ПОМОЛЬНО-СМЕСИТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКОЙ
MIXING GRINDER WITH AUTOMATIC BALANCING

Изобретение относится к устройствам для измельчения различных материалов и может быть использовано в строительной, химической и других отраслях промышленности.
Известна центробежная мельница по патенту РФ №2183991, В02С 17/08, авторов Денисова М.Г., Березняка В.М., Носикова Г.М., Ляхова Н.Э., опубликованного 27.06.2002. Центробежная мельница содержит платформу, трубные помольные камеры с загрузочными и разгрузочными горловинами, жестко закрепленные на водилах, свободно соединенных с эксцентриковым шейками приводного вала. Водила мельницы выполнены в виде одноуровневых площадок для крепления трубных помольных камер.
Недостатком мельницы является недостаточная эффективность измельчения, сложность монтажа, а так же отсутствие возможности балансировки мельницы в процессе ее работы.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является помольно-смесительный агрегат по патенту РФ №2277973, В02С 17/08, авторов Гридчина A.M., Лесовика B.C., Севостьянова B.C., Уральского В.И., Синицы Е.В..
Помольно-смесительный агрегат содержит станину с вертикальными направляющими, на которых подвижно установлены ползуны, связанные с плоской рамой. На раме размещены три помольные камеры и рама связана с эксцентриковым валом. Эксцентриковый вал установлен в опорных стойках и с двух сторон снабжен противовесами. Противовесы выполнены с возможностью ручного перемещения и установки в нужное положение.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность конструктивных признаков прототипа: помольно-смесительный агрегат включающий станину, закрепленные на ней вертикальные колонки с ползунами, прямоугольную раму, несущую три помольные камеры и соединенную шарнирно с ползунами и эксцентриковым валом, установленным с возможностью вращения в опорных стойках и снабженным с двух сторон противовесами.
Недостатками прототипа является повышенное потребление электроэнергии при работе агрегата, невысокие значения коэффициента использования агрегата а, следовательно, ограничение повышения производительности агрегата.
Указанные недостатки связаны с тем, что для обеспечения динамической устойчивости помольно-смесительного агрегата в процессе помола необходимо останавливать агрегат, вручную перемещать противовесы, закреплять их и затем возобновлять процесс помола, что занимает много времени, снижает значение коэффициента использования и производства агрегата и вызывает повышенное потребление электроэнергии помольно-смесительного агрегата, которое связано с большими пусковыми токами электродвигателя.
Сущность изобретения заключается в том, что помольно-смесительный агрегат включает станину, закрепленные на ней вертикальные колонки с ползунами, прямоугольную раму, несущую три помольные камеры и соединенную шарнирно с ползунами и эксцентриковым валом, установленным с возможностью вращения в опорных стойках и снабженным с двух сторон противовесами. Агрегат снабжен дополнительным полым валом, установленным в дополнительных внутренних опорах и кинематически связанным через промежуточную шестерню с эксцентриковым валом. Причем дополнительный полый вал снабжен осесимметрично расположенным водилом с двумя направляющими с ограничителями хода и несущими дополнительный противовес, имеющий центральное отверстие со встроенной в него гайкой, взаимодействующей с ходовым винтом. Последний жестко связан с сателлитом конического дифференциального механизма, помещенного в водило, а левая и правая шестерни дифференциального механизма соединены с полуосями, размещенными внутри дополнительного полого вала соосно с ним. Полуоси связанны противоположными концами с тормозными электромагнитными муфтами, каждая из которых жестко закреплена на внешних опорах помольно-смесительного агрегата. Причем агрегат имеет систему автоматического управления, которая состоит из программируемого контроллера, связанного своим входом через модуль ввода с выходом датчика вибрации, установленного на одной из внутренних опор, и выходами через модуль вывода с релейными входами двух тормозных электромагнитных муфт.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание помольно-смесительного агрегата с высокой производительностью и низкой энергоемкостью, за счет технического эффекта выражающегося в обеспечении автоматической балансировки агрегата путем перемещения дополнительного противовеса в ходе технологического процесса помола, а также использовании крутящего момента эксцентрикового вала для обеспечения вращения дополнительного полого вала.
Поставленная задача решается за счет снабжения помольно-смесительного агрегата дополнительным полым валом, установленным во внутренних опорах помольно-смесительного агрегата и кинематически связанным через промежуточную шестерню с эксцентриковым валом. Причем дополнительный полый вал снабжен осесимметрично расположенным водилом с двумя направляющими и ограничителями хода, несущими дополнительный противовес, имеющий центральное отверстие со встроенной в него гайкой, взаимодействующей с ходовым винтом. Винт связан с сателлитом дифференциального механизма, помещенного в водило, а левая и правая шестерни дифференциального механизма соединены с полуосями, размещенными внутри дополнительного полого вала соосно с ним, связанными противоположными концами с тормозными электромагнитными муфтами. Каждая из муфт жестко закреплена на внешних опорах помольно-смесительного агрегата. При этом агрегат имеет систему автоматического управления, которая состоит из программируемого контроллера, связанного своим входом через модуль ввода с выходом датчика вибрации, установленного на одной из внутренних опор, и выходами через модуль вывода с релейными входами двух тормозных электромагнитных муфт.
В процессе измельчения помольно-смесительным агрегатом материалов с различными физико-механическими свойствами появляется необходимость изменения режимов его работы, а именно коэффициента загрузки помольных камер мелющими телами (шариками) и частоты вращения эксцентрикового вала. Кроме того, при измельчении материалов происходит неравномерный износ мелющих тел (шариков), находящихся в различных камерах. Все это приводит к снижению динамической устойчивости помольно-смесительного агрегата, появлению дополнительной вибрации и влечет за собой повышение энергозатрат и снижение эксплуатационной надежности помольно-смесительного агрегата.
Возможность автоматической балансировки агрегата обеспечивается наличием в его конструкции эксцентрикового вала, кинематически связанного с дополнительным полым валом, содержащим полуоси связанные с дифференциальным механизмом, обеспечивающим перемещение дополнительного противовеса, и тормозными электромагнитными муфтами, управляемыми программируемым контроллером.
Снабжение помольно-смесительного агрегата дополнительным полым валом дает возможность автоматического перемещения дополнительного противовеса для обеспечения динамической устойчивости агрегата без его остановки. Применение дополнительного полого вала, снабженного водилом с размещенным в нем дифференциальным механизмом с полуосями, обеспечивает управление поступательным движением дополнительного противовеса за счет включения соответствующей тормозной электромагнитной муфты, что в совокупности позволяет значительно повысить производительность.
Управление тормозными электромагнитными муфтами осуществляется программируемым контроллером, входящим в систему управления. Он обеспечивает своевременную реакцию на изменение вибрации помольно-смесительного агрегата (например, из-за изменения дисбаланса системы) и подачу электропитания на соответствующую тормозную электромагнитную муфту посредством модуля вывода и блока питания, что обеспечивает непрерывный режим работы агрегата и ведет к снижению энергоемкости. Кроме того, наличие кинематической связи между эксцентриковым валом и дополнительным полым валом обеспечивает вращение последнего без потребления дополнительной электроэнергии, а только за счет имеющегося крутящего момента эксцентрикового вала.
Предлагаемая конструкция помольно-смесительного агрегата поясняется графическим материалом.
На фиг.1 представлен помольно-смесительный агрегат, общий вид; на фиг.2 - помольно-смесительный агрегат, вид сбоку (вид А с фиг.1); на фиг.3 - фрагмент помольно-смесительного агрегата с дифференциальным механизмом для перемещения дополнительного противовеса и системой управления.
Помольно-смесительный агрегат содержит станину 1 с жестко закрепленными на ней вертикальными колонками 2. На вертикальных колонках 2 через ползуны 3 установлена подвижная прямоугольная плоская рама 4, на которой смонтированы три помольные камеры 5. Помольные камеры 5 связаны между собой соединительными патрубками 6, а загрузка и выгрузка материала производится соответственно через загрузочный 7 и разгрузочный 8 патрубки.
В конструкцию помольно-смесительного агрегата входит эксцентриковый вал 9, размещенный во внутренних опорах 10, с возможностью вращения, и шарнирно соединенный с прямоугольной рамой 4. На эксцентриковом валу 9 с двух сторон установлены противовесы 11. Помольно-смесительный агрегат включает дополнительный полый вал 12, установленный в дополнительных внутренних опорах 13 помольно-смесительного агрегата. При этом, дополнительный полый вал 12 и эксцентриковый вал 9 связаны посредством шестерен: 14, закрепленной на эксцентриковом валу, промежуточной шестерни 15, и шестерни 16, установленной на дополнительном валу 12. Дополнительный полый вал 12 снабжен водилом 17 с двумя направляющими 18 (например, цилиндрическими), жестко закрепленными на корпусе водила 17 и связанными между собой поперечной штангой 19.
На направляющих 18 подвижно установлен дополнительный противовес 20, имеющий центральное отверстие, в которое встроена гайка 21 передачи «винт-гайка», контактирующая с ходовым винтом 22 (фиг.3). Ходовой винт 22, проходящий через отверстие водила 17, жестко связан с сателлитом 23 дифференциального механизма, расположенного внутри водила 17, и имеет опору на поперечной штанге 19. Таким образом, обеспечивается возможность перемещения дополнительного противовеса 20 по направляющим 18. Для ограничения длины перемещения дополнительного противовеса 20 служат два силиконовых ограничителя хода 24, расположенные на одной из направляющих 18. Внутри дополнительного вала 12 установлены соосно с ним две полуоси 25. Концы полуосей 25 установлены в левой 26 и правой 27 шестернях дифференциального механизма, а противоположные концы выведены из дополнительного полого вала 12 и соединены с тормозными электромагнитными муфтами 28, каждая из которых закреплена на внешних опорах 29 помольно-смесительного агрегата.
Для осуществления автоматической балансировки в помольно-смесительный агрегат включен программируемый контроллер 30, связанный с одной из внутренних опор 10 посредством датчика вибрации 31 (ДВ).
Датчик вибрации 31 соединен через модуль ввода с контроллером 30 для передачи ему сигнала, пропорционального уровню вибраций, возникающих при работе помольно-смесительного агрегата.
Через модуль вывода контроллер 30 соединен с релейными входами двух тормозных электромагнитных муфт 28 (ТЭМ). Для энергоснабжения всех потребителей тока (ДВ, ТЭМ, программируемого контроллера 30) служит блок питания 32 (БП).
Помольно-смесительный агрегат работает следующим образом. Перед началом процесса измельчения материала противовесы 11 устанавливаются в определенное положение для уравновешивания незагруженного помольно-смесительного агрегата. Далее через загрузочный патрубок 7 засыпается исходный измельчаемый материал, включается привод вращения (на чертежах не показан) эксцентрикового вала 9, установленного во внутренних опорах 10, закрепленных на станине 1 помольно-смесительного агрегата. За счет конструкции эксцентрикового вала 9, его шарнирной связи с рамой 4 и связи рамы 4 с подвижными ползунами 3, размещенными на вертикальных колонках 2, она совместно с закрепленными на ней помольными камерами 5 совершает сложное пространственное движение. В помольных камерах 5 находятся мелющие тела, (например, шарики), которые осуществляют процесс измельчения материала. Из верхней помольной камеры 5 материал по соединительным патрубкам 6 перемещается в среднюю, а затем в нижнюю помольную камеры и через разгрузочный патрубок 8 удаляется из помольно-смесительного агрегата.
В процессе работы помольно-смесительного агрегата происходит неравномерный износ мелющих тел и в зависимости от конкретного технологического процесса происходит изменение загрузки камер, что приводит к повышению дисбаланса и вызывает дополнительные вибрации, вследствие изменения положения центра масс, что отрицательно сказывается на работе агрегата и, в конечном счете, на качестве обработанного материала. Для уменьшения влияния дисбаланса в помольно-смесительный агрегат введен дополнительный полый вал 12, установленный в дополнительных внутренних опорах 13 помольно-смесительного агрегата. Крутящий момент от эксцентрикового вала 9 через шестерню 14, промежуточную шестерню 15 и шестерню 16 передается на дополнительный полый вал 12. За счет жесткой связи дополнительного полого вала 12 с водилом 17, оно также приводится во вращение. Вместе с тем получают вращение вокруг оси дополнительного полого вала 12 полуоси 25, жестко связанные с левой 26 и правой 27 шестернями дифференциального механизма, установленного внутри водила 17.
Уменьшение дисбаланса в процессе работы помольно-смесительного агрегата осуществляется за счет перемещения дополнительного противовеса следующим образом.
На одной из внутренних опор 10 закреплен датчик 31 вибрации, с которого снимается сигнал, пропорциональный уровню вибрации. Этот сигнал передается на программируемый контроллер 30. Полученные данные обрабатываются контроллером 30, где в соответствии с поисковым алгоритмом формируется управляющее воздействие, направленное на уменьшение уровня вибрации, подаваемое на релейный вход одной из тормозных электромагнитных муфт 24 с помощью модуля вывода контроллера 30. В соответствии с управляющим воздействием контроллера 30 срабатывает одна из электромагнитных муфт 28. Вследствие срабатывания одной из тормозных электромагнитных муфт 28 изменяется частота вращения одной из полуосей 25, которая своим вторым концом соединена с левой 26 или правой 27 шестерней дифференциального механизма, что приводит в движение сателлит 23 дифференциального механизма, который жестко связан с ходовым винтом 22, и влечет за собой поступательное движение дополнительного противовеса 20 по направляющим 18. При срабатывании другой тормозной электромагнитной муфты 28 дополнительный противовес 20 перемещается в противоположном направлении. Тем самым достигается наименьший уровень вибрации помольно-смесительного агрегата в ходе технологического процесса измельчения, что в конечном итоге приводит к повышению производительности и снижению энергозатрат.