Пристрій для розпушування мерзлих матеріалів у піввагонах

1. Пристрій для розпушування мерзлих матеріалів у піввагонах, який виконаний з окремих вібромодулів, розміщених по площі піввагона, що містить направляючу раму, робочий орган з розпушувальними штирями, виконаний у вигляді окремих плит, пружно зв'язаних між собою амортизаторами, електродвигуна, розміщеного на верхній плиті, та віброзбуджувача, установленого на нижній плиті, обладнаного розпушувальними штирями, і підйомний механізм для переміщення вібромодуля в направляючих рамах, який відрізняється тим, що на верхній плиті вібромодуля розміщені відбудована маса й теплогенератор для генерування газоподібного теплоносія, який жорс C2 2 (19) 1 3 вання на обмеженій ділянці змерзлого вантажу, а значить і необхідності встановлення знову пристрою по довжині піввагона. При цьому збільшується час розпушування і знижується ефективність і продуктивність установки. Найбільш близьким по технічній суті і результату, що досягається (прототип) є пристрій для розпушування мерзлих і злежалих матеріалів у піввагонах, який виконано з окремих вібромодулів, розміщених по площі піввагона, містить у собі направляючу раму з опірними балками, робочий орган з розпушуючими штирями, виконаний у вигляді окремих плит, пружно зв'язаних між собою амортизаторами, віброзбуджувач, установлений на плиті, обладнаній розпушувальними штирями і підйомний механізм, дозволяючий модулю переміщення в направляючих рамах [Пат України № №69928 А від 16.12.2003р. 3-ка №20031211671, Віддано 15.09.04р, Бюл.№9,2004р.] [2]. Проте дана конструкція не забезпечує ефективність розпушування сильно змерзлих та міцних матеріалів, що обумовлено значним розсіюванням енергії у великому об'ємі вантажу, а також недостатньо могутньою дією ваги вібромодуля і вібрації на матеріал, що не дозволяє реалізувати досить високі питомі навантаження, необхідні для руйнування монолітно змерзлих вантажів. В основу винаходу поставлено завдання удосконалення конструкції пристрою для підвищення ефективності розпушування мерзлих міцних матеріалів у піввагоні. Мета винаходу - підвищення ефективності розпушування змерзлих матеріалів у піввагону. Поставлене завдання вирішується тим, що в пристрої для розпушування мерзлих матеріалів у піввагонах, виконано з окремих вібромодулів, розміщених по площі піввагона, містить у собі направляючу раму, робочий орган з розпушувальними штирями, виконаний у вигляді окремих плит, пружно зв'язаних між собою амортизаторами, електродвигуна розміщеного на верхній плиті та віброзбуджувача, установленого на нижній плиті, обладнаній розпушувальними штирями і підйомний механізм, що дозволяє модулю переміщення в направляючих рамах, відповідно до винаходу, на верхній плиті вібромодуля розміщені, крім електродвигуна, відбудована маса і теплогенератор, який жорстко закріплений на верхній плиті вібромодуля з трубопроводом, що виходить з нього, трубопровід від теплогенератора з’єднаний з системою трубопроводів закріплених на нижній поверхні нижній плити вібромодуля, причому система трубопроводів сполучена відведеннями для подачі теплоагента до торця розпушуючих штирів за допомогою розподільного пристрою, виконаного у вигляді подвійного герметичного штуцера, а розпушуючий штир складається з підстави, жорстко сполученого з ним стрижня з прохідним каналом в ньому, ребер жорсткості і наконечника з отвором, що виходить, а торцева поверхня стрижня притиснута через кільце ущільнювача до розвальцьованому кінцю трубопроводу за допомогою різьблення і накидної гайки. При цьому на нижню підставу розпушуючого штиря робочого органу вібромодуля жорстко встановлена знімна насадка термічного 89379 4 руйнування, що включає канал подачі теплоносія, який має дозвукову порожнину і надзвукову порожнину у вигляді сопла, а також знімні опорні зуби з жароміцного і високоміцного матеріалу. Віброзбуджувач встановлено на нижній плиті вібромодуля і його центр ваги в плані зміщено відносно точки перетину центральних осей інерції плити, та зрівноважений відносно зазначеної точки додатковою відбудованою масою. Віброзбуджувач може бути одновальним, чи багатовальним. Сутність винаходу пояснюється кресленнями, де: - на Фіг.1 зображений загальний вид вібромодуля; - на Фіг.2 зображено перетин вібромодуля по А-А; - на Фіг.3 зображено перетин вібромодуля по Б-Б; - на Фіг.4 зображений вигляд В знизу на нижню плиту вібромодуля; - на Фіг.5 зображено перетин розпушуючого штиря Д-Д; - на Фіг.6 зображений вузол Г з насадкою на розпушуючого штир. Пристрій виконано з окремих вібромодулів, які складаються з верхньої плити 1 і нижньої плити 2 сполучених між собою амортизаціями 3 (Фіг.1). До верхньої плити 1 за допомогою спрямовуючих стійок 4 приєднана траверсу 5, якої за допомогою підйомних механізмів, пристрій переміщають у вертикальній площині (Фіг.1). На верхній плиті 1 жорстко закріплені ролики 6, які стикуються із спрямовуючими 7, які жорстко закріплені на фундаменті, і перекочуються по них визначаючи напрям руху пристрою (Фіг.1,2), теплогенератор 8, жорстко закріплений на поверхні верхній плити 1, з падаючим трубопроводом, що виходить з нього, 9, електродвигун 10, жорстко закріплений на поверхні плити 1 (Фіг.1). На верхній поверхні нижньої плити 2 розміщений віброзбуджувач 11 жорстко з нею сполучений. На нижній поверхні нижньої плити 2 розміщені за допомогою шпильок 13 і гайок 14, система трубопроводів 15 для подачі газоподібного теплоносія до розпушуючих штирів 12, розміщена усередині нижньої плити 2, розподільний пристрій 16 розміщене усередині нижньої плити і виконане у вигляді подвійного герметичного шарніра для здійснення подачі теплоносія в систему трубопроводів 15 в умовах переміщення нижньої плити в двох площинах по відношенню до падаючого трубопроводу 9 (Фіг.1,3,4,5). На Фіг.5 зображено перетин розпушуючого штиря 12, який складається з підстави 17, жорстко сполученого з ним стрижня 18, з прохідним каналом 19 в ньому, чотирьох ребер жорсткості 20 (Фіг.4) жорстко сполучених з підставою 17 і стрижнем 18, наприклад за допомогою зварки, наконечника 21 вихідним отвором 22, жорстко сполученого із стрижнем 18. На торцевій поверхні стрижня різьбовим з'єднанням встановлено кільце ущільнювача 23 до якого притиснутий розвальцьований кінець трубопроводу 15 за допомогою різьбового з'єднання стрижня 18 з накидною гайкою 24. 5 Для підвищення ефективності розпушення змерзлих міцних вантажів, як правило, що складаються з дрібних частинок застосовують насадку для термічного руйнування, яку встановлюють на нижню підставу розпушуючого стрижня 12 (Фіг.6). Необхідність її вживання пояснюється тим, що вказаний змерзлий матеріал володіє значною твердістю (міцністю), що не дозволяє наконечникам штирів в звичному виконанні ефективно проникнути в даний матеріал під зусиллям ваги вібромодуля і вібронагрузок на розпушувальні штирі. В її конструкції передбачені дозвуковою 24 і надзвуковий 25 ділянки вихідного каналу 19, а також зуби 23 з високоміцного і жароміцного матеріалу. Згідно винаходу інерційний віброзбуджувач встановлений на нижній плиті і його центр тяжкості зміщений щодо точки перетину центральних осей інерції плити в плані, і урівноважений відносно вказаної крапки додатковою масою (27), при цьому маси плит повинні задовольняти умові: k×М1 ³ М2; де: М1 - маса верхньої плити; М2 - маса нижньої плити; k - коефіцієнт пропорційності, при чому, при установці одновального віброзбуджувача подовжня вісь його дебалансного валу в плані суміщена з подовжньою центральною віссю інерції плити, а при двохвальному віброзбуджувачі - центр тяжкості його зміщений щодо подовжньої і поперечної центральних осей інерції плити на розрахункову величину, а вали віброзбуджувача змонтовані з можливістю прямолінійних коливань вібромодуля уздовж вертикальної центральної осі інерції за допомогою зубчатої передачі (Фіг.2). У пропонованій конструкції вібромодуля верхня плита М1 і нижня плита із розпушуючими штирями М2, сполучені між собою «м'якими» пружними зв'язками (амортизаторами) і забезпечують далеко зарезонансний режим роботи розпушуючого вібромодуля при умові що kM1³М2. Розрахункова величина зсуву віброзбуджувача «e» визначена з розрахунку деформації пружних зв'язків при коливаннях на величину не перевищуючу робочу амплітуду коливань розпушуючих штирів по вертикалі. Для урівноваження системи щодо точки перетину центральних осей інерції, на плиті M1 встановлена додаткова відбудована маса (26). При відповідному підборі співвідношення мас М1 і М2 з урахуванням жорсткості «м'яких» пружних зв'язків, величина поперечних динамічних сил, які передаються верхньою плитою М1 спрямовуючим, прагне до мінімуму. З цієї ж причини, установка електродвигуна на верхній плиті М1 істотно знижує передачу на нього динамічного навантаження. Дано рішення закладене в конструкцію забезпечує реалізацію кругових коливань щодо подовжньої центральної осі інерції, кругових коливань щодо поперечної центральної осі інерції, а також вертикальних коливань уздовж осі розпушувальних штирів, що істотно знижує рівень опору змерзлого матеріалу упровадженню розпушуючих штирів і усуває їх заклинювання, що в цілому знижує рівень енергетичних показників пристрою, а також скорочує час вивантаження змерзлих матеріалів з 89379 6 піввагонів. Додаткові маси виконані у зразку металевого прямокутника, який виконує роль відбудованої маси (26, 27). Пристрій працює таким чином. Спочатку у пристрої для розпушування мерзлих матеріалів вібромодуль знаходиться біля верхнього краю спрямовуючих 7. Після того, як вагон із змерзлим вантажем подадуть під вібромодуль, оператор за допомогою підйомного механізму опускає вібромодуль на поверхню змерзлого вантажу і ослабляє натягнення каната підйомного пристрою до його провисання на висоту шару змерзлого вантажу. Далі включають теплогенератор, який генерує газоподібний теплоносій який через центральний трубопровід 9, розподільний пристрій 16, систему трубопроводів 15 поступає до розпушуючих штирів 12, де по каналах 19 поступає в наконечник 21 і виходить в атмосферу через вихідний отвір 22 в наконечнику 21. Теплоносій нагріває наконечник 21 розпушуючих штирів, які передаючи тепло змерзлого матеріалу розплавляють в ньому кристали льоду, що приводить до руйнування моноліту змерзлого матеріалу вантажу і заглиблення в нього наконечників 21 розпушувальних штирів 12 під дією ваги вібромодуля. Далі по команді оператора включається електродвигун 10, який приводить в рух віброзбуджувач 11 за допомогою, наприклад, клиноременной передачі. Коливальний рух дії віброзбуджувача на нижню плиту 2 і далі через амортизації 3 на верхню плиту 1 і назад приводить до зміни осьового зусилля тиску штирів 12 на змерзлий вантаж по законах коливального руху - від мінімуму до максимуму, при цьому значення максимальних осьових зусиль штирів 12 значно перевищують такі - же зусилля в статичному режимі від сили тяжкості, що забезпечує руйнування змерзлого матеріалу і ефективне проникнення в нього розпушуючих штирів 12. Крім того, зсув віброзбуджувача 11 закріпленого жорстко на нижній плиті 2 щодо її осей симетрії приводить до виникнення у штирів 12 кругових рухів, що значно збільшує утворення тріщин в моноліті змерзлого вантажу і приводить до його руйнування. У міру поглиблення розпушуючих штирів 12 в змерзлий вантаж теплоносій подається теплогенератором 8 через вихідні отвори 22 розповсюджується по тріщинах змерзлого матеріалу і прогріваючи його сприяє руйнуванню кристалів льоду, та і окремих його шматків. Після заглиблення штирів 12 у змерзлий матеріал на задану глибину оператор вимикає електродвигун 10 припиняючи тим самим роботу віброзбуджувача 11, після чого розпушуючі штирі вібрормодуля за допомогою підйомного механізму витягують з розпушеного матеріалу і вимикають теплогенератор 8. Розпушений вантаж в піввагоні прибирають і подають новий піввагон із змерзлим вантажем, після чого цикл повторюється. При необхідності у разі вельми міцних змерзлих матеріалів на розпушуючі штирі встановлюється насадка термічного буріння. Насадка термічного руйнування працює таким чином. Високотемпературний теплоносій (газ), що подається з теплогенератора, швидшає в дозвуковій ділянці прохідного каналу насадки до звукової 7 швидкості і далі в соплі до надзвукової швидкості. Далі високотемпературний струмінь газу ударяючись в змерзлий матеріал з високою швидкістю приводить до швидкого нагріву поверхні шару змерзлого матеріалу створюючи в ньому напруги, вони приводять до відриву шматочків матеріалу від решти його маси і винесення із зони дії струменя відображеними потоками газу. В результаті того, що даний процес відбувається достатньо швидко і безперервно, під соплом насадки виникає поглиблення в яке і опускаються зуби під дією ваги вібромодуля. Коливальні рухи вібромодуля, що відбуваються при цьому, призводять до того, що зуби насадки, що знаходяться в поглибленнях, створюють у змерзлому матеріалі дотичні напруги в результаті дії яких відбувається руйнування і сколювання змерзлого матеріалу. Насадка термічного руйнування укручується в канал подачі теплоносія в штирях і має канал подачі теплоносія з якого є дозвукова (звужуюча частина) 24 і надзвукова (що розширяється) 25 частина (сопло). В насадці термічного буріння встановлені опорні зуби 23, виконані з жаростійкого високоміцного матеріалу з можливістю їх заміни 89379 8 після викручування насадки з трубопроводу стрижня 18 розпушуючого штиря. Насадка термічного буріння працює на газовому теплоносії з температурою 800-900°С і тиском 5-6 атм. У результаті розпушуючі штирі вібромодуля більш ефективно проникають в змерзлий матеріал в піввагоні і таким чином розпушує його. Піввагон подають на розвантаження матеріалу, а процес роботи з розпушування матеріалу в наступному піввагоні повторюється. Запропонована конструкція пристрою для розпушування мерзлих матеріалів у піввагонах дозволяє реалізовувати високі питомі навантаження, достатні для руйнування монолітного міцного матеріалу, завдяки цьому підвищується ефективність процесу розпушування, скорочується термін обробки мерзлого матеріалу, у тому числі і за рахунок вібротермічної дії вібромодуля на матеріали у напіввагоні. Використані джерела: 1. А.С., СРСР, №1303528, Заявл.11.07.85р., Опубл. Бюл. №14, 1987р. 9 89379 10 11 89379 12 13 89379 14 15 Комп’ютерна верстка В. Мацело 89379 Підписне 16 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601