Устройство для измельчения материалов

 

Использование: измельчение материалов в строительной, горнообогатительной и химической отраслях промышленности. Сущность изобретения: устройство содержит чашеобразный ротор с пропущенным через него вертикальным валом. Вертикальный вал шарнирно соединен с осями вальцов . Вальцы расположены над боковой поверхностью чаши. Угловые скорости вращения вертикального вала и чаши не равны. Вертикальный вал соединен с осями вальцев с помощью гибких элементов и муфты регулируемого крутящего момента. 4 ил.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s1)s В 02 С 15/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4810782/33 (22) 09.04.90 (46) 30.05.92. Бюл. ¹ 20 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) В.А.Пашистый, И.В.Кузька, И.П.Смерека и П.И.Ванкевич (53) 621,926.35 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1428466, кл, В 02 С 15/16, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕЛЪЧЕНИЯ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к технике измельчения материалов и может найти применение в строительной, горнообогатительной и химической отраслях промышленности.

Известна валковая мельница, содержащая чашу с расположенными в ней валками, кинематически связанными с вертикальным валом и механизмом прижима валков к чаше.

Недостатком валковой мельницы является недостаточная эффективность измельчения хрупких материалов, так как более тяжелые (т.е, более крупные) куски материала отбрасываются центробежными силами к периферии чаши, а более мелкие многократно подвергаются воздействию валков.

Кроме того, такая мельница сложна по конструкции и ненадежна в работе из-за жесткого присоединения валков к валу.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для измельчения материалов, содержащее загрузочное и выгрузочное приспособления, чашеобразный ротор, пропущенный через него вертикальный вал, шарнирно соединенный с осями (57) Использование: измельчение материалов в строительной, горнообогатительной и химической отраслях промышленности.

Сущность изобретения; устройство содержит чашеобразный ротор с пропущенным через него вертикальным валом. Вертикальный вал шарнирно соединен с осями вальцов. Вальцы расположены над боковой поверхностью чаши, Угловые скорости вращения вертикального вала и чаши не равны, Вертикальный вал соединен с осями вальцев с помощью гибких элементов и муфты регулируемого крутящего момента. 4 ил. вальцев, расположенными над боковой конусной поверхностью чаши, причем вал установлен с возможностью вращения с угловой скоростью, не равной угловой скорости вращения чаши. B этом устройстве прижим вальцов к чаше осуществляется не только гравитационной силой, но и центробежной. Шарнирное соединение вальцев с валом позволяет повысить надежность устройства.

При повышенной угловой скорости чаши крупные куски материала могут быть прижаты к ее периферийным участкам за пределами вальцев (за счет центробежной силы) и не участвовать в процессе измельчения. Кроме того, при измельчении хрупких материалов не полностью используется энергия, сообщаемая частицам материала вращающейся чаши (отсутствует процесс измельчения частиц при жестком соударении с неподвижной поверхностью).

Несмотря на шарнирные соединения вальцев с валом возможна поломка устройства при наезде их на крупные куски мате1736605

15

50

55 риала. Устройство отличается повышенным расходом энергии, так как выгрузка измельченного материала осуществляется воздуходувкой.

Цель изобретения — интенсификация процесса измельчения и повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измельчения материалов, содержащее загрузочное и выгрузочное приспособления,,чашеобразный ротор, пропущенный через него вертикальный вал, шарнирно соединенный с осями вальцев, расположенными над боковой конусной поверхностью чаши, причем вал установлен с возможностью вращения с угловой скоростью, не равной угловой скорости вращения чаши, снабжено неподвижными лопастями, установленными над чашей по ее периферии, причем вал соединен с осями вальцев с помощью гибких элементов и муфты регулируемого крутящего момента и установлен с возможностью вращения с угловой скоростью а, определяемой по зависимости и 0,111ъб г6 гас Ояа где ос — допустимое напряжение сжатия зерен измельчаемого материала;

r — радиус вальца;

R — радиус вращения центра тяжести вал ьца; р — плотность материала вальца; а — угол наклона образующей конической поверхности чаши к оси вращения.

Установка неподвижных лопастей над чашей позволяет интенсифицировать процесс помола хрупких материалов (за счет их ударчого разрушения при соударении о лопасти). Конструкция позволяет измельчать материалы при любых (даже очень больших) угловых скоростях (благодаря наличию неподвижных лопастей), причем с увеличением этой скорости растет эффективность процесса измельчения.

Соединение вала с осями вальцев гибкими элементами через муфту регулируемого крутящего момента обеспечивает надежную работу устройства.

На фиг. 1 изображено устройство для измельчения материалов; на фиг. 2 — схема взаимодействия вальца с зернами материала; на фиг. 3 и 4 — схема усилий, действующих на вальцы в вертикальной и горизонтальной плоскостях, Устройство для измельчения материалов (фиг, 1) содержит корпус 1 с бункером 2 и выгрузочным патрубком 3, а также полумуфту 4, закрепленную на валу 5 и соединенную гибкими связями (канатами 7) с вальцами 6. Внутри вальца 6 канат 7 закреплен на упорном подшипнике 8, установленном на упругой (резиновой) втулке 9. Полумуфта 4 вместе с фланцем 10 вала 5, пружиной 11 и втулкой 13 образуют фрикционную муфту регулируемого момента. Коническая чаша 14 установлена с возможностью вращения в корпусе 1 и соединена ременной передачей

15 с двигателем 16. Вал 5 также соединен ременной передачей 17 с двигателем 16, причем передаточные отношения ременных передач 15 и 17 различны. На боковой поверхности корпуса 1 предусмотрено сито

18. На внутренней поверхности стенок корпуса 1 закреплены лопасти 19.

Принцип работы устройства следующий.

После включения двигателя 16 чаша 14 и вал 5 с вальцами 6 приводятся во вращательное движение. Так как вал 5 вращается с большей угловой скоростью вчем чаша 14 со, вальцы 6 обкатываются по конической поверхности чаши. Измельчаемый материал из бункера 2 поступает в центральную часть чаши 14 и за счет центробежной силы транспортируется вверх в зону движения вальцов 6.

Вальцы раздавливают зерна материалов за счет прижима их к конусной поверхности чаши 14 под действием центробежной силы и истирают их за счет проскальзывания вальцов относительно чаши 14. Предварительно измельченный материал под действием центробежной силы, обусловленной вращением чаши 14 и вальцов 6, поступает в верхнюю часть корпуса 1. Здесь он соударяется с.неподвижными лопастями

19, частично разбивается и падает вниз. Измельченный материал через сито 18 поступает в патрубок 3. Тонкая фракция измельченного материала под действием центробежных сил также отбрасывается к периферии корпуса 1 и удаляется через сито

18. При этом в центральной части мельницы появляется небольшое разряжение (порядка 20 мм вод. столба), а на периферии— избыточное давление воздуха.

Устройство отличается высокой надежностью в работе, Так при попадании кусков недробимого материала в чашу 14 вальцы 6 перескакивают через эти куски за счет наличия гибких связей 7. За счет соударения вальцов с кусками недробимого материала скорость вращения их уменьшается, что приводит к срабатыванию предохранительной муфты. Кроме того, наличие упругой втулки 9 смягчает (демпфирует) удары вальцов об эти куски.

1736605

На фиг. 2 изображена расчетная схема раздавливания зерен материала 20 вальцами 6. Угол захвата зерен материала оп ределяется по зависимости у

Для простоты расчета принимаем, что один валец давит равномерно на поверхность К, равную

5 K=IS, (2) О А r — г1

cosy=0„B —,+„„ где — длина вальца;

S — длина дуги, ограниченная углом захвата у вальцом зерен материала (фиг. 2).

Тогда при где r и г — радиусы вальца и зерен материала, 10 На фиг. 3 изображена схема усилий, действующих на вальцы 6. К центру тяжести вальца (точка Oz) приложены центробежная сила Ф, вес вальца 6, реакции опоры (чаши

14) от центробежной силы N, а также усилие 15 натяжения каната Т. Раздавливание материала происходит под действием силы N, а весом вальца G можно пренебречь, так как реакция опоры от этой силы незначительна по сравнению с силой !ч, 20

I-Ia фиг. 4 изображена схема расположения усилий, действующих на валец в горизонтальной плоскости. Здесь Т2 и Nz— проекции силы Т и N на горизонтальную плоскость; Р— движущая сила, обусловлен- 25 ная вращающим моментом на валу 5; F— сила, обусловленная сопротивлением измельчаемого материала перекатыванию вальца. При соударении вальца с недробимым материалом он отклоняется от послед- 30 него s горизонтальной и вертикальной плоскостях (перескакивает через недробимый кусок материала), При этом валец 6 поворачивается в горизонтальной плоскости на угол Р и занимает положение, изо- 35 браженное пунктирной линией. В этом положении вальца возникает крутящий момент М,р, равный произведению усилия Ф на плечо i (ôèã. 4). Если М<р>М> (где MM— предельный крутящий момент муфты), то. 40 происходит поворот муфты на некоторый угол, а валец будет стремиться занять прежнее положение, при котором ось ролика совместится с осью вращения (точкой О) благодаря действию центробежной силы

Ф, максимальное значение которой соответствует радиальному расположению оси вальца. Приведем расчет угловой скорости в вальцов, необходимой для создания центробежной силы Ф, обеспечивающей раз- 50 давливание зерен материала.

На опорную поверхность действует нормальная сила N, равная

N) ocK будет соблюдаться условие раздавливания зерен материала. Здесь о — допустимое напряжение сжатия; К вЂ” поверхность опирания вальца на материал. Так как

Ф=гп йР R, (4) то, подставив значение массы m вал ьца, имеем

m= m !p, Ф=лг lp йР R

Откуда

N=m !раР R cosa, (5) (6) (7) Из треугольника АО В (фиг, 2) видно, что длина дуги S не намного отличается от стороны треугольника AB. Поэтому для простоты расчета принимаем S=AB. (8)

Из треугольника АО В имеем

АВ=01Вз!и у, (9) где у угол захвата зерен материала вальцами (10) О B=r+r>, где r — радиус вальца; . г — средний радиус зерен материала.

Подставив значение О!В в уравнение (9), имеем

AB=(r+r>)sin у .

Так как AB=S (8), то

N= Фсоз а, (1) 55 S=(r+r<)sin y, (12) где a — угол наклона оси вальца к оси вра- Приняв предельно допустимое значещения (фиг. 3). ние угла у =16 40 по (4), имеем

1736605 и = 0,1117 О2 (25)

rRpcosa

Приведем пример конкретного испол5 нения способа. Исходные данные; измельченный материал — гранит; ос=120 †2

МПа; принимаем а, =190 МПа; радиус вальца r--0,08 м; радиус вращения центра тяжести вальца R=0,3 м; плотность материала

10 вальца, выполненного из износоустойчивой в условиях абразивного износа стали марки

110 Г 13 Л, p=7,85 10 кг/м; a=45 — угол наклона образующей чаши относительно вертикального вала, Определяем угловую скорость вальцов (по формуле 25) QP = лг2ipRcosa (16) а = 0,111 /

rRpcosa

Из условия захвата зерен материала вальцами (при у=16 40 ) определяем допу- 20 стимое соотношение размеров r и г1, Из треугольника 01АВ имеем

= 0,111

0,08 0,3 7,85 10 0,71

01В r — г1

01А г+ г1

= 144 рад/с . (17) 25

0,2874— г+ г1 (18) й) =152,6 рад/с.

Откуда

0,2874(r+rq)=r — г1 г1+0,2874г1=г — 0,2874 r, Устройство отличается высокой эффективностью измельчения, обусловленной не только воздействием вальцов на зерно ма35 териала, но и их разрушением за счет соударения с неподвижными лопастями и эффективным удалением измельченного материала, Устройство обладает повышенной на40 дежностью в работе благодаря креплению вальцов к вертикальному валу через муфту регулируемого крутящего момента с помощью стальных канатов, Несмотря на простоту конструкции (отсутствие специальных

45 устройств для подачи газа избыточного давления) обеспечивается надежное удаление измельченного материала за счет вращения чаши и создания избыточного давления пылевоздушного потока при быстром вращении вальцов.

Наличие неподвижных лопастей внутри корпуса устройства позволяет добавочно разрушать материал за счет ударного взаимодействия с лопастями и падения на дно

55 чаши зерен материала, Формула изобретения

Устройство для измельчения материалов, содержащее загрузочное и выгрузочное приспособления, чашеобразный ротор, (19) (20) или

0,7126r

1,2874 =0,556 r (21) (22) лг IpRcosa или

О2 0,28740с . I 1,556Г лг ipRcosa (23) р 0,125Ос гRpcosa (24) Откуда

S=(r+r>)sIï16о40 =0,2874(г+г1) (13) Подставив в уравнение (2) значение S, имеем

K= I ° 0,2874(г+г1), (14) Подставляем значения N и К в уравнение (3) лт2ipR аРсова = ос ° 0,2874(г+г1). (15)

Откуда имеем

Так как sin y=sin16 40 =0,2874, то

Подставив значение г1 в формулу (16), имеем

Сократив I, r и поделив числа, имеем

Для устройства с R=0,25 м, r=0,075 м, a=45 для измельчения гранита необходимая угловая скорость вальцов

1736605

10 пропущенный через него вертикальный вал, шарнирно соединенный с осями вальцев, расположенными над боковой конусной поверхностью чаши, угловая. скорость враще ния которой не равна угловой скорости вращения вала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью интенсификации процесса измельчения и повышения надежности устройства, оно снабжено неподвижными лопастями, установленными над чашей по ее периферии, причем вал соединен с осями вальцев с помощью гибких элементов и муфты регулируемого крутящего момента, а yrловая скорость со вращения вала определена из зависимости ит0,111ч

rRpcosa где о, — допустимое напряжение сжатия зерен измельчаемого материала;

r — радиус вальца;

R — радиус вращения центра тяжести

10 вальца; р — плотность материала вальца; а — угол наклона образующей конической поверхности чаши к оси вращения.

1736605

1736605

30

40

50

Составитель Л.Чубукова

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор И.Касарда

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1850 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5