Изобретение относится к области тяжелого машиностроения, к дробильному измельчительному оборудованию, в частности к конусным дробилкам, и может быть использовано в технологических процессах строительной и горно-обогатительной отраслях промышленности.

Дробильные агрегаты, используемые в настоящее время, являются конструктивно сложными в создании и трудоемкими в эксплуатации машинами. Поэтому одна из самых актуальных проблем это возможность создания конструкции, обладающей одновременно отличными рабочими характеристиками и вместе с тем простотой в эксплуатации и сервисном обслуживании.

Конусная инерционная дробилка известна из уровня техники. Конструкция дробилки содержит корпус с наружным конусом и размещенным внутри него внутренним конусом, обращенные друг к другу поверхности которых образуют камеру дробления. На приводном валу внутреннего подвижного конуса установлен дебаланс приводимый во вращение трансмиссионным узлом. При вращении дебаланса создается центробежная сила, заставляющая внутренний конус обкатываться по наружному конусу без зазора, если в камере дробления нет перерабатываемого материала (на холостом ходу); или через слой дробимого материала. Однако большая величина центробежной силы, создаваемая дебалансом и приводящая к увеличению дробящей силы, одновременно приводит к нарушению динамического равновесия и к увеличению вибрационных нагрузок на все элементы дробилки, прежде всего на корпус. Это в свою очередь приводит к необходимости увеличивать прочностные характеристики корпуса, такие как толщину стен, прочность амортизаторов, прочность фундамента на котором установлен корпус, элементов привода и других деталей.

Упомянутая проблема динамического уравновешивания решается введением в конструкцию дробилки противодебаланса, то есть дополнительного неуравновешенного дебаланса, установленного в противофазе к дебалансу, генерирующего свою собственную центробежную силу, направленную противоположно центробежным силам внутреннего конуса и его дебаланса.

Таким образом, обеспечение динамического уравновешивания дробилки, то есть создание таких условий ее работы, когда сумма всех действующих в ней сил и моментов была бы близка к нулю, является основным вопросом создания надежной эффективной конструкции. Теория динамического расчета дробилок описана в специальной литературе, например, «Вибрационные дробилки», Вайсберг Л.А. и другие, Издательство ВСЕГЕИ, Санкт-Петербург, 2004, ISBN 93761-061-Х, Глава 6 «Динамика конусной инерционной дробилки с дополнительным вибратором на корпусе», стр. 103, { 1 }.

Известно изобретение «Инерционная конусная дробилка» RU 2174445, которое представляет собой одно из эффективных решений проблемы динамического уравновешивания дробилки. Согласно этому изобретению, в инерционной конусной дробилке, содержащей опертый на фундамент через эластичные амортизаторы корпус с наружным конусом и размещенный внутри него на сферической опоре внутренний конус, на валу которого с помощью подшипника смонтирован приводной неуравновешенный ротор с возможностью регулировки его центра тяжести относительно оси вращения, соединенной через шаровую опорно-компенсационную муфту и через размещенный в подшипниках корпуса промежуточный вал с приводным шкивом и двигателем, в которой корпус подшипника ротора и корпус шкива выполнены с цилиндрическими поверхностями, эксцентричными относительно оси вращения, шкив снабжен неуравновешенным грузом, и упомянутые неуравновешенные грузы также выполнены эксцентричными и установлены с возможностью полного поворота на ответных эксцентрических цилиндрических поверхностях подшипника ротора и шкива и возможностью фиксации их в необходимом положении относительно эксцентриситета упомянутых поверхностей и друг друга.

Известно изобретение «Инерционная конусная дробилка и метод уравновешивания такой дробилки», («Inertia cone crusher and method of balancing such crusher»), WO 2012/005650 Al, приоритетные данные 09.07.2010, SE20100050771. Согласно этому изобретению, известная конструкция конусной инерционной дробилки содержит корпус, внешний конус, внутренний конус, на вертикальном валу которого установлен дебаланс; и систему противодебалансов, состоящую из двух отдельных частей. Одна часть противодебаланса установлена на промежуточном приводном валу ниже подшипника скольжения и расположена снизу за пределами корпуса дробилки, при этом вторая часть противодебаланса крепится к промежуточному приводному валу над подшипником скольжения и расположена внутри корпуса дробилки. Общий суммарный вес обоих противодебалансов и веса каждого в отдельности, рассчитываются таким образом, чтобы они соответствовали требуемым для создания нужной центробежной силы, и для решения проблемы согласования и динамического уравновешивания дебаланса и противодебаланса. Такое техническое решение позволяет разрешать широкий перечень аспектов динамического уравновешивания дробилки при помощи изменения соотношения весов частей противодебаланса, их взаимного расположения, и их взаимного расположения с дебалансом. Важным преимуществом двойного распределения весов противодебаланса является и то, что нагрузки на промежуточный приводной вал уменьшаются и распределяются более равномерно, следовательно срок службы приводного узла увеличивается.

Главным недостатком обоих описанных выше технических решений является расположение нижнего противодебаланса на уровне, который находится существенно ниже уровня дна корпуса, под которым в свою очередь расположен приводной вал шкива и сам приводной шкив. Двигатель может быть соединен, например, через клиноременную передачу, со шкивом. Исходя из такой конструкции необходимо обеспечить доступ к дробилке строго снизу, в зону расположенную ниже корпуса, для размещения собственно противодебаланса, шкива и его вала, привода, собственно двигателя, а также обеспечить зону доступа для регулировок и сервисного обслуживания.

Это требование можно осуществить или за счет подъема всей конструкции корпуса на определенную высоту или за счет создания разгрузочной течки больших размеров. Следовательно, общая высота конструкции дробящего агрегата существенно увеличивается, и как следствие этого увеличивается высота всей технологической цепочки, доставляющей исходный дробимый материал в верхний подающий бункер. Кроме того, выход готового продукта также осуществляется в зону расположенную непосредственно под корпусом и ниже уровня корпуса, а совмещение зоны обслуживания и зоны разгрузки готовой продукции затрудняет работу обслуживающего персонала.

Существенными недостатками системы двойного противодебаланса являются очевидно двойная стоимость его изготовления, дополнительные расходы на монтаж, регулировки и обслуживание. Также необходимо предусмотреть специальное пространство внутри корпуса для размещения внутреннего противодебаланса, что дополнительно увеличивает высоту корпуса. Для любого дробильного агрегата высота корпуса является важным и критичным параметром, который следует по возможности сохранять в заданных пределах, а в лучшем случае снижать насколько позволяет конструкция. На основании сказанного выше, задачами настоящего изобретения является модернизация конструкции, повышение надежности конструкции дробилки и упрощение ее сервисного обслуживания за счет того что:

- все подвижные элементы агрегата должны быть расположены строго внутри пределов корпуса,

- сервисное обслуживание должно осуществляться только сверху корпуса,

- общая высота конструкции должна быть снижена.

Поставленная цель может быть реализована за счет усовершенствования проблемы обеспечения динамического уравновешивания дробилки. Одним из возможных способов усовершенствования обеспечения динамического уравновешивания дробилки является создание улучшенной конструкции узла противодебаланса, которая должна отвечать одновременно следующим требованиям:

- создавать требуемую величину центробежной силы, компенсирующую центробежную силу генерируемую небалансом; - место размещения противодебаланса не должно требовать специального оборудованной зоны расположенной под дробильным агрегатом и не должно совмещаться с зоной разгрузки готового материала;

- место размещения противодебаланса должно быть максимально приближено к месту размещения дебаланса для оптимизации динамического равновесия, то есть узел должен быть размещен внутри пределов существующего корпуса дробилки;

- способ и место размещения противодебаланса не должны увеличивать габаритные размеры дробильного агрегата в высоту или в ширину;

- узел должен иметь надежную и простую в исполнении конструкцию, по меньшей мере не приводящую к удорожанию стоимости дробилки;

- конструкция должна способствовать упрощению, ускорению и удешевлению сервисного обслуживания дробилки.

Поставленные задачи решаются в инерционной конусной дробилке, которая содержит: опертый на фундамент через эластичные амортизаторы корпус с наружным конусом и размещенный внутри него на сферической опоре внутренний конус, на приводном валу которого с помощью втулки скольжения расположен дебаланс с возможностью регулировки его центра тяжести относительно оси вращения, втулка скольжения дебаланса соединена через шаровую опорно-компенсационную муфту с зубчатым колесом, соединенным зубчатой передачей с двигателем, при этом шаровая опорно- компенсационная муфта включает верхнюю и нижнюю полумуфты. В соответствии с настоящим изобретением: нижняя полумуфта через опорный подшипник скольжения установлена внутри опертой на фланец оси вращения противодебаланса, на которую с помощью втулки скольжения установлен противодебаланс,

при этом противодебаланс жестко соединен с зубчатым колесом и с нижней полумуфтой, таким образом что упомянутые противодебаланс, зубчатое колесо, нижняя полумуфта и втулка скольжения образуют единый подвижный «узел противодебаланса», а фланец жестко закреплен в донной части корпуса дробилки.

Дробилка дополнительно отличается следующими характеристиками.

Ось вращения противодебаланса выполнена в виде полого цилиндрического стакана с маслопроводящим отверстием центре донной части, внутренний диаметр стакана вьшолнен равным или большим, чем внешний диаметр нижней полумуфты.

Фланец выполнен в виде ступенчатого диска с центральным установочным отверстием диаметр которого выполнен равным внешнему диаметру оси вращения противодебаланса, имеет крепежные отверстия по краям диска. Ось вращения противодебаланса и фланец могут быть выполнены как единая деталь.

Установочные отверстия по краям фланца выполнены таким образом, чтобы головки установочных болтов были полностью утоплены в упомянутые установочные отверстия.

Опорный подшипник скольжения выполнен в виде двух дисков с маслопроводящими отверстиями в центре.

Крепежные отверстия противодебаланса совпадают с крепежными отверстиями зубчатого колеса, совпадают с крепежными отверстиями нижней полумуфты.

Противодебаланс в первом варианте выполнен в виде сегмента диска, в центре которого имеется установочное отверстие равное внешнему диаметру втулки скольжения противодебаланса, по краям которого расположены крепежные отверстия, верхняя поверхность диска имеет два прямоугольных понижающих уступа, нижняя поверхность диска имеет фигурную выборку выполненную по форме установочного крепежа фланца, торец выполнен закругленным с нижнего края.

Противодебаланс во втором варианте выполнен в виде сегмента диска, в центре которого имеет установочное отверстие равное внешнему диаметру втулки скольжения противодебаланса, по краям которого расположены крепежные отверстия, верхняя поверхность диска имеет один прямоугольный понижающий уступ, нижняя поверхность диска имеет конический уступ выполненный под установочный крепеж фланца.

В качестве варианта исполнения противодебаланс имеет две установочные торцевые лыски. Существо настоящего изобретения поясняется следующими фигурами.

На фиг. 1 показана схема конусной инерционной дробилки в поперечном разрезе.

На фиг. 2 представлен отдельный узел дробилки, связывающий дебаланс и противодебаланс, с указанием действующих на них сил и моментов.

На фиг. 3 и 4 представлен противодебаланс в двух вариантах в виде объемного рисунка, а также в виде чертежа в разрезе.

На фиг. 5 и 6 представлен противодебаланс с дополнительными установочными торцевыми лысками в двух вариантах в виде объемного рисунка, а также в виде чертежа в разрезе.

Изобретение конструктивно реализуется следующим образом.

Корпус (1) установлен на фундамент (9) через эластичные амортизаторы (10). Наружный дробящий конус (2) и внутренний дробящий конус (3), размещенный на сферической опоре (4), образуют между собой камеру дробления. На валу (5) внутреннего конуса (3) установлен узел дебаланса (6) состоящий из собственно дебаланса, установленного на втулку дебаланса (12), которая установлена на вал (5) с возможностью вращения вокруг него. Узел дебаланса (6) соединен шаровой опорно- компенсационной муфтой (20) с зубчатым колесом (16) через верхнюю полумуфту (21) и нижнюю полумуфту (23). Полумуфта (23) помещена внутри оси вращения противодебаланса (15), которая выполнена в виде полого цилиндрического стакана с маслопгюводящим отверстием в центре дна. Полумуфта (23) оперта на опорный подшипник скольжения (22), который выполнен в виде двух тонких дисков с маслопроводящими отверстиями в центре. Противодебаланс (11) установлен на втулку скольжения (19) методом прессовой посадки, а втулка (19) в свою очередь установлена на ось вращения противодебаланса (15) с возможностью вращения вокруг нее. Ось вращения (15) оперта на фланец (34), который выполнен в виде ступенчатого диска с центральным установочным отверстием и жестко закреплен в донной части корпуса (1) при помощи крепежных болтов (32) расположенных по периметру диска фланца.

Противодебаланс (11) жестко соединен с зубчатым колесом (16) и с полумуфтой (23) через крепежные отверстия (24) при помощи крепежных болтов. Таким образом, «узел противодебаланса», включающий собственно противодебаланс (11), зубчатое колесо (16), нижнюю полумуфту (23) и втулку скольжения (19) образуют единый подвижный узел, все элементы которого жестко соединены друг с другом при помощи крепежных болтов и прессовой посадки.

Подвижный «узел противодебаланса» в свою очередь установлен с возможностью вращения на неподвижную ось вращения (15) , которая или оперта на фланец (34) или выполнена как цельная деталь ось-фланец. Подвижный «узел противодебаланса» смонтирован таким образом, чтобы противодебаланс (11) всегда находился в противофазе к дебалансу (6).

Патрубок (8), маслопроводящий канал (7) оси вращения (15), маслопро водящие отверстия в дисках опорного подшипник скольжения (22,) маслопроводящий канал в опорном шаровом шпинделе муфты (20) образуют общий маслопроводящий канал.

Изобретение работает следующим образом.

От двигателя (18) через внешнюю муфту (17) крутящий момент поступает на зубчатую передачу: вал - шестерню (25) и зубчатое колесо (16). Зубчатое колесо (16) приводит во вращение «узел противодебаланса» включающий также противодебаланс (11), втулку скольжения (19) нижнюю полумуфту (23). Подвижный «узел противодебаланса» вращается вокруг оси вращения (15), таким образом внутренний диаметр втулки скольжения (19) и внешний диаметр оси вращения (15) образуют подшипник скольжения противодебаланса. Полумуфта (23) является элементом шаровой опорно-компенсационной муфты (20), которая через шаровой шпиндель и верхнюю полумуфту (21) передает крутящий момент узлу дебаланса: дебалансу (6) и втулке скольжения дебаланса (12), смонтированному на валу (5) внутреннего конуса (3) . Узел дебаланса развивает центробежную силу, внутренний конус (3) приходит в движение и совершает обкатку по внешнему конусу (2) воздействуя на дробимый материал в камере дробления.

Фиг. 2 подробно иллюстрирует конструкцию «узла противодебаланса» и принципы его работы. Вектор Fi условно представляет представляет центробежную силу, развиваемую дебалансом, CGi - центр тяжести неуравновешенной массы Gi дебаланса; R _\ - радиус вращения центра тяжести неуравновешенной массы дебаланса, иначе говоря расстояние на которое центр тяжести его неуравновешенной массы удален от оси симметрии вала (5). Вектор F ₂ условно представляет центробежную силу, развиваемую противодебалансом, CG ₂ - центр тяжести неуравновешенной массы G ₂ противодебаланса, R ₂ - радиус вращения центра тяжести неуравновешенной массы дебаланса, иначе говоря, расстояние, на которое центр тяжести его неуравновешенной массы удален от центральной оси дробилки.

Согласно теории динамической стабилизации {1}, обеспечение полного динамического уравновешивания дробилки достигается тогда, когда сумма действующих в ней (центробежных) сил и моментов стремиться к нулю. Соответственно чем ближе друг к другу расположены центры тяжести неуравновешенных масс дебаланса CGi и противодебаланса CG ₂ , тем меньшую центробежную силу F ₂ требуется развить противодебалансу (11) для компенсации центробежной силы Fi развиваемой дебалансом (6). Поэтому для достижения поставленных целей в данном изобретении «узел противодебаланса» не только перемещается из под корпуса (1) внутрь его пределов, но и устанавливается настолько максимально близко к дебалансу (6) внутри корпуса (1) дробилки, насколько это позволяет конструкция агрегата.

Центробежная сила F1 дебаланса (6) определяется по формуле:

где:

Fi - центробежная сила дебаланса, Н;

G _t - неуравновешенная масса дебаланса, кг;

Ri- радиус вращения центра тяжести неуравновешенной массы дебаланса, м;

π = 3,14

п - скорость вращения дебаланса, об/мин.

Центробежная сила F ₂ противодебаланса (11) определяется по формуле:

где:

F ₂ - центробежная сила противодебаланса, Н;

G - неуравновешенная масса противодебаланса, кг;

R ₂ - радиус вращения центра тяжести неуравновешенной массы противодебаланса, м; π = 3,14

п— скорость вращения противодебаланса, об/мин., равна скорости вращения дебаланса.

Согласно [2] центробежная сила F ₂ тем больше, чем больше радиус R ₂ вращения центра тяжести неуравновешенной массы противодебаланса, иначе говоря расстояние, на которое центр тяжести CG ₂ удален от центральной оси дробилки. Предложенный противодебаланс сконструирован таким образом, чтобы параметр R ₂ был максимально возможным для данного профиля корпуса (1). Центр вертикальной образующей подшипника скольжения противодебаланса, образованного втулкой скольжения (1 ) и осью вращения (15), обозначен на фиг. 2 как точка CFB.

Конструкция противодебаланса (11) выполнена таким образом, чтобы центр тяжести CG ₂ его неуравновешенной массы был расположен строго по центру вертикальной образующей подшипника скольжения. Иначе говоря, точки CG ₂ и CFB должны быть расположены на одном уровне. Если размер высоты вертикальной образующей подшипника скольжения принять равным «а», то расстояние от верхнего края подшипника скольжения до точки CFB и расстояние от точки CFB до нижнего края подшипника скольжения равны между собой и равны «Уг а». В этом случае нагрузка на подшипник скольжения распределена равномерно, следовательно отсутствует перекос нагрузки, следовательно износ поверхностей трения подшипника происходит равномерно, следовательно подшипник служит дольше.

В случае, когда центр тяжести CG ₂ смещен относительно точки CFB выше или ниже, нагрузка на подшипник распределяется неравномерно, соответственно выше или ниже центральной точки CFB, то есть имеет место перекос нагрузки, следовательно подшипник подвергается несимметричному износу поверхностей трения, следовательно быстрее выходит из строя.

Исходя из упомянутых выше задач противодебаланс (11) может быть конструктивно выполнен в двух вариантах. Первый вариант представлен на фиг. 3, выполнен в виде сегмента диска, в центре диска выполнено установочное отверстие (13) равное внешнему диаметру втулки скольжения (19), по краям которого расположены крепежные отверстия (24). Верхняя поверхность диска противодебаланса имеет два прямоугольных понижающих уступа (26), нижняя поверхность диска имеет фигурную выборку (28) выполненную строго под форму установочного крепежа (32) фланца (34) , торец диска выполнен закругленным с нижнего края (14) , повторяющим внутренний профиль корпуса (1). Сложная форма первого варианта противодебаланса обусловлена компромиссом между конструкцией внутреннего профиля корпуса (1), иначе говоря свободным пространством, которое отводиться для размещения противодебаланса без изменения параметров корпуса, и требуемых характеристиках собственно противодебаланса.

Достоинством данного варианты является максимальное использование пространства корпуса (1) при параметрах противодебаланса, близких к оптимальным расчетным. Недостатком варианта является высокая стоимость исполнения данной формы детали. Второй вариант противодебаланса представлен на фиг. 4, также выполнен в виде сегмента диска, в центре диска выполнено установочное отверстие (13) равное внешнему диаметру втулки скольжения (19), по краям которого расположены крепежные отверстия (24), верхняя поверхность диска имеет два прямоугольных понижающих уступа (26), нижняя поверхность диска имеет понижающий конический уступ (29), выполненный под установочный крепеж (32) фланца (34). Форма второго варианта противодебаланса представляет собой видоизмененную форму первого варианта и компромисс между требованиями к соблюдению расчетных характеристик и требованиями к снижению стоимости изготовления детали, так как вариант имеет более простую конфигурацию. Достоинством данного варианта является более низкая стоимость изготовления детали, как известно из уровня техники, чем проще деталь, тем дешевле ее изготовить; а недостатком - отклонение от наилучших расчетных характеристик.

Любой из упомянутых вариантов противодебаланса может иметь две торцевые лыски (27), конструкции представлены на фиг. 5 и 6, расположенные с двух сторон диска, которые предназначены для облегчения установки противодебаланса в корпус в том случае, когда требуемый расчетный диаметр диска противодебаланса больше, чем установочные проемы корпуса данного типоразмера агрегата. Как вариант исполнения, способ крепления фланца (34) в донной части корпуса (1) может быть видоизменен таким образом, чтобы головки болтов (32) были утоплены в установочные отверстия по краям фланца (34), фиг. 4 и 6.

Как вариант исполнения, ось вращения (15) и фланец (34) могут быть выполнены как единая деталь. Достоинством такого решения является существенное улучшение прочностных характеристик «узла противодебаланса», так как на детали (15) и (34) приходиться значительная динамическая нагрузка. Недостатком данного варианта является удорожание стоимости изготовления единой детали и стоимости ее монтажа.

Через патрубок (8), маслопроводящий канал (7) оси вращения (15), маслопроводящие отверстия в дисках опорного подшипник скольжения (22) и маслопроводящий канал в опорном шаровом шпинделе муфты (20) масло подается ко всем поверхностям трения дробилки.

По сравнению с известными из уровня техники решениями, реализация заявленной конструкции дробилки позволит, как было указано выше, существенно улучшить динамическое уравновешивание агрегата при существующих габаритных размерах корпуса. Кроме того, даст возможность работать при больших оборотах двигателя, что приведет согласно [1] к увеличению дробящей силы и в свою очередь может привести к повышению степени дробления на 10-15 %.

Вертикальный размер предложенной конструкции дробилки меньше, чем соответствующий размер аналогов, прежде всего за счет перемещения «узла противодебаланса» внутрь корпуса агрегата, а также за счет усовершенствования собственно конструкции противодебаланса, которая позволяет более эффективно распределять его массу и использовать внутреннее пространство корпуса, следовательно получить большую эффективность при меньших материальных затратах. Вследствие этого можно снизить общую высоту дробильного агрегата примерно на 20 % от первоначальной высоты при тех же типоразмерах.

Зона расположенная ниже уровня корпуса дробилки освобождается от узла противодебаланса и от иных приводных деталей, в связи с чем нет необходимости в увеличении зоны разгрузочной течки, нет необходимости обеспечивать «нижний доступ» для сервисного обслуживания: для предложенной конструкции сервисное обслуживание осуществляется только сверху, что более прагматично. Суммарная экономия стоимости изготовления предложенной конструкции в зависимости от выбранного варианта, может составить от 5 до 10 %.

Все оригинальные детали дробильного агрегата, предложенные в настоящем изобретении, могут быть выполнены любыми известными из уровня техники способами, такими как литье, гидро абразивная или плазменная резка и тому подобное.