ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ С ВРАЩАЮЩИМСЯ РАЗМОЛЬНЫМ СТОЛОМ
GYROSCOPIC GRINDER WITH ROTARY GRINDING TABLE

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для измельчения горной породы и техногенных строительных материалов с помощью реализации различных типов физического процесса измельчения, а именно: ударного разрушения, раздавливания, раскалывания и истирания, а также различных комбинаций выше указанных видов процесса измельчения.
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 и с 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 (RU 2248242 С2, 20.03.2005).
Недостатками данного 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 силы 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, с 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, 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 (RU 2429912 С2, 27.09.2011).
Недостатками данного технического решения 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. Увеличение производительности требует значительного увеличения мощности и соответственно габаритов силового привода вращения горизонтальной площадки, а значит и габаритов и веса всего гироскопического измельчителя в целом.
Технической задачей изобретения является создание гироскопического измельчителя с вращающимся размольным столом, эффективно и устойчиво работающего по измельчению горных пород, а также уменьшение энергозатрат на измельчение.
Решение технической задачи достигается тем, что гироскопический измельчитель с вращающимся размольным столом содержит размольный стол, валок с рычагом, взаимодействующий с размольным столом, силовой привод вращения валка с основанием, горизонтальную площадку с балансировочными грузами, с 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, разгрузочный усеченный конус и цилиндр разгрузочного конуса, причем разгрузочный конус установлен внутри цилиндра разгрузочного усеченного конуса, смонтированного 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, при этом гироскопический измельчитель с вращающимся размольным столом снабжен электродвигателем, установленным на основании гироскопического измельчителя, редуктором, закрепленным на валу электродвигателя и на цилиндре разгрузочного конуса, и шарикоподшипником, закрепленным на основании гироскопического измельчителя и на внешней поверхности цилиндра разгрузочного конуса, причем цилиндр разгрузочного конуса и закрепленный внутри него размольный стол имеют возможность вращения вокруг вертикальной оси, при этом направление вращения противоположно направлению вращения горизонтальной площадки, что значительно увеличивает время непосредственного контакта горной породы с валком, а также ее объем, непосредственно участвующий в данный момент в процессе ее истирания, и обеспечивает увеличение производительности гироскопического измельчителя и уменьшение энергозатрат на дезинтеграцию горных пород.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид гироскопического измельчителя с вращающимся размольным столом, включающего 1 - электродвигатель рабочей площадки, 2 - основание, 3 - горизонтальная площадка, 4 - опора, 5 - шарнир, 6 - электродвигатель с валом, 7 - маховик, 8 - валок, 9 - рычаг, 10 - размольный стол, 11 - балансировочные грузы, 12 - цилиндрический кожух, 13 - усеченный конус центрального загрузочного устройства, 14 - цилиндр горизонтальной площадки, 15 -шарикоподшипник, 16 - разгрузочный усеченный конус, 17 - цилиндр разгрузочного усеченного конуса, 18 - центральный рассекатель породы, 19 - перфорированные отверстия, 20 - измельчаемая порода, 21 - бункер, 22 - электродвигатель цилиндра разгрузочного конуса 17, 24 - редуктор, 23 - шарикоподшипник цилиндра разгрузочного конуса 17.
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 20, которая после измельчения попадает в бункер 21. Электродвигатель с валом 6 и маховиком 7, установленный на рычаге валка 9 и шарнирно соединенной 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 17 разгрузочного конуса 16, по которому измельчаемая порода 20 через центральный рассекатель 18 и перфорированные отверстия 19 попадает в бункер 21.
Для повышения производительности гироскопического измельчителя и уменьшения энергозатрат на дезинтеграцию горных пород электродвигатель 22 с помощью редуктора 24 и шарикоподшипника 23 вращает цилиндр разгрузочного конуса вокруг вертикальной оси в направлении, противоположном направлению вращения горизонтальной площадки 3.
Гироскопический измельчитель сухой породы с центральной загрузкой работает следующим образом: силовой привод 1 раскручивает горизонтальную площадку 3 с установленным на ней валком 8 до угловой скорости Q вокруг вертикальной оси вращения, электродвигатель 6 раскручивает маховик 7 до угловой скорости ω, 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>M</mi></msub><mi>x</mi><mi>ω</mi><mi>x</mi><mi>Ω</mi><mi>x</mi><mi>sin</mi><mi>α</mi><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
M
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><mn>1</mn><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mo>=</mo><msub><mi>J</mi><mi>M</mi></msub><mi>x</mi><mi>ω</mi><mi>x</mi><mi>Ω</mi><mi>x</mi><mi>sin</mi><mi>α</mi><mo>/</mo><msub><mn>1</mn><mn>1</mn></msub><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
1
где 1 - 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 20 через усеченный конус центрального загрузочного устройства 13 попадает на размольный стол 10, по которому она равномерно распределяется с помощью центрального рассекателя 18. При истирании на размольном столе порода дезинтегрируется и через перфорированные отверстия 19 размольного стола 10 сначала попадает в разгрузочный усеченный конус 16 и далее в бункер 21.
За счет размещения электродвигателя 22, редуктора 24 и шарикоподшипника 23 цилиндр разгрузочного конуса, а значит и размольный стол, размещенный внутри разгрузочного конуса, вращаются вокруг вертикальной оси в направлении, противоположном направлению вращения горизонтальной площадки 3, что и обеспечивает повышение производительности гироскопического измельчителя и уменьшение энергозатрат на дезинтеграцию горных пород.
д
Устойчивость работы предлагаемого устройства определяется тем, что при увеличении силы сопротивления размельчаемой породы перемещению валка 8 по размольному столу происходит и 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, и обеспечивает увеличение 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.