Измельчительное устройство с независимыми рабочими органами
SHREDDING DEVICE WITH INDEPENDENT WORKING BODIES

Изобретение относится к устройствам для измельчения, дробления, смешивания, механоактивации, поверхностной механомодификации материалов и может быть использовано в различных отраслях промышленности, преимущественно в строительстве, металлургии и других отраслях, где применяется измельчительное устройство.
Известна «Центробежная дробилка многократного динамического воздействия», (патент № 2314874, дата публикации 209.01.2008, МПК В02С 13/20), содержащая усеченный конус и имеющая разгонный диск-распределитель, отбойные элементы, закрепленные вдоль наклонной образующей. На нижнем основании рабочего органа имеется разгонная горизонтальная кольцевая поверхность с направляющими ребрами.
Основным недостатком данной дробилки является ограничение функциональных возможностей дробления (используется в основном для дробления и измельчения весьма хрупких материалов), что ведет к снижению эффективности дробилки.
Известен «Центробежный конусный измельчитель», (патент RU № 2193474 дата публикации 27.11.2002, МПК В02С 13/20). Центробежный конусный измельчитель включает в себя цилиндрический корпус с вертикально установленными верхним и нижним встречно вращающимися рабочими органами. Нижний рабочий орган представляет собой усеченный конус с ребрами V-образной формы, установленными вдоль образующих конусных полверхностей, на верхнем основании которого расположены разгонные ребрышки. Верхний рабочий орган имеет форму конического углубления, внутренняя поверхность которого, как и коническая часть нижнего рабочего органа выполнена из ребер V-образной формы. Зазор между конусными поверхностями рабочих органов образует рабочую камеру.
Недостатками данного технического решения являются: консольное расположение рабочих органов вызывает неустойчивость с точки зрения динамики процесса и возникновение больших сил реакций опор, что снижает производительность; возникновение вибрации при больших оборотах рабочих органов, что может привести к резонансу и большим разрушительным силам в подшипниковых опорах, что снижает надежность установки; невозможность дробления твердых пород не более 4-5 шкалы по Мооса, что ограничивает функциональные возможности установки; изменения частоты вращения рабочих органов, что снижает качество механоактивации, ведет к снижению эффективности установки.
вед
ведом
правый
левый
Известен «Дезинтегратор неравномерного дробления», (патент RU № 2193447 дата публикации 27.11.2002, БИ № 33, МПК В02С 2/10), содержащий корпус с верхним, загрузочным и нижним, разгрузочным отверстиями, рабочие органы, вертикально установленные в виде усеченного внутреннего и внешнего, в виде конического углубления, встречно вращающихся конусов, установленных консольно и расположенных соосно, рабочую камеру, образованную зазором между внутренним и внешним конусом, причем по образующим их боковых поверхностей расположены зубчатые ребра, электродвигатель, две пары кривошипов и пара шатунов, а шаговый электродвигатель установлен на корпусе внутреннего и внешнего конусов, каждый из которых установлен на двух опорах, причем вал шагового электродвигателя соединен с каждой из сторон кинематически через шатуны со своими ведущими кривошипами, оси шарниров ведущих и ведомых кривошипов выполнены скрещивающимися с возможностью встречного вращения и противоположных направлениях корпусов, причем внутренний конус соединен с правым концом вала шагового эл. двигателя посредством верхнего параллелограммного механизма, образованного из последовательно шарнирно соединенных правого ведущего пространственного кривошипа через правый пространственный шатун с правым ведомым пространственным кривошипом с положительным углом скрещивания осей его шарниров, а внешний конус соединен с левым концом вала шагового эл. двигателя посредством нижнего антипараллелограммного механизма, образованного из последовательного шарнирно соединенных левого ведущего пространственного кривошипа через левый пространственный шатун с левым ведомым пространственным кривошипом с отрицательным углом скрещивания осей его шарниров, при этом для отвода обработанного материала введен желоб и установлен в нижней части корпуса наклонно к горизонту под заданным углом, превышающим угол трения материала, зависящий от свойств конкретного обрабатываемого материала на 5-15°, обеспечивающим разгрузку в многорежимном процессе работы, при этом углы скрещивания осей шарниров ведущих и ведомых кривошипов выполнены одинаковыми, т.е. α=α и в пределах 15-75°, обеспечивающими работоспособность, а углы скрещивания осей шарниров левых и правых кривошипов выполнены одинаковыми, но разнонаправленными, т.е. α=-α.
Дезинтегратор неравномерного дробления имеет следующие основные недостатки:
- наличие и работа от одного шагового эл. двигателя подразумевает зависимость одинаковых частот вращения рабочих органов (внутреннего и внешнего конусов) и невозможность изменения частот вращения рабочих органов, которая ведет к невозможности регулирования режимов и качества механоактивации, что снижает качество механоактивации и производительность устройства, а также эффективность установки в целом;
- невозможность смены внутреннего конуса для раздробления материала на фракции требуемых размеров из-за отсутствия комплекта сменных конусов, что ограничивает функциональные и технологические возможности устройства, а также требует дополнительных затрат времени на установку сменных конусов, что снижает производительность устройства;
- сброс обработанного материала через отверстия, расположенные на радиальном удалении от оси установки, для подачи в бункер требует наличие желоба, что ведет к дополнительным материальным затратам.
Решаемой задачей изобретения является создание измельчительного устройства с повышенной эффективностью за счет расширения функциональных и технологических возможностей, в частности возможности использования непрерывного технологического цикла или иного другого цикла за счет использования независимых рабочих органов (внутреннего и внешнего конусов), что расширяет диапазон регулирования режимов и качества дробления и уменьшение при этом затрат на изготовление.
Техническим результатом изобретения является создание высокоэффективного измельчительного устройства за счет расширения функциональных и технологических возможностей, обеспечивающих повышение производительности и качества механоактивации, путем использования непрерывного технологического цикла и независимых рабочих органов внутреннего и внешних конусов.
Технический результат достигается тем, что в Измельчительном устройстве с независимыми рабочими конусами, содержащем корпус, в верхней части которого закреплен бункером с верхним загрузочным и нижним разгрузочным отверстиями, вертикально установленными рабочими органами в виде усеченных внутреннего и внешнего встречно вращающихся конусов, каждый из которых установлен на двух опорах, расположенных соосно, рабочую камеру, образованную зазором между внутренним и внешним кон со скрещивающимися осями, соединенных шарнирно, пару шатунов, согласно которому, введен второй шаговый эл. двигатель, при этом верхний шаговый эл. двигатель кинематически соединен через его ведущий кривошип, верхний шатун и ведомый кривошип с внутренним конусом, а нижний шаговый эл. двигатель аналогично кинематически соединен через свой ведущий кривошип, нижний шатун и ведомый кривошип с внешним конусом, при этом зазор между внутренним и внешним конусами выполнен с возможностью регулирования, для чего введены регуляторы высоты, которые выполнены, например, в виде пластин различной толщины, причем величина зазора рабочей камеры образована изменением высоты внутреннего конуса относительно внешнего, зависящего от размеров обработанного материала, заданного технологическими требованиями, кроме того, во внешнем конусе, под бункером для загрузки обрабатываемого материала, по его диаметру расположены загрузочные отверстия, в нижней опоре внутреннего конуса выполнены разгрузочные окна для вывода обработанного материала, а для непосредственного отвода его в бункер - внутренняя часть нижнего конца вала внешнего конуса выполнена полой.
вщ вх
вд вт
вщ вн
вд вн
Технический результат достигается тем, что углы скрещивания осей шарниров, ведущих и ведомых кривошипов внутреннего и внешнего конусов выполнены одинаковыми, т.е (α=α=α=α) в пределах 20°…45°, обеспечивающими высокую производительность установки при сравнительно малой вибрации звеньев привода, внутреннего и внешнего конусов.
Для пояснения технической сущности предлагаемого устройства рассмотрим чертежи:
на фиг. 1 - представлена структурная схема многофункционального измельчителя;
на фиг. 2 - зубчатые ребра рабочих поверхностей конусов в разрезе (сечение А-А);
на фиг. 3 - представлен график угловой скорости внутреннего и внешнего рабочих органов (конусов) в зависимости от угла скрещивания осей шарниров кривошипов.
где: 1 - корпус; 2 - шаговый эл. двигатель внутреннего конуса; 3 - шаговый эл. двигатель внешнего конуса; 4 - ведущий кривошип внутреннего конуса; 5 - ведомый кривошип внутреннего конуса; 6 - шатун внутреннего конуса; 7 - ведущий кривошип внешнего конуса; 8 - ведомый кривошип внешнего конуса; 9 - шатун внешнего конуса; 10 - внешний конус; 11, 12 - подшипниковые опоры внешнего конуса; 13 - внутренний конус; 14, 15 - подшипниковые опоры внутреннего конуса; 16, 17 - регуляторы высоты внутреннего конуса; 18 - зубчатые ребра внутреннего конуса; 19 - зубчатые ребра внешнего конуса; 20 - рабочая камера; 21 - бункер для загрузки обрабатываемого материала; 22 - загрузочные отверстия; 23 - разгрузочные окна, 24 - внутреннюю часть нижнего конца вала внешнего конуса; 25 - бункер для отвода обработанного материала.
Измельчительное устройство с независимыми рабочими конусами, состоит: из корпуса 1, на который установлен шаговый электродвигатель внутреннего конуса 2 и шаговый электродвигатель внешнего конуса 3. Шаговый эл. двигатель внутреннего конуса 2 соединен с ведущим кривошипом, скрещивающимися осями, внутреннего конуса 4, шарнирно связанным с ведомым кривошипом, скрещивающимися осями внутреннего конуса 5, через шатун внутреннего конуса 6. Шаговый эл. двигатель внешнего конуса 3 соединен с ведущим кривошипом, скрещивающимися осями, внешнего конуса 7, шарнирно связанным с ведомым кривошипом, скрещивающимися осями, внешнего конуса 8, через шатун внешнего конуса 9. Ведомый кривошипом внешнего конуса 8 кинематически связан с внешним конусом 10, который установлен на подшипниковых опорах 11 и 12 внешнего конуса, что исключает возникновение больших сил реакций опор, уменьшает вибрацию и обеспечивает надежную бесперебойную динамику работы. Ведомый кривошип внутреннего конуса 5 аналогично кинематически связан с внутренним конусом 13, который установлен на подшипниковых опорах внутреннего конуса 14 и 15 под которые установлены регуляторы высоты внутреннего конуса 16 и 17, которые выполнены например, в виде пластин различной толщины, относительно внешнего конуса 10. При этом внутренний конус 13 расположен внутри внешнего конуса 10. Внутренний конус 13 выполнен в виде усеченного конуса, по образующим которого расположены зубчатые ребра 18 из высокостойкого материала. Внешний конус 10 выполнен в виде конического углубления. Внутри внешнего конуса 10, также по образующим установлены зубчатые ребра 19 из высокостойкого материала для дробления песчинок.
Рабочая камера 20 образована зазором между внутренним конусом 13 и внешним конусом 10. Величина этого зазора регулируется изменением высоты внутреннего конуса 13 относительно внешнего конуса 10 посредством регуляторов высоты внутреннего конуса 16 и 17.
В верхней части измельчительного устройства с независимыми рабочими конусами к корпусу 1 закреплен бункер 21, под которым во внешнем конусе 10, по диаметру расположены загрузочные отверстия 22.
В нижней части внешнего конуса 10, под подшипниковой опорой 15 и регулятором высоты внутреннего конуса 17 выполнены разгрузочные окна для выхода обработанного материала 23, далее обработанный материал под действием своей силы тяжести проходит через внутреннюю часть нижнего конца вала внешнего конуса 24, которая выполнена полой для непосредственного отвода его в бункер 25.
Измельчительное устройство с независимыми рабочими конусами (фиг. 1) работает следующим образом:
вщ вх
вд вт
вщ вн
вд вн
В Измельчительном устройстве с независимыми рабочими конусами, обрабатываемый материал, загруженный в бункер 21 под действием силы тяжести попадает через загрузочное отверстие 22 в рабочую камеру 20, где зубчатые ребра 18 и 19, на образующих внутреннего 13 и внешнего 10 конусов, приводящихся во вращение с помощью шаговых электродвигателей внутреннего 2 и внешнего 3 конусов, измельчается до необходимого размера фракции, заданного технологическими требованиями, позволяющих приводить во вращение их независимо друг от друга с разными оборотами, что может обеспечить непрерывность цикла, многорежимность, а следовательно повышение производительности и качества механоактивации, величина размера фракции определяется зазором между внутренним 13 и внешним 10 конусами рабочей камеры, настраиваемым изменением регуляторов высоты внутреннего конуса 16 относительно внешнего 17, выполненными, например, в виде пластин различной толщины, позволяющими регулировать зазор между конусами, обеспечивающими необходимый размер дробления материала, а в целом повышающими степень механоактивации, причем обработанный материал в рабочей камере 20 под действием силы тяжести попадает в нижнюю часть внешнего конуса 10 и через разгрузочные окна (отверстия) 23 в нижней опоре внутреннего конуса 13, для выхода обработанного материала, проходит через полость во внутренней части нижнего конца вала внешнего конуса 24 и непосредственно попадает для отвода в бункер 25. При этом углы скрещивания осей шарниров, ведущих и ведомых кривошипов внутреннего и внешнего конусов выполнены одинаковыми, т.е (α=α=α=α) в пределах 20°…45°, обеспечивающими высокую производительность установки при сравнительно малой вибрации звеньев привода, внутреннего и внешнего конусов, что поясняется графиком на фиг. 3.
Проведенные экспериментальные исследования динамики устройства на математической модели (см. график на фиг. 3) подтверждают оптимальное конструктивное выполнение углов скрещивания осей шарниров кривошипа под углом 20…45°, обеспечивающих высокую производительность при увеличенном сроке службы и качестве механоактивации, путем использования непрерывного технологического цикла и независимых рабочих органов внутреннего и внешних конусов. Так, исходя из графика на фиг. 3 также видно, что при значениях угла скрещивания осей шарниров кривошипа под углом 45°…60°, повышена амплитуда, приводящая к повышенному износу деталей звеньев привода, а в целом к снижению срока службы установки, а при значениях углов скрещивания осей шарниров кривошипа под углом 0…200 свидетельствует о малой производительности устройства и низком качестве механоактивации.
По своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами заявляемое измельчительное устройство является высокоэффективным за счет расширения функциональных и технологических возможностей благодаря введению регуляторов высоты, выполненных например, в виде пластин различной толщины позволяющими регулировать зазор между конусами, обеспечивающими необходимый размер дробления материала, а в целом повышающими степень механоактивации и наличию двух шаговых эл. двигателей, кинематически соединенных с рабочими органами (с внутренним и внешним конусами) и позволяющих приводить во вращение их независимо друг от друга с разными оборотами, что может обеспечить непрерывность цикла, многорежимность, а следовательно - повышение производительности и качества механоактивации.