ВИБРОИМПУЛЬСНАЯ МЕЛЬНИЦА

Полезная модель относится к вибрационным конусным дробилкам-мельницам мелкого дробления, а точнее, к виброимпульсным мельницам.
Наиболее широко настоящая полезная модель может быть использована в строительной и горнодобывающей промышленности.
Широко применяемые в настоящее время конусные дробилки с эксцентриковым приводом были изобретены в 1878 году и практически исчерпали технологические возможности для своей конструкции, так как их степень дробления невозможно поднять более 5. Конусные вибрационные дробилки вместо эксцентрикового кинематического привода имеют вибрационный динамический привод, позволяющий им поднять степень дробления до 20 и управлять ею в пределах от 4 до 20. Таким образом, они способны работать как дробилки и как мельницы или заменять их одновременно.
Однако, высокая степень измельчения сопровождается увеличением нагрузок на узлы и детали вибрационных дробилок, усложнением их конструкции и изготовления.
Особого внимания требует привод вибратора и сам вибратор, так как они при передаче крутящего момента должны совершать гирационное движение с переменной амплитудой и высокими ускорениями. Привод вибратора должен выполнять функции компенсационной муфты высокой надежности. По этой причине при совершенствовании вибрационных конусных дробилок конструкторы уделяют особое внимание именно этому узлу, а также вспомогательным средствам, повышающим его надежность, например, подаче смазки.
Известна конусная вибрационная дробилка (патент США №4592517, В02С, от 03.06.1986 г.), содержащая корпус с наружным конусом и сферическую опору для внутреннего конуса, имеющего вал, на котором размещен с помощью подшипника дебалансный вибратор, соединенный через эластичную компенсационную муфту с двигателем с помощью клиноременной передачи.
Подача жидкой смазки в сферическую опору конуса, в подшипник вибратора и в шарнир подвеса вибратора осуществляется через отверстие в корпусе сферической опоры. Подпятник внутреннего конуса, корпус сферической опоры, верхний торец подшипника вибратора и вал конуса образуют кольцевую камеру, которая распределяет смазку во все упомянутые пары трения. Причем давление смазки в камере создает вертикальную силу, действующую на торец подшипника как на плунжер гидроцилиндра и прижимающую подшипник к его сферическому шарниру на корпусе сферической опоры. Часть смазки, которая направляется на поверхность трения подшипника вибратора, встречает сопротивление, так как ей надо преодолеть центробежную силу обратного потока смазки из-за вращения подшипника вибратора. Привод вибратора подвержен повышенным нагрузкам из-за значительной амплитуды верхней головки вала.
Известная дробилка имеет следующие недостатки:
- пониженная надежность рабочих поверхностей цилиндрического подшипника вибратора, так как подача в него смазки осуществляется от периферии к центру (против центробежной силы подшипника, а не наоборот, как это принято;
- пониженная надежность шарнирного подвеса подшипника вибратора к сферической опоре по причине, упомянутой в предыдущем пункте;
- низкая надежность приводного компенсационного вала.
Из-за указанных недостатков такая дробилка не может иметь степень дробления более 15 из-за низкой надежности подшипника вибратора, поэтому она применяется только для процесса дробления, а не измельчения.
Известна также конусная вибрационная дробилка (патент США №4452401, В02С, от 05.06.1984 г.), содержащая корпус с наружным конусом и сферическую опору для внутреннего конуса, имеющего вал, на котором размещен с помощью подшипника дебалансный вибратор, подвешенный к валу и соединенный через эластичную муфту и клиноременную передачу с двигателем.
Рассматриваемая дробилка отличается от предыдущего аналога конструкцией опоры дебалансного вибратора и подачей в его подшипник смазки. Последняя подается через сферическую опору внутреннего конуса, его тело и его вал.
Дебалансный вибратор подвешен к валу внутреннего конуса с помощью самоустанавливающегося подшипника. Положение вибратора зафиксировано клиновым стопором внутри эластичной муфты.
Недостатки известной дробилки:
- для демонтажа внутреннего конуса из дробилки для замены изношенной брони требуется отсоединить вибратор. Для этого нужно выбить стопорный клин, предварительно ослабив в нем натяг путем подъема вибратора. Эта регулярная операция существенно осложняет эксплуатацию дробилки;
- подача смазки в подшипник вибратора через поверхности контакта сферической опоры и внутреннего конуса весьма ненадежна, как и в предыдущем аналоге, так как наблюдаются большие утечки масла на этой поверхности в слив, что приводит к дефициту смазки в подшипнике вибратора и к снижению его срока службы;
- эластичная резиновая торообразная компенсационная муфта, как и в предыдущем аналоге, ограничивает передачу мощности 250 кВт и технологические показатели дробилки;
- закручивание муфты создает пиковую вертикальную силу, действующую на подшипник подвеса вибратора и снижающую его срок службы.
Известна принимаемая за прототип конусная вибрационная дробилка (патент Франции №7925585, В02С, от 15.10.1979 г.).
Дробилка содержит корпус с наружным конусом и сферическую опору для внутреннего конуса, имеющего вал, на котором размещен с помощью подшипника дебалансный вибратор, соединенной опорно-приводной штангой, имеющей сферические концы с шарами, с двигателем через промежуточный вал и клиноременную передачу.
Так же, как и в предыдущих аналогах, ее внутренний конус установлен на сферической опоре и снабжен валом, на котором с помощью подшипника скольжения размещен дебалансный вибратор, груз которого выполнен из отдельных дисков, размещенных на втулке подшипника и снабженных болтовым зажимом на ней. Опорой вибратора является не сферическая опора, как в первом аналоге, и не вал конуса, как во втором аналоге, а шарнирная вал-штанга, которая в этой дробилке выполняет две функции: приводного элемента (компенсационная муфта) и опоры. За счет такого объединения функций конструкция дробилки упростилась. Однако еще в большей степени снизилась ее надежность из-за значительного сокращения срока службы вала-штанги.
Конструкция известной дробилки имеет следующие недостатки:
- болтовой зажим дисковых грузов вибраторов деформирует сечение втулки подшипника, превращая се в эллипс, что резко снижает срок службы подшипника;
- низкая надежность штанги из-за значительных угловых отклонений (более 6°) и знакопеременных ускорений, иногда в 10 раз превышающих ускорение свободного падения. Повреждения возникают на поверхностях контакта шаров со штангой и втулками;
- потребность в датчике амплитуды, предохраняющем штангу от поломки при угле отклонения более 6°.
Таким образом, известная дробилка отличается низкой надежностью из-за неудачного решения конструкции вибратора и из-за большой амплитуды верхней шарнирной головки вала-штанги.
Задачей настоящей полезной модели является повышение технологических возможностей дробилки-мельницы за счет повышения разрешающей возможности привода для увеличения амплитуды внутреннего конуса и числа его качаний.
Другой задачей является повышение надежности и упрощение эксплуатации мельницы, главным образом, за счет реконструкции ее дебалансного вибратора и его приводного элемента.
Не менее важной задачей является повышение срока службы подшипника дебалансного вибратора путем улучшения распределения в нем смазки по рабочей поверхности. Важно также, чтобы опорно-приводной элемент дебалансного вибратора был выполнен таким образом, чтобы обеспечить надежность его работы.
Для решения поставленных задач предлагается виброимпульсная мельница, содержащая корпус с наружным конусом и сферической опорой для внутреннего конуса с валом, на котором установлен подшипник вибратора, снабженный на своей наружной поверхности дебалансным грузом с возможностью его поворота и фиксации и соединенный приводным валом-штангой с шаровыми головками с промежуточным валом, при этом шаровые головки размещены в расточках упомянутых соединяемых элементов, в которой в соответствии с настоящей полезной моделью наружная поверхность подшипника вибратора выполнена в виде эксцентричного подшипника, на котором смонтирован дебалансный груз в виде эксцентрика с вертикальным разрезом, гидрозажимом в широкой части и цевочным зацеплением с основанием подшипника вибратора, в котором расточка под шаровую головку вала-штанги смещена радиально относительно оси вала конуса на величину 0,02 от диаметра внутреннего конуса у основания с отставанием на 45° по окружности от вертикальной плоскости эксцентриситета дебалансного груза в сторону, противоположную его вращению.
Достоинство предлагаемой мельницы состоит в том, что подшипниковая втулка не подвергается деформации при закреплении на ней дебалансного груза с помощью гидрозажима в широкой части груза. Сохраняя в сечении окружность, втулка подшипника обеспечивает равномерный по ее окружности слой смазки.
Кроме того, этот узел существенно упрощается в изготовлении и эксплуатации, так как вместо трех грузов остается только один груз, который для регулировки центробежной силы легко поворачивается на подшипнике цевочным механизмом.
Другим достоинством является повышенная надежность приводного вала-штанги. Его верхняя шаровая головка при рабочем гирационном движении внутреннего конуса стремится занять положение, близкое к соосному с осью корпуса мельницы, что снижает до минимума амплитуду ее вынужденных отклонений от собственной оси и нагрузку на шаровые головки.
Смещение оси верхней головки от оси вала конуса 0,02 от его диаметра у основания соответствует отклонению конуса на величину средней разгрузочной щели между конусами, а угловое отставание центра головки на 45° от вертикальной плоскости эксцентриситета дебалансного груза соответствует плоскости отклонения оси внутреннего конуса в момент его сближения с наружным конусом, когда вибратор опережает эту плоскость в среднем на 45°. Такое решение заставляет сохранять ось вала-штанги почти вертикальное положение во время работы мельницы.
На рис.1 представлен продольный разрез предлагаемой виброимпульсной мельницы, на рис.2 - поперечный разрез дебалансного груза, а на рис.3 - схема работы конструкции.
Виброимпульсная мельница (рис.1) содержит установленный па опоре 1 с помощью эластичных амортизаторов 2 корпус 3, в котором с помощью резьбы 4 смонтирован наружный конус 5, снабженной защитной броней 6. Корпус 3 имеет также сферическую опору 7 для внутреннего конуса 8, несущего защитную броню 9. Внутренний конус 8 снабжен запрессованным в него цилиндрическим валом 10, на котором смонтирован эксцентричный подшипник скольжения 11 вибратора, на наружную подшипниковую поверхность которого установлен тоже выполненный в виде эксцентрика дебалансный груз 12, выполненный с возможностью поворота относительно подшипника 11 и фиксации его положения на нем с помощью стягивающего гидропластового устройства с тягой 13 и цилиндром 14 (рис.2).
В нижней части подшипника 11 выполнена расточка 15, ось которой смещена в плоскости центра тяжести дебалансного груза 12 в противоположную от его центра тяжести сторону на величину 0,02 D, где D - диаметр внутреннего конуса у основания. Кроме того, ось расточки 15 смещена на 45° по окружности от вертикальной плоскости эксцентриситета дебалансного груза в сторону, противоположную его вращению.
В расточку 15 установлена верхняя шаровая головка 16 вала-штанги 17. Его нижняя шаровая головка 18 смонтирована в расточке 19 промежуточного вала 20 с закрепленным на нем шкивом 21. На нижнем торце дебалансного груза 12 выполнены пазы цевочного зацепления с подшипником 11.
Мельница работает следующим образом. При вращении шкива 21 и промежуточного вала 20 крутящий момент передается подшипнику 11 дебалансного вибратора с грузом 12. Развиваемая вибратором центробежная сила заставляет внутренний конус 8 обкатываться по наружному конусу 5 через слой дробимого материала. При необходимости изменить крупность продукта груз 12 поворачивают относительно подшипника 11, предварительно ослабив тягу 13, а затем после поворота груза 12 его положение фиксируют той же тягой 13. При этом затяжка тяги 13 не приводит к деформации подшипника 11, так как его жесткость существенно увеличена за счет придания ему эксцентричной формы, а также благодаря затяжке дебаланса в его эксцентричной толстой зоне, а не в тонкой, как в прототипе.
Таким образом, достигается надежность работы подшипника 11. При среднем размере разгрузочной щели между конусами слой материала деформируется на величину 0,02 D, то есть на половину величины одностороннего разгрузочного зазора.
Плоскость максимального сближения конусов из-за инерции корпуса отстает от вертикальной плоскости положения центра тяжести дебаланса 12 примерно на 40-50°. Дебаланс 12 постоянно меняет свое положение в этих пределах (в среднем 45°) из-за изменения сопротивления деформации слоя дробимого материала. Поэтому смещение центра головки 16 на 45° в сторону отставания от дебаланса 12 в сочетании с отклонением его от оси дробилки на 0,02 D позволяет оси вала-штанги 17 находиться почти всегда в вертикальном положении, что существенно повышает срок его службы.
Предложенные конструктивные решения дают возможность увеличивать как статический момент дебалансного вибратора, так и число его оборотов, то есть повышать силу и частоту воздействия на материал. Это повышает степень измельчения на 8-10 единиц и производительность на 10-20%.
Таким образом, отличительные признаки настоящей полезной модели обеспечивают решение поставленных задач.