Барабанная мельница
DRUM MILL

Изобретение относится к технике дробления и измельчения материалов и может быть использовано для размола рудного и нерудного сырья.
Известны барабанные вращающиеся мельницы, содержащие барабан, загрузочную и разгрузочную цапфы и привод. Разгрузка материала в них осуществляется через решетку, установленную в торце барабана с помощью элеваторов, представляющих собой отливку из серого чугуна, или через открытую горловину. [Горное оборудование Уралмашзавода. Екатеринбург. «Уральский рабочий», 2003г, с.193-201.; Олевский В.А. «Размольное оборудование обогатительных фабрик», М, Росгортехиздат, 1963, с.25].
Недостатком данных мельниц является то, что в данной конструкции цапфы с цапфовыми подшипниками не создают рабочего объема барабана, что приводит к снижению их производительности, при этом чугунные элеваторы подверженны абразивному износу и имеют низкую наработку на отказ.
Известна барабанная установка, в которой барабан опирается на подшипники скольжения подвижными кольцами, закрепленными на торцевой стенке и образующими с ней единое целое. [Патент №GB512871, дата публикации 27.09.1939].
Недостатком этого решения, применительно к барабанным мельницам, является цельная конструкция барабана, что создает трудности при транспортировке в труднодоступные места эксплуатации, и прогиб барабана под действием сил тяжести измельчаемого материала и мелющей среды (стальных шаров), снижающий надежность конструкции.
Из уровня техники известна барабанная мельница содержащая приводной футерованный барабан, закрепленные в опорах загрузочную и разгрузочную цапфы, опора первой из которых установлена на направляющих, параллельных оси вращения барабана, с возможностью перемещения и фиксации в заданном положении, отличающаяся тем, что, с целью повышения технологических возможностей путем обеспечения оптимальных соотношений длины и диаметра рабочей камеры для материалов, имеющих разные характеристики, мельница снабжена футерованными кольцевыми вставками, установленными между барабаном и подвижной загрузочной цапфой. [Патент РФ №2024311, дата публикации 15.12.1994].
Недостатком мельницы является необходимость изменения фундамента для обеспечения большей производительности, невозможность применения этой конструкции в действующих цехах без существенной доработки компоновки сопряженного оборудования и здания цеха в целом.
Известна также шаровая мельница, содержащая барабан и кольца скольжения (бандажи), в которой на разгрузочном кольце мельницы бандаж закреплен с помощью болтов, а внутренняя стенка бандажа и наружная поверхность барабана расположены на расстоянии друг от друга. [Заявка на изобретение №СН101912803, дата публикации 15.12.2010].
Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является барабанная мельница, содержащая цельный барабан с механообработанными концами, установленный на сегментные подшипники (Презентация CEMTECH, «cemtek_presentation.PDF». Режим доступа - www.asalmaz.ru).
Недостатком вышеуказанных мельниц является уникальность механообработки цельного барабана, сложность его доставки к месту эксплуатации мельницы и высокая трудоемкость ремонта барабана, связанная с отправкой его для ремонта к изготовителю.
Технической проблемой, на разрешение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение ремонта и установки барабанной мельницы в состав производственного комплекса.
Технический результат заключается в повышении надежности барабанной мельницы при одновременном увеличении ее производительности.
Сущность заявляемого изобретения.
Барабанная мельница содержит барабан с приводом, установленный на кольцевые подшипники, а также механизм выгрузки измельченного продукта, загрузочное и разгрузочное отверстия. В отличие от ближайшего аналога, барабан выполнен в виде загрузочной, центральной и разгрузочной царг, скрепленных фланцевыми соединениями, ширина которых составляет не менее 5% от диаметра барабана.
Дополнительно загрузочная и разгрузочная царги могут быть снабжены бандажами. Бандажи могут быть присоединены к царгам любым известным способом, например, путем сварки или с помощью разъемного соединения, и снабжены ребордами в виде кольцевых выступов в вертикальной плоскости, ограничивающих горизонтальное смещение барабана относительно подшипников.
Кольцевые подшипники могут быть выполнены сегментными, в виде корпуса, внутри которого расположены сегменты с антифрикционным покрытием, установленные на опоры. Количество сегментов подшипников может быть не менее двух, в зависимости от объема барабана и необходимой устойчивости. Опоры могут представлять собой перекладины, закрепленные на внутренней поверхности корпуса подшипника с вертикальным стержнем для установки сегмента.
Подшипники могут быть выполнены герметичными для обеспечения защиты внутреннего пространства от пыли и иных загрязнений. Герметичность корпуса может обеспечиваться за счет выполнения бандажей с кольцевыми выступами в горизонтальной плоскости и антифрикционной лентой, расположенной между стенками подшипников и кольцевыми выступами на бандажах. Лента может быть выполнена, например, из резины или полиуретана.
Механизм выгрузки измельченного продукта может быть выполнен любыми известным из уровня техники способом, например, в виде элеваторов и решетки для сортировки продукта, установленных в разгрузочной царге барабана. Элеваторы могут быть выполнены сварными из износостойкого проката, что увеличивает наработку на отказ, повышая коэффициент использования мельницы и, как следствие, ее производительность.
Привод барабанной мельницы может быть выполнен любым известным из уровня техники образом, например, в виде венца и подвенцовой шестерни с электродвигателем.
Загрузочные и разгрузочные отверстия могут быть выполнены любыми известным из уровня техники образом, например, в виде отверстий в загрузочной и разгрузочной царгах соответственно, снабженных патрубками.
Выполнение барабана в виде загрузочной, центральной и разгрузочной царг, установленного на кольцевые подшипники, обеспечивает увеличение рабочего объема барабана без изменения общей длины барабанной мельницы, что в свою очередь повышает производительность мельницы. Соединение царг барабана фланцами шириной не менее 5% от диаметра барабана обеспечивает необходимую жесткость составного барабана за счет оптимального распределения нагрузки между поверхностью корпуса барабана и поверхностью фланцев, выполняющих функцию ребер жесткости, что повышает надежность барабана при одновременном увеличении производительности мельницы за счет увеличения ее рабочей длины.
Максимальная ширина фланцевых соединений царг может составлять 15% от диаметра барабана. Поскольку корпус барабана представляет собой цилиндрическую оболочку, а фланцы являются подкрепляющими ее кольцами, для оценки оптимальной ширины фланцев оценивается распределение нагрузки между оболочкой и подкрепляющим кольцом по жесткостному параметру ζ, характеризующемуся следующей формулой:
ζ =f (Jy), где Jy - момент инерции кольца.
Увеличение жесткостного параметра влечет за собой снижение нагрузки, которая передается на оболочку. Таким образом, с учетом нелинейности зависимости, наилучшие показатели жесткости конструкции обеспечиваются при ширине фланцев 5-15% от диаметра барабана.
Таким образом, заявляемая барабанная мельница характеризуется новыми, ранее неизвестными из доступных источников информации существенными признаками, заключающимися в выполнении барабана в виде загрузочной, центральной и разгрузочной царг, скрепленных фланцевыми соединениями, ширина которых составляет не менее 5% от диаметра барабана. Использование вышеописанной конструкции барабана обеспечивает синергетический эффект по повышению надежности  барабанной мельницы при одновременном повышении ее производительности и решает проблему по упрощению ремонта и установки барабанной мельницы в составе производственного комплекса, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критериям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемое изобретение может быть выполнено известными способами из известных материалов, что обеспечивает ее соответствие критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 – вид барабанной мельницы в продольном разрезе;
Фиг.2 – вид барабанной мельницы в поперечном разрезе А-А на фиг.1;
Фиг. 3 – поперечный разрез опоры сегментного подшипника и бандажа, выноска I на фиг. 1.
Барабанная мельница содержит привод 1, барабан 2, загрузочное 3 и разгрузочное 4 отверстия, сегментные подшипники 5, решетку 6 и элеваторы 7. Барабан выполнен в виде загрузочной 8 и разгрузочной царги 9 с приварными бандажами 10 и центральной царги 11. Царги снабжены ребордами 12. Царги барабана 2 скреплены фланцевыми соединениями 13 с фланцами шириной не менее 5% диаметра барабана. Сегментные подшипники 5 содержат корпус 14, внутри которого расположены сегменты 15 с антифрикционным покрытием 16, установленные на опоры, представляющие собой перекладины 17, закрепленные на внутренней поверхности корпуса подшипника с вертикальным стержнем 18 для установки сегмента 15. Бандажи 10 снабжены кольцевыми выступами 19 в горизонтальной плоскости, снабженными антифрикционной лентой 20, расположенной между стенками подшипников 5 и кольцевыми выступами 20 на бандажах 10.
Принцип действия заявляемого изобретения заключается в следующем.
Царги барабана отдельно доставляются на монтаж в месте эксплуатации обычными средствами доставки. На монтаже части барабана соединяются с помощью фланцевых соединений 13. Получая вращение от привода 1, составной барабан 2 вращается, скользя на сегментных подшипниках 5. Измельченный материал выгружается из мельницы через решетку 6 с помощью элеваторов 7 и разгрузочное отверстие 4. Антифрикционная лента 20, закрепленная на кольцевых выступах 19 бандажей 10, закрывает зазор между бандажами 10 и корпусом сегментных подшипников 14 от проникновения пыли к сегментам 15 с антифрикционным покрытием.