ВИБРАЦИОННАЯ ЩЕКОВАЯ ДРОБИЛКА
VIBRATORY JAW CRUSHER

Изобретение относится к устройствам для дробления твердых материалов и может быть использовано в горнорудной, металлургической и строительной отраслях промышленности.
Наиболее перспективным способом переработки твердых материалов является вибрационный способ дезинтеграции и созданные на его основе вибрационные щековые дробилки.
Известны вибрационные щековые дробилки с вертикальной камерой дробления. Производительность таких дробилок определяется объемом призмы выпадения раздробленного материала за время раскрытия щели. Выпадение материала происходит только за счет сил гравитации без взаимодействия с дробящими щеками.
К таким дробилкам относится щековая вибрационная дробилка по авторскому свидетельству СССР №202724, опубликованному 14.09.1967. Дробилка имеет самосинхронизирующиеся дебалансные вибраторы, расположенные в корпусе машины, который совершает колебания по вертикали. Через упругие наклонные рессоры корпус передает колебания дробящим щекам, образующим вертикальную камеру дробления с разгрузочной щелью, ширина которой при работе дробилки колеблется от нуля (при ударе щек в нижней точке друг о друга и воздействии на материал), до определенного значения, определяемого крупностью материала.
Недостатком дробилки является низкая пропускная способность машины из-за того, что разгрузка материала через щель меняющегося во времени пропускного сечения осуществляется только под действием силы тяжести.
В другой дробилке, также с вертикальной камерой дробления, описанной в авторском свидетельстве СССР №380345, опубликованном 15.05.1973, самосинхронизирующиеся вибраторы расположены в охватывающем дробящие щеки корпусе, колебания которым передаются через пружины.
Недостатком дробилки является так же, как и у предыдущего аналога, низкая пропускная способность машины из-за того, что разгрузка материала осуществляется только под действием силы тяжести.
Известны щековые дробилки с наклонной камерой дробления.
Так в эксцентриковой щековой дробилке фирмы «Крупп» [К.М. Рундквист. Ударные щековые дробилки // Обогащение руд, №1, 1961, с. 21-24] применено наклонное положение рабочей камеры, при этом активной (подвижной) щекой является нижняя. Она закреплена сверху на оси и приводится в движение с помощью шатунного механизма. Это способствует ускоренному продвижению материала за счет исключения трения о неподвижную верхнюю щеку в момент отхода от последней.
Недостатком дробилки является эксцентриковый привод, который не позволяет поднять скоростные режимы в динамически неуравновешенной машине, что ограничивает ее измельчающую способность и производительность.
Известны также щековые дробилки, которые кроме своей основной функции - измельчение материала, осуществляют одновременно разделение полученного при дроблении материала по крупности. В патенте РФ на полезную модель №98941, опубликованном 10.11.2010, описана щековая дробилка, которая состоит из корпуса с жестко закрепленной на нем неподвижной верхней щекой, подвижной нижней щекой, выполненной в виде набора продольных колосников, закрепленных на многоэксцентриковом валу со смещением соседних колосников на угол 180° друг относительно друга и приводящихся во вращение через шкиф-маховик привода. При дроблении происходит одновременное транспортирование измельчаемого материала по всей длине колосников, а полученный продукт просыпается в межколосниковые пространства и выводится в отдельный бункер, предназначенный для мелкой фракции материала. Вновь образованные куски материала, попадая в межколосниковые пространства подвижной нижней щеки, подвергаются вторичному, более мелкому дроблению между смежными боковыми гранями соседних колосников. Оставшаяся часть материала на подвижной нижней щеке перемещается в конец рабочей камеры и выгружается в бункер, предназначенный для крупной фракции готового продукта. Описанная в патенте дробилка, как уже отмечено выше, позволяет одновременно с измельчением материала, осуществлять его сортировку по крупности.
Недостаток дробилки - в процессе дробления велика вероятность забивания материалом наклонных каналов, которые расположены в дробящей щеке, что, в свою очередь, приводит к снижению эффективности дробления.
Известна вибрационная щековая дробилка, (патент на изобретение №2621357, опубликованный 02.06.2017), принятая за прототип, состоящая из рамной подпружиненной опоры, на которой установлен корпус, две дробящие щеки, между которыми и корпусом образована наклонная камера дробления. Нижняя щека выполнена за единое целое с корпусом с корпусом. Корпус имеет полый выступ, в котором размещена верхняя щека, установленная подпружиненно относительно корпуса. Одна из стенок выступа корпуса параллельна поверхности верхней щеки, противолежащей рабочей поверхности этой щеки. Оба дебалансных вибратора установлены в этой наклонной стенке выступа корпуса. При этом дебалансные вибраторы выполнены с обеспечением возможности синхронного вращения в противоположных направлениях, и обеспечено совместное движение щек в противофазе. Система подпружинивания верхней щеки может быть реализована любым приемлемым для этих целей образом.
Недостатком прототипа является неустойчивость работы из-за срывов самосинхронизации вибраторов в моменты неравномерности питания по количеству и гранулометрическому составу, что приводит к нарушению синхронно-противофазного режима движения щек и, как следствие, низкой эффективности дробления.
Техническим результатом изобретения является создание дробилки с повышенной надежностью работы и эффективностью дробления за счет обеспечения устойчивого синхронно-противофазного режима движения щек, который гарантируется в случае выполнения условия, являющегося предметом данного изобретения.
Технический результат достигается тем, что вал дебалансного вибратора установлен в нижней части верхней щеки, при этом устойчивость синхронно-противофазного режима движения щек обеспечивается при удовлетворении следующих соотношений:
а
1
2
где b - кратчайшее расстояние от оси верхнего торсиона до оси вала дебалансного вибратора, м; β - угол между перпендикуляром к прямой, соединяющей оси торсионов, и прямой, соединяющей ось верхнего торсиона с осью вала дебалансного вибратора, град; η - кратчайшее расстояние от центра масс дробилки в положении статического равновесия машины до прямой, соединяющей оси торсионов, м; М - общая масса дробилки, кг; μ -масса щеки, кг;  - кратчайшее расстояние от осей торсионов до центров масс щек, м;  - кратчайшее расстояние от оси симметрии дробилки до осей торсионов, м; α - угол между перпендикулярами к прямой, соединяющей оси торсионов, и прямыми, соединяющими соответствующие оси торсионов с центрами масс щек, град; J и J - приведенные моменты инерции дробилки и щеки соответственно, кг⋅м; γ - угол между осью симметрии дробилки и вертикальной осью неподвижной декартовой системы координат, град.
Вибрационная щековая дробилка поясняется следующей фигурой:
фиг. 1 - принципиальная схема устройства, где:
1 - корпус;
2 - щека;
3 - дебалансный вибратор;
4 - рабочая поверхность;
5 - камера дробления;
6 - ось симметрии;
7 - вертикальная ось;
8 - опора;
9 - амортизатор;
10 - торсион;
11 - вал;
12 - материал.
Вибрационная щековая дробилка содержит корпус 1, две щеки 2 и дебалансный вибратор 3. Рабочие поверхности 4 щек 2 образуют с корпусом 1 наклонную камеру дробления 5, при этом ось симметрии 6 дробилки наклонена относительно вертикальной оси 7 неподвижной декартовой системы координат. Корпус 1 закреплен на опоре 8 амортизаторами 9. Щеки 2 соединены с корпусом 1 торсионами 10. Вал 11 дебалансного вибратора 3 установлен в нижней части верхней щеки 2, при этом устойчивость синхронно-противофазного режима движения щек 2, необходимого для высокой эффективности дробления и надежности работы машины, обеспечивается при удовлетворении следующих соотношений:
а
1
2
где b - кратчайшее расстояние от оси верхнего торсиона до оси вала дебалансного вибратора, м; β - угол между перпендикуляром к прямой, соединяющей оси торсионов, и прямой, соединяющей ось верхнего торсиона с осью вала дебалансного вибратора, град; η - кратчайшее расстояние от центра масс дробилки в положении статического равновесия машины до прямой, соединяющей оси торсионов, м; М - общая масса дробилки, кг; μ - масса щеки, кг;  - кратчайшее расстояние от осей торсионов до центров масс щек, м;  - кратчайшее расстояние от оси симметрии дробилки до осей торсионов, м; α - угол между перпендикулярами к прямой, соединяющей оси торсионов, и прямыми, соединяющими соответствующие оси торсионов с центрами масс щек, град; J и J - приведенные моменты инерции дробилки и щеки соответственно, кг⋅м; γ - угол между осью симметрии дробилки и вертикальной осью неподвижной декартовой системы координат, град.
Вибрационная щековая дробилка работает следующим образом. Загружаемый сверху материал 12 направляется в камеру дробления 5. Ось симметрии 6 дробилки наклонена относительно вертикальной оси 7 неподвижной декартовой системы координат, поэтому созданные дебалансным вибратором 3 колебания корпуса 1, закрепленного на опоре 8 амортизаторами 9, способствуют свободному прохождению крупных кусков материала 12 без застревания. Куски материала 12 поступают в наклонную камеру дробления 5 на рабочую поверхность 4 нижней щеки 2. При максимальном сближении щек 2, соединенных с корпусом 1 торсионами 10 и колеблющихся в противофазе, происходит удар, вызывающий разрушение материала 12. Верхняя щека 2 при отходе не оказывает сопротивления движению материала 12 по рабочей поверхности 4 нижней щеки 2. Материал 12 перемещается по наклонной вибрирующей рабочей поверхности 4 нижней щеки 2 и при движении подвергается интенсивному встряхиванию, которое способствует его дальнейшему разрыхлению. При этом пустоты между крупными кусками заполняются мелкими кусками, что способствует их быстрому скольжению по наклонной плоскости, что приводит к повышению пропускной способности дробилки. Разгрузка материала 12 осуществляется во время отхода верхней щеки 2 от нижней щеки 2. После чего щеки 2 снова начинают сближаться, разрушая разрыхленный материал 12. Куски массы материала 12, находящейся в разрыхленном состоянии без подпрессовки разрушаются значительно легче, чем в уплотненном состоянии, что способствует повышению измельчающей способности.
При выполнении признака заявленной вибрационной щековой дробилки обе щеки 2 совершают синхронные противофазные колебания, что позволяет повысить эффективность дробления материала 12 и надежность работы дробилки.