УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДРОБИЛОК С ВОЗВРАТНЫМИ И НЕВОЗВРАТНЫМИ МОЛОТКАМИ ВТОРИЧНОГО И ТРЕТИЧНОГО ДРОБЛЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК B02C13/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ.

Настоящее изобретение относится к усовершенствованиям молотковых дробилок как вторичного, так и третичного дробления, с возвратным и невозвратным ходом, предназначенных для изготовления инертных материалов и оснащенных специальным ротором для перехвата загрузочного потока инертных материалов и клиновидными лопастями с малой окружной скоростью вращения и малой толщиной свободного края; способных интенсивно перебрасывать инертные материалы в прерывном режиме перпендикулярно по отношению к молоткам и только в момент хода молотков.

СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ.

Известные к настоящему времени ударные молотковые дробилки вторичного и третичного дробления, приспособленные к изготовлению инертных материалов, обнаруживают значительные недостатки: повышенный процент повторной обработки, сказывающейся на производительности, сильная запыленность готового продукта, проблемы, связанные с воздействием на окружающую среду и здоровье работников в связи с колоссальным количеством пыли, выбрасываемой работающими дробилками, плохая гранулометрия и многоугольная структура выработанной продукции (изредка присутствуют избыточно запыленные тонкие участки), быстрый износ молотков и армированных стенок.

Основной причиной неэффективности является высокая окружная скорость молотков, необходимая для того, чтобы переломить невосприимчивый материал. Это осложняет проходимость указанного материала по передней части молотков. Однако надлежащая выработка способа управления воздействием передней частью молотков, приходящая на смену традиционной дробильной системе (как показали исследования, проведенные заявителем), позволяет решить все вышеописанные проблемы.

В дробилках третичного дробления, обрабатывающих заготовки диаметром до тридцати миллиметров, необходимо применять окружную скорость, составляющую примерно 70 м/с, в то время как в дробилках вторичного дробления, обрабатывающих заготовки диаметром максимум около ста миллиметров, скорость должна преимущественно достигать 40 м/с. Данные скорости слишком велики, чтобы обеспечить проходку инертного материала указанных размеров за чрезвычайно короткий промежуток времени (примерно 0,03 секунды для третичных дробилок и около одной второй для вторичных дробилок) по передним участкам молотков.

Физический феномен, проявляющийся в данном процессе, может быть хорошо продемонстрирован при моделировании работы дробилки на персональном компьютере, к примеру, третичной дробилки с двумя молотками, вырабатывающей песок. Как только заготовки загружаются в дробилку, обнаруживается, что молоток уже при первом срабатывании на определенном количестве инертного материала препятствует свободному падению остающихся частиц заготовки, которые не были захвачены. Таким образом, создается феномен интерференции между остающимися не перехваченными частицами, количество которых напрямую связано не только с вышеуказанной окружной скоростью вращения (прежде всего), но также с толщиной головки молотка и с загрузочным потоком заготовок, который движется сверху в свободном падении. Указанные частицы заготовок не успевают упорядочиться из-за высокой частоты ударов молотка в единицу времени (около тридцати ударов в секунду для третичной дробилки с двумя молотками). И в этом случае, особенно когда край молотка начинает закругляться по причине износа, заготовка практически не захватывается передней частью молотка, она не принимается («плавает») и движется между окружностью ротора и армированной стенкой дробилки по все более узкому пространству, пока не раздробляется лишь в том участке, который соответствует размерам самой заготовки. Отсюда следует необходимость оснастить традиционную дробилку специальным регулятором приближения армированной стенки по отношению к окружности ротора (чтобы установить максимальные габариты дробящихся инертных материалов и чтобы компенсировать износ верхней части молотка).

Результаты описанной традиционной дробильной системы неизбежно выявляют негативные стороны, изложенные в начале параграфа.

ЦЕЛИ И ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предметом настоящего изобретения являются молотковые дробилки как вторичного, так и третичного дробления, с возвратным и невозвратным ходом, предназначенные для изготовления инертных материалов, сконструированные совершенно новым и оригинальным способом и позволяющие окончательно разрешить различные проблемы, изложенные выше, посредством отличий в технологической системе (полное воздействие передней частью молотка вместо традиционного дробления).

С учетом вышеуказанных проблем, которые определяют феномен интерференции и, следовательно, влияют на раздробление (высокая окружная скорость вращения и толщина головки молотка, а также большая ширина загрузочного потока материалов), идея заключается в том, чтобы использовать специальный ротор для перехвата инертных материалов, аналогичный тому, который применяется в традиционных дробилках, но имеющий также перехватывающие части (лопасти), отличающиеся меньшей окружной скоростью вращения и меньшей толщиной головки. В этой системе предусматривается более узкий загрузочный поток. При перехвате инертные материалы могут интенсивно перебрасываться перпендикулярно по отношению к передней части молотков. Это перебрасывание происходит в прерывном режиме и только в момент хода молотков, головки которых не поражаются проходящими инертными материалами; таким образом, не происходит интерференции между различными частицами инертных материалов. Именно таким способом для разрешения проблемы интерференции применяется эффективный механизм перехвата инертных материалов, и обеспечивается воздействие на переднюю часть молотков.

Достижение воздействия на переднюю часть молотков блестяще разрешает все вышеуказанные проблемы, присущие традиционной системе дробления. Все это отлично подтверждается результатами, полученными заявителем не только через проведение исследований посредством моделирования на персональном компьютере, но и через испытания, проведенные на созданном прототипе машины.

Ниже приводим полученные уникальные результаты по сравнению с обычной традиционной дробилкой:

- увеличение производства почти в два раза по сравнению с традиционными дробилками с новыми молотками, и почти в три раза по сравнению с традиционными дробилками с изношенными молотками;

- повторная обработка почти не используется;

- сокращение потребляемой электроэнергии почти в два раза с равным производством;

- устранение около 70% пыли в конечном продукте;

- почти полное отсутствие пыли, выбрасываемой из дробилки во внешнюю среду (значительное сокращение воздействия на окружающую среду и здоровье работников в рабочей среде);

- отличная многоугольная структура вырабатываемой продукции;

- отличная гранулометрия инертных материалов, при вырабатывании песка присутствует высокий процент тонких частей, другая гранулометрия может быть достигнута в зависимости от скорости ударов (достаточно сменить блок двигателя);

- снижение износа молотков и армированных стенок; стоит уточнить, что такой износ, в отличие от традиционных систем, не вызывает никаких неудобств, связанных с бесперебойностью производства, подачи электроэнергии, запыленностью, многоугольной структурой, гранулометрией и т.д.

Эта новая система (полного воздействия), как уже было продемонстрировано, не только окончательно разрешает все сложные проблемы, связанные с традиционной системой дробления, но и представляет также другие огромные преимущества, которые будут описаны ниже.

Кроме классического ротора с молотками эти инновационные дробилки оснащены вторым ротором (перехватывающим вращающийся механизм), расположенным всего на несколько сантиметров выше. Диаметр его зависит от размеров инертного материала, который необходимо обработать (чуть меньше - для дробилок вторичного дробления, и намного - для дробилок третичного дробления). Этот ротор оснащен специальными лопастями в таком же количестве, как и молотки. Второй ротор поставлен в общий ход (фазу) с основным ротором (равное число оборотов в единицу времени) при помощи специальной зубчатой передачи. Основная характеристика данного второго ротора заключается в том, чтобы принимать инертные материалы сверху, проводить их по круговой траектории и перебрасывать на передние части молотков дробилки в направлении, почти перпендикулярном внешнему краю молотков. Как видно из фиг.1, составляющий вектор направления скорости молотка проходит немного ниже (лишь на 5-7%) вектора скорости перебрасывания. Это означает, что скорость перебрасывания по интенсивности и направлению почти полностью достигает окружной скорости молотка, который наносит удар по инертным материалам. Принимая во внимание, что уже с первого удара дробление материала достигает почти 70%, основные результаты вышеуказанной характеристики следующие:

- учитывая воздействие скорости перебрасывания, окружная скорость вращения дробилки может быть в значительной степени снижена, особенно у вторичных дробилок (можно уменьшить ее почти вдвое), при этом сохраняется скорость ударов, необходимая для того, чтобы переломить невосприимчивый материал. Основное преимущество здесь состоит в более легком и управляемом проникновении самих инертных материалов по направлению к передней части молотков (мы уже видели, что не рекомендуется использовать высокую окружную скорость вращения в связи с феноменом интерференции). Более того, в третичных дробилках данная система при работе с заготовками небольших размеров (около 10 мм) позволяет приблизиться к скорости, которая ранее никогда не достигалась (свыше 90 м/с), не снижая при этом окружной скорости вращения дробилки (это не обязательно, так как проникновение во вращающийся перехватывающий ротор наиболее доступно для инертных материалов с небольшими размерами), но используя вышеуказанную дополнительную скорость перебрасывания. Все это дает возможность добиться вырабатывания мельчайшего песка, что невозможно при применении ударных дробилок, существующих на рынке в настоящее время;

- благодаря перебрасыванию материала почти перпендикулярно передней части молотков тангенциальное давление в ходе ударов может быть уменьшено, вследствие чего улучшается многоугольная структура вырабатываемых инертных материалов и сокращается количество пыли;

- благодаря максимальному сближению двух вышеуказанных роторов (расстояние всего в несколько сантиметров) с предельной точностью обеспечивается достижение объекта (точка попадания), вследствие чего улучшаются эффекты, не контролируемые в стадиях перебрасывания и удара.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ И СПОСОБА РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Эти и другие характеристики, а также преимущества, становятся очевидными из последующего описания и приложенных чертежей, представленных лишь с иллюстративной, а не с ограничительной целью, где:

- фиг.1 демонстрирует поперечное сечение обычной молотковой дробилки вторичного дробления с возвратным ходом, полностью ударной;

- фиг.2 демонстрирует продольное сечение дробилки, указанной на предыдущем чертеже;

- фиг.3 представляет поперечное сечение обычной молотковой дробилки третичного дробления с возвратным ходом, полностью ударной;

- фиг.4 показывает продольное сечение дробилки, указанной на предыдущем чертеже;

- фиг.5 демонстрирует конструктивную схему обычной молотковой дробилки третичного дробления с невозвратным ходом, полностью ударной.

В нижеуказанных комментариях для простоты описания мы берем в качестве примера вторичную дробилку, как на фиг.1 и 2, уточняя, что то же самое применимо и к третичной дробилке, как на фиг.3 и 4. Предусмотрительно мы обозначаем одинаковой нумерацией разные части машины на фиг.1 и 3, а также на фиг.2 и 4.

Таким образом, взяв за пример вторичную дробилку, как на фиг.1 и 2, мы указываем основной ротор (1), соответствующую окружную орбиту (1'), защитный механизм от износа (покрывающий маховое колесо) (2), два молотка (предпочтительно, но может быть и более двух) (3), армированные стенки (4) и все остальные механические части, присутствующие в настоящее время в любой дробилке, которые здесь не называются. Необходимо учитывать, что при отсутствии дробления регуляторы сближения армированных стенок, являясь фундаментальными элементами в традиционных дробилках, здесь уже не нужны. Эти стенки будут зафиксированы как можно дальше от молотков (достаточно около пятидесяти миллиметров как для вторичных, так и для третичных дробилок). Сверху, находясь как можно ближе, на расстоянии нескольких сантиметров от ротора (1), расположен второй (перехватывающий) ротор меньших размеров. Можно назвать его вторичным (дополнительным) ротором (5), имеющим соответствующую окружную орбиту (5') и оснащенным специальными клиновидными лопастями (6) (клиновидная форма облегчает проход материала) в количестве, равном молоткам, а также двумя круглыми боковыми пазами (7) (может быть также один паз) со сглаженными внешними верхними краями (7'), которые присоединены тангенциально (для обеспечения наиболее легкого прохождения инертных материалов) по отношению к периферийной орбите (5'). Корпус (8) дробилки заключает в себе все вышеуказанные элементы.

Два ротора связаны между собой и вынуждены совершать равное количество оборотов в единицу времени (установка фаз) при помощи специальной зубчатой передачи (12). Данный механизм оснащен прерывающим устройством передачи (соединением), который начинает работать автоматически в случае блокировки вторичного ротора, что может быть вызвано, например, более крупным камнем или куском железа, которые случайно попали в рабочее пространство. Механизм передачи может быть также представлен простым зубчатым ремнем, который соединяет две оси вращения, оснащенные одинаковыми блоками. В этом случае ремень должен быть пропорционально соразмерным, чтобы при прерывной блокировке вторичного ротора его можно было легко сломать и заменить.

Завершает машину загрузочный патрубок (10), как можно более узкий, приемлемый для размеров вырабатываемых инертных материалов (около ста миллиметров для третичных дробилок и в два раза больше - для вторичных дробилок). Патрубок оснащен окошком (9) для подключения подачи нагрузки.

Закладка параметров дробилки, особенно, что касается соотношения диаметра нижнего основного ротора, более крупного по размеру, и верхнего (перехватывающего) вторичного ротора, меньшего по размеру, в первую очередь зависит от размеров вырабатываемого инертного материала. Такое соотношение может варьироваться примерно от 1,5 до 2 для вторичных дробилок (трансформаторов бутового камня в щебень) и приблизительно от 4 до 7 для третичных дробилок (производящих песок на основе щебневых заготовок).

Далее следует описание работы дробилки.

Инертный материал (дробленый камень) через окно (9) загрузочного патрубка (10) проходит по клиновидным перехватывающим лопастям (6) вторичного ротора (перехватывающего вращающегося механизма). Высота падения, а следовательно, и загрузочного патрубка, рассчитывается с учетом того, что в промежуточное время между ударом и следующим перехватывающим движением лопастей (около 0,06 секунды для вторичных дробилок и почти вдове меньше для третичных дробилок), инертный материал в свободном гравитационном падении должен преодолеть расстояние, равное длине лопастей в радиальном направлении, чтобы обеспечить полную загрузку самих лопастей. В случае, если несколько кусков дробленого камня при каких-либо неконтролируемых обстоятельствах в прерывном режиме не смогут войти в пазы (7), то лопасти (6), которые находятся в пропорциональной соразмерности по массе, смогут разбить эти куски. В противном случае в работу автоматически включится прерывающее устройство (соединение) механизма передачи.

Инертный материал, перехваченный лопастями, вынужден проходить по кольцевой траектории центра тяжести (5''), и по причине центробежной силы размещается ближе к внешней зоне, а потом перебрасывается в тангенциальном направлении к переднему краю молотков.

Что касается установки фаз между двумя роторами, она происходит следующим образом.

После того как правильно установлена точка попадания I, высчитывается промежуток времени, необходимый, чтобы преодолеть путь, проходимый инертным материалом, от пункта перебрасывания L к точке попадания I. Исходя из полученного времени, применимого также и к основному ротору, высчитывается положение молотка (3) в момент перебрасывания. В этом месте будут проставлены указательные отметки, чтобы установка фаз могла быть восстановлена в любой момент, в частности при автоматическом включении прерывающего устройства (соединения) зубчатой передачи (12), в случае прерывной блокировки вторичного ротора (5). Разумеется, понадобятся и другие подобные указательные отметки, чтобы проследить траекторию возвратности вращательного движения машины, если дробилка выполнена с возвратным ходом. Следует отметить, что под "L" следует понимать как пункт перебрасывания центра тяжести инертного материала, так и центр тяжести массы инертного материала, подхваченного лопастью.

Последнее замечание делается относительно особой формы, которую принимает вращающийся механизм, перехватывающий инертные материалы, если дробилка не выполнена с возвратным ходом. Все представленное на конструктивной схеме (фиг.5), в порядке величины, относится к вращающемуся перехватывающему механизму третичной дробилки. Уточняем, что то же самое, при изменении параметров в надлежащих пропорциях, применимо и к вторичным дробилкам.

Как видно из фиг.5, если вращение происходит только в одном направлении, то возможно предусмотреть съемные перехватывающие лопасти (6') с помощью применения держателя лопастей, зафиксированного на оси вращения. Благодаря этому способу замена изношенных лопастей становится доступнее и экономичнее, особенно в зонах взаимодействия с сильно абразивными материалами. Даже в этом случае гарантируется уменьшенная толщина свободного края лопастей, если предусмотрено выполнение соответствующего наклона (50% более чем достаточно) к свободному краю держателя лопастей. Такой наклон пропорционален скорости вращения лопастей и скорости свободного гравитационного падения инертных материалов. Необходимо также принимать во внимание предрасположенность потока инертных материалов, который спускается в гравитационном порядке, иметь как можно более уменьшенную толщину. Инертные материалы, легко падая на передний край загрузочного патрубка, располагаются по как можно более узкой полосе. Учитывая невозвратность машины, очевидно, что достаточно всего паза (7), но необходимость иметь внутренний шаблон с совершенно неизменным изгибом заставляет выбирать более удобное решение с двумя пазами. Это решение легко выполнимо в литейном производстве в виде одной круговой детали с верхним отверстием для поступления материала и с нижним отверстием для выхода. Таким образом, появляется преимущество обратимости пазов (достаточно повернуть горизонтально на 180°), которое особенно хорошо может быть использовано в зонах с сильно абразивными инертными материалами.

Опять же в том случае, если дробилка - с невозвратным ходом, можно применить специальный механизм направления инертных материалов на торцевую часть молотков (регулятор перебрасывания) (11), прикрепленный к нижнему краю одного из пазов (7), позволяющий избежать ускользания некоторых частиц от удара через верхние части молотка.

Еще одно преимущество, предлагаемое дробилкой с невозвратным ходом, заключается в том, что молотки, поскольку не используют при работе обе торцевые части, могут быть выполнены в клиновидной форме (эта форма предпочтительна и в структурном плане), с вытекающей отсюда пользой в смысле экономичности.

Изобретение относится к молотковым дробилкам с двумя или более молотками для обработки инертных материалов. Дробилка содержит корпус, включающий основной нижний ротор, верхний вторичный ротор, причем соотношение диаметров окружных орбит основного нижнего ротора, являющегося большим по размерам, и вторичного верхнего, меньшего по размеру, ротора, может, в зависимости от размеров вырабатываемого инертного материала, варьироваться, вторичный ротор имеет лопасти в количестве, равном количеству молотков основного ротора, а также один или два криволинейных боковых паза со сглаженными внешними верхними краями, тангенциально расположенными по отношению к его окружной орбите. Изобретение позволяет повысить производительность и повысить эффективность работы дробилки. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Дробилка с двумя или более молотками для обработки инертных материалов, содержащая загрузочный патрубок с окном, корпус, включающий основной нижний ротор с соответствующей окружной орбитой, защитный механизм от износа, молотки, армированные стенки, верхний вторичный ротор с соответствующей окружной орбитой, отличающаяся тем, что отношение диаметров окружных орбит основного нижнего ротора, являющегося большим по размерам, и вторичного верхнего, меньшего по размеру, ротора, может в зависимости от размеров вырабатываемого инертного материала варьироваться примерно от 1,5 до 2 для вторичных дробилок и приблизительно от 4 до 7 для третичных дробилок, периферийные окружности орбит двух роторов расположены на расстоянии одна от другой, при этом вторичный ротор имеет лопасти в количестве, равном количеству молотков основного ротора, а также один или два криволинейных боковых паза со сглаженными внешними верхними краями, тангенциально расположенными по отношению к его окружной орбите, молотки расположены на расстоянии от армированных стенок, причем ширина защитных механизмов от износа равна внутренней ширине дробилки.2. Дробилка по п.1, отличающаяся тем, что два ротора связаны между собой с возможностью совершать равное количество оборотов в единицу времени.3. Дробилка по п.1, отличающаяся тем, что лопасти вторичного ротора выполнены линейно сужающимися и приобретающими клиновидную форму по ходу своей длины и имеющими уменьшенные размеры головки для предотвращения интерференции потока инертных материалов, поступающих из загрузочного патрубка.4. Дробилка по п.1, отличающаяся тем, что выполнена с невозвратным или возвратным ходом, при этом лопасти вторичного ротора имеют форму прямоугольного сечения, являются съемными и присоединены к держателю лопастей на оси вращения, причем держатель лопастей имеет сглаженную головку с предпочтительным наклоном около 50%.5. Дробилка по п.1, отличающаяся тем, что к нижнему краю одного из двух пазов вторичного ротора прикреплен механизм, направляющий инертные материалы на торцевую часть молотков.6. Дробилка по п.4, отличающаяся тем, что к нижнему краю одного из двух пазов вторичного ротора прикреплен механизм, направляющий инертные материалы на торцевую часть молотков.7. Дробилка по любому из пп.1, 4 и 5, отличающаяся тем, что молотки основного ротора выполнены клиновидными.8. Дробилка по п.1, отличающаяся тем, что периферийные окружности орбит двух роторов расположены на расстоянии около 2-3 см одна от другой.9. Дробилка по п.1, отличающаяся тем, что молотки расположены на расстоянии минимум 4 см от армированных стенок.