ВИБРАЦИОННАЯ МЕЛЬНИЦА

Вибрационная мельница относится к области измельчения твердых материалов и может найти применение в горноперерабатывающей, строительной, химической, нефтехимической, металлургической, теплоэнергетической и других отраслях промышленности, а также при переработке твердых и твердообразных отходов в экологических процессах их утилизации.
Известны конструкции промышленных вибрационных мельниц, состоящие из корпуса, опирающегося на пружины, которые установлены на раме. В корпусе мельницы расположен вибратор, основной частью которого является дебалансный вал, получающий вращение от электродвигателя через эластичную муфту (Шаповалов Ю.Н., Шеин В.С. Машины и аппараты общехимического назначения. Учебное пособие. - Воронеж: Издательство Воронежского университета, 1982, С. 19, 26; Тимонин А.С. Машины и аппараты химических производств. - Калуга: Ноосфера, 2014, С. 227, 228).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность из-за малой амплитуды колебаний мелющих шаров и частиц или кусков измельчаемого материала.
Известна вибрационная мельница, содержащая камеру помола, дебалансный вал с опорами вращения, амортизаторы и раму, при этом помольная камера установлена на дебалансном валу и снабжена противовесом (авт.св. СССР №2040970, В02С 19/16, 1992).
К причинам препятствующим достижению заданного технического результата относится невысокая амплитуда колебаний мелющих шаров и частиц или кусков измельчаемого материала, что увеличивает время и уменьшает производительность вибрационной мельницы.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип, является вибрационная мельница, состоящая из помольной камеры, в состав которой входит корпус и расположенный в нем вибратор, установленный на раме посредством упругой опоры в виде цилиндрических пружин, и двигателя, установленного на той же раме, вал которого соединен с валом вибратора эластичной муфтой, при этом к внутренним поверхностям днищ корпуса посредствам болтовых соединений прикреплены плитки брони, на внешней поверхности вибратора смонтирована сменная броня в виде продольных полос и прикреплена к вибратору посредством внутренних конических разрезных колец, прижатых путем затяжки болтового соединения плиток днищ корпуса, выполненных на торце с конической поверхностью, а плитки брони выполнены также в виде продольных полос, прижатых с двух сторон к поверхности обечайки посредством внешних конических разрезных колец путем затяжки болтового соединения плиток днищ корпуса, выполненных на обоих торцах с коническими поверхностями (описание патента РФ №2033265, В02С 19/16,1995 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность из-за малой амплитуды колебаний мелющих тел и частиц или кусков измельчаемого материала, которая снижает кинетическую энергию удара мелющих тел о поверхность измельчаемого материала и процесса самоизмельчения при взаимодействии поверхностей частиц или кусков измельчаемого материала друг с другом.
Техническим результатом предлагаемой конструкции вибрационной мельницы является увеличение производительности за счет повышения амплитуды колебаний мелющих тел и частиц или кусков измельчаемого материала в помольной камере при резонансном режиме вибрации вибратора и вибрационной мельницы.
Поставленный технический результат достигается тем, что в вибрационной мельнице, состоящей из помольной камеры, в состав которой входит корпус, расположенный в нем вибратор, установленный на раме посредством упругой опоры и двигателя, установленного на той же раме, вал которого соединен с валом вибратора эластичной муфтой, при этом к внутренним поверхностям днищ корпуса посредством болтовых соединений прикреплены плитки брони, а на внешней поверхности вибратора смонтирована сменная броня, причем на раме осесимметрично с каждой цилиндрической пружиной упругой опоры закреплен груз, масса которого определяется соотношением:
где m - масса груза, кг;
М - масса вибрационной мельницы с мелющими телами и измельчаемым материалом, кг;
n - число цилиндрических пружин упругой опоры;
k - жесткость цилиндрической пружины,
-1
ω - частота вращения вала вибратора, с.
Закрепление грузов на раме осесимметрично с каждой цилиндрической пружиной обеспечивает динамическое равновесие вибрационной мельницы при ее колебаниях на цилиндрических пружинах, что увеличивает рабочее время без поломок и остановок на ремонт и способствует росту производительности.
Закрепление грузов с массой m, подчиняющихся условию (1), позволяет перевести обычный режим работы вибрационной мельницы с частотой колебаний со и небольшой амплитудой в резонансный режим работы, когда частота колебаний ω вибратора совпадает с частотой колебаний f вибрационной мельницы с мелющими телами и измельчаемым материалом, имеющих общую массу М. В резонансном режиме колебаний амплитуда колебаний вибрационной мельницы с мелющими телами и измельчаемым материалом резко возрастает, растет кинетическая энергия удара мелющих тел о поверхность частиц или кусков измельчаемого материала, что приводит к увеличению силы удара мелющих тел о поверхность измельчаемого материала, а также самоизмельчению кусков и частиц измельчаемого материала при ударе и истирании их друг с другом, а значит увеличению производительности процесса измельчения.
На чертеже показана вибрационная мельница, продольный разрез.
Вибрационная мельница состоит из помольной камеры 1, в состав которой входят корпус 2 и вибратор 3, расположенный внутри корпуса. Камера установлена на раме 4 посредством упругой опоры, выполненной в виде цилиндрических пружин 5 в количестве п. Двигатель 6 установлен на той же раме 4. Вал двигателя 6 соединен с валом вибратора 3 эластичной муфтой 7. Плитки брони днищ 8 выполнены торцевыми поверхностями и имеют отверстия под болты 9 крепления. Плитки брони вибратора 10 и обечайки 11 выполнены в виде продольных полос. Между плитками брони днища 8 и плитками брони обечайки 11 и вибратора 10 установлены конические разрезные кольца внешние 12 и внутренние 13. Осесимметрично с каждой цилиндрической пружиной 5 упругой опоры закреплен груз 14, масса которого определяется условием (1).
Вибрационная мельница работает следующим образом.
В корпус 2 помольной камеры 1 загружаются мелющие тела (например, шары) и измельчаемый материал. Включают двигатель 6, вал которого через эластичную муфту 7 передает вращение вибратору 3 (например, валу с неуравновешенной массой) с частотой вращения со. Так как масса грузов m, осесимметрично закрепленных над каждой цилиндрической пружиной 5, соответствует условию (1), то собственная частота колебаний f всех цилиндрических пружин 5 упругой опоры становится равной частоте колебаний вибратора 3, что приводит к резонансным колебаниям вибрационной мельницы с мелющими телами и измельчаемым материалом, имеющих общую массу М.
Такие резонансные колебания мелющих тел и измельчаемого материала происходят с амплитудой гораздо большей, чем в обычной вибрационной мельнице, совершающей вынужденные колебания под воздействием вибратора 3 с частотой со, не совпадающей с частотой колебаний пружинного маятника, каким являются вибрационная мельница с мелющими телами и измельчаемым материалом и грузами 14 общей массой М+m и имеющим собственную частоту колебаний
(Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике - М: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963, С. 102).
Высокая резонансная амплитуда колебаний вибрационной мельницы с мелющими телами и измельчаемым материалом приводит к увеличению скорости измельчения и производительности вибрационной мельницы.
Пример 1. Масса вибрационной мельницы с мелющими телами и измельчаемым материалом М=1200 кг; частота вращения вибратора 3  Число цилиндрических пружин 5 упругой опоры n=4, жесткость каждой пружины
Тогда согласно условию (1) общая масса всех грузов 14, осесимметрично закрепленных на раме 4 с каждой цилиндрической пружиной должна составлять
Определим собственную частоту колебаний f пружинного маятника, образованного вибрационной мельницей с мелющими телами и измельчаемым материалом массой М=1200 кг и четырьмя грузами 14 с массой каждого m=56,6 кг и жесткостью каждой из четырех пружин  согласно уравнению (2)
то есть при массе каждого груза 14 осесимметрично закрепленного на раме 4 с каждой цилиндрической пружиной с жесткостью  собственная частота колебаний  вибрационной мельницы будет равна частоте вынужденных колебаний вибратора 3
При изменении массы М вибрационной мельницы с мелющими телами и измельчаемым материалом, например, при уменьшении числа мелющих тел и массы измельчаемого материала в помольной камере 1 массу m каждого груза 14 необходимо будет увеличить, чтобы соблюдалось условие (1) для обеспечения резонансных колебаний и высокой их амплитуды и, наоборот, при увеличении массы М соответственно условию (1) массу m каждого груза 14 необходимо будет уменьшить.
Таким образом, осесимметричная установка на раме 4 над каждой цилиндрической пружиной 5 груза 14 массой m, определяемой условием (1), позволяет обеспечивать резонансный режим колебаний вибрационной мельницы с высокой амплитудой колебаний мелющих тел и измельчаемого материала, что увеличивает скорость измельчения и повышает производительность процесса измельчения.