ЗУБЧАТАЯ МЕЛЬНИЦА Российский патент 2000 года по МПК B02C7/04 

Изобретение относится к измельчителям мягких горных пород.

К известным можно отнести: мельницы, измельчающие материал между вращающимися вальцом и размольным кольцом, и мельницы, измельчающие материал между зубцом зубчатого колеса и футеровкой корпуса [1].

Основными недостатками существующих образцов являются недостаточно высокое давление рабочих органов мельницы на материал в вальцовых мельницах, низкая степень измельчения в зубчатых мельницах, их низкая эффективность и высокая энергоемкость процесса измельчения.

Отмеченные недостатки могут быть устранены путем обеспечения какими-либо конструктивными средствами увеличения давления рабочих тел на материал, уменьшения зазоров между рабочими поверхностями, а также снижения энергозатрат на упругие деформации деталей мельницы.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для транспортировки и измельчения кормов [2], состоящее из корпуса, футерованного износостойкими вкладышами, в котором на валах установлены два зубчатых колеса, находящихся в зацеплении. Измельчение материала происходит между вершиной зуба зубчатого колеса и футеровкой корпуса.

Недостатками данного устройства являются низкая степень измельчения материала, недостаточная эффективность и высокая энергоемкость процесса измельчения.

Изобретение направлено на повышение степени измельчения материала, повышение эффективности и снижение энергоемкости процесса измельчения.

Это достигается тем, что в одном корпусе соосно установлены две пары зубчатых колес, находящихся попарно в зацеплении, причем валы одной пары зубчатых колес помещены в полых валах второй пары зубчатых колес. Концы валов ведомых колес с одной из сторон соединены жестко, а соответствующие концы валов ведущих колес соединены напрягающей муфтой, с помощью которого предварительно закручены на некоторой угол ϕ в пределах упругости валов. Конструкция зубчатой мельницы представляет собой предварительно напряженный замкнутый кинематический контур, обеспечивающий значительное повышение давления рабочих поверхностей зубьев на измельчаемый материал без увеличения мощности привода. Применение в конструкции зубчатой мельницы замыкания кинематического контура позволяет уменьшить расход энергии на упругие деформации деталей зубчатой мельницы. Для предотвращения запрессовывания материала и продуктов помола во впадины зубчатых колес во впадинах сделаны наклонные выточки, образующие с торцевой поверхностью зубчатого колеса некоторый угол α, пропорциональный коэффициенту трения измельчаемого материала по материалу колеса.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен разрез мельницы в плоскости, проходящей через оси вращения валов; на фиг. 2 - разрез ведущих валов в плоскости, перпендикулярной оси их вращения; на фиг. 3 - чертеж зубчатого колеса, используемого в мельнице в качестве рабочего органа.

Позиции на чертеже обозначают:
корпус зубчатой мельницы - 1; ведущее зубчатое колесо - 2; ведомое зубчатое колесо - 3; ведущее зубчатое колесо - 4; ведомое зубчатое колесо - 5; сплошной вал ведущего зубчатого колеса - 6; сплошной вал ведомого зубчатого колеса - 7; полый вал ведущего зубчатого колеса - 8; полый вал ведомого колеса - 9; напрягающая муфта - 10; перфорированная промежуточная перегородка - 11; перфорированное дно зубчатой мельницы - 12; продукты помола - 13; измельчаемый материал - 14; загрузочный бункер - 15; жесткое соединение ведомых валов - 16.

Зубчатая мельница состоит из корпуса 1, в котором на валах соосно установлены две пары зубчатых колес 2, 3 и 4, 5, находящихся попарно в зацеплении, валы 6 и 7 одной пары зубчатых колес помещены в полых валах 8 и 9 второй пары зубчатых колес, причем концы валов 7 и 9 ведомых колес 3 и 5 с одной из сторон соединены жестко, а соответствующие концы валов 6 и 8 ведущих колес 2 и 4 соединены напрягающей муфтой 10.

Для осуществления заложенного в устройство принципа замыкания кинематического контура зубчатой мельницы в одном корпусе помещены две пары зубчатых колес (см. фиг. 1). Замыкание кинематического контура известного измельчителя возможно лишь через дополнительную зубчатую передачу, не участвующую в процессе измельчения, что неизбежно вызовет снижение КПД устройства. С тем чтобы исключить эти потери, в предложенной зубчатой мельнице две пары зубчатых колес 2 и 3, 4 и 5, необходимые для замыкания кинетического контура, установлены в одном корпуса 1 и участвуют в процессе измельчения. Мельница устанавливается горизонтально и является двухступенчатой. Пара зубчатых колес 2 и 3 является первой ступенью измельчения, а пара зубчатых колес 4 и 5 - второй ступенью измельчения материала. Промежуточная перегородка 11 и дно 12 зубчатой мельницы выполнены перфорированными и служат для классификации и удаления продуктов помола 13. Для обеспечения наибольшей компактности зубчатой мельницы валы одной пары зубчатых колес помещены в полых валах второй пары зубчатых колес. Для замыкания кинематического контура зубчатой мельницы концы валов 7 и 9 ведомых колес 3 и 5 с одной из сторон соединены жестко, а соответствующие концы валов 6 и 8 ведущих колес 2 и 4 соединены напрягающей муфтой 10, позволяющей предварительную закрутку валов на угол ϕ = f₁([τ],[σ_н],σ_м), где [τ] - допускаемое касательное напряжение при скручивании валов; [σ_н] - допускаемое контактное напряжение для зубчатых колес; σ_м - предел прочности на сжатие дробимого материала (см. фиг. 2). Как видно из формулы, угол закрутки валов ϕ является функцией трех переменных и может варьироваться в некоторых пределах, в зависимости от их величин, для достижения оптимальных характеристик процесса измельчения. Изменение угла загрузки валов ϕ также производится посредством напрягающей муфты 10. Направление вращения колеса следует выбирать так, чтобы материал 14 из загрузочного отверстия затягивался между зубьями колес.

Во избежание запрессовывания материала и продуктов помола во впадины зубчатых колес впадины имеют выточки (см. фиг. 3), образующие с торцевой поверхностью колеса угол α = f₂(K_тр,σ_м) , где K_тр - коэффициент трения измельчаемого материала по материалу зубчатого колеса, σ_м - предел прочности на сжатие измельчаемого материала. Угол α является функцией двух переменных. В процессе изготовления зубчатых колес может выбираться различная величина угла α в зависимости от предполагаемого назначения зубчатой мельницы. Зубчатые колеса установлены в корпусе зубчатой мельницы выточками вверх (см. фиг. 1).

Устройство работает следующим образом.

Материал 14, попадая через загрузочный бункер 15 в загрузочное отверстие зубчатой мельницы, затягивается вращающимися зубчатыми колесами 2 и 3 между зубьями колес, где и происходит его измельчение посредством таких измельчающих факторов, как раскалывание, раздавливание и истирание. Измельченный в первой ступени зубчатой мельницы материал через отверстия перфорированной промежуточной перегородки 11 попадает в находящуюся ниже вторую ступень. Недоизмельченный материал перемещается зубьями зубчатых колес 2 и 3 снова в зону измельчения. Измельчение материала во второй ступени зубчатой мельницы происходит аналогично. Классификация и удаление продуктов помола из второй ступени зубчатой мельницы происходит через отверстия перфорированного дна 12.

Выше приведено описание конструкции зубчатой мельницы и конструктивных особенностей ее деталей, обеспечивающих внедрение принципа замыкания кинематического контура в практику конструирования измельчающих агрегатов.

Реализация этого принципа в зубчатой мельнице позволяет значительно повысить давление зубьев зубчатых колес на материал без увеличения мощности привода, понизить потери энергии на упругие деформации деталей зубчатой мельницы, уменьшить продолжительность переходных процессов в ее рабочем цикле.

Представленная конструкция зубчатой мельницы позволяет повысить эффективность и понизить энергоемкость процесса измельчения, а также производить регулировку зубчатой мельницы для достижения оптимальных характеристик процесса измельчения для достаточно широкого спектра измельчаемых материалов без демонтажа мельницы.

Источники информации
1. Ходаков Г. С. Тонкое измельчение строительных материалов. М.: Стройиздат, 1972, с. 239.

2. Авт. св. СССР N 1076139, 28.02.1984.

Изобретение предназначено для измельчения мягких горных пород. Зубчатая мельница состоит из корпуса, в котором соосно установлены две пары зубчатых колес, находящиеся попарно в зацеплении, при этом валы одной пары зубчатых колес помещены в полых валах второй пары зубчатых колес, причем концы валов ведомых валов с одной из сторон соединены жестко, соответствующие концы валов ведущих колес соединены напрягающей муфтой, позволяющей предварительную регулируемую закрутку валов на некоторый угол, а поверхности впадин зубчатых колес имеют наклонные выточки, образующие с торцевой поверхностью зубчатого колеса угол. Изобретение позволяет повысить степень измельчения материала, эффективность и снизить энергоемкость процесса. 3 ил.

Зубчатая мельница, состоящая из корпуса, в котором на валах установлены находящиеся в зацеплении зубчатые колеса, отличающаяся тем, что две пары зубчатых колес, установленные соосно, расположены в одном корпусе, находятся попарно в зацеплении, валы одной пары зубчатых колес помещены в полых валах второй пары зубчатых колес, причем концы валов ведомых колес с одной из сторон соединены жестко, соответствующие концы валов ведущих колес соединены напрягающей муфтой, позволяющей предварительную регулируемую закрутку валов на некоторый угол
ϕ = f₁([τ],[σ_н],σ_м,
где [τ] - допускаемое касательное напряжение при скручивании валов;
[σ_н] - допускаемое контактное напряжение для зубчатых колес;
σ_м - предел прочности на сжатие дробимого материала,
а поверхности впадин зубчатых колес имеют наклонные выточки, образующие с торцевой поверхностью зубчатого колеса угол
α = f₂(K_тр,σ_м),
где K_тр - коэффициент трения измельчаемого материала по материалу зубчатого колеса;
σ_м - предел прочности на сжатие дробимого материала.