Введение

Для производства строительных материалов машиностроительные заводы выпускают самые разнообразные машины и оборудование, причем на ряду с созданием новых происходит непрерывное изменение, совершенствование существующих машин и общее увеличение объема их выпуска. Колоссальные издержки, связанные с процессами измельчения, на современном уровне развития производства, вызывают необходимость разработки новых способов измельчения материалов, а также создания на их основе новых технологий и оборудования.

Технология дробления-измельчения твердых материалов является одной из наиболее масштабных, энергоемких и дорогостоящих операций. На эти цели затрачивается до 10 % электроэнергии от общего ее производства. Поэтому дальнейшее совершенствование этого процесса и оборудования, использование наиболее эффективных и экономических способов дробления, упрощение схем и компоновочных решений цехов дробления-измельчения имеют важное значение.

1 Анализ патентной и научно-технической информации

1.1 Патентный поиск

1.1.1 Пружинный смеситель-активатор [1]

Настоящее изобретение (рисунок 1.1) относится к области машиностроения, в частности к технологическому оборудованию для механоактивации дисперсных материалов, и может быть использовано в различных производствах, преимущественно в промышленности строительных материалов для переработки жидкотекучих композиций.

Пружинный смеситель-активатор, содержащий привод, связанный дугообразно изогнутым пружинным рабочим органом, установленным в корпусе, имеющем устройство для подачи исходного материала, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде трубы изогнутой под углом 90±30^◦, торец выходного конца трубы образует с горизонтом угол 0-90^◦, а плоскость оси рабочего органа составляет с нормалью к горизонту угол ±60^◦.

Рисунок 1.1 – Пружинный смеситель-активатор

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение энергозатрат на механоактивацию компонентов смеси.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в пружинном смесителе-активаторе, содержащим привод, связанный дугообразно изогнутым пружинным рабочим органом, установленным в корпусе, имеющем устройство для подачи исходного материала, согласно изобретению, корпус выполнен в виде трубы, изогнутой под углом 90±30^◦, торец выходного конца трубы образует с горизонтом угол 0-90^◦, а плоскость оси рабочего органа составляет с нормалью к горизонту угол ±60^◦.

Расположение приводных узлов сверху рабочего оборудования улучшает продвижение обрабатываемого материала в камере, позволяет отказаться от сложных уплотнений и делает всю конструкцию малогабаритной и компактной, кроме того, обеспечивается промывка и очистка рабочей камеры.

Пружинный смеситель-активатор состоит из гайки 2, двигателя 1, пружинного рабочего органа 3, бункера для подачи материала 4. Угол α – угол, образованный плоскость торца камеры и горизонтом, равен 0-90^◦. Рабочий орган смонтирован в корпусе 5. Вся конструкция расположена на раме 6. В корпусе 5 имеется отверстие для подачи обрабатываемого материала из бункера 4.

1.1.2 Спиральная мельница [2]

Изобретение относится к области тонкого помола материалов преимущественно по мокрому способу (рисунок 1.2) и может быть использовано в различных областях промышленности при реализации различных стадий дезинтеграторных технологий.

Поставленная цель достигается тем, что в спиральной мельнице, содержащей раму, цилиндрическую камеру в виде цилиндрического стакана, привод, измельчающий орган и патрубки для ввода исходного материала и вывода обработанного материала, согласно изобретению, привод включает электродвигатель, связанный через эластичную муфту с вибровозбудителем, установленным внутри цилиндрического стакана, а измельчающий орган, охватывающий вибровозбудитель, выполнен из спирали Архимеда или, по меньшей мере, из одного пакета в виде, по меньшей мере, двух спиралей Архимеда, помещенных одна в другую и установленных с зазором между собой. Пакеты в виде спиралей Архимеда установлены вдоль оси рабочей камеры. Пакеты в виде спиралей Архимеда разделены между собой ограничителями осевого перемещения.

Выполнение измельчающего органа в виде спирали Архимеда позволяет максимально упростить конструкцию мельницы путем исключения сложного передаточного механизма от привода, функции которого выполняет вибровозбудитель, исключить наличие в конструкции сложных опорных подшипниковых узлов, требующих уплотнений от попадания в них рабочей среды.

Переход от дискретных мелющих тел (бисера) к пружинным элементам в виде спиралей Архимеда приводит к упорядочению рабочего процесса в мельнице и существенно снижает долю холостого трения между мелющими телами и другими элементами конструкции. Механизм разрушения из практически преобладающего истирания переходит в разряд удара, раздавливания и некоторой доли истирания, что энергетически и технологически выгоднее. В результате такого технического исполнения решается главная поставленная цель – снижение энергоемкости процесса помола.

Рисунок 1.2 – Спиральная мельница

1.1.3 Вибрационная мельница [3]

Изобретение предназначено для измельчения пород и материалов (рисунок 1.3), оно относится к вибрационным мельницам преимущественно с мелющими телами типа шаров и (или) стержней и может быть использовано в обогащении и производстве строительных и специальных материалов, в химической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности.

Горизонтально расположенная цилиндрическая помольная камера 1 предложенной мельницы имеет загрузочный 2 и выгрузочный 3 патрубки, опирается на пружины 4 и снабжена дебалансным вибровозбудителем 5 с приводом 6. Вал возбудителя смонтирован посредством подшипников 7 в центральной трубе 8, которая может быть выполнена с кожухом с целью подачи в кольцевую полость текучей среды для управления температурным режимом.

Продольная перегородка 9 разделяет камеру на верхнюю полость 10 предварительного измельчения (преимущественно мелкого дробления) и нижнюю - тонкого измельчения с соотношением объемов этих полостей предпочтительно от 1:5 до 1:10. Перегородка 9, по крайней мере, в разгрузочной своей части перфорирована с целью передачи измельченного материала из верхней полости 10 в нижнюю.

Перегородка может располагаться по касательной к поверхности загрузки или по огибающей. С одной стороны она служит днищем верхней полости, с другой - своего рода отбойной плитой для рабочей среды нижней полости. Мелющие тела в нижней полости - это преимущественно шары или цилиндры, а в верхней - стержни или ролик-валок 11.

В процессе работы предложенной мельницы вибровозбудитель 5 генерирует круговые колебания камеры, вызывающие соударения и циркуляцию загрузки. Сырье загружается через патрубок 2 в полость 10 камеры и по мере измельчения перемещается вдоль перегородки 9 к ее разгрузочному концу. Через отверстия в перегородке частицы, размерами преимущественно менее 3-5 мм, ссыпаются в нижнюю полость. Нижней стороной перегородка сообщает дополнительные импульсы вниз загрузке нижней полости. Продукт ссыпается из камеры наружу через патрубок 3.

Разделение камеры мельницы с помощью продольной перегородки на две полости обеспечивает при простоте и компактности конструкции повышение степени измельчения, упрощение технологической цепи и в результате - повышение экономичности производства.

Рисунок 1.3 – Вибрационная мельница

Вибрационная мельница, содержащая горизонтально установленную на упругих опорах преимущественно цилиндрическую помольную камеру с центральной трубой в ней и смонтированным в трубе вибровозбудителем, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности за счет образования в камере полости предварительного измельчения, камера снабжена продольной перфорированной перегородкой, установленной над трубой, в виде днища полости предварительного измельчения.

1.1.4 Виброударное дробящее устройство [4]

Изобретение относится к дробящим устройствам (рисунок 1.4) и может быть использовано для дробления железобетонных плит. Устройство содержит упруго опертый на раму корпус с вибраторами, и упруго смонтированный в корпусе центральный стержень. Устройство снабжено пакетом рессор, к которому закреплен центральный стержень, при этом на одном конце пакета размещен ударник, а на другом – противовес. Изобретение повышает качество дробления бетонных плит и стабильность работы устройства.

Виброударное дробящее устройство содержит стержень 4 с корпусом 2, опертым через пружины 8 на раму 1, которая в свою очередь установлена на бетонную плиту 13. На корпусе 2 установлены синхронизированные для противофазного вращения вибраторы 3, а также верхние 11 и нижние 12 пружины, смонтированные между нижним 10 и верхним 9 фланцами стержня 4. Нижний фланец 10 снабжен противовесом 5 с пакетом рессор 6, на конце которых расположен ударник 7.

Рисунок 1.4 – Виброударное дробящее устройство

1.1.5 Рессорно-стержневая мельница [5]

Полезная модель (рисунок 1.5) относится к области тонкого помола материалов и может быть использована в различных отраслях промышленности при реализации различных стадий дезинтеграторных технологий.

Задачей полезной модели является упрощение конструкции и снижение энергоемкости процесса измельчения.

Поставленная задача достигается тем, что в рессорно-стержневой мельнице, содержащей помольную камеру, привод, рабочий орган, согласно полезной модели, помольная камера, установленная на раме, выполнена в лоткообразной форме, а рабочий орган выполнен, по меньшей мере, из одного дугообразного изогнутого элемента, смонтированного на подвижной штанге посредством держателей, причем подвижная штанга одним концом закреплена в шарнире, а вторым опирается на пружинный амортизатор. Кроме того, в дополнительных вариантах реализации мельницы предусмотрено, что рабочий орган выполнен из набора стержней круглого или прямоугольного сечения, установленных параллельно между собой вдоль днища помольной камеры, которая может быть установлена под углом к горизонту 0-45 . Для эффективной работы мельницы также важно, чтобы элементы рабочего органа были изготовлен из пружинных сталей.

Выполнение измельчающего органа в виде дугообразных элементов, помещенных в пространство между помольной камерой и вибровозбудителем, позволяет максимально упростить конструкцию мельницы путем исключения сложного придаточного механизма от привода, функции которого выполняет вибровозбудитель, исключить наличие в конструкции сложных опорных подшипниковых узлов, требующих уплотнений от попаданий в них рабочей среды.

Переход от дискретных мелющих тел (бисера к пружинным дугообразным рабочим элементам приводит к упорядочению рабочего процесса в мельнице и существенно снижает долю холостого трения между пружинным рабочим оборудованием и другими элементами конструкции. Механизм разрушения из практически преобладающего истирания переходит в разряд удара, раздавливания и некоторой доли истирания, что энергетически выгоднее. В результате такого технического исполнения решается главная поставленная цель – снижение энергоемкости помола.

Другие отличительные признаки полезной модели связаны с конструктивным исполнением мельницы и разрешают частные задачи обеспечения ее нормального функционирования.

Использование предлагаемой рессорно-стержневой мельницы позволяет упростить конструкцию и уменьшить энергоемкость процесса измельчения. Это обусловлено исключением из конструкции аппарата сложных передаточных звеньев и устройств и выполнением рабочего органа адаптивным, т.е. приспосабливающимся к свойствам перерабатываемого материала и имеющего возможность деформироваться и совершать собственные колебания.

Предпочтительная область использования рессорно-стержневой мельницы – мелкое дробление, грубый и тонкий помол преимущественно минеральных материалов любой прочности.

Рессорно-стержневая мельница содержит раму 1 с установленной на ней лоткообразной помольной камерой 2, вибратор 3 дебалансного типа, подвижную штангу 4 и смонтированный на ней посредством держателей 5 рабочий орган 6.

Рисунок 1.5 – Конструктивная схема мельницы