Диспергатор резиновой крошки
RUBBER CRUMB DISPERSER

Изобретение относится к области производства дорожно-строительных и строительных материалов, а именно к устройствам, предназначенным для измельчения резиновой крошки и получения высокодисперсного частично девулканизированно-деструктированного резинового порошка для его последующего использования в асфальтобетонных смесях при устройстве покрытий автомобильных дорог, мостов и путепроводов, а также при производстве изолирующих и кровельных материалов.
Известно «Устройство для измельчения изношенных покрышек» (патент на полезную модель РФ №51365, МПК В29В 17/00, 2006 г.), содержащее узел предварительного измельчения, связанный с системой подачи охлаждающего агента и мельницу для окончательного измельчения, причем узел предварительного измельчения выполнен в виде сообщающихся между собой, например с помощью люка, верхней и нижней камер, и снабжен держателем покрышек, установленным в верхней камере, покрышки снабжены взрывными полостями с взрывчатым веществом, связанным со средством взрывания.
Недостатками указанного устройства являются невозможность обеспечения непрерывности процесса измельчения резиновой крошки, существенная опасность производства, обусловленная использованием взрывных технологий для получения резиновой крошки, а также большая длительность технологического процесса производства резинового порошка.
Известно «Устройство для переработки изношенных автопокрышек» (авторское свидетельство СССР №1214445, В29В 17/02, 1986 г.), содержащее средство для охлаждения покрышек, кузнечный молот с матрицей и пуансоном и отборочный транспортер, при этом поверхности пуансона и матрицы выполнены в виде плоских колец с радиальными ребрами, причем ребра матрицы смещены относительно ребер пуансона в окружном направлении.
Недостатки данного устройства заключаются в невозможности обеспечения равномерности геометрических размеров частиц получаемого резинового порошка, а также в сложности и высокой энергоемкости технологического процесса.
Известно «Устройство для переработки резиносодержащих изделий» (патент на изобретение РФ №2144461, МПК В29В 17/00, В29В 17/02, 2000 г.), содержащее рабочую камеру, средство для подачи в нее озоносодержащего газа и средство для механической деформации перерабатываемых изделий, причем средство для механической деформации выполнено в виде по меньшей мере двух элементов, один из которых выполнен с возможностью перемещения в направлении второго элемента с возможностью сжатия перерабатываемых изделий между элементами, при этом по меньшей мере на одном из элементов выполнены выступающие рабочие органы, установленные с возможностью протыкания материала изделий для обеспечения эффективного протекания процесса разрушения резиновой основы перерабатываемых изделий.
Недостатками данного устройства являются невозможность обеспечения непрерывности процесса измельчения резиновой крошки, невозможность обеспечения равномерности геометрических размеров частиц получаемого резинового порошка, а также негативное окислительное влияние озона на поверхность резиновой крошки, а следовательно, и на качество получаемого резинового порошка.
Известно «Устройство для деструкции шин с металлическим кордом» (патент на изобретение РФ №2135355, МПК В29В 17/00, В29В 17/02, 1999 г.), имеющее корпус, осесимметричную защитную камеру, установленную в корпусе, средство удержания деструктируемой шины, располагаемое в процессе деструкции в защитной камере, и средство импульсного воздействия на деструктируемую шину, причем в качестве средства импульсного воздействия на деструктируемую шину оно оснащено по меньшей мере одним источником когерентного импульсного электромагнитного излучения лазером, защитная камера снабжена по меньшей мере одним средством для подачи и слива рабочей жидкости и предусмотрено средство растяжения деструкторуемых шин.
Недостатки указанного устройства заключаются в невозможности обеспечения непрерывности процесса измельчения резиновой крошки и в невозможности обеспечения равномерности геометрических размеров частиц получаемого резинового порошка, а также в высоких стоимости и сложности лазера большой мощности, требуемой для возбуждения кавитационных процессов в жидкой среде.
Известно «Устройство для измельчения эластичных материалов с металлическими включениями, преимущественно фрагментов изношенных шин» (патент на изобретение РФ №2281202, МПК В29В 17/00, В29К 21/00, 2006 г.), содержащее корпус, цилиндрическую камеру измельчения, загрузочный бункер для подачи измельчаемого материала в камеру измельчения, штуцер для вывода измельченного материала из камеры измельчения, элементы измельчения, выполненные в виде тел вращения, соосно расположенные друг над другом и кинематически связанные с приводами, причем элементы измельчения выполнены в виде двух концентрично расположенных колец, соединенных между собой криволинейными спицами, в теле которых размещены электромагнитные катушки, питаемые электрическим током, причем внутренние кольца части элементов измельчения закреплены на приводном валу, установленном по оси камеры измельчения, а внутренние кольца другой части элементов измельчения, чередующихся с элементами измельчения первой части по высоте камеры измельчения, образуют кольцевой зазор с приводным валом, установленным по оси камеры, а их внешние кольца соединены с помощью проушин с центрирующими стержнями, расположенными с внешней стороны этих колец и соединенными с полым приводным валом, охватывающим приводной вал, установленный по оси камеры.
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, невозможность обеспечения непрерывности процесса измельчения резиновой крошки, невозможность обеспечения равномерности геометрических размеров частиц получаемого резинового порошка, а также большая энергоемкость.
Известен «Измельчитель» (патент на изобретение РФ №2015727, МПК В02С 13/14, 1994 г.), содержащий корпус с вертикально установленным в нем валом, на которых друг против друга расположены органы измельчения, загрузочный и разгрузочный патрубки, при этом вал снабжен сферическим диском и установлен эксцентрично оси корпуса с возможностью возвратно-поступательного движения, а органы измельчения выполнены в виде иглофрез, причем корпус выполнен составным из двух частей, по образующей поверхности верхней из которых жестко закреплены иглофрезы корпуса.
Недостатки указанного измельчителя связаны с невозможностью обеспечения равномерности геометрических размеров частиц получаемого резинового порошка, с необходимостью регулярной и продолжительной по времени замены изнашивающихся иглофрез, что увеличивает длительность технологического процесс, а также с резким падением эффективности работы иглофрез по мере уменьшения размеров измельчаемых частиц резиновой крошки.
Известен «Шнековый измельчитель изношенных покрышек» (патент на изобретение РФ №2265516, МПК В29В 17/00, В29К 21/00, 2005 г.), содержащий перфорированный цилиндрический корпус, снабженный внутренними режущими кромками, загрузочный бункер, соосно размещенный в цилиндрическом корпусе транспортирующий режущий шнек с приводом, торцевую матрицу с фильерами и дополнительный перфорированный цилиндр, имеющий внутренние режущие кромки, охватывающий упомянутый цилиндрический корпус и смонтированный в подшипниках цилиндрического корпуса с возможностью вращения от собственного привода для измельчения материала на выходе из перфораций цилиндрического корпуса.
Недостатками данного шнекового измельчителя являются сложность конструкции, высокая энергоемкость, а также невозможность обеспечения равномерности геометрических размеров частиц получаемого резинового порошка.
Известно «Устройство для измельчения автопокрышек» (патент на изобретение РФ №2396166, МПК В29В 17/00, 2005 г.), включающее основание, механизм сжатия автопокрышки, механизм подачи автопокрышки в зону измельчения и измельчитель, причем механизм подачи автопокрышки в зону измельчения содержит гидропресс с направляющим элементом в виде балки и транспортер с параллельными транспортирующими ветвями разной длины, выполненными в виде корпусов с вертикально установленными в них роликами, при этом в короткой транспортирующей ветви и в той части длинной ветви, которая расположена напротив короткой, установлены по одному приводному ролику и по 2-4 тяговых ролика, при этом все ролики соединены между собой тяговой цепью через звездочки, установленные на осях роликов, в остальной части длинной транспортирующей ветви установлены направляющие ролики, причем короткая транспортирующая ветвь выполнена с возможностью изменения расстояния между транспортирующими ветвями транспортера; механизм сжатия автопокрышки включает гидропресс с направляющим сжимающим элементом в виде корпуса с установленными в нем вертикальными направляющими роликами и расположенный напротив направляющего сжимающего элемента упорный поджимающий элемент, являющийся частью длинной транспортирующей ветви, в которой установлены направляющие ролики; измельчитель выполнен с насаженными на вал крупнозернистыми абразивными кругами или в виде барабана с ножами, установленными друг против друга.
Недостатки указанного устройства обусловлены необходимостью регулярной и продолжительной по времени замены изнашивающихся абразивных кругов и ножей барабана, что увеличивает длительность технологического процесса, а также невозможностью полного удаления из получаемого резинового порошка частиц металлического корда и частиц абразива, что ухудшает качество резинового порошка.
Известен «Валковый измельчитель» (авторское свидетельство СССР №1303184, МПК В02С 04/02, 1987 г.), содержащий пару установленных с возможностью вращения валков с криволинейным равномерным зазором между поверхностями, при этом оси вращения валков расположены во взаимно-перпендикулярных плоскостях, причем волок с перпендикулярной осью вращения выполнен цилиндрическим, а валок с горизонтальной осью вращения - с криволинейной рабочей поверхностью, образующая которой эквидистантна направляющей цилиндрического валка.
Недостатки данного валкового измельчителя заключаются в сложности конструкции, в невозможности линейного регулирования зазора между валками, что не позволяет корректировать степень измельчения резиновой крошки, т.е. ограничивает технологические возможности устройства исходными настройками, а также принципиальная невыполнимость задачи измельчения резиновой крошки до требуемой ее дисперсности за один проход через валковый измельчитель.
Известно «Устройство для измельчения резины» (авторское свидетельство СССР №1255440, МПК В29В 13/10, 1986 г.), содержащее смонтированные в корпусе с возможностью вращения с разными скоростями приводные измельчающие барабаны, при этом измельчающие барабаны установлены с возможностью вращения в одну сторону, причем диаметр барабана, направление вращения которого совпадает с направлением подачи резины, больше диаметра другого барабана.
Недостатком указанного устройства является невозможность тонкого измельчения резиновой крошки за один проход через измельчающие барабаны.
Известен также «Валковый измельчитель» (патент на полезную модель РФ №166453, МПК В29В 17/00, 2016 г.), принятый за прототип, содержащий включающий станину с отдельными приводами на каждый валок, устройство для изменения зазора между валками, валки, один из которых быстроходный, установленные с возможностью вращения с разными скоростями, а на поверхности быстроходного валка выполнены рифы для улучшения захвата полосового материала, отличающийся тем, что над быстроходным валком установлены дисковые ножи, закрепленные на оси, снабженной прижимным устройством для вертикального перемещения оси, на быстроходном валке выполнены кольцевые канавки, дисковые ножи установлены над кольцевыми канавками с возможностью опускания в эти канавки для разрушения материала, армирующего перерабатываемую покрышку.
Недостаток данного технического решения обусловлен практической невозможностью обеспечить требуемую степень измельчения резиновой крошки за один ее проход через фрикционную пару валков, что вынуждает в процессе измельчения резиновой крошки производить на нее многократное фрикционное воздействие в одной и той же паре валков с изменением их настройки либо последовательно на нескольких настроенных индивидуально парах валков, а следовательно, увеличивать как длительность технологического процесса, так и энергозатраты на него.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении экономичности процесса измельчения резиновой крошки, в его ускорении, а также в повышении степени дисперсности получаемого порошка резины.
в
тi
в
тi
Технический результат достигается тем, что диспергатор резиновой крошки, содержащий станину, на которой смонтирована фрикционная пара, включающая высокоскоростной и тихоходный валки, оснащенные индивидуальными приводами, выполненными с возможностью регулирования линейной скорости условных точек на наружной рабочей поверхности валка, и блок регулирования зазора между валками фрикционной пары, дополнительно содержит n тихоходных валков, оснащенных индивидуальными приводами, выполненными с возможностью регулирования линейной скорости условных точек на наружной рабочей поверхности валка, образующие с высокоскоростным валком n дополнительных фрикционных пар, обеспеченных блоками регулирования зазора между валками фрикционных пар, измеритель линейной скорости условных точек на наружной рабочей поверхности высокоскоростного валка, (n+1) измерителей линейной скорости условных точек на наружных рабочих поверхностях тихоходных валков, (n+1) измерителей зазора между валками в каждой фрикционной паре и управляющий контроллер, при этом выход измерителя линейной скорости условных точек на наружной рабочей поверхности высокоскоростного валка связан с первым входом привода высокоскоростного валка, ко второму входу которого по двунаправленному каналу связи общего доступа с уникальными идентификационными адресами подключен управляющий контроллер, и с первыми входами каждого i-го привода тихоходных валков, где i=1, 2, …n, (n+1), причем ко второму входу каждого i-го привода тихоходных валков подсоединен выход соответствующего i-го измерителя линейной скорости условных точек на наружной рабочей поверхности i-го тихоходного валка, а третий вход каждого i-го привода тихоходных валков по двунаправленному каналу связи общего доступа с уникальными идентификационными адресами соединен с управляющим контроллером, подключенным также по двунаправленному каналу связи общего доступа с уникальными идентификационными адресами к первому входу каждого i-го блока регулирования зазора между валками соответствующей i-й фрикционной пары, второй вход каждого из i-го блока регулирования зазора между валками соответствующей i-й фрикционной пары связан с выходом соответствующего i-го измерителя зазора между валками i-й фрикционной пары, при этом соотношение наружного диаметра высокоскоростного валка D и наружного диаметра i-го тихоходного валка D выбирают из условия D>2D, а каждая фрикционная пара оснащена направляющей пластиной для обеспечения подачи резиновой крошки в зазор между валками.
На фиг. 1 приведена блок-схема диспергатора резиновой крошки.
1
n+1
Диспергатор резиновой крошки содержит станину (не показана на блок-схеме), на которой смонтированы высокоскоростной валок 1, и (n+1) тихоходных валков 2÷2, образующих с высокоскоростным валком 1 (n+1) фрикционных пар валков, измельчающих резиновую крошку 3.
i
i
i
i
i
i
Высокоскоростной валок 1 оснащен индивидуальным приводом 4 и измерителем 5 линейной скорости условных точек на наружной рабочей поверхности высокоскоростного валка 1, а каждый тихоходный валок 2 i-й фрикционной пары валков оснащен соответственно индивидуальным приводом 6, блоком регулирования зазора между валками 7, направляющей пластиной 8, измерителем 9 линейной скорости условных точек на наружной рабочей поверхности i-го тихоходного валка и измерителем 10 зазора между валками i-й фрикционной пары валков.
i
1
Направляющая пластина 8 предназначена для обеспечения подачи резиновой крошки 3, измельченной в (i-1)-й фрикционной паре валков или поступившей на вход диспергатора, непосредственно в зазор i-й фрикционной пары валков и имеет длину не менее длины высокоскоростного валка 1. Входом диспергатора служит зазор между высокоскоростным валком 1 и тихоходным валком 2 в первой фрикционной паре валков.
i
i
i
i
i
Управляющий контроллер 11 осуществляет по двунаправленному каналу связи общего доступа с уникальными идентификационными адресами 12 контроль функционирования индивидуального привода 4 высокоскоростного валка 1 и индивидуального привода 6 каждого тихоходного валка 2, а также производит коррекцию задающих сигналов для индивидуального привода 4 высокоскоростного валка 1, для индивидуальных приводов 6 тихоходных валков 2 и для блоков регулирования зазора между валками 7 каждой i-й фрикционной пары валков.
Двунаправленный канал связи общего доступа с уникальными идентификационными адресами 12 может быть выполнен, например, по стандартам Ethernet.
Работа диспергатора резиновой крошки осуществляется следующим образом.
1
1
2i
i
1
2i
i
Резиновая крошка поступает на вход диспергатора, т.е. в зазор между высокоскоростным валком 1 и тихоходным валком 2 в первой фрикционной паре валков, где подвергается относительно медленной деформации сжатия в перпендикулярном ее перемещению направлении и практически мгновенной из-за относительно высокой линейной скорости V условных точек на наружной поверхности высокоскоростного валка 1 в сравнении с линейной скоростью V условных точек на наружной поверхности тихоходного валка 2 деформации растяжения в направлении перемещения резиновой крошки 3, что вызывает ее разрывы вследствие превышения величины предельного удлинения, т.е. измельчение резиновой крошки 3. Как правило, значение фрикции V/V≥10, а величина зазора между высокоскоростным валком 1 и тихоходным валком 2 в i-й фрикционной паре валков δ<1 мм.
2
n+1
Аналогичные процессы разрушения резиновой крошки 3 происходят и в следующей паре валков, куда поступает измельченная в первой паре валков резиновая крошка: высокоскоростной валок 1 - тихоходный валок 2 и т.д. вплоть до последней пары валков: высокоскоростной валок 1 - тихоходный валок 2, где окончательно образуется мелкодисперсный регенерат резины.
1
2i
i
i
i
i
1
2i
Управляющий контроллер 11 задает величину линейной скорости V условных точек на наружной рабочей поверхности высокоскоростного валка 1, измеряемой измерителем 5 линейной скорости условных точек на наружной рабочей поверхности высокоскоростного валка 1 и стабилизируемой индивидуальным приводом 4, а также индивидуально задает величину линейной скорости V условных точек на наружной рабочей поверхности каждого тихоходного валка 2, измеряемой измерителем 9 линейной скорости условных точек на наружной рабочей поверхности тихоходного валка 2 и стабилизируемой индивидуальным приводом 6. В результате величина фрикции V/V в каждой фрикционной паре валков устанавливается индивидуально и может различаться во фрикционных парах валков в соответствии с техническими условиями на измельчение резиновой крошки 3.
i
i
Кроме того, управляющий контроллер 11 задает значение зазора между высокоскоростным валком 1 и каждым тихоходным валком 2, измеряемого измерителем 10 зазора между валками i-й фрикционной пары валков. При этом величины зазоров между валками фрикционных пар валков также могут различаться, например, в соответствии с техническими условиями на измельчение резиновой крошки, а общее количество n дополнительных тихоходных валков зависит от характеристик измельчаемой резиновой крошки 3, от необходимой степени дисперсности итогового резинового порошка, от конструктивных особенностей диспергатора и т.д.
1
i
Резиновая крошка 3, последовательно проходя через (n+1) фрикционных пар валков с различными значениями фрикции V/V а также с индивидуальными величинами зазоров между валками измельчается до требуемого состояния высокодисперсного порошка за один проход через диспергатор.
Энергозатраты при тонком непрерывном измельчении резиновой крошки за один проход в случае реализации данного способа соизмеримы с энергозатратами при использовании обычных вальцов с одной парой валков, а быстродействие многократно выше. Индивидуальная настройка каждой фрикционной пары валков позволяет обеспечить требуемые дисперсность и структурную однородность резинового порошка.
Таким образом, учитывая относительно невысокую в сравнении с известными аналогами энергоемкость процесса измельчения резиновой крошки, непрерывность технологического процесса и возможность его гибкой настройки, реализация предложенного способа позволяет обеспечить высокие экономичность производства и качество регенерированной резины.