ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ СУХОЙ ПОРОДЫ ПО ФРАКЦИЯМ
GYRO CRUSHER OF DRY ROCK TO FRACTIONS

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 выше указанных видов процесса измельчения.
Известна терочная мельница, при работе которой используется гироскопический эффект, содержащая горизонтальный размольный стол радиусом R=0,5 м и металлический валок массой 100 кг, вращающийся при помощи силового привода вокруг вертикальной оси симметрии размольного стола с угловой скоростью Ω=6π рад/с, угловая скорость вращения валка при этом составляет ω=5Ω=30π рад/с. При этом дополнительная максимально возможная величина вертикальной силы давления валка на размольный стол, возникающая благодаря гироскопическому эффекту, составляет порядка 80% от веса валка [1]. Недостатками известного технического решения являются использование валка (маховика гироскопа) в качестве элемента, создающего гироскопическую силу, и одновременно в качестве силового элемента, непосредственно действующего на измельчаемую горную породу, а также в качестве фрикционного привода для вращения валка (маховика гироскопа). Все это приводит к невозможности управляемого независимого друг от друга изменения величин угловых скоростей ω и Ω и не позволяет эффективно управлять величиной силы давления валка на размольный стол, а следовательно, эффективно измельчать горные породы с различными прочностными свойствами, фракционным составом и геометрической формой с использованием ударного разрушения, раздавливания и истирания измельчаемого материала, приводит к повышенным энергозатратам, увеличению массы и габаритов измельчающего устройства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является 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 [2].
Недостатками известного технического решения является невозможность с его помощью получать после измельчения дезинтегрированную горную породу заданного фракционного состава, поскольку размольный стол не имеет необходимых для этого приспособлений.
Технической задачей изобретения является создание гироскопического измельчителя сухой породы по фракциям, эффективно и устойчиво работающего по измельчению горных пород до заданного фракционного состава, а также увеличение его производительности и повышение коэффициента полезного действия.
Решение технической задачи достигается тем, что гироскопический измельчитель сухой породы по фракциям содержит базовый размольный стол, валок с рычагом, взаимодействующий с размольным столом, силовой привод вращения валка, базовую горизонтальную площадку с балансировочными грузами и с опорой для рычага валка и двухстепенным гироскопом в виде электродвигателя с валом и маховиком, при этом гироскопический измельчитель снабжен дополнительной горизонтальной площадкой с опорой и двухстепенным гироскопом, закрепленной жестко на стойках над базовой горизонтальной площадкой, и дополнительным размольным столом с поверхностью в виде сита с возможностью попадания измельчаемой породы на базовый размольный стол, при этом количество дополнительных горизонтальных площадок с опорой и двухстепенным гироскопом и количество дополнительных размольных столов с поверхностью в виде сита соответствует заданному числу фракций дезинтегрируемой горной породы.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид гироскопического измельчителя сухой породы по фракциям, где 1 - силовой привод вращения валка вокруг вертикальной оси, 2 - горизонтальная площадка, 3 - опора, 4 - шарнир, 5 - электродвигатель, 6 - вал, 7 - маховик, 8 - валок, 9 - рычаг валка, 10 - размольный стол, 11 - измельчаемая порода, 12 - двухстепенной гироскоп, 13 - балансировочные грузы, 14 - стойки, 15 - дополнительная опора, 16 - дополнительный шарнир, 17 - дополнительный электродвигатель, 18 - дополнительный вал, 19 - дополнительный маховик, 20 - дополнительный валок, 21 - дополнительный рычаг, 22 - дополнительный размольный стол, 23 - сита, 24 - дополнительные балансировочные грузы, 25 - дополнительная горизонтальная площадка.
Устройство содержит силовой привод 1 вращения валка вокруг вертикальной оси, базовую горизонтальную площадку 2, опору 3 с шарниром 4, электродвигатель 5 с валом 6 и маховиком 7, валок 8, рычаг валка 9, размольный стол 10, на котором находится измельчаемая порода 11. Электродвигатель 5 с валом 6 и маховиком 7, установленный на рычаге валка 9 и шарнирно соединенный с опорой 3, образуют двухстепенной гироскоп 12.
Для балансировки измельчителя сухой породы при вращении вокруг вертикальной оси устройство может быть снабжено балансировочными грузами 13, установленными на горизонтальной площадке 2.
На стойках 14 жестко закреплена дополнительная горизонтальная площадка 25 с дополнительной опорой 15 и дополнительными балансировочными грузами 24, дополнительным шарниром 16 и двухстепенным гироскопом в виде дополнительного электродвигателя 17 с дополнительным валом 18 и дополнительным маховиком 19, дополнительным валком 20 и его дополнительным рычагом 21. Дополнительный валок 20 истирает горную породу 11 на дополнительном размольном столе 22 с поверхностью в виде сита 23 с возможностью попадания измельчаемой породы 11 на базовый размольный стол 10, при этом количество дополнительных горизонтальных площадок 25 с опорой и двухстепенным гироскопом и количество дополнительных размольных столов 22 с поверхностью в виде сита соответствует заданному числу фракций дезинтегрируемой горной породы.
Гироскопический измельчитель сухой породы по фракциям работает следующим образом: силовой привод 1 раскручивает базовую 2 и дополнительную 25 горизонтальные площадки с установленными на них валками 8 и 20 до угловой скорости Ω вокруг вертикальной оси вращения, электродвигатели 5 и 17 раскручивают маховики 7 и 19 до угловой скорости ω, направление вектора которой совпадает с направлением рычагов 9 и 21 валков 8 и 20. При этом на двухстепенные гироскопы, установленные на базовой 2 и дополнительной 25 горизонтальных площадках, действует гироскопический момент, величина которого определяется формулой
м
м
м
м
м
2
где J=mR /2 - момент инерции маховиков 7 и 19, m и R - соответственно масса и радиус маховиков 7 и 19, α - угол между векторами угловых скоростей ω и Ω.
д
На валки 8 и 20 действует вертикальная гироскопическая сила F, равная
1
где l - расстояние от шарнира 4 и до центра валка 8. Направление этой силы определяется знаком тригонометрической функции.
д
Из соотношений (1) и (2) следует, что, изменяя ω и Ω независимо друг от друга, можно изменять величину гироскопической силы F в широком диапазоне значений. При этом появляется возможность и независимого изменения угловой скорости гироскопов, установленных на базовой и дополнительных горизонтальных площадках, в зависимости от размера дезинтегрируемой фракции горной породы, что позволяет уменьшить расход энергии на измельчение и повысить кпд гироскопического измельчителя.
д
Устойчивость работы предлагаемого устройства определяется тем, что при увеличении силы сопротивления размельчаемой породы перемещению валков 8 и 20 по базовому и дополнительному размольным столам 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 предлагаемое устройство является автоматическим устройством с отрицательной обратной связью, которая и обеспечивает его устойчивую работу.