Дробильний агрегат з гравітаційно-пневматичним електроприводом

Реферат: Винахід належить до пристроїв для дроблення і подрібнення некондиційних матеріалів (відходів) ножами, що обертаються, з використанням силових установок об'ємного витіснення і може використовуватися в технологічних схемах з утворенням великої кількості відходів з високою насипною щільністю, з метою підвищення економічності і екологічності попередньої механічної обробки матеріалів, що переробляються. Дробильний агрегат з гравітаційнопневматичним електроприводом, оснащений пневматичною силовою установкою замкнутого типу, п'єзоножем, дном-поршнем, пневмомеханічною муфтою акумуляції, циліндричним корпусом, напівавтоматичним завантажувальним клапаном, двигуном, електрогенератором. Технічним результатом винаходу є підвищення рівня енергозбереження процесів дроблення некондиційних матеріалів. UA 111828 C2 (12) UA 111828 C2 UA 111828 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до пристроїв для дроблення і подрібнення некондиційних матеріалів (відходів) ножами, що обертаються, з використанням силових установок об'ємного витіснення. Агрегат може використовуватися в технологічних схемах з утворенням великої кількості відходів з високою насипною щільністю, з метою підвищення економічності і екологічності попередньої механічної обробки матеріалів, що переробляються. Відомий метод і апарат для подрібнення зношений шин (патент США № 6481650, опубл. 19.11.2002), що стосується способів і пристроїв для дроблення і подрібнення шин для ефективної переробки і повторною використання гумових матеріалів шляхом розділення вбудованих в шинах компонентів із заліза і сталі. Відомий ротор для дроблення (патент США № 6481655, опубл. 19.11.2002), що належить до роторів, які використовується в дробильних машинах. Відомий млин для дроблення матеріалів (патент України № 62683, опубл. 12.09.2011), що належить до області дроблення різних матеріалів і може бути використаний в гірничорудній, будівельній, енергетичній і інших галузях промисловості. Відомий спосіб ударного дроблення (патент UA № 87351. опубл. 10.07.2009), що відноситься до способів подрібнення, зокрема до способів ударного дроблення сипких матеріалів і може бути використаний в гірський, гірничорудною, будівельною і інших областях промисловості, де необхідно подрібнення сипких матеріалів. Відома система дроблення і отримання дрібнодисперсних матеріалів (патент UA № 42135, опубл. 25.06.2009), що належить до установок для дроблення і розділення як по фракційному складу так і по щільності твердих і надтвердих матеріалів і може бути використана для подрібнення, зокрема, руд поліметалів, шлаків, вугільних шламів, вапняку, крейди, а також будь-яких твердих, надтвердих і в'язких матеріалів. Відомий спосіб дроблення матеріалу в конусній інерційній дробарці (патент RU №2174444, опубл. 10.10.2001), призначений для дроблення матеріалу, зокрема метало- або алмазовмісних руд. Відомий електрогідравлічний пристрій для дроблення, подрібнення і регенерації матеріалів (Патент РФ №1327348. опубл. 20.02.1995), що стосується електрогідравлічного дроблення і регенерації матеріалів і дозволяє підвищити надійність конструкції пристрою і якість класифікації оброблюваних матеріалів. Загальним недоліками відомих технічних рішень є великі енерговитрати на виробничий процес, необхідність використання зовнішніх силових установок, підводу зовнішньої енергії, що значно знижує економічність і екологічність виробничих схем. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, по технічній суті, призначенню і технічному результату, є Установка дроблення шин (патент РФ № 2299807, опубл. 27.05.2007), призначена, переважно, для дроблення заморожених різнотипних шин і предметів з достатньо крихких полісинтетичних і натуральних матеріалів, що включає дробильний пристрій з опорними конструкціями. Відповідно до цього відомого пристрою, подрібнення відбувається з використанням однієї або декількох пар ідентичних по конструкції і співвісних пневмоциліндрів, нерухомо закріплених на опорних металоконструкціях приймальною бункера вулканізату і зустрічно обернених передніми кришками, між якими і штовхаючими поршнями розміщені, наприклад, поворотні пружини стиснення, співвісні і концентричні штокам пневмоциліндрів, які можуть мати також співвісні і концентрично розташовані зовнішні кожухи, що водоохолоджують і мають вихлопні отвори. Як недоліки даного прототипу зазначимо наступне: відсутність системних елементів автономного електроживлення, що робить установку повністю залежною від зовнішнього середовища функціонування; необхідність попередньої підготовки початкової сировини (наприклад, кріогенна обробка гумотехнічних виробів) для підвищення крихкості матеріалів, що призводить до енерговитрат при підготовчих процесах; значне енергоспоживання виробничим процесом дроблення; необхідність використання води для охолоджування елементів конструкції, що може бути неприйнятне в умовах виснаження природних ресурсів; високий ризик поломок деяких елементів пристрою (наприклад, штоків і поршнів) в результаті утворення різких кінетичних перевантажень, що знижує надійність апарата при його експлуатації; підвищений ризик травматизму обслуговуючого персоналу, обумовлений використанням вибухових хвиль; необхідність залучення додаткових одиниць устаткування (компресора і так далі). Сукупність вказаних недоліків даного технічного рішення обумовлює його низьку екологічну та економічну ефективність. В основу винаходу, який заявляється, поставлена задача мінімізації енергоспоживання дробильного агрегату при подрібненні відходів, скорочення необхідного додаткового устаткування і підвищення економічності і екологічності процесу дроблення. 1 UA 111828 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Поставлена задача досягається тим, що ДРОБИЛЬНИЙ АГРЕГАТ З ГРАВІТАЦІЙНОПНЕВМАТИЧНИМ ЕЛЕКТРОПРИВОДОМ "АТЛАНТ" складається з дробильного пристрою з опорною конструкцією. Відповідно до винаходу, до складу дробильного пристрою входить циліндровий корпус, в якому з можливістю зворотно-поступального руху розміщений днопоршень, жорстко з'єднаний з системної пружиною, жорстко з'єднана з циліндричним корпусом завантажувальна труба, яка оснащена напівавтоматичним завантажувальним клапаном, та труба вивантаження, шарнірно з'єднаний з корпусом виконавчий орган (ніж) та його двигун, з'єднаний з пневмоприводним електрогенератором за допомогою електрокабеля. обладнаного тумблером управління, жорстко з'єднаний з циліндричним корпусом за допомогою пневмомагістралі, пневмомеханічний бак акумуляції. Згідно з одним з варіантів пристрою, виконавчий орган містить п'єзоелементи, електроди відбору електричного імпульсу і електрогенератора. Згідно з ще одним з варіантів пристрою, пневмомеханічний бак акумуляції виконаний у вигляді співвісної муфти, що включає циліндровий корпус, кільцеподібний поршень і циліндрову пружину. У винаході вирішується задача мінімізації енергоспоживання дробильного агрегату при подрібненні відходів, скорочення необхідного додаткового устаткування і підвищення економічності і екологічності процесу дроблення завдяки тому, що під впливом ваги відходів, дно-поршень витісняє стиснене повітря з корпусу пристрою у приводний відсік і стискає системну пружину, акумулюючи їх кінетичну енергію, що приводить в дію електрогенератор (генеруючі електричний імпульс), після чого газоподібне середовище надходить і накопичується у пневмомеханічному баку з можливістю повернення в основний корпус через приводний відсік, повторно запускаючи генератор, що обумовлено ефектом зворотного всмоктування повітря при підйомі дна-поршня в процесі дроблення і автоматичного видалення матеріалу, що переробляється із зони дроблення вбудованим компресором. Винахід пояснюється наступними кресленнями: Фіг. 1 - Принципова схема дробильного агрегату з гравітаційно-пневматичним електроприводом "Атлант"; Фіг. 2 - Схема виконавчого органу (ножа) з функцією фонової енергогенерації; Фіг. 3 - Схема розташування та пристрою пневмомеханічної муфти акумуляції (у подовжньому розрізі); Фіг. 4 - Схема пристрою пневмомеханічної муфти акумуляції (у поперечному розрізі). Пропонований пристрій містить дно-поршень 3, що знаходиться в циліндровому корпусі 1, сполучений з пружиною 4. Корпус 1 жорстко сполучений із завантажувальною трубою 2 і трубою вивантаження 5, забезпеченою клапаном і електроприводним компресором 17. Корпус також має бічну "кишеню", що містить електродвигун 6 і виконавчий орган 7. Циліндр 1 в нижній своїй частині забезпечений приводним відсіком, до складу якого входить електрогенератор 9, обладнаний лопатями 8. Генератор 9 сполучений з електродвигуном 6 і компресором 17 через електрокабель 15, який оснащений тумблером 16. Корпус пристрою сполучається з приводним відсіком за допомогою отвору 10. 1 пневмомеханічний бак акумуляції 11 включає поршень 13, закріплений на пружині 12. Бак 11 сполучається з приводним відсіком за допомогою клапанної труби 14. Виконавчий орган 7 може містити п'єзоелементи 18, леза 19, електроди для відбору електричного імпульсу 20 та електрогенератор 21. Також пристрій може мати пневмомеханічну муфту акумуляції 22, розташовану співвісно з корпусом 1, і циліндрову пружину 23, а також кільцевий поршень 24. Робота пропонованого пристрою виглядає таким чином. Надходячи через оснащену одностороннім клапаном завантажувальну трубу 2, сировина заповнює внутрішній простір корпусу 1, впливаючи на дно-поршень 3, знижуючи його рівень по вертикальній осі та стискаючи пружини 4. Як наслідок, відбувається плавне витіснення стиснутого повітря, що знаходиться під дном-поршнем 4, в приводний відсік через отвір 10 (яке можливо, оснащене модифікацією сопла Ловаля для підвищення пневматичного зусилля), сприяючи обертанню лопатей 8, і початку функціонування електрогенератора 9. Електроенергія, що виробляється генератором, накопичується вбудованим акумулятором з можливістю подальшого використання для роботи пропонованого пристрою. Пройшовши через приводний відсік, стиснуте повітря надходить в пневмомеханічний бак акумуляції 11 за допомогою оснащеної клапаном труби 14. Поступове заповнення бака спричиняє собою дію на поршень 13 і стиснення пружини 12 (див. Фіг. 1). Також, можливе двотактне завантаження сировини, при якому повністю заповнюється завантажувальна труба 2, після чого відбувається відкриття напівавтоматичного клапана, що знаходиться в корпусі пристрою, що спричиняє за собою одномоментний тиск маси сировини на поршень 3. При цьому завантаження агрегату може бути продовжене. 2 UA 111828 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Після максимального завантаження агрегату сировиною і граничного зниження дна-поршня 3 відбувається автоматичне перемикання (наприклад, за допомогою електрореле) вбудованого в генератор 9, акумулятора в режим живлення та передачі електричного імпульсу за допомогою кабелю 15, електродвигуна 6, а також, компресора 17. Електродвигун 6, приводить в дію виконавчий орган - ніж 7. З метою запобігання механічним пошкодженням, виконавчий орган може бути розміщений в бічній "кишені" корпусу 1, з можливістю висунення в зону дроблення. Обертання висунутого ножа здійснює дроблення сировини. Приведений в дію, компресор 17, що знаходиться в розвантажувальній трубі 5, відкриває односторонній запобіжний клапан і поступово видаляє подрібнені фракції сировини із зони дроблення. У міру подрібнення матеріалів, відбувається підвищення дна-поршня 3, шляхом використання кінетичної енергії пружин 4, і дозована подача сировини в зону дроблення. Паралельно руху дна-поршня 3, в автоматичному режимі здійснюється поворотне всмоктування стиснутого повітря з бака 11, шляхом його проходження через трубу 14, надходження в приводний відсік, а також, проникнення в простір під дном-поршнем 3, за допомогою отвору 10. При цьому, відбувається обертання лопатей 8, і фонова генерація електроенергії генератором 9, що сприяє підтримці енергоживлення системних елементів 6 і 17. В процесі поворотного всмоктування стиснутого повітря, пружина 12 впливає на поршень 13, витісняючи газове середовище з бака 11. Після повного видалення подрібнених фракцій сировини із зони дроблення і відновлення початкового рівня дна-поршня 3, агрегат готовий до завантаження сировини (див. Фіг.1). Збільшення вироблюваної генератором 9 електроенергії прямо пропорціональне збільшенню насипної щільності сировини, що переробляється. Швидкість обертання виконавчого органу і його ріжуче зусилля також можуть бути скоректовані додатковою подачею робочого середовища (стиснутого повітря) в корпус 1 або в бак 11 за допомогою можливого заправного патрубка труби 14. Проте, дана процедура не є обов'язковою. Процес роботи дробильного агрегату може контролюватися за допомогою тумблера 15, шляхом припинення або відновлення електроживлення елементів 6 і 17. Конструкція пропонованого пристрою може мати особливу будову виконавчого органу 7. Згідно з одним з варіантів виконання, ніж 7 має енергогенеруючу функцію і містить п'єзокристалічну пластину 18, розташовану між двома лезами 19. В центрі п'єзокристалічної пластини розташовані електроди і електрогенератор 20, суміщений з приводним валом 21, сполученим з лезами 19 з можливістю обертання останніх (див. Фіг. 2). При обертанні виконавчого органу даної конструкції, опір сировинної маси використовується для генерації додаткового електричного імпульсу. Процес експлуатації ножа 7 з супутньою генерацією електроенергії виглядає таким чином: після початку дроблення сировини, шляхом приведення в рух виконавчого органу електродвигуном 6, енергія механічних перевантажень, які утворюються на лезах 19 передається п'єзокристалічній пластині, що приводить до стиснення п'єзоелемента і продукуванню електричної сили - (протікає відомий прямий п'єзоефект). За допомогою електродів, електричний імпульс поступає на електродвигун 20 (або на акумуляторну батарею) з подальшим її використанням і приведення в дію дискових опор лез 19, забезпечуючи додаткове ріжуче зусилля (див. Фіг. 2). Леза виконавчого органу 7 можуть бути виготовлені з матеріалу з п'єзокристалічними вкрапленням, що підвищить дію на матеріал, що переробляється. Ще одним варіантом винаходу передбачено, що бак 11 може бути виконаний у вигляді пневмомеханічної муфти акумуляції 22, розташованої співвісно з корпусом 1, і що містить циліндрову пружину 23, а, також, кільцевий поршень 24 (див. Фіг. 3-4). Таке виконання агрегату дозволить досягти підвищення ступеня симетричності елементів пристрою, мінімізації ризиків механічних пошкоджень при транспортування і монтажі. Також, можливий варіант виконання агрегату, згідно з яким дно корпусу 1 оснащено магнітним елементом, а нижня частина дна-поршня 3 виконана у вигляді металевої пластини, що створить додаткове зусилля для стиснення пружини 4. Завдяки габаритам і геометричним формам пропонованого пристрою, агрегат (див. табл.) може експлуатуватися як архітектурний елемент, виконуючи функції підтримуючої колони виробничої або житлової будівлі (наприклад, цехи по переробці відходів і екологічно ефективні будинки). 55 3 UA 111828 C2 Таблиця Параметри дробильного агрегату (орієнтовано на подрібнення твердих побутових відходів з 3 насипною щільністю = 0,3 т/м ) з урахуванням циліндрової форми корпусу пристрою Найменування параметра Загальна висота агрегату Діаметр корпусу агрегату (без урахування пневмомеханічної муфти акумуляції) Об'єм загального робочого завантаження Об'єм завантажувальної труби (над ваговим клапаном) Максимальний об'єм динамічної робочої камери (під ваговим клапаном) Максимальне циклічне завантаження (у два такти) Продуктивність 1-го такту (1/2 циклу) Однотактний дестабілізуючий тиск на дно-поршень Площа робочої поверхні дна-поршня 5 Значення/Розмірність 4м 1,2 м 3 3,95 м 3 1,92 м 3 2,04 м 1,185 т 592 кг 3 0,52 кг/см 3 1,128 м Таким чином, в пропонованому пристрої вирішується задача енергозбереження процесів дроблення некондиційних матеріалів (відходів) і підвищення безпеки утилізації відходів, енергетична незалежність виробничого устаткування і значна автоматизація даного процесу і, як наслідок, його екологізація і економічність. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 1. Дробильний агрегат з гравітаційно-пневматичним електроприводом, що складається з дробильного пристрою з опорною конструкцією, який відрізняється тим, що до складу дробильного пристрою входять: циліндричний корпус, в якому з можливістю зворотнопоступального руху розміщений жорстко з'єднаний з системною пружиною дно-поршень, під яким розташовані лопаті, що з'єднані з електрогенератором; жорстко з'єднана з циліндричним корпусом завантажувальна труба, яка оснащена напівавтоматичним завантажувальним клапаном та труба вивантаження; шарнірно з'єднаний з корпусом виконавчий орган у вигляді ножа та його двигун, з'єднаний з пневмопривідним електрогенератором за допомогою електрокабеля, обладнаного тумблером керування, а також жорстко з'єднаний з циліндричним корпусом за допомогою пневмомагістралі пневмомеханічний бак акумуляції. 2. Дробильний агрегат за п. 1, який відрізняється тим, що виконавчий орган містить п'єзоелементи, електроди відбору електричного імпульсу і другий електрогенератор. 3. Дробильний агрегат за п. 1, який відрізняється тим, що пневмомеханічний бак акумуляції виконаний у вигляді співвісної муфти, що включає циліндричний корпус, кільцеподібний поршень і циліндричну пружину. 4 UA 111828 C2 5 UA 111828 C2 6 UA 111828 C2 Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7