УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУШКИ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области балансировки роторных машин и может быть использована для балансировки роторов с положением их оси отличным от вертикали, в частности, в устройствах для центробежной сушки лесоматериалов с осью вращения центрифуги, отличной от вертикали.
Известны центрифуги, самобалансировка которых осуществляется за счет механического разъединения ротора и статора и создания между ними воздушной или магнитной подушки, т.е. использование «плавающего ротора». (С.М.Аринкин и др. Самоустанавливающиеся опоры. Инженерно-физический журнал, том 82, №1, НАН Беларуси, институт тепло и массо-обмена им. А.В.Лыкова, 2009, стр.60).
Недостатком аналогов является сложность конструкции и неприменимость способа «плавающий ротор» в случае горизонтальной или наклонной к горизонту оси его вращения.
Известно устройство для сушки лесоматериалов, содержащее центрифугу ОКЛ-3 с горизонтальной осью вращения ротора (В.И.Патякин, Ю.Г.Тишин, С.М.Базаров. Техническая гидродинамика древесины - М.: Лесная промышленность, 1990, стр.259-261 - прототип).
Прототип включает привод, трансмиссию в виде горизонтального вала в опорах вращения с жесткой связью и жестко установленный на валу ротор с креплениями для удержания высушиваемых круглых лесоматериалов.
При вращении ротора за счет центробежных сил происходит радиальное выделение древесного сока из древесного образца, т.е. его сушка.
Недостатком прототипа является дисбаланс ротора. Дисбаланс возникает при угловом смещении оси вращения опор качения вала. Это вызвано линейным смещением центра массы системы ротор - древесный образец от центра ротора из-за неточностей изготовления и сборки деталей и узлов центрифуги (конструкционный фактор), а так же за счет неравномерности истечения масс древесного сока из противоположных торцов древесины, что объясняется ее анизотропными свойствами (технологический фактор).
При дисбалансе ротора имеют место вибрации и динамические нагрузки на опоры вращения вала, которые приводят к их разрушению.
Техническая задача полезной модели состоит в повышении эффективности устройства за счет увеличения его производительности, а также увеличения срока службы вала и опор его вращения за счет возможности компенсации дисбаланса центрифуги.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для сушки лесоматериалов, включающее центрифугу с осью вращения, отличной от вертикали, содержащую привод, трансмиссионный вал в опорах качения и жестко связанный с валом ротор, а также размещенное на наружной стороне ротора приспособление для закрепления на нем лесоматериалов, снабжено смонтированным на противоположной стороне ротора узлом компенсации дисбаланса центрифуги, выполненным в виде четного количества смонтированных радиально и равномерно по периметру ротора стаканов, образующих расположенные диаметрально пары, и содержащих свободные внутренние и заполненные жидкостью периферийные полости, образованные размещенными в стаканах массивными плавающими поршнями, при этом периферийные полости каждой диаметральной пары стаканов соединены трубопроводами, а внутренние полости всех стаканов выполнены с отверстиями для сообщения их с атмосферой. (Вариант 1) или
устройство для сушки лесоматериалов, включающее центрифугу с осью вращения, отличной от вертикали, содержащую привод, трансмиссионный вал в опорах качения и жестко связанный с валом ротор, а также смонтированное на нем приспособление для закрепления лесоматериалов, снабжено дополнительным ротором, имеющим общую с опорами вала ось вращения и симметричным с основным ротором относительно опор вала и смонтированным на дополнительном роторе - узлом компенсации дисбаланса центрифуги, выполненным в виде четного количества смонтированных радиально и равномерно по периметру ротора стаканов, образующих расположенные диаметрально пары, и содержащих свободные внутренние и заполненные жидкостью периферийные полости, образованные размещенными в стаканах массивными плавающими поршнями, при этом периферийные полости каждой диаметральной пары стаканов соединены трубопроводами, а внутренние полости всех стаканов выполнены с отверстиями для сообщения их с атмосферой. (Вариант 2).
Полезная модель по Варианту 1 имеет следующие отличия от прототипа:
- устройство снабжено смонтированным на противоположной стороне ротора узлом компенсации дисбаланса центрифуги;
- узел компенсации дисбаланса центрифуги выполнен в виде четного количества смонтированных радиально и равномерно по периметру ротора стаканов, образующих расположенные диаметрально пары, и содержащих свободные внутренние и заполненные жидкостью периферийные полости, образованные размещенными в стаканах массивными плавающими поршнями;
- периферийные полости каждой диаметральной пары стаканов соединены трубопроводами;
- внутренние полости всех стаканов выполнены с отверстиями для сообщения их с атмосферой.
Полезная модель по Варианту 2 имеет следующие отличия от прототипа:
- устройство снабжено дополнительным ротором, имеющим общую с опорами вала ось вращения и симметричным с основным ротором относительно опор вала;
- устройство снабжено смонтированным на дополнительном роторе узлом компенсации дисбаланса центрифуги;
- узел компенсации дисбаланса центрифуги выполнен в виде четного количества смонтированных радиально и равномерно по периметру ротора стаканов, образующих расположенные диаметрально пары, и содержащих свободные внутренние и заполненные жидкостью периферийные полости, образованные размещенными в стаканах массивными плавающими поршнями;
- периферийные полости каждой диаметральной пары стаканов соединены трубопроводами;
- внутренние полости всех стаканов выполнены с отверстиями для сообщения их с атмосферой;
Это позволит повысить эффективность устройства и по Варианту 1, и по Варианту 2 за счет увеличения его производительности, а также увеличения срока службы вала и опор его вращения за счет возможности компенсации дисбаланса центрифуги.
Техническое решение по Варианту 2 при достижении того же результата является более удобным в его эксплуатации.
В просмотренном нами патентно-информационном фонде не обнаружено аналогичных технических решений.
Полезная модель применима и будет использоваться в отрасли в 2010 г.
На фиг.1 изображена схема устройства для сушки лесоматериалов, вид спереди, узел компенсации дисбаланса центрифуги смонтирован на основном роторе (Вариант 1);
На фиг.2 - то же, вид по стрелке А на фиг.1;
На фиг.3 - то же, вид по стрелке Б на фиг.1;
На фиг.4 изображена схема устройства для сушки лесоматериалов, вид спереди, узел компенсации дисбаланса центрифуги смонтирован на дополнительном роторе (Вариант 2);
На фиг.5 - то же, вид по стрелке В на фиг.4;
На фиг.6 представлена схема, поясняющая возникновение дисбаланса и его компенсации, поз.а) - при отсутствии дисбаланса; поз.б) - при наличии дисбаланса (для Вариантов 1 и 2).
Вариант 1.
Устройство для сушки лесоматериалов включает центрифугу 1 с осью 2 вращения, отличной от вертикали, содержащую привод (на фиг. не показан), трансмиссионный вал 3 в жестких опорах качения и жестко связанный с валом 3 ротор 4, а также смонтированное на наружной 5 стороне ротора 4 под съемной крышкой 6 приспособление для закрепления на нем лесоматериалов 7.
Устройство снабжено смонтированным на противоположной стороне 8 ротора 4 узлом 9 компенсации дисбаланса центрифуги 1, выполненным в виде четного количества смонтированных радиально и равномерно по периметру ротора 4 стаканов 10, образующих расположенные диаметрально пары 11 (т.е. пары стаканов расположены напротив друг друга на одном диаметре), и содержащих свободные внутренние 12 и заполненные жидкостью периферийные полости 13, образованные размещенными в стаканах 10 массивными плавающими поршнями 14 с уплотнениями 15, при этом периферийные полости 13 каждой диаметральной пары 11 стаканов 10 соединены трубопроводами 16, а внутренние полости 12 всех стаканов 10 выполнены с отверстиями 17 для сообщения их с атмосферой.
Устройство работает следующим образом.
Загружают лесоматериалы 7 в приспособление и закрепляют их, включают привод устройства. За счет центробежных сил происходит высушивание лесоматериалов. Устройства сбора древесного сока на фиг.1 условно не показаны.
При загрузке лесоматериалов исключительно сложно добиться симметричного, относительно оси вращения ротора, размещения центров масс лесоматериалов. (Даже в случае обработки одной единицы лесоматериалов). Это является первой причиной возникновения статичного дисбаланса ротора.
Второй причиной дисбаланса ротора при его вращении, является неравномерность выделения масс древесного сока из-за анизотропных свойств древесины. Это приводит к изменению, в течении всего технологического процесса обработки, по случайному закону, координат центра масс древесного сока.
И, наконец, третий причиной возникновения дисбаланса являются неточности изготовления и сборки деталей и узлов центрифуги.
Компенсация общего дисбаланса происходит за счет смещения под воздействием центробежных сил поршней 14, имеющих уплотнения 15 и размещенных в стаканах 10, укрепленных на роторе 4.
Согласованное перемещение поршней 14 в противоположно расположенных стаканах 10 (т.е. в каждой из диаметральных пар 11) обеспечивается их гидравлической связью через трубопроводы 16, соединяющие периферийные полости 13 стаканов 10 в каждой из диаметральной пар 11. Для исключения образования вакуума во внутренних полостях 12 стаканов 10, последние соединены с атмосферой, например, посредством отверстий 17 в торцовых стенках внутренних полостей стаканов 10.
Вариант 2.
Устройство для сушки лесоматериалов, включает центрифугу 1 с осью 2 вращения, отличной от вертикали, содержащую привод 3, передачу 4, трансмиссионный вал 5 в жестких опорах качения, жестко связанный с валом 5 ротор 6 с приспособлением для закрепления на нем лесоматериалов (на фиг. условно не показано) и дополнительный ротор 7, имеющий общую с опорами вала ось вращения и симметричный с основным ротором 6 относительно опор вала.
Устройство снабжено узлом 8 компенсации дисбаланса центрифуги 1, выполненным в виде четного количества смонтированных радиально и равномерно по периметру дополнительного ротора 7 стаканов 9, образующих расположенные диаметрально пары 10, и содержащих свободные внутренние 11 и заполненные жидкостью периферийные 12 полости, образованные размещенными в стаканах 9 массивными плавающими поршнями 13 с уплотнениями 14, при этом периферийные полости 12 стаканов 9 каждой из диаметральных пар 10 соединены трубопроводами 15, а внутренние полости 11 всех стаканов 9 выполнены с отверстиями 16 для сообщения их с атмосферой.
Устройство работает следующим образом.
Загружают лесоматериалы в основной ротор 6 и включают привод 3 устройства. За счет центробежных сил происходит высушивание лесоматериалов. Устройства сбора древесного сока на фиг.4 условно не показаны.
При загрузке лесоматериалов исключительно сложно добиться симметричного, относительно оси вращения ротора, размещения центров масс лесоматериалов. (Даже в случае обработки одной единицы лесоматериалов). Это является первой причиной возникновения статичного дисбаланса ротора
Второй причиной дисбаланса ротора при его вращении, является неравномерность выделения масс древесного сока из-за анизотропных свойств древесины. Это приводит к изменению, в течении всего технологического процесса обработки, по случайному закону, координат центра масс древесного сока.
И, наконец, третий причиной возникновения дисбаланса являются неточности изготовления и сборки деталей и узлов центрифуги.
Компенсация общего дисбаланса происходит за счет смещения под воздействием центробежных сил поршней 13, имеющих уплотнения 14 и размещенных в стаканах 9, укрепленных на дополнительном роторе 7, расположенном на одной оси с ротором 6 и симметричным с ним относительно опор вала 5.
Согласованное перемещение поршней 13 в противоположно расположенных стаканах 9 (т.е. в каждой из диаметральных пар 10) обеспечивается их гидравлической связью через трубопроводы 15, соединяющие периферийные полости стаканов 9 в каждой из диаметральных пар 10. Для исключения образования вакуума во внутренних полостях стаканов 9, последние соединены с атмосферой, например, посредством отверстий 16 в торцовых стенках внутренних полостей стаканов 9.
1
2
1
2
1
2
На фиг.6, поз.а) показана идеальная схема центрифуги при отсутствии дисбаланса, где: m - масса поршня с уплотнением; l и l - соответственно, расстояния от оси вращения ротора до центра масс поршней в противоположных стаканах в каждой из диаметральных пар. Центр масс М ротора с лесоматериалами лежит на главной оси его вращения. В этом случае отрезки l и l равны. (l=l).
1
2
1
2
0
1
2
0
На фиг.6 поз.б) показана схема центрифуги при наличии дисбаланса, где: m и m - соответственно на схеме массы жидкости в левом и правом стаканах в каждой из диаметральных пар; к и к - соответственно, расстояния от оси вращения ротора до центров масс жидкости в левом и правом стаканах. Центр масс М ротора смещается от оси его вращения на величину l=m(l-l). Условие самобалансировки записано без учета массы жидкости в случае использования поршней с очень значительной собственной массой (при значительных величинах Мl), когда массой жидкости можно пренебречь.
0
0
1
1
2
2
1
2
При небольших величинах Мl и, соответственно, относительно небольших применяемых массах m с учетом массы жидкости условием достижения самобалансировки являются М l=mk-mk+m(l-l).
Таким образом, полезная модель позволяет повысить эффективность устройства для сушки лесоматериалов за счет увеличения его производительности путем возможности увеличения частоты вращения ротора, а также увеличения срока службы вала и опор его вращения за счет возможности компенсации дисбаланса центрифуги.
Конструкция использованного в устройстве узла компенсации дисбаланса ротора может быть использована в круглопильных, любых шпиндельных станках и т.д.