КОНУСНАЯ ИНЕРЦИОННАЯ ДРОБИЛКА С УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМ УПЛОТНЕНИЕМ
CONICAL INERTIAL CRUSHER WITH IMPROVED SEAL

Изобретение относится к области тяжелого машиностроения, к дробильному измельчительному оборудованию, в частности к конусным дробилкам, и может быть использовано в технологических процессах строительной и горно-обогатительной отраслей промышленности.
В настоящее время наиболее инновационной конструкцией для дробления материалов является конусная инерционная дробилка. Конструкция упомянутой машины представляет собой сложный и трудоемкий в эксплуатации, но эффективный агрегат с хорошими технологическими показателями. Основная проблема при совершенствовании его конструкции заключается в необходимости сочетать высокие эксплуатационные свойства с надежностью, экономичностью, защитой от сбоев и требованиями к простоте в эксплуатации и сервисном обслуживании.
Из уровня техники известно, что конусная инерционная дробилка содержит корпус с наружным конусом и размещенным внутри него внутренним конусом, обращенные друг к другу поверхности которых образуют камеру дробления. На приводном валу внутреннего подвижного конуса установлен дебаланс, приводимый во вращение трансмиссией. При вращении дебаланса создается центробежная сила, заставляющая внутренний конус обкатываться по наружному конусу без зазора, если в камере дробления нет перерабатываемого материала (на холостом ходу); или через слой дробимого материала.
Для соблюдения динамического равновесия конструкция дробилки содержит противодебаланс, иначе говоря, дополнительный неуравновешенный дебаланс, который устанавливается в противофазе к дебалансу и генерирует свою собственную центробежную силу, направленную противоположно центробежным силам внутреннего конуса и его дебаланса. Упомянутые силы компенсируют друг друга, что приводит к снижению вибрационных нагрузок на элементы дробилки.
Из камеры дробления дробимый материал под действием собственного веса попадает в зону выгрузки готовой продукции, расположенную внутри корпуса. Таким образом, в упомянутой зоне выгрузки неизбежно и постоянно образуется постоянный поток твердых частиц различного размера от элементов мельчайшей пыли до крупных частей материала.
Все подвижные элементы машины работают с использованием масляных смазок. Масло подается на все подвижные части машины из единой системы, включающей маслопровод, систему фильтров и маслостанцию, подающую масло под давлением в маслопровод.
В некоторых пустотах между рабочими частями машины образуются зоны так называемого масляного тумана. Одна из областей масляного тумана расположена под подвижным внутренним конусом вокруг сферической опоры внутреннего конуса.
Важным элементом конструкции конусной дробилки является устройство, предотвращающее проникновение перерабатываемого материала и других видов твердых частиц во внутреннюю рабочую зону машины, заполненную масляным туманом.
Дополнительная сложность заключается в том, что внутренний конус совершает в процессе работы сложное движение вращения-качания с непредсказуемыми углом отклонения и скоростью вращения.
При попадании в область масляного тумана твердых частиц рабочие свойства масла ухудшаются, частицы пыли оказывают абразивное действие на сопряженные поверхности. Подвижные элементы машины получают недостаточно смазки, характеристики упомянутых сопряженных поверхностей изменяются, вследствие этого увеличиваются зазоры в подшипниках скольжения, ускоряется износ рабочих поверхностей вплоть до выхода из строя деталей машины и их вынужденной замены.
Кроме того, маслопроводы и масляные фильтры забиваются посторонними включениями, следовательно, фильтры и собственно масло требует частой замены, одновременно растут энергозатраты.
Известно изобретение «Гирационная дробилка с уплотнением» (GYRATORY CRUSHER HAVING A SEALING ARRANGEMENT) WO 2012/005651 A1, приоритетные данные 09.07.2010, SE20100050770, которое принимается за прототип.
Согласно этому изобретению известная конструкция гирационной дробилки содержит корпус, внешний конус, внутренний конус, опертый на сферическую опору, на вертикальном валу которого установлен дебаланс. Зона масляного тумана расположена снизу внутреннего подвижного конуса и отделена от остальной зоны внутри корпуса системой уплотнения.
Система уплотнения включает в себя кольцевую уплотняющую манжету, выполненную из эластичного материала, содержащую две уплотнительные кромки, соединенные перемычкой, в «Н»-образной форме. Манжета закреплена на выступе сферической опоры, верхние края уплотнительных кромок выполнены разной высоты таким образом, чтобы они плотно прилегали к нижней сферической поверхности внутреннего конуса.
В перемычке между кромками по всему периметру кольцевой манжеты расположены отверстия, через которые от компрессора по специальному воздуховоду под давлением подается воздух. Воздух создает избыточное давление в области, ограниченной кромками и нижней сферической поверхностью внутреннего конуса. Избыточное давление воздуха прижимает внутреннюю кромку к поверхности конуса, не позволяя маслу вытекать, при этом излишки воздуха под давлением выходят, образуя щель между поверхностью конуса и внешней кромкой и не позволяя твердым частицам проникать внутрь. Таким образом, между масляной средой и зоной выгрузки готового продукта создается многоступенчатый барьер, состоящий из двух эластичных кромок и зоны повышенного воздушного давления, а эластичность материала кромок позволят конусу совершать движение вращения-качания, не нарушая герметичность барьера.
Однако на практике такое техническое решение имеет ряд существенных недостатков.
В процессе эксплуатации на нижнюю сферическую поверхность внутреннего конуса налипает масляный субстрат, состоящий из отработанного загустевшего масла и частиц пыли, который нарушает однородность сферической поверхности конуса, поэтому внутренняя кромка скользит по негладкой поверхности и не так идеально прилегает к поверхности. Вследствие этого масляный субстрат проникает внутрь воздушной зоны, нарушая расчетное давление. С другой стороны, внешняя кромка пропускает внутрь воздушной зоны частицы пыли. В воздушной зоне из-за изменений параметров плотности среды нарушается расчетное давление, забиваются воздухопроводящие отверстия и воздуховод, что приводит к недостаточному количеству объема воздуха, что в свою очередь приводит к еще большей потери давления. Эластичные кромки с течением времени теряют гибкость и слабее прилегают к поверхности и увеличивают пропускную способность. В результате частицы пыли проникают через внешнюю и внутреннюю кромки в область масляного тумана, ухудшая рабочие характеристики масла.
Для создания зоны избыточного давления требуется специальная система, состоящая из воздушного компрессора с собственным электродвигателем, пневмопровода, воздушных фильтров. Эта система требует собственного обслуживания.
Таким образом, предложенная система уплотнения оказывается излишне сложной и недостаточно надежной.
Целью настоящего изобретения является создание такой конструкции уплотняющего узла, который позволяет герметично изолировать две среды внутри корпуса дробильного агрегата: область масляного тумана и область выгрузки готового продукта. Одновременно уплотняющий узел должен позволять внутреннему конусу без ограничений совершать движение вращения-качания по случайной траектории, быть простым в установке и разборке, экономичным и надежным в эксплуатации.
Поставленная цель может быть достигнута за счет применения уплотняющего элемента принципиально новой конструкции, создающего неразрывную физическую преграду между двумя изолируемыми средами, а также за счет применения усовершенствованного крепления уплотняющего элемента. Крепление должно с одной стороны удерживать уплотняющий элемент на своем месте, когда конус совершает движение качания, с другой стороны должно позволять внутреннему конусу свободно совершать движение вращения без нарушения изолирующей функции.
Поставленные задачи решаются в инерционной конусной дробилке, которая содержит:
опертый на фундамент через эластичные амортизаторы корпус, наружный конус и размещенный внутри него на сферической опоре внутренний конус, образующие между собой камеру дробления, соединенную с зоной выгрузки готовой продукции,
на приводном валу внутреннего конуса с помощью втулки скольжения смонтирован дебаланс с возможностью регулировки его центра тяжести относительно оси вращения,
втулка скольжения дебаланса соединена с трансмиссионной дисковой муфтой, которая соединена с зубчатым колесом и противодебалансом, которые в свою очередь установлены на втулку скольжения таким образом, что зубчатое колесо, противодебаланс и втулка скольжения образуют единый подвижный «динамический узел», который через опорный диск установлен на опертой на фланец неподвижной оси вращения,
фланец жестко закреплен в донной части корпуса дробилки,
а рабочая зона, образованная внутренним конусом и его сферической опорой, отделена от зоны выгрузки готовой продукции по меньшей мере одной системой уплотнения.
Конусная инерционная дробилка отличается следующими характерными признаками:
внутренний конус выполнен с фигурным круговым выступом, расположенным вдоль наружной окружности основания конуса;
сферическая опора внутреннего конуса выполнена с фигурным круговым выступом, расположенным по всему периметру опоры;
система уплотнения состоит из по меньшей мере одного уплотняющего элемента и системы крепления уплотняющего элемента;
уплотняющий элемент выполнен в форме круговой замкнутой манжеты из эластичного материала;
уплотняющий элемент закреплен с одной стороны на фигурном круговом выступе внутреннего конуса при помощи системы крепления, с другой стороны на круговом выступе сферической опоры внутреннего конуса при помощи хомута;
уплотняющий элемент закреплен с возможностью его деформации в любую сторону при отклонении внутреннего конуса от вертикальной оси дробилки на любой угол рабочего диапазона;
система крепления уплотняющего элемента к внутреннему конусу включает элемент лабиринтного уплотнения, выполненный в «U» образной форме, и хомут.
Конусная инерционная дробилка имеет следующие дополнительные отличия.
Уплотняющий элемент может быть выполнен в виде продольно гофрированной манжеты.
Уплотняющий элемент может быть выполнен в виде прямой манжеты.
Уплотняющий элемент может быть выполнен в виде манжеты в форме выгнутого наружу полутора.
Уплотняющий элемент может быть выполнен в виде манжеты в форме вогнутого внутрь полутора.
Дополнительно:
- уплотняющий элемент может быть выполнен с утолщениями в местах креплений хомутов;
- элемент лабиринтного уплотнения может быть выполнен с установочной канавкой в местах креплений хомутов;
- на круговом выступе сферической опоры внутреннего конуса может быть выполнена установочная канавка в месте крепления хомута.
Система крепления уплотняющего элемента к внутреннему конусу может включать элемент лабиринтного уплотнения, выполненный в «U» образной форме со специальным выступом, и прижимное кольцо, закрепляемое на конусе болтами; в этом случае вдоль наружной окружности основания внутреннего конуса выполняется установочная выборка и крепежные отверстия под установку прижимного кольца при помощи установочных болтов.
Сущность настоящего изобретения поясняется следующими фигурами.
На фиг. 1 показана схема инерционной конусной дробилки в поперечном разрезе с указанием расположения изолируемых сред и системы уплотнения.
На фиг. 2 представлен фрагмент внутреннего конуса, фрагмент сферической опоры внутреннего конуса, а также смонтированная на этих элементах система уплотнения при отклонении внутреннего конуса на угол α в поперечном разрезе.
На фиг. 3 представлено три четверти круговой замкнутой манжеты в сборе с системой крепления, в варианте исполнения в форме выгнутого наружу полутора.
На фиг. 4 представлен фрагмент системы уплотнения, демонстрирующий взаимное расположение изолируемых сред и вариант системы крепления уплотняющей манжеты с использованием прижимного кольца.
На фиг. 5 представлены четыре возможных варианта выполнения уплотняющей манжеты.
На фиг. 6 представлен фрагмент системы уплотнения, демонстрирующий взаимное расположение изолируемых сред и вариант системы крепления уплотняющей манжеты.
Изобретение конструктивно реализуется следующим образом.
Корпус 1 установлен на фундамент 9 через эластичные амортизаторы 10. Наружный дробящий конус 2 и внутренний дробящий конус 3 с установленной на нем бронью 15 образуют между собой дробящую камеру. Внутренний конус 3 оперт на сферическую опору 4. На валу 5 внутреннего конуса 3 установлена втулка скольжения дебаланса 12 и дебаланс 6. Втулка 12 жестко соединена с трансмиссионной дисковой муфтой 13. Трансмиссионная муфта 13 жестко соединена с «динамическим узлом», включающим зубчатое колесо 20 , противодебаланс 11 и втулку скольжения 14.
«Динамический узел» установлен на неподвижную ось вращения через опорный диск с возможностью вращения вокруг нее.
Ось вращения оперта на фланец, который жестко закреплен в донной части корпуса 1 при помощи крепежных болтов. Ось вращения и фланец могут быть выполнены как две разные детали, жестко соединенные друг с другом, или как одна цельная деталь, выполняющая роль несущей неподвижной опоры для подвижного «динамического узла».
Динамический узел в свою очередь соединен через зубчатую передачу с узлом приводного вала 17, через который передается крутящий момент от двигателя.
Зона выгрузки готовой продукции 19 является технологическим продолжением дробящей камеры и расположена внутри корпуса дробилки. Рабочая зона 18 расположена между внутренним подвижным конусом 3 и сферической опорой конуса 4.
Фигурный круговой выступ 16 расположен по всей окружности основания внутреннего конуса 3. На круговом выступе 16 смонтирована по крайней мере одна система уплотнения, которая изолирует рабочую зону 18 от зоны выгрузки готовой продукции 19.
Система уплотнения включает по меньшей мере один уплотняющий элемент 21, выполненный в виде круговой замкнутой манжеты из эластичного материала. Манжета 21 закрепляется на фигурном круговом выступе 16 двумя способами: при помощи «U» образного элемента лабиринтного уплотнения 28 (фиг. 6) или при помощи «U» образного элемента лабиринтного уплотнения 22, которое имеет специальный крепежный выступ и за счет этого выступа поддерживается прижимным кольцом 24 (фиг. 4).
Хомут 25 удерживает уплотняющую манжету 21 на элементе лабиринтного уплотнения 22 или 28 . Для дополнительного усиления герметичности данного стыка на манжете могут быть предусмотрены специальные полукруглые утолщения, а на элементах 22 и 28 соответствующие им полукруглые канавки.
Прижимное кольцо 24 жестко закреплено на конусе 3 при помощи болтов 23, установленных по всему периметру фигурного кругового выступа 16 через определенное расстояние, необходимое и достаточное для удержания кольца 24. Для этой цели в конусе 3 выполнены соответствующие болтам установочные отверстия, а также сделана выборка, соответствующая установочным размерам прижимного кольца 24.
Лабиринтное уплотнение 22 смонтировано с возможностью вращения относительно него внутреннего конуса 3 . Для этого между всеми поверхностями трения элемента лабиринтного уплотнения 22, фигурного кругового выступа 16 и прижимного кольца 24 оставлены зазоры, достаточные для проникновения в них масляной смазки и для свободного вращения внутреннего конуса 3 относительно элемента 22, как это показано на фигуре 4.
Лабиринтное уплотнение 28 также смонтировано с возможностью вращения относительно него внутреннего конуса 3 . Для этого между всеми поверхностями трения элемента лабиринтного уплотнения 28 и фигурного кругового выступа 16 оставлены зазоры, достаточные для проникновения в них масляной смазки и для свободного вращения внутреннего конуса 3 относительно элемента 28, но недостаточные для проникновения твердых частиц из зоны 19, как это показано на фигуре 6.
С другой стороны уплотняющая манжета 21 жестко закреплена на круговом выступе 27 сферической опоры внутреннего конуса 4 при помощи хомута 26. В случае если уплотняющая манжета имеет утолщения в местах крепления, на круговом выступе 27 сферической опоры внутреннего конуса выполняется установочная канавка в месте крепления хомута 26.
Собственно уплотняющая манжета 21 может быть выполнена из эластичного материала в любом из вариантов, представленных на фигуре 5: в форме гофрированной манжеты (вариант а), в форме прямой манжеты (вариант b), в форме выгнутого наружу полутора (вариант c) и в форме вогнутого внутрь полутора (вариант d).
Изобретение работает следующим образом.
От двигателя крутящий момент передается на узел приводного вала 17 и на зубчатое колесо 20. Вместе с зубчатым колесом 20 приводится во вращение весь «динамический узел», включающий также втулку скольжения 14 и противодебаланс 11. Далее крутящий момент передается на трансмиссионную дисковую муфту 13.
Трансмиссионная муфта 13 передает крутящий момент втулке скольжения дебаланса 12 и дебалансу 6. Последний развивает центробежную силу и через вал 5 заставляет внутренний конус 3 совершать обкатку по наружному конусу 2 через слой дробимого материала. Из камеры дробления, образованной внутренним 3 и наружным 2 конусами, дробимый материал под действием собственного веса проникает в зону выгрузки готовой продукции 19 .
В рабочем режиме внутренний конус 3 совершает одновременно движение вращения вокруг своей оси и движение качания по случайной траектории с непредсказуемой амплитудой и углом отклонения α , находящимся в диапазоне от от 0º до 5º . Пример качания, то есть отклонения внутреннего конуса 3 от вертикальной оси дробилки на угол α представлен на фигуре 2 . Эластичная манжета 21 в момент отклонения следует за поведением внутреннего конуса 3 , натягивается в сторону отклонения конуса и собирается с другой стороны. При этом при максимальном угле отклонения α полотно манжеты не должно натягиваться до критической величины и риска разрыва, а с другой стороны, не должно сминаться и заламываться.
В случает вращения внутреннего конуса 3 вокруг своей оси фигурный круговой выступ 16 скользит по зазорам элемента лабиринтного уплотнения 22 . При этом эластичная манжета 21 испытывает продольно-диагональное натяжение, сопротивляясь вращательному моменту, и вся система уплотнения остается неподвижной, точкой опоры которой служит жесткое крепление системы к круговому выступу 27 неподвижной сферической опоры 4. Дополнительным фактором, усиливающим сопротивляемость манжеты 21 на изгиб-кручение, может являться ее фигурный рельеф.
Вариант исполнения системы крепления манжеты без прижимного кольца 24 предполагает, что элемент лабиринтного уплотнения 28 удерживается в полном контакте с фигурным круговым выступом 16 за счет пружинящего и поддерживающего воздействия эластичного материала манжеты 21, выполненной специально для этого с запасом по высоте.
Вариант исполнения системы крепления с прижимным кольцом 24 предполагает удержание лабиринтного уплотнения 22 в контакте с фигурным круговым выступом 16 за счет его специального фигурного выступа, который заходит за прижимное кольцо 24. При этом прижимное кольцо 24 захватывает упомянутый выступ и жестко закрепляется на конусе 3 болтами 23, а конус 3 сохраняет подвижность относительно элемента лабиринтного уплотнения 22 .
Таким образом, частицы готовой продукции из зоны выгрузки 19 не проникают сквозь уплотняющую манжету 21, поскольку система не имеет сквозных проникающих отверстий и/или щелей, с другой стороны масло из рабочей зоны 18 проникает не далее зазора между лабиринтным уплотнением 22 или 28 и круговым выступом 16 , дополнительно осуществляя смазку поверхностей трения упомянутых деталей.
Ко всем поверхностям трения дробилки масло поступает через масляный патрубок 8, под давлением подается в масляный канал 7, который проходит через динамический узел, и трансмиссионную дисковую муфту 13. В рабочую зону 18 масло поступает по специальному маслопроводу.
Высота уплотняющей манжеты 21 рассчитывается таким образом, чтобы, с одной стороны, при отклонении конуса 3 на максимально допустимый угол α натяжение манжеты не было критическим и не приводило к разрыву эластичного полотна, с другой стороны, при сборе полотна манжеты не должно происходить заломов и трений из-за излишков полотна.
Важным параметром является плотность полотна эластичного материала уплотняющей манжеты 21, которая рассчитывается исходя из предполагаемых нагрузок, характеристик дробимого материала, давления в зоне выгрузки 19, расчетного срока службы манжеты. Эластичное полотно должно быть достаточно прочным, чтобы выдерживать воздействие дробимого материала со стороны зоны выгрузки 19 , одновременно достаточно эластичным, чтобы растягиваться и собираться, повторяя движение внутреннего конуса 3, и выдерживать нагрузки на изгиб-кручение.
Эластичный материал манжеты 21 может быть дополнительно усилен при помощи армирования для соблюдения требуемых прочностных характеристик, увеличения ее износостойкости и срока службы. Конкретные характеристики манжеты 21 также зависят от типоразмера дробилки, от диаметра внутреннего конуса 3.
Все формы исполнения уплотняющей манжеты 21, представленные на фигуре 5, работают аналогично.
В случае необходимости может быть использована более чем одна такая система уплотнения. В случае необходимости в системе уплотнения может быть использована более чем одна уплотняющая манжета.
Уплотняющая манжета 21 может быть изготовлена из любого эластичного материала, например из резины, каучука, силиконовых или полимерных составов.
Элемент лабиринтного уплотнения 22 или 28 предпочтительно изготовлять из пластиков с антифрикционными и антизадирочными наполнителями, например из капролона.
Обслуживание системы уплотнения включает демонтаж и замену уплотняющей манжеты 21 путем ослабления хомутов 25 и 26, а также снятие и прочистку лабиринтного уплотнения 22 путем снятия болтов 23 и прижимного кольца 24.
Вращение динамического узла и трансмиссионной дисковой муфты дробилки может быть направлено в любую сторону, соответственно движение вращения-качания внутреннего конуса 3 может быть направлено в любую сторону. Предложенная система уплотнения одинаково эффективна вне зависимости от направления вращения.
Предложенная система уплотнения обладает следующими достоинствами.
Универсальность: система может быть установлена на конусных дробилках любого типоразмера.
Простота конструкции: система состоит из простых механических деталей, соединенных между собой простыми механическими способами - болтами и хомутами, не требует никакого вспомогательного оборудования.
Простота и эффективность в работе: система работает за счет физической изоляции различных сред между собой.
Экономичность в обслуживании, обусловленная конструкцией системы: простые, дешевые, легко заменяемые детали и крепления.
Вариант с использованием прижимного кольца является более надежным, но одновременно более сложным и дорогим, может найти свое применение в машинах большего типоразмера и большей мощности; вариант без прижимного кольца более простой и дешевый в изготовлении и монтаже, может быть более продуктивно использован для дробилок меньшего типоразмера и мощности.