ВИБРАЦИОННЫЙ ГРОХОТ И СПОСОБ ГРОХОЧЕНИЯ НА НЕМ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1998 года по МПК B07B1/40 

Изобретение относится к технике разделения сыпучих материалов и может быть использовано в горнорудной, строительной, металлургической, сельскохозяйственной и других отраслях народного хозяйства.

Известен вибрационный грохот, включающий короб, сито и закрепленные на коробе вибровозбудители, соединенные штоками с ситом [1].

Недостатками данного грохота являются низкая эффективность процесса грохочения и значительная потребляемая мощность привода.

Известны также вибрационные грохоты [2, 3], содержащие короб с решетчатой просеивающей поверхностью, выполненной в виде натянутых струн, устройство для сообщения колебаний струнам.

Данные грохоты обеспечивают некоторое повышение эффективности процесса грохочения за счет дополнительного подпрыгивания сыпучего материала на струнах и частичное снижение энергоемкости (на 3 ^oC 5 % см. [3]).

Однако известные грохоты также характеризуются сравнительно низкой эффективностью процесса грохочения и значительным потреблением мощности привода. Кроме того, вследствие наличия струн грохот имеет ограниченные возможности по надежности конструкции, весу и характеру сыпучих материалов, предельно сложен в изготовлении, регулировке и эксплуатации, требует применения сложных дополнительных устройств для регулировки натяжения и возбуждения колебаний струн, исключения возможности местных провисаний груза и т.п.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является вибрационный грохот, содержащий короб с размещенным в его днище выпуклым вниз ситом, установленный на эксцентриковый вибровозбудитель, и привод вибровозбудителя, выполненный с возможностью регулировки частоты вращения [4].

Недостатками данного грохота являются низкая эффективность процесса грохочения и значительная потребляемая мощность привода.

Известен способ грохочения сыпучего материала, заключающийся в сообщении просеивающей поверхности вынужденных колебаний с заданными значениями амплитуды и частоты [4].

Однако данный способ характеризуется низкой эффективностью процесса грохочения и значительной потребляемой мощностью привода.

Известен способ грохочения сыпучего материала, заключающийся в сообщении просеивающей поверхности колебаний в нескольких плоскостях путем приложения к просеивающей поверхности вынуждающей силы в двух точках [5].

Недостатками данного способа являются значительная сложность как устройства, так и процесса реализации, низкая производительность грохочения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному изобретению является способ грохочения сыпучего материала путем его периодического подбрасывания на просеивающей поверхности [6], заключающийся в сообщении просеивающей поверхности вынужденных колебаний с амплитудой a и частотой p, удовлетворяющих соотношению:
,
где
q = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

При выполнении соотношения (1) между амплитудой a и частотой p вынужденных колебаний частицы сыпучего материала подбрасываются на достаточно большую высоту над просеивающей поверхностью, что обеспечивает высокую эффективность разделения сыпучего материала. При невыполнении соотношения (1) слой частиц расположен в области просеивающей поверхности и разделения практически не происходит.

Однако, при заданной амплитуде a колебаний мощность привода пропорциональна кубу частоты колебаний p. Выполнение же соотношения (1) требует для эффективного разделения сыпучего материала сравнительно больших величин частоты p, а следовательно, значительного потребления мощности привода. Снижение же мощности привода резко снижает эффективность процесса грохочения.

Таким образом, данный способ также не позволяет получить высокую эффективность процесса грохочения при одновременном снижении потребляемой мощности привода.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса грохочения при одновременном снижении потребляемой мощности привода.

Поставленная цель достигается тем, что в известном вибрационном грохоте, содержащем короб с размещенным в его днище выпуклым вниз ситом, установленный на эксцентриковый вибровозбудитель и привод вибровозбудителя, выполненный с возможностью регулирования частоты вращения, центральная содержащая сито часть днища короба выполнена в виде круглой хлопающей мембраны с известным значением усилия срабатывания F_хл.

В известном способе грохочения сыпучего материала путем его периодического подбрасывания на просеивающей поверхности, заключающемся в сообщении просеивающей поверхности вынужденных колебаний с заданными значениями амплитуды и частоты, просеивающей поверхности дополнительно сообщают скачкообразные периодические перемещения в направлении, совпадающем с направлением вынужденных колебаний, для чего амплитуду и частоту вынужденных колебаний выбирают по следующему соотношению:
,
где
d, m - амплитуда вынужденных колебаний;
p-1x

- частота вынужденных колебаний;
g = 9,8 м/с² - ускорение свободного падения;
m, кГ - максимальная массы сыпучего материала, размещенного на просеивающей поверхности;
F_хл - усиление срабатывания хлопающей мембраны, кг • м/с².

На фиг.1 схематично изображен предложенный вибрационный грохот, вид сверху; на фиг. 2 - разрез А - А на фиг.1.

Вибрационный грохот содержит короб 1 с размещенным в его днище 2 выпуклым вниз ситом 3. При этом центральная содержащая сито 3 часть днища 2 короба 1 выполнена в виде круглой хлопающей мембраны 4 с известным значением усилия срабатывания /хлопка/ F_хл. Мембрана 4 вописана своей окружностью в прямоугольник днища 2 короба 1 и приварена по периферии вдоль контура отверстия к днищу 2. Короб 1 установлен на эксцентриковый вибровозбудитель 5 с приводом 6, выполненным в возможностью регулирования частоты вращения (на фиг.1 элементы 5,6 и т.п. подробно не показаны, так как характер возбуждения вынужденных колебаний здесь не принципиален и не изменен по сравнению, например, с устройством) [4].

Предлагаемый способ грохочения сыпучего материала осуществляют на данном вибрационном грохоте следующим образом.

Загружают в короб 1 сыпучий материал, максимально возможная масса m которого примерно известна. Сообщают вибровозбудителем 5 с приводом 6 вынужденные колебания коробу 1, при этом дополнительно сообщают просеивающей поверхности скачкообразные периодические перемещения в направлении, совпадающем с направлением ее вынужденных колебаний, для чего амплитуду d колебаний считают известной, определяемой эксцентриситетом вибровозбудителя, а частоту p колебаний устанавливают приводом согласно соотношению:

При таком возбуждении дополнительно к вынужденным колебаниям короба 1 с частотой p-1x

- будут одновременно происходить многократные в течение периода колебаний релейные хлопки /перескоки/ мембраны 4 из нижнего в верхнее и обратно граничные положения. Естественно, при таких хлопках частицы сыпучего материала в коробе 1 будут получать в вертикальной плоскости значительные дополнительные скорости, обуславливающие значительные амплитуды их подпрыгивания относительно поверхности сита 3, и, как следствие, повышение эффективности процесса просеивания. Как видно из зависимости (2), при уменьшении массы m сыпучего материала в процессе грохочения по сравнению с ее первоначальным значением при загрузке соотношение (2) тем более будет выполняться.

Сравнивая зависимость 9 (2) с зависимостью (1) - условием эффективного грохочения в способе-прототипе [6] нетрудно сделать вывод о возможности снижения частоты p возбуждения в предлагаемом способе при той же амплитуде a, m возбуждения. Следует отметить, что даже некоторое понижение частоты p возбуждения приведет к значительному понижению потребляемой мощности привода. Кратко это поясним. W = ap² - амплитуда виброускорения; F = mW = map² - действующая на сыпучий материал инерционная сила; N = F • V - мощность привода, где V = ap - скорость, сообщаемая частицам материала. В итоге N = ma²p³, т. е. потребляемая мощность пропорциональна кубу частоты возбуждения. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали, что даже применение простейших металлических круглых хлопающих мембран, аналогичных применяемым в релейных устройствах, но увеличенных размеров, позволяет снизить энергоемкость виброгрохотов на 20-30% при сохранении эффективности просеивания материала.

Таким образом, предложенные вибрационный грохот и способ грохочения на нем сыпучего материала позволяет повысить эффективность процесса грохочения при одновременном снижении потребляемой мощности привода. Были получены подробные аналитические зависимости, описывающие динамические процессы, происходящие при работе устройства, получены параметры различных режимов работы.

Остановимся кратко на выводе зависимости (20, включенной в формулу изобретения.

Была рассмотрена динамика движения сыпучего материала массой m относительно короба. При законе движения короба Z = a sin (pt+δ)) в коробе в виде
,
где
; c - продольная жесткость мембраны.

При p < k амплитуда относительных колебаний материалов .

При p << k, что в действительности имеет место, можно считать, что масса находится в состоянии относительного покоя, b = 0, и
,
где
- сила упругости мембраны;
- даламберова сила инерции.

В проекции на ось x, связанной с колеблющимся коробом при
Ф_ex=Ф_ez= =map² sin ( (pt+δ) ,
запишем
mg - F + map² sin ( (pt+δ) )=0, откуда
F=m[g + ap² sin ( (pt+δ) )].

Очевидно, что хлопок мембраны будет происходить при
g=ap² или mg - ap²m ≤ F_хл, (3)
откуда
Например, при нахождении мембраны 4 в нижнем граничном положении в той части периода вынужденных колебаний короба 1, когда сила инерции map² действует вниз (вниз действует и сила тяжести ), соотношение (3) не выполняется и мембрана не хлопает. При изменении направления действия силы инерции (сила map² действует вверх) и за счет выполнения соотношения (3) мембрана перехлопнет в верхнее граничное положение, сразу же опять в нижнее и т. д. Этот процесс перехлопывания, происходящий с высокой частотой (собственная частота k >> p, продолжительность самого хлопка предельно мала), будет совершаться многократно за период воздействия возмущающей силы, пока опять сила инерции не сменит свое направление при нижнем положении мембраны (в верхнем положении мембраны ее перескок согласно условию (3) происходит при любом направлении силы инерции, так как в этом положении силы тяжести и упругости совпадают по направлению).

Необходимо подчеркнуть, что как показали эксперименты, за счет особого влияния на процессы грохочения существенно нелинейных динамических эффектов - дополнительных подбрасываний материала при скачках мембраны - интенсивность режимов натуральных процессов грохочения существенно превосходит интенсивность этих режимов, полученных при исследовании аналитических моделей.

Источники информации:
1. Патент США N 3049235, кл. 209-324/325, опублик. 1962.

2. Авт.св. СССР N 778818, кл. B 07 B 1/40, опублик. 1980.

3. Авт.св. СССР N 1042819, кл. B 07 B 1/30, опублик. 1983.

4. Авт.св. СССР N 1419754, кл. B 07 B 1/36, опублик. 1988 (прототип).

5. Авт.св. СССР N 1120535, кл. B 07 B 1/28, B 07 B 1/00, опублик. 1986.

6. Авт.св. СССР N 977058, кл. B 07 B 1/40, опублик. 1982 (прототип).

Использование: для разделения сыпучих материалов в горнорудддной, строительной, металлургической, сельскохозяйственной и других отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения: вибрационный грохот содержит короб с размещенным в его днище выпуклым вниз ситом, при этом центральная, содержащая сито часть днища короба, выполнена в виде круглой хлопающей мембраны с известным значением усилия срабатывания. Способ грохочения сыпучего материала путем его периодического подбрасывания на просеивающей поверхности содержит сообщение просеивающей поверхности вынужденных колебаний с заданными значениями амплитуды и частоты и одновременно дополнительное сообщение просеивающей поверхности скачкообразных периодических перемещений в направлении, совпадающем с направлением вынужденных колебаний, для чего амплитуду и частоту вынужденных колебаний выбирают в соответствии с заданной аналитической зависимостью. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

ыыы1о

1. Вибрационный грохот, содержащий короб с размещенным в его днище выпуклым вниз ситом, установленный на эксцентриковый вибровозбудитель, и привод вибровозбудителя, выполненный с возможностью регулирования частоты вращения, отличающийся тем, что центральная, содержащая сито часть днища короба выполнена в виде круглой хлопающей мембраны с известным значением усилия срабатывания F_х л. 2. Способ грохочения сыпучего материала путем его периодического подбрасывания на просеивающей поверхности, заключающийся в сообщении просеивающей поверхности вынужденных колебаний с заданными значениями амплитуды и частоты, отличающийся тем, что просеивающей поверхности дополнительно сообщают скачкообразные периодические перемещения в направлении, совпадающем с направлением вынужденных колебаний, для чего амплитуду и частоту вынужденных колебаний выбирают по следующему соотношению:

где a - амплитуда вынужденных колебаний, м;
P - частота вынужденных колебаний, с^- 1;
g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения;
m - максимальная масса сыпучего материала, размещенного на просеивающей поверхности, кг;
F_х л - усилие срабатывания хлопающей мембраны, кг • м/с².