МНОГОКАМЕРНАЯ ВИБРАЦИОННАЯ МЕЛЬНИЦА
COMPOUND VIBRATORY MILL

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к технике тонкого измельчения и механической активации различных материалов минерального и органического происхождения, в том числе цемента, песка, шликера.
Уровень техники
Известна многокамерная вибрационная мельница (см. патент на изобретение SU №1748869, МПК B02C 19/16, оп.23.07.92 г.). Общими признаками упомянутой мельницы с заявляемым решением являются следующие: наличие размещенных вокруг вибратора параллельных трубчатых камер с мелющими телами, соединенных по торцам гибкими рукавами с загрузочным и разгрузочным бункерами и установленных на упругих опорах, выполненных с возможностью изменения высоты, что обеспечивает наклонное расположение камер, облегчающее продвижение материала к выходу. Устройство имеет высокую производительность и позволяет осуществлять одновременную обработку различных материалов. Однако вследствие того, что все камеры соединены между собой и с размещенным в центре связки планетарным вибратором в единый блок, устройство подвержено неуравновешенным вибрационным нагрузкам, передаваемым на фундамент.
Известна виброцентробежная мельница (см. патент на полезную модель №18501, МПК B02C 17/08, опубл. 27.06.2001 г.). Общими признаками упомянутой мельницы с заявляемым решением являются следующие: наличие приводного вала с противоположно направленными эксцентриками и помольных камер, связанных с приводным валом посредством водил, установленных на эксцентриковых шейках приводного вала и выполненных с ложементом для помольной камеры на одном конце, при этом второй конец каждого водила закреплен за станину. К недостаткам известной мельницы следует отнести невысокую производительность и возникающий вследствие размещения обеих помольных камер по одну сторону относительно приводного вала дисбаланс, который накладывает ограничения на обороты приводного вала и ведет к необходимости закладывания более мощного фундамента.
Известны устройства вибрационных шаровых мельниц с эксцентриковым приводом, в которых для уравновешивания устройства предложено равномерное размещение помольных камер-барабанов относительно приводного вала: двустороннее, как в патенте №103835, МПК B02C 19/16, опубл. 25.11.55 г., или же трехстороннее, как в патенте SU №114028, МПК B02C 19/16, опубл. 22.04.57 г. В обеих вышеупомянутых мельницах каждый помольный барабан установлен на эксцентриках приводного вала соответствующей направленности и не связан с другими помольными барабанами.
К недостаткам вышеупомянутых устройств следует отнести ограниченные возможности повышения производительности.
В качестве наиболее близкого аналога, для заявляемого технического решения, принята многокамерная вибрационная мельница для измельчения различных материалов (см. патент на изобретение №164784, МПК B02C 19/16, опубл. 19.08.1964 г.). Мельница содержит эксцентриковый приводной вал с диаметрально противоположно направленными эксцентриками и два блока помольных камер, в каждом из которых помольные камеры жестко связаны между собой и с приводным валом посредством траверс-водил, установленных на эксцентриковых шейках вала через подшипниковые узлы. Водила одного блока установлены на эксцентриках одной направленности, а водила другого блока - на эксцентриках противоположной направленности, что обеспечивает противофазное перемещение помольных камер блоков.
Недостатком упомянутой мельницы является то, что каждый блок в отдельности представляет собой статически неуравновешенную относительно приводного вала систему, что обусловлено расположением помольных камер каждого из блоков по одну сторону от вала. Для уравновешивания системы выполнено дополнительное двустороннее закрепление к опоре траверс-водил каждого блока, что ведет к усложнению устройства, повышению массивности опоры. В качестве недостатка можно указать и ограниченные возможности увеличения производительности устройства.
Раскрытие изобретения
Задачей заявляемого изобретения является повышение производительности вибрационной мельницы при одновременном повышении ее сбалансированности и устойчивости.
Поставленная задача решена благодаря тому, что в многокамерной вибрационной мельнице, содержащей приводной вал с диаметрально-противоположными эксцентриками и два блока помольных камер, в каждом из которых камеры связаны между собой и с приводным валом посредством, по меньшей мере, одного водила, установленного на эксцентрике приводного вала через подшипник, согласно заявляемому изобретению, каждое водило выполнено в виде многолучевой правильной звездочки с центральным посадочным отверстием и с ложементами для помольных камер на концах лучей, при этом звездочки установлены на валу с угловым смещением, обеспечивающим размещение помольных камер одного блока в просветах между помольными камерами другого блока.
Понятие «многолучевой» звездочки предполагает наличие от трех лучей и более.
Конструктивное исполнение водила в форме «правильной» многолучевой звездочки характеризуется равномерным расположением ее лучей по окружности, вокруг центрального посадочного отверстия, что следует из определения «правильной» звезды, у которой все внутренние и внешние углы равны, и выполнением лучей одинаковой длины. На концах лучей сформированы ложементы для помольных камер.
Такое конструктивное исполнение водил, независимо от числа лучей звездочки, позволило обеспечить равномерность расположения помольных камер каждого из блоков относительно приводного вала и равномерно распределить нагрузки по сечению приводного вала, а также обеспечить круговую траекторию движения мелющих тел внутри камер при работе устройства. В результате каждый блок представляет собой статически уравновешенную относительно приводного вала систему.
Водила блоков установлены на приводном валу с угловым смещением, т.е. повернуты друг относительно друга на угол, обеспечивающий размещение помольных камер одного блока в просветах между камерами другого блока. В результате камеры обоих блоков, в совокупности, также равномерно распределены вокруг приводного вала.
Благодаря тому, что водила одного блока установлены на эксцентриках одной направленности, а водила другого блока - на эксцентриках противоположной направленности, блоки движутся при работе устройства в противофазе, за счет чего взаимно уравновешивают друг друга.
Таким образом, одним техническим результатом заявляемого решения является получение двух статически уравновешенных относительно приводного вала систем, которые взаимно уравновешивают друг друга в процессе работы устройства, что позволило значительно повысить статическую и динамическую устойчивость устройства и исключить вероятность возникновения дисбаланса, за счет чего устранить необходимость использования мощного фундамента.
Другим положительным результатом заявляемого решения является исключение жестких кинематических связей водил с рамой мельницы: водила установлены только на эксцентриковых шейках приводного вала и дополнительно не связаны с рамой. Это позволило упростить конструкцию устройства и при этом добиться кругового движения помольных камер и мелющих тел в них. В результате мелющие тела оказывают, в основном, истирающее воздействие на материал, что энергетически наиболее выгодно для проведения сверхтонкого помола.
Еще одним положительным техническим результатом заявляемого решения, достигнутым благодаря оригинальному конструктивному исполнению водил в форме многолучевой звездочки, является повышение производительности устройства и наличие возможности ее дальнейшего увеличения. Так, заменив трехлучевые звездочки на, например, пятилучевые, можно увеличить количество помольных камер с 6 до 10, не нарушая при этом равновесия и сбалансированности устройства в целом.
Наличие большого количества помольных камер позволяет производить одновременно обработку нескольких различных материалов.
В предпочтительном случае реализации устройства каждое водило выполнено в виде трехлучевой звездочки с лучами равной длины, расходящимися от центра под углом 120°.
Целесообразно осуществлять установку помольных камер каждого блока посредством пары водил, для чего на приводном валу размещают две пары диаметрально-противоположных эксцентриков, разнесенных с чередованием по длине вала.
Предпочтительным является наклонное расположение помольных камер, что способствует более быстрому прохождению обрабатываемого материала к выходу, в результате чего повышается производительность устройства, создаются наилучшие условия обработки материалов. Наиболее оптимальным утлом наклона мельницы является угол 20-40° к горизонту.
Предпочтительно заполнение помольной камеры мелющими телами на 80-90% объема. Упомянутое заполнение менее 80% снижает качество помола, а его повышение более 90% уменьшает подвижность загрузки и снижает производительность.
В конкретном случае реализации устройства загрузочный и разгрузочный патрубки помольных камер выполнены в виде соединенных с торцевыми стенками камер гибких шлангов, пропущенных через отверстия кожуха, закрывающего устройство.
Краткое описание чертежей
Заявляемое изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где:
на фиг.1 - общий вид устройства, кинематическая схема;
на фиг.2 - пример конкретной реализации устройства, соответствующий сечению А-А с фиг.1, водила выполнены в виде трехлучевых звездочек;
на фиг.3 показан узел соединения водила с валом;
на фиг.4 - схема, иллюстрирующая работу устройства для трехлучевых (а), четырехлучевых (б) и пятилучевых (в) звездочек.
Осуществление изобретения
Вибрационная мельница (см. фиг.1) содержит раму 1, в подшипниковых опорах 2 которой установлен приводной вал 3, несущий две пары эксцентриков 4 и 5, одетых на вал оппозитно, т.е. направленных диаметрально противоположно. На эксцентриках 4, 5 установлены посредством подшипниковых узлов водила 6 и 7, несущие блоки помольных трубных камер 8 и 9, соответственно.
Рама 1 смонтирована с возможностью изменения угла наклона. К торцам помольных камер 8 и 9 подходят гибкие загрузочные 10 и разгрузочные 11 патрубки, пропущенные через отверстия в торцевых стенках защитного кожуха 12.
Водила 6 и 7 выполнены в виде трехлучевых звездочек с центральным посадочным отверстием 13 и расходящимися от центра под углом 120° друг к другу лучами 14 одинаковой длины (см. фиг.2, 3). На фиг.3 показан узел соединения водила с приводным валом. В центральное отверстие 13 водила (6, 7) впрессован подшипник 15, насаженный на эксцентриковую втулку 4 или 5, соответственно, установленную на валу 3.
На концах лучей 14 сформированы ложементы 16 для размещения помольных камер. Закрепление помольных камер в ложементах осуществляют хомутами 17.
Звездочки 6 установлены на валу 3 с угловым смещением относительно звездочек 7 на угол α, обеспечивающий равномерное расположение камер 9 в промежутках между камерами 8.
Устройство работает следующим образом.
Материал поступает в камеры 8 и 9 через загрузочные патрубки 10 и продвигается в промежутках между мелющими шарами к разгрузочному концу за счет разницы в давлении материала на входе и выходе и за счет наклонного положения камер. Оптимальный угол наклона 20-40°, что позволяет уменьшить время воздействия мелющих тел на измельчаемый материал, за счет чего получить материал большей крупности и увеличить производительность почти в 2 раза, по-сравнению с горизонтальной установкой.
Эксцентриковый вал 3 мельницы, выполняющий вместе с приводом роль вибровозбудителя, вращаясь, заставляет водила 6 и 7 вместе с закрепленными на них помольными камерами 8 и 9 совершать колебательные движения по круговой траектории с заданной амплитудой, равной двум эксцентриситетам. Внутри камер возникает центробежная сила, что приводит к интенсивному и истирающему воздействию мелющих тел на перерабатываемый материал. Оптимальное заполнение помольных камер мелющими телами составляет 80-90% объема.
1
2
О
е
Центры масс (G и G) каждого из блоков расположены (см. фиг.4) в центре водил и симметрично по сторонам от оси  вала 3 на расстоянии эксцентриситета .
е
Симметричность смещения центров масс и его незначительная величина  позволяют считать блоки статически уравновешенными относительно вала и друг друга.
В процессе работы устройства блоки движутся противофазно и в каждый момент времени один блок камер уравновешивает другой.
О
8
9
Как видно на фиг.4а и 4в, в случаях выполнения звездочек 3- и 5-лучевыми, в каждый момент времени каждая из камер 8 расположена относительно оси  вала диаметрально противоположно одной из камер 9, и векторы сил F и F, воздействующих на эти камеры, направлены противоположно и уравновешивают друг друга.
В результате происходит уравновешивание блоков и исключается дисбаланс.
9
9
9
8
На фиг.4б показан пример выполнения звездочек с 4-мя лучами. В этом случае в каждый момент времени каждая из камер 8 уравновешивается парой камер 9' и 9'', расположенных симметрично относительно диаметрально противоположного отражения этой камеры 8. На рисунке видно, что сила F, полученная в результате сложения сил F'и F'', приложенных к камерам 9' и 9'', соответственно, также равна и направлена противоположно силе F, что обеспечивает их уравновешивание.
По сути один блок помольных камер выступает в роли противовеса другому блоку. При этом, т.к. блоки выполнены одинаковым образом и одинаково подвержены износу, то достигнутый баланс обеспечивается на протяжении всего времени эксплуатации устройства.
Таким образом, конструкция предлагаемой мельницы отличается низкой чувствительностью к дисбалансу, что позволяет поставить мельницу с наклоном в сторону выгрузки, использовать более высокие скорости вращения эксцентрикового вала и при этом снизить металлоемкость опорной рамы и обойтись без мощного фундамента.
Загрузочные 10 и разгрузочные 11 патрубки выполняют функции гибких связей, обеспечивающих подачу и выгрузку материала и при этом не препятствующих перемещениям барабанов 8 и 9.
Выполнение торцевых стенок кожуха 12 с отверстиями 18, через которые пропущены гибкие патрубки 10 и 11, позволяет исключить вероятность закручивания помольных камер вместе с валом 3 и повысить надежность работы устройства.