ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ СУХОЙ ГОРНОЙ ПОРОДЫ С ГИБКИМ ВАЛОМ
DRY ROCK GYROSCOPIC CRUSHER WITH FLEXIBLE SHAFT

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.
Известна терочная мельница, при работе которой используется гироскопический эффект, содержащая горизонтальный размольный стол, радиусом R=0,5 м, и металлический валок массой 100 кг, вращающийся при помощи силового привода вокруг вертикальной оси симметрии размольного стола с угловой скоростью Ω=6π рад/с, угловая скорость вращения валка при этом составляет ω=5Ω=30π рад/с. При этом дополнительная максимально возможная величина вертикальной силы давления валка на размольный стол, возникающая благодаря гироскопическому эффекту, составляет порядка 80% от веса валка [1]. Недостатками известного технического решения являются использование валка (маховика гироскопа) в качестве элемента, создающего гироскопическую силу, и одновременно в качестве силового элемента, непосредственно действующего на измельчаемую горную породу, а также в качестве фрикционного привода для вращения валка (маховика гироскопа). Все это приводит к невозможности управляемого независимого друг от друга изменения величин угловых скоростей ω и Ω и не позволяет эффективно управлять величиной силы давления валка на размольный стол, а следовательно, эффективно измельчать горные породы с различными прочностными свойствами, фракционным составом и геометрической формой с использованием ударного разрушения, раздавливания и истирания измельчаемого материала, приводит к повышенным энергозатратам, увеличению массы и габаритов измельчающего устройства.
г
в
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является 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, маховик которого вращается с угловой скоростью ω, на независимое вращение горизонтальной площадки с установленным на ней двухстепенным гироскопом с угловой скоростью вокруг вертикальной оси перпендикулярной поверхности горизонтальной площадки. При этом валок, жестко не закрепленный на рычаге за счет фрикционной кинематической связи, может вращаться вокруг своей оси с угловой скоростью ω=(5-10)Ω, создавая незначительную дополнительную гироскопическую силу [2].
Недостатками известного технического решения является невозможность независимого изменения угловой скорости валка, что ограничивает возможность изменения величины гироскопической силы, а следовательно, и производительности гироскопического измельчителя, а также ограничивает диапазон его устойчивой работы.
г
Известные устройства не позволяют использовать величины угловой скорости Ω, большие 60π рад/с, и ω, большие 400π рад/с, что ограничивает величину гироскопической силы, а следовательно, не позволяет измельчать горные породы с повышенными прочностными свойствами.
Технической задачей изобретения является создание гироскопического измельчителя сухой горной породы, эффективно и устойчиво работающего при измельчения горных пород в широком диапазоне их прочностных свойств, а также увеличение его производительности и повышение коэффициента полезного действия.
Решение технической задачи достигается тем, что гироскопический измельчитель сухой горной породы содержит 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 виде электродвигателя с валом и маховиком, при этом гироскопический измельчитель снабжен плоской скобой, жестко закрепленной на рычаге валка и между краями которой размещен валок с осью с возможностью вращения вокруг нее, гибким валом, причем валок выполнен в виде цилиндра, а гибкий вал кинематически соединяет вал электродвигателя двухстепенного гироскопа с осью цилиндрического валка
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид гироскопического измельчителя сухой породы с гибким валом, где 1 - силовой привод вращения валка вокруг вертикальной оси, 2 - горизонтальная площадка, 3 - опора, 4 - шарнир, 5 - электродвигатель, 6 - вал, 7 - маховик, 8 - валок, 9 - рычаг валка, 10 - размольный стол, 11 - измельчаемая порода, 12 - двухстепенной гироскоп, 13 - балансировочные грузы, 14 - плоская скоба, 15 - ось, 16 - гибкий вал.
Устройство содержит силовой привод 1 вращения валка вокруг вертикальной оси, горизонтальную площадку 2, опору 3 с шарниром 4, электродвигатель 5 с валом 6 и маховиком 7, валок 8, рычаг валка 9, размольный стол 10, на котором находится измельчаемая порода 11. Электродвигатель 5 с валом 6 и маховиком 7, установленный на рычаге валка 9 и шарнирно соединенный с опорой 3, образуют двухстепенной гироскоп 12.
Для балансировки измельчителя сухой породы при вращении вокруг вертикальной оси устройство может быть снабжено балансировочными грузами 13, установлеными на горизонтальной площадке 2.
На рычаге валка 9 жестко закреплена плоская скоба 14, между краями которой размещен цилиндрический валок 8 с осью 15 с возможностью вращения вокруг нее. Ось валка 15 гибким валом 16 кинематически соединена с валом электродвигателя двухстепенного гироскопа.
г
г
Гироскопический измельчитель сухой породы с гибким валом работает следующим образом: силовой привод 1 раскручивает горизонтальную площадку 2 с установленным на ней валком 8 до угловой скорости Ω вокруг вертикальной оси вращения, электродвигатель 5 раскручивает маховик 7 до угловой скорости ω, направление вектора которой совпадает с направлением рычага 9 валка 8. До той же угловой скорости ω раскручивается и цилиндрический валок 8. При этом на двухстепенной гироскоп 12 действует гироскопический момент, величина которого определяется формулой
м
м
м
в
в
в
м
м
в
в
г
2
2
где J=mR/2 - момент инерции маховика 7, J=mR/2 - момент инерции валка 8, m и R - соответственно масса и радиус маховика 7, m и R - соответственно масса и радиус валка 8, α - угол между векторами ω и Ω.
д
На валок 8 действует вертикальная гироскопическая сила F, равная
1
где l - расстояние от шарнира 4 и до центра валка 8. Направление этой силы определяется знаком тригонометрической функции.
г
д
г
г
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, и за счет дополнительной гироскопической силы, возникающей благодаря вращению валка с угловой скоростью ω, можно, во-первых, измельчать горные породы, имеющие повышенные прочностные свойства, а, во-вторых, расширить диапазон устойчивой работы по Ω до (0-80)π рад/с и по ω до (0-520)π рад/с, что позволяет в зависимости от конкретного случая изменять F от нуля до величин, в полтора раза больших, чем в известных технических решениях [2].
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, что обеспечивает увеличение значения 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.
Источники информации
1. Россель Ж. Общая физика. М.: Мир, 1964, с.134.
2. Трубецкой К.Н., Бобин В.А., Вайсберг Л.А., Воронюк А.С., Ланюк А.Н. Патент РФ №2248242 «Гидроскопический измельчитель сухой горной породы», 2005, бюл. №8 (прототип).