ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ГОРНЫХ ПОРОД
GYRO GRINDER TO DETERMINE NATURAL GRADING OF ROCKS

Изобретение относится к горному делу, в частности, к устройствам для измельчения горной породы и определения ее природного гранулометрического состава, знание которого определяет процентный выход по массе полезных ископаемых из единицы массы исходного сырья, стоимость конечного продукта и величину удельных энергозатрат.
Известен измельчитель сухой горной породы, при работе которого используется гироскопический эффект, содержащий размольный стол, валок с рычагом, взаимодействующий с размольным столом, силовой привод вращения валка, горизонтальную площадку с балансировочными грузами, опорой для рычага валка и двухстепенным гироскопом. В измельчителе основная гироскопическая сила, прижимающая валок к рабочему столу с размещенной на нем горной породой, создается за счет реакции двухстепенного гироскопа [1].
Недостатком известного технического решения является периферическое расположение (вне горизонтальной площадки) размольного стола, что значительно увеличивает габариты гироскопического измельчителя и его вес. Кроме того, такое расположение размольного стола значительно увеличивает момент сил трения, возникающий за счет трения валка о поверхность размольного стола, что значительно увеличивает мощность и, соответственно, габариты силового привода вращения горизонтальной площадки, а значит и габариты и вес всего измельчителя в целом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гироскопический измельчитель с центральной загрузкой породы, при работе которого используется гироскопический эффект, содержащий размольный стол, валок с рычагом, взаимодействующий с размольным столом, силовой привод вращения валка с основанием, горизонтальную площадку с балансировочными грузами, опорой для оси валка и двухстепенным гироскопом в виде электродвигателя с валом и маховиком, цилиндрический кожух горизонтальной площадки с закрепленным па нем усеченным конусом центрального загрузочного устройства, цилиндр горизонтальной площадки, соединяющий горизонтальную площадку с силовым приводом и закрепленный в основании силового привода с помощью шарикоподшипника с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, разгрузочный усеченный конус и цилиндр разгрузочного конуса, причем разгрузочный конус установлен внутри цилиндра разгрузочного усеченного конуса, неподвижно закрепленного в основании силового привода соосно цилиндру горизонтальной площадки и размещенного внутри него с зазором, центральный рассекатель породы, выполненный в виде конуса и установленный в середине размольного стола, причем размольный стол размещен внутри цилиндра разгрузочного усеченного конуса в той же горизонтальной плоскости, что и горизонтальная площадка, а размольный стол выполнен перфорированным, через отверстия которого измельченная порода попадает в разгрузочный усеченный конус и далее в бункер [2].
Недостатками известного измельчителя является его недостаточно высокая производительность из-за невысокой скорости вращения валка относительно измельчаемой горной породы, которая определяет время непосредственного контакта горной породы с валком, а также ее объем, непосредственно участвующий в данный момент в процессе ее истирания.
Кроме того, из-за того, что размольный стол выполнен перфорированным, через отверстия которого измельченная порода попадает в разгрузочный усеченный конус и далее в бункер, порода истирается до размера фракции, проходящей через перфорированные отверстия, что и не позволяет определить природный гранулометрический состав горной породы.
Техническим результатом изобретения является создание гироскопического измельчителя для определения природного гранулометрического состава горных пород различной твердости по шкале М.М.Протодьяконова.
Указанный технический результат достигается тем, что гироскопический измельчитель для определения природного гранулометрического состава горных пород содержит размольный стол, валок с рычагом, взаимодействующий с размольным столом, силовой привод вращения валка соснованием, горизонтальную площадку с балансировочными грузами, опорой для оси валка и двухстепенным гироскопом в виде электродвигателя с валом и маховиком, цилиндрический кожух горизонтальной площадки с закрепленным на нем усеченным конусом центрального загрузочного устройства, цилиндр горизонтальной площадки, соединяющий горизонтальную площадку с силовым приводом и закрепленный в основании силового привода с помощью шарикоподшипника с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, цилиндр размольного стола, неподвижно закрепленный в основании силового привода соосно цилиндру горизонтально площадки и размещенный внутри него с зазором, центральный рассекатель породы, выполненный в виде конуса и установленный в середине размольного стола, причем размольный стол размещен внутри цилиндра размольного стола в той же горизонтальной плоскости, что и горизонтальная площадка, при этом размольный стол выполнен сплошным без перфорационных отверстий с возможностью истирания горной породы исключительно за счет гироскопических сил и определения природного гранулометрического состава, что обеспечивает сохранность всех фракций горной породы, получающихся в процессе ее истирания и определяющих ее природный гранулометрический состав.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид гироскопического измельчителя для определения природного гранулометрического состава горных пород, включающего 1 - электродвигатель рабочей площадки, 2 - основание, 3 - горизонтальную площадку, 4 - опору, 5 - шарнир, 6 - электродвигатель с валом, 7 - маховик, 8 - валок, 9 - рычаг, 10 - размольный стол, 11 - балансировочные грузы, 12 - илиндрический кожух, 13 -усеченный конус центрального загрузочного устройства, 14 - цилиндр горизонтальной площадки, 15 - шарикоподшипник, 16 - цилиндр размольного стола, 17 - центральный рассекатель загружаемой породы; 18 - измельчаемая горная порода.
Устройство содержит силовой привод 1 вращения валка 8 вокруг вертикальной оси с основанием 2, горизонтальную площадку 3, опору 4 с шарниром 5, электродвигатель с валом 6 и маховиком 7, валок 8, рычаг валка 9, размольный стол 10, на котором находится измельчаемая порода 18, которая после измельчения остается на размольном столе. Электродвигатель с валом 6 и маховиком 7, установленный на рычаге валка 9 и шарнирно соединенный с опорой 4, образуют двухстепенной гироскоп.
Для балансировки гироскопического измельчителя при вращении вокруг вертикальной оси, устройство может быть снабжено балансировочными грузами 11, установленными на горизонтальной площадке 3.
Горизонтальная площадка 3 накрыта цилиндрическим кожухом 12 с закрепленным на нем усеченным конусом центрального загрузочного устройства 13. В свою очередь горизонтальная площадка 3 крепится на цилиндре 14, через который она кинематически соединяется с силовым приводом 1. Цилиндр 14 устанавливается в шарикоподшипнике 15. Кроме того, в основании 2 соосно цилиндру 14 горизонтальной площадки 3 неподвижно закрепляется цилиндр 16 размольного стола 14.
Для определения природного гранулометрического состава горной породы размольный стол 10 выполнен сплошным без перфорационных отверстий, измельчение проводится так, чтобы все фракции горной породы, получающиеся в процессе ее истирания и определяющие ее природный гранулометрический состав, оставались на размольном столе.
Гироскопический измельчитель для определения природного гранулометрического состава горных пород работает следующим образом:
силовой привод 1 раскручивает горизонтальную площадку 3 с установленным на ней валком 8 до угловой скорости Ω вокруг вертикальной оси вращения, электродвигатель 6 раскручивает маховик 7 до угловой скорости со, направление вектора которой совпадает с направлением рычага 9 валка 8. При этом на двухстепенной гироскоп действует гироскопический момент, величина которого определяется формулой
<mrow><mi>I</mi><msub><mi>M</mi><mi>г</mi></msub><mi>I</mi><mo>=</mo><msub><mi>J</mi><mi>м</mi></msub><mi>x</mi><mi>ω</mi><mi>x</mi><mi>Ω</mi><mi>x</mi><mi>s</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mi>α</mi><mo>,</mo><mtext>                 (1)</mtext></mrow>
м
м
м
м
м
2
где J=mR /2 - момент инерции маховика 7, m и R - соответственно масса и радиус маховика 7, α - угол между векторами ω и Ω.
д
На валок 8 действует вертикальная гироскопическая сила F, равная
<mrow><mi>I</mi><msub><mi>F</mi><mi>д</mi></msub><mi>I</mi><mo>=</mo><mi>I</mi><msub><mi>M</mi><mi>г</mi></msub><mi>I</mi><mo>/</mo><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>J</mi><mi>м</mi></msub><mi>x</mi><mi>ω</mi><mi>x</mi><mi>Ω</mi><mi>x</mi><mi>s</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mi>α</mi><mo>/</mo><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo><mtext>                 (2)</mtext></mrow>
1
где l - расстояние от шарнира 5 и до центра валка 8. Направление этой силы определяется знаком тригонометрической функции.
д
Из соотношений (1) и (2) следует, что, изменяя ω и Ω независимо друг от друга, можно изменять величину гироскопической силы F в широком диапазоне значений.
Измельчаемая горная порода 18 через усеченный конус центрального загрузочного устройства 13 попадает на размольный стол 10, который выполнен сплошным без перфорационных отверстий и по которому она равномерно распределяется с помощью центрального рассекателя 18. При истирании на размольном столе порода дезинтегрируется так, чтобы все фракции горной породы, получающиеся в процессе ее истирания и определяющие ее природный состав, оставались на размольном столе, что и обеспечивает получение природного гранулометрического состава горной породы.
д
Устойчивость работы предлагаемого устройства определяется тем, что при увеличении силы сопротивления размельчаемой породы перемещению валка 8 по размольному столу происходит уменьшение заданной величины угловой скорости Ω, что в свою очередь, согласно формуле (1), приводит к уменьшению величины гироскопического момента, а значит и величины гироскопической силы F, что обеспечивает увеличение значения угловой скорости Ω до заданной величины.
Таким образом, с точки зрения теории автоматического регулирования предлагаемое устройство является автоматическим устройством с отрицательной обратной связью, которая и обеспечивает его устойчивую работу.
Источники информации
1. Трубецкой К.Н., Бобин В.А., Вайсберг Л.А., Воронюк А.С., Ланюк А.Н. Патент РФ №2248242 "Гироскопический измельчитель сухой горной породы", 2005, бюл. №8 (аналог).
2. Бобин В.А., Покаместов А.В., Бобина А.В., Ланюк А.Н Патент РФ №2429912 «Гироскопический измельчитель с центральной загрузкой породы», 2011, бюл. №27 (прототип).