УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2001 года по МПК B02C19/22 

Изобретение относится к полимерному машиностроению и может быть использовано в конструкциях устройств для измельчения материалов с несколькими валами, применяемых для переработки отходов производства из пластмасс, химических и натуральных волокон, и утилизации изношенных изделий, преимущественно из эластомеров типа вулканизированной резины, например автомобильных шин с отделенным металлическим кордом, с целью получения мелкозернистого и монодисперсного порошка.

Известно устройство для переработки органических материалов, содержащее последовательно расположенные по ходу перемещения материала блок загрузки и предварительного уплотнения низкого давления и блок уплотнения среднего давления, сопряженный с блоком высокого давления (1).

Блок загрузки и предварительного сжатия состоит из трех находящихся во взаимном зацеплении шнеков: центрального и двух боковых, при этом оси валов расположены в одной горизонтальной плоскости параллельно друг другу. Из блока среднего давления материал выдавливается в блок высокого давления посредством двух поршней, откуда в текучем состоянии поступает на транспортер и далее подается на измельчение в другое устройство. Таким образом, известное устройстве не обеспечивает непосредственное получение порошка из перерабатываемого материала.

Известно устройство для измельчения материалов, содержащее корпус с размещенными в нем ведущим и двумя ведомыми рабочими органами, выполненными в виде установленных на валах дисков с закрепленными по их периферии замкнутыми пружинами, образующими тороидальные поверхности и имеющими одинаковый шаг свивки.

Валы ведомых рабочих органов расположены симметрично относительно продольной оси ведущего вала и параллельно между собой (2).

В известном устройстве возможно измельчение только хрупких материалов, причем для достижения высокой степени измельчения требуется дополнительная переработка материала. Выполнение рабочих элементов в виде пружин не позволяет измельчать резину и другие эластомеры, что сужает область применения устройства.

Наиболее близким к прелагаемому изобретению является устройство для измельчения материалов, содержащее корпус с загрузочным и выходным отверстиями, внутри корпуса выполнены пересекающиеся вдоль образующих расточки с неподвижными режущими кромками, расположенными вдоль линий пересечения расточек, и валы с рабочими элементами, размещенными на участках загрузки, измельчения и выгрузки, установленные в расточках с возможностью, по крайней мере на участке измельчения, совместного воздействия на измельчаемый материал рабочего элемента каждого вала и неподвижных режущих кромок (3).

Известное устройство для измельчения материалов, принятое в качестве прототипа, при выполнении определенных условий, обеспечивает измельчение полимерных материалов, в том числе эластомеров, с достаточной степенью дисперсности. Однако, этот результат достигается за счет выполнения участка измельчения достаточно протяженным, чтобы иметь возможность для размещения на валах рабочих элементов, состоящих из большого количества многоугольных дисков. Поэтому в процессе измельчения, в связи с изменением насыпной плотности материала по ходу потока, нагрузка по длине рабочего элемента распределяется неравномерно и часть дисков, работая с повышенной нагрузкой, интенсивно изнашивается, что делает необходимыми частые остановки измельчителя для замены всех дисков, хотя часть из них практически может не иметь следов износа.

Известно, что производительность роторных измельчителей по выходу целевой фракции, при прочих равных условиях, зависит от числа силовых воздействий на материал со стороны рабочего элемента в процессе измельчения. В известном устройстве, для повышения производительности по выходу целевой фракции, необходимо увеличивать количество дисков рабочих элементов на участке измельчения, длина которого растет и, следовательно, усугубляются перечисленные выше недостатки. В связи с вышеизложенным, можно сделать вывод о том, что указанные недостатки ухудшают эксплуатационные характеристики и технико-экономические показатели устройства-прототипа.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания устройства для измельчения материалов с высокими технико-экономическими показателями, обеспечивающее получение тонкозернистых монодисперсных порошков из различных полимерных материалов, в том числе эластомеров.

Технический результат, который достигается при осуществлении изобретения, заключается в увеличении производительности устройства для измельчения материалов по выходу целевой фракции при одновременном увеличении времени его работы без замены рабочих элементов.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройстве для измельчения материалов, содержащем корпус с загрузочным и выходным отверстиями, внутри корпуса выполнены пересекающиеся вдоль образующих расточки с неподвижными режущими кромками, расположенными вдоль линий пересечения расточек, и валы с рабочими элементами, размещенными на участках загрузки, измельчения и выгрузки, установленные в расточках с возможностью, по крайней мере на участке измельчения, совместного воздействия на измельчаемый материал рабочего элемента каждого вала и неподвижных режущих кромок, новым является то, что внутри корпуса выполнены шесть расточек, равномерно расположенные по окружности внутренней поверхности корпуса и предназначенные для размещения шести боковых валов, а вдоль продольной оси внутренней поверхности корпуса установлен центральный вал с рабочим элементом, размещенным на участках загрузки, измельчения и выгрузки, при этом, по крайней мере на участке измельчения, рабочий элемент каждого бокового вала воздействует на измельчаемый материал совместно с рабочим элементом центрального вала, с рабочими элементами двух смежных боковых валов и с двумя неподвижными режущими кромками, примыкающими к расточке соответствующего бокового вала, причем, по крайней мере на участке измельчения, рабочие элементы на центральном валу и боковых валах выполнены многоугольными с числом вершин, кратным трем, а валы установлены с возможностью их однонаправленного вращения.

Кроме того, рабочие элементы центрального и боковых валов, по крайней мере на участке измельчения, выполнены в виде набора плоских дисков треугольной формы, боковые стороны которых имеют вид выпуклых дуг, а режущие кромки на их периферии расположены по винтовой линии, образованной за счет углового смещения вершин соседних дисков относительно друг друга, при этом диски размещены на валах в плоскостях, перпендикулярных осям валов таким образом, что расположенные в одной плоскости диски на всех валах установлены в одинаковом положении.

Кроме того, расточки в корпусе выполнены цилиндрическими.

Кроме того, расточки в корпусе выполнены конусными, сужающимися в направлении выходного отверстия, при этом рабочие элементы выполнены конусообразными, сужающимися в направлении выходного отверстия, а режущие кромки рабочих элементов расположены по конической винтовой линии.

Кроме того, на участках загрузки и выгрузки валы снабжены шнеками.

Действительно, выполнение заявленного устройства для измельчения материалов с семью рабочими элементами и шестью неподвижными режущими кромками многократно увеличивает не только количество, но и частоту циклов силовых воздействий на материал за счет одновременного взаимодействия в процессе измельчения рабочего элемента каждого бокового вала с рабочим элементом центрального вала, с рабочими элементами двух смежных боковых валов и с двумя неподвижными режущими кромками, примыкающими к расточке соответствующего бокового вала и с поверхностью этой расточки, причем, по крайней мере на участке измельчения, рабочие элементы на центральном валу и боковых валах выполнены многоугольными с числом вершин, кратным трем, а валы установлены с возможностью их однонаправленного вращения.

В результате, по сравнению с прототипом, число рабочих элементов увеличилось на 5 единиц, а число зон взаимодействия рабочих элементов между собой, в которых наиболее активно происходит измельчение материала, выросло с одной до двенадцати. Следовательно, многократное повышение интенсивности измельчения материала в заявленном устройстве позволяет, при необходимости, уменьшить длину рабочих элементов, не только не уменьшая производительность устройства, но даже увеличить ее.

Таким образом, увеличение интенсивности измельчения при одновременном снижении нагрузок на рабочие элементы уменьшает их износ и увеличивает время работы устройства без замены рабочих элементов.

Как показывает анализ известного уровня техники, достигнутый результат не является очевидным, так как получен не за счет суммирования известных признаков по заранее известному правилу.

На основании изложенного можно утверждать, что предложенное устройство для измельчения материалов представляет собой новую совокупность признаков, обеспечивающую достижение указанного технического результата, который явным образом не следует из уровня техники. Это позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 схематично изображен продольный разрез устройства для измельчения материалов; на фиг. 2 - сечение Д-Д на фиг. 1 с рабочим элементом на участке измельчения в виде набора треугольных дисков; на фиг. 3 - треугольный диск рабочего элемента.

Устройство для измельчения материалов содержит корпус 1 с загрузочным отверстием 2 и выходным отверстием 3, установленный внутри корпуса 1 вдоль продольной оси его внутренней поверхности центральный вал 4 с рабочим элементом 5, размещенным на участках загрузки A, измельчения В и выгрузки C, шесть расточек 6, 7, 8, 9, 10 и 11, пересекающиеся вдоль образующих и равномерно расположенные по окружности внутренней поверхности корпуса 1, шесть неподвижных режущих кромок 12, каждая из которых расположена вдоль линий пересечения двух смежных расточек соответственно 6 и 7, 7 и 8, 8 и 9, 9 и 10, 10 и 11, 11 и 6, и установленные в расточках 6, 7, 8, 9, 10 и 11 боковые валы 13 с рабочими элементами 14, размещенными на участках загрузки A, измельчения B и выгрузки C, при этом, по крайней мере на участке измельчения B рабочий элемент 14 каждого бокового вала 13 воздействует на измельчаемый материал совместно с рабочим элементом 5 центрального вала 4, с рабочими элементами 14 двух смежных боковых валов 13 и с двумя неподвижными режущими кромками 12, примыкающими к расточке соответствующего бокового вала 13, причем, по крайней мере на участке измельчения, рабочий элемент 5 на центральном валу 4 и рабочие элементы 14 на боковых валах 13 выполнены многоугольными с числом вершин 15, кратным трем, по меньшей мере с тремя вершинами.

В частном случае выполнения устройства рабочий элемент 5 и рабочие элементы 14, размещенные по крайней мере на участке измельчения, могут быть выполнены в виде набора плоских дисков 16 треугольной формы, боковые стороны 17 которых равны между собой и имеют вид выпуклых дуг, а режущие кромки 18 на их периферии расположены вдоль рабочего элемента 14 по винтовой линии, образованной за счет углового смещения вершин 15 соседних дисков 16 относительно друг друга, при этом диски 16 размещены на валах 4 и 13 в плоскостях, перпендикулярных осям валов 4 и 13 таким образом, что расположенные в одной плоскости диски 16 на всех указанных валах установлены в одинаковом положении.

Расточки 6-11 и внутренняя поверхность в корпусе 1 могут быть выполнены цилиндрическими или конусными (на фигуре не показано), сужающимися в направлении выходного отверстия 3, при этом рабочие элементы 14, размещенные на боковых валах 13, и рабочий элемент 5 на центральном валу 4 выполнены конусообразными, сужающимися в направлении выходного отверстия 3, а их режущие кромки 18 расположены по конической винтовой линии. Кроме того, на участках загрузки A и выгрузки C боковые валы 13 и центральный вал 4 могут быть снабжены шнеками 19 и 20 соответственно.

Измельчитель соединен с приводом 21 через редуктор 22, при включении привода 21 центральный вал 4 и боковые валы 13 вращаются синхронно в одном направлении.

Устройство работает следующим образом.

Исходный материал через загрузочное отверстие 2 поступает во внутрь корпуса 1 на участок загрузки A и с помощью рабочих элементов 14 и 5, в частном случае представляющих собой семь шнеков 19, куски материала в сжатом состоянии подаются на участок измельчения В, где при совместном воздействии на материал рабочих элементов 14 и 5 и неподвижных режущих кромок 12 осуществляется измельчение, как посредством резки, так и за счет истирания в массе при поперечном движении частиц материала относительно осей вращения валов 13 и 4, что характерно для процесса измельчения в многороторных устройствах при расположении режущих кромок 18 рабочих элементов 14 и 5 по винтовой линии. Кроме того, многоугольная форма рабочих элементов 14 позволяет осуществлять многократное дробление материала в порошок между поверхностью расточек 6-11 и вершинами 15 рабочих элементов 14, а выполнение рабочих элементов 5 и 14 в виде набора плоских дисков 16, расположенных на валу один за другим, с угловым смещением вершин 15 соседних дисков 16 относительно друг друга, обеспечивает транспортировку измельчаемого материала в продольном направлении вдоль расточек. Измельченный материал выгружается с помощью рабочих элементов 5 и 14, в частности выполненных в виде шнеков 20, через выходное отверстие 3.

Сущность процесса измельчения не зависит от того, с каким числом вершин, кратным трем, выполнены рабочие элементы и какую форму имеют внутренняя поверхность корпуса и расточки - цилиндрическую или конусную, но в последнем случае за счет плавного и непрерывного изменения проходного сечения, несмотря на увеличение насыпной плотности материала по ходу потока, обеспечивается заполнение материалом рабочего объема устройства и поддержание оптимальных нагрузок по всей длине рабочих элементов. Однако, преимущество заявляемого устройства по сравнению с прототипом проявляется во всех случаях выполнения, представленных в формуле изобретения.

Действительно, в заявляемом устройстве рабочие элементы подвергают материал измельчению, взаимодействуя между собой одновременно в двенадцати зонах, кроме того, увеличение числа расточек и рабочих элементов, а следовательно, и количества и частоты циклов силовых воздействий на материал, многократно повышает интенсивность измельчения, и пропорционально этому возрастает производительность при одновременном снижении нагрузки на рабочие элементы, что увеличивает их рабочий ресурс.

На основании изложенного можно сделать вывод, что предлагаемое устройство для измельчения может быть осуществлено и обеспечивает указанный выше технический результат.

Источники информации
1. Патент SU N 1662343, B 02 C 19/22, 1991.

2. Патент RU N 2036730, В 02 C 19/22, 1995.

3. Патент RU N 2059435, В 02 C 19/12, 1996 (прототип).

Изобретение предназначено для измельчения отходов производства из пластмасс, химических и натуральных волокон и утилизации изношенных изделий, преимущественно из эластомеров типа вулканизированной резины, например, автомобильных шин с отделенным металлическим кордом, для получения мелкозернистого и монодисперсного порошка. Устройство для измельчения материалов содержит корпус с загрузочным и выходным отверстиями, внутри корпуса выполнены шесть расточек, равномерно расположенных по окружности внутренней поверхности корпуса и предназначенных для размещения шести боковых валов, а вдоль продольной оси внутренней поверхности корпуса установлен центральный вал с рабочим элементом, размещенным на участках загрузки, измельчения и выгрузки, при этом по крайней мере на участке измельчения рабочий элемент каждого бокового вала воздействует на измельчаемый материал совместно с рабочим элементом центрального вала, с рабочими элементами двух смежных боковых валов и с двумя неподвижными режущими кромками, примыкающими к расточке соответствующего бокового вала, причем по крайней мере на участке измельчения рабочие элементы на центральном валу и боковых валах выполнены многоугольными с числом вершин, кратным трем, а валы установлены с возможностью их однонаправленного вращения. Изобретение позволяет увеличить производительность устройства по выходу целевой фракции при одновременном увеличении времени его работы без замены рабочих элементов. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для измельчения материалов, содержащее корпус с загрузочным и выходным отверстиями, внутри корпуса выполнены пересекающиеся вдоль образующих расточки с неподвижными режущими кромками, расположенными вдоль линий пересечения расточек, и валы с рабочими элементами, размещенными на участках загрузки, измельчения и выгрузки, причем валы установлены в расточках с возможностью, по крайней мере на участке измельчения, совместного воздействия на измельчаемый материал рабочего элемента каждого вала и неподвижных режущих кромок, отличающееся тем, что внутри корпуса выполнены шесть расточек, равномерно расположенные по окружности внутренней поверхности корпуса и предназначенные для размещения шести боковых валов, а вдоль продольной оси внутренней поверхности корпуса установлен центральный вал с рабочим элементом, размещенным на участках загрузки, измельчения и выгрузки, при этом по крайней мере на участке измельчения рабочий элемент каждого бокового вала воздействует на измельчаемый материал совместно с рабочим элементом центрального вала, с рабочими элементами двух смежных боковых валов и с двумя неподвижными режущими кромками, примыкающими к расточке соответствующего бокового вала, причем, по крайней мере на участке измельчения рабочие элементы на центральном валу и боковых валах выполнены многоугольными с числом вершин кратным трем, а валы установлены с возможностью их однонаправленного вращения. 2. Устройство для измельчения материалов по п.1, отличающееся тем, что рабочие элементы на центральном и боковых валах, по крайней мере на участке измельчения, выполнены в виде набора плоских дисков треугольной формы, боковые стороны которых имеют вид выпуклых дуг, а режущие кромки на их периферии расположены вдоль вала по винтовой линии, образованной за счет углового смещения вершин соседних дисков относительно друг друга, при этом диски размещены на валах в плоскостях перпендикулярных осям валов таким образом, что расположенные в одной плоскости диски на всех валах установлены в одинаковом положении. 3. Устройство для измельчения материалов по п.1 или 2, отличающееся тем, что расточки в корпусе выполнены цилиндрическими. 4. Устройство для измельчения материалов по п.1 или 2, отличающееся тем, что расточки в корпусе выполнены конусными, сужающимися в направлении выходного отверстия, при этом рабочие элементы выполнены конусообразными, сужающимися в направлении выходного отверстия, а режущие кромки рабочих элементов расположены по конической винтовой линии. 5. Устройство для измельчения материалов по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что на участках загрузки и выгрузки валы снабжены шнеками.