Способ измельчения хрупких кусков породы и гироистирающая дробилка для его осуществления (варианты)
METHOD FOR CRUSHING FRAGILE PIECES OF ROCK AND GYROABRASION CRUSHER FOR ITS IMPLEMENTATION (OPTIONS)

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к дроблению хрупких кусков породы взаимными круговыми растирающими движениями.
Известен способ измельчения хрупких материалов, включающий подачу материала в рабочую полость, воздействие на него мелющих тел и разгрузку измельченного материала. Измельчение осуществляют непосредственным воздействием на куски измельчаемого материала одновременно раскалывающих, срезающих, раздавливающих и растирающих усилий, создаваемых между подвижной и неподвижной поверхностями, при этом рабочая полость, образованная ими, убывает по ходу движения материала до размера заданной крупности измельченных частиц, а разгрузку осуществляют через одну или несколько разгрузочных щелей радиально. Заданную крупность частиц регулируют и определяют по формуле. Устройство измельчения хрупких материалов состоит из корпуса с загрузочным патрубком, ротора, на поверхности которого выполнены канавки, дозатора-ограничителя, вертикально регулируемого зазора до поверхности ротора величиной в зависимости от конечного размера измельченных частиц. Дозатор-ограничитель снабжен радиальными разгрузочными щелями. На внутренней поверхности корпуса выполнены канавки. Между подвижной поверхностью ротора и неподвижным корпусом образована убывающая по ходу движения материала рабочая полость. Разгрузочные щели имеют расчетную ширину в зависимости от конечного размера частиц, радиуса и числа оборотов η ротора. (Патент RU №2148434 С1. Способ измельчения хрупких материалов. - МПК: В02С 13/10. - Опубл. 10.05.2000).
Известна мельница барабанная, содержащая горизонтальный барабан, установленный с возможностью вращения, на котором с наружной стороны, по крайней мере, на его части установлены ободья и ребра для выравнивания температуры в барабане по отношению к температуре окружающей среды в зависимости от характеристик размалываемого материал. Над ободьями и/или ребрами может быть установлена обечайка. Ободья и/или ребра могут быть установлены под углом к оси вращения мельницы. (Патент RU №2203136 С2. Мельница барабанная. - МПК: В02С 17/00. - Опубл. 27.04.2003).
Известна роторная дробилка, содержащая корпус на опорном элементе с амортизирующими прокладками и загрузочный бункер. В полости корпуса размещены приводной ротор, загрузочная, дробильная и разгрузочная камеры. Дробильная камера и ротор снабжены рифлеными поверхностями. Корпус включает несущую из стали и ограждающую из пластика или ткани части. Ограждающая часть выполнена с возможностью изоляции от окружающей среды. Несущей частью корпуса являются его торцы. Торцы выполнены из двух соосно размещенных параллельных плоских дисков с осевыми отверстиями. Диски жестко соединены снаружи с кольцевыми ободами. Ротор размещен между дисками. Ось ротора закреплена в отверстиях плоских дисках с возможностью вращения. Ободы закреплены на опорном элементе и симметрично соединены между собой продольными элементами с рифлеными поверхностями вовнутрь. Ободы взаимодействуют с рифленой поверхностью ротора при дроблении. Положение ободов ограниченно регулируется на поверхности кольцевого обода и в радиальном направлении. Полость дробилки выполнена с возможностью удаления пылевидных фракций путем отсасывания. (Патент RU №2552958 С1. Роторная дробилка. - МПК: В02С 4/10, В02С 4/28. - Опубл. 10.06.2015).
Известна зерновая дробилка, содержащая раму, электродвигатель, камеру измельчения с загрузочным и выгрузным окнами. Камера измельчения выполнена в виде корпуса из цилиндрического горизонтально расположенного барабана и двух стенок. Ротор с лопастями расположен в камере измельчения. Лопасти ротора расположены под углом относительно своей оси с ориентацией их поверхностей по направлению вращения ротора. Длина цилиндрического барабана кратна ширине лопастей. Противоположная загрузочному окну стенка камеры измельчения выполнена в виде съемной плиты с рифленой поверхностью. Выгрузное окно снабжено сменным сепарирующим решетом (11). (Патент RU №2558248 С1. Зерновая дробилка. - МПК: В02С 9/02. - Опубл. 27.07.2015).
Недостатком известных дробилок является низкая эффективность их использования из-за сложности конструкции.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции и повышение эффективности использования дробилок.
Техническим результатом является повышение эффективности использования дробилок за счет упрощение конструкции и снижения затрат на обслуживание и ремонт.
Указанный технический результат достигается тем, что, в известном способе измельчения хрупких кусков породы, заключающемся в подаче кусков в зону измельчения, дроблении непосредственным воздействием на них раздавливающих и истирающих усилий подвижной и неподвижной рабочих поверхностей, усиливающихся по мере убывания высоты зоны измельчения по ходу движения измельчаемых кусков до заданного размера фракции, с выходом их через просеивающую решетку, согласно предложенному техническому решению, измельчение кусков породы ведут перекатыванием измельчаемых кусков по неподвижной рабочей поверхности фрикционным воздействием на них подвижной упругой рифленой рабочей поверхностью с дополнительным истиранием смежных поверхностей посредством трения трущихся между собой перекатываемых измельчаемых кусков до заданной крупности, причем раздавливающие и истирающие усилия подвижной и неподвижной рабочих поверхностей задают эксцентричностью вращения рабочей поверхности относительно решетки неподвижной рабочей поверхности и ее упругостью, увеличивающими по мере убывания высоты зоны измельчения по ходу перемещения измельчаемых кусков до заданной крупности измельченной фракции, при этом выход крупной фракции осуществляют выталкиванием через боковое окно в неподвижной рабочей поверхности на выходе из зоны измельчения, а пылевидную фракцию, образующуюся при измельчении - сквозь решетки неподвижной рабочей поверхности в зоне измельчения под воздействием центробежных потоков воздуха, создаваемых вращением подвижной рабочей поверхности.
Указанный технический результат достигается тем, что, в известной гироистирающей дробилке, по первому варианту исполнения, содержащей закрепленные на раме электродвигатель и корпус, состоящий из цилиндрической горизонтально расположенной обечайки с неподвижной рабочей поверхностью и колосниковой решеткой, и двух торцовых стенок, причем одна выполнена с загрузочным окном, а другая - с выгрузным, барабан, размещенный в корпусе с горизонтальной осью вращения вала с диском, параллельной оси обечайки, на котором с наружной стороны установлен обод с рифленой подвижной рабочей поверхностью, образующими зону измельчения с убыванием высоты по ходу движения измельчаемых кусков до заданной крупности, причем стенка корпуса, противоположная загрузочному окну, выполнена съемной, загрузочную и разгрузочную камеры, согласно предложенному техническому решению,
барабан расположен в корпусе эксцентрично обечайке с образованием зоны измельчения и убыванием ее высоты по ходу движения измельчаемых кусков до заданной крупности и полости для подачи кусков породы в зону измельчения, диаметрально противоположной зоне измельчения, при этом на ободе барабана закреплена шина из эластичного материала с рифленым протектором на рабочей поверхности с возможностью фрикционной передачи измельчаемым кускам вращательного движения под воздействием раскалывающих и истирающих усилий упругой деформации, вызываемой вдавливанием в упругую шину измельчаемых кусков в зоне измельчения при эксцентричном вращении барабана;
шина обода барабана изготовлена из прорезиновой эластичной ткани или других синтетических материалов с возможностью упругой деформации;
вал барабана соединен с приводным валом электродвигателя упругой муфтой с разрушающим элементом;
обод барабана соединен с шипом приводного вала посредством диска и ступицы.
Указанный технический результат достигается тем, что, в известной гироистирающей дробилке, по второму варианту исполнения, содержащей закрепленные на раме электродвигатель и корпус, состоящий из цилиндрической горизонтально расположенной обечайки и двух торцовых стенок, причем одна выполнена с загрузочным окном, а другая - с выгрузным, горизонтально установленный лопастной ротор с шириной лопастей, соответствующей длине обечайки, с ориентацией рабочих поверхностей по направлению вращения лопастей, причем стенка корпуса, противоположная загрузочному окну, выполнена съемной, и сепарирующее решето, согласно предложенному техническому решению,
лопастной ротор установлен в корпусе эксцентрично цилиндрической обечайки, а лопасти ротора выполнены гибкими с рифлеными рабочими поверхностями, вызывающие при вращении ротора изгибание лопастей в зоне измельчения, и касание концов прямых лопастей внутренней части обечайки, противоположной зоне измельчения, за счет эксцентричности, обеспечивающие изогнутыми концами упругих лопастей фрикционную передачу кругового движения перекатываемым измельчаемым кускам воздействием раскалывающих и истирающих усилий, при этом обечайка в зоне измельчения выполнена с колосниковой решеткой, сепарирующей измельчаемые куски на фракции;
лопасти изготовлены из прорезиновой ткани или других синтетических материалов, или из звеньев цепей, закрепленных концами на плоских стержнях, установленных в роторе с наклоном по ходу вращения лопастного ротора;
вал ротора соединен с приводным валом электродвигателя упругой муфтой с разрушающим элементом.
Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленных способа размельчения хрупких кусков породы и вариантов гироистирающей дробилки для его осуществления, отсутствуют. Следовательно, заявляемые технические решения соответствует условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что оно не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразования на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Заявленные технические решения испытаны и могут быть реализованы в промышленности. Следовательно, заявляемые способ размельчения хрупких кусков породы и варианты гироистирающей дробилки для его осуществления соответствуют условию патентоспособности «промышленная применимость».
На фиг. 1 представлена схема гироистирающей дробилки с барабаном; на фиг. 2 - то же, вид сбоку со снятой передней боковой стенкой на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, с лопастным ротором; на фиг. 4 - то же, вид сбоку со снятой передней боковой стенкой на фиг. 3.
Сущность способа измельчения хрупких кусков породы заключается в подаче кусков породы в зону измельчения, дроблении и истирании их поверхностей непосредственным воздействием на них раздавливающих и истирающих усилий подвижной и неподвижной рабочих поверхностей по ходу перекатывания измельчаемых кусков в зоне измельчения до заданной крупности фракции, с выходом пылевидной фракции через просеивающую решетку в неподвижной рабочей поверхности. Измельчение кусков породы ведут перекатыванием измельчаемых кусков по неподвижной рабочей поверхности фрикционным воздействием на них подвижной упругой рифленой рабочей поверхностью с дополнительным истиранием смежных поверхностей посредством трения трущихся между собой перекатываемых измельчаемых кусков до заданной крупности. Раздавливающие и истирающие усилия подвижной и неподвижной рабочих поверхностей задают эксцентричностью вращения рабочей поверхности относительно решетки неподвижной рабочей поверхности и ее упругостью, увеличивающими по мере убывания высоты зоны измельчения по ходу перемещения измельчаемых кусков до заданной крупности измельченной фракции на величину эксцентриситета. Выход крупной фракции осуществляют выбросом через боковое окно в неподвижной рабочей поверхности на выходе из зоны измельчения, а пылевидную фракцию, образующуюся при измельчении, - сквозь решетки неподвижной рабочей поверхности в зоне измельчения под воздействием центробежных потоков воздуха, создаваемых вращением подвижной рабочей поверхности.
Конструкция гироистирающей дробилки для осуществления данного способа, по первому варианту, содержит раму 1, на которой закреплены электродвигатель 2 и корпус 3, состоящий из цилиндрической горизонтально расположенной обечайки 4 с колосниковой решеткой 5, задней торцовой стенки 6 с загрузочным окном 7 и передней съемной торцовой стенки 8 с выгрузным окном 9, размещенный в полости корпуса 3 барабан 10 с горизонтальной осью вращения приводным валом 11 от электродвигателя 2. параллельной оси обечайки 4. пропущенным через отверстие с манжетой в задней торцовой стенке 6, загрузочный бункер 12 с шибером 13, разгрузочный патрубок 14 для крупной фракции измельченных кусков породы и воронку 15 отвода пылевидной фракции. (Фиг. 1). Барабан 10 состоит из диска 16. закрепленным на ступице 17, зафиксированной шпонкой 18 на шипе приводного вала 11. На диске 16 закреплен обод 19 с шиной 20 из эластичного материала с рифленым протектором на рабочей поверхности, образующей с обечайкой 4 и колосниковой решеткой 5 зону измельчения 21 с убыванием высоты по ходу движения измельчаемых кусков 22 до заданной крупности измельчения. Барабан 10 расположен в корпусе 3 эксцентрично обечайке 4 на величину эксцентричности ε с образованием зоны измельчения 21 с убыванием ее высоты по ходу движения измельчаемых кусков 22 до заданной крупности фракции и полости 23 для подачи кусков породы для измельчения, диаметрально противоположной зоне измельчения 21, с возможностью фрикционной передачи перекатываемым измельчаемым кускам 22 вращательного движения под воздействием раскалывающих и истирающих усилий упругой деформации эластичной шины 20, вызываемой вдавливанием в нее измельчаемых кусков при эксцентричном вращении барабана 10. (Фиг. 2). Шина 20 изготовлена из прорезиновой эластичной ткани или других синтетических материалов с возможностью упругой деформации. Приводной вал 11 барабана 10 установлен в подшипниковом узле 24, закрепленном на задней торцовой стенке 6, и соединен с валом электродвигателя 2 упругой муфтой 25 с разрушающим элементом, закрытой кожухом 26.
Конструкция гироистирающей дробилки для осуществления данного способа, по второму варианту, содержит раму 1, на которой закреплены электродвигатель 2 и корпус 3, состоящий из цилиндрической горизонтально расположенной обечайки 4 с колосниковой решеткой 5, задней торцовой стенки 6 с загрузочным окном 7 и передней съемной торцовой стенки 8 с выгрузным окном 9, размещенный в полости корпуса 3 горизонтально расположенный лопастной ротор 27 с шириной лопастей 28, соответствующей длине обечайки 4, с ориентацией рабочих поверхностей по направлению вращения лопастного ротора 27 с горизонтальной осью вращения приводным валом 11 от электродвигателя 2, параллельной оси обечайки 4, пропущенным через отверстие с манжетой в задней торцовой стенке 6, загрузочный бункер 12 с шибером 13, разгрузочный патрубок 14 для крупной фракции измельченных кусков породы и воронку 15 отвода пылевидной фракции. (Фиг. 3). Лопастной ротор расположен в корпусе 3 эксцентрично цилиндрической обечайке 4 на величину ε с образованием зоны измельчения 21. Лопасти 28 выполнены гибкими с рифлеными рабочими поверхностями, вызывающие при вращении ротора 27 изгибание лопастей 28 в зоне измельчения 21, и касание концов прямых лопастей 28 внутренней части обечайки 4, противоположной зоне измельчения 21, за счет эксцентричности ε, обеспечивающие изогнутыми упругими концами гибких лопастей 28 фрикционную передачу кругового движения перекатываемым измельчаемым кускам 22 в зоне их измельчения 21 с воздействием раскалывающих и истирающих усилий сжатия изогнутыми концами гибких лопастей 28 при вращении лопастного ротора 27. (Фиг. 4). Лопасти 28 изготовлены из прорезиновой ткани или других синтетических материалов, или из звеньев цепей, и закреплены концами на плоских стержнях 29, установленных в ступице 17 ротора 27 с наклоном по ходу вращения, зафиксированной шпонкой 18 на выступе приводного вала 11. Приводной вал 11 лопастного ротора 27 установлен в подшипниковом узле 24, закрепленном на задней торцовой стенке 6, и соединен с валом электродвигателя 2 упругой муфтой 25 с разрушающим элементом, закрытой кожухом 26.
Способ измельчения хрупких кусков породы осуществляют на примере работы гироистирающих дробилок.
Гироистирающая дробилка, в первом варианте исполнения, работает следующим образом.
Включают в работу электродвигатель 2, который через упругую муфту 25 с разрушающим элементом, закрытую кожухом 26, и приводной вал 11, установленный в подшипниковом узле 24, сообщает вращение барабану 10, смещенному относительно полости корпуса 2 в направлении зоны измельчения 21 на величину эксцентриситета ε. После включения электродвигателя 2 в сеть электропитания на загрузочном бункере 12 открывают шибер 13 и загружают в бункер 12 хрупкие куски породы, которые поступают через дозировочное окно 7 в задней торцовой стенке 6 в полость 23 для последующей подачи кусков породы в зону измельчения 21, где попадают под непосредственное воздействие раздавливающих и истирающих усилий вращающейся рабочей поверхности барабана 10 с закрепленным на диске 16 ободом 19 с закрепленной на нем шиной 20 из эластичного материала с рифленым протектором на рабочей поверхности, и измельчаясь путем фрикционного перекатывания измельчаемых кусков по неподвижной рабочей поверхности обечайки 4 с колосниковой решеткой 5 с дополнительным истиранием смежных поверхностей посредством трения трущихся между собой перекатываемых измельчаемых кусков до заданной крупности измельчения, и движутся по внутренней рифленой поверхности обечайки 4 с колосниковой решеткой 5 в зоне измельчения 21, пока не достигнут выгрузного окна 9. При этом образовавшая пылевидная фракция просеивается через колосниковую решетку 5 в рабочей поверхности обечайки 4 и поступает в воронку 15, а крупная фракция измельченных кусков породы продолжает движение внутри камеры измельчения 21, измельчаясь до необходимых размеров, и за пределами зоны измельчения 21 выталкивается через выгрузное окно 9 передней торцовой стенки 8 и разгрузочный патрубок 14 в накопительную емкость или потребителю.
Гироистирающая дробилка, во втором варианте исполнения, работает следующим образом.
Включают в работу электродвигатель 2, который через упругую муфту 25 с разрушающим элементом, закрытую кожухом 26, и приводной вал 11, установленный в подшипниковом узле 24, сообщает вращение лопастному ротору 27 с установленными на нем гибкими лопастями 28, смещенному относительно полости корпуса 2 в направлении зоны измельчения 21 на величину эксцентриситета ε. После включения электродвигателя 2 на загрузочном бункере 12 открывают шибер 13 и загружают в бункер 12 хрупкие куски породы 22, которые под собственным весом через загрузочное дозировочное окно 7 в задней торцовой стенке 6 поступают в полость 23, где попадают под удары вращающихся гибких лопастей 28, от которых куски породы 22 отлетают на рифленую рабочую поверхность обечайки 4 и прижимаются рифленой поверхностью рабочей поверхности гибких лопастей 28. Далее, под непосредственным воздействием на куски породы 22 раскалывающих и растирающих усилий подвижной рифленой рабочей поверхностью вращающихся изгибаемых концов лопастей 28 фрикционным перекатыванием измельчаемых кусков 22 по неподвижной рабочей рифленой поверхности обечайки 4 с убыванием высоты зоны измельчения 21 по ходу движения измельчаемых кусков 22 до заданной крупности фракции одновременно с истиранием трущихся друг о друга смежных поверхностей перекатываемых кусков 22. Воздействие раскалывающих и растирающих усилий на измельчаемые куски породы 22 осуществляют изгибанием свободных концов лопастей 28 за счет смещения лопастного ротора 27 в направлении неподвижной рабочей поверхности зоны измельчения 21 на величину эксцентриситета ε и центробежных сил, создаваемых свободными концами вращающихся гибких лопастей 28 в зависимости от их массы и частоты вращения. Таким образом, куски породы 22 двигаются в зоне измельчения 21 по кругу внутренней рифленой поверхности обечайки 4 и подвергаются воздействию рифленой рабочей поверхности изогнутых концов упругих лопастей 28 и рифленой рабочей поверхности обечайки 4 с колосниковой решеткой 5, измельчаясь до заданной крупности фракции, пока не достигнут выгрузного окна 9. При этом образовавшая пылевидная фракция просеивается через колосниковую решетку 5 в рабочей поверхности обечайки 4 и поступает в воронку 15 при воздействии центробежного воздушного потока, нагнетаемого лопастями 28, а крупная фракция измельченных кусков породы продолжает движение внутри камеры измельчения 21, измельчаясь до необходимых размеров фракции, и за пределами зоны измельчения 21 выталкивается за счет сил инерции через выгрузное окно 9 передней торцовой стенки 8 и разгрузочный патрубок 14 в накопительную емкость.
Использование предлагаемой технологии измельчения хрупких кусков породы на предлагаемых конструкциях гироистирающей дробилки позволит повысить эффективность дробления за счет упрощения конструктивного их исполнения, а также снижение удельных затрат на обслуживание и ремонт дробилок.