СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ РАБОЧИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
METHOD OF INCREASING FREQUENCY OF INTERACTION BETWEEN ROTARY ELEMENTS OF CRUSHING DEVICES

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к измельчительным устройствам (мельницам, дробилкам) с вращающимися рабочими элементами, и может быть использовано в технологических процессах измельчения при высокой частоте воздействия вращающихся рабочих элементов (пальцев, зубцов, выступов и т.п.) на измельчаемый материал.
Предшествующий уровень техники
Широко известен способ измельчения материалов между относительно вращающимися рабочими телами (например, жерновами). Дальнейшее развитие этого способа механического измельчения привело к появлению мельниц, основанных на взаимодействии ряда быстровращающихся дискретных рабочих элементов, между которыми находится измельчаемый материал. Наиболее ярким примером могут служить измельчители с двумя или одним вращающимися дисками -дезинтеграторы, принцип действия которых описан, например, в книге: Е.Е.Андреев, О.Н.Тихонов «Дробление, измельчение и подготовка сырья к обогащению», Санкт-Петербург, 2007 (cc.72-73). На дисках дезинтеграторов установлено несколько рядов взаимодействующих рабочих элементов-пальцев, между которыми под действием центробежных сил проходит измельчаемый материал. Более подробно класс подобных усовершенствованных измельчительных устройств описан в книге: И.Р.Клейс, Х.Х.Ууэмыйс «Износостойкость элементов измельчителей ударного действия», М., «Машиностроение», 1986 (cc.3-14, 95-102).
0
0
0
За прототип принят описанный в этой книге способ измельчения в дезинтеграторе (с.13, рис.8), где подвижные основания - диски с взаимодействующими рабочими элементами - пальцами - вращаются встречно, и в мельнице (с.13, рис.9), в которой измельчение материала происходит благодаря взаимодействию между вращающимся диском с рабочими элементами и неподвижным основанием. При этом частота f взаимодействия рабочих элементов, как правило, определяется числом n рабочих элементов, размещенных на окружности диска, вращающегося с частотой F:
0
0
0
f=nF
Для получения высокой частоты взаимодействия элементов при частоте вращения диска, ограничиваемой его прочностью на разрыв, требуется установка большого числа рабочих элементов. Это усложняет и удорожает измельчитель, увеличивает расходы по замене изношенных элементов.
Сущность изобретения
1
2
Задача изобретения заключается в повышении частоты взаимодействия вращающихся рабочих элементов измельчительных устройств. Она решена благодаря тому, что на два основания (диски, цилиндры, усеченные конусы), имеющие возможность относительного соосного вращения, равномерно по окружности размещают соответственно n и n рабочих элементов, угловой размер которых α выбирают из соотношения
1
2
α≤2πк/nn,
1
2
где к - наибольший общий делитель чисел n и n, при этом частоту f взаимодействия рабочих элементов устанавливают равной:
1
2
f=(nn/к)F,
где F - частота относительного вращения оснований.
Перечень чертежей
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена простейшая конструкция измельчительного устройства с основаниями - дисками, на которых размещены рабочие элементы.
1
2
На фиг.2 приведен пример расположения в плане рабочих элементов на неподвижном основании (n=10) и вращающемся основании (n=13).
Фиг.3 поясняет определение минимального углового размера рабочих элементов для осуществления их высокочастотного взаимодействия при
1
2
n=10 и n=13 (к=1).
1
2
Фиг.4 приведена для определения углового размера рабочих элементов и частоты их взаимодействия при n=10 и n=12 (к=2).
На фиг.5 показан пример установки на основание твердосплавных цилиндрических рабочих элементов.
1
2
Предложенный способ увеличения частоты взаимодействия рабочих элементов 2 и 4 (фиг.1), расположенных соответственно на относительно вращающихся основаниях 1 и 3, заключается в том, что на этих основаниях размещают соответственно n и n рабочих элементов, угловой размер которых α выбирают из соотношения
1
2
где к - наибольший общий делитель чисел n и n.
При этом частоту f взаимодействия (касаний или максимальных сближений) рабочих элементов устанавливают равной:
где F - частота относительного вращения оснований (для фиг.1 - основания 3 относительно неподвижного основания 1).
На фиг.1 основание-диск установлено на валу 5, связанном с приводом вращения. Подача материала и выход измельченного продукта определены формой корпуса 6, который имеет входное отверстие по оси вала и выходное - на периферии, куда измельченный материал поступает под действием центробежных сил. Равномерное размещение по окружности рабочих элементов 2 и 4 (фиг.1) представлено в плане на фиг.2, где десять элементов 2 (например, из твердого сплава) размещены на основании 1, а тринадцать элементов 4 - на основании 3.
Для определения формульных зависимостей предложенного способа приведены фиг.3 и фиг.4.
1
2
На фиг.3 представлены в виде линий n=10 элементов основания 1 (1-1, 1-2, 1-3 и т.д.) и n=13 элементов основания 3 (2-1, 2-1, 2-3 и т.д.).
1
2
1
2
При совпадении (взаимодействии) первой пары элементов 1-1 и 2-1 определим минимальное угловое расстояние между 1-(J+1) и 2-(J+1) элементами, где J и J - количество интервалов между первой парой и соответственно элементами на основаниях 1 и 3, максимально приближенными друг к другу:
Ввиду того, что числа n и J - целые, выражение (3) будет иметь экстремальное значение при выполнении условия:
1
2
Для определения неизвестных J и J составляется таблица:
J
1
2
3
4
5
6
7
8
9
n<sub>2</sub> J<sub>1</sub>
13
26
39
52
65
78
91
104
117
13 J<sub>1</sub>
n<sub>1</sub> J<sub>2</sub>
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 J<sub>2</sub>
из которой следуют два варианта решения:
первый вариант - J<sub>1</sub>=3, J<sub>2</sub>=4
n<sub>2</sub>J<sub>1</sub>-n<sub>1</sub>J<sub>2</sub>=39-40=-1,
второй вариант - J<sub>1</sub>=7,J<sub>2</sub>=9
n<sub>2</sub> J<sub>1</sub>-n<sub>1</sub> J<sub>2</sub>=91-90=+1.
Величина минимального углового расстояния между элементами на фиг.3, определенная по формуле (3), равна 0,048 рад или 2.77 град.
Реализация предложенного способа определяется началом взаимодействия рабочих элементов 1-4 и 2-5 (фиг.3) при их максимальном угловом размере α, равном минимальному угловому расстоянию между элементами в виде линий, т.е. при соблюдении условия:
1
2
1
2
Если числа n и n имеют наибольший общий делитель к, то число одновременно взаимодействующих пар рабочих элементов равно этому делителю. Фиг.4 позволяет рассмотреть случай взаимодействия, когда n=10, n=12, к=2. Из чертежа следует, что одновременно происходит взаимодействие двух пар элементов, например, (1-1)-(2-1) и (1-6)-(2-7).
При этом минимальное угловое расстояние между элементами определяется по формуле:
1
2
1
2
для вариантов J=J=1 или J=4, J=5.
Таким образом, увеличение общего делителя ведет к увеличению допустимого углового размера рабочего элемента и соответственно к уменьшению числа взаимодействий элементов за один оборот относительного поворота оснований.
Частота f взаимодействия рабочих элементов в общем случае определяется в виде:
где F - частота относительного вращения оснований.
1
2
пр
пр
пр
Например, если частота вращения одного из оснований относительно другого равна F=300 Гц (18000 об/мин), то частота взаимодействия рабочих элементов при n=10 и n=13 будет f=39000 Гц (ультразвуковой диапазон). Согласно прототипу при одновременном взаимодействии n=13 рабочих элементов на обоих основаниях получим их частоту взаимодействия f=n·F=3900 Гц (звуковой диапазон).
Получение минимального углового размера α рабочих элементов, приближающегося к нулю (рабочие элементы в виде линий на фиг.3 и 4) достигается, например, при использовании рабочих элементов в виде твердосплавных цилиндров 2 (фиг.5), вставленных в конусообразные пазы основания 1 и прижатые к нему упругим диском или пластиной 7. Сила прижима устанавливается винтом 8. Такая конструкция позволяет легко менять изношенные элементы, увеличить их срок службы благодаря возможности поворота в конусообразном пазу как при работе (при прохождении отдельных крупных частиц), так и при профилактическом осмотре и ремонте. Зазор между рабочими элементами может регулироваться в зависимости от крупности исходного материала. Для получения сверхтонкого продукта возможна работа измельчителя при непосредственном контакте рабочих элементов. При этом ультразвуковая частота взаимодействия рабочих элементов способствует интенсификации процесса измельчения и исключает налипание материала на элементы конструкции.