ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
BATCH SHREDDER FOR CERAMIC MATERIALS

Данное изобретение относится к измельчителю периодического действия, подходящего, в частности, но не только для этого, для получения густой массы (теста) в области керамики.
Как известно, густые тестообразные массы в области керамики получают способом мокрого измельчения исходных материалов и введения специфических добавок в процессе самой операции измельчения до тех пор, пока не будет получена однородная паста, обладающая требуемым гранулометрическим составом порошков в суспензии.
Согласно уровню техники процесс измельчения включает в себя три последовательные стадии, начиная со стадии дробления и заканчивая стадией тонкого измельчения (доведения до нужной кондиции).
Для осуществления такой операции в области керамики известны и обычно используются измельчители, в которых измельчение происходит путем столкновений и, во всяком случае, путем взаимодействия с мелющими телами, которые обычно имеют сферическую форму.
Для различных стадий измельчения мелющие тела должны иметь различные размеры, уменьшающиеся от стадии дробления до стадии тонкого измельчения.
Более того, каждая стадия измельчения, на которой используют мелющие тела определенных размеров, характеризуется скоростью, оптимизирующей эффективность процесса, временем (длительностью) процесса и энергопотреблением измельчительных установок.
Известные измельчители, в которых осуществляют измельчение исходных материалов, могут быть периодического или непрерывного действия.
Измельчители периодического действия представляют собой машины с одной камерой, герметично закрывающейся на время операции. По этой причине загрузку крупных (крупнозернистых) исходных материалов проводят при выключенной (остановленной) машине через соответствующее загрузочное (входное) отверстие. Внутри измельчительной камеры расположены мелющие тела различных размеров. Для оптимизации энергопотребления в процессе измельчения для измельчителей периодического действия были экспериментально разработаны рабочие циклы, в ходе которых изменяют скорость вращения барабана так, чтобы на различных стадиях измельчения (столкновение при дроблении, сжатие и тонкое измельчение) превалировало оптимальное динамическое действие.
С другой стороны, измельчители непрерывного действия содержат множество сообщающихся между собой камер, первая и последняя из которых снабжены соответственно загрузочным (входным) и разгрузочным (выходным) отверстиями, через которые материал непрерывно загружают и разгружают. Другими словами, измельчитель непрерывного действия можно рассматривать как серию расположенных последовательно однокамерных измельчителей, имеющих одинаковый диаметр и вращающихся с одной и той же скоростью.
Известные установки, несмотря на то, что их используют и оценивают по достоинству, все же не лишены недостатков, в частности, измельчители периодического действия характеризуются значительным временем простоя на стадиях загрузки исходных материалов и разгрузки пасты, так как эти стадии всегда осуществляют вручную.
Кроме того, эксплуатация измельчителей периодического действия требует проведения циклов промывки при каждой смене обрабатываемых материалов, включающих в себя стадии загрузки машины чистой водой, вращения машины с пониженной скоростью и разгрузки воды и остатков измельченных материалов. В результате происходит увеличение продолжительности обработки, что ведет к увеличению цены и снижению эффективности.
Цель данного изобретения заключается в преодолении описанных выше недостатков путем создания измельчителя периодического действия, в котором стадия разгрузки обработанных материалов осуществляется автоматически, без применения ручного труда оператора.
Другая цель данного изобретения состоит в достижении вышеуказанной цели посредством простого, рационального и надежного конструктивного решения.
Указанные цели достигают созданием измельчителя, обладающего признаками, приведенными в формуле изобретения.
В частности, согласно данному изобретению измельчитель содержит цилиндрический барабан с горизонтальной осью, который способен вращаться вокруг этой оси как в рабочем направлении, так и в противоположном направлении, причем цилиндрический барабан содержит внешний корпус, закрытый верхней опорной плитой и нижней опорной плитой, а также устройства для разгрузки цилиндрического барабана, которые включают в себя, по крайней мере, одно выходное отверстие, выполненное во внешнем корпусе, и выпускную трубу, которая имеет первый конец, связанный с, по крайнем мере, одним выходным отверстием, и второй конец, открытый наружу, причем труба окружает (проходит вдоль окружности) внешний корпус в направлении, совпадающем с рабочим направлением вращения цилиндрического барабана.
Благодаря такому решению удается полностью разгрузить цилиндрический барабан после выполнения измельчения просто за счет изменения направления вращения барабана на противоположное относительно рабочего направления вращения, что осуществляют без прямого вмешательства оператора и с большей эффективностью.
В частности, согласно изобретению выпускная труба должна быть намотана вокруг внешнего корпуса цилиндрического барабана с углом намотки 180°, причем более предпочтительно, чтобы угол намотки был не менее 270°.
При этом действительно удается избежать любых случайных потерь материала вследствие его утечки из цилиндрического барабана в процессе измельчения, что является преимуществом устройства.
Согласно другому варианту выполнения изобретения разгрузочные устройства цилиндрического барабана включают в себя множество выходных отверстий и выпускную трубу для каждого выходного отверстия. В частности, согласно изобретению предусмотрено такое выполнение указанного множества отверстий, при котором они расположены на одной периметрической окружности внешнего корпуса, разделяя ее на дуги равного размера, за счет чего отверстия расположены на одинаковом расстоянии друг от друга.
Благодаря такому решению при каждом вращении цилиндрического барабана выгружается большое количество пасты, что делает операцию разгрузки более быстрой и более эффективной. Еще одно преимущество данного изобретения состоит в том, что благодаря такому решению устраняют необходимость в проведении так называемых восстановительных циклов, которые выполняют так же, как циклы промывки, но которые являются более короткими, причем во время этих циклов выполняют также операцию разгрузки из камеры материала, остающегося на мелющих телах.
Преимущество данного изобретения также является следствием использования решения, согласно которому связь выпускной трубы с соответствующим выходным отверстием осуществляют посредством соединительного элемента, закрепленного на внешнем корпусе, причем соединительный элемент снабжен фильтрационной решеткой, которая хорошо пропускает пасту, но в то же время исключает просачивание мелющих тел.
И, наконец, изобретение предусматривает использование автоматической системы загрузки цилиндрического барабана, которая содержит полую цилиндрическую втулку, которая коаксиально связана с верхней опорной плитой цилиндрического барабана и расположена внутри последнего при сохранении связи с внешней средой, и архимедов винт, соединенный с полой цилиндрической втулкой, служащий для загрузки исходных материалов, подлежащих обработке.
Таким образом, стадия загрузки цилиндрического барабана также становится более быстрой и более эффективной, что дополнительно уменьшает время простоя и, соответственно, стоимость продукции.
В зависимых пунктах формулы изобретения отражены предпочтительные и наиболее выгодные варианты выполнения данного изобретения.
Другие особенности и преимущества изобретения станут ясными из приведенного ниже описания, которое дано лишь в качестве примера, не ограничивающего изобретение. Описание приведено со ссылками на иллюстрирующие чертежи, на которых:
на Фиг.1 представлен вид спереди измельчителя периодического действия согласно данному изобретению,
на Фиг.2 представлено сечение, выполненное по линии II-II, показанной на Фиг.1,
на Фиг.3 подробно показан соединительный элемент измельчителя периодического действия согласно данному изобретению.
На Фиг.1 и Фиг.2 показан измельчитель 1 периодического действия, предназначенный для переработки крупных (крупнозернистых) исходных материалов с целью получения пасты, обладающей определенным гранулометрическим составом.
Измельчитель 1 периодического действия содержит цилиндрический барабан 2 с горизонтальной осью, который, в свою очередь, содержит внешний корпус 3, верхнюю опорную плиту 4 и нижнюю опорную плиту 5, которые, закрывая внешний корпус 3 с боков, задают внутреннюю камеру 20, в которую помещены мелющие тела подходящих размеров.
Выступающий наружу вал 6, расположенный коаксиально по отношению к внешнему корпусу 3, связан с нижней опорной плитой 5 (см. Фиг.2), в то время как полая цилиндрическая втулка 7, также выступающая наружу и расположенная коаксиально по отношению к внешнему корпусу 3, связана с верхней опорной плитой, и используемая в качестве входного отверстия может служить для осуществления связи внутренней камеры 20 с внешней средой.
Соединение выступающего вала 6 и полой цилиндрической втулки 7 с помощью подшипников 8 с опорами соответственно 9 и 10, которые поддерживают цилиндрический барабан 2, позволяет ему (барабану) осуществлять вращение вокруг своей оси. Обе опоры 9 и 10 закреплены на двух прочных выступах соответственно 11 и 12, которые обеспечивают приподнятое положение цилиндрического барабана 2, а также соответствующее пространственное отделение барабана от плоскости основания 13.
Измельчитель 1 периодического действия также содержит устройство 30 для приведения цилиндрического барабана 2 в действие, дающее возможность включить вращение барабана (см. Фиг.1 и 2). Устройство 30 для приведения барабана в действие содержит редуктор 31 двигателя, который обеспечивает движение цилиндрического барабана 2 посредством ременной передачи 32 (см. Фиг.2), причем указанная ременная передача 32 содержит шкив 33, соединенный напрямую с редуктором 31 двигателя, и ремень 34, который установлен на сам шкив 33 и на внешнюю поверхность внешнего корпуса 3 вблизи верхней опорной плиты 4 (см. Фиг.2).
В частности, редуктор 31 двигателя обеспечивает вращения шкива 33 и, соответственно, цилиндрического барабана 2, одинаково хорошо в обоих направлениях. Таким образом, можно задавать рабочее направление А вращения, используемое в процессе измельчения крупных (крупнозернистых) исходных материалов, и противоположное направление В вращения цилиндрического барабана 2 (см. Фиг.1).
Как показано на Фиг.2, внутри полой цилиндрической втулки 7 установлен архимедов винт 70, который функционирует в качестве системы загрузки исходных материалов. Архимедов винт 70 содержит цилиндрическую гильзу 71, имеющую первую часть 72, которую вставляют внутрь полой цилиндрической втулки 7 до тех пор, пока она не достигнет внутренней камеры 20, и вторую часть 73, которая остается снаружи и снабжена входным отверстием 74, расположенным (открывающимся) в вертикальном направлении, для загрузки крупных (крупнозернистых) исходных материалов. Внутри цилиндрической гильзы 71, коаксиально с ней, с возможностью вращения установлен винтообразный элемент 75, который, будучи приведенным в действие в помощью системы 76, способен продвигать исходные материалы по направлению от входного отверстия 74 во внутреннюю камеру 20 цилиндрического барабана 2.
Измельчитель 1 периодического действия также снабжен устройствами для разгрузки цилиндрического барабана 2.
Действительно, как показано на Фиг.2, во внешнем корпусе 3 цилиндрического барабана 2 выполнены два выходных отверстия 14, которые проходят через внешний корпус 3, причем выходные отверстия 14 расположены практически вдоль одного и того же диаметра периметрической окружности внешнего корпуса 3 (см. Фиг.1).
У каждого из выходных отверстий 14 расположен соединительный элемент 15, неразъемно прикрепленный к внешней стороне внешнего корпуса 3, так чтобы полностью закрывать выходное отверстие 14 (см. Фиг.1).
Каждый соединительный элемент 15 (см. Фиг.3) содержит полый элемент 40, который содержит внутри себя канал 41, открывающийся во внутреннюю камеру 20 цилиндрического барабана 2 через соответствующее выходное отверстие 14, и рельефный фланец 42, имеющий кривизну, подходящую для соединения фланца с внешним корпусом 3, к которому его прикрепляют (см. Фиг.1).
В частности, полый элемент 40 каждого соединительного элемента 15 содержит первую часть 44, расположенную на рельефном фланце 42 и имеющую форму клина, так что канал 41 наклонен относительно соответствующего выходного отверстия 14, и вторую часть 45, имеющую форму рукава, которая выступает за пределы внешнего корпуса 3.
Каждый соединительный элемент 15 закреплен на цилиндрическом барабане 2 таким образом, что канал 41 является продолжением профиля цилиндрического барабана 2 в рабочем направлении А вращения (см. Фиг.1).
Более того, как показано на Фиг.3, канал 41 соединительного элемента 15 загорожен фильтрационной решеткой 43, расположенной у соответствующего выходного отверстия 14.
Как показано на Фиг.1 и 2, с каждым из двух соединительных элементов 15 (см. Фиг.1) соединена выпускная труба 16, которая имеет один конец 50, прикрепленный к имеющей форму рукава части 45 соответствующего соединительного элемента 15, и другой конец 51, открытый наружу, при этом выпускная труба 16 намотана (изогнута) вокруг внешнего корпуса 3 в направлении, совпадающем с рабочим направлением А вращения цилиндрического барабана 2, причем угол намотки составляет около 270° (см. Фиг.1 и 2).
На выпускных трубах 16, ниже внешнего корпуса 3, в пространстве, задаваемом высотой выступов 11 и 12, расположен бак-накопитель 17, имеющий форму воронки, причем бак-накопитель расположен таким образом, чтобы, по крайней мере, частично охватывать цилиндрический барабан 2 (см. Фиг.1 и 2). Бак-накопитель 17 прикреплен к выступу 11 и снабжен отверстием 18 в днище, которое (днище) остается приподнятым относительно плоскости основания 13.
При осуществлении работы устройства цилиндрический барабан 2 измельчителя 1 периодического действия приводят во вращение в рабочем направлении А с помощью устройства 30 (см. Фиг.1). Загрузка крупных (крупнозернистых) исходных материалов во внутреннюю камеру 20 происходит автоматически с помощью архимедова винта 70, при этом нет необходимости останавливать измельчитель 1 до тех пор, пока не будет достигнут нужный уровень заполнения внутренней камеры 20 (см. Фиг.2).
Начинают выполнение стадии измельчения: цилиндрический барабан 2 непрерывно вращается в рабочем направлении А, и взаимодействие между мелющими телами, расположенными во внутренней камере 20, и загруженными исходными материалами приводит к измельчению исходных материалов.
В частном случае стадия измельчения может быть разделена на множество промежуточных стадий, во время которых вращение цилиндрического барабана 2, сохраняющего рабочее направление А вращения, происходит с различными скоростями, причем эти промежуточные стадии необходимы для оптимизации динамического взаимодействия между исходными материалами и мелющими телами, а также для снижения энергопотребления измельчителя 1.
Во время выполнения всей стадии измельчения внутренняя камера 20 цилиндрического барабана 2 полностью изолирована от контакта с внешней средой, в том смысле, что материал не может выйти из внутренней камеры 20, несмотря на то, что существует постоянная связь с внешней средой благодаря выходным отверстиям 14 и соответствующим соединительным элементам 15 и выпускным трубам 16.
Для того чтобы это можно было осуществить на практике, цикл вращения цилиндрического барабана 2 должен быть идеально разделен в отношении одного из выходных отверстий 14 на стадию падения, во время которой выходное отверстие 14 проходит от точки максимальной высоты к точке минимальной высоты относительно плоскости основания 13, и на стадию подъема, во время которой выходное отверстие проходит от точки минимальной высоты к точке максимальной высоты (см. Фиг.1).
Таким образом, можно констатировать, что каждое из выходных отверстий 14 взаимодействует с потоком материала, выходящего наружу из внутренней камеры 20, когда, во время стадии падения, отверстие расположено ниже оси цилиндрического барабана 2: в этом случае материал проходит через выходное отверстие за счет воздействия силы тяжести.
Поэтому, когда одно из выходных отверстий 14 расположено ниже оси цилиндрического барабана 2, материал, который проходит через выходное отверстие, собирается в изгибе, образованном соответствующей выпускной трубой 16, так как выпускные трубы 16 намотаны на внешний корпус с углом намотки не менее 180° и, следовательно, открытый конец 51 выпускной трубы 16 в это время расположен выше оси цилиндрического барабана 2 (см. Фиг.1).
Более того, так как выпускные трубы 16 намотаны на внешний корпус 3 в направлении, совпадающем с рабочим направлением А вращения, то при вращении цилиндрического барабана 2 в рабочем направлении А открытый конец 51 выпускной трубы 16 постоянно опережает соответствующее выходное отверстие 14 и, в частности, материал, собирающийся в изгибах (см. Фиг.1). Поэтому при продолжении вращения этот собирающийся в изгибах материал никогда не достигает открытого конца 51 выпускной трубы 16, но, напротив, когда выходное отверстие 14 вступает в стадию подъема цикла вращения, существует тенденция к обратному оттоку материала внутрь камеры 20.
После завершения стадии измельчения следует разгрузить внутреннюю камеру 20 и собрать полученную пасту. Эту операцию осуществляют в динамическом режиме просто путем переключения направления вращения цилиндрического барабана 2 в направлении В, противоположном рабочему направлению А вращения (см. Фиг.1).
Действительно, при этом каждое выходное отверстие 14 в процессе вращения опережает открытый конец 51 соответствующей выпускной трубы 16. Поэтому, когда выходное отверстие 14 расположено в самой низкой точке относительно оси цилиндрического барабана 2, паста проходит через канал 41 соединительного элемента 15 и внутри выпускной трубы 16, где благодаря вращению цилиндрического барабана 2 паста достигает открытого конца 51 и, следовательно, выходит наружу (см. Фиг.1).
Фильтрационная решетка 43, загораживающая канал 41, обеспечивает удержание мелющих тел внутри камеры 20 цилиндрического барабана 2, в то время как паста будет через нее проходить.
При каждом полном обороте цилиндрического барабана 2 в направлении В часть пасты, содержащаяся во внутренней камере 20, выходит наружу. Стадию разгрузки можно продолжать до тех пор, пока разгрузка не будет полностью закончена.
По выходу из открытого конца 51 выпускной трубы 16 паста падает внутрь бака-накопителя 17 и за счет воздействия силы тяжести движется к отверстию 18 в днище.
И, наконец, ниже отверстия 18 в днище расположены передвижные накопительные средства 19, используемые для сбора пасты и ее перемещения от измельчителя 1 (см. Фиг.1 и 2).
Ниже приведен пример осуществления работы измельчителя 1 согласно изобретению, имеющего объем внутренней камеры 20, равный 2000 литрам, и содержащего 2000 кг мелющих тел.
Сначала цилиндрический барабан 2 приводят в действие, в результате чего он выполняет вращение вокруг своей оси в рабочем направлении А.
После этого начинают выполнение стадии загрузки: внутреннюю камеру 20 заполняют исходными материалами в количестве 420 кг, 40% которых составляет глина, а оставшиеся 60% составляют твердые материалы, взятые в различных пропорциях. Твердые материалы могут представлять собой кварцевый песок, каолин, полевой шпат и др.
После выполнения стадии загрузки начинают выполнять стадию измельчения, которая, как было показано выше, может быть разделена на множество стадий, во время которых цилиндрический барабан 2 вращается всегда в рабочем направлении, но с разными скоростями.
В целом, выполнение стадий загрузки и измельчения занимает около 85 минут, в результате можно получить около 390 литров пасты.
После завершения измельчения путем изменения направления вращения цилиндрического барабана 2 на противоположное направление В начинают выполнять стадию разгрузки, которая занимает примерно 10 минут.
Во время этой стадии, как уже было показано выше, паста, которая выходит из цилиндрического барабана 2, собирается в бак 17 и оттуда - в расположенные ниже передвижные накопительные средства 19.