Dispositif destiné à soumettre une charge à des vibrations
L'invention concerne un dispositif destiné à sou- mettre une charge à des vibrations. Selon l'invention ce dispositif est caractérisé par quatre supports de charge disposée symétriquement, les supports de chaque paire de supports adjacents étant accouplés Fun à l'autre par une unité de suspension primaire à lames élastiques et permettant des déplacements des supports dans deux directions principales faisant un angle entre elles; par des moyens d'excitation pour provoquer simultanément des vibrations desdits supports dans lesdites directions;
et par une suspension élastique secondaire supportant lesdits supports avec les unités de suspension primaires et ayant une fréquence d'oscillation naturelle plus basse que la fréquence d'oscillation naturelle des unités de suspension primaires.
L'invention concerne également une utilisation de ce dispositif dans un moulin. Cette utilisation est caractérisée en ce que les supports sont constitués par des récipients contenant une charge destinée à être moulue et une certaine quantité d'éléments de meulage.
Dans ce cas les éléments de meulage sont no tamment constitués par des billes, comme dans les moulins à billes bien connus.
On a trouvé que dans un tel moulin on peut obtenir un taux de meulage très supérieur à celui usuel en utilisant de hautes fréquences d'excitation des vibrations et de petites amplitudes de déplacement de la charge. Une telle excitation produit une < fluidi- station des billes ou autres éléments de meulage; c'est-à-dire un état d'agitation au hasard s'étendant à travers toute la masse avec une amplitude substantiellement uniforme, ce qui entraîne une réduction apparente de la densité de la masse. En outre, dans un tel état d'agitation, les pertes sont considérablement réduites, de sorte qu'une puissance d'alimentation inférieure suffit pour un taux de meulage supérieur.
Lorsque l'excitation est produite au moyen de masses excentriques tournantes, celles-ci peuvent être beaucoup plus légères, avec une réduction correspon dante des dimensions des paliers.
Dans le dessin annexé, est représentée, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif selon l'invention, dans le cas particulier de son utilisation comme moulin à billes.
La fig. 1 est une vue de front, avec section partielle, d'un moulin à quatre récipients, et
la fig. 2 est une vue en plan du moulin selon la fig. 1.
Les fig. 1 et 2 montrent un moulin vibratoire à billes ayant quatre récipients de meulage 1, 2, 3, 4 dont les axes sont parallèles et placés le long des arêtes d'un cube supposé. Les récipients de chaque paire de récipients adjacents 1 et 2, 2 et 3, etc., sont accouplés l'un à l'autre par une unité de suspension primaire 5, resq tivement 6, 7 et 8.
chacune de ces unités de suspension primaires intercalées entre deux récipients est constituée par une paire de ressorts à lame 9, 10 attachés rigidement l'un à l'autre dans une partie centrale au moyen d'un bloc d'espacement rigide 11. Les bouts des ressorts à lame 9, 10 sont ancrés aux récipients res pectifs par l'entremise de blocs rigides 12.
La fréquence d'oscillation naturelle des unités de suspension 5-8 est relativement élevée.
A travers chaque récipient 1-4 passe un axe 13 portant une petite masse excentrique 14 près de chaque extrémité du récipient. Les axes 13 sont acs coupiés au moyen de joints universels 15 à des arbres de sortie 16 d'une boîte d'engrenages 17 commune, ayant un seul arbre d'entrée 19 entraîné par un moteur 18. La boîte d'engrenages 17 entraxe chaque paire de masses 14 en opposition de phase avec la paire de poids correspondante associée à un récipient voisin, les axes 13 de chaque paire d'axes voi- sins tournant en sens contraire.
Tout l'assemblage des récipients 1-4 et des unités de suspension 5-8 est supporté par un dispositif de suspension secondaire à basse fréquence d'oscillation naturelle, comprenant des ressorts hélicoïdaux 20 rattachés d'une part à une base commune 21, et d'autre part à une partie d'ancrage 22 fixée sur ou solidaire du récipient 1-4 respectif.
Quand les récipients 14 sont chargés et que le moteur tourne à sa vitesse normale, les petites masses excentriques 14 induisent des vibrations à la fréquence ou au voisinage de la fréquence d'oscillation naturelle relativement haute du dispositif de suspen- sion primaire 5-8.
Vu que l'assemblage des récipients est symétrique, une grande partie des forces d'inertie des masses excentriques est contrebalancée dans le dispositif de suspension primaire 9, 10, 11, chaque récit pient étant, en effet, suspendu à une masse constituée par les récipients voisins. Les forces d'inerties résultantes non contrebalancées sont absorbées par les ressorts de suspension secondaires 20 à basse fréquence naturelle, qui servent ainsi à isoler des vibrations la base 21. Ainsi il est possible d'exciter des oscillations de haute fréquence, des récipients 1-4, avec les hauts rendements qui en résultent, sans la nécessité de pourvoir le dispositif de fondements très lourds et dispendieux et d'isoler ces fondements des structures qui l'entourent.
Un mécanisme d'excitation pouvant être utilisé à la place de celui décrit, peut être constitué par un dispositif électromagnétique polyphasé, dans lequel quatre ou plus électro-aimants (non montrés) sont disposés en anneau autour de l'assemblage de réci piments, ces récipients fonctionnant comme les armatures mobiles de ces électro-aimants. Les armatures mobiles des électro-aimants peuvent aussi être fixées aux blocs d'espacement 1 1 ou être constituées par des extensions de ces blocs. Si l'espace le permet, les électro-aimants peuvent être montés à l'intérieur de l'anneau formé par les récipients 1-4.
Un tel dispositif électromagnétique pourrait être excité à la fréquence de 50 cycles par seconde du réseau public, la fréquence de vibration étant par conséquent de 3000 cycles par minute.
La fig. 1 montre également d'une façon schématique un dispositif détecteur d'amplitude de vibration qui peut être utilisé avec un dispositif de commande usuel de la vitesse du moteur électrique 18 pour maintenir l'amplitude de vibration au-dessc > us d'une valeur maximum prédéterminée. Le dispositif détecteur comporte une source de lumière 50 et une cellule photoélectrique 51 montées sur la base 21, ainsi qu'un volet percé 52 monté sur le récipient 4 et dont l'ouverture se trouve sur l'axe du rayon lumineux provenant de la source 50 et dirigé sur la cellule photoélectrique 51. Tant que l'amplitude des vibrations du récipient 4 reste dans. la limite prédéterminée, le signal de sortie de la cellule photoélectrique est constant.
Une amplitude de vibration excessive produit un obscurcissement partiel ou total de la lumière qui frappe la cellule photoélectrique 51, et cela pendant une partie de chaque deni-pé- riode de vibration du récipient, ce qui entraîne une variation correspondante du signal de sortie de cette cellule, lequel signal peut actionner un indicateur ou un dispositif de commande de vitesse du moteur.
Les récipients 1-4 peuvent être remplacés par n'importe quelle autre pièce d'appareil ou d'équipement qu'on désire soumettre à des vibrations. Par exemple l'appareil vibratoire peut être utilisé pour classifier un mélange de matériaux granuleux ayant des particules de différentes dimensions. Dans ce cas chaque récipient 1-4 est remplacé par un plateau sur lequel le matériau granuleux est placé pour être olassifié. On peut soumettre aux vibrations aussi des liquides ou des mélanges ; de liquides et solides pour les émulsionner ou pour produire un mélange très intime, si un composant est insoluble dans la phase liquide. Pour ces applications il peut être nécessaire on préférable de produire les vibrations dans un plan horizontal.
REVENDICATIONS
I. Dispositif destiné à soumettre une charge à des vibrations, caractérisé par quatre supports de charge (1-4) disposés symétriquement, les supports de chaque paire de supports adjacents étant accou- plés l'un à l'autre par une unité de suspension primaire (5-8) à lames élastiques et permettant des déplacements des supports dans deux directions principales faisant un angle entre elles; par des moyens d'excitation (13-19) pour provoquer simultanément des vibrations desdits supports dans lesdites directirons; et par une suspension élastique secondaire (20) supportant lesdits supports avec les unités de suspension primaires et ayant une fréquence d'oscillation naturelle plus basse que la fréquence d'oscillation naturelle des unités de suspension primaires.
II. Utilisation du dispositif selon la revendication I, dans un moulin, caractérisée en ce que les supports sont constitués par des récipients (1-4) contenant une charge destinée à être moulue et une certaine quantité d'éléments de meulage.
Device for subjecting a load to vibrations
The invention relates to a device for subjecting a load to vibrations. According to the invention this device is characterized by four load supports arranged symmetrically, the supports of each pair of adjacent supports being coupled to each other by a primary suspension unit with resilient blades and allowing movement of the supports in two main directions. making an angle between them; by excitation means for simultaneously causing vibrations of said supports in said directions;
and by a secondary elastic suspension supporting said supports with the primary suspension units and having a natural oscillation frequency lower than the natural oscillation frequency of the primary suspension units.
The invention also relates to a use of this device in a mill. This use is characterized in that the supports consist of receptacles containing a load intended to be ground and a certain quantity of grinding elements.
In this case, the grinding elements consist in particular of balls, as in the well-known ball mills.
It has been found that in such a mill it is possible to obtain a much higher grinding rate than usual by using high frequencies of excitation of vibrations and small amplitudes of displacement of the load. Such excitation produces fluidization of the balls or other grinding elements; that is, a state of random agitation extending through the entire mass with a substantially uniform amplitude, resulting in an apparent reduction in mass density. Further, in such a state of agitation, the losses are greatly reduced, so that a lower power supply is sufficient for a higher grinding rate.
When the excitation is produced by means of rotating eccentric masses, these can be much lighter, with a corresponding reduction in the dimensions of the bearings.
In the appended drawing, is shown, by way of example, an embodiment of the device according to the invention, in the particular case of its use as a ball mill.
Fig. 1 is a front view, with partial section, of a mill with four containers, and
fig. 2 is a plan view of the mill according to FIG. 1.
Figs. 1 and 2 show a vibratory ball mill having four grinding vessels 1, 2, 3, 4 whose axes are parallel and placed along the edges of a supposed cube. The containers of each pair of adjacent containers 1 and 2, 2 and 3, etc., are coupled to each other by a primary suspension unit 5, respectively 6, 7 and 8.
each of these primary suspension units interposed between two receptacles consists of a pair of leaf springs 9, 10 rigidly attached to each other in a central part by means of a rigid spacer block 11. The ends leaf springs 9, 10 are anchored to the respective receptacles by means of rigid blocks 12.
The natural oscillation frequency of the suspension units 5-8 is relatively high.
Through each container 1-4 passes an axis 13 carrying a small eccentric mass 14 near each end of the container. The axles 13 are cut by means of universal joints 15 to output shafts 16 of a common gearbox 17, having a single input shaft 19 driven by a motor 18. The gearbox 17 centers each. pair of masses 14 in phase opposition with the corresponding pair of weights associated with a neighboring container, the axes 13 of each pair of neighboring axes rotating in the opposite direction.
The whole assembly of containers 1-4 and suspension units 5-8 is supported by a secondary low-frequency suspension device of natural oscillation, comprising coil springs 20 attached on the one hand to a common base 21, and on the other hand to an anchoring part 22 fixed to or integral with the respective container 1-4.
When the containers 14 are loaded and the motor is running at its normal speed, the small eccentric masses 14 induce vibrations at or near the relatively high natural oscillation frequency of the primary suspension device 5-8.
Since the assembly of the containers is symmetrical, a large part of the inertial forces of the eccentric masses is counterbalanced in the primary suspension device 9, 10, 11, each story being, in effect, suspended from a mass constituted by the neighboring containers. The resulting unbalanced inertia forces are absorbed by the secondary suspension springs 20 at natural low frequency, which thus serve to isolate the base 21 from vibrations. Thus it is possible to excite high frequency oscillations, vessels 1- 4, with the resulting high yields, without the need to provide the device with very heavy and expensive foundations and to isolate these foundations from the structures which surround it.
An excitation mechanism which can be used in place of the one described, can be constituted by a polyphase electromagnetic device, in which four or more electromagnets (not shown) are arranged in a ring around the assembly of containers, these receptacles functioning as the movable armatures of these electromagnets. The mobile armatures of the electromagnets can also be fixed to the spacing blocks 1 1 or be constituted by extensions of these blocks. If space allows, the electromagnets can be mounted inside the ring formed by the receptacles 1-4.
Such an electromagnetic device could be excited at the frequency of 50 cycles per second of the public network, the vibration frequency being therefore 3000 cycles per minute.
Fig. 1 also shows schematically a vibration amplitude detecting device which can be used with a conventional control device of the speed of the electric motor 18 to maintain the vibration amplitude below a maximum value. predetermined. The detector device comprises a light source 50 and a photoelectric cell 51 mounted on the base 21, as well as a drilled shutter 52 mounted on the container 4 and the opening of which is on the axis of the light ray coming from the source. 50 and directed on the photoelectric cell 51. As long as the amplitude of the vibrations of the container 4 remains in. the predetermined limit, the output signal of the photocell is constant.
An excessive amplitude of vibration produces partial or total obscuration of the light which strikes the photocell 51, and this during a part of each deni-period of vibration of the container, which causes a corresponding variation of the output signal of this. cell, which signal can actuate an engine speed indicator or control device.
Vessels 1-4 can be replaced with any other piece of apparatus or equipment that one wishes to vibrate. For example the vibratory apparatus can be used to classify a mixture of granular materials having particles of different sizes. In this case each container 1-4 is replaced by a tray on which the granular material is placed to be olassified. Liquids or mixtures can also be subjected to vibrations; liquids and solids to emulsify them or to produce a very intimate mixture, if a component is insoluble in the liquid phase. For these applications it may be necessary or preferable to produce the vibrations in a horizontal plane.
CLAIMS
I. Device for subjecting a load to vibrations, characterized by four load supports (1-4) arranged symmetrically, the supports of each pair of adjacent supports being coupled to each other by a suspension unit. primary (5-8) with elastic blades and allowing movement of the supports in two main directions forming an angle between them; by excitation means (13-19) for simultaneously causing vibrations of said supports in said directirons; and by a secondary elastic suspension (20) supporting said supports with the primary suspension units and having a natural oscillation frequency lower than the natural oscillation frequency of the primary suspension units.
II. Use of the device according to Claim I, in a mill, characterized in that the supports consist of containers (1-4) containing a load intended to be ground and a certain quantity of grinding elements.