими 22 (фиг. 8), или треугольного вида 23 отверстиями (фиг. 9), через которые производится его фиксация сваркой к первой боковой стороне 5 диска.
Поверхность центрального отверстия 19 плоского элемента 6 оборудована 1÷8 центрирующими выступами 24, а открытый торец втулки выполнен с аналогичным количеством противолежащих пазов 25 (фиг. 11 и фиг. 12).
На фиг. 11 и фиг. 12 представлен вариант выполнения дискового модуля с оборудованной центрирующими выступами 24 (показаны 4 выступа) поверхностью центрального отверстия 19 плоского элемента 6, при этом открытый торец втулки 8 выполнен с противолежащими пазами 25. Каждый дисковый модуль выполнен с возможностью сопряжения с одной стороны пазами его втулки 8 с центрирующими выступами плоского элемента предыдущего, установленного на общий вал, дискового модуля, а с другой стороны - центрирующими выступами его плоского элемента с пазами втулки последующего, установленного на общий вал, дискового модуля.
Кроме того, центрирующие выступы 24 наделены функцией установочных элементов.
Кроме того, дисковый модуль оборудован шестиугольным многогранным отверстием 7 с возможностью сопряжения с валом шестиугольного поперечного сечения.
Дисковый модуль выполнен с возможностью монтажа на каждый второй вал 3 сепаратора с разворотом вдоль оси вала на 180° относительно его монтажа на каждом первом валу 2.
Заявляемое изобретение используется в конструкциях сепараторов, - классификаторов материалов по размерам, как рабочий элемент оборудования, каждого, из валов 2 и 3. На каждый вал (фиг. 1) сквозным многогранным центральным отверстием 7 последовательно насаживается и фиксируется расчетное количество дисковых модулей 1. Валы устанавливаются на раме сепаратора с шагом - L между их продольными осями и приводятся в синхронное вращение посредством привода и ременных или цепных передач.
При этом сопряженные дисковые модули 1 близлежащих валов 2 и 3 взаимно перекрываются с образованием между их рабочими поверхностями 17 Z-образного зазора 26 оптимально постоянных размеров при синхронном вращении валов (фиг. 1). Z-образный зазор содержит две поперечные составляющие шириной - s, соединенные между собой продольной составляющей шириной - f (фиг. 1). При этом указанные поперечные составляющие образованы между криволинейными поверхностями большого 10 и малого 11 контуров сопряженных дисковых модулей соседних, каждого первого 2 и каждого второго 3 валов, а продольная составляющая образована между кольцевыми поверхностями 16 указанных дисковых модулей 1. Оптимально ширина продольной составляющей определяется как разность толщины диска 4 и толщины плоского элемента 6. В этом случае наружные поверхности сопряженных дисковых модулей, образованные боковыми сторонами дисков и плоских элементов, не выступают за виртуальные прилегающие плоскости.
Дисковые модули фиксируются между собой по длине вала посредством втулки 8. Изменяя величины больших 12 и 14 и малых 13 и 15 радиусов дугообразных элементов криволинейных поверхностей большого 10 и малого 11 контуров при изготовлении дисковых модулей, с учетом приведенных в изобретении соотношений, изменять динамическое воздействие рабочих поверхностей 17 дисковых модулей, на классифицируемый материал 27 (фиг. 12). Указанное позволит сепарировать материалы с различными требованиями к деликатности воздействия, при этом оставляя в целом конструкцию сепаратора неизменной, в частности - конструкцию рамы и валов 2 и 3.
Например, при увеличении малого радиуса дугообразного элемента криволинейной поверхности контура диска уменьшается амплитуда передаваемых на классифицируемый материал вертикальных и горизонтальных толчков и перемещение приобретает более плавный характер. При этом отпадает необходимость в использовании дисковых модулей с рабочими поверхностями в виде криволинейных поверхностей четырехсторонних или пятисторонних контуров, применяемых для этих же целей в аналогичных устройствах.
При разработке конструкции дискового модуля определяющим является требуемый максимальный размер отделяемого при классификации материала, который ограничен размерами просеивающей ячейки 28 (фиг. 1 и фиг. 13). Размеры ячейки в продольном направлении - «х» (направлении перемещения материала) определяют размер наружного диаметра втулок 8 и шаг L - межосевого расстояния валов на сепараторе. Размеры ячейки в направлении поперек перемещения материала - «у» ограничивает открытая (видимая) длина втулки 8. При этом размеры элементов дисковых модулей по криволинейным поверхностям большого и малого контуров определяют величину перекрытия рабочих поверхностей сопряженных дисковых модулей соседних валов, а также величину зазоров «s» в местах их сопряжения, которые необходимы для обеспечения условий эксплуатации сепаратора. При работе сепаратора элементы сопряженных дисковых модулей соседних валов, синхронно поворачиваясь, как-бы реверсивно-поступательно перемещают Z-образный зазор 26 (фиг. 1) вслед изменяющейся геометрии проекции на горизонтальную плоскость, ограничивающих указанный зазор криволинейных поверхностей их большого 10 и малого 11 контуров и кольцевых поверхностей 16.
Приведенные в изобретении соотношения позволяют рассчитать оптимальные геометрические характеристики дискового модуля исходя из размера требуемой классификации материала. Величина поперечного зазора s - является фактором, учитывающим допуски и отклонения при изготовлении деталей и узлов, суммируемые с динамическими характеристиками при эксплуатации (фиг. 1 и фиг. 14).
Толщина диска 4 является категорией прочности, кроме того она определяет, совместно с толщиной плоского элемента 6, ширину криволинейных поверхностей большого 10 и малого 11 контуров и, соответственно, ширину рабочей поверхности 17 (фиг. 1) дискового модуля, взаимодействующей с классифицируемым материалом 27 (фиг. 13). Размеры и конфигурация элементов криволинейных поверхностей большого и малого контуров, полученные с использованием приведенных в изобретении соотношений, являются оптимальными, гарантируют постоянство расчетных поперечных зазоров между сопрягаемыми дисковыми модулями соседних валов сепаратора, и снижают вероятность заклинивания при работе. Кроме того, размеры и конфигурация элементов криволинейных поверхностей большого и малого контуров определяют степень воздействия на классифицируемый материал - ударное или мягкое, параметры транспортировки классифицируемого материала вдоль сепаратора, а также, совместно с размерами втулок (наружным диаметром и длиной) и межосевым расстоянием валов, определяют величину ячеек просеивания и, соответственно, размеры классификации материала.
Изменяя величины больших и малых радиусов дугообразных элементов большого и малого криволинейных контуров при изготовлении дисковых модулей, с учетом указанных соотношений, возможно изменять динамическое воздействие рабочей поверхности, образованной криволинейными поверхностями контуров 7 и 16 дисковых модулей, на классифицируемый материал 25 (фиг. 8), т.е. сепарировать материалы с различными требованиями к деликатности воздействия, при этом оставляя в целом конструкцию сепаратора неизменной, в частности - конструкцию рамы, валов 2 и межосевое расстояние между валами L (фиг. 7 и фиг. 8). Например, при увеличении малого радиуса дугообразного элемента криволинейной поверхности контура диска уменьшается амплитуда передаваемых на классифицируемый материал вертикальных и горизонтальных толчков и перемещение приобретает более плавный характер. При этом отпадает необходимость в использовании дисковых модулей с рабочими поверхностями в виде криволинейных поверхностей четырехсторонних или пятисторонних контуров, применяемых для этих же целей в аналогах.
Из рассмотренного видно, что введение совокупности отличительных признаков изобретения позволяет, по сравнению с прототипом, повысить экономичность конструкции в результате снижения материалоемкости дискового модуля, а также расширить функциональные возможности устройства.
На заявляемое устройство дискового модуля разработана техническая документация и изготовлены опытные образцы сепараторов с валами, оборудованными указанными дисковыми модулями.
Стендовые и эксплуатационные испытания опытных образцов показали их экономичность при изготовлении и эксплуатации, а также более широкие функциональные возможности по сравнению с импортными аналогами. В настоящее время ведется подготовка к серийному производству.