ПЛАНЕТАРНАЯ ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ШАРОВАЯ МЕЛЬНИЦА

Полезная модель относится к устройствам для измельчения материалов, а именно к планетарным горизонтальным шаровым мельницам, и может быть использована в горнорудной, медицинской промышленности, в сельском хозяйстве и при производстве строительных материалов.
Известна планетарная шаровая мельница по авторскому свидетельству СССР на изобретение (SU 1142164, В02С 17/08, 28.02.1985). Она включает помольные камеры, расположенные по осям сателлитов, закрепленных на водиле, соединенном с приводным валом. В каждой камере размещен с возможностью вращения горизонтально установленный на оси сателлита полый цилиндр со свободно перемещаемым в нем размалывающим шаром. Мельница имеет дополнительный привод к сателлитам, а приводной вал выполнен в виде загрузочного патрубка, соединенного радиальными патрубками с камерами. Несмотря на то, что загрузка и разгрузка материала осуществляется автоматически, известная мельница имеет низкую эффективность процесса измельчения, которая зависит от частоты воздействия шара на материал и от вероятности их однократного взаимодействия.
Известна также горизонтальная шаровая мельница планетарного типа по патенту Великобритании на изобретение (GB 746716, В02С 17/08, 21.03.1956). Она имеет две модификации: циклического действия и непрерывного. Ее модификация циклического действия наиболее близка к заявляемому устройству и принята в качестве прототипа. Она включает две с мелющими шаровыми телами камеры измельчения в виде труб (барабанов), вращательно установленных на поворотной уравновешенной раме, имеет два привода, содержащих цепные передачи, обеспечивающие противоположное вращательное движение рамы и камер измельчения относительно рамы и соблюдение такого соотношения, что если R/r=2, 3, 4, 5, то N/n=1,9; 2,2; 2,4; 2,5;
где R - расстояние между осями рамы и барабана;
r - внутренний радиус барабанов;
N - скорость вращения рамы;
n - скорость вращения барабанов относительно рамы.
Недостатком этой известной мельницы является то, что в установившемся движении барабанов эффективность процесса измельчения снижается, и слои материала с шаровой загрузкой образуют единый поток, а планетарное движение преобразуется в обычный способ измельчения, осуществляемый в однобарабанных шаровых мельницах.
Задача полезной модели состояла в повышении эффективности измельчения материала за счет движения слоев загрузки по гипоциклоидным траекториям и взаимного перемещения слоев относительно друг друга, путем создания нестационарного, постоянно меняющегося во времени, поля скоростей мелющих шаровых тел и интенсификации взаимного перемещения друг относительно друга измельчаемого сыпучего материала и шаровых тел.
0
0
1
0
0
0
Для решения поставленной задачи с получением указанного технического результата планетарная горизонтальная шаровая мельница включает камеру измельчения с мелющими шаровыми телами, выполненную в виде барабана, имеющего загрузочно-разгрузочный люк с крышкой и горизонтальную геометрическую ось. Барабан кинематически связан с планетарным уравновешенным приводом. В предложенном решении планетарный уравновешенный привод выполнен из двух одинаковых симметрично расположенных относительно барабана планетарных зубчатых механизмов. Каждый из планетарных зубчатых механизмов содержит центральное кольцевое зубчатое колесо диаметром D делительной окружности, зафиксированное в корпусе и входящее во внутреннее зацепление с сателлитом диаметром d делительной окружности, зафиксированным на образующим вращательную пару с водилом валу, несущего опорное колесо, контактирующее со связанным с корпусом направляющим венцом, рабочая внутренняя цилиндрическая поверхность которого имеет диаметр D, равный диаметру D, барабан зафиксирован на валах сателлитов так, что его геометрическая ось имеет по общей точке на делительных окружностях центральных зубчатых колес каждого планетарного зубчатого механизма, причем отношение D/d=2, 3, 4, водила выполнены в виде спаренных дисков, соединенных через противовесы и образующих вращательные пары с корпусом и валом сателлита соответственно. Вал сателлита одного из планетарных механизмов соединен карданным валом с приводным валом, сопряженным с валом двигателя.
Планетарная горизонтальная шаровая мельница иллюстрируется чертежами, где:
на фиг. 1 изображено ее продольное вертикальное сечение;
на фиг. 2 - вид А на фиг. 1;
0
0
на фиг. 3, 4 и 5 - траектории движения проекции геометрической оси барабана (ее точек С) на вертикальную поперечную плоскость при соотношении D/d=2, 3, 4 соответственно;
1
0
0
0
1
1
на фиг. 6, 7 и 8 - траектории движения проекции С  на вертикальную поперечную плоскость внутренних точек C барабана, связанных с ним и расположенных внутри цилиндрического пространства диаметром d сателлита на прямой, параллельной геометрической оси барабана, при соотношении D/d=2, 3, 4 соответственно;
1
0
0
0
11
1
на фиг. 9, 10 и 11 - траектории движения проекции С  на вертикальную поперечную плоскость внутренних точек С барабана, связанных с ним и расположенных вне цилиндрического пространства диаметром d сателлита на прямой, параллельной геометрической оси барабана, при соотношении D/d=2, 3, 4 соответственно.
Полезная модель представляет собой планетарную горизонтальную шаровую мельницу циклического действия. Она включает (фиг. 1 и 2) камеру измельчения, выполненную в форме барабана 1 с мелющими шаровыми телами 2 и планетарный уравновешенный привод 3, размещенный на неподвижной раме 4. Барабан 1 кинематически, например: посредством фланцевого соединения, вала и крепежных деталей, связан с планетарным уравновешенным приводом 3 с возможностью съема.
Барабан 1 цилиндрической формы с горизонтальной геометрической осью 5 имеет загрузочно-разгрузочный люк 6, снабженный съемной сеткой 7 и крышкой 8 с винтами 9. Барабан, кроме цилиндрической формы, может иметь симметричную цилиндро-коническую форму, т.е. его конфигурация может представлять собой сопряжение центральной цилиндрической части с концевыми коническими частями (на чертеже не показано).
1
0
1
0
0
0
Планетарный уравновешенный привод 3 выполнен из двух одинаковых симметрично расположенных относительно барабана 1 планетарных зубчатых механизмов, основного приводного 10 и поддерживающего 10а и корпусов 11 и 11а, которые зафиксированы с помощью болтовых соединений 12 на общей неподвижной раме 4. Каждый из планетарных зубчатых механизмов 10 и 10а содержит с кольцевой внутренней поверхностью корпус 11 (11а), в котором зафиксированы: центральное кольцевое зубчатое колесо 13 (13а). Центральное кольцевое зубчатое колесо 13 (13а) входит во внутреннее зацепление с сателлитом 14 (14а). Сателлит 14 (14а) зафиксирован (например, с помощью шлицевого соединения) на связанном с парой водил 15 (15а) валу 16 (16а). На валу 16 (16а) установлено (например, с помощью шариковых подшипников) опорное колесо 17 (17а), контактирующее с направляющим венцом 18 (18а). Рабочая внутренняя цилиндрическая поверхность 19 (19а) направляющего венца 18 (18а) имеет диаметр D, равный диаметру D делительной окружности 20 (20а) центрального зубчатого колеса 13 (13а). Барабан 1 зафиксирован на валах 16 и 16а сателлитов 14 (14а) с помощью фланцевого соединения, из эксцентричного фланца 21 (21а), симметричного фланца 22 (22а) и винтов 23, так, что ее геометрическая ось 5 имеет по общей точке C на делительных окружностях 20 и 20а центральных зубчатых колес 13 и 13а планетарных механизмов 10 и 10а. Причем отношение диаметра D0 делительной окружности 20 (20а) центрального зубчатого колеса 13 (13а) к диаметру d делительной окружности 24 (24а) сателлита 14 (14а) составляет D/d=2, 3, 4. Пары водил 15 (15а) выполнены в виде дисков, образующих вращательные пары 25 (25а) и 26 (26а) с корпусом 11 (11а), например, непосредственно или через центрирующий элемент, и валом 16 (16а) сателлита 14 (14а) соответственно. Вал 16 сателлита 14 планетарного зубчатого основного приводного механизма 10 соединен карданным валом 27 с приводным валом 28, сопряженным с помощью муфты 29 с валом 30 двигателя 31. Приводной вал 28 соосный центральным зубчатым колесам 13 и 13а, т.е. они имеют общую геометрической ось О, которая является геометрической осью мельницы. Пары водил 15 и 15а каждого планетарного зубчатого механизма 10 и 10а соединены через противовесы 32 и 32а соответственно и зафиксированы винтами 33, т.е. водилы являются спаренными. Одно водило планетарного основного приводного зубчатого механизма 10 расположено со стороны двигателя 31, а другое, со стороны барабана 1, через вращательную пару 25 закрепленое на корпусе 11 винтами 34. Зубчатое колесо 13 (13а) и направляющий венец 18 (18а) зафиксированы в корпусе 11 (11а), например, посредством фиксирующих втулок или сварки. Приводной вал 28 размещен в конической торцевой крышке 35, которая образует вращательную пару 36 с приводным валом 28 и прижата винтами 37 к торцу корпуса 11 планетарного основного приводного зубчатого механизма 10 совместно с центрующим кольцевым элементом 38, образующую вращательную пару 26 с водилом 15. Аналогично выполнен и закреплен на корпусе 11а и центрирующий кольцевой элемент 38а посредством винтов 34 и 37.
Загрузка исходного и выгрузка измельченного материала 39 осуществляется через загрузочно-разгрузочный люк 6.
Коническая торцевая крышка 35 защищает зону перемещения карданного вала 27. Зона перемещения барабана 1 имеет съемное ограждение (на чертеже не показано).
Предлагаемая планетарная горизонтальная шаровая мельница работает следующим образом.
Перед началом работы барабан 1 наполняют шаровыми телами 2, предварительно установив планетарный уравновешенный привод 3 на неподвижную раму 4 с помощью болтовых соединений 12. Барабан 1 должен быть установлен так, чтобы его продольная геометрическая ось 5 и общая геометрическая ось мельницы О лежали в вертикальной продольной плоскости. Наклон плоскости, образованной геометрической осью 5 барабана 1 и геометрической осью О мельницы, к вертикали, определяет направление действия вынуждающей силы и траекторию движения барабана 1.
Через открытый загрузочно-разгрузочный люк 6 барабан 1 заполняется измельчаемым материалом 39, после чего устанавливается съемная сетка 7, крышка 8 и затягиваются винты 9.
1
0
Работа основного приводного зубчатого механизма 10 в корпусе 11 осуществляется при обкатке по центральному зубчатому колесу 13 сателлита 14, закрепленного на валу 16, который приводятся в движение посредством водила 15. Одновременно с сателлитом 14 на валу 16 начинает вращаться за счет сил трения и прижимающего усилия опорное колесо 17 по внутренней цилиндрической поверхности 19 направляющего венца 18, диаметр которого D равен диаметру D делительной окружности 20 центрального зубчатого колеса 13. Во время обкатки сателлита 14 и опорного колеса 17 их общий вал 16 движется, сохраняя параллельность, вокруг общей геометрической оси мельницы О, совершая при этом обратное вращение вокруг собственной оси. Эксцентриковый фланец 21, симметричный фланец 22 и барабан 1, образующие соединение посредством винтов 23 вместе с валом 16 находятся в обратном вращении вокруг оси вала 16. Уравновешенность планетарного основного приводного зубчатого механизма 10 обеспечивает противовес 32 водил 15, вращающихся во вращающихся парах 25.
1
0
При включении двигателя 31 вращение от его вала 30 через муфту 29, приводной вал 28, карданный вал 27 с вращательной парой 26, водило 15 и вал 16 передается сателлиту 14 и барабану 1, а через него вращение передается подвижным, симметрично расположенным элементам поддерживающего зубчатого механизма 10а, установленного на корпусе 11а, посредством фланцевого соединения (21а, 22а, 23). От барабана 1 приводятся в движение: вал 16а во вращательной паре 26а, сателлит 14а, который находится в зацеплении с центральным зубчатым колесом 13а, опорное колесо 17а, которое катится по внутренней цилиндрической поверхности 19а направляющего венца 18а, диаметр которого D равен диаметру D делительной окружности 20а, водила 15а вращающимися с противовесом 32а, зафиксированного винтами 33 между водилами 15а. Работа зубчатого механизма поддерживающего 10а аналогична работе планетарного основного приводного зубчатого механизма 10. Водила 15 (15а) посредством вращательных пар 25 (25а) движутся в круговом вращении относительно центрирующего кольцевого элемента 38 (38а), закрепленного винтами 34 и 37.
Зона движения коленчатого вала 27 защищена конической торцевой крышкой 35 с вращательной парой 36 на приводном валу 28.
1
0
1
2
1
2
4
1
2
3
4
0
0
1
0
1
2
1
1
1
1
2
3
4
0
0
1
0
1
2
1
2
3
1
2
3
4
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
Барабан 1 совершает планетарное движение, причем траектории движения проекции C (фиг. 2) геометрической оси 5 барабана 1, т.е. одной из ее точек С (фиг. 1), на вертикальную поперечную плоскость, представляют собой гипоциклоиду (фиг. 3, 4, 5): вырожденную в равный диаметру D отрезок СС, с тремя ветвями ССС или с четырьмя ветвями СССС кривые при соотношении D/d=2, 3, 4 соответственно. Траектории движения проекции C  на вертикальную поперечную плоскость внутренних точек, например точки С, барабана 1, связанных с ним и расположенных внутри цилиндрического пространства диаметром d делительной окружности 24 (24а), (фиг. 2, 3, …, 11) сателлита 14 на прямой е-е (фиг. 1), параллельной геометрической оси 5 барабана 1 представляют собой укороченную гипоциклоиду (фиг. 6, 7, 8): кривую с двумя ветвями C C , с тремя ветвями C C C  или с четырьмя ветвями C C C C  кривые при соотношении D/d=2, 3, 4 соответственно. Траектории движения проекции C  на вертикальную поперечную плоскость внутренних точек С барабана 1, связанных с ним и расположенных вне цилиндрического пространства диаметром d сателлита 14 на прямой , параллельной геометрической оси 5 барабана 1, представляют собой удлиненную гипоциклоиду (фиг. 9, 10, 11): кривую с двумя ветвями C C , петлеобразную с тремя ветвями C C C  или петлеобразную с четырьмя ветвями C C C C  кривые при соотношении D/d=2, 3, 4 соответственно.
Так как время оборота барабана 1 является величиной постоянной, а путь (траектория) движение внешних, центральных и внутренних слоев материала различный, то и относительная скорость слоев разная, что вызывает дополнительное интенсивное движение слоев измельчаемого материала с мелющими шаровыми телами друг относительно друга. Все это в совокупности повышает эффективность измельчения материала.
Для завершения процесса измельчения выключают двигатель 31 и производят разгрузку измельченного материала через люк 6.
Предлагаемое техническое решение расширяет номенклатуру планетарных горизонтальных шаровых мельниц особенно для измельчения материалов при проведении лабораторных исследований.