ВИБРАЦИОННАЯ ЩЕКОВАЯ ДРОБИЛКА
VIBRATING JAW CRUSHER

Изобретение относится к щековым дробилкам, в частности - к вибрационным щековым дробилкам. Оно может быть использовано для дробления руд и нерудных материалов в горной, горно-обогатительной, строительной и других отраслях промышленности.
Известна вибрационная щековая дробилка для дробления руды (Ревнивцев В.И. и др. Вибрационная дезинтеграция твердых материалов, - М.: Недра, 1992, с.302-303, рис.7.1.). Дробилка содержит упруго опертый на опору корпус со смонтированными на нем с помощью торсионов двумя подвижными щеками, каждая из которых снабжена приводным вибратором. Вибраторы не имеют между собой кинематической связи и каждый из них соединен непосредственно со своим электродвигателем. Вибраторы размещены на отдельных рычагах, подвешенных к корпусу, а рычаги соединены со щеками через упругие элементы. Через упругие элементы, соединяющие рычаги со щеками, волна колебаний заставляет вибраторы вращаться синхронно и противофазно.
Недостатками являются сложность конструкции, нестабильность самосинхронизации вибраторов из-за невозможности обеспечить точное совпадение жесткостей упругих элементов, соединяющих рычаги вибраторов со щеками, работа в зарезонансной зоне, в которой вибрационные режимы малоэффективны, что приводит к снижению производительности и степени дробления. Дебалансные вибраторы приводятся во вращение электродвигателями, которые выбираются на прямой пуск, что влечет за собой увеличение установленной мощности электродвигателей, низкий КПД дробилки.
Известна вибрационная щековая дробилка для переработки и производства строительных и специальных материалов (пат. RU №2228221, опубл. 10.05.2004). Дробилка содержит опертый на опору с помощью пружин и плиты корпус, который с помощью скобы закреплен в своей центральной части к плите. Корпус выполнен в виде монолитной рессоры и к нему закреплены торсионы, две подвижные дробящие щеки и маятниковые рычаги, в нижней части которых смонтированы с возможностью вращения дебалансные вибраторы. Плита является основанием рессорного корпуса и служит лишь для закрепления к ней пружины, не выполняя роли рессоры. Рычаги сопряжены с дробящими щеками с помощью пружин. Торсионы в своей средней части прикреплены к корпусу, а свободными концами к щекам и рычагам. Торсионы дробящих щек размещены на корпусе симметрично оси дробилки.
Известна вибрационная щековая дробилка (патент RU №2344878, опубл. 27.01.2009), принятая за прототип. Дробилка содержит корпус, размещенные в нем две подвижные щеки, подвешенные на торсионах дебалансы с электродвигателями и пружинные подвески. Дебалансы выполнены в виде маятников, каждый из которых жестко закрепленного на одной оси с лепестковой муфтой, электродвигателем, муфтой, соединенной с одним концом торсиона, другой конец которого защемлен в корпусе вибрационной щековой дробилки. Ось установлена с возможностью поворота в ползуне, жестко закрепленном одним концом на щеке. Каждая дробящая щека сопряжена с корпусом параллельно установленными пружинами.
Недостатками являются то, что инерционный момент вращения, создаваемый дебалансами, действует на лепестковую муфту во всех режимах работы и не зависит от значения технологической нагрузки. Максимальный момент вращения, действующий на лепестковую муфту, формируется в моменты времени перехода кривой скорости ротора через нулевое значение, когда ускорение максимально, и определяется произведением ускорения на суммарный момент инерции маятника и ротора двигателя.
Техническим результатом изобретения является уменьшение действия на лепестковую муфту инерционного момента вращения, создаваемого дебалансами, а также обеспечение расширенной полосы резонансных частот и увеличения ресурса работы узлов дробилки.
Технический результат достигается тем, что в вибрационной щековой дробилке, содержащей корпус, размещенные в нем две подвижные щеки с ползунами, связанные с корпусом параллельно установленными пружинами, электродвигатели с упругими элементами и дебалансы, каждый из которых выполнен в виде маятника, жестко закрепленного на валу с лепестковой муфтой, маятники снабжены упругими элементами, выполненными в виде двух пружин кручения, каждая из которых одним концом соединена с маятником, а другим концом закреплена в ползуне, а упругие элементы электродвигателей установлены на промежуточных валах и выполнены в виде пружин кручения, каждая из которых одним концом соединена с крепежным кольцом, закрепленным на промежуточном валу, а другим концом закреплена в корпусе дробилки, при этом промежуточный вал одним концом соединен с лепестковой муфтой, а другим концом через муфту с электродвигателем, который имеет фиксированный угол колебаний ротора.
Расширение полосы резонансных частот достигают использованием связанных трех колебательных систем с незначительной расстройкой резонансных частот этих систем.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 и фиг 2 приведена схема вибрационной щековой дробилки, на фиг.3-7 - положения элементов вибрационной щековой дробилки за один цикл работы на резонансной частоте. Вибрационная щековая дробилка (фиг.1 и фиг.2) содержит две подвижные щеки 1, которые жестко соединены с ползунами 2, перемещающимися возвратно-поступательно по направляющим 3 корпуса 4 дробилки, дебалансы 5 жестко закреплены на валах 9 с возможностью поворота в ползунах 2 на подшипниках 6, которые жестко соединены с ползуном. Каждый дебаланс жестко соединен с упругим элементом маятника, представленным в виде двух пружин кручения (7 и 8), которые другими своими концами жестко закреплена в ползуне 2. Валы 9 с помощью лепестковых муфт 10 связаны с промежуточными валами 16, вращающихся на подшипниках 12. На каждом промежуточном вале 16 закреплено крепежное кольцо 15, в котором в свою очередь закреплен один конец третьей пружиной кручения 17 (упругий элемент электродвигателя), а второй защемлен в корпусе 4. Этот упругий элемент 17 с промежуточным валом 16 через муфту 13 соединяется с электродвигателем 14. Пружины 11 связывают щеки 1 с корпусом 4 дробилки, при этом пружины 11 установлены параллельно друг другу.
1
1
В силу симметрии конструкции вибрационной щековой дробилки сущность изобретения достаточно пояснить принципом работы одной половины вибрационной щековой дробилки. Конструкция вибровозбудительной системы дробилки представляет собой три колебательные системы с равными собственными частотами, получающих возбуждение от одного источника. Одна колебательная механическая система (фиг.2) образована подвижной щекой 1 дробилки с ползуном 2, дебалансом 5 с валом 9, пружинами кручения 7-8 и корпусом 4 дробилки. Масса щеки с ползуном и дебалансом m и упругим элементом маятника с коэффициентом жесткости С, обеспечивают заданную собственную частоту колебаний:
<mrow><msub><mi>ω</mi><mrow><mi>р</mi><mi>е</mi><mi>з</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>С</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>m</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow></msqrt></mrow>
Вторая или возбуждающая механическая колебательная система (фиг.2) образована ротором электродвигателя 14 с промежуточным валом 16, лепестковой полумуфтой 10, соединительной муфтой 13, упругим элементом электродвигателя 17. Собственная частота колебаний этой системы:
<mrow><msub><mi>ω</mi><mrow><mi>р</mi><mi>е</mi><mi>з</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>С</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>J</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow></msqrt></mrow>
2
2
2
где С - коэффициент жесткости пружины кручения, Н·м/рад; J - суммарный момент инерции вращающихся элементов системы, кг·м.
Третья колебательная система (фиг.2) образованна дебалансом 5, валом маятника 9 и лепестковой полумуфтой 10 и упругим элементом маятника в виде двух пружин кручения 7 и 8. Собственная частота колебаний этой системы:
<mrow><msub><mi>ω</mi><mrow><mi>р</mi><mi>е</mi><mi>з</mi><mn>3</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>С</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>J</mi><mn>3</mn></msub></mrow></mfrac></mrow></msqrt></mrow>
3
3
2
где С - коэффициент жесткости пружин кручения, Н·м/рад; J - суммарный момент инерции вращающихся элементов системы, кг·м.
При этом все собственные частоты всех трех систем приблизительно равны:
рез1
рез2
рез3
ω≈ω≈ω
Такие устройство и настройка колебательных систем обеспечивает сильную инерционную связь между колебательными системами, минимальные затраты энергии, потребляемой из сети, на выполнение полезной работы, и высокий КПД, потребляя энергию для выполнения полезной работы и для покрытия потерь в колебательной системе. Энергия для поддержания резонансных колебаний не требуется.
Вибрационная щековая дробилка работает следующим образом. В качестве примера рассмотрен один цикл работы (рабочий и холостой ход), представленный пятью промежуточными положениями. При совпадении резонансных частот колебательных механических систем работа дробилки происходит в зоне резонансных частот. При подаче управляющего воздействия на электродвигатели 14 формируются знакопеременные электромагнитные моменты. Роторы электродвигателей 14 с заданной частотой совершают возвратно-поворотные движения, которые передаются через муфты 13 пружинам кручения 17 упругих элементов электродвигателя. Происходит закручивание пружины 17. Через промежуточные валы 16 и лепестковые муфты 10 на валы 9, дебалансы 5 и пружины кручения 7 и 8 упругих элементов маятника передается возвратно-поворотное движение. Возвратно-поворотные и возвратно-поступательные движения валов 9, дебалансов 5, а также возвратно-поступательные движения щек 1 с ползунами 2 возможны благодаря радиальным смещениям лепестковых муфт 10. При возвратно-поворотных движениях дебалансов 5 создается инерционная сила, которая передается через ползуны 2 дробящим щекам 1. Дробящие щеки 1 с ползунами 2 и пружинами 11 совершают возвратно-поступательные движения.
В начале рабочего хода положение элементов дробилки такое, как это показано на фиг.3. Дробимый материал загружается в дробилку. При повороте дебалансов 5 (фиг.4) щеки 1 с ползунами 2 начинают двигаться навстречу друг другу. Пружины 11 растягиваются. В конце рабочего хода (фиг.5) щеки 1 сближаются на минимальное расстояние, пружины 11 оказываются максимально растянутыми. Материал дробится. Это же положение является началом холостого хода. При повороте дебалансов из положения фиг.5 в положение фиг.6 они воздействуют через ползуны 2 на щеки 1. Щеки 1 расходятся, а пружины 11 сжимаются. Происходит разгрузка дробленого материала. В конце холостого хода (начало рабочего хода) дебалансы 5 занимают положение, показанное на фиг.7. Пружины 7 оказываются максимально сжатыми, а дробящие щеки разошлись на максимальное расстояние. Происходит снова загрузка дробилки материалом. Далее циклы работы повторяются.
Таким образом, использование упругой системы из упругих элементов маятника и электродвигателя позволяет значительно уменьшить на лепестковой муфты инерционный момент вращения, создаваемый дебалансом, а так же за счет наличия трех колебательных систем расширить полосу резонансных частот. Инерционная сила, которая используется для дробления материала, создается в процессе маятниковых колебаний дебалансов. Это позволяет осуществить режимы работы вибрационной щековой дробилки на резонансной частоте и избежать проявления эффекта Зоммерфельда, который проявляется в вибрационных щековых дробилках с вращающимися дебалансами, и осуществить режимы работы вибрационной щековой дробилки на резонансной частоте.
Для обеспечения резонансных колебаний подвижных щек и дебалансов используется такой способ возбуждения и регулирования авторезонансных колебаний, согласно которому в каждом полупериоде колебаний измеряют скорость, и при переходе кривой скорости ротора относительно статора через нулевое значение на обмотки статора подается напряжение, формирующее электромагнитный момент, изменяющийся синфазно со скоростью колебаний ротора, а заданное значение амплитуды колебаний регулируют изменением напряжения с помощью отрицательной обратной связи по амплитудному значению скорости колебаний на каждом полупериоде колебаний.
Для реализации этих условий используют электропривод возвратно-вращательного действия. Это может быть, например, электродвигатель с трехфазным статором от штатного асинхронного электродвигателя, укомплектованный магнитным ротором с одной парой полюсов. Этот электропривод позволяет получить фиксированный угол колебаний ротора, величина которого зависит от схемы соединения обмоток.