ОСЛАБЛЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ ДАВЛЕНИЯ В ДРОБИЛКАХ
REDUCING PRESSURE VIBRATIONS IN CRUSHERS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к дробильной системе, содержащей первую дробящую поверхность и вторую дробящую поверхность для дробления материала между ними, гидравлическую систему для регулирования зазора между первой дробящей поверхностью и второй дробящей поверхностью путем регулирования положения первой дробящей поверхности посредством гидравлического цилиндра, соединенного с указанной первой дробящей поверхностью.
Кроме того, настоящее изобретение относится к способу дробления материала между первой дробящей поверхностью и второй дробящей поверхностью.
Предшествующий уровень техники
Дробилки используются во многих применениях для дробления твердого материала, такого как камни, руда и т.д. Один тип дробилки представляет собой конусную дробилку, которая имеет конус дробилки, при этом обеспечивается принудительное вращение конуса дробилки внутри неподвижного корпуса дробилки. Камера дробления, в которую куски скальной породы должны подаваться, образована между дробящим кожухом, опорой для которого служит конус дробилки, и корпусом дробилки. Ширину камеры дробления, часто называемую зазором или устанавливаемым параметром дробилки, можно регулировать посредством гидравлического устройства. Во время дробления скальной породы, руды и т.д. дробилка подвергается воздействию больших колебаний нагрузки. Подобные колебания нагрузки вызывают износ, включая усталость металла, в дробилке и могут привести к уменьшению срока службы дробилки.
В патенте Великобритании № 1517963 раскрыта конусная дробилка, имеющая гидравлический цилиндр или пневматический цилиндр для предотвращения ситуаций перегрузки. Устройство для демпфирования колебаний давления выполнено с возможностью приспосабливания к неожиданным значительным изменениям нагрузки в гидравлической системе. Устройство для демпфирования колебаний давления соединено с гидравлической системой посредством сужения, предусмотренного между цилиндром и устройством для демпфирования колебаний давления.
Несмотря на то, что устройство для демпфирования колебаний давления по патенту Великобритании № 1517963 может функционировать для уменьшения отрицательных воздействий неожиданных значительных изменений нагрузки, оно не эффективно при снижении обычных колебаний нагрузки, которые вызывают усталостное разрушение в дробилке.
Сущность изобретения
Цель настоящего изобретения состоит в создании дробильной системы, в которой риски усталостного разрушения снижены.
Дополнительная цель настоящего изобретения состоит в создании дробильной системы, в которой нагрузка может быть увеличена без уменьшения срока службы дробилки.
Данные цели достигаются посредством дробильной системы, содержащей первую дробящую поверхность и вторую дробящую поверхность для дробления материала между ними, гидравлическую систему для регулирования зазора между первой дробящей поверхностью и второй дробящей поверхностью путем регулирования положения первой дробящей поверхности посредством гидравлического цилиндра, соединенного с первой дробящей поверхностью, при этом дробильная система отличается тем, что гидравлическая система дополнительно содержит аккумулятор, соединенный с гидравлическим цилиндром посредством трубы для рабочей гидравлической жидкости и содержащую камеру для рабочей гидравлической жидкости и камеру для газа, отделенную от камеры для рабочей гидравлической жидкости, причем аккумулятор предварительно нагружен до давления предварительного нагружения, которое представляет собой давление в камере для газа, когда камера для рабочей гидравлической жидкости пуста, и которое, по меньшей мере, на 0,3 МПа ниже, чем среднее рабочее давление в гидравлическом цилиндре, так что аккумулятор работает, и колебания гидравлического давления, создаваемые в гидравлическом цилиндре во время работы дробильной системы, ослабляются.
Преимущество данной дробильной системы состоит в том, что усталостные напряжения в дробильной системе могут быть существенно уменьшены, поскольку аккумулятор, находящийся в гидравлическом сообщении с гидравлическим цилиндром во время нормальной работы дробильной системы, выполнен с возможностью ослабления почти всех изменений нагрузки, так что нагрузка на дробильную систему и, в частности, давление в гидравлической системе будут варьироваться в значительно меньшей степени по сравнению с известной дробильной системой.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения давление предварительного нагружения в аккумуляторе на 0,3-1 МПа ниже, чем среднее рабочее давление в гидравлическом цилиндре. Было установлено, что такое давление предварительного нагружения обеспечивает эффективное ослабление нагрузки на дробильную систему без отрицательного влияния на дробление материала в дробилке.
а
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения частота ω собственных колебаний аккумулятора удовлетворяет условию:
а
r
ω>10∗2π∗f
r
где f - число оборотов в секунду эксцентрика, выполненного с возможностью обеспечения вращения, по меньшей мере, одной из первой и второй дробящих поверхностей. Преимущество данного варианта осуществления состоит в том, что реакция аккумулятора является очень быстрой, так что он может реагировать на очень быстрые изменения нагрузки.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения расстояние L, видимое вдоль пути рабочей гидравлической жидкости между гидравлическим цилиндром и аккумулятором, удовлетворяет условию:
r
L≤v/(20*f)
r
где v - скорость звука в рабочей гидравлической жидкости и f - число оборотов в секунду эксцентрика, выполненного с возможностью обеспечения вращения, по меньшей мере, одной из первой и второй дробящих поверхностей. Преимущество данного варианта осуществления состоит в том, что реакция аккумулятора на изменения нагрузки не запаздывает на длительное время, так что данные изменения нагрузки могут воздействовать на аккумулятор.
n
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения частота ω собственных колебаний системы, содержащей аккумулятор и массу, перемещаемую посредством гидравлического цилиндра, удовлетворяет условию:
n
r
ω>4π*f
r
где f - число оборотов в секунду эксцентрика, выполненного с возможностью обеспечения вращения, по меньшей мере, одной из первой и второй дробящих поверхностей. Преимущество данного варианта осуществления состоит в том, что устраняются проблемы, связанные с резонансом, при ослаблении колебаний давления.
В соответствии с одним вариантом осуществления дробильная система содержит управляющее устройство для регулирования давления предварительного нагружения в аккумуляторе с учетом фактического среднего рабочего давления в гидравлическом цилиндре. Преимущество данного варианта осуществления состоит в том, что давление предварительного нагружения можно изменять для его соответствия реальным условиям эксплуатации дробилки.
Еще одна цель настоящего изобретения состоит в создании способа дробления материала, посредством которого усталостные напряжения в дробилке могут быть уменьшены.
Данная цель достигается посредством способа дробления материала между первой дробящей поверхностью и второй дробящей поверхностью, при этом гидравлическая система выполнена с возможностью регулирования зазора между первой дробящей поверхностью и второй дробящей поверхностью путем регулирования положения первой дробящей поверхности посредством гидравлического цилиндра, соединенного с первой дробящей поверхностью, при этом способ отличается тем, что колебания гидравлического давления, создаваемые в гидравлическом цилиндре, ослабляются посредством аккумулятора, контактирующего посредством рабочей гидравлической жидкости с гидравлическим цилиндром, содержащего камеру для рабочей гидравлической жидкости и камеру для газа, отделенную от камеры для рабочей гидравлической жидкости и предварительно нагружаемого до давления предварительного нагружения, которое представляет собой давление в камере для газа, когда камера для рабочей гидравлической жидкости пуста, и которое, по меньшей мере, на 0,3 МПа ниже, чем среднее рабочее давление в гидравлическом цилиндре.
Преимущество данного способа заключается в том, что колебания нагрузки, влияющие на дробилку, ослабляются посредством аккумулятора. Благодаря этому срок службы дробилки может быть увеличен и/или дробилка может работать при более высоком среднем рабочем давлении.
Эти и другие аспекты изобретения будут очевидными из формулы изобретения и вариантов осуществления и разъяснены со ссылкой на формулу изобретения и варианты осуществления, описанные в дальнейшем.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет описано в дальнейшем более подробно и со ссылкой на приложенные чертежи.
Фиг.1 представляет собой схематический вид сбоку и иллюстрирует дробильную систему.
Фиг.2а-d представляют собой графики, иллюстрирующие гидравлическое давление и его составляющие в дробилке по предшествующему уровню техники.
Фиг.3 представляет собой схематический вид сбоку и иллюстрирует аккумулятор.
Фиг.4а представляет собой график, иллюстрирующий кривую давления, полученную при работе аккумулятора с высоким давлением предварительного нагружения.
Фиг.4b представляет собой график, иллюстрирующий кривую давления, полученную при работе аккумулятора с надлежащим давлением предварительного нагружения.
Фиг.5а представляет собой график, иллюстрирующий зависимость между объемом и давлением газа в аккумуляторе.
Фиг.5b представляет собой график, иллюстрирующий ситуацию, в которой частота собственных колебаний аккумулятора является слишком низкой.
Фиг.5с представляет собой график, иллюстрирующий ситуацию, в которой частота собственных колебаний аккумулятора является надлежащей.
Фиг.6 представляет собой схематический вид сбоку и иллюстрирует систему, образованную за счет взаимодействия между аккумулятором и грузом, перемещаемым посредством гидравлического цилиндра.
Фиг.7а представляет собой график, иллюстрирующий ситуацию, в которой частота собственных колебаний системы, содержащей указанный груз и аккумулятор, является слишком низкой.
Фиг.7b представляет собой график, иллюстрирующий ситуацию, в которой частота собственных колебаний системы, содержащей указанный груз и аккумулятор, является надлежащей.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Фиг.1 иллюстрирует дробильную систему 1. Дробильная система 1 содержит конусную дробилку 2, которая сама по себе известна из предшествующего уровня техники, см., например, патент Великобритании № 1517963. Конусная дробилка 2 содержит конус 4 дробилки, который служит опорой для первой дробящей поверхности, образованной на кожухе 6 дробилки, и который прикреплен к вертикальному валу 8. Конус 4 дробилки, прикрепленный к вертикальному валу 8, выполнен с возможностью перемещения в вертикальном направлении посредством гидравлического цилиндра 10, соединенного с нижней частью вала 8. Гидравлический цилиндр 10 обеспечивает возможность регулирования ширины зазора 12, образованного между кожухом 6 дробилки и второй дробящей поверхностью, образованной на стационарном корпусе 14 дробилки, который окружает кожух 6 дробилки.
Дробильная система 1 дополнительно содержит гидравлическую систему 16. Гидравлическая система 16 содержит насос 18, который выполнен с возможностью нагнетания рабочей гидравлической жидкости в гидравлический цилиндр 10 или из гидравлического цилиндра 10 посредством трубы 20. Клапан 22 сброса давления выполнен с возможностью быстрого сброса рабочей гидравлической жидкости из гидравлического цилиндра 10, в частности, в ситуациях, когда конусная дробилка 2 становится перегруженной. Клапан 22 сброса давления выполнен с возможностью сброса рабочей гидравлической жидкости в резервуар 24, который также служит в качестве зумпфа для насоса 18. Гидравлическая система 16 также содержит аккумулятор 26, который в дальнейшем будет описан более подробно.
r
Дробильная система 1 дополнительно содержит систему 28 управления. Система 28 управления содержит управляющее устройство 30, которое выполнено с возможностью приема разных сигналов, характеризующих работу конусной дробилки 2. Таким образом, управляющее устройство 30 выполнено с возможностью приема сигнала от датчика 32 положения, который обеспечивает индикацию текущего вертикального положения вертикального вала 8. Ширина зазора 12 может быть рассчитана исходя из данного сигнала. Кроме того, управляющее устройство 30 выполнено с возможностью приема сигнала от датчика 34 давления, обеспечивающего индикацию гидравлического давления в гидравлическом цилиндре 10. На основе сигнала от датчика 34 давления управляющее устройство 30 может рассчитать фактическое среднее рабочее давление и максимальное давление в конусной дробилке 2. Управляющее устройство 30 также может принимать сигнал от датчика 36 мощности для измерения мощности, подаваемой к конусной дробилке 2 от двигателя 38, обеспечивающего вращение вертикального вала 8 известным образом. Вращательное движение вертикального вала 8 выполняется посредством двигателя 38, обеспечивающего приведение в действие эксцентрика 39, который расположен вокруг вертикального вала 8 известным образом и который схематически проиллюстрирован на фиг.1. Датчик 36 мощности также может передавать сигнал управляющему устройству 30, обеспечивающий индикацию числа оборотов в секунду (с единицей измерения 1/с или Гц) f эксцентрика 39.
Управляющее устройство 30 выполнено с возможностью управления работой насоса 18, например, в режиме включения/выключения или в режиме пропорционального регулирования, так что насос 18 будет подавать некоторое количество рабочей гидравлической жидкости в гидравлический цилиндр 10, который обеспечивает заданное вертикальное положение вертикального вала 8 и заданную ширину зазора 12. Управляющее устройство 30 также выполнено с возможностью управления открытием клапана 22 сброса давления. Пики высокого давления, такие как пики, вызываемые случайным предметом, попавшим в зазор 12, обрабатываются управляющим устройством 30, передающим сигнал клапану 22 сброса давления о том, что требуется немедленное открытие.
Таким образом, в дробильной системе 1 проблема, связанная с длительными колебаниями гидравлического давления, например, колебаниями, которые происходят в течение промежутков времени, составляющих 1 секунду и более, устраняется посредством управляющего устройства 30, управляющего насосом 18. Проблема больших и неожиданных пиков давления, вызываемых, например, случайным предметом, устраняется посредством управляющего устройства 30, управляющего клапаном 22 сброса давления.
Фиг.2а схематически иллюстрирует давление рабочей гидравлической жидкости, измеренное датчиком давления, аналогичным датчику 34, при работе конусной дробилки, которая аналогична конусной дробилке 2, в соответствии с идеями предшествующего уровня техники. По оси Y графика по фиг.2а отложено давление Р, выраженное в Паскалях, а по оси Х графика отложено время в секундах. Полный промежуток времени, который проиллюстрирован на графике по фиг.2а, составляет приблизительно 1 секунду. При анализе кривой давления по фиг.2а было установлено, что она содержит три составляющие.
Фиг.2b иллюстрирует первую составляющую давления, а именно среднее рабочее давление. Высокое среднее рабочее давление характеризует эффективную работу конусной дробилки, означая более высокие степени уменьшения размера скальной породы/камней, и по этой причине желательно поддерживать среднее рабочее давление как можно более высоким. На среднее рабочее давление наложены другие, нежелательные составляющие, как будет проиллюстрировано со ссылкой на фиг.2с и 2d.
Фиг.2с иллюстрирует вторую составляющую давления, а именно то, что может быть названо синхронной или синусоидальной/гармонической составляющей. Синусоидальная составляющая вызывается вращательным движением вертикального вала, обуславливающим появление синусоидальной составляющей, имеющей такую же частоту, как частота вращения вертикального вала. Следовательно, период синусоидальной составляющей соответствует одному обороту эксцентрика, обеспечивающего вращение вертикального вала. Синусоидальная составляющая вызывается главным образом неравномерным распределением материала, подаваемого в дробилку, геометрическим эксцентриситетом дробящего кожуха и/или корпуса дробилки и т.д. Если, например, большая часть материала, подлежащего дроблению, подана с одной стороны зазора, то давление будет иметь пик, соответствующий во времени случаям, когда зазор вследствие вращательного движения вертикального вала имеет самую малую ширину с указанной одной стороны. Пики синусоидальной составляющей, обозначенные Т на фиг.2с, соответствуют наиболее высоким уровням давления в конусной дробилке и приводят к возникновению наибольшей нагрузки, действующей на конусную дробилку. Управляющее устройство, управляющее работой известной конусной дробилки, выполнено с возможностью управления гидравлическим насосом, который аналогичен насосу 18, для подачи гидравлического рабочего давления, которое является как можно более высоким, без нанесения вреда конусной дробилке. Пики Т синусоидального давления обычно определяет верхний предел подобного гидравлического рабочего давления.
Фиг.2d иллюстрирует третью составляющую давления, а именно высокочастотную составляющую. Данная составляющая обусловлена характером самого процесса дробления. Как можно видеть из фиг.2d, амплитуда третьей составляющей довольно мала по сравнению со второй составляющей, проиллюстрированной со ссылкой на фиг.2с. Тем не менее, поскольку три составляющие в действительности складываются друг с другом, третья составляющая также складывается с пиками синусоидальной составляющей, тем самым вызывая дополнительное усиление колебаний давления.
Настоящее изобретение относится к дробильной системе 1, в которой колебания давления, вызываемые второй составляющей, то есть синхронной или синусоидальной составляющей, и третьей составляющей, то есть высокочастотной составляющей, минимизируются и в которой первая составляющая, то есть среднее рабочее давление, может быть максимизирована, так что конусная дробилка 2 будет работать эффективным образом без подвергания ее большим усталостным нагрузкам.
В дробильной системе 1 аккумулятор 26 имеет особую конструкцию, которая должна обеспечивать возможность отфильтровывания малых и быстрых изменений давления, то есть изменений давления, которые не могут «обрабатываться» ни насосом 18, ни клапаном 22 сброса давления. Возможность выполнения данной функции аккумулятора 26 была обеспечена посредством конструкции аккумулятора 26, которая будет описана в дальнейшем и которая обеспечивает повышенную эффективность дробления и увеличенный срок службы конусной дробилки 2 благодаря уменьшенным колебаниям давления.
Фиг.3 иллюстрирует аккумулятор 26 более подробно. Аккумулятор 26 содержит корпус 40 аккумулятора, который соединен с трубой 20, описанной выше со ссылкой на фиг.1, посредством соединительной трубы 42. Корпус 40 аккумулятора имеет гибкую внутреннюю мембрану 44, которая отделяет камеру 46 для рабочей гидравлической жидкости от камеры 48 для газа под давлением. Труба 20 соединена с гидравлическим цилиндром 10, проиллюстрированным выше со ссылкой на фиг.1. Таким образом, изменения давления, происходящие в гидравлическом цилиндре 10 в результате дробления материала в конусной дробилке 2, будут распространяться по трубе 20 и дальше по соединительной трубе 42 и будут воздействовать на камеру 46 для рабочей гидравлической жидкости, предусмотренную в корпусе 40 аккумулятора.
Первый параметр в конструкции аккумулятора 26 представляет собой давление предварительного нагружения. Камера 48 для газа под давлением заполнена газом, который часто представляет собой газообразный азот, но который также может представлять собой воздух или другой газ. Давление предварительного нагружения в аккумуляторе 26 представляет собой давление газа в камере 48 для газа под давлением, когда камера 46 для рабочей гидравлической жидкости совершенно пуста. Когда давление предварительного нагружения приложено к камере 48 для газа под давлением и камера 46 для рабочей гидравлической жидкости находится под давлением, более низким, чем давление предварительного нагружения, гибкая внутренняя мембрана 44 будет принудительно смещаться под действием газа под давлением в сторону нижней части корпуса 40 аккумулятора, то есть к месту, в котором соединительная труба 42 соединена с корпусом 40 аккумулятора, и внутри корпуса 40 аккумулятора по существу не будет никакой рабочей гидравлической жидкости. Следовательно, когда давление в гидравлической системе 16 будет ниже давления предварительного нагружения, аккумулятор 26 не работает.
Давление предварительного нагружения задано на уровне такой величины, чтобы аккумулятор 26 активно функционировал во время работы конусной дробилки 2. Таким образом, давление предварительного нагружения предпочтительно, по меньшей мере, на 0,3 МПа ниже самого низкого среднего рабочего давления в конусной дробилке 2. В некоторых случаях работа при самом низком среднем рабочем давлении имеет место исключительно редко. В подобных случаях давление предварительного нагружения может быть задано таким, что оно будет, по меньшей мере, на 0,3 МПа ниже, чем нормальное среднее рабочее давление в конусной дробилке 2. Предпочтительно давление предварительного нагружения должно быть на 0,3-1,0 МПа ниже, чем самое низкое среднее рабочее давление, или на 0,3-1,0 МПа ниже, чем нормальное среднее рабочее давление в конусной дробилке 2, в зависимости от обстоятельств. Таким образом, если конусная дробилка 2 будет работать при среднем рабочем давлении в диапазоне 3-5 МПа (абсолютном давлении), то есть при самом низком среднем рабочем давлении (абсолютном давлении), составляющем 3 МПа, то давление предварительного нагружения (абсолютное давление) в аккумуляторе 26 должно составлять, например, максимум 2,7 МПа. Если, с одной стороны, работа при самом низком среднем рабочем давлении (абсолютном давлении), составляющем 3 МПа, имеет место довольно редко, и дробилка обычно работает при среднем рабочем давлении (абсолютном давлении), составляющем 4 МПа, то давление предварительного нагружения в аккумуляторе 26 может максимально составлять 3,7 МПа (абсолютного давления). Как очевидно из вышеизложенного, благодаря заданному давлению предварительного нагружения аккумулятор 26 будет функционировать для ослабления колебаний давления, которые в большей или меньшей степени непрерывно происходят в гидравлическом цилиндре 10 вследствие обычного процесса дробления. Поскольку давление предварительного нагружения в аккумуляторе 26, по меньшей мере, на 0,3 МПа ниже среднего рабочего давления, во время нормальной работы конусной дробилки 2 в камере 46 для рабочей гидравлической жидкости в аккумуляторе 26 всегда будет находиться некоторое количество рабочей гидравлической жидкости, так что как повышение, так и понижение гидравлического давления в гидравлическом цилиндре 10 может быть уменьшено. Как проиллюстрировано, например, на фиг.1, отсутствует клапан или аналогичное устройство, расположенное в трубе 20 между гидравлическим цилиндром 10 и аккумулятором 26, что означает, что аккумулятор 26 будет находиться в постоянном контакте по гидравлической текучей среде с гидравлическим цилиндром 10 во время нормальной работы дробильной системы 1 при дроблении и будет функционировать для ослабления колебаний нормального давления, происходящих в гидравлическом цилиндре 10.
В соответствии с альтернативным вариантом осуществления, также проиллюстрированным со ссылкой на фиг.1, давление предварительного нагружения в аккумуляторе 26 может быть переменным. На фиг.1 система 27 подачи газообразного азота под давлением схематически проиллюстрирована пунктирными линиями. Управляющее устройство 30 может быть выполнено с возможностью управления системой 27 подачи газообразного азота под давлением для подачи соответствующего давления азота в камеру 48 для газа под давлением в аккумуляторе 26. Следовательно, управляющее устройство 30 может быть выполнено с возможностью регулирования давления предварительного нагружения в аккумуляторе 26 так, что давление предварительного нагружения всегда будет ниже фактического среднего рабочего давления в данном конкретном случае. Например, если управляющее устройство 30 на основе информации от датчика 34 давления определит, что среднее рабочее давление (абсолютное давление) составляет 4 МПа, то оно может выдать команду системе 27 подачи газообразного азота под давлением на подачу давления предварительного нагружения (абсолютного давления), составляющего 3,5 МПа, в аккумулятор 26. В другом случае управляющее устройство 30 рассчитывает среднее рабочее давление (абсолютное давление), составляющее 3,7 МПа, и затем выдает команду системе 27 подачи газообразного азота под давлением на подачу давления предварительного нагружения (абсолютного давления), составляющего 3,2 МПа, в аккумулятор 26. Следовательно, независимо от фактического среднего рабочего давления, управляющее устройство 30 в соответствии с данной опцией будет обеспечивать то, что давление предварительного нагружения в аккумуляторе 26 всегда будет ниже среднего рабочего давления и будет соответствовать рассматриваемому среднему рабочему давлению. Следует понимать, что изменения давления предварительного нагружения обычно осуществляют до начала работы дробилки 2. Тем не менее, изменения давления предварительного нагружения также могут быть выполнены во время работы конусной дробилки 2, при этом в данном случае в управляющем устройстве 30 должно быть учтено то обстоятельство, что рабочая гидравлическая жидкость находится под давлением, превышающим атмосферное давление, при определении давления газа, подлежащего подаче в камеру 48 для газа под давлением в аккумуляторе 26. Дополнительная опция включает в себя перекрывающее устройство в соединительной трубе 42, так что аккумулятор 26 может быть временно изолирован/отсечен, когда давление в гидравлической системе 16 будет слишком низким, при этом «слишком низкое» означает, что давление в гидравлической системе 16 будет почти равно давлению предварительного нагружения или будет ниже давления предварительного нагружения в аккумуляторе 26, для избежания ситуации, при которой гибкая внутренняя мембрана 44 аккумулятора 26 будет продолжать сталкиваться с нижней частью корпуса 40 аккумулятора 40, что вызывает риск повреждения мембраны 44.
Фиг.4а иллюстрирует кривую Р давления рабочей гидравлической жидкости, образующуюся в результате работы при наличии аккумулятора, имеющего давление РР предварительного нагружения, которое выше фактического среднего рабочего давления М в дробилке. По сравнению с кривой давления, проиллюстрированной на фиг.2а, наибольшие пики «отсечены» посредством данного аккумулятора, но давление по-прежнему изменяется в значительных пределах.
Фиг.4b иллюстрирует кривую Р давления рабочей гидравлической жидкости, образующуюся в результате работы при наличии аккумулятора 26, проиллюстрированного на фиг.1, имеющего давление РР предварительного нагружения, которое приблизительно на 0,5 МПа ниже самого низкого среднего рабочего давления LM, в соответствии с принципами задания предпочтительных давлений предварительного нагружения, как описано выше. В случае, проиллюстрированном на фиг.4b, фактическое среднее рабочее давление М будет выше самого низкого среднего рабочего давления LM. Как можно видеть при рассмотрении фиг.4b, аккумулятор 26 обеспечивает получение в результате кривой Р давления рабочей гидравлической жидкости очень плавного вида. Подобный плавный характер изменения давления обеспечивает уменьшение усталостных напряжений в конусной дробилке 2, а также обеспечивает возможность работы при более высоком среднем рабочем давлении без превышения максимальных пределов давления.
Для обеспечения надлежащей работы аккумулятора 26 также предпочтительно, чтобы аккумулятор 26 имел очень быструю реакцию на изменения давления. Под этим понимается то, что изменения объема рабочей гидравлической жидкости в аккумуляторе 26 должны происходить как можно быстрее после того, как в гидравлическом цилиндре 10 произошло изменение давления, что было описано выше со ссылкой на фиг.1. Частота собственных колебаний аккумулятора 26 зависит от массы рабочей гидравлической жидкости внутри корпуса 40 аккумулятора и в соединительной трубе 42, при этом оба данных элемента были проиллюстрированы выше со ссылкой на фиг.3, и от динамической жесткости аккумулятора 26 в рабочей точке. Частота собственных колебаний аккумулятора 26 должна быть существенно выше частоты вращения эксцентрика 39, проиллюстрированного выше со ссылкой на фиг.1.
Частота собственных колебаний аккумулятора 26 может быть рассчитана исходя из следующего уравнения:
<mrow><msub><mi>ω</mi><mi>a</mi></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>P</mi></mrow><mrow><mi>Δ</mi><mi>V</mi></mrow></mfrac><mfrac><mrow><msubsup><mi>A</mi><mi>p</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mi>m</mi></mfrac></mrow></msqrt></mrow>
[уравнение 1.1]
В данное уравнение включены следующие параметры:
а
ω - частота собственных колебаний аккумулятора 26, включающего в себя соединительную трубу 42, единица измерения: [рад/с];
р
2
А - площадь поперечного сечения соединительной трубы 42, см. фиг.3, единица измерения: [м];
m - масса рабочей гидравлической жидкости в соединительной трубе 42, включая рабочую гидравлическую жидкость в камере 46 для жидкости, единица измерения: [кг];
3
ΔР/ΔV - отношение изменения давления к изменению объема газа в аккумуляторе при определенном среднем давлении, единица измерения: [Па/м].
3
а
Фиг.5а иллюстрирует зависимость между объемом газа в камере 48 для газа в аккумуляторе 26 и давлением газа в камере 48 для газа. Следовательно, по оси x отложен объем газа в м, а по оси y - давление в Па. Сплошная кривая иллюстрирует зависимость между давлением и объемом газа в камере 48 для газа. Давление предварительного нагружения было помечено справа на кривой. При давлении предварительного нагружения объем газа в камере 48 для газа является максимальным. Выражение ΔР/ΔV в вышеприведенном уравнении 1.1 рассчитывают как производную функции зависимости объема от давления, представленной кривой по фиг.5а, при среднем давлении. Данная производная проиллюстрирована прямой пунктирной линией на фиг.5а. Следовательно, выражение ΔР/ΔV до некоторой степени зависит от среднего рабочего давления. При расчете ω в соответствии с уравнением 1.1 обычно лучше всего рассчитывать ΔР/ΔV при среднем рабочем давлении, которое находится между максимальным и минимальным средними рабочими давлениями, при которых дробилка будет нормально работать. Следовательно, если дробилка может работать при средних рабочих давлениях, составляющих 3-5 МПа, выражение ΔР/ΔV предпочтительно рассчитывается при среднем рабочем давлении, составляющем 4 МПа.
Частота собственных колебаний аккумулятора 26 задана такой, чтобы она удовлетворяла следующему условию:
а
r
ω>10*2π*f [уравнение 1.2]
В данное уравнение включены следующие параметры:
а
ω - частота собственных колебаний аккумулятора 26, включающего в себя соединительную трубу 42, единица измерения: [рад/с];
r
f - число оборотов в секунду эксцентрика 39, см. фиг.1, единица измерения: [Гц].
а
В данном случае частота ω собственных колебаний аккумулятора 26, выраженная в рад/с, задана такой, чтобы она была, по меньшей мере, в 10 раз больше частоты вращения эксцентрика 39 (рассчитанной как число оборотов в секунду, умноженное на 2π), выраженной в рад/с, то есть чтобы она была, по меньшей мере, в 10 раз больше частоты вращательного движения вертикального вала 8, выраженной в рад/с. В конусной дробилке 2 число оборотов в секунду эксцентрика 39, как правило, составляет 3-7 оборотов в секунду.
а
Фиг.5b иллюстрирует ситуацию, в которой частота ω собственных колебаний аккумулятора 26 является слишком низкой, то есть она существенно в большей степени, чем в 10 раз, меньше частоты вращения эксцентрика 39, выраженной в рад/с. Как можно видеть из фиг.5b, фактическое рабочее давление Р колеблется в значительной степени вокруг среднего рабочего давления М.
а
Фиг.5с иллюстрирует ситуацию, в которой частота ω собственных колебаний аккумулятора 26 удовлетворяет требованию уравнения 1.2. Как можно видеть из сравнения с фиг.5b, на фиг.5с почти нет никакого следа синусоидальной формы, которая в значительной степени заметна на фиг.5b. Таким образом, рабочее давление Р на фиг.5с всегда довольно близко к среднему рабочему давлению М.
Дополнительное условие обеспечения короткого времени реагирования аккумулятора 26 состоит в том, что аккумулятор 26 должен быть расположен близко от гидравлического цилиндра 10. Должно выполняться следующее условие:
r
L≤v/(20*f) [уравнение 2.1]
В данное уравнение включены следующие параметры:
v - скорость звука в рабочей гидравлической жидкости, единица измерения: [м/с];
r
f - число оборотов в секунду эксцентрика, см. фиг.1, единица измерения: [Гц];
L - расстояние, видимое вдоль пути рабочей гидравлической жидкости между гидравлическим цилиндром 10 и аккумулятором 26, которые оба были описаны со ссылкой на фиг.1, единица измерения: [м].
Расстояние L также схематически проиллюстрировано на фиг.1. Поскольку волна давления, образованная в гидравлическом цилиндре 10, имеет конечную скорость, аккумулятору 26 понадобится некоторое время для реагирования на изменение давления, имеющее место в гидравлическом цилиндре 10, в результате чего возникает запаздывание реакции. Уравнение 2.1 определяет конструкцию, которая обеспечивает малое запаздывание реагирования и, таким образом, быструю реакцию аккумулятора 26 на колебания давления, происходящие в гидравлическом цилиндре 10.
Фиг.6 схематически иллюстрирует систему, образованную аккумулятором 26 и вертикальным валом 8 конусной дробилки 2, причем в данном случае вертикальный вал 8 включает в себя вес конуса 4 дробилки и кожуха 6 дробилки. Как проиллюстрировано, аккумулятор 26 находится в постоянном сообщении по гидравлической текучей среде с гидравлическим цилиндром 10 во время нормальной работы дробильной системы при дроблении и будет функционировать для ослабления колебаний нормального давления, происходящих в гидравлическом цилиндре 10. Дробильная система 1 по фиг.1 должна иметь конструкцию, позволяющую предотвратить колебания системы, образованной посредством взаимодействия между аккумулятором 26 и вертикальным валом 8. Как проиллюстрировано на фиг.6, сила F создается за счет дробления материала в конусной дробилке. Данная сила действует на вертикальный вал 8, который, в свою очередь, взаимодействует с гидравлическим цилиндром 10. Сила F имеет синусоидальную составляющую при частоте вращения эксцентрика 39, как проиллюстрировано выше на фиг.2с. Если частота собственных колебаний системы, образованной вертикальным валом 8, конусом 4 дробилки, кожухом 6 дробилки, гидравлическим цилиндром 10, аккумулятором 26 и трубами 20, 42, будет слишком низкой и близкой к частоте вращения эксцентрика 39, то есть слишком близкой к частоте вращательного движения вертикального вала 8, то существует риск резонанса системы, приводящего к большим колебаниям. Частота собственных колебаний системы может быть рассчитана следующим образом:
<mrow><msub><mi>ω</mi><mi>n</mi></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>P</mi></mrow><mrow><mi>Δ</mi><mi>V</mi></mrow></mfrac><mfrac><mrow><msubsup><mi>A</mi><mi>h</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mi>M</mi></mfrac></mrow></msqrt></mrow>
[уравнение 3.1]
В данное уравнение включены следующие параметры:
n
ω - частота собственных колебаний системы, включающей в себя вертикальный вал 8, конус 4 дробилки, кожух 6 дробилки и аккумулятор 26, единица измерения: [рад/с];
h
2
A - площадь поперечного сечения поршня гидравлического цилиндра 10, см. фиг.6, единица измерения: [м];
M - полная масса вертикального вала 8, конуса 4 дробилки и кожуха 6 дробилки, единица измерения: [кг];
3
ΔР/ΔV - отношение изменения давления к изменению объема благодаря аккумулятору 26, разъясненное выше со ссылкой на фиг.5а, единица измерения: [Па/м].
Частота собственных колебаний системы, включающей в себя вертикальный вал 8, конус 4 дробилки, кожух 6 дробилки и аккумулятор 26, задана такой, чтобы она удовлетворяла следующему условию:
n
r
ω>4π*f [уравнение 3.2]
В данное уравнение включены следующие параметры:
n
ω - частота собственных колебаний системы, включающей в себя вертикальный вал 8, конус 4 дробилки, кожух 6 дробилки и аккумулятор 26, единица измерения: [рад/с];
r
f - число оборотов в секунду эксцентрика 39, (см. фиг.1), единица измерения: [Гц].
n
Следовательно, собственная частота ω системы, содержащей вертикальный вал 8, конус 4 дробилки, кожух 6 дробилки и аккумулятор 26, задана такой, чтобы она приблизительно в 2 раза превышала частоту вращения эксцентрика 39 (рассчитанную как число оборотов в секунду, умноженное на 2π), выраженную в рад/с, то есть чтобы она была приблизительно в 2 раза больше частоты вращательного движения вертикального вала 8, выраженной в рад/с.
n
n
Фиг.7а иллюстрирует ситуацию, в которой собственная частота ω (частота ω собственных колебаний) системы, содержащей вертикальный вал 8, конус 4 дробилки, кожух 6 дробилки и аккумулятор 26, является слишком низкой, то есть она в значительно большей степени, чем в 2 раза, меньше частоты вращения эксцентрика 39, выраженной в рад/с. Как показано на фиг.7а, фактическое рабочее давление Р колеблется в значительной степени вокруг среднего рабочего давления М. При сравнении фиг.7а и 2а можно видеть, что в действительности рабочее давление имеет больший размах колебаний при таком аккумуляторе неправильной конструкции, что проиллюстрировано со ссылкой на фиг.7а, вследствие явления резонанса, чем в том случае, когда вообще не используется никакой аккумулятор, как проиллюстрировано на фиг.2а.
n
Фиг.7b иллюстрирует ситуацию, в которой частота ω собственных колебаний системы, содержащей вертикальный вал 8, конус 4 дробилки, кожух 6 дробилки и аккумулятор 26, удовлетворяет требованию уравнения 3.2. Как можно видеть из сравнения с фиг.7а, на фиг.7b вообще нет никакого резонанса, и синусоидальная составляющая, проиллюстрированная выше со ссылкой на фиг.2с, была почти полностью демпфирована. Таким образом, рабочее давление Р постоянно будет довольно близким к среднему рабочему давлению М.
При надлежащей конструкции аккумулятора 26, выполненной в соответствии с условиями, описанными выше, он будет работать как пружина, которая обеспечивает затухание колебаний давления. Когда имеет место неравномерная подача материала, разделение материала на мелкие и крупные фракции на загрузочном ленточном транспортере и геометрический эксцентриситет кожуха 6 дробилки и/или корпуса 14 дробилки, давление в гидравлическом цилиндре 10 имеет тенденцию к колебанию, как описано выше со ссылкой на фиг.2а-2d. Пики давления в гидравлическом цилиндре 10 уменьшаются посредством рабочей гидравлической жидкости, проходящей из гидравлического цилиндра 10 в аккумулятор 26. Падения давления в гидравлическом цилиндре 10 уменьшаются посредством рабочей гидравлической жидкости, проходящей из аккумулятора 26 в гидравлический цилиндр 10. Следовательно, давление в гидравлическом цилиндре 10 поддерживается более равномерным по сравнению с предшествующим уровнем техники.
Объем аккумулятора 26 не был описан подробно. Объем аккумулятора 26 зависит от объема рабочей гидравлической жидкости, которая будет поступать в аккумулятор 26 или выходить из аккумулятора 26, когда аккумулятор 26 обеспечивает ослабление колебаний давления. Таким образом, объем аккумулятора 26 будет зависеть от размера дробилки и ожидаемой величины колебаний давления, которые должны быть ослаблены. Специалист в данной области техники посредством обычных экспериментов сможет определить соответствующий объем аккумулятора для определенного типа дробилки.
Как описано выше, аккумулятор 26 обеспечивает более равномерное давление в гидравлическом цилиндре 10, что приводит к увеличенному сроку службы дробилки вследствие уменьшенных усталостных напряжений в конусной дробилке 2. Кроме того, в качестве альтернативы увеличенному сроку службы или в сочетании с ним можно обеспечить работу конусной дробилки 2 при более высоком рабочем давлении, в результате чего обеспечивается повышенная эффективность дробления в конусной дробилке 2.
С сильными и внезапными изменениями давления «справляется» клапан 22 сброса давления, как было упомянуто выше. В качестве альтернативы управляющему устройству 30, управляющему клапаном 22 сброса давления, клапан 22 сброса давления может представлять собой автоматический клапан, который автоматически открывается при определенном давлении.
В ситуациях, когда подача материала в конусную дробилку 2 внезапно прекращается, давление в гидравлическом цилиндре 10 быстро падает. В такой ситуации аккумулятор 26 обеспечит перемещение рабочей гидравлической жидкости в гидравлический цилиндр 10, что может вызвать перемещение вертикального вала 8 в вертикальном направлении вверх. Подобное вертикальное перемещение нежелательно, поскольку оно может вызвать контакт между кожухом 6 дробилки и корпусом 14 дробилки. В этом случае управляющее устройство 30 предпочтительно будет выполнено с возможностью, помимо реализации вышеупомянутой функции открытия клапана 22 сброса давления в ситуациях, когда давление рабочей гидравлической жидкости будет выше заданного давления, обеспечения открытия клапана 22 сброса давления, когда ширина зазора 12 будет меньше заданного предельного значения, так что рабочая гидравлическая жидкость из аккумулятора 26 будет сливаться в резервуар 24 вместо перемещения ее в гидравлический цилиндр 10 в таких ситуациях, когда вертикальный вал 8 имеет тенденцию перемещаться вверх.
Следует понимать, что в пределах объема притязаний приложенной формулы изобретения возможны многочисленные модификации вариантов осуществления, описанных выше.
Выше было описано ослабление колебаний давления в конусной дробилке. Следует понимать, что настоящее изобретение также может быть использовано для дробилок других типов, в которых, по меньшей мере, одна дробящая поверхность соединена с гидравлическим цилиндром, колебания давления в котором должны быть ослаблены. Настоящее изобретение также может быть применено для дробилок, в которых две или более дробящих поверхностей соединены с отдельными гидравлическими цилиндрами.
Выше было описано, что аккумулятор 26 находится в постоянном контакте по гидравлической текучей среде с гидравлическим цилиндром 10 для обеспечения функционирования аккумулятора 26 для ослабления колебаний давления, происходящих во время нормальной операции дробления. Как было раскрыто, см., например, фиг.1 и фиг.6, аккумулятор 26 соединен непосредственно с гидравлическим цилиндром 10, и отсутствует какой-либо клапан, расположенный в трубе 20 между гидравлическим цилиндром 10 и аккумулятором 26. Следует понимать, что отсечной клапан может быть размещен в данной трубе 20 или более предпочтительно - в соединительной трубе 42 в целях изоляции аккумулятора 26 от гидравлической системы 16, когда обслуживание или ремонт должны быть выполнены для аккумулятора 26. Кроме того, следует понимать, что при перекрытии подобного отсечного клапана аккумулятор 26 не будет выполнять никакой функции ослабления, что означает, что периоды, в течение которых подобный отсечной клапан будет перекрыт, должны быть как можно более короткими.