Мельница динамического самоизмельчения

Полезная модель относится к дробильно-обогатительному, строительному оборудованию и к оборудованию для производства материалов, применяемых в промышленности строительных материалов, в горной, химической и металлургической промышленности, и может найти применение в дорожном строительстве, коммунальном хозяйстве, а также при переработке отходов от производственной деятельности.
Близким по технической сущности изобретением является «Мельница динамического самоизмельчения» (патент на изобретение №2234373 МПК 13/14, опубл. 20.08.2004, бюл. №23).
Снижение потребляемой мощности при сохранении производительности в этом устройстве достигается за счет введения в структурную схему кинематической цепи замыкающего механизма, позволяющего с помощью нагрузочного устройства использовать циркулирующую энергию для дополнительного силового воздействия на разрушаемый материал.
Задачей этого изобретения является снижение потребляемой мощности за счет совершенствования нагрузочного устройства: использование в кинематической цепи кинематического несоответствия, которое ведет к тому, что скорость перемещения материала в чаше ротора и скорость частиц, находящихся над чашей ротора (т.е. в барабане) после пуска двигателя начинают все больше с каждым оборотом отличаться друг от друга. Нарастание разности скоростей ведет к возрастанию напряжения между кусками и частицами и к их самоизмельчению. Этот процесс повторяется в зоне контакта кусков материала многократно до тех пор, пока не будет достигнута необходимая степень измельчения.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции и относительно высокие удельные энергозатраты.
В качестве прототипа принята конструкция измельчителя динамического самоизмельчения (пат. на изобретение №2465960 РФ, заявл. 17.02.2011; опубл. 10.11.2012, бюл. №31), в котором используется свойство механизма замкнутого контура, позволяющего упростить конструкцию за счет возникновения явления циркуляции энергии снизить электропотребление при измельчении материала без снижения производительности.
Недостатком этого устройства является низкая эксплуатационная производительность, ввиду технологического недоставка, связанного с возможностью осуществления только порционной загрузки исходного материала, требующего при его применении производить остановку и повторное порционное пополнение барабана исходным материалом.
Задачей разработанного технического решения является повышение эксплуатационной производительности мельницы динамического самоизмельчения без увеличения электропотребления при применении.
Мельница динамического самоизмельчения, содержащая раму, электродвигатель с двумя выходными концами вала, опорный вал, чашу ротора с радиальными ребрами, звездочки, подшипники, барабан с выполненными в его нижней части выпускными отверстиями, рубашку вала, предохранительную муфту, размещенную между одной из звездочек, электродвигателем и чашей ротора, кинематические передачи, выполненные в кинематическом несоответствии, отличается тем, что барабан опирается выступом на подшипниковые опоры, расположенные на укосинах, загрузочный бункер присоединен к поперечине, при этом в торцевой части барабана выполнен кольцевой паз, а к барабану и рубашке вала присоединен рассекатель, имеющий эллипсную форму.
Предлагаемое устройство поясняется фиг. 1 и 2, на которых изображена мельница динамического самоизмельчения предложенной конструкции.
Мельница динамического самоизмельчения содержит раму 1, к которой жестко прикреплена стойка 2. К стойке 2 и к раме 1 жестко прикреплена поперечина 3, в которой выполнено коническое кольцевое отверстие 26 (фиг. 1 и 2).
Также к раме 1 присоединена растяжка 4, к которой с помощью болтовых соединений присоединен электродвигатель 5, вал которого имеет два выходных конца. На нижней части электродвигателя 5 смонтирована с помощью шпоночного соединения ведущая звездочка 6 привода чаши ротора 11, а на его верхнем конце также с помощью шпоночного соединения смонтирована ведущая звездочка 7 привода барабана 14.
На нижнем конце вала электродвигателя 5 смонтирована предохранительная муфта 29, которая обеспечивает ее связь через цепные передачи с чашей ротора 11 и барабаном 14, приводимым во вращение в одном направлении посредством этих передач.
На раме 1 установлен опорный вал 8, нижний конец которого жестко прикреплен к ее нижней части, а верхний конец с помощью болтового соединения прикреплен к поперечине 3. На опорном вале 8 с помощью подшипников 9 смонтирована чаша ротора 11, к которой с помощью болтовых соединений присоединена ведомая звездочка 12 привода чаши ротора 11. Чаша ротора 11 с помощью ребер 13 равномерно разделена на шесть сегментов.
На раме 1 и стойке 2 жестко прикреплены укосины 16, на конце которых изготовлены подшипниковые опоры 17, служащие для восприятия нагрузок, создаваемых весом загружаемого исходного для переработки материала в барабан 14, веса самого барабана и весом ведомой звездочки 22.
Барабан 14 опирается на подшипниковые опоры 17 выступом 27, а в его нижней части выполнены выпускные отверстия 15, служащие для эвакуации из барабана 14 измельченных частиц, достигших определенных размеров и их аккумулировании в приемной емкости 24.
На поперечине 2 с помощью болтов закреплена защитная рубашка 18 опорного вала 8, предотвращающая его износ при циркуляции внутри барабана 14 кусков и частиц. Рубашка вала 18 смонтирована на опорном вале 8 с помощью верхних 10 и нижних 28 подшипников.
К барабану 14 и рубашке вала 18 с помощью болтов присоединен рассекатель 21, внешняя поверхность которого имеет эллипсную форму для снижения сопротивления кусковому материалу, опускающегося на него, и обтекания его поверхности, устраняя его деформацию при ударах о рассекатель и служащего для обеспечения жесткости барабана 14.
К поперечине 2 с помощью болтов 20 присоединено загрузочное устройство 19, позволяющего обеспечить непрерывную загрузку исходного материала в полость барабана 14 и равномерного его распределения внутри этой полости. К верхней части загрузочного устройства 19 присоединен с помощью резьбового соединения рым-болт 23, служащий для проведения монтажных и демонтажных работ в случае их проведения.
Кинематические передачи от электродвигателя 5 к чаше ротора 11 и барабану 14 могут быть любого типа: цепные, как в данном примере, клино-ременные, зубчатые, с использованием других передач - винтовых, червячных, и комбинированных.
Мельница динамического самоизмельчения имеет замыкающий кинематический механизм, образованный валом электродвигателя 5 с двумя выходными концами, чашей ротора 11, барабаном 14 с находящимся в его полости материалом и кинематическими передачей между ними. Причем передаточные отношения между одним выходным концом вала электродвигателя 5 и чашей ротора 11 и другим выходным концом вала и барабаном 14 не равны между собой, образуя тем самым, кинематическое несоответствие.
Мельница динамического самоизмельчения разработанной конструкции работает следующим образом.
Первоначально в барабан 14 через загрузочное устройство 19 непрерывно осуществляют подачу исходного материала. В процессе работы над чашей ротора 11 постоянно формируется обновляемый вертикальный столб кусков материала. При включении электродвигателя 5 куски измельчаемого материала, находящиеся в полости чаши ротора 11, при взаимодействии с ребрами 13 начнут перемещаться к ее периферии под действием центробежной силы, одновременно прижимаясь к радиальным ребрам 13. Попав в активную зону 25, которая образуется только с момента пуска в работу мельницы динамического самоизмельчения, они начнут разрушаться за счет ударов, раскалывания и истирания при их взаимодействии между собой. Частицы материала, соразмерные с размерами выпускных отверстий 15, будут эвакуироваться через них за счет центробежной силы и перетекут в приемный бункер 24. Частицы материала крупнее размеров выпускных отверстий 15 совершат повторное движение в полости барабане 14 по восходящей винтовой линии и далее, вместе с исходным кусковым материалом и частично измельченным ранее опускаются в активную зону 25, где будут подвергаться повторному разрушению.
При этом из-за разных передаточных отношений нижней и верхней ветвей замкнутого контура мельницы динамического самоизмельчения, получаемых установкой сменных звездочек 6 и 7 с разным числом зубьев привода чаши ротора 11 и барабана 14, установленных на выходных концах вала электродвигателя 5, будет происходить накопление и отставание за каждый оборот их угловых скоростей. Ввиду этого отставания формируется кинематическое, несоответствие вращения чаши ротора 11 и барабана 14. Из-за кинематического несоответствия передач привода чаши ротора 11 и барабана 14 приводит к возникновению явления циркуляции энергии, возникающей в замкнутом контуре, состоящего из вала электродвигателя 5, чаши ротора 11, материала, находящегося в барабане 14 и самого барабана.
При этом мощность в замкнутом контуре будет значительно больше, чем на валу двигателя 5, что приведет к возникновению напряжения в кусках и частицах, попавших в зону контакта восходящих частиц, находящихся в чаше ротора 11, и других, опускающихся вниз под действием собственного веса к границе соприкосновения их с рабочей поверхностью чаши ротора 11. Этим обеспечивается измельчение соприкасающихся кусков материала с повышенным контактным напряжением при интенсивном их перемешивании. При достижении расчетного максимального момента на чаше ротора 11, определяемого упругой деформацией кручения материала вала двигателя 5, производится расцепление предохранительной муфты 26, установленной между двигателем 5 и чашей ротора 11, и сброс нагрузки в кинематическом замкнутом контуре. После этого предохранительная муфта 75 вновь замыкается, и система контура возвращается в исходное состояние, при котором отсутствует отставание по скорости вращения между выходным концом вала электродвигателя 5 и чашей ротора 11.
После этого цикла процесс повторяется в такой же последовательности. Далее рабочий процесс многократно повторяется до достижения требуемой степени измельчения без остановки устройства для пополнения барабана 14 исходным материалом, вывода и аккумулирования в приемном бункере 24 измельченного материала, через выпускные отверстия 15, выполненные в нижней части барабана 14.
Техническим результатом разработанной конструкции устройства будет являться повышение эксплуатационной производительности за счет обеспечения непрерывной загрузки исходного и выгрузке измельченного материала без увеличения электропотребления.