Устройство для деструкции шин с металлическим кордом

 

Устройство для деструкции шин с металлическим кордом имеет корпус, осесимметричную защитную камеру, установленную в корпусе, средство удержания деструктируемой шины, располагаемое в процессе деструкции в защитной камере, и средство импульсного воздействия на деструктируемую шину. Средство импульсного воздействия на деструктируемую шину оснащено по меньшей мере одним источником когерентного импульсного электромагнитного излучения лазером. Защитная камера снабжена по меньшей мере одним средством для подачи и слива рабочей жидкости, и предусмотрено средство растяжения деструктируемых шин. Устройство обеспечивает полную экологическую безопасность процесса деструкции отработанных шин с металлокордом, позволяет получить резиновую крошку с размерами частиц в заданных весьма узких интервалах, позволяет использовать оборотные рабочие среды. 1 с. и 19 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к структурным схемам и конструкции устройств для импульсной деструкции шин с металлическим кордом (далее сокращенно - металлокордом) светогидравлическим ударом в ограниченном объеме. Такие устройства обеспечивают отделение металла от резины и, при необходимости, доизмельчение резины для их последующей раздельной утилизации любым известным способом.

Общеизвестно, что не подлежащие восстановлению шины пневматических колес различных транспортных средств являются одним из серьезных загрязнителей природной среды и что такие шины могут служить источником ценных вторичных материальных ресурсов. Поэтому проблема избавления от отработанных шин ощущается тем острее, чем более экономически развита какая-либо страна и чем меньше ее территория.

Еще недавно эту проблему в ряде стран решали простейшим способом - сжиганием шин (см., например статью "Tire Recycling Plant Tire Up" в журнале "Modern Tire Dealer".-1987, N 8, c.6).

Однако при сжигании шин образуется комплекс токсичных, в частности серосодержащих веществ, непосредственный выброс которых в атмосферу экологически опасен.

Поэтому предпочтительны процессы, в которых шины перерабатывают в металлическое вторсырье, направляемое на переплавку, и резиновое вторсырье, применяемое в производстве резинотехнических изделий типа упругих дорожных покрытий, кровельных и иных гидро-, тепло-, электро- и звукоизоляционных материалов и т.д.

Основным технологическим условием получения такого пригодного для использования вторсырья служит деструкция отработанных шин, обеспечивающая отделение резины от металла.

Наиболее распространены устройства для деструкции шин, основанные на принципе механического измельчения с последующим разделением компонентов.

Например, известно устройство, включающее механизм обрезки бортов, двухвалковый механизм предварительного измельчения шин на куски толщиной несколько сантиметров, мельницу, магнитный сепаратор для отделения металла, сита для разделения резины на мелкую крошку и зерна с линейными размерами частиц предпочтительно 2-7 (но не более 15) мм, морозильник для замораживания зерен в жидком азоте и дополнительную мельницу для получения резиновой крошки с линейными размерами частиц от 0,2 до 2,0 мм (см. "Gummibereltung". -1987, Bd.63, N 10, S.102-104).

Это устройство обеспечивает комплексную многостадийную обработку шин с выдачей пригодных для прямой утилизации вторичных продуктов. Однако механическое измельчение шин на куски и помол кусков эластичной резины вместе с металлокордом малопроизводительны и связаны с высокими удельными энергозатратами.

Поэтому во многих случаях более предпочтительны такие устройства для деструкции изношенных шин, в которых предусмотрено их замораживание на начальных стадиях технологического процесса, например устройство, описанное в "Vorbildliches Recycling alter Reifen in Kall/Eitel"// "Gummibereitung", 1987, Bd.63, N 10, s. 97-100.

Это устройство имеет: механизм предварительной резки шин с металлокордом на куски, туннельную морозильную камеру с механизмом перемещений кусков шин от входа в туннель к его выходу, деструктор замороженных кусков шин в виде молотковой дробилки и сепараторы для отделения частиц металла и текстиля от резиновой крошки. Морозильная камера подключена к источнику жидкого азота как хладагента. На выходе резиновой крошки из сепараторов установлен ножевой измельчитель.

Из-за весьма низкой теплопроводности резины размеры кусков шин, подаваемых в морозильную камеру, должны быть небольшими (до 3 см в поперечнике), что приводит к повышенным удельным энергозатратам на резку. Жидкий азот несмотря на доступность дорог как хладагент. Механическое измельчение замороженных кусков шин не позволяет получить однородный по гранулометрическому составу полуфабрикат, из-за чего при магнитной сепарации часть резины непременно уходит с металлом. И, наконец, двухстадийная механическая деструкция удлиняет технологический цикл.

Недавно было установлено, что уменьшение потерь резины и более простое выделение металлокорда могут быть достигнуты при предварительной электротермической обработке шин.

В простейшем случае, как это предусмотрено в заявке DE 2900655 А1, электротермическое устройство для деструкции шин с металлокордом имеет: средство для подачи шин с обрезанными бортами на деструкцию; деструктор в виде снабженного контакторами для подключения к металлокорду источника тока, который обеспечивает разогрев этого корда до температуры, превышающей температуру термодеструкции резины, и выжигание тех ее слоев, которые прилегают к кордной проволоке; приспособление для вывода продуктов деструкции из рабочей зоны.

Естественно, что для такой длительной электротермической обработки характерен (хотя и в меньшей степени)) один из ранее отмеченных недостатков сжигания шин, а именно - выделение существенных количеств токсичных газов, загрязняющих атмосферу и опасных для обслуживающего персонала. Кроме того, длительный нагрев малопроизводителен и приводит к высокому удельному расходу электроэнергии. И, наконец, описанное устройство эффективно при переработке только таких шин, в которых металлокорд пронизывает протектор насквозь от одного борта до другого и практически все части которого после обрезки бортов могут быть введены в надежный гальванический контакт с источником тока.

Последний недостаток может быть практически устранен индукционным нагревом металлокорда (см., например, заявку DE 3911082 A1; заявку на Европатент 0478774 A1). - Однако прочие указанные выше недостатки электротермической деструкции остаются, причем выход токсичных продуктов термодеструкции резины может даже возрасти.

Существенное подавление этого нежелательного процесса во многом стало возможным при использовании принципа электроимпульсного разрушения кордной проволоки.

Устройство, реализующее этот принцип и наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому, известно из Международной заявки РСТ/ЕР 94/00180. Оно имеет: корпус; осесимметричную защитную камеру (в частности, установленную в корпусе или выполненную за одно целое с корпусом); средство импульсного воздействия на деструктируемую шину, выполненное - в описываемом случае - в виде импульсного разрядника, а именно: - либо в виде конденсаторной батареи, - либо в виде накопительной реактивной LC-цепи; средство для удержания деструктируемой шины, располагаемое в защитной камере и - в описываемом случае - совмещенное со средством для гальванического или электромагнитного подключения импульсного разрядника к металлокорду и потому соответственно выполненное: - либо в виде двух токопроводных, связанных с приводом возвратно-поступательного перемещения усеченных конусов, обращенных один к другому меньшими основаниями, - либо в виде первичной обмотки трансформатора, которая в любом случае должна быть коаксиальна деструктируемой шине.

Такое устройство может быть дополнительно укомплектовано средством для обрезки бортов шин, средством для подачи шин на деструкцию и по меньшей мере одним произвольным средством для вывода продуктов деструкции из рабочей зоны.

Для реализуемого в таком устройстве процесса характерно кратковременное и с высокой плотностью тепловой мощности выделение тепла по границам кристаллических зерен металла и, следовательно, взрывной характер разрушения кордной проволоки. При этом значительная часть мелких частиц металла "вылетает" из резины.

Однако, как показали экспериментальные исследования, между источником импульсного тока и металлокордом далеко не всегда может быть установлена надежная гальваническая связь. Поэтому не всегда удается обеспечить полное разрушение кордной проволоки и выброс металлических частиц из массы резины. Этот нежелательный эффект проявляется как вследствие неровной обрезки бортов (и, следовательно, неплотного прилегания торцов кордных проволок к токопроводным конусам), так и вследствие того, что во многих конструкциях шин не предусмотрено выведение всех кордных проволок к бортам (и, следовательно, они не обнажаются при обрезке бортов).

Еще менее приемлемо на практике разрушение шин по второй из указанных схем, ибо электромагнитная (трансформаторная) передача энергии от реактивной LC-цепи на кордную проволоку оказывается тем менее эффективной, чем больше масса (и индуктивность) заключенного в разрушаемой шине металлокорда.

Однако шины таких типов, которые после обрезки бортов не могут быть эффективно деструктированы при гальваническом подключении к импульсному разряднику, все чаще встречаются на рынке. Кроме того, в общей массе отработанных шин весьма велика доля крупногабаритных шин, разрушение которых неэффективно по "трансформаторной схеме". Поэтому поиск более совершенных конструкций устройств для импульсной деструкции шин с металлокордом весьма актуален.

Соответственно, в основу изобретения положена задача путем использования иного, чем выше указано, физического принципа генерирования деструктирующего импульса и, соответственно, изменения конструкции, создать такое устройство для деструкции шин с металлокордом, которое обеспечивало бы эффективное отделение резины от металлокорда при деструкции цельных отработанных шин произвольных типоразмеров в условиях, обеспечивающих хрупкость резины при температуре предпочтительно заметно выше 0^oC и, при необходимости, обеспечивало бы доизмельчение резины при исключении ее химической деструкции с выделением токсичных веществ на всех стадиях процесса.

Поставленная задача решена тем, что в устройстве для импульсной деструкции шин с металлическим кордом, имеющем корпус, осесимметричную защитную камеру, установленную в корпусе, средство удержания деструктируемой шины, располагаемое в процессе деструкции в защитной камере, и средство импульсного воздействия на деструктируемую шину, согласно изобретению, в качестве средства импульсного воздействия на деструктируемую шину оно оснащено по меньшей мере одним источником когерентного импульсного электромагнитного излучения (лазером), защитная камера снабжена по меньшей мере одним средством для подачи и слива рабочей жидкости, и предусмотрено средство растяжения деструктируемых шин.

В таком устройстве цельные шины, пребывающие в жидкой среде и находящиеся в напряженном состоянии вследствие растяжения (как правило, с приложением нагрузки через бортовые кольца), испытывают мощные гидравлические удары, инициируемые импульсами когерентного электромагнитного излучения. Поскольку такие импульсы имеют длительность, обычно не превышающую 1 мкс, постольку резина реагирует на гидравлические удары как хрупкое твердое тело, и в ней возникают трещины. Их распространению способствует уже упомянутое растяжение шин. Серия из нескольких "светогидравлических" ударов способна практически полностью отделить резину от металлокорда, который может быть извлечен из защитной камеры в виде "путанки", что удобно при подготовке выделенного металла к переплавке путем прессования проволоки в компактные блоки. Отделенная от металлокорда резина (предпочтительно после удаления путанки) может быть доизмельчена дополнительными светогидравлическими ударами до частиц требуемых размеров.

Естественно, что дробление и доизмельчение резины в псевдохрупком состоянии практически исключает паразитное тепловыделение и, соответственно, химическую деструкцию резины с выделением токсичных веществ.

Следует отметить, что светогидравлический эффект как физическое явление был открыт довольно давно (см. Бюллетень Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий "Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки" N 19 за 1969 год, публикация об открытии N 65). Однако по имеющимся данным это явление в качестве физической основы функционирования технических устройств до сих пор не применялось.

Первое дополнительное отличие состоит в том, что устройство снабжено по меньшей мере одним световодным каналом, один конец которого обращен в сторону лазера, а второй ориентирован в полость защитной камеры. Это позволяет наиболее эффективно вводить импульсы когерентного электромагнитного излучения в объем рабочей жидкости.

Второе дополнительное отличие состоит в том, что каждый световодный канал выполнен в виде отрезка произвольной трубы и снабжен по меньшей мере одной прозрачной торцевой заглушкой из ударопрочного светопрозрачного материала. При подаче импульсов когерентного электромагнитного излучения в полость защитной камеры сверху это исключает попадание рабочей жидкости в световодный канал и его загрязнение частицами измельченной резины, а при подаче таких импульсов снизу или сбоку исключает утечку рабочей жидкости.

Третье дополнительное отличие состоит в том, что устройство снабжено проточной осесимметричной защитной камерой, что позволяет после выделения и удаления металлокорда доизмельчать оставшуюся в камере резину дополнительными светогидравлическими ударами.

Четвертое дополнительное отличие состоит в том, что осесимметричная защитная камера имеет перфорированную в верхней части боковую стенку, что позволяет по мере доизмельчения резины отбирать часть доизмельченного материала из полости защитной камеры.

Пятое дополнительное отличие состоит в том, что перфорационные отверстия в верхней части боковой стенки защитной камеры выбраны с учетом требуемого размера частиц измельченной резины.

Шестое дополнительное отличие состоит в том, что средство удержания деструктируемой шины выполнено в виде предпочтительно поворотных и/или сдвижных захватов бортовых колец деструктируемых шин, причем по меньшей мере часть захватов кинематически связана со средством для растяжения деструктируемых шин. Тем самым достигается достаточно простое приведение резины в напряженное состояние, способствующее ее разрушению светогидравлическими ударами.

Седьмое дополнительное отличие состоит в том, что указанные захваты объединены в "верхний" и "нижний" наборы в количестве не менее двух в каждом наборе и расположены на примерно равных угловых расстояниях один от другого в каждом наборе, что способствует, во-первых, рациональному размещению захватов относительно деструктируемых шин и, во-вторых, их более равномерному растяжению.

Восьмое дополнительное отличие состоит в том, что устройство снабжено по меньшей мере одним осесимметричным выполненным в виде сегмента тела вращения отражателем ударных волн, устанавливаемым в защитной камере так, что его выпуклая часть обращена внутрь полости этой камеры. Тем самым достигается более направленное (и эффективное) воздействие светогидравлических ударов на деструктируемые шины.

Девятое дополнительное отличие состоит в том, что средство растяжения деструктируемой шины установлено в направляющих возвратно-поступательного перемещения, что способствует более ревномерному нагружению деструктируемых шин.

Десятое дополнительное отличие состоит в том, что устройство имеет осесимметричный предпочтительно цилиндрический корпус, содержащий по меньшей мере боковую стенку и днище, при этом средство осевого растяжения деструктируемой шины выполнено в виде поплавка, который установлен в корпусе в зазоре между боковыми стенками корпуса и защитной камеры и снабжен средством для присоединения к одному из бортовых колец деструктируемой шины.

Такая относительно компактная и конструктивно простая форма реализации изобретательского замысла предпочтительна при деструкции малогабаритных шин, используемых, например, для оснащения легковых автомобилей. Их эффективное растяжение вполне возможно с помощью поплавка.

Одиннадцатое дополнительное отличие состоит в том, что устройство имеет средства для подачи и слива рабочей жидкости, выполненные в виде по меньшей мере одного нагнетательного патрубка и по меньшей мере одного сливного патрубка, которые гидравлически подключены к защитной камере и расположены соответственно в средней части днища корпуса под днищем защитной камеры и в периферийной части днища корпуса под поплавком. Эта частная форма выполнения устройства с поплавком дает возможность наиболее эффективно заполнять защитную камеру рабочей жидкостью и сливать из нее суспензию резиновой крошки в рабочей жидкости, а при необходимости - проводить доизмельчение резины при непрерывном протекании рабочей жидкости через защитную камеру.

Двенадцатое дополнительное отличие состоит в том, что лазер оптически подключен к полости защитной камеры через световодный канал, который подведен сверху. Это частное усовершенствование предпочтительно именно в случае стационарного расположения защитной камеры.

Тринадцатое дополнительное отличие состоит в том, что поплавок выполнен в виде герметичного понтона, имеющего форму цилиндрического кольца, что наиболее конструктивно просто и технологично.

Четырнадцатое дополнительное отличие состоит в том, что корпус снабжен по меньшей мере одним фиксатором поплавка. Это частное усовершенствование целесообразно в случаях доизмельчения резины в защитной камере дополнительными светогидравлическими ударами.

Пятнадцатое дополнительное отличие состоит в том, что корпус имеет вид преимущественно прямоугольной рамы, вертикальные стойки которой снабжены подвижными упорами и служат направляющими для установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения защитной камеры, эта камера служит средством осевого растяжения и снабжена средством для присоединения к одному из бортовых колец деструктируемой шины, а средство для присоединения к другому бортовому кольцу деструктируемой шины связано с перекладиной корпуса.

Такая более материалоемкая и конструктивно более громоздкая форма реализации изобретательского замысла предпочтительна при деструкции крупногабаритных шин, используемых, например, для оснащения грузовых автомобилей и тракторов. Для их эффективного растяжения необходимы весьма значительные нагрузки, которые могут быть обеспечены суммарной массой защитной камеры и заполняющей ее рабочей жидкости.

Шестнадцатое дополнительное отличие состоит в том, что лазер оптически подключен к полости защитной камеры через световодный канал, который подведен снизу. Это частное усовершенствование предпочтительно именно в случае подвижной защитной камеры.

Семнадцатое дополнительное отличие состоит в том, что защитная камера имеет внешнюю цельную стенку и концентричную ей и установленную с зазором перфорированную в верхней части внутреннюю стенку.

Такая форма выполнения подвижной защитной камеры, используемой, как выше указано, в качестве средства растяжения деструктируемых шин, наиболее целесообразна при ее эксплуатации в проточном режиме при доизмельчении резины.

Восемнадцатое дополнительное отличие состоит в том, что устройство имеет средства для подачи и слива рабочей жидкости, выполненные в виде по меньшей мере одного нагнетательного патрубка и по меньшей мере одного сливного патрубка, которые гидравлически подключены к защитной камере и расположены соответственно в средней части ее днища и в периферийной части ее днища между указанными стенками. Эти дополнительные отличия также целесообразны при эксплуатации защитной камеры в проточном режиме при доизмельчении резины.

Девятнадцатое дополнительное отличие, состоит в том, что в устройстве в качестве рабочей жидкости использовано вещество, выбранное из группы, состоящей из воды, жидких углеводородов, алифатических или циклоалифатических спиртов C₃-C₅, кетонов, или их смесей. При этом вода предпочтительна в связи с ее доступностью, а прочие материалы могут быть использованы в качестве рабочих жидкостей для достижения, например, таких эффектов, как частичное растворение измельченной резины перед ее последующей химической частичной девулканизацией, или активация поверхности резиновых частиц перед их введением в состав композитов типа гидро-, звуко-, электро- и теплоизоляционных материалов.

Естественно, что формы реализации изобретательского замысла не ограничены изложенными выше вариантами и приведенными ниже примерами и что на основе принципиального технического решения, сформулированного в начале характеристики сущности изобретения, могут быть созданы и иные комбинации средств деструкции отработанных шин с использованием светогидравлического эффекта.

Далее сущность изобретения поясняется подробным описанием конструкции и работы предлагаемого устройства для импульсной деструкции изношенных шин с металлокордом со ссылками на прилагаемые чертежи, где изображены на: фиг. 1 - общий вид предлагаемого устройства в исходном (разомкнутом) положении (для первого предпочтительного варианта осуществления изобретательского замысла);
фиг. 2 - то же, что и на фиг. 1, в сомкнутом положении после загрузки деструктируемой шины;
фиг. 3 - то же, что и на фиг.2, с деструктируемой шиной, которая зафиксирована в заполненной рабочей жидкостью защитной камере и растянута;
фиг. 4 - то же, что и на фиг. 3, после деструкции шины и удаления корда (стадия доизмельчения резины):
фиг. 5 - общий вид предлагаемого устройства в исходном (раздвинутом) положении (для второго предпочтительного варианта осуществления изобретательского замысла);
фиг. 6 - то же, что и на фиг.5, в сдвинутом положении после загрузки и растяжения деструктируемой шины;
фиг. 7 - то же, что и на фиг. 6, в конце процесса отделения резины от металлокорда;
фиг. 8 - то же, что и на фиг. 6, после удаления корда (стадия доизмельчения резины).

Предлагаемое устройство для деструкции изношенных шин с металлокордом в общем случае, то есть независимо от конкретной формы осуществления изобретательского замысла, имеет следующие основные части (см. фигуры 1 и 3 и фиг. 5):
корпус 1, предназначенный для удержания прочих частей устройства и восприятия рабочих нагрузок;
расположенную в корпусе 1 проточную осесимметричную защитную камеру 2 для проведения импульсной деструкции шин и, при необходимости, для доизмельчения резины;
средство удержания деструктируемой шины, располагаемое в процессе деструкции в защитной камере 2 и выполненное в виде, например, поворотных и/или сдвижных захватов 3, которые объединены в наборы в количестве не менее двух расположенных на примерно равных угловых расстояниях один от другого захватов в каждом наборе. При этом указанные наборы размещены в верхней и нижней зонах камеры 2 и кинематически связаны с указанными ниже частями устройства, включая средство для осевого растяжения деструктируемой шины;
по меньшей мере один источник 4 когерентного импульсного электромагнитного излучения (далее - лазер 4, работающий предпочтительно в оптическом или инфракрасном диапазоне), играющий роль средства импульсного воздействия на деструктируемую шину (через рабочую жидкость, находящуюся в защитной камере 2);
средство для оптического подключения лазера 4 к полости камеры 2, выполненное в виде, по меньше мере, одного световодного канала 5, которым может служить отрезок произвольной предпочтительно изготовленной из ударопрочной стали трубы с по меньшей мере одной прозрачной, предпочтительно сменной, торцевой заглушкой 6 из ударопрочного материала преимущественно типа "броневого" стекла;
по меньшей мере один осесимметричный, выполненный в виде сегмента тела вращения (предпочтительно остроконечного конуса) отражатель 7 ударных волн, устанавливаемый в защитной камере 2 таким образом, чтобы его выпуклая часть была обращена внутрь полости этой камеры 2 (при этом предпочтительно иметь два отражателя 7, размещение которых оговорено ниже);
средство предпочтительно осевого растяжения деструктируемой шины, которое в любом случае установлено в направляющих для его плавного возвратно-поступательного перемещения и которое может быть выполнено либо в виде поплавка 8, как это показано на фигурах 1-4, либо совместно с защитной камерой 2.

Корпус 1 в первом предпочтительном частном варианте осуществления изобретательского замысла (см. фигуры 1-4) имеет боковую стенку 9 в виде открытой сверху предпочтительно цилиндрической обечайки и не обозначенное особо днище, в которое вмонтированы:
в средней части - по меньшей мере один нагнетательный патрубок 10 для подачи рабочей жидкости в защитную камеру 2 и
в периферийной части (под поплавком 8) - по меньшей мере один сливной патрубок 11 для вывода из кольцевого пространства между боковыми стенками корпуса 1 и защитной камеры 2 суспензии частиц измельченной резины в жидкости на сепарацию (например, отстаивание и/или фильтрование).

Естественно, что в не показанных на чертежах, поскольку это очевидно для специалистов, линиях подачи рабочей жидкости и слива указанной суспензии должны быть вмонтированы также не показанные любые подходящие клапаны и/или задвижки для регулирования расхода.

Применительно к описанной конструкции устройства защитная камера 2 установлена в корпусе 1 стационарно, а поплавок 8 предпочтительно имеет форму герметичного цилиндрического "понтона", вставленного в кольцевой зазор между боковой стенкой 9 корпуса 1 и боковой же стенкой защитной камеры 2.

Корпус 1 во втором предпочтительном частном варианте осуществления изобретательского замысла (см. фигуры 5-8) имеет вид преимущественно прямоугольной рамы, вертикальные стойки 12 которой служат направляющими для установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения защитной камеры 2.

При этом в пространстве, которое ограничено стойками 12 и верхней перекладиной 13 рамного корпуса 1 размещены установленные с возможностью синхронного возвратно-поступательного перемещения упоры 14 для фиксации на требуемой высоте средства осевого растяжения деструктируемой шины в виде защитной камеры 2. Не показанный особо привод этих упоров 14, выполненный, например с использованием передач типа "винт-гайка", может быть смонтирован в также не показанных пазах стоек 12 или параллельно им.

Проточная осесимметричная защитная камера 2 имеет вид предпочтительно цилиндрического "стакана", у которого верхняя часть боковой стенки 15, как правило, перфорирована для прохода суспензии частиц резины в жидкости, а обычно в днище введен по меньшей мере один уже упомянутый нагнетательный патрубок 10. Защитная камера 2 или по меньшей мере ее боковая перфорированная стенка 15 может быть выполнена сменной и иметь перфорационные отверстия разных размеров в зависимости от желаемого верхнего предела размеров частиц измельченной резины.

При этом камера 2 в первом предпочтительном частном варианте осуществления изобретательского замысла (см. фигуры 1-4) имеет обычно лишь одну боковую стенку 15.

Во втором же предпочтительном частном варианте осуществления изобретательского замысла (см. фигуры 5-8) камера 2 имеет дополнительную внешнюю цельную стенку 16, которая концентрично с зазором охватывает первую перфорированную в верхней части внутреннюю стенку 15. При такой форме выполнения защитный камеры 2, обусловленной ее использованием в качестве средства осевого растяжения деструктируемой шины, сливной патрубок 11 может быть подключен к пространству между двумя днищами, как это показано на фигурах 5-8, или к пространству между стенками 15 и 16, если они будут закреплены на общем днище.

Верхний и нижний наборы поворотных и/или сдвижных захватов 3 могут быть выполнены весьма разнообразно в зависимости от типа корпуса 1 и от габаритных размеров и массы деструктируемых шин. Приводы перемещения захватов для упрощения не показаны подробно и не обозначены на чертежах, ибо могут быть без труда выбраны специалистами из множества доступных на рынке конструкций.

Однако в любом случае один из упомянутых наборов должен быть связан со средством осевого растяжения деструктируемой шины. Так, в первом варианте (см. фигуры 1-4) верхние захваты 3 связаны с поплавком 8, например, опорным усеченным конусом 17, который может служить периферийным продолжением верхнего съемного отражателя 7 ударных волн, а нижние захваты могут быть, например, защемлены между днищем защитной камеры 2 и придонным отражателем 7 ударных волн.

Соответственно, во втором варианте (см. фигуры 5-8) нижние захваты 3 вместе с приводами вмонтированы в отражатель 7, располагаемый в днище защитной камеры 2, а верхние захваты 3 связаны с верхним же установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно перекладины 13 рамного корпуса 1 отражателем 7.

Целесообразно, чтобы корпус 1 в первом варианте (см. фигуры 1 - 4) был снабжен, например, винтовыми фиксаторами 18 поплавка 8.

На приложенных чертежах ради упрощения показан только один лазер 4, расположенный, как правило, под и/или над защитной камерой 2 таким образом, что его оптическая ось практически совпадает с геометрической осью симметрии защитной камеры 2, и только один коаксиальный лазеру 4 световодный канал 5.

На практике же в зависимости от плотности мощности, требуемой для эффективной деструкции шин, могут быть использованы несколько лазеров 4 и несколько световодных каналов 5. В таких случаях целесообразно, чтобы оптические оси каналов 5 были ориентированы симметрично относительно геометрической оси защитной камеры 2.

Возможно также и произвольное расположение лазера (или лазеров) 4 относительно защитной камеры 2 и/или световодного канала (каналов) 5, если в систему передачи световых импульсов в рабочую жидкость будут включены общеизвестные отклоняющие устройства типа призм и/или ячеек Поккельса, которые известны, например, из книги Л.В.Тарасова "Лазеры: действительность и надежды (Москва: "Наука", 1985, с.38- 40; рис.10).

Торцевой заглушке 6 световодного канала 5 предпочтительно придавать форму свободной от сферических аберраций линзы, которая ограничена со стороны подачи импульсов когерентного электромагнитного (лазерного) излучения плоскостью, перпендикулярной геометрической оси канала 5, а со стороны контакта с рабочей жидкостью - поверхностью гиперболоида вращения (см. Бутиков Е.И., Быков А. А., Кондратьев А.С. Физика в примерах и задачах. - Москва: Наука, 1979, с. 402, рис. 3.5). Это целесообразно с точки зрения:
заметного уменьшения торцевой механической нагрузки на канал 5 при светогидравлических ударах, поскольку обтекаемый выступ заглушки будет отражать их энергию в стороны;
снижения плотности мощности в пучках лазерного излучения до их выхода в полость защитной камеры 2, что повышает безопасность обслуживания устройства;
существенного повышения точности фокусировки пучков и достижения максимума плотности мощности лазерного излучения в заданных точках защитной камеры и
существенного снижения опасности накопления осадка измельченной резины на выходе световодного канала 5.

Рабочей жидкостью могут служить:
вода, предпочтительная в связи с доступностью,
жидкие углеводородные материала типа бензина или керосина,
другие органические жидкости, например, алифатические или циклоалифатические спирты C₃-C₅ кетоны и их смеси.

Органические рабочие жидкости целесообразно применять в качестве дисперсионной среды либо перед последующей частичной регенерацией каучуков в измельченной резине, либо перед переработкой резины в композиты типа гидpo-, звуко-, электро- и теплоизоляционных материалов.

Отработанные шины с металлокордом разрушают с использованием описанного устройства следующим образом:
каждую очередную шину вводят внутрь защитной камеры 2 и фиксируют захватами 3 за бортовые кольца (см. фигуры 2 и 5);
через нагнетательный патрубок 10 при закрытом сливном патрубке 11 заливают рабочую жидкость (в полость неподвижной защитной камеры 2 и корпуса 1, как показано на фигурах 2 и 3, или только в полость подвижной защитной камеры 2, как показано на фиг.6), что приводит к осевому растяжению шины вследствие либо всплытия поплавка 8 (фиг. 3), либо опускания камеры 2 (фиг. 6);
включают импульсный лазер 4 и через световодный канал 5 подают несколько импульсов когерентного электромагнитного излучения с плотностью мощности, достаточной для возбуждения кавитации в жидкой среде, при этом длительность каждого импульса обычно выбирают в диапазоне от 1 нс до 1 мкс, а количество импульсов выбирают из условия достаточности для практически полного выделения корда из резины;
приостанавливают подачу импульсов когерентного электромагнитного излучения;
из защитной камеры 2 удаляют выделенный из резины в виде проволочной путанки металлокорд и:
- либо удаляют из защитной камеры 2 куски резины, например, выгружая их через верх, и (через открытый сливной патрубок 11 при закрытом нагнетательном патрубке 10) суспензию мелких частиц отделенной от металлокорда резины в рабочей жидкости, которые затем разделяют любым подходящим способом (например: отстаиванием и/или фильтрованием), а затем загружают очередную шину и повторяют описанный процесс,
- либо продолжают измельчение оставшейся внутри защитной камеры 2 резины до частиц требуемого размера путем подачи дополнительных импульсов когерентного электромагнитного излучения подобно известному электрогидравлическому дроблению (см. Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности.-Ленинград: Машиностроение, 1986, с. 180-187 и с. 196-197).

Во втором частном варианте доизмельчение также, может быть проведено двояко:
либо (при закрытых патрубках 10 и 11) непосредственно в том объеме рабочей жидкости, который остался в рабочей камере 2 после удаления металлокорда, с последующим сливом и разделением на компоненты полученной суспензии и, при необходимости, с дополнительной классификацией резиновых частиц по гранулометрическому составу на фракции частиц с определенными размерами любым из известных подходящих способов,
либо с непрерывным отбором частиц резины, достигших требуемого заданного диаметром перфорационных отверстий в боковой стенке 15 защитной камеры 2 размера, при прокачке рабочей жидкости через объем защитной камеры 2 сквозь одновременно открытые нагнетательный 10 и сливной 11 патрубки.

Далее в защитную камеру 2 подают очередную шину и процесс повторяют в любом из указанных частных вариантов, как выше описано.

Специфические особенности использования каждого из показанных на чертежах вариантов предложенных устройств в процессах деструкции шин заключаются в следующем:
при доизмельчении резины в устройстве, показанном на фигурах 1-4, поплавок 8 удерживают фиксаторами 18 в верхнем или промежуточном положении (см. фиг. 4);
при использовании устройства, которое показано на фигурах 5-8:
- усилие осевого растяжения деструктируемых шин можно регулировать, изменяя положение упоров 14 (см. фиг.6) или объем (и массу) рабочей жидкости, заливаемой в защитную камеру 2,
- при доизмельчении резины защитная камера 2 должна контактировать с упорами 14 (см. фиг. 8),
- доизмельчение резины в защитной камере 2 можно совместить с возвратом этой камеры 2 в исходное верхнее положение (с очевидным для этого частного случая использованием не показанных на чертежах гибких шлангов для подключения нагнетательного 10 и сливного 11 патрубков).

Специфическими аспектами промышленной применимости и преимуществами предложенного устройства являются:
практически полная экологическая безопасность процесса деструкции отработанных шин с металлокордом;
возможность деструкции цельных шин произвольных типоразмеров и массы;
возможность получения резиновой крошки с размерами частиц в заданных весьма узких интервалах;
возможность практически неограниченного многократного использования оборотных рабочих сред и, наконец,
возможность механохимической активации резиновой крошки путем регулирования режимов ее светогидравлического доизмельчения и/или составов рабочих жидкостей.

Формула изобретения

1. Устройство для деструкции шин с металлическим кордом, имеющее корпус, осесимметричную защитную камеру, установленную в корпусе, средство удержания деструктируемой шины, располагаемое в процессе деструкции в защитной камере, и средство импульсного воздействия на деструктируемую шину, отличающееся тем, что в качестве средства импульсного воздействия на деструктируемую шину оно оснащено по меньшей мере одним источником когерентного импульсного электромагнитного излучения лазером, защитная камера снабжена по меньшей мере одним средством для подачи и слива рабочей жидкости и предусмотрено средство растяжения деструктируемых шин.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одним световодным каналом, один конец которого обращен в сторону лазера, а второй ориентирован в полость защитной камеры.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что каждый световодный канал выполнен в виде отрезка произвольной трубы и снабжен по меньшей мере одной прозрачной торцевой заглушкой из ударопрочного светопрозрачного материала.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что осесимметричная защитная камера выполнена проточной.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что осесимметричная защитная камера имеет перфорированную в верхней части боковую стенку.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что перфорационные отверстия в верхней части боковой стенки защитной камеры выбраны с учетом требуемого размера частиц измельченной резины.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство удержания деструктируемой шины выполнено в виде предпочтительно поворотных и/или сдвижных захватов бортовых колец деструктируемых шин, причем по меньшей мере часть захватов кинематически связана со средством для растяжения деструктируемых шин.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что захваты объединены в верхний и нижний наборы в количестве не менее двух в каждом наборе и расположены на примерно равных угловых расстояниях один от другого в каждом наборе.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одним осесимметричным, выполненным в виде сегмента тела вращения, отражателем ударных волн, устанавливаемым в защитной камере так, что его выпуклая часть обращена внутрь полости этой камеры.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство растяжения деструктируемой шины установлено в направляющих возвратно-поступательного перемещения.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что оно имеет осесимметричный предпочтительно цилиндрический корпус, содержащий по меньше мере боковую стенку и днище, при этом средство осевого растяжения деструктируемой шины выполнено в виде поплавка, который установлен в корпусе в зазоре между боковыми стенками корпуса и защитной камеры и снабжен средством для присоединения к одному из бортовых колец деструктируемой шины.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что оно имеет средства для подачи и слива рабочей жидкости, выполненные в виде по меньшей мере одного нагнетательного патрубка и по меньшей мере одного сливного патрубка, которые гидравлически подключены к защитной камере и расположены соответственно в средней части днища корпуса под днищем защитной камеры и в периферийной части днища корпуса под поплавком.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что лазер оптически подключен к полости защитной камеры через световодный канал, который подведен сверху.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что поплавок выполнен в виде герметичного понтона, имеющего форму цилиндрического кольца.

15. Устройство по п.11, отличающееся тем, что корпус снабжен по меньшей мере одним фиксатором поплавка.

16. Устройство по п.10, отличающееся тем, что корпус имеет вид преимущественно прямоугольной рамы, вертикальные стойки которой снабжены подвижными упорами и служат направляющими для установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения защитной камеры, эта камера служит средством осевого растяжения и снабжена средством для присоединения к одному из бортовых колец деструктируемой шины, а средство для присоединения к другому бортовому кольцу деструктируемой шины связано с перекладиной корпуса.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что лазер оптически подключен к полости защитной камеры через световодный канал, который подведен снизу.

18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что защитная камера имеет внешнюю цельную стенку и концентричную с ней и установленную с зазором перфорированную в верхней части внутреннюю стенку.

19. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что оно имеет средства для подачи и слива рабочей жидкости, выполненные в виде по меньшей мере одного нагнетательного патрубка и по меньшей мере одного сливного патрубка, которые гидравлически подключены к защитной камере и расположены соответственно в средней части и в периферийной части ее днища между указанными стенками.

20. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве рабочей жидкости в нем использовано вещество, выбранное из группы, состоящей из воды, жидких углеводородов, алифатических или циклоалифатических спиртов С₃ - С₅, кентонов или их смесей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8