ПЛАНЕТАРНАЯ МЕЛЬНИЦА ДЛЯ МЕХАНОАКТИВАЦИИ ПАСТООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области нанотехнологий и может быть использована для механоактивирования графитной смазки с целью улучшения ее эксплуатационных характеристик, в частности, уменьшения трения в самых различных машинах и механизмах.
Планетарная мельница, содержащая основание, водило с приводом вращения, помольные барабаны, выполненные в виде цилиндрических обечайки с торцевыми стенками (патент РФ № 2415716).
Недостаток заключается в том, что скорость вращения помольных барабанов однозначно определяется скоростью вращения водила, и это не позволяет изменять характер движения мелящих шаров и материала в этих барабанах.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является планетарная мельница, содержащая основание, водило с приводом вращения, помольные барабаны с мелящими шарами, установленные в подшипниковых опорах на водиле с возможностью вращения относительно собственных осей, привод вращения помольных барабанов относительно собственных осей (патент РФ № 83433).
Недостаток заключается в том, что контакт мелящего шара с внутренней поверхностью помольного барабана осуществляется в точке и обработка материала, особенно пастообразного, происходит недостаточно интенсивно.
Технической задачей полезной модели является интенсификация процессов, происходящих в помольных барабанах.
Техническая задача достигается тем, что в планетарной мельнице, содержащей основание, водило с приводом вращения, помольные барабаны с мелящими шарами, установленные в подшипниковых опорах на водиле с возможностью вращения относительно собственных осей, привод вращения помольных барабанов относительно собственных осей, на внутренней поверхности каждого помольного барабана имеются по две кольцевые проточки в поперечном сечении в виде дуги окружности с радиусом, равным радиусу мелящих шаров, и глубиной 0,1-0,5 от радиуса этих шаров, а внутренняя длина барабана рассчитывается по формуле
L=N∙d+(0,01÷0,02)∙(N+1),
где L - внутренняя длина барабана, мм; N - число кольцевых проточек; d - диаметр шара, мм.
Кроме этого, техническая задача достигается за счет того, что мелящие шары установлены в сепараторах, на одном участке каждого сепаратора расположено по крайней мере два шара, а на диаметрально противоположном участке - один шар, причем число сепараторов в каждом помольном барабане равно числу кольцевых проточек.
На фиг. 1 дана общая схема планетарной мельницы, на фиг. 2 - продольный разрез помольного барабана, а на фиг. 3 показаны положения шаров при планетарном движении помольных барабанов.
Помольные барабаны 1 совершают планетарное движение за счет привода 3 водила 2 и привода независимого вращения барабанов 4. Вращение от привода 4 осуществляется за счет фрикционных валков 5 и 6.
Шары 7 установлены в сепараторе 8, причем на одном участке сепаратора расположены по крайней мере два шара, а на диаметрально противоположном участке - один шар. На фиг. 2 видно, что на внутренней поверхности помольных барабанов имеются кольцевые проточки в поперечном сечении в виде дуги окружности с радиусом R, равным радиусу мелящих шаров, и глубиной h=0,1-0,5 от радиуса этих шаров.
Работоспособность предлагаемой планетарной мельницы проверяли на лабораторной установке с диаметром помольного барабана 120 мм и шириной 25 мм, а скорость вращения водила 1100 об/мин. На внутренней поверхности помольных барабанов были две кольцевые проточки с радиусом 6 мм и глубиной 5 мм. В проточки были установлены два сепаратора с шарами диаметром 12 мм. В каждом сепараторе на одном участке были расположены 3 шара, а на диаметрально противоположном участке - один шар, как показано на фиг. З. Скорость вращения помольных барабанов относительно собственных осей подбиралась такой, чтобы шары, вращаясь относительно собственных осей, совершали периодические перемещения из ближнего (относительно центра вращения водила) положения (на фиг. 3 шары показаны сплошными линиями) в дальнее положение (на фиг. 3 шары показаны пунктирными линиями). При этих перемещениях шары проскальзывают относительно внутренней поверхности помольных барабанов и в пасте, которая в данный момент времени находится между шарами и поверхностью, возникают касательные напряжения. В результате действия этих напряжений происходит сдвиг слоев в частицах графита, т.е. уменьшается слойность. Поскольку данные воздействия повторяются многократно, в конечном итоге образуются малослойные графеновые наноструктуры. За счет вращения помольных барабанов в зонах сдвига действуют большие ускорения и как следствие большие нормальные напряжения. При скорости вращения водила 1100 об/мин возникают ускорения порядка 150g (g - ускорение свободного падения). Как известно, касательные напряжения прямопропорциональны нормальным напряжениям. Таким образом, касательные напряжения в предлагаемой планетарной мельнице в 150 раз больше напряжений, действующих в шаровых мельницах, и, по крайней мере, в 2 раза больше, чем в серийно выпускаемых лабораторных планетарных мельницах.
Сравнение предлагаемой планетарной мельницы с прототипом проводили следующим образом. В помольные барабаны мельниц загружали серийно выпускаемую графитную смазку и для прототипа и предлагаемой подбирали такие времена обработки, при которых коэффициенты трения скольжения уменьшались на 20%. В результате установлено, что предлагаемая конструкция позволяет сократить время обработки на 30-40%.
Таким образом, поставленные задачи выполнены полностью.