ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ С ЗАГРУЗКОЙ ПОРОДЫ ЧЕРЕЗ ПОЛЫЙ ВАЛ ВРАЩЕНИЯ РАБОЧЕЙ ПЛОЩАДКИ
GYROSCOPIC GRINDER WITH ROCK LOADING VIA HOLLOW ROTARY SHAFT OF WORKING PLATFORM

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для измельчения горной породы и техногенных строительных материалов с помощью реализации различных типов физического процесса измельчения, а именно: ударного разрушения, раздавливания, раскалывания и истирания, а также различных комбинаций вышеуказанных видов процесса измельчения.
Известен измельчитель сухой горной породы, при работе которого используется гироскопический эффект, содержащий размольный стол, валок с рычагом, взаимодействующий с размольным столом, силовой привод вращения валка, горизонтальную площадку с балансировочными грузами и с опорой для рычага валка и двухстепенным гироскопом. В измельчителе основная гироскопическая сила, прижимающая валок к рабочему столу с размещенной на нем горной породой, создается за счет реакции двухстепенного гироскопа [1].
Недостатками данного технического решения является периферическое расположение (вне горизонтальной площадки) размольного стола, что значительно увеличивает габариты гироскопического измельчителя и его вес. Кроме того, такое расположение размольного стола значительно увеличивает момент сил трения, возникающий за счет трения валка о поверхность размольного стола, что значительно увеличивает мощность и соответственно габариты силового привода вращения горизонтальной площадки, а значит, габариты и вес всего измельчителя в целом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гироскопический измельчитель с центральной загрузкой породы, при работе которого используется гироскопический эффект, содержащий размольный стол, валок с рычагом, взаимодействующий с размольным столом, силовой привод вращения валка с основанием, горизонтальную площадку с балансировочными грузами и с опорой для оси валка и двухстепенным гироскопом в виде электродвигателя с валом и маховиком, цилиндрический кожух горизонтальной площадки, с закрепленным на нем усеченным конусом центрального загрузочного устройства, цилиндр горизонтальной площадки, соединяющим горизонтальную площадку с силовым приводом и закрепленным в основании силового привода с помощью шарикоподшипника с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, разгрузочный усеченный конус и цилиндр разгрузочного конуса, причем разгрузочный конус установлен внутри цилиндра разгрузочного усеченного конуса, неподвижно закрепленного в основании силового привода соосно цилиндру горизонтально площадки и размещенного внутри него с зазором, центральный рассекатель породы, выполненным в виде конуса и установленный в середине размольного стола, причем размольный стол размещен внутри цилиндра разгрузочного усеченного конуса в той же горизонтальной плоскости, что и горизонтальная площадка, а размольный стол выполнен перфорированным, через отверстия которого измельченная порода попадает в разгрузочный усеченный конус и далее в бункер [2].
Недостатками данного технического решения является то, что рабочая площадка и размольный стол находятся в одной горизонтальной плоскости, и размольный стол с породой сверху не закрыт, из-за чего порода при работе устройства вылетает на рабочую площадку и выбывает из процесса измельчения, попадая в движущиеся элементы устройства и мешая их нормальному функционированию.
Кроме того, закрепление цилиндра горизонтальной площадки с помощью всего одного шарикоподшипника приводит к значительным биениям и вибрациям на высоте размольного стола, что снижает надежность работы устройства.
Технической задачей изобретения является создание гироскопического измельчителя с загрузкой породы через полый вал вращения рабочей площадки, эффективно и устойчиво работающего по измельчению горных пород, а также уменьшение энергозатрат на измельчение.
Решение технической задачи достигается тем, что гироскопический измельчитель с загрузкой породы через полый вал вращения рабочей площадки содержит размольный стол, валок с рычагом, взаимодействующий с размольным столом, силовой привод вращения валка с основанием, горизонтальную площадку с балансировочными грузами и с опорой для оси валка и двухстепенным гироскопом в виде электродвигателя с валом и маховиком, цилиндрический кожух, усеченный конус центрального загрузочного устройства, цилиндр горизонтальной площадки, соединяющий горизонтальную площадку с силовым приводом и закрепленный в основании силового привода с помощью шарикоподшипника с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, цилиндр размольного стола, неподвижно закрепленный соосно цилиндру горизонтально площадки, центральный рассекатель породы, выполненный в виде конуса и установленный в середине размольного стола, причем размольный стол выполнен перфорированным, через отверстия которого измельченная порода попадает в разгрузочный конус и далее в бункер, причем гироскопический измельчитель снабжается дополнительно верхней и нижней монтажными площадками, а также шарикоподшипником, при этом верхняя монтажная площадка размещена над горизонтальной площадкой и на ней закреплен дополнительный шарикоподшипник цилиндра горизонтальной площадки, а нижняя горизонтальная площадка размещена ниже горизонтальной площадки и на ней неподвижно закреплен цилиндр размольного стола, при этом усеченный конус центрального загрузочного устройства и цилиндр горизонтальной площадки выполнены в виде единого конусно-цилиндрического полого вала, через полость которого горная порода загружается непрерывно на размольный стол, а горизонтальная площадка, закрепленная на нижнем торце конусно-цилиндрического полого вала, размещена над размольным столом с зазором.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид гироскопического измельчителя с загрузкой породы через полый вал вращения рабочей площадки, включающего 1 - размольный стол, 2 - валок, 3 - рычаг, 4 - силовой привод вращения валка, 5 - основание, 6 - горизонтальная площадка, 7 - балансировочные грузы, 8 - опора для оси валка, двухстепенный гироскоп в виде 9 - электродвигателя с валом и 10 - маховиком, 11 - цилиндрический кожух, 12 - усеченный конус центрального загрузочного устройства, 13 - цилиндр горизонтальной площадки, соединяющий горизонтальную площадку с силовым приводом, 14 - шарикоподшипник, закрепленный в основании силового привода с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, 15 - цилиндр размольного стола, неподвижно закрепленный соосно цилиндру горизонтально площадки, 16 - центральный рассекатель породы, выполненным в виде конуса и установленный в середине размольного стола, 17 - перфорационные отверстия размольного стола, 18 - измельченная порода, 19 - разгрузочный конус, 20 - бункер, 21 - верхняя и 22 - нижняя монтажные площадки, 23 - дополнительный шарикоподшипник цилиндра горизонтальной площадки, 24 - конусно-цилиндрический полый вал.
Устройство содержит силовой привод 4 вращения валка 2 вокруг вертикальной оси с основанием 5, горизонтальную площадку 6, опору 8 для валка, электродвигатель с валом 9 и маховиком 10, валок 2, рычаг валка 3, размольный стол 1 с перфорационными отверстиями 17, на котором измельчаемая порода 18, отраженная от центрального рассекателя 16, попадает на размольный стол 6, а после измельчения в разгрузочный конус 19 и далее в бункер 20. Электродвигатель с валом 9 и маховиком 10, установленный на рычаге валка 3 и шарнирно соединенный с опорой 8, образуют двухстепенной гироскоп.
Для балансировки гироскопического измельчителя при вращении вокруг вертикальной оси устройство может быть снабжено балансировочными грузами 7, установленными на горизонтальной площадке 6.
Устройство закрыто цилиндрическим кожухом 11 с закрепленными на нем основанием 5, верхней 21 и нижней 22 монтажными площадками. В свою очередь, горизонтальная площадка 6 крепится на конусно-цилиндрическом полом вале 24, образованном при этом усеченным конусом 12 центрального загрузочного устройства и цилиндром 13 горизонтальной площадки, через который конусно-цилиндрический полый вал 24 кинематически соединяется с силовым приводом 4 и устанавливается в шарикоподшипниках 14 и 23. Кроме того, в нижней монтажной площадке 22 соосно конусно-цилиндрическому полому валу 24 горизонтальной площадки 6 неподвижно закреплен цилиндр 15 размольного стола 1.
Гироскопический измельчитель с загрузкой породы через полый вал вращения рабочей площадки работает следующим образом: силовой привод 4 раскручивает конусно-цилиндрический полый вал 24 с закрепленной на нем горизонтальной площадкой 6 с установленными на ней валком 2 до угловой скорости Ω вокруг вертикальной оси вращения, электродвигатель 9 раскручивает маховики 10 до угловой скорости ω, направление вектора которой совпадает с направлением рычага 3. При этом на двухстепенной гироскоп, образованный электродвигателем 9 и маховиком 10, действует гироскопический момент, величина которого определяется формулой
<mrow><mi>I</mi><msub><mi>M</mi><mi>r</mi></msub><mi>I</mi><mo>=</mo><msub><mi>J</mi><mi>м</mi></msub><mo>×</mo><mi>ω</mi><mo>×</mo><mi>Ω</mi><mo>×</mo><mi>sin</mi><mi>α</mi><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
м
м
м
м
м
д
2
где J=mR /2 - момент инерции маховика 10, m и R - соответственно масса и радиус маховика 10, α - угол между векторами ω и Ω. На валок 2 действует вертикальная гироскопическая сила F, равная
<mrow><mi>I</mi><msub><mi>F</mi><mi>д</mi></msub><mi>I</mi><mo>=</mo><mi>I</mi><msub><mi>M</mi><mi>г</mi></msub><mi>I</mi><mo>/</mo><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>J</mi><mi>м</mi></msub><mo>×</mo><mi>ω</mi><mo>×</mo><mi>Ω</mi><mo>×</mo><mi>sin</mi><mi>α</mi><mo>/</mo><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
1
где l - расстояние от шарнира опоры 8 и до центра валка 2.
При этом значение силы истирания вычисляется согласно следующей формуле:
<mrow><msub><mi>F</mi><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mi>K</mi><mo>×</mo><msub><mi>F</mi><mi>д</mi></msub><mo>=</mo><mi>K</mi><mo>×</mo><msub><mi>J</mi><mi>м</mi></msub><mo>×</mo><mi>ω</mi><mo>×</mo><mi>Ω</mi><mo>×</mo><mi>sin</mi><mi>α</mi><mo>/</mo><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
где К - коэффициент трения.
истр
Из соотношения (3) следует, что, изменяя ω и Ω независимо друг от друга, можно изменять величину гироскопической силы F в широком диапазоне значений в зависимости от прочностных свойств горной породы. Измельчаемая горная порода 18 через конусно-цилиндрический полый вал 24, отражаясь от центрального рассекателя 16, попадает на размольный стол 6, а после измельчения через перфорационные отверстия 17 в разгрузочный конус 19 и далее в бункер 20.
За счет предложенной конструкции размольного стола, горизонтальной площадки и системы подачи горной породы через конусно-цилиндрический полый вал вращения значительно уменьшаются габариты и вес гироскопического измельчителя и затраты на электроэнергию.
д
Устойчивость работы предлагаемого устройства определяется тем, что при увеличении силы сопротивления размельчаемой породы перемещению валка 2 по размольному столу происходит и уменьшение заданной величины угловой скорости Ω, что, в свою очередь, согласно формуле (1), приводит к уменьшению величины гироскопического момента, а значит, и величины гироскопической силы F, что обеспечивает увеличение значения угловой скорости Ω до заданной величины.
Таким образом, с точки зрения теории автоматического регулирования гироскопический измельчитель является автоматическим устройством с отрицательной обратной связью, которая и обеспечивает его устойчивую работу.