вибрационная конусная дробилка

Формула изобретения

ВИБРАЦИОННАЯ КОНУСНАЯ ДРОБИЛКА, содержащая корпус с наружным конусом, подпружиненный внутренний дробящий конус, внутри которого размещены сопряженные планетарной конической зубчатой передачей взаимно перпендикулярные вертикальный и горизонтальный валы, на последнем из которых установлены сателлит и дебаланс, и механизм изменения частоты вращения вертикального вала, причем центральное коническое зубчатое колесо жестко скреплено с внутренним конусом, отличающаяся тем, что дебаланс размещен в средней части горизонтального вала, который уравновешен относительно оси вертикального вала, в линии привода которого смонтирован механизм изменения частоты вращения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано для дробления и измельчения кварца и других материалов в различных отраслях хозяйств, преимущественно небольшими арендными старательскими коллективами и фермерами.

Известна конусная дробилка [1], имеющая подпружиненный корпус, наружный и внутренний конусы, последний смонтирован на вкладыше, верхняя и нижняя поверхности которого выполнены цилиндрическими со взаимно перпендикулярными осями с общим центром, расположенным на оси дробилки. При работе дробилки внутренний конус допускает гирационное движение, как сумму двух движений во взаимно перпендикулярных направлениях.

Конусная инерционная дробилка [2] имеет подвижный конус с размещенным в нем электродвигателем, на валу которого с обеих сторон установлены дебалансы, при этом нижний дебаланс с возможностью регулирования его положения относительно верхнего дебаланса в плоскости его вращения. Вектор суммарной генерируемой силы разлагается на горизонтальную и вертикальную составляющие силы, что приводит к увеличению хода сжатия подвижного конуса в верхней зоне и уменьшению в нижней.

Недостатком упомянутых дробилок является сравнительно невысокая эффективность из-за отсутствия воздействия на материал массы дробящего конуса совместно с генерируемой суммарной силой.

Наиболее близким к предлагаемой является конусная дробилка, содержащая дробящий конус, внутри которого размещены вертикальный и горизонтальный валы, осевые линии их пересекаются и взаимно перпендикулярны, сопряжены планетарной конической зубчатой передачей, в средней части горизонтального вала расположены его опорные подшипники, а по концам дебалансные массы, при этом центр тяжести дебалансных масс смещен относительно вертикальной оси первого вала. Работа дробилки характеризуется как гирационно-вибрационной тем, что центр тяжести дебалансных масс смещен относительно вертикальной оси дробящего конуса. Этим устраняется совмещение направлений движения массы дробящего конуса с суммарным вектором генерируемой силы. Кроме того, все дробилки работают с постоянной частотой вращения вертикального вала.

Целью изобретения является повышение эффективности степени измельчения материала за счет увеличения производительности.

Цель достигается тем, что дебалансная масса размещена в средней части горизонтального вала симметрично оси дробящего конуса, в линии привода которого смонтирован механизм изменения частоты вращения вертикального вала.

При анализе известных решений не обнаружено признаков, сходных с аналогичными признаками предлагаемого изобретения.

Предлагаемая дробилка позволяет повысить эффективность степени измельчения материала за счет увеличения производительности по сравнению с известными решениями, что доказывает соответствие технического решения критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 изображена конусная дробилка; на фиг. 2 и 3 - разрезы дробилки в проекциях; на фиг. 4 - вариант механизма колебания; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 4; на фиг. 6 - принципиальная схема; на фиг. 7 - форма траектории перемещения дробящего конуса, условно обозначенного материальной точкой М; на фиг. 8 - вариант профиля камеры дробления.

Конусная дробилка состоит из корпуса 1, наружного конуса 2, сопряженного с помощью упорной резьбы с фланцем 3, дробящего конуса 4, жестко скрепленного с цилиндром 5 с лотком 6, установленным на пружинах 7 и сопряженным ременной передачей 8 с вариатором 9 скорости и двигателем 10.

В корпусе 11 цилиндра 5 в опорных подшипниках 12 и 13 вертикального вала 14 внутри последнего перпендикулярно к его оси вращения в подшипниках 15 и 16 установлен горизонтальный вал 17 с совместно выполненным дебалансом 18 и планетарной конической зубчатой передачей 19, соединяющей эти валы. Сателлит 20 закреплен на валу 17, а центральное колесо 21 жестко скреплено с корпусом 11. Сателлит 20 уравновешен относительно оси вертикального вала 14 хвостовиком 22 вала 17, а дебаланс 18 выполнен в средней части его симметрично оси дробящего конуса. Кроме этого система горизонтального вала уравновешивается относительно оси вертикального вала 14. В вертикальный вал 14 устанавливают горизонтальный вал 17 с распорными кольцами (расположены слева и справа между дебалансом и подшипниками 15, 16), подшипники 15 и 16, распорную втулку (между подшипником 16 и сателлитом 20), сателлит 20 со шпонкой, закрепляя эти детали на вале 17 от осевого перемещения с обоих концов и подшипник 16 пружинными кольцами.

В собранном состоянии вертикальный вал 14 посадочными шейками под подшипники 12 и 13 устанавливается на балансировочное приспособление, съем излишка металла осуществляется за счет длины хвостовика 22.

В вариантном исполнении механизма колебания дебалансы 18/1 и 18/2 выполнены в виде секторов, один закреплен шпонкой, а другой защемлен болтом с возможностью регулирования величины R путем поворота его в плоскости вращения. Однако это возможно при разборке дробилки.

Сателлит 20 уравновешивается балансиром 22/1.

Для устранения запыленности вокруг дробилки предусмотрена штока 23, выполненная из гибкого материала, например брезента, и закреплена на фланце 3 и лотке 6.

Подвижный и неподвижный конусы защищены от износа футеровками из высокомарганцовистой стали 110Г13Л. В зависимости от назначения дробилок эти футеровки образуют различные профили камеры дробления.

В нашем случае профиль камеры дробления характеризуется величинами ,, l, при этом угол равен 70-50^о. Возможен и другой профиль камеры, например со сферическими поверхностями (фиг. 8). Дебаланс 18 имеет массу величиной m с центром тяжести на расстоянии R от центра координат xOyz. Изменение частоты вращения вертикального вала 14 осуществляется изменением величины расстояния L путем изменения диаметра шкива вариатора, т.е. диаметр уменьшается, например, в 2,5 раза, что изменяет передаточное число ременной передачи 8.

Колесо 21 имеет число зубьев Z₁, например, равное 50, а сателлит 20 - Z₂, равное 9. Передаточное число

i = ; i = 5,55.

С пуском двигателя 10 крутящий момент через вариатор 9 ременной передачей 8 передается вертикальному валу 14 с угловой скоростью

= ,, где n - частота вращения вала 14.

Сателлит 20, обкатываясь относительно колеса 21, вращает вал 17 с дебалансом 18 и хвостовиком 22 с угловой скоростью

₁= ,, где n₁=ni - частота вращения вала 17 и дебаланса 18.

В результате генерируются силы, которые в общем случае будут равны, в горизонтальной плоскости, т.е. xOy

P= m ²R

в вертикальной плоскости xOz

P₁=m ²₁R.

Генерируемые силы являются геометрическими составляющими суммарного вектора

= + .

Вращение суммарного вектора P_o с двумя частотами относительно центра координат xOyz вынуждает дробящий конус колебаться по осям x, y, z на величины амплитуд x= a; y= b; z= c.

Дробящий конус перемещается со скоростью и ускорением

V_x=V_y= a ₁; j_x= j_y= a ²₁; (при a=b);

V_z= c ₁; j_z= c ²₁.

При этом дробящий конус воздействует на измельчаемый материал импульсом силы, т. е. в момент совмещения с осью z максимального перемещения массы дробящего конуса и суммарного вектора P_o. Силы взаимодействия при ударе тел очень велики и действуют весьма кратковременно.

Импульс ударный

S =Fdt (БСЭ/ т.17/1952/ с.599)

Из формулы

S = V(1+K), где P - масса дробящего конуса;

V - скорость перемещения;

g - ускорение силы тяжести;

К - коэффициент восстановления при ударе.

Если время удара , то среднее значение мгновенной силы удара равно

N^ср_уд = ;

Величину мгновенной силы удара можно изменять путем изменения V, изменяя расстояние L (вариатором).

Материальная точка М, вращаясь относительно координат xOyz, описывает сложную форму перемещения, состоящего из переносной скорости _e , относительной скорости _1r и ускорений, а также ускорения Кориолиса. a_e= a ²_e; a_1r= c ²_1r; a_c=2 _{e 1r}R_o, где R_o - расстояние от точки О до приведенного центра тяжести точки М.

Все эти ускорения являются геометрическими составляющими абсолютного ускорения дробящего конуса массой m^l , воздействующего на измельчаемую порцию материала:

= + + .

Режим работы конусной дробилки для технологического измельчения материалов может быть, например:

частота колебаний (мин) в плоскостях xOy-950; xOz-5270:

генерируемые силы (КГС) P=55 и P₁=2075:

амплитуды колебаний (мм) a=b= 1,0; c= 2,0;

масса дробящего конуса (кг) 300;

угловые скорости (1/рад) - =99,4; ₁=551,38;

скорость - V_x=V_y= 0,001 99,4=0,099 м/c;

V_z= 0,002 551,38=1,102 м/с;

ускорение (м/с²) j_x=9,88; j_z=304; a_c=274;

импульс ударный

S = 1,102 1,555 = 52,436 кгм

N^ср_уд = = 52436 кгс.

Вращение с различными частотами с одного центра в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, установленного симметрично относительно вертикальной оси дебаланса, позволяет дробящему конусу за цикл (in) по оси Z осуществлять многократные импульсные воздействия на материал для разрушения и дробления относительно крупных по величине элементов, а по осям x, y - измельчать до технологически необходимой величины. Это увеличивает производительность и повышает эффективность.

В связи с коническими и сферическими поверхностями ударное воздействие разлагается на составляющие силы. Однако эти составляющие силы в сопоставимых размерах дробилок являются превосходящими по величине гирационных составляющих сил.

При работе двигателя материал загружается в дробилку, где происходит интенсивное измельчение и эвакуация его через боковой патрубок для разделения на фракции.

Отличительной особенностью предлагаемой конусной дробилки является то, что дебалансная масса размещена в средней части горизонтального вала, система которого уравновешена относительно оси вертикального вала, в линии привода его смонтирован механизм изменения частоты вращения.

Использование конусной дробилки для измельчения материалов в хозяйствах обеспечит повышение эффективности степени измельчения материалов за счет совмещения вектора генерируемой силы с направлением движения массы дробящего конуса. При этом повышается ее универсальность использования с возможностью измельчения частоты колебания, возможность измельчать глиносодержащие материалы, устраняется запыленность атмосферы вокруг дробилки, разгрузка измельченного материала сбоку повышает мобильность, также с использованием двигателя внутреннего сгорания.

Ориентировочная потребность 500 тыс. штук.

Возможно широкое использование дробилки благодаря ее универсальности и компактности в лабораториях обогатительных, горнохимических, строительных комбинатов, небольшими арендными коллективами и фермерами.