Конусная инерционная дробилка с опорным подшипником скольжения
CONICAL INERTIA CRUSHER WITH THRUST SLIDE BEARING

Изобретение относится к области тяжелого машиностроения, к дробильному измельчительному оборудованию, в частности к любым конусным дробилкам, и может быть использовано в технологических процессах строительной и горно-обогатительной отраслях промышленности.
Из уровня техники известно, что любая конусная дробилка содержит корпус с наружным конусом и размещенным внутри него внутренним дробящим конусом, обращенные друг к другу поверхности которых образуют камеру дробления. Внутренний дробящий конус установлен на опору конуса, например, сферическую, и имеет приводной вал, соединенный с приводной трансмиссией. Приводная трансмиссия приводит в движение внутренний дробящий конус. Из камеры дробления дробимый материал под действием собственного веса поступает в зону выгрузки готовой продукции, расположенную внутри корпуса. Таким образом, в упомянутой зоне выгрузки неизбежно и постоянно образуется поток твердых частиц различного размера, от элементов мельчайшей пыли до крупных частей дробимого материала. Все подвижные элементы дробилки работают с использованием масляных смазок.
Для соблюдения динамического равновесия в конструкцию дробилки вводится противодебаланс, иначе говоря дополнительный неуравновешенный дебаланс, который устанавливается в противофазе к дебалансу, и генерирует свою собственную центробежную силу, направленную противоположно центробежным силам внутреннего конуса и его дебаланса. Упомянутые силы компенсируют друг друга, что приводит к снижению вибрационных нагрузок на элементы дробилки, прежде всего на корпус.
Важным элементом конструкции конусной дробилки являются способ и устройство, используемые для передачи крутящего момента от двигателя к дебалансу, иначе говоря, трансмиссионный узел.
В общем случае, трансмиссионный узел должен обеспечивать требуемую скорость вращения, одновременно быть надежным, компактным и экономически обоснованным с точки зрения стоимости его производства, монтажа и эксплуатационного обслуживания.
Технологические параметры конусной инерционной дробилки могут быть улучшены за счет усовершенствования способа динамического уравновешивания и за счет модернизации трансмиссионного узла.
Известно изобретение «Конусная инерционная дробилка с модернизированным приводом», патент РФ № 2587704 , приоритет 13.03.2015, которое принимается за прототип.
Согласно этому изобретению, конусная дробилка включает корпус, который установлен на фундамент через эластичные амортизаторы. Наружный дробящий конус и внутренний дробящий конус, установленный на несущий конус, образуют между собой дробящую камеру. Несущий конус оперт на сферическую опору конуса. На центральном валу несущего конуса установлена втулка скольжения дебаланса и дебаланс. Втулка жестко соединена с трансмиссионной муфтой.
Трансмиссионная муфта состоит из ведущей и ведомой полумуфт, и расположенного между ними плавающего диска.
Ведущая полумуфта жестко соединена с зубчатым колесом, и с противодебалансом. Одновременно с этим, ведущая полумуфта, зубчатое колесо и противодебаланс установлены на втулку противодебаланса и образуют с ней единое тело вращения.
Таким образом, ведущая полумуфта, зубчатое колесо, противодебаланс и втулка противодебаланса образуют единый подвижный «динамический узел», все элементы которого жестко соединены друг с другом.
«Динамический узел» установлен на неподвижную ось вращения через специальный опорный диск с возможностью вращения вокруг нее. Для обеспечения возможности вращения втулка одета на неподвижную ось вращения, а на верхнем торце упомянутой оси предусмотрено круглое углубление равное радиусу опорного диска, и на ведущей полумуфте предусмотрено углубление равное внешнему радиусу втулки противодебаланса.
Таким образом, опорный диск располагается между верхним торцом неподвижной оси и ведущей полумуфтой и выполняет роль опорного подшипника скольжения для всего «динамического узла».
Неподвижная ось вращения оперта на фланец, который жестко закреплен в донной части корпуса при помощи крепежных болтов. Ось вращения и фланец выполняются как две разные детали, жестко соединенные друг с другом, или как одна цельная деталь, и выполняют роль несущей неподвижной опоры для всего «динамического узла».
Подвижный «динамический узел» смонтирован таким образом, чтобы дебаланс всегда находился в противофазе к противодебалансу.
От двигателя крутящий момент передается на приводной вал - шестерню и на зубчатое колесо. Вместе с зубчатым колесом приводится во вращение весь «динамический узел», который вращается вокруг неподвижной оси вращения.
Недостатком описанного конструктивного решения является следующее:
Динамический узел в сборе имеет значительный вес, особенно это относится к среднему и крупному типоразмерам дробилок. Одновременно с этим, динамический узел вращается с высокой скоростью. Вследствие этого на опорный подшипник скольжения приходится большая механическая и динамическая нагрузка. В предложенном решении опорный
подшипник выполнен в виде одного единственного опорного диска относительно небольшого радиуса и следовательно имеет относительно небольшую площадь контактной поверхности.
Также опорный диск имеет относительно небольшую толщину.
В результате активной работы агрегата, под действиями высоких удельных нагрузок, диск быстро выходит из строя и подлежит частной замене. Замена опорного подшипника скольжения представляет собой трудоемкую процедуру, сопряженную с разбором дробилки, снятием и заменой подшипника, и обратным сбором конструкции.
Таким образом, опорный подшипник скольжения является наиболее уязвимым элементом конструкции, предложенной в прототипе.
На основании сказанного выше, целью настоящего изобретения является модернизация дробилки за счет принципиального изменения конструкции опорного подшипника скольжения, который должен соответствовать следующим требованиям.
Опорный подшипник должен иметь значительную площадь контактной поверхности, для снижения удельных нагрузок.
Контактная поверхность опорного подшипника должна быть расположена на оптимальном расстоянии от центральной оси вращения, чтобы давать возможность использовать преимущества режима гидродинамического скольжения.
Опорный подшипник должен иметь конструкцию, собранную из нескольких элементов, которая позволяет распределить нагрузки между элементами, а также должен иметь значительную толщину для увеличения запаса прочностных характеристик.
Опорный подшипник должен быть расположен в таком месте дробилки, в которое можно легко обеспечить подачу нужного количества масла и требуемое давление масла.
Для решения поставленных задач предлагается в известной конструкции дробилки принципиально изменить место расположения опорного подшипника скольжения и его конструкцию. Предлагается расположить опорный подшипник между фланцем и противодебалансом. Также вместо одного диска определенного радиуса, предлагается выполнить опорный подшипник в виде двух колец в сборе, имеющих значительно больший по сравнению с прототипом радиус и специальную геометрию.
Поставленные задачи решаются в конусной инерционной дробилке, которая содержит:
опертый на фундамент через эластичные амортизаторы корпус, наружный конус и размещенный внутри него на сферической опоре внутренний конус, образующие между собой камеру дробления, соединенную с зоной выгрузки готовой продукции, на приводном валу внутреннего конуса с помощью втулки скольжения смонтирован дебаланс с возможностью регулировки его центра тяжести относительно оси вращения,
втулка скольжения дебаланса соединена с трансмиссионной дисковой муфтой, состоящей из ведущей и ведомой полумуфт, и расположенного между ними плавающего диска,
трансмиссионная дисковая муфта соединена с зубчатым колесом и противодебалансом, которые в свою очередь установлены на втулку скольжения противодебаланса таким образом, что зубчатое колесо, противодебаланс и втулка скольжения противодебаланса образуют единый подвижный «динамический узел»,
«динамический узел» установлен на опертой на фланец неподвижной оси, и имеет возможность вращения вокруг оси через опорный подшипник скольжения;
а фланец жестко закреплен в донной части корпуса дробилки,
Конусная инерционная дробилка отличается тем, что:
опорный подшипник скольжения расположен между фланцем и противодебалансом, и состоит из опорного кольца, опирающегося на фланец, и верхнего кольца, на которое опирается втулка скольжения противодебаланса и противодебаланс;
при этом внутренний радиус опорного кольца равен внутреннему диаметру верхнего кольца, равен внутреннему радиусу втулки дебаланса, а также больше или равен внешнему радиусу неподвижной оси;
а на верхней поверхности фланца имеется соответствующая выемка под установку опорного кольца.
Конусная инерционная дробилка имеет следующие дополнительные отличия.
Опорное кольцо подшипника скольжения имеет плоскую верхнюю поверхность и сферическую геометрию нижней поверхности, а выемка на верхней поверхности фланца имеет соответствующую сферическую геометрию под установку опорного кольца.
Верхнее кольцо подшипника скольжения имеет плоские верхнюю и нижнюю поверхности, и круговой выступ по внешнему верхнему краю.
На нижней поверхности противодебаланса со стороны большего сегмента его диска имеется круговой паз, соответствующий круговому выступу верхнего кольца, а со стороны меньшего сегмента диска противодебеланса, наружный радиус диска выполняется таким, чтобы быть равным чем внутренний радиус упомянутого выступа.
Внутренний радиус опорного кольца подшипника скольжения равен внутреннему радиусу верхнего кольца.
Внешний радиус опорного кольца подшипника скольжения равен внешнему радиусу верхнего кольца.
Суммарная толщина опорного кольца и верхнего кольца, составляющего подшипник скольжения, такова, что между подвижным противодебалансом и неподвижным фланцем всегда остается достаточный гарантированный зазор минимальной высотой h.
На верхней поверхности опорного диска выполнены масляные канавки, расположенные радиально.
На фиг. 1 показана схема конусной дробилки в поперечном разрезе.
На фиг. 2 представлен «динамический узел» и сопряженные с ним элементы дробилки.
На фиг. 3 представлен опорный подшипник скольжения в сборе.
Изобретение конструктивно реализуется следующим образом.
Корпус 1 установлен на фундамент 9 через эластичные амортизаторы 10. Наружный дробящий конус 2 и внутренний дробящий конус 3, установленный на несущий конус 15, образуют между собой дробящую камеру. Несущий конус 15 оперт на сферическую опору 4. На валу 5 несущего конуса 15 установлена втулка скольжения дебаланса 12 и дебаланс 6. Втулка жестко соединена с трансмиссионной муфтой 13, Фиг. 1.
Трансмиссионная муфта 13 состоит из ведущей 25 и ведомой 16 полумуфт, и плавающего диска 17 расположенного между ними, конструкция муфты подробно представлена на фиг. 2.
Втулка скольжения дебаланса 12 имеет крепежные отверстия по краю обода, при помощи которых она жестко соединена с ведомой полумуфтой 16 через ее крепежные отверстия посредством крепежных болтов 26.
Ведущая полумуфта 25 имеет крепежные отверстия, при помощи которых она жестко соединена с зубчатым колесом 22 через крепежные отверстия по краям его центрального установочного отверстия и одновременно с противодебалансом 11 посредством крепежных болтов 19.
Противодебаланс 11 выполнен в виде сегмента диска, в центре которого имеется установочное отверстие равное внешнему радиусу втулки скольжения 14. По краям центрального установочного отверстия противодебаланса 11 расположены крепежные поверхности диска противодебаланса 11 сформирована выемка, выполненная под установочный крепеж фланца 24.
Ведущая полумуфта 25, зубчатое колесо 22 и противодебаланс 11 установлены на втулку скольжения противодебаланса 14 и образуют с ней единое тело вращения.
Таким образом, ведущая полумуфта 25 , зубчатое колесо 22 , противодебаланс 11 и втулка скольжения 14 образуют единый подвижный «динамический узел», все элементы которого жестко соединены друг с другом.
«Динамический узел» установлен на неподвижную ось вращения 23 и фланец 24 через опорный подшипник скольжения в сборе 27, 28, с возможностью вращения узла вокруг оси 23, для чего втулка скольжения 14 одета на ось вращения 23.
На нижней поверхности ведущей полумуфты 25 предусмотрена выборка, внешний радиус которой равен внешнему радиусу втулки 14.
Опорный подшипник скольжения состоит из верхнего кольца 28, и опорного кольца 27, Фиг. 3. Верхнее кольцо 28 имеет плоские верхнюю и нижнюю поверхности, и круговой выступ 30 по внешнему верхнему краю.
На нижней поверхности противодебаланса 11 со стороны большего сегмента диска имеется соответствующий выступу 30 круговой паз 18.
Со стороны меньшего сегмента диска противодебеланса 11, наружный радиус диска выполняется таким, чтобы быть равным или меньшим чем внутренний радиус выступа 30.
Опорное кольцо 27 имеет плоскую верхнюю поверхность и сферическую нижнюю поверхность. Фланец 24 имеет на своей верхней поверхности соответствующую сферическую выемку под установку опорного кольца 27, выноска В, Фиг. 2.
Радиусы внутренних отверстий опорного кольца 27 и верхнего кольца 28 выполнены равными друг другу. Внешний радиус оси 23 выполнен меньшим чем внутренний радиус подшипника скольжения на размер зазора, необходимого и достаточного для обеспечения свободного вращения подшипника вокруг оси 23.
Ось вращения 23 оперта на фланец 24, который жестко закреплен в донной части корпуса 1 при помощи крепежных болтов. Ось вращения 23 и фланец 24 могут быть выполнены как две разные детали, жестко соединенные друг с другом, или как одна цельная деталь, выполняющей роль несущей неподвижной опоры для «динамического узла».
Подвижный «динамический узел» смонтирован таким образом, чтобы дебаланс 6 всегда находился в противофазе к противодебалансу 11.
Таким образом, опорный подшипник скольжения в сборе 27, 28 установлен между подвижным «динамическим узлом» и неподвижным фланцем 24 и несет на себе нагрузку всего «динамического узла», трансмиссионного узла и дебалансного вибратора.
Противодебаланс 11 конструктивно выполнен и расположен таким образом, чтобы его зазоры с корпусом 1 и фланцем 24 были минимальными, что дает возможность максимально использовать пространство корпуса без увеличения размеров.
Зубчатое колесо 22 находится в зацеплении с приводными валом - шестерней 21 , установленными в корпус 20 вала-шестерни, соединенными с двигателем (не показан на фигурах).
Изобретение работает следующим образом.
От двигателя крутящий момент передается на приводной вал-шестерню 21 и на зубчатое колесо 22. Вместе с зубчатым колесом 22 приводится во вращение весь «динамический узел», включающий также втулку скольжения противодебаланса 14, противодебаланс 11 и ведущую полумуфту 27 трансмиссионной муфты 13. Таким образом «динамический узел» вращается вокруг неподвижной оси вращения 23 и фланца 24 опираясь на опорный подшипник скольжения в сборе 28, 27.
Сферическая геометрия нижней поверхности опорного кольца 27 и сферическая геометрия соответствующей ей выборки на верхней поверхности фланца 24 решают задачи само-установки и само-центрирования подшипника при начальном сборе конструкции данного узла дробилки, по отношению к центральной оси вращения 7 дробилки.
Выступ 30 верхнего кольца 28 решает задачи центрирования опорного подшипника по отношению к противодебалансу 11 и по отношению к центральной оси вращения 7 дробилки.
Поскольку вращение всех подвижных деталей осуществляется вокруг единой оси, важно, чтобы оси вращения всех подвижных деталей «Динамического узла» и ось вращения опорного подшипника скольжения 27, 28 совпадали с центральной осью вращения 7 дробилки.
Общая толщина опорного подшипника в сборе 28, 27 рассчитывается таким образом, что между подвижным противодебалансом 11 и неподвижным фланцем 24 всегда остается достаточный гарантированный зазор минимальной высотой h , как показано на выноске А, фиг. 2.
Таким образом, детали 11 и 24 не соприкасаются друг с другом, следовательно трение между упомянутыми деталями отсутствует.
Между осью 23 и втулкой 14 имеется зазор, необходимый и достаточный для свободного вращения втулки 14 и связанного с ним «динамического узла» вокруг оси 23.
Масло под давлением по маслопроводу 8 подается во внутренние полости дробилки. Для дополнительной смазки деталей опорного подшипника 27, 28, и особенно для обеспечения масляной смазкой сопряжения верхней поверхности опорного кольца 27 и нижней поверхности верхнего кольца 28, на верхней поверхности опорного кольца 27 выполнены радиальные маслопроводящие канавки 29. По ним масло поступает от полости трения между осью 23 и втулкой 14 к внешнему периметру подшипника скольжения.
Предлагаемая конструкция опорного подшипника 28, 27 скольжения предназначена для снижения удельных нагрузок, возникающих при вращении «динамического узла», за счет увеличения площади контакта. Также к снижению нагрузок приводит масляный клин, который образуется между кольцами подшипника за счет поданного под давлением и распределенного по радиальным канавкам масла. Благоприятный режим работы подшипника скольжения создается за счет возникновения режима «гидродинамического скольжения».
Сферическая нижняя поверхность опорного кольца позволяет использовать эффект само установки, иначе говоря, само центрирования, при сборе конструкции дробилки.