ВОЗБУДИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ, ОБРАБАТЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И ПЕРЕКАЧИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩИЕ ТАКОЙ ВОЗБУДИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ
VIBRATION EXCITER, PROCESSING DEVICE, MIXING DEVICE AND PUMPING DEVICE THEREWITH

Настоящее изобретение относится к области вибрационных устройств, используемых для измельчения твердых и мягких материалов различных видов в сухой и жидкой или газообразной средах, перемешивания мягких и жидких материалов в жидкой или газообразной среде, перекачивания текучей среды по трубопроводам, а также для прокатки и ковки пластичных материалов. В частности, настоящее изобретение относится к возбудителю колебаний, а также к обрабатывающему устройству для обработки материала, перемешивающему устройству для перемешивания материалов и перекачивающему устройству для перекачивания текучей среды, каждое из которых содержит такой возбудитель колебаний.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В уровне техники известны различные устройства для возбуждения колебаний, выполненные с возможностью вибрационного воздействия на вещества.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является вибрационная дробилка (SU 15637 A1, В02С 1/02, 15.05.1990), содержащая корпус, рабочий орган, установленный в корпусе по меньшей мере на одном упругом элементе с возможностью колебаний, электромагнит, установленный в корпусе с возможностью периодического приложения к рабочему органу усилия для колебания этого рабочего органа, дополнительный рабочий орган, установленный в корпусе по меньшей мере на одном дополнительном упругом элементе с возможностью колебаний, дополнительный электромагнит, установленный в корпусе с возможностью периодического приложения к дополнительному рабочему органу усилия для колебания этого дополнительного рабочего органа, и рабочую зону, образованную в корпусе между указанными рабочими органами с возможностью подачи в нее вещества, при этом указанные рабочие органы выполнены с возможностью воздействия на указанное вещество в рабочей зоне, а вибрационная дробилка также содержит управляющую схему, соединенную с электромагнитами с возможностью управления их работой.
Один из недостатков вибрационной дробилки по SU 15637 состоит в возможности ее выхода из строя в результате перегрева, который может произойти вследствие того, что после подачи вещества в рабочую зону такой дробилки происходит резкое затухание колебания рабочих органов, взаимодействующих с поданным веществом, так что для поддержания работоспособности такой дробилки требуется непрерывное увеличение мощности используемых электромагнитов, что в результате приводит к значительному увеличению энергетических затрат.
Еще один недостаток вибрационной дробилки по SU 15637 состоит в том, что ее упругие элементы используются исключительно для скрепления рабочих органов с корпусом дробилки, то есть только в качестве опоры, и не обеспечивают возможность использования энергии, возбужденной электромагнитами при приложении ими усилий к рабочим органам, которые установлены на этих упругих элементах, в качестве потенциала.
В целом вышеописанный недостаток вибрационной дробилки по SU 15637 характерен для всех других вибрационных машин подобного типа, существующих в настоящее время в уровне техники.
Следовательно, насущная проблема состоит в разработке возбудителя колебаний, преодолевающего по меньшей мере обозначенный выше недостаток известной вибрационной дробилки.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в создании возбудителя колебаний, решающего по меньшей мере обозначенную выше проблему.
Поставленная задача решена благодаря тому, что в корпусе возбудителя колебаний, содержащего по меньшей мере один рабочий орган, установленный в корпусе по меньшей мере на одном упругом элементе с возможностью колебаний, по меньшей мере один электромагнит, установленный в корпусе с возможностью периодического приложения к указанному по меньшей мере одному рабочему органу усилия для колебания этого рабочего органа, по меньшей мере один дополнительный рабочий орган, установленный в корпусе по меньшей мере на одном дополнительном упругом элементе с возможностью колебаний, по меньшей мере один дополнительный электромагнит, установленный в корпусе с возможностью периодического приложения к указанному по меньшей мере одному дополнительному рабочему органу усилия для колебания этого дополнительного рабочего органа, управляющую схему, соединенную с указанными электромагнитами с возможностью управления их работой, и рабочую зону, образованную в этом корпусе между указанными рабочими органами с возможностью поступления в нее вещества, при этом указанные рабочие органы выполнены с возможностью воздействия на указанное вещество в рабочей зоне, управляющая схема обеспечивает выдачу на электромагниты заданных импульсов тока для управления работой электромагнитов таким образом, что усилия, периодически прикладываемые электромагнитами к рабочим органам, обеспечивают колебание рабочих органов с резонансной частотой при воздействии рабочих органов на вещество, поданное в рабочую зону, при этом указанный по меньшей мере один упругий элемент и указанный по меньшей мере один дополнительный упругий элемент предварительно сжаты в корпусе с использованием самотормозящихся клиньев и выполнены каждый в виде упругого кольца, закрепленного на соответствующем рабочем органе и скрепленного с корпусом, а корпус дополнительно предварительно сжат с его внешней стороны.
Предложенный возбудитель колебаний обеспечивает технический результат в виде повышения эффективности работы возбудителя колебаний, в частности за счет того, что рабочие органы совершают колебания с резонансной частотой при воздействии на вещество, поданное в рабочую зону, в результате чего большая часть энергии импульсных усилий, прикладываемых электромагнитами к рабочим органам, затрачивается именно на работу, то есть на воздействие непосредственно на вещество в рабочей зоне, а не на внутренние тепловые потери. Кроме того, эффективность работы возбудителя колебаний дополнительно повышается за счет того, что упругие элементы в возбудителе колебаний используются не только в качестве опоры для установки рабочих органов в корпусе возбудителя, но и для обеспечения потенциальной энергии высокого уровня в результате приложения электромагнитами усилий к рабочим органам, образующим вместе с упругими элементами колеблющиеся упруго-массовые системы.
Кроме того, предложенный возбудитель колебаний обеспечивает дополнительный технический результат в виде повышения эффективности воздействия на вещество и увеличения производительности самого возбудителя колебаний, в частности за счет того, что рабочая зона, в которой рабочие органы воздействуют на вещество, по существу ограничена размерами корпуса указанного возбудителя, в связи с чем отсутствует необходимость в перемещении рабочих органов для воздействия на вещество в этой рабочей зоне или в другой зоне, отличной от рабочей зоны, предотвращена возможность выхода подвергаемого воздействию вещества за пределы рабочей зоны, а также минимизировано воздействие внешней среды на рабочие органы, подвергаемое воздействию вещество и процесс воздействия на вещество в целом.
Кроме того, предложенный возбудитель колебаний также обеспечивает дополнительный технический результат в виде повышения безопасности эксплуатации указанного возбудителя, в частности за счет того, что подвергаемое воздействию вещество не выходит за пределы корпуса указанного возбудителя в процессе воздействия его рабочих органов на этот материал. Таким образом, в возбудителе колебаний согласно настоящему изобретению предотвращена возможность травмирования пользователя такого возбудителя колебаний, которое может произойти, например, вследствие отскока или попадания в него части подвергаемого воздействию вещества.
Кроме того, предложенный возбудитель колебаний обеспечивает дополнительный технический результат в виде уменьшения шумового воздействия возбудителя колебаний на окружающую среду, а также на людей, находящихся в непосредственной близости от указанного возбудителя.
Предложенный возбудитель колебаний также обеспечивает дополнительный технический результат в виде повышения надежности и срока службы рабочих органов и указанного возбудителя в целом за счет, в частности, предотвращения попадания влаги на его рабочие органы.
Колебания рабочих органов с резонансной частотой в предложенном возбудителе колебаний обеспечивают еще один дополнительный технический результат, заключающийся в улучшении эффективности работы предложенного возбудителя колебаний. Упругие элементы, выполненные в предложенном возбудителе колебаний в виде упругих колец, обеспечивают еще один дополнительный технический результат, заключающийся в уменьшении потерь энергии импульсного воздействия, обеспечиваемого электромагнитами в упругих кольцах, вследствие относительного перемещения между массами и упругими кольцами с одной стороны и упругими кольцами и корпусом с другой стороны с небольшим трением или вообще без трения. Следует также отметить, что уменьшение потерь энергии обусловлено улучшением распределения усилий внутри упругих колец и улучшением однородности энергетических процессов в упруго-массовой системе, образованной упругими кольцами и рабочими органами. Уменьшение энергопотерь в свою очередь дополнительно обеспечивает сохранение энергии для обработки вещества в рабочей зоне возбудителя колебаний, что приводит к значительному увеличению эффективности возбудителя колебаний.
Предварительное сжатие корпуса в предложенном возбудителе колебаний обеспечивает еще один дополнительный технический результат, заключающийся в предотвращении скачков напряжений на растяжение при эксплуатации возбудителя колебаний.
Предварительное сжатие упругих колец в предложенном возбудителе колебаний обеспечивает еще один дополнительный технический результат, заключающийся в предотвращении проникновения внешних звуковых волн в корпус возбудителя колебаний с одновременным обеспечением стабильности упругих элементов на их периферийной стороне по отношению к корпусу возбудителя колебаний и обеспечением возможности прохождения рабочих звуковых волн, возбуждаемых электромагнитами.
Предварительно сжатый корпус и предварительно сжатые упругие элементы в предложенном возбудителе колебаний обеспечивают еще один дополнительный технический результат, заключающийся в обеспечении конструктивной целостности возбудителя колебаний и уменьшении внутреннего трения в этом возбудителе колебаний.
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения рабочие органы возбудителя колебаний могут быть расположены симметрично по отношению к рабочей зоне.
В другом варианте реализации настоящего изобретения каждый из рабочих органов возбудителя колебаний может иметь предварительно определенную собственную частоту колебаний.
Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения рабочие органы возбудителя колебаний могут иметь одну и ту же собственную частоту колебаний.
В других вариантах реализации настоящего изобретения управляющая схема возбудителя колебаний может быть выполнена с возможностью выдачи на электромагниты заданных импульсов тока для управления их работой таким образом, что длительность импульсного воздействия электромагнитов меньше периода собственных колебаний рабочих органов.
Еще в одних вариантах реализации настоящего изобретения управляющая схема возбудителя колебаний может быть выполнена с возможностью выдачи на электромагниты заданных импульсов тока для управления их работой таким образом, что частота импульсного воздействия электромагнитов равна частоте собственных колебаний рабочих органов.
Еще в одних вариантах реализации настоящего изобретения управляющая схема возбудителя колебаний может быть выполнена с возможностью выдачи на электромагниты заданных импульсов тока для управления их работой таким образом, что длительность импульсного воздействия электромагнитов в два раза меньше периода собственных колебаний рабочих органов.
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения управляющая схема возбудителя колебаний может быть выполнена с возможностью выдачи на электромагниты заданных импульсов тока для управления их работой таким образом, что длительность импульсного воздействия электромагнитов в три, четыре, пять и более раз меньше периода собственных колебаний рабочих органов.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения управляющая схема возбудителя колебаний может быть выполнена с возможностью выдачи на электромагниты заданных импульсов тока для управления их работой таким образом, что частота импульсного воздействия электромагнитов в целое число раз меньше частоты собственных колебаний рабочих органов.
В другом варианте реализации настоящего изобретения управляющая схема возбудителя колебаний может быть выполнена с возможностью выдачи на электромагниты заданных импульсов тока для управления их работой таким образом, что электромагниты одновременно прикладывают усилия к рабочим органам.
Таким образом, в некоторых вариантах реализации настоящего изобретения резонирование рабочего органа и дополнительного рабочего органа в возбудителе колебаний может быть достигнуто при определенной длительности импульсного воздействия электромагнитов, связанной с периодом собственных колебаний упруго-массовой системы, работающей под нагрузкой, то есть при подаче вещества в рабочую зону. Следует также отметить, что мощность импульсного воздействия, оказываемого каждым из электромагнитов возбудителя колебаний, рассчитывается в зависимости от проектной массы вещества, подаваемого в рабочую зону, при этом масса вещества соответствует затуханию упруго-массовой системы в течение одного периода ее колебаний, а мощность импульса потребляется на покрытие затухания упруго-массовой системы в течение одного периода ее колебания. В режиме «холостого хода», когда в рабочую зону еще не подано вещество, упруго-массовая система будет совершать негармоническое периодическое колебание с собственной частотой колебаний, соответствующей «околорезонансной частоте», при этом в зависимости от длительности импульсного воздействия будет возбуждаться главное гармоническое колебание или тон, а также одно из неглавных гармонических колебаний или обертон, подача в рабочую зону вещества проектной массы приведет к затуханию колебательного процесса в режиме «холостого хода», при этом последовательность затухания в упруго-массовой системе происходит ступенчатым образом от слабого к мощному, то есть от обертона к тону. В «рабочем режиме», когда в рабочую зону подают вещество, упруго-массовая система совершает гармонические колебания, при этом в зависимости от длительности импульсного воздействия возбуждается главное гармоническое колебание или тон и одно из неглавных гармонических колебаний или обертон. При полной загрузке рабочей зоны веществом затухание упруго-массовой системы происходит в пределах обертона, при этом из двух гармоник (тон и обертон) обертон, как наиболее слабый, пропадает (практически полностью затухает), а тон остается неизменным при переходе от одного периода колебаний к следующему периоду колебаний, то есть затухания тона не происходит. Таким образом, в режиме «холостого хода» большая часть энергии импульсного воздействия затрачивается на поддержание обертона, а ее малая часть затрачивается на поддержание тона (внутренние тепловые потери), а в «рабочем режиме» большая часть энергии импульсного воздействия затрачивается на производство работы, а ее малая часть затрачивается на внутренние тепловые потери (незатухание), так что при гармонических колебаниях упруго-массовой системы мы получаем очень мощную силу воздействия на вещество, находящееся в рабочей зоне, и незначительное затухание колебаний, затрачивая при этом минимальное количество энергии.
Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения количество рабочие органы возбудителя колебаний могут быть установлены на одинаковом количестве упругих элементов, составляющем по меньшей мере три.
В других вариантах реализации настоящего изобретения все упругие элементы рабочих органов в возбудителе колебаний могут быть выполнены по существу идентичными.
В некоторых других вариантах реализации настоящего изобретения рабочие органы в возбудителе колебаний и их соответствующие упругие элементы могут быть расположены симметрично по отношению к рабочей зоне.
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения по меньшей мере один упругий элемент и по меньшей мере один дополнительный упругий элемент в возбудителе колебаний могут быть выполнены каждый в виде упругого кольца.
Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения упругие кольца в возбудителе колебаний могут быть жестко зафиксированы на соответствующем рабочем органе и жестко скреплены со стенкой корпуса возбудителя колебаний с ее внутренней стороны.
В других вариантах реализации настоящего изобретения каждые два смежных упругих кольца в возбудителе колебаний могут быть отделены друг от друга шайбой.
Кроме того, поставленная задача решена в обрабатывающем устройстве для обработки материала, содержащем один из вышеописанных вариантов реализации возбудителя колебаний, корпус которого снабжен по меньшей мере одним впускным отверстием и по меньшей мере одним выпускным отверстием, причем обрабатывающее устройство выполнено с возможностью подачи в рабочую зону через указанное впускное отверстие указанного вещества, в качестве которого служит обрабатываемый материал, рабочие органы выполнены таким образом, что указанное воздействие на вещество в рабочей зоне обеспечивает обработку обрабатываемого материала, а обрабатывающее устройство дополнительно выполнено с возможностью отвода обработанного материала из рабочей зоны через указанное выпускное отверстие. Предложенное обрабатывающее устройство также обеспечивает сформулированные выше технические результаты.
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения обрабатывающее устройств может быть дополнительно выполнено с возможностью подачи жидкой среды в рабочую зону.
Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения рабочие органы обрабатывающего устройства могут иметь форму, подходящую по меньшей мере для временного удержания обрабатываемого материала в рабочей зоне, что повышает эффективность обработки обрабатываемого материала в рабочей зоне, поскольку замедляется процесс прохождения обрабатываемого материала через рабочую зону, а также уменьшается количество материала, который вообще не был обработан или имеет степень обработки, недостаточную для достижения необходимого эффекта, после прохождения через рабочую зону.
Поставленная задача также решена в перемешивающем устройстве для перемешивания материалов, содержащем один из вышеописанных вариантов реализации возбудителя колебаний, корпус которого снабжен по меньшей мере одним впускным отверстием и по меньшей мере одним выпускным отверстием, причем перемешивающее отверстие выполнено с возможностью подачи в рабочую зону через указанное впускное отверстие указанного вещества, в качестве которого служит по меньшей мере один перемешиваемый материал, рабочие органы выполнены таким образом, что указанное воздействие на вещество в рабочей зоне обеспечивает перемешивание перемешиваемого материала или перемешиваемых материалов, а перемешивающее устройство выполнено с возможностью выпуска перемешанного материала или смеси материалов из рабочей зоны через указанное выпускное отверстие. Предложенное перемешивающее устройство также обеспечивает сформулированные выше технические результаты.
Далее, поставленная задача также решена в перекачивающем устройстве для перекачивания текучей среды, содержащем один из вышеописанных вариантов реализации возбудителя колебаний, в корпусе которого выполнено по меньшей мере одно впускное отверстие, снабженное впускным клапаном, и по меньшей мере одно выпускное отверстие, снабженное выпускным клапаном, перекачивающее устройство выполнено с возможностью подачи в рабочую зону через указанное впускное отверстие указанного вещества, в качестве которого служит перекачиваемая текучая среда, рабочие органы выполнены таким образом, что указанное воздействие на вещество в рабочей зоне обеспечивает попеременное повышение и понижение давления в рабочей зоне, а перекачивающее устройство дополнительно выполнено с возможностью открытия и закрытия указанных клапанов для подачи указанного вещества, в качестве которого служит перекачиваемая текучая среда, в рабочую зону при пониженном давлении в ней через указанное впускное отверстие и выпуска текучей среды из рабочей зоны при повышенном давлении через указанное выпускное отверстие.
Кроме того, наличие по меньшей мере одного впускного отверстия и по меньшей мере одного выпускного отверстия в корпусе обрабатывающего устройства, перемешивающего устройства или перекачивающего устройства обеспечивает дополнительный технический результат в виде увеличения скорости соответственно обработки обрабатываемого материала, перемешивания перемешиваемых материалов или перекачивания перекачиваемой текучей среды в частности за счет того, что упрощены процесс подачи таких материалов в корпус соответствующего устройства и процесс их выпуска из корпуса указанного устройства, а также за счет того, что нет необходимости в перемещении самого устройства соответственно для обработки новой партии обрабатываемого материала, перемешивания новой партии перемешиваемых материалов и перекачивания нового объема перекачиваемой текучей среды.
Далее, поставленная задача также решена в способе возбуждения колебаний, согласно которому подают вещество в рабочую зону возбудителя колебаний согласно одному из вышеописанных вариантов реализации, а также выдают, посредством управляющей схемы, на электромагниты заданные импульсы тока для управления работой электромагнитов таким образом, что усилия, периодически прикладываемые электромагнитами к рабочим органам, обеспечивают колебание рабочих органов с резонансной частотой при воздействии рабочих органов на поданное вещество. Предложенный способ возбуждения колебаний также обеспечивает сформулированные выше технические результаты.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показан один из вариантов реализации измельчителя материала согласно настоящему изобретению, предназначенного для измельчения материалов различных видов в сухой среде.
На фиг. 2 показана диаграмма, иллюстрирующая динамическое и энергетическое состояния измельчителя материала по фиг. 1 в режиме «холостого хода», а также в «рабочем режиме».
На фиг. 3 показан график, иллюстрирующий виброволновые процессы в упруго-массовых системах измельчителя материала, работающего в режиме «холостого хода» и «рабочем режиме».
На фиг. 4 схематически показан один из вариантов реализации рабочего органа измельчителя материала по фиг. 1.
На фиг. 5 показан один из вариантов реализации измельчителя материала согласно настоящему изобретению, предназначенного для измельчения материалов различных видов в жидкой среде.
На фиг. 6 показана часть одного из вариантов реализации перекачивающего устройства для перекачивания текучей среды согласно настоящему изобретению.
На фиг. 7 показан один из вариантов реализации устройства для прокатки или ковки пластичного материала согласно настоящему изобретению.
На фиг. 8 показан один из вариантов реализации перемешивающего устройства для перемешивания материалов согласно настоящему изобретению.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Возбудитель колебаний согласно настоящему изобретению содержит корпус, один или большее количество рабочих органов, установленных в корпусе на одном или большем количестве упругих элементов с возможностью колебаний, один или большее количество электромагнитов, установленных в корпусе с возможностью периодического приложения к указанным рабочим органам усилия для колебания этих рабочих органов, один или большее количество дополнительных рабочих органов, установленных в корпусе на одном или большем количестве упругих элементов с возможностью колебаний, и один или большее количество дополнительных электромагнитов, установленных в корпусе с возможностью периодического приложения к указанным дополнительным рабочим органам усилия для колебания этих дополнительных рабочих органов, а также рабочую зону, образованную в корпусе между указанными рабочими органами с возможностью поступления в нее вещества, причем указанные рабочие органы выполнены с возможностью воздействия на указанное вещество в рабочей зоне. Вышеописанный возбудитель колебаний выполняет работу по принудительному механическому переносу масс материалов различных видов в замкнутой рабочей зоне и может быть использован для создания обрабатывающего устройства для обработки материала (например для измельчения материала в твердой или жидкой среде, прокатки пластичных материалов, ковки пластичных материалов или т.п.), перемешивающего устройства для перемешивания материалов, а также для создания перекачивающего устройства для перекачивания текучей среды или текучего материала. Конструкция возбудителя колебаний согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения и его другим возможным вариантам реализации, а также принципы его работы описаны далее на примере обрабатывающего устройства для обработки материала, реализованного в виде измельчителя материала. Следует отметить, что в случаях, где это применимо, описанные далее варианты реализации измельчителя материала следует рассматривать также в виде вариантов реализации возбудителя колебаний.
На фиг. 1 показан один из вариантов реализации измельчителя материала согласно настоящему изобретению, предназначенного для измельчения или дробления хрупких материалов в сухой среде, в частности горных пород, минералов, твердых отходов, отходов производства, отходов строительства, отходов быта и т.п.
Измельчитель материала по фиг. 1 содержит цилиндрический корпус 1, выполненный из прочного материала и имеющий цилиндрическую полость. Корпус 1 снабжен впускным отверстием 2, выполненным с возможностью подачи через него измельчаемого материала 4 в корпус 1 измельчителя, и выпускным отверстием 3, выполненным с возможностью выпуска через него измельченного материала 5 из корпуса 1 измельчителя, причем впускное отверстие 2 и выпускное отверстие 3 выполнены соответственно в удлиненной стенке цилиндрического корпуса 1 таким образом, что эти отверстия расположены напротив друг друга на общей центральной оси 11, при этом диаметр впускного отверстия 2 больше диаметра выпускного отверстия 3.
Еще в одном из вариантов реализации настоящего изобретения каждое из впускного отверстия 2 и выпускного отверстия 3, выполненных в корпусе 1 измельчителя материала по фиг. 1, выполнено с возможностью его управляемого открытия, а также с возможностью его управляемого закрытия с обеспечением герметичного уплотнения.
В цилиндрической полости корпуса 1 установлены рабочий орган 13.1, выполненный таким образом, что он имеет воздействующую часть 6.1, и рабочий орган 13.2, выполненный таким образом, что он имеет воздействующую часть 6.2, причем каждая из воздействующих частей 6.1, 6.2 имеет форму разнобокой трапеции в вертикальном сечении, выполненном по центральной оси 11. Рабочие органы 13.1, 13.2 выполнены по существу идентичными (имеют идентичную конструкцию и идентичные параметры) и установлены в полости корпуса 1 таким образом, что их идентичные воздействующие части 6.1, 6.2 обращены в сторону друг друга и расположены симметрично по отношению к оси 11 с образованием между ними рабочей зоны 7, используемой для измельчения в ней измельчаемого материала 4. Таким образом, воздействующая часть 6.1 рабочего органа 13.1 и воздействующая часть 6.2 рабочего органа 13.2 расположены в полости корпуса 1 симметрично по отношению к рабочей зоне 7 по длине удлиненного корпуса 1.
В другом варианте реализации настоящего изобретения рабочие органы 13.1, 13.2 измельчителя материала могут быть расположены на противоположных по отношению к рабочей зоне 7 сторонах не симметрично по отношению к центральной оси 11 и рабочей зоне 7.
Рабочая зона 7 расположена по отношению к впускному отверстию 2 таким образом, что измельчаемый материал 4, поданный в корпус 1 через впускное отверстие 2, под действием собственного веса поступает в рабочую зону 7, в которой происходит измельчение поданного измельчаемого материала 4 путем механического воздействия на него воздействующей части 6.1 с одной стороны и механического воздействия на него воздействующей части 6.2 с другой противоположной стороны. Рабочая зона 7 также расположена по отношению к выпускному отверстию 3 таким образом, что измельченный материал 5 из рабочей зоны 7 поступает под действием собственного веса в выпускное отверстие 3. При этом воздействующие части 6.1, 6.2 ориентированы по отношению к центральной оси 11 таким образом, что рабочая зона 7 сужается вдоль оси 11 от впускного отверстия 2 по направлению к выпускному отверстию 3, если смотреть на вид в вертикальном разрезе, выполненном по центральной линии 11, при этом материал, достигший необходимой степени измельчения, то есть измельченный материал 5, отводят из наиболее узкой части рабочей зоны 7 с обеспечением его последующего выпуска из корпуса 1 через выпускное отверстие 3. Таким образом, измельчаемый материал 4, поступивший в рабочую зону 7, в течение определенного периода времени удерживают посредством воздействующих частей 6.1, 6.2 в рабочей зоне 7 до тех пор, пока степень измельчения по меньшей мере части этого измельчаемого материала 4 не достигнет определенного значения, что обеспечит возможность отведения измельченного материала 5 из рабочей зоны 7.
Рабочие органы 13.1, 13.2 расположены на общей центральной оси 12, перпендикулярной центральной оси 11, причем каждый из этих рабочих органов 13.1,13.2 снабжен упругими элементами в виде идентичных упругих колец из пружинной стали, расположенных симметрично по отношению к центральной оси 11 и рабочей зоне 7. Рабочий орган 13.1 снабжен 5 упругими кольцами 8.1, а рабочий орган 13.2 снабжен 5 упругими кольцами 8.2, причем упругие кольца (8.1 и 8.2) выполнены идентичными (то есть имеют идентичные конструкции и идентичные параметры), а каждое упругое кольцо из упругих колец 8.1 и соответствующее ему упругое кольцо из упругих колец 8.2 размещены в полости корпуса 1 симметрично по отношению к центральной оси 11 и рабочей зоне 7.
Упругие кольца 8.1 жестко закреплены на рабочем органе 13.1, а упругие кольца 8.2 жестко закреплены на рабочем органе 13.2 таким образом, что каждый из рабочих органов 13.1,13.2 имеет фиксированное положение в полости корпуса 1, при этом упругие кольца 8.1 и упругие кольца 8.2 обеспечивают возможность колебания соответственно рабочего органа 13.1 и рабочего органа 13.2 при приложении внешнего усилия соответственно к рабочему органу 13.1 и рабочему органу 13.2. Каждых два смежных упругих кольца из пяти упругих колец 8.1 или из пяти упругих колец 8.2 отделены друг от друга стальными шайбами (не показаны), так что упругие кольца 8.1 или упругие кольца 8.2 расположены по длине соответственно рабочего органа 13.1 или рабочего органа 13.2 на равном расстоянии друг от друга.
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения упругие кольца 8.1 и упругие кольца 8.2 могут быть плотно посажены соответственно на рабочем органе 13.1 и рабочем органе 13.2. В другом варианте реализации настоящего изобретения упругие кольца 8.1 и упругие кольца 8.2 могут быть размещены с герметичным уплотнением соответственно на рабочем органе 13.1 и рабочем органе 13.2. Еще в одном из вариантов реализации настоящего изобретения каждое из упругих колец 8.1 и каждое из упругих колец 8.2 могут быть приварены к соответствующему одному из участков наружной стороне соответственно рабочего органа 13.1 и рабочего органа 13.2. В другом варианте реализации настоящего изобретения упругие кольца 8.1 и упругие кольца 8.2 могут быть выполнены за одно целое соответственно с рабочим органом 13.1 и рабочим органом 13.2.
Каждое из упругих колец 8.1 и каждое из упругих колец 8.2 также жестко скреплены с соответствующей одной из частей удлиненной стенки корпуса 1 с ее внутренней стороны.
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения каждое из упругих колец 8.1 и каждое из упругих колец 8.2 могут быть скреплены с герметичным уплотнением с соответствующей одной из частей удлиненной стенки цилиндрического корпуса 1 с ее внутренней стороны. В другом варианте реализации настоящего изобретения каждое из упругих колец 8.1 и каждое из упругих колец 8.2 могут быть приварены к соответствующей одной из частей удлиненной стенки цилиндрического корпуса 1 с ее внутренней стороны. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения упругие кольца 8.1 и упругие кольца 8.2 могут быть выполнены за одно целое с удлиненной стенкой цилиндрического корпуса 1.
Еще в одном из вариантов реализации настоящего изобретения каждый из рабочих органов 13.1, 13.2 может быть снабжен по меньшей мере тремя упругими кольцами, жестко закрепленными на соответствующем рабочем органе, плотно посаженными на нем или размещенными на нем с герметичным уплотнением таким образом, что по меньшей мере часть из этих упругих колец расположена по центральной оси 12 на предварительно определенном расстоянии по отношению друг к другу. В другом варианте реализации настоящего изобретения каждое из упругих колец 8.1 и каждое из упругих колец 8.2 могут быть плотно прижаты в цилиндрической полости корпуса 1 к удлиненной стенке цилиндрического корпуса 1 с ее внутренней стороны, так что каждое упругое кольцо из упругих колец 8.1 герметично отделено от смежного с ним другого упругого кольца из упругих колец 8.1 с образованием между ними герметизированного пространства, а каждое упругое кольцо из упругих колец 8.2 герметично отделено от смежного с ним другого упругого кольца из упругих колец 8.2 с образованием между ними герметизированного пространства.
В другом варианте реализации настоящего изобретения корпус 1 измельчителя материала по фиг. 1 может быть предварительно сжат с внешней стороны, в частности с внешней стороны удлиненной стенки этого корпуса 1, с использованием внешних стальных тяг или тросов, что предотвращает скачки напряжений на растяжение при эксплуатации этого измельчителя материала.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения рабочий орган 13.1 и рабочий орган 13.2 могут быть предварительно сжаты с использованием внутренних  стальных тяг или тросов, что предотвращает скачки напряжений на растяжение при эксплуатации этого измельчителя материала.
Еще в одних вариантах реализации настоящего изобретения прилегающие поверхности конструктивных компонентов в измельчителе материала могут быть предварительно сжаты с использованием «самотормозящихся клиньев», что обеспечивает герметичность и интегральность всей конструкции этого измельчителя материала.
Рабочий орган 13.1 в сочетании с упругими кольцами 8.1, жестко закрепленными на этом рабочем органе 13.1, и рабочий орган 13.2 в сочетании с упругими кольцами 8.2, жестко закрепленными на этом рабочем органе 13.2, представляют собой две отдельные идентичные упруго-массовые системы (то есть имеют идентичные параметры и конструкции), расположенные симметрично относительно центральной оси 11 и рабочей зоны 7 и имеющие по существу равные значения собственной частоты колебаний, предварительно определяемые с помощью известных в уровне техники устройств для определения собственной частоты колебаний. Уменьшение массы рабочего органа 13.1 или уменьшение массы рабочего органа 13.2 обеспечит увеличение собственной частоты колебания соответствующей одной из этих упруго-массовых систем.
Измельчитель материала по фиг. 1 также содержит два электромагнита 9.1, 9.2, которые выполнены идентичными (то есть имеют идентичную конструкцию и идентичные параметры), при этом каждый из электромагнитов 9.1, 9.2 закреплен на соответствующей короткой стенке корпуса 1 таким образом, что они расположены на центральной оси 12 и находятся в полости корпуса 1 симметрично по отношению к центральной оси 11 и рабочей зоне 7.
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения измельчитель колебаний может содержать более двух рабочих органов, установленных в корпусе 1 с возможностью колебаний. В другом варианте реализации настоящего изобретения измельчитель материала по фиг. 1 может содержать четное количество рабочих органов, например четыре, шесть, восемь, десять и т.д. рабочих органов, попарно установленных в корпусе 1 таким образом, что рабочие органы каждой пары расположены на противоположных сторонах по отношению к центральной оси 11 и рабочей зоне 7 и симметрично к ним, то есть все рабочие органы образуют соответственно две, три, четыре, пять и т.д. подобных пар рабочих органов.
Как показано на фиг. 1, крайнее упругое кольцо из упругих колец 8.1 и крайнее упругое кольцо из упругих колец 8.2, жестко скрепленные с удлиненной стенкой корпуса 1 с ее внутренней стороны и жестко закрепленные на одном из концов соответственно рабочего органа 13.1 и рабочего органа 13.2, являющимся дальним по отношению к центральной оси 11 и рабочей зоне 7, ограничивают соответствующую часть внутренней полости корпуса 1 с образованием полостей 15.1, 15.2, в которых находятся соответственно электромагнит 9.1 и электромагнит 9.2. Таким образом, каждая из полостей 15.1, 15.2, образованных в корпусе 1, ограничена соответствующей одной из противолежащих коротких стенок корпуса 1, соответствующей частью удлиненной стенки корпуса 1, примыкающей непосредственно к указанной короткой стенке, и соответствующим одним из вышеописанных крайних упругих колец.
В других вариантах реализации настоящего изобретения, в которых упругие кольца 8.1 и упругие кольца 8.2 герметично скреплены с удлиненной стенкой цилиндрического корпуса 1 с ее внутренней стороны и герметично закреплены соответственно на рабочем органе 13.1 и рабочем органе 13.2, крайнее упругое кольцо из упругих колец 8.1 и крайнее упругое кольцо из упругих колец 8.2, закрепленные на одном из концов соответственно рабочего органа 13.1 и рабочего органа 13.2, являющимся дальним по отношению к центральной оси 11 и рабочей зоне 7, обеспечивают герметизацию соответственно полости 15.1 и полости 15.2, образованных в корпусе 1.
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения в герметичных полостях 15.1,15.2, в которых расположены электромагниты 9.1, 9.2, создан вакуум.
Как показано на фиг. 1, другое крайнее упругое кольцо из упругих колец 8.1 и другое крайнее упругое кольцо из упругих колец 8.2, жестко скрепленные с удлиненной стенкой цилиндрического корпуса 1 с ее внутренней стороны и жестко закрепленные на другом конце соответственно рабочего органа 13.1 и рабочего органа 13.2, являющимся ближним по отношению к центральной оси 11 и рабочей зоне 7, ограничивают часть внутренней полости корпуса 1 с образованием центральной полости 14, в которой находятся воздействующие части 6.1, 6.2 и образованная между ними рабочая зона 7.
В других вариантах реализации настоящего изобретения, в которых упругие кольца 8.1 и упругие кольца 8.2 герметично скреплены с удлиненной стенкой цилиндрического корпуса 1 с ее внутренней стороны и герметично закреплены соответственно на рабочем органе 13.1 и рабочем органе 13.2, другое крайнее упругое кольцо из упругих колец 8.1 и другое крайнее упругое кольцо из упругих колец 8.2, закрепленные на одном из концов соответственно рабочего органа 13.1 и рабочего органа 13.2, являющимся ближним по отношению к центральной оси 11 и рабочей зоне 7, обеспечивают герметизацию центральной полости 14, образованной в корпусе 1.
Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения впускное отверстие 2 и выпускное отверстие 3 могут быть выполнены с возможностью их закрытия с обеспечением их герметизации, что обеспечивает герметизацию центральной полости 14 корпуса 1, в которой находятся воздействующие части 6.1, 6.2 и образованная между ними рабочая зона 7, со стороны удлиненной стенки цилиндрического корпуса 1.
Электромагнит 9.1 содержит соленоид (не показан), статор (не показан), прикрепленный к соленоиду, и якорь 10.1, соединенный со статором посредством упругих элементов, выполненных в виде пружин растяжения-сжатия, и выполненный с возможностью взаимодействия с рабочим органом 13.1, при этом подвижный сердечник соленоида прикреплен к якорю и предварительно введен в соленоид на предварительно заданную величину зазора. Электромагнит 9.2 имеет конструкцию, идентичную вышеописанной конструкции электромагнита 9.1.
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения каждый из электромагнитов 9.1, 9.2 измельчителя материала может содержать соленоид, статор, прикрепленный к соленоиду, и якорь, вставленный в соленоид с предварительно определенным зазором для обеспечения свободы колебаний и соединенный соответственно с рабочим органом 13.1 или рабочим органом 13.2.
Еще в одном из вариантов реализации настоящего изобретения электромагниты 9.1, 9.2 измельчителя материала могут быть выполнены в виде соленоида, размещенного внутри замкнутого статора, то есть без использования якоря и зазора в конструкции каждого из этих электромагнитов 9.1, 9.2, как показано на фиг. 4. При этом в данном варианте реализации настоящего изобретения электромагнит 9.1 и электромагнит 9.2 зафиксированы соответственно внутри рабочего органа 13.1 и рабочего органа 13.2, выполненных из ферро-магнитного материала, таким образом, что они находятся в соответствующих концевых частях рабочих органов 13.1, 13.2, удаленных по отношению к рабочей зоне 7 и центральной оси 11 и расположенных симметрично по отношению к ним. Импульсный характер работы электромагнитов 9.1, 9.2 измельчителя материала обеспечит возможность создания соответственно в рабочем органе 13.1 и рабочем органе 13.2 скачков внутреннего напряжения и внутреннего разряжения, что обеспечит раскачивание или колебание этих рабочих органов 13.1, 13.2.
Таким образом, электромагнит 9.1 и электромагнит 9.2 установлены в корпусе 1 измельчителя материала соответственно в полости 15.1 и полости 15.2 корпуса 1 с возможностью периодического приложения соответственно к рабочему органу 13.1 и рабочему органу 13.2 усилия путем импульсного воздействия якоря 10.1 электромагнита 9.1 и якоря (10.2) электромагнита 9.2 соответственно на рабочий орган 13.1 и рабочий орган 13.2 для обеспечения колебания соответственно рабочего органа 13.1 и рабочего органа 13.2.
Измельчитель материала, показанный на фиг. 1, также содержит управляющую схему (не показана), соединенную с каждым из электромагнитов 9.1, 9.2.
Управляющая схема (не показана), используемая в измельчителе материала по фиг. 1, содержит блок питания, соединенный с сетевым источником тока промышленной частоты и содержащий стабилизатор напряжения для автоматического поддержания заданной силы электрического тока в цепи управляющей схемы при изменении величины нагрузки в питающей сети, а также содержит одну из известных в уровне техники схем выпрямления тока, выполненную, например, в виде однополупериодного диодного моста для обеспечения однополупериодного выпрямления стабилизированного переменного электрического тока, представляющего собой синусоидальный гармонический сигнал (то есть гармонический сигнал, изменяющий свою амплитуду и полярность по синусоидальному закону), имеющий положительные и отрицательные полупериоды (положительные и отрицательные полуволны). Однополупериодный диодный мост управляющей схемы измельчителя материала, показанного на фиг. 1, «отсекает» отрицательную полуволну входного синусоидального сигнала. Кроме того, управляющая схема также содержит прерыватель, который обеспечивает прерывание выпрямленного тока с получением заданных импульсов тока с необходимыми параметрами частоты и длительности.
Вышеописанная управляющая схема обеспечивает выдачу вышеуказанных импульсов определенной частоты на оба электромагнита 9.1, 9.2 для управления их работой таким образом, что они оказывают по существу одновременное импульсное воздействие соответственно на рабочий орган 13.1 и рабочий орган 13.2, при этом длительность импульсного воздействия каждого из электромагнитов 9.1, 9.2 в два раза меньше предварительно определенного периода собственных колебаний любой из вышеописанных упруго-массовых систем.
В другом варианте реализации настоящего изобретения длительность импульсного воздействия каждого из электромагнитов 9.1, 9.2 измельчителя материала может быть в три, четыре, пять и более раз меньше предварительно определенного периода собственных колебаний любой из вышеописанных упруго-массовых систем, что уменьшает паразитные энергопотери в упруго-массовых системах и соленоидах при определенных режимах работы измельчителя материала и, таким образом, увеличивает КПД измельчителя материала в целом.
Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения длительность импульсного воздействия каждого из электромагнитов 9.1, 9.2 измельчителя материала может быть меньше предварительно определенного периода собственных колебаний одной из вышеописанных упруго-массовых систем.
В других вариантах реализации настоящего изобретения в полости 15.1 и полости 15.2 корпуса 1 измельчителя колебаний, показанного на фиг. 1, может быть размещено соответственно два или большее количество электромагнитов 9.1 и два или большее количество электромагнитов 9.2, каждый из которых выполнен с возможностью приложения усилия соответственно к рабочему органу 13.1 и рабочему органу 13.2 с периодичностью, контролируемой вышеописанной управляющей схемой, соединенной со всеми этими электромагнитами 9.1 и всеми этими электромагнитами 9.2.
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения измельчитель материала может содержать два или большее количество рабочих органов 13.1 и два или большее количество рабочих органов 13.2, а также два или большее количество электромагнитов 9.1, каждый из которых выполнен с возможностью периодического приложения усилия по меньшей мере к одному из указанных рабочих органов 13.1, и два или большее количество электромагнитов 9.2, каждый из которых выполнен с возможностью периодического приложения усилия по меньшей мере к одному из указанных рабочих органов 13.2.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения впускное отверстие 2 и выпускное отверстие 3 могут быть выполнены соответственно в противолежащих коротких стенках удлиненного корпуса 1 измельчителя материала, при этом массу материала, измельченного в рабочей зоне 7 до необходимой степени измельчения, выводят из нее путем замещения указанной массы новой массой измельчаемого материала, подаваемого через впускное отверстие 2 в рабочую зону 7 путем использования известных в уровне техники подающих средств.
Следует также отметить, что в измельчителе материала, показанном на фиг. 1, ввиду того, что его конструкция выполнена симметричной по отношению к центральной оси 11 и рабочей зоне 7, отсутствуют неуравновешенные вибрации и колебания в его конструктивных узлах и компонентах (то есть измельчителя материала по фиг. 1 представляет собой уравновешенную систему), что повышает надежность и срок службы конструктивных компонентов такого измельчителя материала, в частности его рабочих органов 13.1, 13.2, и всего измельчителя материала в целом, а также предотвращает необходимость увеличения массы измельчителя материала и/или его жесткого крепления к Земле или закрепления на фундаменте для обеспечения его стабильной работы.
C
Использование измельчителя материала, показанного на фиг. 1, состоит в подключении измельчителя к сети питания, в результате чего управляющая схема этого измельчителя выдает импульсы определенной частоты и длительности на электромагниты 9.1, 9.2, что вызывает возникновение магнитного поля в катушке соответствующего соленоида, которое взаимодействует с подвижным сердечником соленоида, что приводит к созданию силы тяги, втягивающей подвижный сердечник в соленоид. Втягивание подвижного сердечника в соленоид обеспечивает притягивание якоря 10.1 к статору, что вызывает деформирование пружин растяжения-сжатия. В момент же времени, когда ток, подаваемый на электромагнит 9.1 и, соответственно, сила тяги равны нулю, пружины растяжения-сжатия отбрасывают якорь 10.1 от статора, который таким образом периодически прикладывает усилие к соответствующему рабочему органу из рабочих органов 13.1, 13.2 измельчителя материала. Таким образом, электромагниты 9.1, 9.2, работой которых управляет управляющая схема, по существу одновременно оказывают, посредством якорей 10.1, 10.2, периодическое импульсное воздействие, проиллюстрированное на фиг. 2 посредством кривой А2, соответственно на рабочий орган 13.1 и рабочий орган 13.2. При этом электромагниты 9.1, 9.2 и управляющая схема настроены таким образом, что длительность импульсного воздействия каждого из этих электромагнитов 9.1, 9.2 в два раза меньше предварительно определенного периода Tсобственных колебаний любого из рабочих органов 13.1, 13.2.
Электромагниты 9.1, 9.2 обеспечивают колебание соответственно рабочих органов 13.1, 13.2 измельчителя материала, причем в режиме «холостого хода», когда в рабочую зону 7 еще не подан измельчаемый материал 4, каждый из рабочих органов 13.1, 13.2 будет совершать колебание, проиллюстрированное на фиг. 2 посредством кривой А1, с собственной частотой колебаний, соответствующей «около резонансной частоте» и превышающей частоту вынуждающих колебаний, задаваемую электромагнитами 9.1, 9.2. При этом величина превышения собственной частоты колебания в режиме «холостого хода» над собственной частотой колебания в «рабочем режиме» определяется в зависимости от массы измельчаемого материала в рабочей зоне 7. В «рабочем режиме», когда в рабочую зону 7 подают измельчаемый материал 4, происходит присоединение массы поданного материала к рабочей массе рабочих органов 13.1, 13.2, при этом каждый из рабочих органов 13.1, 13.2 будет совершать колебание, проиллюстрированное на фиг. 2 посредством кривой A3, а собственная частота колебания рабочих органов 13.1, 13.2 будет уменьшаться от «около резонансной частоты» до «резонансной частоты» по мере заполнения рабочей зоны 7 измельчаемым материалом 4 и достигнет значения «резонансной частоты» (то есть собственная частота колебаний рабочих органов 13.1, 13.2 будет равна частоте вынужденных колебаний, задаваемой электромагнитами 9.1, 9.2 измельчителя материала) при полном заполнении рабочей зоны 7 измельчаемым материалом 4, то есть при загрузке рабочей зоны 7 по типу «под завал». При этом при достижении собственной частоты колебания рабочих органов 13.1, 13.2 значения «резонансной частоты» произойдет незначительное уменьшение амплитуды колебания рабочих органов 13.1, 13.2 на ΔL и ΔL1 и сдвиг по фазе на ΔТ (как показано на фиг. 2 и 3).
На фиг. 3 показан график, иллюстрирующий модель движения волны в любой из вышеописанных упруго-массовых системах измельчителя материала, работающего в режиме «холостого хода» и «рабочем режиме», при действии вынуждающего усилия, обеспечиваемого соответствующим одним из электромагнитов 9.1, 9.2, на указанную упруго-массовую систему, а также при отсутствии действия указанного вынуждающего усилия со стороны соответствующего одного из электромагнитов 9.1, 9.2 на указанную упруго-массовую систему (свободные колебания) для оценки соотношения энергии силового потенциала (энергия основного тона) и энергии, затрачиваемой для производства работы и восполнения непроизводительных потерь измельчителя материала (энергия 1-го обертона). На фиг. 3 кривая В1 иллюстрирует виброволновой процесс упруго-массовой системы измельчителя материала по фиг. 1, работающего в режиме «холостого хода», в котором рабочие органы 13.1, 13.2 совершают колебания с собственной частотой колебаний, соответствующей «около резонансной частоте», а кривая В2 иллюстрирует виброволновой процесс этой упруго-массовой системы измельчителя материала по фиг. 1, работающего в «рабочем режиме» при загрузке рабочей зоны 7 по типу «под завал», когда собственная частота колебаний соответствует «резонансной частоте». Согласно теореме Фурье всякое периодическое колебание с периодом Т может быть представлено в виде суммы гармонических колебаний с периодами, равными Т, Т/2, Т/3 и т.д., то есть с частотой f, 2f, 3f, 4f и т.д. При этом негармоническое периодическое импульсное воздействие электромагнитов 9.1, 9.2 с периодом Т на соответствующую упруго-массовую систему измельчителя материала соответствует одновременному действию гармонических сил с частотами, кратными самой мощной (низкой) частоте f=1/Т, то есть f, 2f, 3f, 4f и т.д. В измельчителе материала по фиг. 1 для производства работы используют энергию первого обертона (2f), второго обертона (3f), третьего обертона (4f) и т.д., при этом энергия основного тона (f; первая гармоника) не затрачивается и выполняет роль высокого потенциала, а все гармоники возбуждаются и поддерживаются электромагнитами 9.1, 9.2.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения управляющая схема может управлять электромагнитами 9.1, 9.2 таким образом, что частота импульсного воздействия каждого из этих электромагнитов равна частоте собственных колебаний рабочих органов 13.1, 13.2, рассчитанных при загрузке рабочей зоны 7 по типу «под завал», когда собственная частота колебания рабочих органов 13.1, 13.2 достигает «резонансной частоты».
Возможен также вариант, при котором управляющая управляет электромагнитами 9.1, 9.2 таким образом, что частота импульсного воздействия каждого из этих электромагнитов в целое число раз меньше частоты собственных колебаний рабочих органов 13.1, 13.2, рассчитанных при загрузке рабочей зоны 7 по типу «под завал», когда собственная частота колебания рабочих органов 13.1, 13.2 достигает «резонансной частоты».
Обязательным условием стабильной работы измельчителя материала по фиг. 1 является то, что силовой потенциал каждого из рабочих органов 13.1, 13.2 должен обеспечивать максимальные скачки давления, многократно превышающие предельные значения упругих напряжений измельчаемого материала 4, таким образом, чтобы скорость роста давления каждого из рабочих органов 13.1, 13.2 на измельчаемый материал многократно превышала скорость роста упругой реакции измельчаемого материала, а скорость падения давления, соответственно, превышала скорость появления упругой реакции измельчаемого материала при остановке рабочих органов 13.1, 13.2 перед следующим циклом работы. Таким образом, в зависимости от параметров измельчителя материала по фиг. 1 измельчаемый материал 4 может преобразовываться в рабочей зоне 7 в жидкость или даже в газ.
Измельчаемый материал 4, подаваемый через впускное отверстие 2, под действием собственного веса попадает в рабочую зону 7, в которой масса измельчаемого материала 4 совершает перемещение как по направлению книзу от входа в рабочую зону 7 до выхода из нее за счет действия сил гравитации, так и перемещение в горизонтальном направлении за счет колеблющихся рабочих органов 13.1, 13.2, воздействующих с двух сторон на эту массу измельчаемого материала 4, то есть весь материал, поданный в рабочую зону 7 находится в постоянном движении и взаимодействии с соседними частями или объектами, образующими этот материал. Другими словами, материал, находящийся в рабочей зоне 7 измельчается не только в области, непосредственно прилегающей к рабочим поверхностям рабочих органов 13.1, 13.2, вступающим во взаимодействие с измельчаемым материалом, но и в результате вдавливания частей или объектов, образующих измельчаемый материал, друг в друга, их трения друг о друга и/или их соударения друг с другом.
В рабочей зоне 7 происходит сложное ступенчатое движение массы измельчаемого материала с замещением массы материала, измельченного до необходимой степени измельчения и отведенного из рабочей зоны 7 для последующего выпуска из корпуса 1 измельчителя материала через выпускное отверстие 3, новой массой измельчаемого материала 4, поданного через впускное отверстие 2.
Таким образом, колебание рабочих органов 13.1, 13.2 измельчителя материала с вышеописанной «резонансной частотой» обеспечивает создание в рабочей зоне 7, в которую подают измельчаемый материал 4, мощных скачков давления и разрежения, что обеспечивает высокоэффективное измельчение или дробление материала, находящегося в рабочей зоне 7, с одновременной затратой относительно небольшого количества энергии для обеспечения работоспособности измельчителя материала согласно настоящему изобретению. Другими словами, рабочая зона 7 представляет собой замкнутое пространство в центральной части внутренней полости корпуса 1 измельчителя материала по фиг. 1, в котором измельчаемый материал находится под постоянным давлением веса его вертикального столба и под действием принудительного давления, оказываемого с двух сторон рабочими органами 13.1, 13.2, в результате чего обеспечена высокая концентрация энергии разрушения в рабочей зоне 7, которая может быть доведена до уровня энергии взрыва.
Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения рабочие органы 13.1, 13.2 могут быть зафиксированы в полости корпуса 1 таким образом, что они расположены перпендикулярно по отношению к центральной оси 12, в результате чего измельчающая сила, действующая на измельчаемый материал в рабочей зоне 7, в целом перпендикулярна поверхности частиц измельчаемого материала, что обеспечивает измельчение этого измельчаемого материала за счет расплющивания. В другом варианте реализации настоящего изобретения рабочие органы 13.1, 13.2 могут быть зафиксированы в полости корпуса 1 таким образом, что они расположены параллельно центральной оси 12, в результате чего измельчающая сила, действующая на измельчаемый материал в рабочей зоне 7, в целом направлена по касательной к поверхности частиц измельчаемого материала, что обеспечивает измельчение этого измельчаемого материала за счет истирания или размола. В других вариантах реализации настоящего изобретения рабочие органы 13.1, 13.2 могут быть зафиксированы в различных промежуточных положениях под заданным углом к центральной оси, то есть в положениях между положением, в котором они расположены перпендикулярно по отношению к центральной оси 12, и положением, в котором они расположены параллельно центральной оси 12, что обеспечивает измельчение измельчаемого материала в рабочей зоне 7 путем осуществления сложного размола, то есть одновременно путем расплющивания, преобладающего при ориентации рабочих органов 13.1, 13.2 ближе к положению, в котором они перпендикулярны центральной оси 12, и истирания/размола, преобладающего при ориентации рабочих органов 13.1, 13.2 ближе к положению, в котором они параллельны центральной оси 12. Вышеописанные варианты реализации рабочих органов могут быть использованы для обеспечения наиболее эффективного измельчения материалов различных видов.
Согласно приведенному выше описанию конструкции и принципов работы измельчителя материала по фиг. 1, этот измельчитель материалов образован из возбудителя колебаний, содержащего вышеописанные корпус 1, рабочие органы 13.1, 13.2, снабженные соответственно упругими кольцами 8.1 и упругими кольцами 8.2, электромагниты 9.1, 9.2, установленные в корпусе с обеспечением возможности колебания рабочих органов 13.1, 13.2, а также рабочую зону 7, образованную в корпусе 1 между рабочими органами 13.1, 13.2, при этом корпус 1 этого возбудителя колебаний снабжен впускным отверстием 2, выполненным с возможностью подачи через него измельчаемого материала 4 в рабочую зону 7, рабочие органы 13.1, 13.2 выполнены таким образом, что они обеспечивают возможность измельчения поданного материала в рабочей зоне 7 и отвода измельченного материала из этой рабочей зоны 7, а корпус 1 дополнительно снабжен выпускным отверстием 3, выполненным с возможностью выпуска через него измельченного материала, отведенного из рабочей зоны 7.
В одном из альтернативных вариантов реализации настоящего изобретения обрабатывающее устройство для обработки материала может быть реализовано в виде измельчителя материала, предназначенного для измельчения твердых и мягких материалов, в частности твердых и мягких материалов растительного или органического происхождения, таких как целлюлоза, а также для измельчения отходов производства, отходов строительства, отходов быта и/или т.п., в жидкой среде. Вариант реализации обрабатывающего устройства согласно настоящему изобретению, реализованного в виде измельчителя материала для измельчения материала в жидкой среде, показан на фиг. 5. В целом измельчитель материала по фиг. 5 имеет такую же конструкцию, что и вышеописанный измельчитель материала по фиг. 1. Для измельчения материала в жидкой среде в рабочую зону 7 измельчителя материала по фиг. 4 подают жидкую среду, например воду, через впускное отверстие 2, которая смешивается с измельчаемым материалом 4, подаваемым в эту рабочую зону 7. Жидкую среду подают в рабочую зону 7 с использованием одного или большего количества подающих патрубков, снабженных регулирующим вентилем для регулирования потока подаваемой жидкой среды. В процессе работы измельчителя материала по фиг. 5 колебание рабочих органов 13.1, 13.2 с «резонансной частотой» будет обеспечивать запрессовку жидкой среды в микротрещины измельчаемого материала 4, находящегося в рабочей зоне 7, при резком скачке давления, а также разрыв этого измельчаемого материала 4 изнутри при резком скачке разрежения. Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения жидкую среду могут подавать в рабочую зону 7 во время подачи в нее измельчаемого материала 4 через специальное отверстие для подачи жидкой среды, выполненное в корпусе 1 измельчителя материала по фиг. 5. В другом варианте реализации настоящего изобретения рабочая зона 7 корпуса 1 измельчителя материала по фиг. 5 может быть герметично изолирована от остальной части центральной полости 14 корпуса 1, в которой находятся воздействующие части 6.1, 6.2 и образованная между ними рабочая зона 7. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения впускное отверстие 2 корпуса 1 измельчителя материала по фиг. 5 может быть выполнено с возможностью его периодического герметичного закрытия и открытия соответственно для осуществления этапа измельчения измельчаемого материала 4 в рабочей зоне 7 в жидкой среде и для подачи в рабочую зону 7 нового объема измельчаемого материала 7 и/или жидкой среды для последующего осуществления нового этапа измельчения, а выпускное отверстие 3 также может быть выполнено с возможностью его периодического герметичного закрытия и открытия соответственно для осуществления этапа измельчения измельчаемого материала 4 в рабочей зоне 7 в жидкой среде и для вывода измельченного материала 5, смешанного с остаточным объемом жидкой среды (часть жидкой среды, которая не была запрессована в измельчаемый материал), из рабочей зоны 7 и, соответственно, из корпуса 1 измельчителя материала по фиг. 5.
Таким образом, согласно приведенному выше описанию конструкции и принципов работы измельчителя материала по фиг. 5, этот измельчитель материалов образован из возбудителя колебаний, содержащего вышеописанные корпус 1, рабочие органы 13.1, 13.2, снабженные соответственно упругими кольцами 8.1 и упругими кольцами 8.2, электромагниты 9.1, 9.2, установленные в корпусе с обеспечением возможности колебания рабочих органов 13.1, 13.2, а также рабочую зону 7, образованную в корпусе 1 между рабочими органами 13.1, 13.2, при этом корпус 1 этого возбудителя колебаний снабжен впускным отверстием 2, выполненным с возможностью подачи через него измельчаемого материала 4 и жидкой среды в рабочую зону 7, рабочие органы 13.1, 13.2 выполнены таким образом, что они обеспечивают возможность измельчения поданного измельчаемого материала в рабочей зоне 7 путем запрессовки в него поданной жидкой среды и отвода измельченного материала из этой рабочей зоны 7, а корпус 1 дополнительно снабжен выпускным отверстием 3, выполненным с возможностью вывода через него измельченного материала, отведенного из рабочей зоны 7.
Еще в одном альтернативном варианте реализации настоящего изобретения обрабатывающее устройство для обработки материала может быть реализовано в виде устройства для прокатки или ковки пластичного материала (показан на фиг. 7), в целом имеющего такую же конструкцию, что и вышеописанный измельчитель материала по фиг. 1 и предназначенный для прокатки или ковки пластичного материала от типоразмера впускного отверстия 2, через которое такие пластичные материалы могут быть поданы в рабочую зону 7 для их прокатки или ковки в результате вышеописанного процесса колебания рабочих органов 13.1, 13.2 с «резонансной частотой», до типоразмера выпускного отверстия 3, через которое обработанный путем ковки или прокатки материал, может быть выпущен из корпуса 1 такого устройства. Для подачи пластичного материала к впускному отверстию 2 могут быть использованы известные в уровне техники подающие механизмы 19, а для вывода обработанного путем ковки или прокатки материала через выпускное отверстие 3 могут быть использованы известные в уровне техники принимающие механизмы 20. Устройство для прокатки или ковки пластичного материала согласно данному альтернативному варианту реализации настоящего изобретения, показанное на фиг. 7, может быть использовано для изменения конфигурации или упрочнения поверхностей металлических листов, для изготовления фольги и т.п.
Таким образом, согласно приведенному выше описанию конструкции и принципов работы устройства для прокатки или ковки пластичного материала, это устройство образовано из возбудителя колебаний, содержащего вышеописанные корпус 1, рабочие органы 13.1, 13.2, снабженные соответственно упругими кольцами 8.1 и упругими кольцами 8.2, электромагниты 9.1, 9.2, установленные в корпусе с обеспечением возможности колебания рабочих органов 13.1, 13.2, а также рабочую зону 7, образованную в корпусе 1 между рабочими органами 13.1, 13.2, при этом корпус 1 этого возбудителя колебаний снабжен впускным отверстием 2, выполненным с возможностью подачи через него пластичного материала 4 в рабочую зону 7, рабочие органы 13.1, 13.2 выполнены таким образом, что они обеспечивают возможность прокатки или ковки поданного пластичного материала в рабочей зоне 7 и возможность отвода обработанного путем прокатки или ковки материала из этой рабочей зоны 7, а корпус 1 дополнительно снабжен выпускным отверстием 3, выполненным с возможностью вывода через него обработанного путем прокатки или ковки материала, отведенного из рабочей зоны 7.
Еще в одном альтернативном варианте реализации настоящего изобретения вышеописанный возбудитель колебаний может быть использован для создания на его основе перемешивающего устройства для перемешивания мягких или жидких материалов в жидкой среде или с другими мягкими или жидкими материалами. В целом перемешивающее устройство имеет такую же конструкцию, что и вышеописанный измельчитель материала по фиг. 1. Перемешивающее устройство согласно данному альтернативному варианту реализации настоящего изобретения может быть также использовано для перемешивания жидкости органического происхождения в воде, перемешивания с водой материалов, которые обычно не могут быть смешаны с водой, например для перемешивания продуктов нефтехимии и воды.
На фиг. 8 показан один из вариантов реализации перемешивающего устройства для перемешивания материалов, используемого для перемешивания одного жидкого материала, двух жидких материалов друг с другом или трех жидких материалов друг с другом. Для перемешивания трех жидких материалов друг с другом через впускное отверстие 2 в рабочую зону 7 перемешивающего устройства подают все три перемешиваемых материала, которые в дальнейшем смешиваются друг с другом в рабочей зоне 7 с образованием смеси материалов. Следует отметить, каждый из трех перемешиваемых материалов подают к впускному отверстию 2 с использованием соответственно одного из трех подающих патрубков 24, 25, 26, каждый из которых снабжен своим регулирующим впускным вентилем для регулирования количества соответствующего подаваемого жидкого материала, при этом подающие патрубки 24, 25, 26 соединены с удлиненной стенкой корпуса 1 перемешивающего устройства таким образом, что вокруг впускного отверстия 2 с внешней стороны удлиненной стенки корпуса 1 образована герметичная полость 23, в которую попадают все три перемешиваемых материала соответственно из подающих патрубков 24, 25, 26 для их предварительного смешивания друг с другом и из которой эти предварительно смешанные материалы попадают через впускное отверстие 2 в рабочую зону 7. В процессе работы перемешивающего устройства колебание рабочих органов 13.1, 13.2 с «резонансной частотой» будет обеспечивать дальнейшее перемешивание предварительно смешанных жидких материалов, поданных в рабочую зону 7, друг с другом при возникновении попеременных резких скачков давления и разрежения. Полученную таким образом смесь материалов выпускают из рабочей зоны 7 через выпускное отверстие 3 и далее отводят с использованием отводящего патрубка 27, снабженного выпускным вентилем 22, используемым для регулирования времени нахождения смешиваемых материалов в рабочей зоне 7 или скорости опорожнения рабочей зоны 7. В других вариантах реализации настоящего изобретения корпус 1 перемешивающего устройства по фиг. 8 может быть соединен с четырьмя или большим количеством подающих патрубков для обеспечения подачи через впускное отверстие 2 в рабочую зону 7 соответственно четырех или большего количества смешиваемых жидких материалов.
Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения по меньшей мере один из смешиваемых жидких материалов может быть подан в рабочую зону 7 во время подачи в нее по меньшей мере одного из остальных жидких материалов, после этого или перед этим.
В другом варианте реализации настоящего изобретения для перемешивания материалов в жидкой среде через впускное отверстие 2 в рабочую зону 7 перемешивающего устройства подают жидкую среду, которая смешивается с мягкими и/или жидкими материалами, подаваемыми в эту рабочую зону 7. Жидкую среду подают в рабочую зону 7 с использованием одного или большего количества внешних подающих патрубков, каждый из которых снабжен регулирующим вентилем для регулирования потока подаваемой жидкой среды, причем мягкие и/или жидкие материалы, смешиваемые с жидкой средой, также подают в рабочую зону 7 с использованием одного или большего количества внешних подающих патрубков, каждый из которых снабжен регулирующим вентилем для регулирования потока подаваемых мягких и/или жидких материалов. В процессе работы перемешивающего устройства колебание рабочих органов 13.1, 13.2 с «резонансной частотой» будет обеспечивать перемешивание мягких и/или жидких материалом с жидкой средой, находящихся в рабочей зоне 7, при резких скачках давления и разрежения. Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения жидкую среду могут подавать в рабочую зону 7 во время подачи в нее мягких и/или жидких материалов через специальное отверстие для подачи жидкой среды, выполненное в корпусе 1, и/или через впускное отверстие 2, после этого или перед этим.
Таким образом, согласно приведенному выше описанию конструкции и принципов работы перемешивающего устройства для перемешивания материалов, это перемешивающее устройство образовано из возбудителя колебаний, содержащего вышеописанные корпус 1, рабочие органы 13.1, 13.2, снабженные соответственно упругими кольцами 8.1 и упругими кольцами 8.2, электромагниты 9.1, 9.2, установленные в корпусе с обеспечением возможности колебания рабочих органов 13.1, 13.2, а также рабочую зону 7, образованную в корпусе 1 между рабочими органами 13.1, 13.2, при этом корпус 1 этого возбудителя колебаний снабжен впускным отверстием 2, выполненным с возможностью подачи через него перемешиваемых материалов 4 в рабочую зону 7, рабочие органы 13.1, 13.2 выполнены таким образом, что они обеспечивают возможность перемешивания перемешиваемого материала, поданного в рабочую зону 7, и возможность отвода перемешанного материала из этой рабочей зоны 7, а корпус 1 дополнительно снабжен выпускным отверстием 3, выполненным с возможностью вывода через него перемешанного материала, отведенного из рабочей зоны 7.
В другом варианте реализации настоящего изобретения центральная полость 14 корпуса 1 перемешивающего устройства, в которой находятся часть 6.1 рабочего органа 13.1 и часть 6.2 рабочего органа 13.2, используемые для осуществления процесса перемешивания материалов, и образованная между ними рабочая зона 7, может быть предварительно заполнена через впускное отверстие 2 или специальное отверстие в корпусе 1, предназначенное для подачи жидкой среды в центральную полость 14, предварительно определенным объемом жидкой среды, используемой для смешивания, например водой, таким образом, что в рабочей зоне 7 находится по меньшей мере часть этой жидкой среды, при этом выпускное отверстие 3 герметично закрыто. После подачи предварительно определенного объема мягких и/или жидких материалов, которые необходимо перемешать, через впускное отверстие 2 в рабочую зону 7 с находящейся в ней жидкой средой, впускное отверстие 2 закрывают с обеспечением полной герметизации центральной полости 14 с рабочей зоной 7, колебание рабочих органов 13.1, 13.2 перемешивающего устройства с «резонансной частотой» будет обеспечивать перемешивание поданных материалов в жидкой среде. После завершения процесса перемешивания полученная жидкая смесь может быть отведена из корпуса 1 такого перемешивающего устройства через открытое выпускное отверстие 3, которое в дальнейшем снова закрывается с обеспечением его герметизации для начала следующего цикла работы перемешивающего устройства. В другом варианте реализации настоящего изобретения рабочая зона 7 корпуса 1 перемешивающего устройства может быть герметично изолирована от остальной части центральной полости 14 корпуса 1, в которой находятся часть 6.1 рабочего органа 13.1 и часть 6.2 рабочего органа 13.2, используемые для перемешивания материалов, и образованная между ними рабочая зона 7, таким образом, что в рабочую зону 7 попадает по существу вся жидкая среда, подаваемая через впускное отверстие 2.
Еще в одном альтернативном варианте реализации настоящего изобретения вышеописанный возбудитель колебаний может быть использован для создания на его основе перекачивающего устройства для перекачивания текучей среды, в частности жидкой или газообразной среды, служащей в качестве перекачиваемого материала, например нефти или природного газа. В целом перекачивающее устройство имеет такую же конструкцию, что и вышеописанный измельчитель материала по фиг. 1. Рабочая зона 7 одного из вариантов реализации перекачивающего устройства согласно настоящему изобретению схематически показана на фиг. 6. Перекачивающее устройство согласно данному альтернативному варианту реализации настоящего изобретения может быть использовано для перекачки жидкой и/или газообразной среды, служащих в качестве перекачиваемых материалов, из одной части трубопровода в другую часть этого трубопровода или из одного трубопровода в другой трубопровод. В этом альтернативном варианте реализации впускное отверстие 2 корпуса 1 снабжено впускным шаровым клапаном 16 с упругой пластиной 18, выпускное отверстие 3 корпуса 1 снабжено выпускным шаровым клапаном 17 с упругой пластиной 18, а центральная полость 14 корпуса 1, в которой находятся воздействующие части 6.1, 6.2 и образованная между ними рабочая зона 7, выполнена герметичной. Во время работы такого перекачивающего устройства будет осуществляться вышеописанный процесс колебания рабочих органов 13.1, 13.2 с «резонансной частотой», в результате чего скачок разрежения в рабочей зоне 7 обеспечит открытие впускного шарового клапана 16 и, соответственно, впускного отверстия 2 (при этом при скачке разряжения выпускной шаровой клапан 17 и, соответственно, выпускное отверстие 3 остаются закрытыми), что приведет к всасыванию перекачиваемой текучей среды через этого впускное отверстие 2 с обеспечением ее подачи в рабочую зону 7. Скачок давления в рабочей зоне 7 обеспечит открытие выпускного шарового клапана 17 и, соответственно, выпускного отверстия 3 (при этом при скачке давления впускной шаровой клапан 16 и, соответственно, впускное отверстие 2 остаются закрытыми), что приведет к выталкиванию текучей среды из рабочей зоны 7 с обеспечением ее вывода из корпуса 1 такого перекачивающего устройства через выпускное отверстие 3. Таким образом, перекачивающее устройство согласно данному альтернативному варианту реализации настоящего изобретения может быть использовано для перекачивания газообразных и/или жидких продуктов, таких как газ или нефть, по трубопроводам. В другом варианте реализации настоящего изобретения рабочая зона 7 корпуса 1 перекачивающего устройства может быть герметично изолирована от остальной части центральной полости 14 корпуса 1, в которой находятся воздействующие части 6.1, 6.2 и образованная между ними рабочая зона 7.
Таким образом, согласно приведенному выше описанию конструкции и принципов работы перекачивающего устройства для перекачивания текучей среды, это перекачивающее устройство образовано из возбудителя колебаний, содержащего вышеописанные корпус 1, рабочие органы 13.1, 13.2, снабженные соответственно упругими кольцами 8.1 и упругими кольцами 8.2, электромагниты 9.1, 9.2, установленные в корпусе с обеспечением возможности колебания рабочих органов 13.1, 13.2, а также рабочую зону 7, образованную в корпусе 1 между рабочими органами 13.1, 13.2. В корпусе 1 этого возбудителя колебаний выполнено впускное отверстие 2, снабженное впускным шаровым клапаном 16, и выпускное отверстие 3, снабженное выпускным клапаном 17, при этом рабочие органы 13.1, 13.2 выполнены таким образом, что они обеспечивают возможность управления открытием и закрытием шаровых клапанов 16, 17 для подачи текучей среды в рабочую зону 7 через впускное отверстие 2 и выпуска текучей среды через выпускное отверстие 3.