АГРЕГАТ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПОРОДЫ КОМКОВАТОЙ СТРУКТУРЫ В МЕЛКОЗЕРНИСТУЮ ФРАКЦИЮ

Область техники.
Заявляемая полезная модель относится к области обработки почвы, в частности, к отрасли рекультивации и утилизации пород отвалов строительных котлованов и вскрышной породы разрезов добывающих предприятий, и может быть использована как в горнодобывающей промышленности, так и сельском хозяйстве, например, для дробления глины в глиняную крошку, более удобную для транспортировки на большие расстояния. Агрегат обеспечивает переработку сухой породы комковатой структуры в мелкозернистую фракцию.
Процессы дробления широко применяются в производственной деятельности человека. Поступающие на обогатительные фабрики породы представляют собой куски различной крупности (до 1500 мм и более), в которых минералы тесно срослись между собой в монолитную массу. Для вскрытия и механического разделения их нужно измельчить. При тесном взаимном срастании минералов для их разделения требуется, как правило, измельчение до крупности порядка 0,2 мм и мельче.
Уровень техники.
Для первичного дробления глины и выделения из нее крупных твердых включений применяют камневыделительные дезинтеграторные и винтовые вальцы.
Дезинтеграторные камневыделительные вальцы СМ-150 (https://zinref.ru/000_uchebniki/04400proizvodstvo/000_lekcii_proizvodstvo_02/205.htm) предназначены для предварительного дробления пластичных глин и частичного удаления каменистых включений. Вальцы состоят из двух валков различного диаметра и с различной скоростью вращения, из которых валок большего диаметра гладкий, а меньшего диаметра - ребристый. Гладкий валок - тихоходный, ребристый - быстроходный. Стальные съемные ребра прямоугольного сечения выступают над поверхностью валка. Валки вращаются в шарикоподшипниках, установленных на раме. Одна пара подшипников смонтирована в передвижных салазках, по которым они могут перемещаться параллельно основанию рамы. Оба валка помещены в закрытый металлический кожух с воронкой для загрузки материала.
Дезинтеграторные вальцы работают следующим образом. Глина, поступающая через загрузочную воронку по направляющему лотку, попадает на быстроходный ребристый валок. Под ударами ребер этого валка она отбрасывается на гладкий тихоходный валок, который затягивает ее в зазор между валками. Каменистые включения при ударе ребер отбрасываются в сторону гладкого валка, ударяются о верхнюю крышку кожуха и выбрасываются через отводной лоток.
Известный агрегат имеет сложную и отличающуюся большой точностью изготовления дорогостоящую конструкцию, так как для удаления твёрдых частиц из вязкой глины использует инерционные силы, создаваемые рельефным валком, вращающимся на очень больших оборотах, способных разрывать глиняную массу и выбрасывать из неё твёрдые частицы. Для надёжной работы такого агрегата вал и детали, вращающиеся вместе с ним, должны быть хорошо отбалансированы и изготовлены из твёрдых износостойких материалов. Кроме того, увлажнение глины до нужной консистенции требует специальной подготовки.
Из уровня техники также известна мобильная дробильная установка (патент РФ № 2562286) с основанием (1), включающим, по меньшей мере, одну ходовую часть (2), и надстройкой (3), включающей, по меньшей мере, один приемный бункер (4), дробилку (5) и транспортерное устройство, при этом надстройка (3) включает жесткие опоры (10а, 10b), а между надстройкой (3) и основанием (1) предусмотрено подъемное устройство (11) для подъема и опускания надстройки (3) относительно основания (1), причем в режиме движения надстройка (3) через подъемное устройство (11) опирается на основание (1), при этом в режиме дробления надстройка (3), опущенная подъемным устройством (11), может быть так установлена опорами (10а, 10b) на грунт (U), что опоры (10а, 10b), по меньшей мере частично, передают непосредственно на грунт (U) вес надстройки (3) и действующие на надстройку (3) динамические и статические силы.
Известная установка имеет большие размеры и массу, способна к самостоятельному перемещению, однако процесс дробления твёрдого кускового материала в мелкозернистую фракцию представляется технологически сложным, требующим наличия дополнительного оборудования и определенной квалификации специалиста.
Краткое раскрытие сущности полезной модели.
Техническая проблема, решаемая посредством заявляемой полезной модели, заключается в преодолении недостатков, присущих аналогам технического решения, за счет оптимизации конструкции агрегата, обеспечивающего дробление сухой комковатой структуры породы строительных котлованов и вскрышных пород разрезов добывающих предприятий в мелкозернистую фракцию.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в расширении арсенала используемых средств дробления почвы.
Поставленная техническая проблема решается тем, что агрегат для переработки породы комковатой структуры в мелкозернистую фракцию, согласно техническому решению, включает опорный каркас, вдоль боковых ребер которого на разноразмерных приводных и вспомогательных колесах подвижно установлены горизонтально ориентированные металлические замкнутые ленты гусеничного типа, загрузочный бункер, снабженный двумя отводами, установленный с возможностью подачи породы через отводы на внутреннюю, контактирующую с колесами, поверхность металлических лент, при этом звенья ленты выполнены из шарнирно соединенных с зазором перфорированных пластин, а приводные колеса большего диаметра установлены на общей оси с приводным редуктором, обеспечивающим их вращение, в объеме, ограниченном внутренней поверхностью металлических лент, с возможностью вращения установлены соединенные с вспомогательными колесами меньшего диаметра цилиндрические катки, боковая поверхность которых снабжена грунтозацепами, а также составные валки, соединенные с катками. Грунтозацепы имеют боковые стороны, установленные наклонно под углом при вершине 30-45º. Размер перфорации металлических пластин ленты, а также зазор между соседними звеньями ленты не превышает 10 мм. Валки представляют собой набор независимых дисковых ободов, соединенных посредством упругих элементов с центральными втулками, жестко закрепленными на общей оси, при этом дисковые обода установлены с возможностью эксцентричного смещения относительно центральных втулок.
Технический результат достигается за счет разработки конструкции агрегата, имеющего подвижное полотно, состоящее из металлических перфорированных пластин, сквозь которые вращающиеся катки и валки продавливают сухую комковатую породу, превращая её в мелкозернистую фракцию.
Краткое описание чертежей.
Заявляемое техническое решение поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 схематично показан вид сбоку на заявляемый агрегат.
На фиг.2 схематично показан вид сверху на агрегат.
На фиг.3 схематично показано сечение А-А.
На фиг.4 показан фрагмент пластинчатого полотна агрегата.
На фиг.5 схематично показаны варианты выполнения колёс, образующих валки.
Позициями на фигурах обозначены:
1. Каркас агрегата.
2. Вспомогательные колёса.
3. Бункер.
4. Направляющая движения пластинчатого полотна.
5. Пластинчатое полотно.
6. Приводное колесо.
7. Валок.
8. Каток.
9. Цепной привод катка.
10. Цепной привод валков.
11. Шестерня приводного редуктора.
Осуществление полезной модели.
Заявляемый агрегат представляет собой стационарную конструкцию, устанавливаемую в зоне проведения работ по дроблению породы. В нижней части агрегата имеется опорный металлический рамный каркас 1, посредством выравнивания которого при установке регулируют положение всего агрегата. По боковым сторонам каркаса размещены два замкнутых металлических полотна 5 (ленты) оптимальной шириной 60-80 см. Длина металлической ленты определяется расстоянием, необходимым для размещения во внутреннем пространстве замкнутой ленты соответствующих узлов агрегата (приводные и вспомогательные колеса, катки и т.д.).  Полотна образованы шарнирно соединёнными стальными пластинами с оптимальной шириной 12-20 см (фиг.4), снабженными щелевой перфорацией. Соединение пластин выполнено с зазором. При этом размер перфорации и ширина зазора между пластинами примерно равны, определяются достигаемым размером мелкозернистой фракции, и составляет около 7-10 мм. Щели перфорации выполнены прямыми длиной 5-8 см, расположены в несколько рядов. Перфорация смежных рядов ориентирована под прямым углом друг к другу и перекрывает промежутки между щелями (фиг.4). Металлические ленты установлены в направляющих 4 уголкового профиля, входящих в каркас агрегата, обеспечивающих их перемещение. В передней части агрегата расположены четыре приводных колеса 6 (по два колеса для каждой ленты). Диаметр колёс 60-80 см. Каждое колесо имеет зубчатый венец из крупных зубьев. Колёса установлены на одной оси. В средней её части между лентами, расположена шестерня приводного редуктора 11 с электрическим приводом. В задней части агрегата по краям лент установлены восемь вспомогательных колёс 2, расположенных попарно друг над другом. Диаметр вспомогательных колёс 30-50 см. Их зубчатые венцы аналогичны приводным колёсам. Металлические ленты размещены с возможностью перемещения (проката) по приводным и вспомогательным колесам. Для обеспечения такой возможности, на концах каждой пластины выполнены проушины, которые имеют квадратную форму размером около 65х65 - 80х80 мм (фиг.4). Шаг проушин в пластинах согласован с чередованием зубьев приводных и вспомогательных колёс, которые входят в проушины пластин, вызывая перемещение ленты. Вспомогательные колёса 2 закреплены на осях и вращаются за счет движения соответствующих металлических лент. В объеме, ограниченном внутренними поверхностями металлических лент, контактирующими с приводными и вспомогательными колесами, установлены катки и валки, обеспечивающие дробление породы, попавшей на внутреннюю поверхность ленты. Два катка (по одному для каждой ленты) установлены перпендикулярно направлению перемещения ленты. Катки 8 диаметром 40-50 см полые, толщина стенки цилиндра катка 6-8 мм. На поверхности катки имеют выступы в виде грунтозацепов длиной 80-100 мм, высотой 20-25 мм и шириной 30-35 мм, с наклоном боковых поверхностей 10-15º. Грунтозацепы расположены в несколько рядов. При этом грунтозацепы смежных рядов сдвинуты относительно друг друга и развёрнуты на угол 90º. Торцы катков закрывают диски, соединяющие цилиндрическую часть катка с его осью вращения. Линейная скорость поверхности катков в 1,2-1,3 раза превышает скорость движения ленты. На краях катки имеют реборды высотой 6-8 см. Рабочая ширина катка, т.е. расстояние между внутренними поверхностями реборд не превышает расстояния между проушинами пластин. Катки выравнивают и формируют загруженный слой породы. Расстояние между катками и полотном ленты 6-8 см (т.к. обычно породы содержат твёрдый грубообломочный материал до 6 см, в случаях содержания фракций больших размеров породы предварительно следует просеивать на вибрационных наклонных решётках с величиной ячеек 40х40 мм). Оси катков соединены цепной передачей с осями нижних вспомогательных приводных колес. Вращение осей вспомогательных колёс цепными передачами 9 передается каткам 8. Линейная скорость катков в 1,2-1,3 раза больше скорости движения металлической ленты. За катками в сторону передней части агрегата установлены четыре валка 7, по два валка с каждой стороны. Валки выполнены составными из набора независимых и не соединенных друг с другом колес, закреплённых на одной оси. Оптимальным представляется количество 10-15 колёс диаметром 50-60 см для одного валка. Колесо валка образовано дисковым ободом с гладкой поверхностью и центральной втулкой, соединённых между собой упругими элементами (например, пружинами или гнутыми спицами), см. фиг.5. Втулка колёс жестко закреплена на оси валков. Тем самым достигается возможность эксцентричного смещения обода относительно втулки (и оси колеса). Валки соединены цепными передачами 10 с соответствующими катками, и приводятся во вращение при вращении катков. Линейная скорость валков равна линейной скорости катков. Валки также установлены с зазором от внутренней поверхности металлической ленты. При этом два последовательно установленных валка могут быть установлены как с равным зазором, так и с увеличивающимся от 3-3,5 см до 5-5,5 см – для первого, ближайшего к катку валка, и от 1-1,5 см до 3-3,5 см – для следующего валка.
В задней части агрегата расположен загрузочный бункер 3, имеющий в верхней части широкий раструб, расходящийся внизу на два рукава (отвода), для одновременной подачи породы на внутреннюю, контактирующую с приводными колесами, поверхность обеих металлических лент.
Заявляемый агрегат работает следующим образом.
Агрегат устанавливают на ровной поверхности, прочно фиксируя опорный каркас для исключения возможности сильной вибрации. Агрегат приводят в рабочее состояние посредством включения электропривода, который вращает шестерню приводного редуктора и, соответственно, приводит во вращение приводные колеса. Зубья приводных колёс заходят в проушины пластин ленты, вызывая её перемещение по направляющим. При этом стальная лента приводит во вращение вспомогательные колёса. Звёздочки, установленные на осях нижних вспомогательных колёс цепной передачей, вращают катки, которые в свою очередь цепной передачей приводят во вращение валки. Затем через загрузочный бункер осуществляют подачу породы на обработку дискретным потоком. При загрузке агрегата порода по двум рукавам поступает на движущиеся металлические ленты (их внутреннюю поверхность), которые затягивают её под катки. Катки, вращаясь, выравнивают слой породы, одновременно растирают её, вызывая разрушение кусковой структуры, и частично продавливают породу сквозь перфорацию пластин и зазоры между ними. Движущееся полотно перемещает и затягивает породу далее под вращающиеся валки, которые раздавливают кусковую структуру, прижимая её к пластинам ленты и продавливают сквозь перфорацию пластин, превращая в мелкозернистую фракцию. При попадании под колесо валка камня или другого твёрдого предмета, обод колеса совершает эксцентрическое вращение относительно втулки, плавно перекатывается через него, сжимая нижние пружины и растягивая верхние, после чего восстанавливает концентричность, возвращаясь в исходное положение. Такая конструкция валков исключает необходимость подъёма всего валка и пропуска целого ряда необработанной почвы, т.к. на камень будет накатываться и подниматься обод только одного колеса. Измельченная таким образом порода просыпается вниз и собирается в тару или на ленту транспортёра, устанавливаемую под агрегатом в случае необходимости.
Пример конкретного выполнения.
В качестве опытного образца для подтверждения технической возможности его реализации, а также подтверждения возможности достижения технического результата изготовлен агрегат, предназначенный для измельчения породы при проведении рекультивационных работ в городских условиях.
Агрегат имеет каркас, внутри которого находятся две вертикально замкнутые пластинчатые ленты. Пластины длиной 60 см, шириной 12 см и толщиной 12 мм шарнирно соединены между собой. Рабочая поверхность пластинчатых лент плоская. В каждой пластине выполнена в два ряда щелевая перфорация длиной 50 мм и шириной 7 мм. Ряды перфорации расположены под углом 90ºдруг к другу. На концах пластины имеют проушины размером 60х60 мм. Расстояние между пластинчатыми лентами 40 см. Ленты движутся по направляющим уголкового профиля. В движение пластинчатые ленты приводят приводные зубчатые колёса диаметром 60 см. Ленты растягивают вспомогательные колёса диаметром 30 см. Зубья приводных и вспомогательных колёс толщиной 40 мм заходят в проушины пластин, обеспечивая движение ленты со скоростью 30 метров в минуту. На осях нижних вспомогательных колёс установлены звёздочки цепной передачи, вращающей катки и валки (линейная скорость перемещения их поверхностей составляет 36 метров в минуту). Между вспомогательными зубчатыми колёсами и катками заведены отводы от загрузочного бункера, изготовленного из листовой стали толщиной 2 мм. При загрузке грунт попадает на обе металлические ленты, которые транспортируют его последовательно к каткам, а затем к валкам. Расстояние от ленты до катков составляет 6,5 см. Катки выравнивают слой насыпанного грунта, а реборды ограничивают его ширину. При этом грунтозацепы разрушают комья слипшейся породы, растирают их и частично продавливают сквозь перфорацию в металлических лентах. Расстояние между лентой и первыми валками 3 см. Каждый валок собран из десяти колёс, состоящих из ободов диаметром 30 см и шириной 6 см. Колёса представляют собой жёстко закрепленные на оси втулки, к которым прикреплены восемь пружин, связывающих их с ободами. Грунт, попавший между валком и лентой, сдавливается, растирается поверхностями, движущимися с разной линейной скоростью, и продавливается через перфорацию пластин. При попадании камня между поверхностью ленты и валком движение могло быть остановлено из-за заклинивания, но этого не происходит, т.к. обод отдельного колеса обкатывал камень, исключая необходимость подъёма всего валка. Расстояние между пластинчатой лентой и вторым валком составляет 10 мм. Измельчённую таким образом почву собирали в поддоны, установленные под агрегатом. Камни же собирались на лентах. Для их удаления работу агрегата останавливали и скребками сдвигали их в контейнер, установленный под агрегатом между пластинчатыми лентами.
Заявляемая полезная модель позволяет перерабатывать сухую слипшуюся комковатую породу в мелкозернистую фракцию, при этом размер получаемой фракции зависит от величины перфорации пластин, а также зазора между ними при установке в ленту. При этом агрегат отличается компактностью, легковесной конструкцией и удобен для транспортировки и надежен в эксплуатации.