МЕЛЬНИЦА ЛАБОРАТОРНАЯ
LABORATORY GRINDER

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройствам для тонкого измельчения материалов, предназначенным для использования в лабораторных условиях. Может найти применение в производстве строительных материалов и других отраслях промышленности для сухого и мокрого помола различных материалов.
Уровень техники
Известна лабораторная мельница, содержащая стакан, закрепляемый в станине посредством байонетного держателя, и установленный в стакане с зазором рабочий орган в виде диска с пазами на нижней рабочей поверхности, закрепленного на валу электропривода (патент на изобретение SU 1576202, МПК В02С 19/08, опубл. 07.07.90 г.). Недостатком такой мельницы является низкая эффективность измельчения.
Известно измельчающее устройство, содержащее конусной формы барабан, установленный с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, и измельчающий рабочий орган в виде валка, поджатого к внутренней поверхности барабана (см. патент RU 2484902, МПК В02С 15/06, опубл. 20.06.2013). Устройство характеризуется низкой интенсивностью измельчения и повышенным налипанием материала на внутреннюю стенку барабана, для очистки которой используют скребок.
Известна мельница для тонкого помола небольших количеств материалов по сухому или мокрому способу (см. патент на изобретение SU 1681956, МПК В02С 19/22, опубл. 07.10.91 г.), содержащая помольную камеру, внутри которой размещен рабочий орган в виде тороидно-винтовой спирали, один конец которой соединен с выходным валом электродвигателя, а другой с осью дополнительной опоры. Использование в качестве измельчающего элемента пружины позволяет существенно повысить интенсивность измельчения материала, попадающего в межвитковое пространство изогнутой спирали. Для обеспечения разгрузки измельченного материала предусмотрена возможность поворота камеры относительно ее неподвижной торцевой стенки.
Известен измельчитель, содержащий цилиндрический корпус с вертикальной осью вращения, внутри которого размещен рабочий орган в виде цилиндрической пружины, нижний конец которой закреплен на фланце приводного вала, а верхний - на фланце полого вала, через который осуществляется загрузка материала (см. патент на изобретение RU 2008973, МПК В02С 19/22, опубл. 15.03.1994). Для повышения интенсивности измельчения внутри основной пружины коаксиально размещают дополнительные.
В качестве наиболее близкого аналога, по наличию признаков, сходных с существенными признаками предлагаемого технического решения, принята конструкция реактора-смесителя, раскрытая в патенте SU 1011234, МПК В01J 19/18, опубл. 15.04.1983 г. Сходными признаками упомянутого реактора-смесителя с предлагаемым устройством являются следующие: наличие корпуса (помольной камеры в форме тела вращения), в котором размещен рабочий орган, включающий расположенный по оси корпуса вал, связанный с приводом вращения, и установленное на валу водило с жестко закрепленными в нем, параллельно внутренним стенкам корпуса, стержнями с мелющими телами в виде цилиндрических пружин, свободно надетых на стержни и контактирующих с внутренней поверхностью корпуса.
Недостатком упомянутого реактора-смесителя является недостаточно высокая интенсивность измельчения, обусловленная тем, что пружины под действием центробежных сил перекатываются по цилиндрической внутренней поверхности корпуса, при этом их свойства упругости практически не используются.
Раскрытие изобретения
Заявляемое изобретение направлено на повышение интенсивности измельчения и более полное использование свойств упругости мелющих пружин за счет создания условий для периодически постоянного растяжения и сжатия пружин.
Упомянутое стало возможным благодаря тому, что в предлагаемой мельнице лабораторной, содержащей помольную камеру и соосно размещенный в камере рабочий орган, включающий вал, связанный с приводом вращения, и мелющие тела в виде контактирующих с внутренней поверхностью камеры цилиндрических пружин, надетых на стержни, размещенные вокруг вала параллельно внутренним стенкам камеры и жестко связанные с валом посредством закрепленного на валу водила, согласно заявляемому изобретению, помольная камера с рабочим органом ориентированы вертикально, стержни соединены с закрепленным на валу водилом верхним концом и размещены по отношению к валу под углом так, что их концы, соединенные с водилом, удалены от вала на расстояние, большее чем их противоположные концы, при этом внутренняя поверхность камеры выполнена в виде конусной поверхности.
Как и в прототипе, в процессе вращения вала пружины под действием центробежных сил прижимаются к внутренней поверхности корпуса, а под действием толкающих их стержней совершают сложное вращение, как в планетарной передаче: вращение вокруг вала с одновременным вращением вокруг несущей их оси (стержня) в сторону, противоположную давлению этой оси. Иными словами, витки пружины прокатываются - «бегут» по внутренней поверхности корпуса. В ближайшем аналоге все стержни, несущие цилиндрические пружины, размещены на равном расстоянии от приводного вала и параллельно ему, благодаря чему все витки пружин совершают синхронное движение, и только попадающие между витками частицы материала могут вызвать смещение витков друг относительно друга.
В предлагаемой конструкции все стержни, несущие пружины, размещены под углом к валу так, что один конец стержня удален от вала на расстояние, большее чем другой его конец. При вращении вала концы каждого стержня будут описывать окружности разных радиусов, величина которых соответствует расстоянию удаления этого конца от вала.
В результате за один промежуток времени на разных концах надетой на стержень пружины ее витки, имеющие один и тот же радиус, т.к. пружины цилиндрические, будут пробегать различное расстояние. Согласно известным математическим зависимостям, расстояние, проходимое витками на верхнем и нижнем концах пружины, будет определяться следующим образом.
в
в
н
н
в
н
в
н
в
н
S=R·φ, a S=R·φ, где φ - это угол поворота вала, R и R - расстояния от вала до верхнего и нижнего концов соответственно. Причем R>R, а значит и расстояние S, которое пробегает верхний виток пружины, больше, чем расстояние S, которое пробегает нижний виток пружины.
В результате различного перемещения витков одной и той же пружины пружина скручивается. Возрастающие силы упругости периодически подтягивают «отстающие» витки, выравнивая их положение. Упомянутый эффект позволяет интенсифицировать процесс измельчения материала.
По сравнению с известными аналогами, предлагаемая мельница имеет простую конструкцию, обеспечивающую высокую интенсивность измельчения.
Частные признаки предлагаемого решения способствуют простоте технологической реализации устройства и удобству его обслуживания и эксплуатации.
Помольная камера предпочтительно выполнена в виде съемного стакана в форме перевернутого усеченного конуса, надеваемого снизу на рабочий орган и поджимаемого к нему посредством откидного упора. Такое «съемное» исполнение помольной камеры возможно благодаря небольшим размерам мельницы и обеспечивает простоту и удобство выгрузки измельченного материала, позволяя исключить из конструкции специальные разгрузочные устройства.
Рабочий орган, привод вращения и откидной упор предпочтительно смонтированы на одной несущей раме.
В случае использования мельницы для сухого помола целесообразным является выполнение вала рабочего органа полым, т.е. со сквозным центральным отверстием, для возможности подачи через него материала в камеру.
Суть решения поясняется примером конкретного осуществления и чертежами, где
на фиг. 1 приведена общая схема устройства;
на фиг. 2 - вид А с фиг. 1, вид снизу на водило со стержнями (для наглядности пружины и опорные пластины не показаны);
на фиг. 3 показан пример конкретного исполнения устройства с частичным разрезом.
Осуществление изобретения
Мельница лабораторная содержит (см. фиг. 1) помольную камеру в виде стакана 1, имеющего форму перевернутого усеченного конуса с вертикальной осью вращения, и соосно размещенный в ней рабочий орган, включающий вал 2, связанный с приводом вращения 3, и мелющие тела в виде цилиндрических пружин 4, надетых на стержни 5, жестко соединенные своим верхним концом с водилом 6, закрепленным на валу 2.
в
н
в
н
Стержни 5 размещены вокруг вала 2 и под углом к нему. Расстояние между валом 2 и верхним концом любого стержня составляет R. Расстояние между валом 2 и нижним концом стержней 5 составляет R, причем R>R (см. фиг. 2).
Стержни 5 выполнены с резьбой на верхнем конце для возможности их закрепления после установки в отверстиях водила 6. На нижнем конце стержней 5 может быть закреплена пластина 7 для опоры нижнего конца пружины 4, верхний конец которой упирается в водило 6.
Водило 6 может быть выполнено в виде диска, конуса или крестовины с центральным посадочным отверстием для вала и расположенными на периферии отверстиями для стержней.
Для повышения надежности соединений целесообразно, чтобы поверхность водила, в которой выполнено отверстие для установки стержня, была перпендикулярна к оси установленного в отверстии стержня (см. фиг. 3).
Стакан 1 надет снизу на рабочий орган и поджат к нему посредством откидного упора 8. Рабочий орган, откидной упор 8 и привод вращения, включающий электродвигатель 9, связанный с валом 2 посредством ременной передачи 10, смонтированы на одной несущей раме 11.
Устройство работает следующим образом.
Засыпают исходный материал в стакан 1 перед его установкой или подают материал в установленный стакан через полый вал 2. Включают двигатель 9, который через ременную передачу 10 передает вращение на вал 2.
В процессе вращения вала 2 пружины 4 прижимаются к внутренней поверхности помольной камеры центробежными силами и под действием толкающих их стержней 5 совершают сложное вращение вокруг вала 2 с одновременным вращением вокруг несущего их 5 стержня в сторону, противоположную давлению этого стержня. Происходит истирание материала между стенками камеры и пружинами. В то же время, из-за разницы диаметров в верхней и нижней частях стакана 1, нижний виток пружины 4 отстает от ее верхнего витка, происходит скручивание пружины. При этом возникают силы упругости, которые растут по мере растяжения пружины, и при достижении какого-то критического значения срабатывают, подтягивая отстающую часть витков и выравнивая их положение. В результате пружина не просто катится, но и периодически постоянно растягивается и сжимается, проскальзывая по стенкам стакана, при этом попадающий в пространство между стенками стакана и витками пружины материал подвергается интенсивному разрушающему воздействию. В результате существенно возрастает интенсивность измельчения.
Для выгрузки измельченного материала выключают двигатель 9, откидывают упор 8 и снимают стакан 1.
Мельница позволяет осуществлять сухой помол различных сыпучих материалов фракцией до 2 мм, а также мокрый помол и активацию различных смесей.