Конусная инерционная дробилка

 

Изобретение относится к конусным инерционным дробилкам и может быть использовано для рудоподготовительных отделений обогатительных фабрик цветной и черной металлургии. Целью изобретения является повышение надежности путем равномерного нагружения подшипниковой втулки. Конусная инерционная дробилка содержит станину 1 с наружным конусом 2 и корпусом сферической опоры 3 внутреннего конуса 4, вал 5 которого соединен с охватывающей его цилиндрической подшипниковой втулкой 6 дебаланса 7. При этом расстояние от центра тяжести дебаланса 7 до центра сферы опоры внутреннего конуса выполнено в соответствии с зависимостью, учитывающей эксцентриситет дебаланса, угол нутации конуса, взаимное расположение по высоте центра сферы опоры конуса и кромок подшипника втулки дебаланса, а также длину шпинделя и массу втулки дебаланса. Кроме того, зависимостью учитываются моменты инерции основных конструктивных элементов, входящих в состав привода конуса и его опоры. 3 ил.

Изобретение относится к конусным инерционным дробилкам и может быть использовано для рудоподготовительных отделений обогатительных фабрик цветной и черной металлургии. Известна конусная инерционная дробилка, содержащая станину с наружным конусом и корпусом сферической опоры внутреннего конуса, вал которого соединен с охватывающей его цилиндрической подшипниковой втулкой дебаланса, имеющей сферический подпятник, причем корпус сферической опоры внутреннего конуса выполнен с кольцевой полостью, внутри которой размещен сферический подпятник подшипниковой втулки. Привод вращения втулки дебаланса в этой дробилке выполнен в виде лепестковой муфты. При таком исполнении недостатком является ненадежность лепестковой муфты и сложность монтажа и демонтажа дробилки. Кроме того, возникающие в лепестковой муфте при работе дробилки инерционные и упругие силы вызывают неравномерность нагружения подшипника дебаланса, что приводит к снижению надежности дробилки. Известна конусная инерционная дробилка, отличающаяся от описанной тем, что привод вращения втулки дебаланса выполнен в виде шарового шпинделя. Такая конструкция дробилки является в настоящее время наиболее широко применяемой и достаточно удобной и надежной. В этой дробилке груз дебаланса обычно располагается посередине подшипниковой втулки. Однако при отклонении внутреннего конуса от вертикальной оси относительно центра сферы его опоры в механизме привода возникают дополнительные инерционные силы от неуравновешенных масс шпинделя и втулки. Эти силы обуславливают неравномерность нагрузки на подшипник втулки дебаланса и, как следствие, снижает его работоспособность и надежность дробилки в целом. Для обеспечения равномерности нагружения подшипника втулки дебаланса необходим критерий расположения центра тяжести груза дебаланса, учитывающий влияние инерционных сил всех элементов привода конуса. Целью изобретения является повышение надежности дробилки путем равномерного нагружения подшипниковой втулки. Цель достигается тем, что в конусной инерционной дробилке с приводом в виде шарового шпинделя расстояние от центра тяжести груза дебаланса до центра сферы опоры внутреннего конуса определяется из выражения Z_∂= + + _→ _→ , где ε- эксцентриситет дебаланса; γ- угол нутации конуса; а расстояние от центра сферы опоры конуса до верхней кромки подшипника втулки дебаланса; b то же, до нижней кромки; М_∂- масса дебаланса; J_х∂ момент инерции дебаланса относительно горизонтальной оси, проходящей через его центр тяжести; J_у∂ то же, относительно вертикальной оси; I_вт момент инерции втулки дебаланса относительно горизонтальной оси, проходящей через центр сферы опоры конуса;
J_у^вт момент инерции втулки дебаланса относительно ее продольной оси;
I_ш момент инерции шпинделя относительно горизонтальной оси, проходящей через точку его опоры;
I_у^ш момент инерции шпинделя относительно его продольной оси;
М_вт масса втулки дебаланса;
Z_вт расстояние от центра сферы опоры конуса до центра тяжести втулки дебаланса. На фиг. 1 показана дробилка, продольный разрез, на фиг.2-3 расчетные схемы. Для вывода приведенной зависимости, соблюдение которой обеспечивает наиболее благоприятные условия работы подшипника втулки дебаланса, составляется уравнение баланса горизонтальных сил, воздействующих на втулку, и уравнение моментов сил относительно центра сферической опоры конуса, используя расчетную схему, приведенную на фиг.2. Для этого сначала рассмотрим выделенный на фиг.2 элемент массы дебаланса d_m. Во вращающейся со скоростью вокруг вертикальной оси системе на него действует сила dm, где радиус-вектор, лежащий в горизонтальной плоскости. Поскольку дебаланс симметричен относительно плоскости XOY, величина общей силы может быть найдена как
F η_xdm здесь η_x- проекция вектора на ось ОХ (интегрирование по объему дебаланса). Положение выделенного элемента массы будем задавать относительно главных центральных осей дебаланса вектором ρ(фиг.2). При этом при отклонении оси конуса на угол γ (малый по абсолютной величине) можно принять
r_x= ε+ρ_x+γ(Z_∂+ρ_y) где ε- эксцентриситет дебаланса;
ρ_x,ρ_y- проекции вектора;
Z_∂ расстояние, задающее положение центра тяжести дебаланса относительно центра сферы по вертикали. Таким образом
F [ε+ρ_x+γ(Z_∂+ρ_y)]dm ω²M_∂(ε+γZ_∂); поскольку оси задания ρ центральные
и ρ_xdm ρ_ydm 0 где М_∂- масса дебаланса. Для того чтобы записать момент центробежных сил, найдем момент силы от выделенного элемента d_m относительно центра сферы dM × dm где вектор-радиус элемента dm относительно центра сферы (см. фиг.2). При отклонении на малый угол γвокруг оси OZ
+ γ_x , где = (ε+ρ_x)+(Z_∂+ρ_y)+ρ_z
Подставляя, получим
- × [(ε+ρ_x) + (Z_∂+ρ_y) + ρ_z ]+= [Z_∂+ρ_y-(ε+ρ_x)γ]+
+ [ε+ρ_x+(Z_∂+ρ_y)γ]+ρ_z [Z_∂+ρ_y-(ε+ρ_x)γ]+
Таким образом
j[Z_∂+ρ_y-(ε+ρ_x)γ]×{i[ε+ρ_x+(Z_∂+ρ_y)γ]+ρ₂ }ω²dm
Общий момент
-[Z_∂+ρ_y-(ε+ρ_x)γ]×[ε+ρ_x+(Z_∂+ρ_y)γ]+[Z_∂+ρ_y-(ε+ρ_x)γ] ρ_z}dm
Интеграл от последнего слагаемого, включающего сомножитель ρ_z, равен нулю из-за симметрии дебаланса. Учитывая, что оси задания ρ_x и ρ_yглавные центральные, последняя формула преобразуется к виду
M ω²[M_∂(Z_∂ε+γZ²_∂-γε²)+γ(J^∂_x-J^∂_y)] где J_х∂, J_у∂ главные центральные моменты инерции. Если провести аналогичные выкладки для втулки дебаланса (для которой эксцентриситет ε= 0), получим M^Br ω² γ(I_вт -J_у^вт), где I_вт момент инерции втулки относительно горизонтальной оси, проходящей через центр сферической опоры, J_у^вт осевой момент инерционной втулки. Если записать момент сил инерции для шпинделя (для того чтобы найти силу реакции шпинделя в его верхней обойме, это удобно сделать относительно точки В (фиг.1) получим
M_ш= ω²γ(I_ш-J^ш_y)
Отсюда горизонтальная реакция шпинделя
F_ш= ω²γ(I_ш-J^ш_y)
(Соотношение между γ_ш и γ, учтенное в данной формуле, следует из соотнесения размеров b и d) (фиг.1). Найдем силу и момент относительно центра сферы от распределенной нагрузки в подшипнике дебаланса. Если предположить, что нагрузка изменяется от верхнего края подшипника к нижнему линейно
т. е. σ σ_o+σ₁ , то горизонтальная сила, передаваемая подшипником на вал конуса
F_n= (b-a)(σ_о+σ_1/2), так как целью предпринятого рассмотрения является получение соотношения параметров, при котором σ₁= 0, т.е. нагрузка распределена равномерно, член, содержащий σ₁, можно опустить. То же справедливо и для момента, который в этом случае примет вид
M_п= . Запишем уравнение для горизонтальных сил, действующих на втулку, и уравнения для момента относительно центра сферы при условии σ₁= 0. ω²Μ_∂(ε+γZ_∂)+ω²M_втγZ_вт+ω²(I_ш-J^ш_y)b/d²= (b-a)σ_o
ω²M_∂(Z_∂ε+γZ²_∂-γε²)+
+ω²γ(J^o_к-J^∂_y)+ω²γ(J_вт-J^в_y^т)+ω²γ(I_ш-J^ш_y)+ω²γ(I_ш-J^ш_y) σ_o
Исключая известное σ₀ и разрешая уравнение относительно Z_∂, получим
Z_∂= + + _→
_→
Реальную нагрузку на подшипник всегда можно представить как сумму симметричной и несимметричной частей. Расположение дебаланса груза на расстоянии Z_∂ обеспечивает отсутствие кососимметричной части. При размещении центра тяжести груза дебаланса в соответствии с предлагаемым выражением комплекс инерционных сил, возникающих при работе дробилки, обеспечивает равномерное нагружение подшипника втулки дебаланса по его длине, что приводит к существенному повышению его работоспособности. Дробилка включает корпус 1 с наружным конусом 2 и сферической опорой 3 внутреннего конуса 4, имеющего вал 5 с размещенной на нем цилиндрической подшипниковой втулкой 6 дебаланса 7, установленной на сферическом подпятнике 8, закрепленном на корпусе сферической опоры 3. Втулка 6 соединена с помощью шарового шпинделя 9 с приводным шкивом 10. Расстояние от центра сферы опоры 3, имеющей радиус R, до центра тяжести дебаланса 7 определяется из приведенного выражения. Дробилка работает следующим образом. Вращение от шкива 10 передается через шаровой шпиндель 9 цилиндрической втулке 6 и закрепленному на ней дебалансу 7. Дебаланс своей центробежной силой заставляет внутренний конус 4 совершать гирационное движение, обеспечивающее разрушение материала между конусами 4 и 2. Расположение дебаланса в соответствии с предлагаемой формулой обеспечивает равномерность нагрузки по длине подшипника втулки дебаланса, что приводит к повышению надежности дробилки за счет исключения возможных перегрузок по краевым участкам подшипника из-за неравномерного его нагружения.

Формула изобретения

КОНУСНАЯ ИНЕРЦИОННАЯ ДРОБИЛКА, содержащая станину с наружным конусом и корпусом сферической опоры внутреннего конуса, вал которого соединен с охватывающей его подшипниковой втулкой, имеющей сферический подпятник и несущий дебаланс, а также шаровой шпиндель и привод, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы путем равномерного нагружения подшипниковой втулки, расстояние от центра тяжести дебаланса до центра сферы опоры внутреннего конуса выполнено в соответствии с зависимостью

где Z_∂ расстояние от центра тяжести дебаланса до центра сферы опоры внутреннего конуса;
ε эксцентриситет дебаланса;
g угол нутации конуса;
d расстояние от центра сферы опоры конуса до верхней кромки подшипника втулки дебаланса;
b расстояние от центра сферы опоры до нижней кромки подшипника втулки дебаланса;
M₀ масса дебаланса;
I∂ момент инерции дебаланса относительно горизонтальной оси, проходящей через его центр тяжести;
I^∂_у момент инерции дебаланса относительно вертикальной оси, проходящей через его центр тяжести;
I_вт момент инерции втулки дебаланса относительно горизонтальной оси, проходящей через центр сферы опоры конуса;
I^d_уⁿ момент инерции втулки дебаланса относительно ее продольной оси;
I_ш момент инерции шпинделя относительно горизонтальной оси, проходящей через точку его опоры;
d длина шпинделя;
M_вт масса втулки дебаланса;
Z_вт расстояние от центра сферы опоры конуса до центра тяжести втулки дебаланса;
Iⁱ_у момент инерции шпинделя относительно его продольной оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3