Пристрій для роздрібнення

Пристрій для роздрібнення, що містить завантажувальний бункер, корпус з обмежником руху матеріалу та перфороване днище, над яким з похилом встановлені нерухомі ножі, між котрими на горизонтальному валу за гвинтовою лінією змонтовані зубчасті рухомі ножі, причому над піднятими кінцями нерухомих ножів виконана порожнина, який відрізняється тим, що з уби кожного рухомо 3 79858 шена й доведена до потрібної за рахунок зміни кривизни й розмірів ножа, а також за рахунок взаємодії рухомих ножів з узгодженими з їх формою конструктивними елементами, що забезпечить підвищення ефективності роздрібнення. Поставлена задача розв'язується тим, що у відомому пристрою, який містить завантажувальний бункер, корпус з обмежником руху матеріалу та перфороване днище, над яким з похилом встановлені ножі, між котрими на горизонтальному валу за гвинтовою лінією змонтовані зубчасті рухомі ножі, причому над піднятими кінцями нерухомих ножів розташована пазуха, зуби рухомого ножа розташовані на опуклій кривій, яка задана рівнянням R = r1+ kj × 1+ j2 , де R - радіус кривизни, 0 £ k £ 0,05, r - радіус кола основи рухомого ножа, дотичного до різальної поверхні нерухомих ножів, φ - кут в радіанній мірі, що визначає положення радіусу кривизни, причому передня стінка бункера утворена двома циліндричними поверхнями, з'єднання яких виконане всередині бункера у вигляді гострого ребра, паралельного осі вала, а циліндрична поверхня задньої стінки бункера спряжена з площиною розташування обмежника руху матеріалу, яка утворює гострий кут з вертикаллю, що перетинає вісь вала. Зуби рухомого ножа розташовані на опуклій кривій, завдяки чому захоплювальна здатність ножа максимально знижена порівняно з прототипом. При обертанні такого ножа його зуби почережно захоплюють знизу тільки окремі фрагменти матеріалу, з якими вони безпосередньо контактують. Основна ж маса матеріалу продовжує залишатися в бункері, не втягуючись до корпуса, не створюючи заклинення та перевантажень приводу. Зуби ножа опуклої форми контактують почережно також з нерухомими ножами, завдяки чому матеріал подрібнюється поступово, і знижуються як зусилля його руйнування в цілому, так і стрибки цих зусиль на валу. Тому розташування зубів на опуклій кривій радикально усуває недоліки прототипу й підвищує е фективність роздрібнення. Крива задана рівнянням R = r1+ kj × 1+ j2 , (де R - радіус кривизни, 0 £ k £ 0,05, r - радіус кола основи рухомого ножа, дотичної до різальної поверхні нерухомих ножів, φ - кут в радіанній мірі, що визначає положення радіусу кривизни) тому, що при k =0 воно переходить у рівняння евольвенти кола в полярних координатах: R0 = r 1+ j2 , Як відомо, евольвента кола (еволюти) володіє тією властивістю, що дотична до неї у будь-якій точці складає кут 90° з дотичної до еволюти. Тому, якщо еволюта слугує колом основи ножа, і ця ж сама еволюта є дотичною до площини нерухомих ножів, то різальна кромка рухомого ножа, яка є евольвентою, при обертанні ножа постійно перетинає площину нерухомих ножів під кутом a =90°, тобто не вносить вкладу в захоплення матеріалу. 4 Отже, захоплювальна спроможність такого ножа визначається лише наявністю зубів, розташованих на евольвенті, тобто може бути зроблена мінімальною. При такій формі ножа потрібно не зменшувати його захоплювальну здатність від завідомо великої, як це зроблено у прототипа, а навпаки, збільшувати її від завідомо малої, досягаючи такого результату, при якому ефективність роздрібнення буде максимальною. З цією метою радіус еволюти в рівнянні кривої має показник ступеня 1+κφ. Надаючи значення κ>0, можна зменшува ти кривизну рухомого ножа, зменшуючи тим самим кут а взаємодії різальної поверхні ножа з площиною нерухомих ножів. Разом з цим підвищується захоплювальна здатність ножа, оскільки він стає менш викривленим. Окрім того, за рахунок зменшення кривизни ножа при збереженні його кутового розміру (який визначається поворотом ножів на валу за гвинтовою лінією на кут g=120° відносно один одного) збільшується радіус ножа та кількість зубів на ньому (при незмінному радіусі г та незмінних розмірах зуба), що також підвищує захоплювальну здатність ножа. Таким чином, вказане рівняння забезпечує неперервний перехід від евольвенти до логарифмічної кривої, причому за рахунок збільшення лише одного параметра - коефіцієнту κ, з відповідним підвищенням захоплювальної здатності ножа та ефективності роздрібнення. Наприклад, при k =0,05 кут а між дотичною до кривої та площиною розташування нерухомих ножів зменшується в середньому до 77°, а радіус ножа збільшується в 1,4 рази порівняно з ножем, який заданий евольвентою ( k =0), чим збільшується захоплювальна здатність. Чим менша міцність матеріалу, що піддається роздрібненню, тим більшим повинен бути коефіцієнт к. Але значення κ=0,05 є верхньою межею, оскільки при k >0,05 зусилля руйнування невиправдано збільшуються, і ефективність роздрібнення знижується. Водночас при цьому радіус ножа R виявляється надмірно великим порівняно з радіусом кола основи ножа г, і міцність основи ножа не забезпечується. Отже при k >0,05 настає неприпустиме протиріччя між заданим рівнянням кривої та поставленою задачею підвищення ефективності роздрібнення. В той же час діапазон зміни 0 £ k £ 0,05 цілком достатній для забезпечення ефективного роздрібнення пухких матеріалів. Оскільки коло основи рухомого ножа є дотичним до різальної поверхні нерухомих ножів (це є умовою завдання рівняння напрямної кривої ножа), то вся ця поверхня виявляється розташованою над віссю вала, а не під нею, як це було у прототипа. В результаті усувається недолік, пов'язаний з надмірно глибоким провалом стружки всередину корпусу без роздрібнення. Зростання зусиль руйнування з цієї причини усувається, чим підвищується ефективність роздрібнення. Передня стінка бункера утворена двома циліндричними поверхнями, з'єднання яких виконано всередині бункера у вигляді гострого ребра, паралельного осі вала, з тією метою, щоб обмежити кількість матеріалу, що затягується рухомими ножами на площину нерухомих ножів, а також забезпечити частковий або повний відрив цього матері 5 79858 алу від його основної маси в бункері. Наявність вказаного гострого ребра пов'язана з тим, що рухомий ніж опуклої форми при своєму обертанні зміщує матеріал на нерухомих ножах радіальне від вала та притискає його до стінки бункера. Матеріал ущільнюється, й може відбутися його заклинення між рухомими ножами й передньою стінкою бункера. Тому при опуклій формі ножа необхідно забезпечити захоплення зубами такої кількості матеріалу, яка практично повністю роздрібнювалася б при проходженні рухомого ножа між нерухомими, і лише невеликий залишок матеріалу потрапляв би до пазухи, усуваючи заклинення. Саме це й досягається вказаною формою передньої стінки бункера, завдяки якій основна маса матеріалу утримується від падіння на нерухомі ножі відразу, без розриву, а гостре ребро сприяє відриву захопленої зубами частини матеріалу від його основної маси. Тим самим досягається певне дозування матеріалу, що потрапляє до роздрібнення. Навіть якщо відрив не відбувається, то при взаємодії рухомого ножа з ребром матеріал стягується з кінцевих зубів ножа і переводиться до затилкової частини рухомого ножа, де захоплюється найближчими від центра обертання зубами наступних рухомих ножів, та руйн ується з меншим плечем прикладання зусиль. Таким чином, передня стінка бункера, утворена двома циліндричними поверхнями, з'єднання яких утворює всередині бункера гостре ребро, у відповідності з опуклими ножами зубчастої форми, виключає надмірне затягування матеріалу до дробарки, забезпечує його частковий розрив та стягування його з кінців рухомих ножів, завдяки чому усуваються перевантаження приводу й підвищується ефективність роздрібнення. Нижня частина передньої стінки бункера на дільниці від гострого ребра до пазухи утворює з колом обертання ротора такий зазор, що звужується. Взаємодія опуклого зубчастого ножа з цією ділянкою стінки підвищує захоплювальну здатність пристрою, оскільки матеріал, захоплений зубами, вільно потрапляє до широкого зазору під ребром, а потім ущільнюється по мірі обертання ножа. Разом з тим, завдяки гострому ребру, в зазор втягується не вся маса матеріалу, а лише та його частина, яка відривається зубами при їх взаємодії з ребром. Ефективному відриву сприяє й форма бункера в цілому, оскільки вона утворена саме циліндричними поверхнями, а не плоскими. При завантаженні в такий бункер клубка стружки, площа поверхні стикання клубка з стінками бункера є максимальною. Відповідно, збільшується і кількість матеріалу, що зазнає тертя об стінки при можливому обертанні клубка в бункері за рахунок обертання ротора. В результаті весь клубок краще утримується від небажаного обертання саме циліндричними, а не плоскими поверхнями. Перешкоджає обертанню клубка й госте ребро, в яке упирається та частина матеріалу, яка захоплюється зубами. Тому відбувається саме розрив матеріалу на гострому ребрі, а не даремне обертання клубка в бункері. Оскільки опукла форма зубчастого рухомого ножа якраз сприяє такому обертанню, для усунення цього недоліку виконання стінок бункера 6 циліндричними в сполученні з гострим ребром на передній стінці бункера, абсолютно необхідне. Тим самим, висока ефективність роздрібнення матеріалу ножем опуклої форми забезпечується лише при сумісному використанні такого ножа з бункером зазначеної форми та гострим ребром всередині його. З .урахуванням деформованості клубка, напрямними лініями стінок бункера можуть бути як логарифмічні криві, так і кола відповідного радіусу. Циліндрична поверхня задньої стінки бункера спряжена з площиною розташування обмежника руху матеріалу тому, що таке спряження забезпечує безперешкодне зісковзування матеріалу по задній стінці, а потім - по краям пластин обмежника - до самого валу дробарки. Площина розташування обмежника утворює гострий кут з вертикаллю, що перетинає вісь вала, тому, що тільки за такої умови обмежник не допустить потрапляння матеріалу на неробочу поверхню нерухомих ножів, звідки матеріал не може захоплюватись опуклими рухомими ножами. Тому саме відповідність між такою формою ножа та розташуванням обмежника забезпечує повне та ефективне роздрібнення. Обмежник виконаний у вигляді однакових пластин, близьких за формою до секторів кола, які встановлюються вертикально й паралельно одна до одної на неробочих поверхнях нерухомих ножів і закріплюються іззовні на корпусі дробарки болтовими з'єднаннями. На Фіг.1 показаний пристрій для роздрібнення, вид збоку в розрізі, з побудовою рухомого ножа за заданим рівнянням напрямної кривої при κ=0,03. На Фіг.2 - група з трьох р ухомих ножів, побудованих за евольвентою кола основи рухомого ножа (при мінімальному значені k =0), встановлених на валу за гвинтовою лінією з поворотом один відносно одного на кут g=120°. На Фіг.3 - така ж група рухомих ножів, побудованих за заданою напрямною кривою при максимальному значенні k =0,05. Пристрій для роздрібнення (Фіг.1) містить завантажувальний бункер 1, корпус з обмежником руху матеріалу 2 та перфороване днище 3, над яким з похилом встановлені нерухомі ножі 4, між котрими на горизонтальному валу 5 за гвинтовою лінією змонтовані зубчасті рухомі ножі 6, причому над піднятими кінцями нерухомих ножів розташована пазуха 7. Зуби рухомого ножа розташовані на опуклій кривій (Фіг.2, Фіг.3), яка задана рівнянням R = r1+ kj × 1+ j2 , де R - радіус кривизни, 0 £ k £ 0,05, r - радіус кола основи рухомого ножа, дотичного до різальної поверхні нерухомих ножів, φ - кут в радіанній мірі, що визначає положення радіусу кривизни, причому передня стінка 8 бункера утворена двома циліндричними поверхнями, з'єднання яких виконане всередині бункера у вигляді гострого ребра 9, паралельного осі вала, а циліндрична поверхня задньої стінки 10 бункера спряжена з площиною розташування обмежника руху матеріалу, яка утворює гострий кут з вертикаллю, що перетинає вісь вала. Пристрій для роздрібнення працює наступним чином. Завантажений до бункера 1 матеріал захо 7 79858 плюється рухомими зубчастими ножами 6 та руйнується за рахунок деформації зрізу при проходженні цих ножів крізь пази між нерухомими ножами 4. Продукт роздрібнення виводиться з дробарки крізь перфороване днище 3, а матеріал, що не досяг потрібного розміру, підхоплюється з днища зубами ножів і вдруге подрібнюється при проходженні цих ножів між нерухомими ножами на висхідній ділянці кола обертання ротора. За рахунок того, що з уби рухомого ножа розташовані на опуклій кривій, ніж при своєму обертанні захоплює матеріал знизу з бункера не всіма зубами відразу, а почережно кожним зубом. Також по черзі зуби опуклого рухомого ножа контактують і з нерухомими ножами. Тим самим, при опуклій формі зубчастого ножа досягається не лише почережне контактування кожного такого ножа з нерухомими ножами за рахунок розташування рухомих ножів на валу за гвинтовою лінією, а й почережне контактування кожного зуба ножа з нерухомими ножами. Така взаємодія рухомих ножів з нерухомими реалізується лише при опуклій формі зубчастого рухомого ножа. Оскільки матеріал захоплюється й подрібнюється почережно кожним зубом, зусилля руйнування матеріалу знижуються, перевантаження приводу усуваються, процес роздрібнення протікає рівномірно, без великих стрибків зусиль на валу, і ефективність роздрібнення підвищується . За рахунок того, що напрямна крива рухомого ножа (Фіг.2, 3) задана рівнянням R = r1+ kj × 1+ j2 , (де R - радіус кривизни, 0 £ k £ 0,05, r - радіус кола основи рухомого ножа, дотичного до різальної поверхні нерухомих ножів, φ кут в радіанній мірі, що визначає положення радіусу кривизни), ефективність роздрібнення різних матеріалів підвищується шляхом зміни захоплювальної здатності рухомого ножа відповідним вибором коефіцієнта κ. При цьому захоплювальна здатність змінюється і доводиться до потрібної не лише за рахунок закривлення або випрямлення ножа, а й водночас за рахунок зміни радіусу ножа та кількості зубів на ньому. При мінімальному κ=0 напрямна крива ножа є евольвентою кола основи ножа. При обертанні такого ножа його напрямна лінія постійно перетинає площину розташування нерухомих ножів під кутом α=90° (Фіг. 2), тобто кривизна ножа зовсім не вносить вкладу в захоплення й руйнування матеріалу. Для цього еволюта, тобто коло основи ножа, є дотичною до площини розташування нерухомих ножів. Захоплювальна здатність такого ножа мінімальна, й вона забезпечується лише зубами, які взаємодіють з передньою стінкою бункера та нерухомими ножами, подрібнюючи матеріал. Такий ніж доцільно використовувати для ефективного роздрібнення матеріалів з високими міцностними властивостями (стружка високолегованих сталей та сплавів кольорових металів). При збільшенні к кут α зменшується, тобто напрямна крива рухомого ножа перетинає площину нерухомих ножів вже під гострим кутом (Фіг.3), за рахунок чого збільшується захоплювальна здатність ножа. Водночас збільшується радіус ножа та кількість зубів на ньому (якщо радіус основи r, розміри зуба 8 та кут g=120° розташування ножів на валу залишаються незмінними), що також збільшує захоплювальну здатність. В результаті рухомий ніж захоплює та руйнує більшу кількість матеріалу, ніж при k =0. Збільшувати к доцільно для підвищення ефективності руйнування матеріалів з менш високими міцностними властивостями (тонка металева стружка, плівчасті та листові відходи пластмас, тонкі деревні відходи тощо). При максимальному k =0,05 (Фіг.3) захоплювальна здатність ножа збільшена настільки, що вже при k >0,05 вона стає надмірною. При обертанні такого ножа, за рахунок меншої його кривизни й більшого радіусу, зусилля захоплення й руйнування зазначених матеріалів стають такими, що можуть викликати перевантаження приводу. При цьому радіус ножа неприйнятне великий порівняно з радіусом r основи ножа, що неприпустимо для збереження міцності ножа. Таким чином, в заданому рівнянні кривої зміна коефіцієнту к лише в зазначених межах - від 0 до 0,05 - забезпечує ефективне роздрібнення різних матеріалів. Оскільки різальна поверхня нерухомих ножів розташована над віссю вала, матеріал роздрібнюється при менших кутови х переміщеннях рухомих ножів і не затягується глибоко в корпус без роздрібнення. В результаті матеріал руйнується з меншими зусиллями, і усувається небезпека заклинення ротора при стисканні нероздрібненого матеріалу між опуклими ножами й стінкою бункера, розташованою під гострим кутом ребром 9, чим підвищується ефективність роздрібнення. Тому сполучення зубчастого ножа опуклої форми з розташуванням площини нерухомих ножів над віссю вала необхідне для розв'язання задачі винаходу. Клубок стружки в бункері за рахунок власної деформації приймає форму, що задається циліндричними стінками 8 та 10 бункера, й прилягає до них всією своєю поверхнею. Тому при обертанні ротора клубок, зазначаючи максимально можливого тертя, не обертається в бункері, внаслідок чого рухомі ножі ефективно вихоплюють стружку з нижньої частини клубка. Цьому сприяє й гостре ребро 9, яке не дає клубкові обертатися в бункері під дією ротора. В результаті нижня частина клубка рівномірно й ефективно руйнується, а сам клубок під дією гравітації поступово опускається в бункері донизу й повністю подрібнюється. Захоплений зубами матеріал при взаємодії рухомого ножа з гострим ребром відривається від основної своєї маси, утримуваної в бункері, або стягується з кінця рухомого ножа, завалюючись на його затилкову ділянку. Тут матеріал захоплюється найближчими від вала зубами наступних рухомих ножів, в результаті чого зусилля р уйнування на кінцях рухомих ножів знижуються, а на найближчих від вала зубах - збільшуються, що знижує стрибки зусиль на валу, усуває перевантаження приводу й підвищує е фективність роздрібнення. Матеріал, частково утримуваний передньою стінкою бункера, в той же час може вільно зісковзувати по його задній стінці 10, і далі по поверхні обмежника 2 за рахунок того, що ця стінка спряжена з площиною розташування обмежника. В результаті матеріал безперешкодно проникає до найближчих від вала зубів рухомих ножів і руйнується з меншими зу 9 79858 силлями. В цілому форма передньої тазадньої стінок бункера, в сполученні зі спряженням задньої стінки бункера з площиною розташування обмежника, сприяє більшому навантаженню на найближчі до вала зуби опуклих ножів і меншому навантаженню - на кінцеві зуби цих ножів. Цьому сприяє й пазуха 7, в яку може проникати матеріал з кінця рухомого ножа, чим усувається заклинення. Тим самим, узгодження форми бункера з формою опуклого зубчастого рухомого ножа знижує зусилля руйнування як в цілому, так і стрибки цих зусиль при переході від одного рухомого ножа до іншого Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 10 при обертанні ротора, що підвищує ефективність роздрібнення. Таким чином, розташування зубів рухомого ножа на опуклій кривій. заданій зазначеним рівнянням, в якому лише один параметр змінює захоплювальну здатність від мінімальної до потрібної згідно з умовами роздрібнення, в сполученні з пропонованою формою бункера, гострим ребром всередині його та обмежником руху матеріалу, забезпечує підвищення ефективності роздрібнення. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601