Вальцьовий верстат

Корисна модель відноситься до вальцьових верстатів, котрі використовують для подрібнення і помелу різноманітних матеріалів і може бути застосована у харчовій, переробній промисловості та у промисловості з подрібнення корисних копалин. Відомий вальцьовий верстат [а.с. 1007720, бюл.№12, 1983р.], котрий містить дві робочі секції, кожна з котрих містить тихохідний і швидкохідний вальці на опорних валах, привід вальців і механізм привала-відвала. Подрібнення у цьому верстаті виникає за рахунок роздавлення, розплющення і перетирання часток матеріалу, котрі проходять крізь щілину поміж вальцями за однократного стиску часток матеріалу. Недоліком верстата є низька інтенсивність подрібнення матеріалу, оскільки на його частки діють сили лише у вертикальній площині, котрі викликають нормальні напруження стиску і частково дотичні напруження зрізання (за рахунок різниці колових швидкостей на робочих поверхнях вальців), при цьому практично відсутні сили, котрі викликають дотичні напруження у частках матеріалу в горизонтальній площині, що в свою чергу веде до малого виходу мілкої фракції у кінцевому продукті. Відомий вальцьовий верстат [І.С. Гулий та ін. Обладнання підприємств переробної і харчової промисловості. -Вінниця: Нова книга, 2001, рис. 4.1, с.153], що містить бункер, вальці, підшипникові вузли, пружини та прокладки. Необхідний розмір щілини поміж вальцями забезпечують прокладками поміж підшипниковими вузлами. Пружини забезпечують необхідний тиск у матеріалі. Вальці обертаються назустріч один одному з дещо різними кутовими швидкостями. Подрібнення у цьому верстаті виникає за рахунок роздавлення, розплющення і перетирання часток матеріалу, котрі проходять крізь щілину поміж вальцями за однократного стиску часток матеріалу. Недоліком цього верстата є низька інтенсивність подрібнення матеріалу, оскільки на його частки діють сили лише у вертикальній площині, котрі викликають нормальні напруження стиску і частково дотичні напруження зрізання (за рахунок різниці колових швидкостей на робочих поверхнях вальців), при цьому практично відсутні сили, котрі викликають дотичні напруження у частках матеріалу в горизонтальній площині, що, в свою чергу, веде до малого виходу мілкої фракції у кінцевому продукті. Найбільш близьким до заявляемого за технічною суттю та досягаемому результату є вальцьовий верстат [рішення про видачу деклараційного патенту на корисну модель за заявкою №u200608003 від 17.07.2006 року], що містить пару робочих вальців, в яких принаймні один складається з вальцьового центра і обичайки, просторові кулачки, упорні кільця, підпружинені до станини, привід вальців, механізм регулювання розміру щілини між вальцями. Вальці обертаються назустріч один одному з дещо різними кутовими швидкостями. Подрібнення у цьому верстаті виникає за рахунок роздавлення, розплющення і перетирання часток матеріалу, котрі проходять крізь щілину поміж вальцями за однократного стиску часток матеріалу і руйнування часток матеріалу під дією сил, що виникають у горизонтальній площині за осцилюючого руху вальців. Недоліком цього верстата є низька інтенсивність подрібнення матеріалу оскільки при роботі пари вальців осцилюючий рух задають лише одому вальцю пари, що обмежує амплітуду коливань вальця, що зменшує інтенсивність процесу помелу матеріалів і виходу мілкої фракції у кінцевому продукті. В основу корисної моделі поставлена задача інтенсифікації процесу подрібнення матеріалу у вальцьових верстатах та збільшення виходу мілкої фракції у кінцевому продукті. Поставлену задачу здійснюють тим, що обидва робочих вальця пари містять дві частини-вальцьовий центр і обичайку, а просторові кулачки двох робочих вальців встановлені у протифазі, з можливістю забезпечення максимальної амплітуди коливань обичайки на одному вальцьовому центрі відносно обичайки на іншому вальцьовому центрі. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями: Фіг.1 - перетин повздовж осі вальця верстата; Фіг.2 - перетин А-А на Фіг.1. Обидва робочих вальця пари мають однакову конструкцію. Робочий валець верстата містить дві частини: вальцьовий центр 1 та обичайку 2 (Фіг.1, 2),котра змонтована на вальцьовому центрі з можливістю вільного переміщення в обидві сторони в осьовому напрямку відносно вальцьового центра 1 і передачі обертового моменту від вальцьового центра і до обичайки 2. Така можливість досягнута за рахунок того, що внутрішній діаметр обичайки 2 є більшим зовнішнього діаметра вальцьового центра 1, а на внутрішній циліндричній поверхні обичайки 2 і на зовнішній циліндричній поверхні вальцьового центра 1 розташовані відповідно по три (або більше) повздовжніх канавок (наприклад, трикутної форми), в які закладені шарики 3, поміж котрими влаштовані сепаратори 4. Шарики 3, у повздовжніх канавках обичайки 2 і вальцьового центра 1, мають можливість вільного обертання навколо своїх осей. На обох торцевих поверхнях обичайки 2 по колу закріплені шарики 5, за допомогою кілець 6, з можливістю обертання шариків 5 навколо своїх осей (кріплення кілець 6 до обичайки 2 на кресленнях не показані). Шарики 5, що закріплені з лівого торця обичайки 2, контактують з просторовим кулачком 7, котрий нерухомо закріплений до станини 8 (кріплення просторового кулачка 7 до станини 8 на кресленнях не показано). Просторові кулачки двох робочих вальців встановлені у протифазі (на кресленнях не показано), з можливістю забезпечення максимальної амплітуди коливань обичайки 2 на одному вальцьовому центрі відносно обичайки 2 на іншому вальцьовому центрі. Шарики 5, що закріплені до правого торця обичайки 2, контактують з упорним кільцем 9, котре підпружинене пружинами 10 до станини 8. Для захищення вказаних механізмів від попадання часток матеріалу, який подрібнюють, до станини 8 закріплені, наприклад гвинтами(на кресленнях не показані), ущільнення 11. Для утримання шариків 3 та сепараторів 4 у повздовжніх канавках вальцьового центра 1, слугують захисні кільця 12, що нерухомо з'єднані з вальцьовим центром 1, наприклад гвинтами (на кресленнях не показані). Працює вальцьовий верстат слідуючим чином. Робочим вальцям верстата задають обертового руху у напрямку назустріч один одному з дещо різними кутовими швидкостями (пара вальців та їх привід не показаний). При обертанні вальцьового центра 1, обичайка 2 буде обертатися у той же бік з такою ж кутовою швидкістю, як і вальцьовий центр 1, оскільки обертовий момент буде передаватися шариками 3, котрі закладені у повздовжніх канавках обичайки 2 та вальцьового центра 1 (Фіг.1, 2). Шарики 5, які закріплені кільцем 6, з правого торця обичайки 2, через упорне кільце 9 будуть сприймати сили з боку пружин 10, котрі відтискають упорне кільце 9 ліворуч від станини 8. Ці сили переміщують обичайку 2 ліворуч в осьовому напрямку і через шарики 5, які закріплені з лівого торця обичайки 2, притискають обичайку 2 до просторового кулачка 7. При подальшому обертовому рухові просторовий кулачок 7 буде задавати закон руху обичайці 2 в осьовому напрямку. Отже, обичайка 2, за обертового руху вальцьового центра 1, отримає одночасно обертовий рух, разом з вальцьовим центром 1, та осцилюючий рух повздовж осі вальцьового центра 1. Оскільки просторові кулачки 7 на обох робочих вальцях встановлені у протифазі, то це забезпечує максимальну амплітуду коливань обичайки на одному вальцьовому центрі 1 відносно обичайки на іншому вальцьовому центрі 1. За однакових зовнішніх діаметрів вальців (на кресленнях не показані) і дещо різних їх кутових швидкостях, на частки матеріалу, який подрібнюють, у вертикальній площині, окрім сил стиску, діють зсуваючі сили, котрі викличуть дотичні напруження зрізання та зминання, що призведе до перетирання часток матеріалу. Осцилюючий рух обичайок 2, з максимальною амплітудою коливань однієї відносно іншої, призводить до того, що на частки матеріалу будуть діяти сили у горизонтальній площині, котрі викличуть дотичні напруження зрізання та зминання, котрі будуть змінюватися за модулем та напрямком. Під дією цих напружень частки матеріалу будуть додатково перетиратися у горизонтальній площині, що призведе до інтенсифікації процесу подрібнення матеріалу. Окрім того, частки матеріалу будуть проходити щілину поміж вальцями не за прямолінійною траєкторією у вертикальній площині (як у верстатах без осциляцій вальців), а за траєкторією деякої кривої, наближеної до синусоїди, що теж, у свою чергу, призведе до інтенсифікації процесу подрібнення і підвищенню виходу мілкої фракції у кінцевому продукті, за рахунок збільшення амплітуди коливань обичайок 2 (одної відносно іншої), а, отже, і часу знаходження частки матеріалу під дією руйнуючих сил, оскільки будь-яка траєкторія руху частки матеріалу буде завжди мати шлях більший від прямолінійного шляху лише у вертикальній площині (як у відомих верстатах без осциляцій обичайки). Отже, інтенсифікацію процесу подрібнення часток матеріалу забезпечить одночасна дія на них зрізаючих і зминаючих сил у вертикальній і горизонтальній площинах. Ущільнення 11, які закріплені до станини 8, будуть захищати механізми вальця з осциляціями від попадання часток матеріалу, котрий подрібнюють. Захисні кільця 12, що закріплені до вальцьового центра 1 втримують шарики 3 з сепараторами 4 у повздовжніх канавках вальцьового центра 1.