ПОМОЛЬНО-СМЕСИТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ
GRINDING-MIXING DEVICE

Изобретение относится к технике сухого, а также мокрого измельчения различных материалов и может быть использовано в химической, металлургической, строительной, фармацевтической и других отраслях промышленности.
Известна центробежная мельница, содержащая платформу, трубные помольные камеры с загрузочными и разгрузочными горловинами, жестко закрепленные на противодвижных водилах, свободно соединенных с противонаправленными эксцентриковыми шейками приводного вала. Причем водила мельницы выполнены в виде одноуровневых площадок для крепления трубных помольных камер, свободно соединенных с одной стороны с противонаправленными шейками эксцентрикового вала, а с другой - с подвижными рычагами [1].
Основными недостатками такой мельницы являются: отсутствие возможности обеспечения интенсивного ударного воздействия на материал на ранней стадии измельчения, а также однотипность движений, совершаемых помольными камерами на различных стадиях измельчения, недостаточная эффективность измельчения, сложность конструкции, затрудняющая монтаж, балансировку и обслуживание. Эти факторы ограничивают область применения мельницы при помоле материалов, обладающих различными физико-механическими свойствами.
Наиболее близким изобретением по технической сущности, выбранным в качестве прототипа, является помольно-смесительный агрегат, содержащий станину, эксцентриковый вал с противовесами, помольные камеры с загрузочными и разгрузочными патрубками. Станина содержит вертикальные направляющие с ползунами и опорные стойки, при этом агрегат содержит раму, верхней частью шарнирно связанную с ползунами опорных стоек и нижней частью - с эксцентриковым валом. Помольные камеры расположены на раме в вертикальной плоскости и образуют верхнюю, среднюю и нижнюю камеры, причем верхняя и нижняя помольные камеры неподвижно закреплены на раме таким образом, что их продольные оси расположены горизонтально и совмещены с осями шарниров, соединяющих раму соответственно с ползунами опорных стоек и эксцентриковым валом, а средняя имеет возможность вертикального перемещения на раме; помольные камеры связаны между собой соединительными патрубками. Благодаря различным траекториям движения помольных камер происходит разное динамическое воздействие мелющих тел на исходный материал, а именно сочетание ударных и истирающих нагрузок [2].
Основными недостатками такого агрегата являются высокая энергоемкость и сложность динамического уравновешивания подвижных частей агрегата.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что помольно-смесительный агрегат содержит станину, загрузочный бункер, вертикальные направляющие, помольные камеры, соединенные между собой патрубками с окнами и размещенные на рамах, каждая из которых связана верхней частью посредством ползунов с направляющими, а нижней - с эксцентриковыми валами. Эксцентриковые валы размещены в опорных стойках, закрепленных на станине, и имеют противовесы. Помольно-смесительный агрегат снабжен промежуточным валом, установленным в опорах станины с возможностью одновременного кинематического взаимодействия с парой эксцентриковых валов, каждый из которых связан с соответствующей рамой. Эксцентриковые валы размещены параллельно промежуточному валу, противонаправленно (т.е. эксцентриковые участки валов развернуты в противоположные стороны) друг другу с возможностью изменения относительного угла установки. Противовесы эксцентриковых валов выполнены регулируемыми. Загрузочный бункер выполнен двухсекционным, снабжен горизонтальными заслонками и каждая из секций соединена с патрубком соответствующей помольной камеры.
Целью изобретения является уменьшение энергоемкости и расширение технологических возможностей помольно-смесительного агрегата.
Указанная цель достигается за счет того, что помольно-смесительный агрегат снабжен промежуточным валом, установленным в опорах станины с возможностью одновременного кинематического взаимодействия с парой эксцентриковых валов, каждый из которых связан с соответствующей рамой. Причем эксцентриковые валы размещены параллельно промежуточному валу, противонаправленно друг другу с возможностью изменения относительного угла установки. Противовесы эксцентриковых валов выполнены регулируемыми. Загрузочный бункер выполнен двухсекционным, снабжен горизонтальными заслонками и каждая из секций соединена с патрубком соответствующей помольной камеры.
Наличие в помольно-смесительном агрегате промежуточного вала с зубчатыми колесами, посредством которых осуществляется кинематическое взаимодействие с эксцентриковыми валами, относительное расположение которых может изменяться, позволяет уменьшить динамические нагрузки и, как следствие, ведет к снижению энергоемкости.
с
с
Так как энергоемкость агрегата является величиной, прямо пропорциональной величине приведенных моментов сил сопротивлений (М), то с уменьшением М соответственно уменьшается энергоемкость.
с
0
0
с
На фиг.1 представлен график изменения приведенных моментов сил сопротивлений М от угла поворота φ эксцентрикового вала (φ изменяется от 0° до 360°); 1 - для кривошипно-ползунного механизма при φ=0°, 2 - для кривошипно-ползунного механизма при φ=180°. М является функцией сил тяжести подвижных звеньев рычажного механизма (включая загрузку помольных камер), сил инерции и моментов сил инерции, возникающих при движении звеньев, а также кинематических характеристик: линейных скоростей центров масс звеньев и угловых скоростей звеньев.
с
1
2
3
c
с
Максимальное значение M для каждого механизма при заданном режиме работы (величина эксцентриситета е=0,02 м, угловая скорость вращения эксцентриковых валов ω=29,9 рад/с, массы звеньев: m=17,7 кг, m=120,3 кг, m≈0) составляет 31,7 Нм. При совместной работе двух кривошипно-ползунных механизмов в соответствии с предлагаемым решением результирующая величина M будет меньше. На фиг.2 показан график изменения приведенного к одному валу момента сил сопротивлений М от угла поворота этого вала.
c
Максимальное значение M при том же режиме работы составляет 24,4 Нм, что на 23% меньше по сравнению с одинарным агрегатом. Приведенные графики получены на основании анализа результатов экспериментов, проведенных в лаборатории кафедры технологических комплексов, машин и механизмов Белгородского государственного технологического университета им. В.Г.Шухова.
Выполнение противовесов эксцентриковых валов регулируемыми дает возможность организации различных схем процесса измельчения материала в помольно-смесительном агрегате, что существенно расширяет его технологические возможности.
с
с
На фиг.1 представлен график изменения приведенного момента сил сопротивлений М от угла поворота φ эксцентрикового вала для одинарного кривошипно-ползунного механизма. На фиг.2 представлен график изменения приведенного момента сил сопротивлений М для сдвоенного кривошипно-ползунного механизма. На фиг.3 представлен общий вид и на фиг.4 - вид сбоку помольно-смесительного агрегата. На фиг.5 представлена конструкция противовеса. На фиг.6 представлена схема рычажного механизма помольно-смесительного агрегата.
Помольно-смесительный агрегат состоит из станины 1, содержащей две пары вертикальных, например цилиндрических, направляющих 2 и 3 с двумя парами ползунов 4, 5 и две пары опорных стоек 6 и 7. В каждой паре опорных стоек противонаправленно расположены эксцентриковые валы 8 и 9.
Каждый вал снабжен регулируемым противовесом 10 и 11. Противовесы представляют собой тела цилиндрической формы (грузы) 12 (см. фиг.5) с продольными резьбовыми отверстиями, посредством которых они закреплены на цилиндрических стержнях с наружной резьбой 13, снабженных ступицами 14 для установки на соответствующих валах, например, при помощи шпонок. Для предотвращения произвольного откручивания противовесы имеют поперечные резьбовые отверстия, в которые устанавливаются стопорные винты 75.
Агрегат также содержит две рамы 16 и 17, выполненные, например, прямоугольной формы из швеллеров, снабженные кронштейнами для шарнирного соединения с эксцентриковыми валами 8, 9 и ползунами 4, 5. Рамы выполняют роль шатунов в кривошипно-ползунных механизмах, образованных из станины, эксцентриковых валов-кривошипов, рам-шатунов и ползунов, что необходимо для обеспечения требуемых траекторий движения помольных камер, закрепленных на рамах. Верхние 18, средние 19 и нижние 20 помольные камеры связаны между собой соединительными патрубками 21.
Вращение эксцентриковым валам 8 и 9 задается от электродвигателя (не показан), расположенного, например, на станине, через ременную передачу. Согласованное вращение и угол установки эксцентриковых валов обеспечивается с помощью зубчатых передач, состоящих из пар цилиндрических зубчатых колес 22, 23 и 24, и промежуточного вала 25 (см. фиг.6). Пары зубчатых колес 22 и 24 расположены на концах эксцентриковых валов, пара зубчатых колес 23 - на концах промежуточного вала таким образом, что имеется возможность вывода из зацепления с зубчатыми колесами эксцентриковых валов зубчатых колес промежуточного вала для обеспечения необходимого угла установки эксцентриковых валов. Передаточные отношения зубчатых передач равны 1.
Загрузочный бункер 26 состоит из двух секций, снабженных горизонтальными заслонками 27 и 28. Секции бункера гибкими соединительными патрубками 29 и 30 связаны с загрузочными патрубками верхних помольных камер 18. Нижние помольные камеры 20 имеют разгрузочные патрубки 31 и 32. В верхних частях соединительных патрубков 21 встроены загрузочные окна 33, в нижних частях - выгрузочные окна 34.
Предлагаемая конструкция помольно-смесительного агрегата позволяет обеспечить различные схемы организации процесса измельчения материала.
1. Исходный материал через загрузочный бункер 26, работающий как вибробункер, установленный на стойках 2 и 3, закрепленных на станине 1, при одинаково открытых заслонках 27 и 28 равномерно поступает по гибким соединительным патрубкам 29 и 30 в загрузочные патрубки верхних помольных камер 18. При продвижении материала через верхние 18, средние 19 и нижние 20 помольные камеры, связанные между собой соединительными патрубками 21, обеспечивается интенсивное ударное и истирающее воздействие мелющих тел на материал. Это происходит благодаря различным траекториям движения помольных камер и, соответственно, разному динамическому воздействию мелющих тел на исходный материал, а именно сочетанию ударных и истирающих нагрузок. Выход материала осуществляется через разгрузочные патрубки 31 и 32. Движение шарнирно соединенных с парами ползунов 4 и 5 рам 16 и 17 с закрепленными на них помольными камерами осуществляется от вращения соответствующих противонаправленных эксцентриковых валов 8 и 9, расположенных в опорных стойках 6 и 7.
Установка эксцентриковых валов на необходимый угол α (в данном случае α=180°) и согласованное их вращение обеспечивается через промежуточный вал 25 и зубчатые колеса 22, 23 и 24, установленные на эксцентриковых и промежуточном валах. При этом уравновешиваются динамические нагрузки, возникающие при движении частей двух параллельных рычажных механизмов. Таким образом обеспечивается параллельное измельчение материала при одинаковых режимах работы обеих частей агрегата, что существенно повышает его производительность.
2. Исходный материал поступает в одну секцию загрузочного бункера 26 и, например, по гибкому соединительному патрубку 29 в загрузочный патрубок верхней помольной камеры одной части агрегата. При продвижении материала через верхнюю, среднюю и нижнюю помольные камеры обеспечивается интенсивное ударное и истирающее воздействие мелющих тел на материал. Выход материала осуществляется через разгрузочный патрубок 31. Измельченный материал при помощи дополнительных устройств подается в другую секцию загрузочного бункера 26 и поступает по гибкому соединительному патрубку 30 в загрузочный патрубок верхней помольной камеры другой части агрегата. При продвижении материала через верхнюю, среднюю и нижнюю помольные камеры обеспечивается дополнительное интенсивное ударное и истирающее воздействие мелющих тел на материал. Выход материала осуществляется через разгрузочный патрубок 32. Таким образом обеспечивается последовательное измельчение материала, что существенно повышает качество готового продукта.
Конструкция агрегата позволяет, при необходимости, использовать различные коэффициенты загрузки помольных камер на первой и второй стадиях измельчения. Неуравновешенность подвижных частей агрегата вследствие различной их загрузки компенсируется установкой эксцентриковых валов на необходимый угол α (α≠180°) и соответствующей регулировкой противовесов 10 или 11, закрепленных на валах с помощью ступиц 14, в зависимости от того, какая из частей агрегата работает в измененном режиме. Для регулировки противовесов необходимо отвернуть стопорный винт 15 и, вращая груз 12 относительно оси цилиндрического стержня 13 по часовой стрелке или против нее, уменьшить или увеличить расстояние от центра масс груза до оси эксцентрикового вала соответственно. Поступательное перемещение груза при его вращении относительно оси стержня обеспечивается за счет винтового соединения груза и стержня.
3. Исходный материал поступает в одну секцию загрузочного бункера 26 и, например, по гибкому соединительному патрубку 29 в загрузочный патрубок верхней помольной камеры одной части агрегата. При продвижении материала через верхнюю, среднюю и нижнюю помольные камеры обеспечивается интенсивное ударное и истирающее воздействие мелющих тел на материал. Выход материала осуществляется через разгрузочный патрубок 31. Измельченный материал при помощи дополнительных устройств разделяется на крупную и мелкую фракции. Крупная фракция возвращается с помощью дополнительных устройств в бункер 26 и далее дополнительно измельчается в этой же части агрегата. Мелкая фракция подается на домол с помощью дополнительных устройств в загрузочный бункер 26 и по гибкому соединительному патрубку 30 в загрузочный патрубок верхней помольной камеры другой части агрегата. При этом помольные камеры второй части агрегата с целью обеспечения требуемой дисперсности готового продукта имеют мелющую загрузку, отличную от мелющей загрузки первой части агрегата. Неуравновешенность подвижных частей агрегата вследствие различной их загрузки компенсируется установкой эксцентриковых валов на необходимый угол α (α≠180°) и соответствующей регулировкой противовесов 10 и 11.
4. Помольно-смесительный агрегат работает по схеме 2 и для получения сверхтонкого продукта материал из разгрузочного патрубка 32 подается в дополнительные устройства, где разделяется на крупную и мелкую фракции. Крупная фракция подается на домол в загрузочный бункер агрегата, а мелкая - для последующего сверхтонкого измельчения, например, в вихре-акустический диспергатор.
5. Помольно-смесительный агрегат работает по схеме 1, но в зависимости от требований к качеству готового продукта выход материала осуществляется через выгрузочные окна 34 либо верхней, либо средней помольных камер.
6. Помольно-смесительный агрегат работает по схеме 2, но в зависимости от требований к качеству готового продукта выход материала на второй стадии измельчения осуществляется через выгрузочные окна 34 либо верхней, либо средней помольных камер.
7. Помольно-смесительный агрегат работает по схеме 2, но в зависимости от требований к качеству готового продукта загрузка материала на второй стадии измельчения осуществляется через загрузочные окна 33 либо средней, либо нижней помольных камер.
Таким образом, благодаря конструкции помольно-смесительного агрегата, включающей два параллельных кривошипно-ползунных механизма с противонаправленными кривошипами, согласованное вращение которых осуществляется через промежуточный вал и систему цилиндрических зубчатых колес, обеспечиваются различные схемы прохождения измельчаемого материала через помольные камеры, закрепленные на двух рамах. Это позволяет расширить технологические возможности агрегата, а также обеспечить уравновешивание динамических нагрузок, возникающих при движении частей двух параллельных рычажных механизмов, что значительно уменьшает требуемую для функционирования агрегата мощность.
Кроме этого, компоновка предлагаемого помольно-смесительного агрегата с расположением помольных камер на открытых рамах обеспечивает доступность для монтажа и обслуживания как самих камер, так и подшипниковых узлов, служащих для шарнирного соединения подвижных частей агрегата, а также зубчатых колес, предназначенных для согласованного вращения валов.
Расположение противовесов на наружных концах эксцентриковых валов обеспечивает доступность для их регулировки и обслуживания.
Источники информации
1. Пат. РФ №2043156, В02С 17/08 (прототип).
2. Пат. РФ №2277973, В02С 17/08 (аналог).