Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для измельчения сыпучих материалов

Изобретение относится к технике измельчения твердых материалов и может найти применение в строительной, химической, металлургической промышленностях, а также в сельскохозяйственном производстве.

Известна трубная мельница (а.с. СССР 1349780, кл. В02С 17/04, 1987), содержащая загрузочную, разгрузочную цапфы, привод и барабан, выполненный из соединенных между собой тетраэдальных или октаэдральных элементов.

Недостатками известного устройства являются ограниченные технологические возможности, сложность изготовления.

Известна установка для измельчения сыпучих материалов (патент РФ №2552947, кл. В02С 17/04, 2015), содержащая привод, барабан с загрузочной и разгрузочной цапфами, выполненный в виде установленного наклонно относительно горизонтальной оси цилиндра с торцевыми стенками, размещенными под различными углами не только к горизонтальной оси вращения, но и друг к другу.

Недостатками известного устройства являются ограниченные технологические возможности, недостаточная производительность.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является вибрационная установка для измельчения сыпучих материалов (патент РФ №2677138, кл. В02С 17/14, опубл. 15.01.2019, Бюл. №2), содержащая барабан выполненый в виде установленной наклонно под острым углом α относительно горизонтальной оси вращения многогранной призмы с плоскими гранями по ее периметру и с плоскими торцевыми щеками многоугольной формы, размещенными под различными острыми углами β и ψ к оси вращения призмы и друг к другу под острым углом φ, при этом наиболее длинные оси торцевых щек многоугольной формы повернуты по оси вращения барабана относительно друг друга на острый угол со, кроме того, привод, барабан с загрузочной и разгрузочной цапфами закреплены на раме, которая упруго смонтирована на станине.

Недостатками известного устройства являются ограниченные технологические возможности, недостаточная производительность.

Техническим результатом задачи является расширение технологических возможностей, повышение производительности.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измельчения сыпучих материалов, содержащем привод, барабан с загрузочной и разгрузочной цапфами, барабан выполнен винтовым в виде многогранной винтовой пирамиды с плоскими гранями по ее периметру и с плоскими торцевыми щеками многоугольной формы, смонтированными под острым углом одна к другой и под разными острыми углами к оси вращения винтового барабана, при этом винтовой барабан установлен под острым углом к оси вращения и снабжен загрузочной и разгрузочной цапфами конической формы с уклоном в одну сторону выгрузки и жестко закрепленными по их внутренним диаметрам конических пружин с витками трапециевидного сечения и уклоном в сторону выгрузки, причем большие оси торцевых щек многоугольной формы повернуты по оси вращения винтового барабана друг относительно друга на острый угол, при этом ребра пирамиды сгибаются по винтовым линиям.

По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предполагаемой конструкции устройства для измельчении я сыпучих материалов.

Новизна заключается в том, что винтовой барабан установлен под острым углом к оси его вращения и выполнен в виде многогранной пирамиды с плоскими гранями по ее периметру и с плоскими торцевыми щеками многоугольной формы, смонтированными под острым углом одна к другой и под разными углами к оси вращения барабана, при этом винтовой барабан установлен под острым углом к оси вращения и снабжен загрузочной и разгрузочной цапфами конической формы с жестко закрепленными по их внутренним диаметрам витками трапециевидного сечения и уклоном в сторону выгрузки, причем большие оси торцевых щек многоугольной формы повернуты по оси вращения винтового барабана друг относительно друга на острый угол, что создает колебания за счет дисбаланса массы самого винтового барабана, имеющего ось вращения, которая не совпадает с его осью и загруженных в него масс частиц сыпучих материалов. Такое техническое решение придает и обеспечивает воздействие этих колебаний на частицы сыпучих материалов в трех взаимно перпендикулярных направлениях, усиливает влияние колебаний всей конструкции устройства на процесс измельчения, расширяет технологические возможности, повышает производительность.

Новизна заключается также в том, что большие оси торцевых щек многоугольной формы пирамиды повернуты по оси вращения винтового барабана друг относительно друга на острый угол, при этом ребра пирамиды сгибаются по винтовым линиям, что расширяет технологические возможности и повышает производительность.

Новизна заключается также в том, что винтовой барабан снабжен загрузочной и разгрузочной цапфами конической формы с жестко закрепленными по их внутренним диаметрам витками трапециевидной формы для перемещения частиц сыпучих материалов от загрузки к выгрузке, что расширяет технологические возможности, повышает производительность.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление винтового барабана расширяет технологические возможности, повышает производительность.

Новизна заключается в том, что совместное влияние вращательного движения винтового барабана и движущихся внутри него частиц сыпучих материалов и совмещение с этим движением колебаний рамы с закрепленным на ней винтовым барабаном, придает частицам сыпучих материалов сложное пространственное движение, что повышает производительность, расширяет технологические возможности.

Новизна заключается в том, что центры симметрии внутренней поверхности винтового барабана в каждом элементе поперечного сечения по его длине, смещены относительно оси вращения, что нарушает не только стационарность движения масс частиц сыпучих материалов, расширяет технологические возможности, но и способствует созданию эксцентриситета и возбуждению колебаний винтового барабана совместно с рамой.

Новизна заключается в том, что в результате выполнения винтового барабана в виде установленной наклонно относительно горизонтальной оси пирамиды с торцевыми щеками, с размещенными под различными углами не только к горизонтальной оси вращения, но и друг к другу, нарушается стационарность движения частиц сыпучих материалов, которые совершают сложное пространственное движение в вертикальной плоскости - по эллиптическим траекториям, так как по периметру винтовой барабан выполнен в виде наклонной пирамиды, а в горизонтальной плоскости - возвратно-поступательное, что повышает производительность, расширяет технологические возможности.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что винтовой барабан по всей длине имеет переменное не только поперечное, но и продольное сечение, что интенсифицирует процесс измельчения, расширяет технологические возможности.

Новизна усматривается также в том, что поверхность по периметру винтового барабана выполнена многогранной и конической, ось его составляет с осью его вращения острый угол, и поэтому положение центров симметрии винтового барабана в виде эллипсов в процессе его вращения подвижно, что увеличивает энергоемкость взаимодействия потоков частиц сыпучих материалов, повышает производительность, расширяет технологические возможности.

Новизна заключается также в том, что плоские торцевые щеки многоугольной формы, смонтированы под острым углом одна к другой и под разными углами к оси вращения винтового барабана, причем большие оси торцевых щек многоугольной формы повернуты по оси вращения винтового барабана друг относительно друга на острый угол, что нарушает стационарность движения потоков частиц сыпучих материалов, поэтому размеры и место активного их взаимодействия заметно меняются за время одного оборота винтового барабана, что обеспечивает расширение технологических возможностей и повышает производительность.

Новизна усматривается также в том, что расположение многогранных торцевых щек под острым углом к оси вращения многогранной конической поверхности винтового барабана обеспечивает не только разность давления на частицы сыпучих материалов внутри винтового барабана, но и перемещение их от загрузки к выгрузке.

Новизна заключается также в том, что такое конструктивное оформление винтового барабана создает дебаланс во вращающемся винтовом барабане, что придает ему и раме низкочастотные колебания, которые не только интенсифицируют процесс измельчения, но и расширяют технологические возможности.

Новизна усматривается также в том, что винтовой барабан снабжен загрузочной и разгрузочной цапфами конической формы с уклоном в одну сторону выгрузки и жестко закрепленными по их внутренним диаметрам конических пружин с витками трапециевидного сечения и уклоном в сторону выгрузки, что повышает производительность, расширяет технологические возможности.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство для измельчения сыпучих материалов, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - винтовой барабан с цапфами; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - наглядное изображение винтового барабана с загрузочной и разгрузочной цапфами.

Устройство для измельчения сыпучих материалов (фиг. 1, фиг. 2) состоит из винтового барабана 1 с загрузочной цапфой конической формы 2 и разгрузочной цапфой конической формы 3, средства для загрузки 4, средства для разгрузки 5 и привода (не показано). Винтовой барабан 1 снабжен загрузочной цапфой конической формы 2 и разгрузочной цапфой конической формы 3 с возможностью вращения в подшипниковых опорах 6 и 7. Носок 8 средства для загрузки 4 входит в отверстие загрузочной цапфы конической формы 2 винтового барабана 1. Средство для загрузки 4, подшипниковые опоры 6 и 7 со смонтированным в них винтовым барабаном 1 закреплены на раме 9. Рама 9 подвешена на четырех пневмобаллонах 10, которые закреплены на станине 11. Для увеличения скорости продольного перемещения частиц сыпучих материалов от загрузки к выгрузке устройство для измельчения сыпучих материалов снабжена приспособлением (на чертеже не показано) для придания наклона оси вращения винтового барабана 1 относительно горизонта. Винтовой барабан 1 со средством для загрузки 4 смонтирован на раме 9, и снабжен загрузочной 2 и разгрузочной 3 цапфами конической формы, с жестко закрепленными по их внутренним диаметрам витками трапециевидного сечения 12 и 13.

Винтовой барабан 1 (фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5) установлен под острым углом α к оси его вращения и выполнен в виде многогранной пирамиды с плоскими гранями по ее периметру и с плоскими торцевыми щеками многоугольной формы 14 и 15, смонтированными под острым углом β одна к другой и под разными острыми углами к оси вращения винтового барабана 1, при этом повернутыми по оси вращения винтового барабана 1 относительно друг друга на угол ϕ (фиг. 5).

При повороте щек многоугольной формы 14 и 15 по периметру винтового барабана 1 (фиг. 5) ребра многогранной винтовой пирамиды сгибаются по винтовым линиям, что не только повышает производительность, но и обеспечивает перемещение частиц сыпучих материалов от загрузи к выгрузке.

Винтовой барабан 1 с загрузочными и разгрузочными конической формы цапфами 2 и 3, привод (на чертеже не показано) закреплены на раме 9, которая упруго, с помощью четырех пневмобаллонах 10 смонтирована на станине 11.

Таким образом, винтовой барабан 1 может быть изготовлен с торцевыми щеками 14 и 15, большие оси которых i₁ и i₂ повернуты друг относительно друга на острый угол ϕ (фиг. 5).

На фиг. 5 оси i₁ и i₁ и i₂ и i₂ торцевых щек многоугольной формы 14 и 15 тождественны (i₁-i₁≡i₁¹-i₁¹) и повернуты по оси вращения винтового барабана 1 друг относительно друга на угол ϕ, при этом i₁-i₁≡i₁¹-i₁¹. Для обеспечения продольного перемещения частиц сыпучих материалов внутри загрузочной 2 и разгрузочной 3 цапф конической формы жестко закреплены по их внутренним диаметрам витки трапециевидного сечения 12 и 13.

Устройство для измельчения сыпучих материалов работает следующим образом.

Частицы сыпучих материалов через средство для загрузки 4, загрузочную цапфу 2 и с помощью витков пружины 12 поступают во вращающийся винтовой барабан 1, где они совершают движение по различным эллиптическим траекториям, размеры которых меняются по длине винтового барабана 1 в каждом поперечном сечении из-за созданного дебаланса вращающегося винтового барабана 1, при этом, частицы сыпучих материалов совершают сложное пространственное движение в вертикальной плоскости - по эллиптическим траекториям. Так как винтовой барабан 1 выполнен в виде многогранной пирамиды с плоскими гранями по его периметру и с плоскими торцевыми щеками многоугольной формы, смонтированными под острым углом одна к другой и под разными углами к оси вращения винтового барабана 1, при этом повернутыми относительно друг друга на острый угол, то частицы сыпучих материалов совершают в горизонтальной плоскости - возвратно-поступательное движение. В результате, поток движущихся частиц сыпучих материалов не стационарен, а размеры и расположение активного взаимодействия их заметно меняются за время одного оборота винтового барабана 1. Поэтому в результате нарушения упорядоченности процесса движения частиц сыпучих материалов движение их становится более активным, ликвидируется зона малоподвижности, возрастает энергоемкость их соударений между собой и со стенками по периметру винтового барабана 1, а также с торцевыми щеками 14 и 15, что расширяет технологические возможности, повышает производительность измельчения. Процесс не стационарности движения частиц сыпучих материалов усугубляется расположением торцевых многоугольных щек 14 и 15, что существенно меняет направление их движения вдоль оси вращения винтового барабана 1 и создает зоны различного давления торцевых щек 14 и 15 на частицы сыпучих материалов и интенсифицирует процесс их измельчения.. Частицы сыпучих материалов имеют возможность под воздействием геометрического уклона многогранного винтового барабана 1 и разности давления торцевых щек многогранной формы 14 и 15, расположенных под углом друг к другу и к оси вращения винтового барабана 1, не только двигаться по сложным траекториям, но и перемещаться в осевом направлении, создавая при этом турбулентные потоки. В результате такой интенсификации движения потоки частиц сыпучих материалов взаимодействуют интенсивно друг с другом, повышая производительность измельчения, расширяя технологические возможности. Измельченнные частицы сыпучих материалов через коническую втулку 3, с помощью витков трапециевидной формы 13, выводятся за пределы винтового барабана 1 в средство для разгрузки 5. Процесс движения частиц сыпучих материалов, которые поднимаются вверх и падают вниз, непрерывен. Поскольку внутренние стенки винтового барабана 1 расположены под углом не только друг к другу, но и к его оси вращения, то в каждой порции частиц сыпучих материалов, каждая частица перемещается по своему вектору направления в сторону выгрузки, что в значительной степени интенсифицирует процесс измельчения, расширяет технологические возможности, повышает производительность. Процесс движения частиц сыпучих материалов также интенсифицируется смонтированными внутри конических загрузочной и разгрузочной цапф 2 и 3 витками 12 и 13 с трапециевидным сечением и с направлением витков, совпадающим с направлением вращения винтового барабана 1, которые и обеспечивают дополнительное продольное перемещение частиц сыпучих материалов от загрузки к выгрузке.

Такое конструктивное оформление винтового барабана 1 создает дебаланс, что придает ему и раме 9 низкочастотные колебания, которые не только интенсифицируют процесс измельчения, но и обеспечивают надежность их перемещения и вывод за пределы устройства.

Технико-экономические преимущества обеспечиваются за счет расширения технологических возможностей, повышения производительности измельчения, а также за счет создания дебаланса во вращающемся винтовом барабане, что придает ему и раме устройства низкочастотные колебания, за счет придания частицам сыпучих материалов сложного пространственного движения с поджатием их потоков и одновременного воздействия на них колебаний в трех взаимно перпендикулярных направлениях.