способ увеличения частоты взаимодействия вращающихся рабочих элементов измельчительных устройств

Формула изобретения

Способ увеличения частоты взаимодействия вращающихся рабочих элементов измельчительных устройств, отличающийся тем, что на двух основаниях, имеющих возможность относительного соосного вращения, равномерно по окружности размещают соответственно n ₁ и n₂ взаимодействующих рабочих элементов, угловой размер между которыми выбирают из соотношения

2 к/n₁n₂ (рад.),

где к - наибольший общий делитель чисел n₁ и n₂,

при этом частоту f взаимодействия рабочих элементов устанавливают равной

f=(n₁n₂/к)F,

где F - частота относительного вращения оснований (Гц).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к измельчительным устройствам (мельницам, дробилкам) с вращающимися рабочими элементами, и может быть использовано в технологических процессах измельчения при высокой частоте воздействия вращающихся рабочих элементов (пальцев, зубцов, выступов и т.п.) на измельчаемый материал.

Предшествующий уровень техники

Широко известен способ измельчения материалов между относительно вращающимися рабочими телами (например, жерновами). Дальнейшее развитие этого способа механического измельчения привело к появлению мельниц, основанных на взаимодействии ряда быстровращающихся дискретных рабочих элементов, между которыми находится измельчаемый материал. Наиболее ярким примером могут служить измельчители с двумя или одним вращающимися дисками -дезинтеграторы, принцип действия которых описан, например, в книге: Е.Е.Андреев, О.Н.Тихонов «Дробление, измельчение и подготовка сырья к обогащению», Санкт-Петербург, 2007 (cc.72-73). На дисках дезинтеграторов установлено несколько рядов взаимодействующих рабочих элементов-пальцев, между которыми под действием центробежных сил проходит измельчаемый материал. Более подробно класс подобных усовершенствованных измельчительных устройств описан в книге: И.Р.Клейс, Х.Х.Ууэмыйс «Износостойкость элементов измельчителей ударного действия», М., «Машиностроение», 1986 (cc.3-14, 95-102).

За прототип принят описанный в этой книге способ измельчения в дезинтеграторе (с.13, рис.8), где подвижные основания - диски с взаимодействующими рабочими элементами - пальцами - вращаются встречно, и в мельнице (с.13, рис.9), в которой измельчение материала происходит благодаря взаимодействию между вращающимся диском с рабочими элементами и неподвижным основанием. При этом частота f₀ взаимодействия рабочих элементов, как правило, определяется числом n₀ рабочих элементов, размещенных на окружности диска, вращающегося с частотой F₀:

f₀=n₀ F₀

Для получения высокой частоты взаимодействия элементов при частоте вращения диска, ограничиваемой его прочностью на разрыв, требуется установка большого числа рабочих элементов. Это усложняет и удорожает измельчитель, увеличивает расходы по замене изношенных элементов.

Сущность изобретения

Задача изобретения заключается в повышении частоты взаимодействия вращающихся рабочих элементов измельчительных устройств. Она решена благодаря тому, что на два основания (диски, цилиндры, усеченные конусы), имеющие возможность относительного соосного вращения, равномерно по окружности размещают соответственно n₁ и n₂ рабочих элементов, угловой размер которых выбирают из соотношения

2 к/n₁n₂,

где к - наибольший общий делитель чисел n₁ и n₂, при этом частоту f взаимодействия рабочих элементов устанавливают равной:

f=(n₁n₂/к)F,

где F - частота относительного вращения оснований.

Перечень чертежей

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена простейшая конструкция измельчительного устройства с основаниями - дисками, на которых размещены рабочие элементы.

На фиг.2 приведен пример расположения в плане рабочих элементов на неподвижном основании (n₁ =10) и вращающемся основании (n₂=13).

Фиг.3 поясняет определение минимального углового размера рабочих элементов для осуществления их высокочастотного взаимодействия при

n₁=10 и n₂=13 (к=1).

Фиг.4 приведена для определения углового размера рабочих элементов и частоты их взаимодействия при n₁ =10 и n₂=12 (к=2).

На фиг.5 показан пример установки на основание твердосплавных цилиндрических рабочих элементов.

Предложенный способ увеличения частоты взаимодействия рабочих элементов 2 и 4 (фиг.1), расположенных соответственно на относительно вращающихся основаниях 1 и 3, заключается в том, что на этих основаниях размещают соответственно n₁ и n₂ рабочих элементов, угловой размер которых выбирают из соотношения

где к - наибольший общий делитель чисел n₁ и n₂.

При этом частоту f взаимодействия (касаний или максимальных сближений) рабочих элементов устанавливают равной:

где F - частота относительного вращения оснований (для фиг.1 - основания 3 относительно неподвижного основания 1).

На фиг.1 основание-диск установлено на валу 5, связанном с приводом вращения. Подача материала и выход измельченного продукта определены формой корпуса 6, который имеет входное отверстие по оси вала и выходное - на периферии, куда измельченный материал поступает под действием центробежных сил. Равномерное размещение по окружности рабочих элементов 2 и 4 (фиг.1) представлено в плане на фиг.2, где десять элементов 2 (например, из твердого сплава) размещены на основании 1, а тринадцать элементов 4 - на основании 3.

Для определения формульных зависимостей предложенного способа приведены фиг.3 и фиг.4.

На фиг.3 представлены в виде линий n ₁=10 элементов основания 1 (1-1, 1-2, 1-3 и т.д.) и n ₂=13 элементов основания 3 (2-1, 2-1, 2-3 и т.д.).

При совпадении (взаимодействии) первой пары элементов 1-1 и 2-1 определим минимальное угловое расстояние между 1-(J₁ +1) и 2-(J₂+1) элементами, где J₁ и J ₂ - количество интервалов между первой парой и соответственно элементами на основаниях 1 и 3, максимально приближенными друг к другу:

Ввиду того, что числа n и J - целые, выражение (3) будет иметь экстремальное значение при выполнении условия:

Для определения неизвестных J₁ и J₂ составляется таблица:

J	1	2	3	4	5	6	7	8	9
n 2 J1	13	26	39	52	65	78	91	104	117
13 J1
n1 J2	10	20	30	40	50	60	70	80	90
10 J 2

из которой следуют два варианта решения:

первый вариант - J1=3, J2=4	n2J1-n1J2=39-40=-1,
второй вариант - J1=7,J2=9	n2 J1-n1 J2=91-90=+1.

Величина минимального углового расстояния между элементами на фиг.3, определенная по формуле (3), равна 0,048 рад или 2.77 град.

Реализация предложенного способа определяется началом взаимодействия рабочих элементов 1-4 и 2-5 (фиг.3) при их максимальном угловом размере , равном минимальному угловому расстоянию между элементами в виде линий, т.е. при соблюдении условия:

Если числа n₁ и n₂ имеют наибольший общий делитель к, то число одновременно взаимодействующих пар рабочих элементов равно этому делителю. Фиг.4 позволяет рассмотреть случай взаимодействия, когда n₁=10, n₂=12, к=2. Из чертежа следует, что одновременно происходит взаимодействие двух пар элементов, например, (1-1)-(2-1) и (1-6)-(2-7).

При этом минимальное угловое расстояние между элементами определяется по формуле:

для вариантов J₁=J₂ =1 или J₁=4, J₂=5.

Таким образом, увеличение общего делителя ведет к увеличению допустимого углового размера рабочего элемента и соответственно к уменьшению числа взаимодействий элементов за один оборот относительного поворота оснований.

Частота f взаимодействия рабочих элементов в общем случае определяется в виде:

где F - частота относительного вращения оснований.

Например, если частота вращения одного из оснований относительно другого равна F=300 Гц (18000 об/мин), то частота взаимодействия рабочих элементов при n₁ =10 и n₂=13 будет f=39000 Гц (ультразвуковой диапазон). Согласно прототипу при одновременном взаимодействии n_пр =13 рабочих элементов на обоих основаниях получим их частоту взаимодействия f_пр=n_пр·F=3900 Гц (звуковой диапазон).

Получение минимального углового размера рабочих элементов, приближающегося к нулю (рабочие элементы в виде линий на фиг.3 и 4) достигается, например, при использовании рабочих элементов в виде твердосплавных цилиндров 2 (фиг.5), вставленных в конусообразные пазы основания 1 и прижатые к нему упругим диском или пластиной 7. Сила прижима устанавливается винтом 8. Такая конструкция позволяет легко менять изношенные элементы, увеличить их срок службы благодаря возможности поворота в конусообразном пазу как при работе (при прохождении отдельных крупных частиц), так и при профилактическом осмотре и ремонте. Зазор между рабочими элементами может регулироваться в зависимости от крупности исходного материала. Для получения сверхтонкого продукта возможна работа измельчителя при непосредственном контакте рабочих элементов. При этом ультразвуковая частота взаимодействия рабочих элементов способствует интенсификации процесса измельчения и исключает налипание материала на элементы конструкции.