УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КУСКОВОЙ ПОРОДЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОТЛОВАНОВ

Область техники
Заявляемая полезная модель относится к области конструирования искусственных почв, в частности, за счет утилизации пород строительных котлованов и отвалов в городских условиях и промышленных районах, для получения конструктоземов, пригодных для формирования городских газонов, покрытия насыпных откосов, наполнения теплиц. Заявляемый агрегат может быть использован, в том числе, для приготовления поделочной глины и глиняных растворов.
Уровень техники
При складировании в бурты и отвалы глинистых и суглинистых пород, извлекаемых из строительных котлованов, зачастую происходит их слипание и уплотнение в монолитную массу. При разрушении эта масса распадается на комковатые структурные агрегаты, непригодные к переработке. Для получения полезного продукта-конструктозема, получаемого в результате вмешивания в породу органических веществ и полезных микроэлементов, комковатую структуру необходимо раскрошить, раздробить на более мелкие фракции, способные воспринимать вносимые удобрения в полном объеме. Для такого истирания комковатой структуры, как правило, используют стационарное дробильное оборудование, оснащенное средствами подачи исходного сырья и отвода готового продукта.
В качестве средства, имеющего аналогичное с заявляемой полезной моделью назначение, известны валковые дробилки (https://promusor.info/machines/roller-crushers/), принципиально отличающиеся друг от друга количеством и расположением валков (например, известны двух- и четырехвалковые конструкции). Известная дробилка содержит загрузочный бункер, в нижней части которого горизонтально установлены, по меньшей мере, два валка, вращающиеся одним или несколькими электродвигателями. Один из валков вращается через подшипники, способные перемещаться вдоль корпуса по направляющим. Подвижный подшипник фиксируется пружинами и другими конструктивными элементами. Это позволяет в любой момент пропустить крупные частицы и избежать заклинивания устройства.
Недостатком данного устройства является конструктивное решение валка, движущегося вдоль корпуса, который при попадании крупных частиц отодвигается, в результате чего между валками образуется широкая щель, через которую вместе с крупной неизмельчаемой частицей проходит большое количество необработанного материала.
Среди одновалковых средств измельчения известна одновалковая зубчатая дробилка (патент РФ №2231387), предназначенная для дробления агломерата на агломерационных фабриках. Одновалковая зубчатая дробилка содержит корпус с размещенными в нем приемной плитой, валком с зубьями, которые наклонены противоположно направлению вращения валка, а рабочие поверхности зубьев выполнены с уширением к основанию зуба, и колосниками, выполненными в виде пластин с двумя рабочими частями, рабочие поверхности которых расположены под углом 90-140° друг к другу. Колосники опираются на балку коробчатого типа, размещенную в корпусе дробилки параллельно валку с зубьями, и зафиксированы на балке посредством П-образных пластин и упоров. Рабочие поверхности колосников выполнены в форме клина, а ширина рабочей части колосников в поперечном сечении уменьшается в направлении падения раздробленного материала.
Данное устройство обеспечивает качественное измельчение твердых пород, однако, при попадании в него трудноразрушаемого предмета, например, каменной частицы, с высокой долей вероятности дробилка выйдет из строя в результате заклинивания.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому решению является одновалковая дробилка (https://vuzlit.ru/726768/odnovalkovaya drobilka), которая применяется, преимущественно, на цементных заводах для измельчения вязких пород средней и малой твердости (мергеля). На ступице дробильного валка закреплены при помощи болтов зубчатые сегменты (или бандаж с зубьями). В передней части дробилки на оси шарнирно подвешена щека с укрепленной на ней дробящей плитой. Две тяги с пружинами удерживают щеку в рабочем положении. Наличие тяг и пружин исключает возможность поломки дробилки при попадании в нее посторонних предметов.
Подпружиненная щека дробилки представляет собой широкую изогнутую поверхность, огибающую валок снизу. При попадании на нее посторонних предметов, вся щека, преодолевая прижимное усилие пружин, отодвигается от катка, образуя широкую щель, пропускающую не только посторонние предметы, но и большое количество необработанного материала.
Кроме того, все приведенные выше аналоги помимо перечисленных недостатков отличаются довольно крупными габаритами, требуют значительного пространства для установки, а также сложную систему питания, что затрудняет их применение в городских условиях с ограниченным свободным пространством. Извлекаемая из строительных котлованов почва должна быть транспортирована к месту установки дробильного оборудования и, по окончании ее дробления, доставлена обратно. Все это создает как технологические сложности реализации, представляющие собой техническую проблему, решаемую заявляемой полезной моделью, так и значительно увеличивает финансовую и временную нагрузку при использовании. Краткое раскрытие сущности полезной модели
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении возможности равномерного измельчения кусковой породы, в том числе, за счет формирования средства измельчения составным из независимых узлов. Техническое преимущество заявляемой полезной модели заключается также в упрощении конструкции агрегата, снижении риска заклинивания устройства, снижении его металлоемкости, доступности основных узлов для ремонта, а также удобстве транспортировки в городских условиях эксплуатации. Заявляемое устройство также обеспечивает расширение арсенала известных средств дробления кусковых пород.
Заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве измельчения кусковой породы, включающем установленный на опорном каркасе загрузочный бункер, в нижней части которого с возможностью вращения размещен цилиндрический каток с грунтозацепами, под которым с зазором подвижно закреплено средство измельчения, удерживаемое пружиной, согласно техническому решению, средство измельчения представляет собой комплект независимо установленных блоков пластин, каждый из которых включает несколько параллельно расположенных с зазором друг от друга вертикально ориентированных пластин, с одного торца соединенных навеской, закрепленной к оси с возможностью поворота вокруг нее, а с другого торца соединенных наконечником, удерживаемым пружиной, при этом ось и пружина закреплены к опорному каркасу. Зазор между пластинами в каждом блоке составляет 5-10 мм. Пластины имеют серпообразную форму и установлены с изменяющейся величиной зазора от боковой поверхности катка до ребра пластины.
При использовании известных дробилок, в частности, упомянутых выше, зачастую попадание камней в зону измельчения приводит к тому, что пока камень не будет удален из зоны измельчения (автоматически или вручную), зазор между двумя измельчающими элементами (например, валок и щека в прототипе) остается увеличенным, в результате чего происходит ссыпание неизмельченной породы. В результате порода измельчается не равномерно, что негативно сказывается на эффективности дальнейшего ее обогащения минеральными комплексами. В заявляемой полезной модели за счет выполнения средства измельчения составным такой проблемы удается избежать, поскольку при попадании камня в зону измельчения увеличенным остается зазор только в зоне размещения камня. Таким образом, составное выполнение средства измельчения способствует более тщательному и равномерному измельчению породы, предотвращению попадания необработанного материала в емкость с мелкой фракцией породы, предотвращению заклинивания устройства в целом.
Краткое описание чертежей
Заявляемая полезная модель поясняется следующими чертежами, где
на фиг. 1 схематично изображен вид сбоку на заявляемое устройство;
на фиг. 2 схематично изображен вид сверху на блоки пластин;
на фиг. 3 схематично изображен каток, снабженный устройством приведения его во вращение;
на фиг. 4 схематично изображены пластины, составляющие блок.
Позициями на чертежах обозначены:
1. Верхняя часть корпуса агрегата.
2. Нижняя часть корпуса агрегата.
3. Кронштейн крепления навески блока вертикальных пластин.
4. Опорный каркас агрегата.
5. Блок вертикальных пластин.
6. Направляющая движения наконечника.
7. Пружина.
8. Каток.
9. Наконечник.
10. Навеска блока пластин.
11. Ось навески.
12. Редуктор.
13. Приводной вал.
14. Звездочка приводного вала.
15. Цепь привода.
16. Звездочка катка.
Осуществление полезной модели
Заявляемый агрегат (устройство измельчения) имеет корпус, состоящий из верхней 1 и нижней 2 частей. Верхняя часть корпуса представляет собой загрузочный бункер, имеющий переднюю, заднюю и две боковые стенки. Его передняя и задняя стенки установлены под углом 45-60° к вертикальной оси. В нижней части корпуса над разгрузочным окном установлен каток 8, под которым расположены блоки вертикально ориентированных пластин 5. Составные части корпуса могут быть сопряжены известными соединительными средствами, например, соединительными фланцами и болтами. Корпус установлен на опорном каркасе, выполняющим одновременно функцию крепления корпуса и функцию фиксации вертикальных пластин. Каркас может быть выполнен из металлических профилей, жестко соединенных между собой.
Пластины имеют серпообразную форму (фиг. 4) и имеют торцы (для соединения с наконечниками и навесками) и ребра, обращенные к катку. Пластины объединены в блоки, содержащие несколько (например, 3-7 шт. ) пластин толщиной 3-5 мм каждая, соединенных с одной стороны (в передней части агрегата) навесками 10, а с другой стороны (в задней части агрегата) наконечниками 9 (см. фиг. 2). Количество пластин в блоке подобрано опытным путем и является оптимальным. Меньшее количество пластин (2 шт. ) значительно увеличит общее количество деталей - пружины, навески и наконечники, что способствует увеличению веса агрегата, а также ограничивает возможность удаления камней увеличенных размеров. Большее количество пластин в блоке (более 7 шт. ) приводит к значительным трудностям в фиксации такого количества наконечниками и навесками, конструкция которых в таком случае становится менее жесткой за счет необходимости увеличения размеров составляющих их полок и стоек. Количество пластинчатых блоков определяется выбранной шириной рабочей части агрегата, а именно, протяженностью катка (1-2 м). Навески и наконечники пластинчатого блока имеют тавровый профиль, состоящий из двух горизонтальных полок, между которыми расположена вертикальная стойка. Пластины одного блока закреплены на горизонтальных полках на расстоянии 5-10 мм друг от друга. Расстояние между пластинами выбрано, исходя из заранее определяемого размера получаемой фракции. В стойках навесок выполнены отверстия для размещения осей 11. Оси установлены в соответствующих кронштейнах, закрепленных к опорному каркасу, и ориентированы параллельно оси катка. Посредством осей обеспечивается шарнирное соединение блока вертикальных пластин с каркасом. Стойки наконечников блоков вертикальных пластин установлены в направляющих 6 и удерживаются в рабочем положении пружинами 7. Таким образом, каждый блок пластин независим от другого блока и установлен с возможностью поворота относительно оси, установленной в отверстии навески.
В корпусе агрегата над блоками пластин горизонтально ориентированно расположен каток 8 диаметром 40-100 см, установленный с возможностью, вращения. Скорость вращения катка составляет 25-40 оборотов в минуту. Каток представляет собой полый закрытый цилиндр, на боковой поверхности которого расположены грунтозацепы высотой 10-20 мм, а с торцевых сторон закреплены оси, вращением которых приводится во вращение каток.
Серпообразная форма пластин выбрана таким образом, что при их размещении под катком (под его боковой поверхностью), пластины располагаются с изменяющимся зазором от ребра пластины до поверхности катка, плавно огибая его. При этом зазор уменьшается по направлению вращения катка от максимального (обеспечивающего возможность захвата комков для разрушения) до минимального (обеспечивающего возможность истирания комков до требуемых размеров агрегатов) с последующим увеличением зазора, позволяющим избавиться от не истираемых включений (например, камней). Наименьший зазор 5-15 мм расположен под нижней точкой катка.
Возможность вращения катка может быть реализована, например, следующим образом.
Оси катка устанавливают в опорных подшипниках. Гнезда подшипников сформированы в соединительных фланцах корпуса агрегата. На концах осей насажены звездочки 16 цепного привода. Механизм привода состоит из редуктора 12, который шестернями соединен с приводным валом 13. На концах вала насажены звездочки 14, соединенные цепной передачей 15 со звездочками катка.
Заявляемый агрегат работает следующим образом.
Устройство устанавливают, предпочтительно, на ровной поверхности, прочно фиксируя опорный каркас для исключения возможности сильной вибрации. Агрегат приводят в рабочее состояние посредством подачи питания на электропривод, который вращает шестерню приводного редуктора и, соответственно, приводит во вращение каток.
При загрузке агрегата порода по наклонным плоскостям верхней части корпуса скользит в рабочую зону вращающегося катка. Каток грунтозацепами продвигает породу на ребра вертикально ориентированных пластин, в зазор между пластинами и боковой поверхностью вращающегося катка. Здесь каток уплотняет породу, разрушая кусковые фракции, и продавливает их между плоскостями пластин. Порода, прошедшая через зазор между катком и пластинами, измельчается и ссыпается вниз. В случае попадания в породу камней, грунтозацепы будут продвигать их вместе с породой на пластины. Камни же, сохраняя свои размеры, в суживающемся пространстве между поверхностью катка и ребрами пластин давят на пластины, которые растягивают удерживающие их пружины. Наконечник каждого блока пластин сдвигается по направляющей, растягивая пружины, и камень, проходя меду смежными наконечниками, падает наружу, а наконечник и пластины сжатием пружины возвращаются в исходное положение. В результате не происходит заклинивания агрегата, а камни, прокатываясь по ребрам пластин дальше, выносятся за пределы агрегата. При этом за счет использования независимых блоков пластин, снабженных независимыми пружинами, при необходимости удаления камня отжимается пружина только одного блока, оставляя зазор между поверхностью катка и ребрами пластин других блоков неизменным, что исключает выгрузку неизмельченной породы при попадании камня.
Пример конкретного выполнения
Для проверки работоспособности заявляемой конструкции на кафедре эрозии и охраны почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова была изготовлена модель агрегата, перерабатывающего кусковую породу в мелкие фракции. Корпус агрегата с рабочей частью шириной 1,5 м состоял из верхней и нижней частей. В верхней - загрузочной части передняя и задняя стенки имели равный угол наклона к вертикальной оси - 60°. Разгрузочное окно нижней части корпуса закрыто тридцатью блоками вертикально ориентированных пластин. Каждый блок состоял из четырех пластин толщиной 3 мм, закрепленных передними концами на навесках, а задними в наконечниках. Расстояние между пластинами в одном блоке составляло 10 мм. Навески шарнирно соединены с кронштейнами опорного каркаса. Наконечники вставлены в направляющие и удерживались в них пружинами. Составные части корпуса агрегата сопрягались соединительными фланцами. Каток диаметром 40 см вращался со скоростью 40 оборотов в минуту. На поверхности катка были установлены грунтозацепы высотой 10 мм. Каток вращали звездочки, связанные с механизмом привода цепной передачей. Механизм привода включал электродвигатель, редуктор, продольный и поперечный валы, соединяемые коническими шестернями, и звездочки, сидящие на концах поперечного вала. При загрузке агрегата порода по наклонным плоскостям верхней части корпуса скользила в рабочую зону катка, который уплотнял, растирал и продавливал ее между пластинами. При попадании камней, пластины, преодолевая усилие удерживающих их пружин, пропускали камни вперед по направлению вращения катка. После прохождения камней, пружины по направляющим возвращали пластинчатые блоки в рабочее положение.