Адаптивний вібраційний млин

Реферат: Винахід належить до млинів вібраційної дії. Адаптивний вібраційний млин містить двоконтейнерну робочу камеру з віброзбуджувачем та вертикальним каналом з транспортним лотком з ґратами, торці контейнерів якої з'єднані між собою лотками і утворюють замкнуту робочу порожнину, порожнина вертикального каналу за допомогою решітки транспортного лотка з'єднана з порожниною другого контейнера. Згідно з винаходом, віброзбуджувач виготовлений керованим і приводиться в дію електродвигуном, що з'єднаний з одним із виходів блока корекції частоти збурюючої циклічної сили. Млин містить детектор сзуву фаз, давач вібрації, блок корекції технологічно оптимальних параметрів, перший і другий компаратори, блок корекції амплітуди збурюючої циклічної сили, блок корекції ексцентриситету дебалансів керованого віброзбуджувача. Технічний результат: забезпечення постійного резонансного режиму роботи вібраційного млина та стабілізація в часі наперед заданих технологічно оптимальних параметрів вібраційного поля двоконтейнерної робочої камери, що забезпечує мінімальні енергозатрати на вібропривод та якісне подрібнення матеріалу. UA 101196 C2 (12) UA 101196 C2 UA 101196 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до подрібнення різних матеріалів, тобто до млинів вібраційної дії, та може бути використаний для подрібнення, дезінтеграції і тонкого помелу в хімічній, харчовій, будівельній та інших галузях народного господарства. Відомий вібраційний млин [1], що містить двоконтейнерну робочу камеру із віброзбуджувачем, яка за допомогою пружних елементів встановлена на нерухомій основі. Робоча камера має вертикальний канал із двоярусним лотком з ґратами. Робоче середовище (ударні тіла та матеріал) в цьому млині рухається вздовж контейнерів по замкненій гвинтовій лінії, що значно покращує процес перемішування робочого середовища та інтенсифікує процес помелу. Недоліком даного вібраційного млина є те, що вертикальний канал з двоярусним лотком встановлено біля торцевої стінки контейнера, однак найбільша швидкість обертання робочого середовища, а водночас і висота його підйому по вертикальному каналу відбувається в середній частині контейнера і поступово зменшується біля його торців внаслідок тертя середовища об них, що приводить до зменшення швидкості циркуляційного руху робочого середовища вздовж контейнерів і як наслідок зменшення інтенсивності помелу. Найближчим за технічною суттю є вібраційний млин [2], який містить у собі встановлену на нерухомій основі за допомогою пружних елементів двоконтейнерну робочу камеру з віброзбуджувачем та вертикальним каналом з двоярусним лотком з ґратами, торці контейнерів з'єднані між собою перехідними лотками, утворюючи замкнуту робочу порожнину, а вертикальний канал встановлено в зоні найбільшої швидкості обертання робочого середовища в одному із контейнерів, при цьому його порожнина при допомозі решітки двоярусного лотка з'єднана з порожниною другого контейнера. Недоліком даного вібраційного млина є те, що в процесі його роботи постійно змінюється маса робочої камери (внаслідок довантаження новим матеріалом руйнування (помел) та відвантаження готової продукції із млина) і як наслідок змінюється його власна резонансна частота коливань, а вібромлин постійно працює в зарезонансному режимі, тим самим не забезпечуються мінімальні енергозатрати на привод віброзбуджувача. Ще одним його недоліком є нестабільність продуктивності (інтенсивності процесу помелу) завдяки плаванню (постійній зміні) амплітуди коливань робочої камери, яка зумовлена зміною у часі власної резонансної частоти механічної коливної системи вібраційного млина та сталою амплітудою вимушуючої циклічної сили віброзбуджувача. В основу винаходу поставлено задачу у адаптивному вібраційному млині шляхом забезпечення постійного резонансного режиму роботи та стабілізації наперед заданих технологічно оптимальних параметрів вібраційного поля двоконтейнерної робочої (помольної) камери вібромлина забезпечити зменшення енергозатрат на вібропривод вібраційного млина та розширити його технологічні можливості. Поставлена задача вирішується тим, що у адаптивному вібраційному млині, який містить встановлену на нерухомій основі за допомогою пружних елементів двоконтейнерну робочу камеру з віброзбуджувачем та вертикальним каналом з транспортним лотком з ґратами, торці контейнерів якої з'єднані між собою лотками і утворюють замкнуту робочу порожнину, а вертикальний канал встановлено в одному із контейнерів, при цьому його порожнина за допомогою решітки транспортного лотка з'єднана з порожниною другого контейнера, віброзбуджувач виготовлено керованим і приводиться в дію електродвигуном, що з'єднаний з одним із виходів блока корекції частоти збурюючої циклічної сили, а вхід блока корекції частоти збурюючої циклічної сили з'єднано із виходом першого компаратора, другий вихід блока корекції частоти збурюючої циклічної сили з'єднано з одним із входів детектора зсуву фаз, вихід даного детектора зсуву фаз з'єднано з одним із входів першого компаратора, а другий вхід детектора зсуву фаз з'єднано із давачем вібрації, який розміщений на двоконтейнерній робочій камері та з входом блока корекції технологічно оптимальних параметрів і з одним з двох входів другого компаратора, два виходи блока корекції технологічно оптимальних параметрів з'єднані з вільними входами кожного з компараторів, вихід другого компаратора з'єднано із входом блока корекції амплітуди збурюючої циклічної сили, вихід якого з'єднано із входом блока корекції ексцентриситету дебалансів керованого віброзбуджувача. Запропонована конструкція адаптивного вібраційного млина дозволяє реалізувати двоконтурний принцип керування просторово-циркуляційним рухом завантаження, який виконано на базі кожного із компараторів, і забезпечує мінімальні енергозатрати на вібропривод завдяки забезпеченню постійного резонансного режиму роботи та стабілізацію наперед заданих технологічно оптимальних параметрах вібраційного поля двоконтейнерної робочої (помольної) камери вібромлина. 1 UA 101196 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Конструктивна схема адаптивного вібромлина із просторово-циркуляційним рухом завантаження представлена на фіг. 1 та фіг. 2. Адаптивний вібромлин складається із двоконтейнерної робочої камери 1, що встановлена на пружних опорах 2. Помольна камера 1 заповнена сипучим середовищем 3 (оброблюваним матеріалом - гірська порода, руди, мінеральні солі та ін. і робочими тілами - металеві кульки, стержні або обкатана керамічна галька та ін.). Траєкторія циркуляційного руху технологічного завантаження вібромлина позначена стрілками. Помольна камера 1 адаптивного вібромлина складається із транспортного лотка 5, який з'єднує між собою вертикальний канал 6 та помольний циліндричний контейнер 7 у місці (рукаві) завантаження 8 адаптивного вібромлина немеленим оброблюваним матеріалом 3. Підйом сипучого завантаження 3 по вертикальному жолобі 6 та переміщення його по транспортному лотку 5 забезпечує дебалансний вібропривод 9. Обидва помольні циліндричні контейнери 7 з'єднані між собою перехідним лотком 10, через який сипуче середовище попадає із одного помольного циліндричного контейнера в інший. Дно вертикального жолоба 6 виконане у вигляді вивантажувальної решітки 11. Дебалансний вібропривод 9, що встановлений на помольній камері 1 з'єднаний з електродвигуном 13 за допомогою еластичної муфти (на фіг. 1, 2 не показано). Електродвигун 13 електрично з'єднаний із блоком корекції частоти збурюючої циклічної вимушуючої сили 19, а даний блок з'єднано із першим компаратором 16 та із входом детектора зсуву фаз 15. Другий вхід детектора зсуву фаз 15 з'єднано із давачем вібрації 14, який розміщений на помольній камері 1. Із давачем вібрації також з'єднано блок корекції оптимальних параметрів 17 та другий компаратор 18. Блок корекції оптимальних параметрів 17 з'єднаний з двома компараторами 18 та 16. Другий компаратор 18 з'єднано із блоком корекції амплітуди збурюючої сили 20, який в свою чергу з'єднаний із блоком корекції ексцентриситету дебалансів керованого дебалансного віброприводу 9. Адаптивний вібромлин працює таким чином. При включенні привідного електродвигуна 13 починає обертатись дебалансний віброзбуджувач 9 і помольна камера 1 адаптивного вібромлина здійснює еліптичні коливання, в результаті яких виникає ефект вібротранспортування сипучого середовища 3. Рух робочого середовища відбувається по замкненій траєкторії Фіг. 2. Внаслідок руйнування оброблюваного матеріалу відбувається його подрібнення під дією циклічних навантажень та за рахунок удару і стирання оброблюваного матеріалу при взаємодії його часток між собою та із поверхнею робочих тіл. Кількість циклічних проходів певного довільного суцільного (цілісного) елемента сипучого середовища та елементів, що утворились в процесі його подрібнення, визначається величиною розміру вивантажувальної решітки 11, тобто, як тільки розмір подрібнених елементів стає меншим за отвори вивантажувальної решітки, то при вібротранспортуванні по її поверхні дані елементи покидають адаптивний вібромлин через рукав 12 у вигляді готової продукції. В процесі просторово-циркуляційним руху сипучого завантаження 3 в момент його підйому по вертикальному каналу 6, перебуваючи у вібраційному полі камери 1, ті елементи сипучого середовища 3, які менші за технологічно необхідний розмір, зумовлений параметрами решітки, виходять із камери 1 адаптивного вібромлина через рукав 12 у вигляді готової продукції. Маса готової продукції, що покидає адаптивний вібромлин через рукав 12 є складною змінною у часі  функцією M  f t , яка залежить від дуже багатьох факторів, через які відбувається руйнування оброблюваного матеріалу в замкненому робочому циклі адаптивного вібромлина. Тому час, затрачений на руйнування різних цілісних елементів гірської породи, буде різний і  45 передбачити поведінку функції M  f t в часі доволі складно. В результаті постійного вилучення готової продукції із адаптивного вібромлина через рукав 12 відбувається постійна зміна маси робочого органу вібромашини, тобто помольної камери 1 та відповідно приведеної маси коливної системи, що приводить до постійної зміни в часі власної резонансної частоти коливань адаптивного вібромлина. Для поповнення маси сипучого матеріалу у помольній камері 1 адаптивного вібромлина та виконання ним його безпосереднього технологічного призначення Mz  f t  50 через рукав завантаження 8 проводиться постійне завантаження матеріалу 55 подрібнення якого відбувається у адаптивному вібромлині. Функції та є причиною нестабільності та зміни у часі власної резонансної частоти адаптивного вібромлина, тобто є збурюючим фактором, якщо адаптивний вібромлин розглядати як об'єкт керування. Для зменшення енергозатрат на дебалансний вібропривод та підвищення продуктивності вібромлина на помольній камері 1 розміщено давач вібрації 14. Інформація із даного давача Mz  f t  вібрації 14 несе у собі інформацію про дійсне миттєве значення горизонтальної та дійсне миттєве значення вертикальної  ad   sin p t   2  M  f t   ad h  sin p t   ,  складової вимушених коливань UA 101196 C2 5 помольної камери 1 адаптивного вібромлина. Дана інформація із давача 14 надходить на один із входів детектора зсуву фаз 15 та на вхід блока 17 корекції технологічно оптимальних параметрів вібраційного поля помольної камери 1 адаптивного вібромлина та на вхід другого компаратора 18. На другий вхід детектора зсуву фаз 15 надходить інформація із блока 19 корекції частоти збурюючої циклічної вимушуючої сили дебалансного віброприводу    Fp  sin p     t  p про частоту циклічної вимушуючої сили , із якою електродвигун 13 приводить в дію дебаланси віброприводу 9 та відповідно помольну камеру 1. Враховуючи той факт [3], що в зоні резонансу вібромашини існує дуже різка зміна фазового кута  , а при резонансі існує відставання вимушених коливань помольної камери 1 від циклічної вимушуючої 10 сили віброприводу 9 на чверть періоду    2 , то, відслідковуючи у блоці 15 зсув фаз  між власними коливаннями помольної камери 1 та вимушуючої сили віброприводу 9 і обчислюючи його в реальному масштабі часу, за його величиною можна чітко та однозначно визначати, в яку сторону від резонансного режиму роботи і на скільки відійшла коливна система адаптивного вібромлина внаслідок зміни маси Mz  M  помольної камери 1. Тобто детектор зсуву фаз 15 15 генерує функцію змінну в часі відносно околу точки резонансу    2 коливної системи      вібромлина t    2  t  , де  t  1 t  2 t , де 1 t та 2 t кут між власними коливаннями t1 t2 помольної камери 1 та циклічною вимушуючою силою віброприводу 9 в час та відповідно. Дана інформація t  в процесі роботи адаптивного вібромлина безперервно передається в 20 перший компаратор 16, де порівнюється із інформацією, що надходить із блока 17 корекції технологічно оптимальних параметрів вібраційного поля адаптивного вібромлина. Технологічно оптимальним із точки зору енергозбереження є режим роботи вібромлина, при якому    2 (резонансний режим роботи p  0 , де 0 - власна резонансна частота вібромашини). Тому в першому компараторі 16 іде постійне в часі порівняння t    2 і відповідно по різниці  2  t  в блоці 19 корекції частоти збурюючої циклічної вимушуючої сили формується зміна частоти 25 збурюючої циклічної вимушуючої сили на величину    . Величина поправки    на частоту збурюючої циклічної вимушуючої сили    Fp  sin p     t напрямлена завжди на забезпечення постійної рівності в часі 1t   2 t    2 . В результаті постійної корекції частоти збурюючої    p  циклічної вимушуючої сили забезпечується постійний резонансний режим роботи вібромлина шляхом адаптації частоти вимушуючої циклічної сили до змінної в часі (завдяки 30 35 z  помольної камери 1) власної резонансної частоти 0 вібромлина. зміні маси Така конструкція та принцип керування роботою вібромлина забезпечують мінімальні енергозатрати на вібропривод, завдяки постійному резонансному режиму роботи. З метою забезпечення стабільності в часі оптимальних наперед заданих технологічних параметрів вібраційного поля [4] адаптивного вібромлина при мінімальних енергозатратах на вібропривод застосовується другий контур керування (стабілізації). При зміні власної M  M   40 0  адаптивного вібромлина відбувається і зміна енергетичних резонансної частоти параметрів вібраційного поля, а це, в свою чергу, призводить до зміни інтенсивності віброобробки (руйнування). В процесі роботи адаптивного вібромлина, тобто постійного в часі налаштування його на резонансний режим роботи, блок 17 корекції технологічно оптимальних параметрів вібраційного поля адаптивного вібромлина відслідковує завдяки давачу 14 два параметри помольної камери 1. Даними параметрами є d та a d дійсна (на даний момент часу) частота та амплітуда коливань помольної камери 1 адаптивного вібромлина. Якщо за критерій оцінки вібраційного A  2  a2 45 p d d поля адаптивного вібромлина взяти питому роботу [4] вимушуючої сили дебалансного віброприводу 9, то блок 17 з метою забезпечення постійної в часі питомої роботи вібраційного поля Ap при новій (постійно змінній) власній резонансній частоті 0   an на даній адаптивного вібромлина буде проводити розрахунок необхідної амплітуди коливань 2  a2 d d  резонансній частоті 0 так, щоб в часі не змінювався добуток . Тобто на виході блока 17 ми постійно отримуємо значення необхідного рівня амплітуди коливань помольної камери 1 при 3 UA 101196 C2 даній (дійсній) частоті її коливань. Враховуючи той факт, що коливання адаптивного вібромлина вимушені, то частота вимушуючих коливань значенням із дійсною частотою коливань d p дебалансного віброприводу 9 ідентична за помольної камери 1, та той факт, що перший контур керування постійно у часі адаптує частоту вимушуючих коливань 5 віброприводу 9 до частоти власних резонансних коливань Виходячи із цього, розрахунок необхідної амплітуди коливань   2 an  2  a2 0 z z 0 0 p дебалансного вібромлина, то an p  d  0 . на даній резонансній частоті 2 z a2 буде проводитися із співвідношення , дe та z наперед задані із технологічної точки зору оптимальні параметри вібраційного поля адаптивного вібромлина. У другому компараторі 18 необхідне значення амплітуди коливань an помольної камери 1 10 порівнюється із дійсним значенням амплітуди коливань a d помольної камери 1 та на основі результату порівняння у блоці 20 корекції амплітуди збурюючої циклічної сили формується   величина та напрям зміни кута дебалансів віброприводу 9 [4]. В нашому випадку маси дебалансів одинакові, тому нормальні або відцентрові сили, які виникають при їхньому обертанні відносно осі дебалансного вала будуть одинакові за модулем та визначатимуться 15 згідно з виразом   F  F2  m  e  p 1 , де m та e маса і ексцентриситет дабаланса віброприводу 9. Загальна циклічна вимушуюча сила дебалансного віброприводу 9 рівна значення вимушуючої сили  2 Fp  2  F2  F2  2  F  F2  cos    1 1 21 проводить зміну кута між дебалансами віброприводу значення амплітуди коливань 20 роботи Ap an    Fp  F1  F2 , амплітудне  . Таким чином, на основі     блок з метою отримання необхідного помольної камери 1 для стабілізації в часі величини питомої вібраційного поля помольної камери 1, тобто забезпечення рівності даного 2  a2  2  a2  const 25 30 z z співвідношення 0 n . В процесі роботи запропонованого адаптивного вібромлина із просторово-циркуляційним рухом завантаження сипучого середовища незалежно працюють два контури керування (підстроювання). Контур налагодження на резонансний режим роботи, до складу якого умовно в послідовному порядку можна зарахувати такі елементи 1, 14, 15, 16, 17, 19, 13, 9. Контур налагодження на технологічно оптимальні параметри вібраційного поля помольної камери адаптивного вібромлина, до структури якого в умовно послідовному порядку можна зарахувати такі елементи 1, 14, 17, 18, 20, 21, 9. Перший контур керування є основним і має вищий пріоритет на проведення корекції резонансного режиму роботи вібромлина, другий контур є вторинним і він проводить корекцію амплітуди вимушуючої сили уже на резонансній частоті роботи адаптивного вібромлина.      2  F2  F2  2  F  F  cos     sin     t 1 2 1 2  p  У виразі , який описує циклічну вимушуючу силу дебалансного віброприводу 9 адаптивного вібромлина, перший контур керування змінює частоту циклічної вимушуючої сили віброприводу 9, тобто 35 40 45 p   , а другий контур керування   змінює амплітуду циклічної вимушуючої сили віброприводу 9, тобто . Джерела інформації: 1. А.С. № 1034776 (СССР). Вибрационная мельница. Денисов П.Д., Величко Л.Д., Берник П.С. Опубл. в Б.И. 1983, № 30, МКИ ВО2С 19/16. 2. Пат. 43792 А Україна, В 02С19/16. Вібраційний млин. / П.С. Берник, П.Д. Денісов, О.В. Солона. (Україна) - №98126996; Заявл. 29.12.98; Опуб. 17.12.2001. Бюл. № 11 - 3 с. 3. Повідайло В. О. Вібраційні процеси та обладнання. - Львів: Видавництво НУ "Львівська політехніка", 2004. - 248 с. 4. Сердюк Л.И., Давыденко Ю.А., Осина Л.М. Различные подходы к оценке динамических, энергетических и технологических возможностей вибрационных машин // Вибрации в технике и технологиях. Всеукраїнський науково-технічний журнал. 2004. - № 3 (35) - С. 113-117. 4 UA 101196 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 Адаптивний вібраційний млин, що містить встановлену на нерухомій основі за допомогою пружних елементів двоконтейнерну робочу камеру з віброзбуджувачем та вертикальним каналом з транспортним лотком з ґратами, торці контейнерів якої з'єднані між собою лотками і утворюють замкнуту робочу порожнину, а вертикальний канал встановлено в одному із контейнерів, при цьому його порожнина за допомогою решітки транспортного лотка з'єднана з порожниною другого контейнера, який відрізняється тим, що віброзбуджувач виготовлений керованим і приводиться в дію електродвигуном, що з'єднаний з одним із виходів блока корекції частоти збурюючої циклічної сили, а вхід блока корекції частоти збурюючої циклічної сили з'єднано із виходом першого компаратора, другий вихід блока корекції частоти збурюючої циклічної сили з'єднано з одним із входів детектора зсуву фаз, вихід даного детектора зсуву фаз з'єднано з одним із входів першого компаратора, а другий вхід детектора зсуву фаз з'єднано із давачем вібрації, який розміщений на двоконтейнерній робочій камері, та зі входом блока корекції технологічно оптимальних параметрів і з одним з двох входів другого компаратора, два виходи блока корекції технологічно оптимальних параметрів з'єднані з вільними входами кожного з компараторів, вихід другого компаратора з'єднано із входом блока корекції амплітуди збурюючої циклічної сили, вихід якого з'єднано зі входом блока корекції ексцентриситету дебалансів керованого віброзбуджувача. 5 UA 101196 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6