RU2408432C1

RU2408432C1 - Rotary mechanism for centrifugal installation

Info

Publication number: RU2408432C1
Application number: RU2009130442/03A
Authority: RU
Inventors: Евгений Алексеевич Артюхов (RU); Евгений Алексеевич Артюхов; Владимир Иванович Игнатов (RU); Владимир Иванович Игнатов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии-инжиниринг"
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-01-10

Abstract

FIELD: machine building. ^ SUBSTANCE: invention refers to machine building, particularly to centrifugal installations with vertical shaft used in processes with significant unbalance of working member. The rotary mechanism for the centrifugal installation consists of working member (1), of vertical shaft (2) in flexible supports of bearing unit (11, 12) and of a cardan joint. The joint has additional devices for cross beam (4) shifting correspondingly along its axles of rotation; entrance fork (8) is equipped with a device for vertical shift of working member mounted on this fork to match centre of weight of working member with centre of joint cross beam. ^ EFFECT: raised reliability and simplicity of maintenance, reduced cost of installation fabrication. ^ 2 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к центробежным установкам с вертикальным валом для осуществления технологических процессов, вызывающих значительный дебаланс рабочего органа.The invention relates to the field of engineering, namely to centrifugal plants with a vertical shaft for the implementation of technological processes that cause a significant unbalance of the working body.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известны центробежные установки для дробления и измельчения материала (Андреев Е.Е., Тихонов О.Н. «Дробление, измельчение и подготовка сырья к обогащению» Санкт-Петербургский государственный горный институт, СПб, 2007, с.73-75), содержащие вращающийся на вертикальном валу рабочий орган - ускоритель измельчаемого материала для последующего ударного воздействия со стороны камеры - отбойника. Данные установки работают в условиях значительного дебаланса рабочего органа из-за неравномерного распределения в нем входного материала и износа ускоряющих лопаток. Это приводит к сокращению срока службы подшипников. Для уменьшения сил, действующих на подшипники подобных роторов-ускорителей, используется установка вала в упругие опоры, например, в газостатические опоры или в амортизированные подшипники качения (скольжения).Known centrifugal plants for crushing and grinding material (Andreev EE, Tikhonov ON "Crushing, grinding and preparation of raw materials for enrichment" St. Petersburg State Mining Institute, St. Petersburg, 2007, p. 73-75), containing a rotating on a vertical shaft, the working body is the accelerator of the crushed material for subsequent impact from the side of the chamber - chipper. These units operate in conditions of significant unbalance of the working body due to the uneven distribution of input material in it and the wear of accelerating blades. This results in reduced bearing life. To reduce the forces acting on the bearings of such rotor accelerators, the shaft is used in elastic bearings, for example, in gas-static bearings or in shock-absorbed rolling (sliding) bearings.

По патенту РФ №2199394 C2, кл. B02C 13/14, 2002 г., роторный механизм для центробежной установки содержит ротор с вертикальным карданным валом, верхняя часть которого установлена в подшипнике, упруго связанном с корпусом. Недостатком данного механизма является то, что указанный подшипник может работать только при условии создания значительной осевой нагрузки со стороны упругих элементов. Это снижает срок службы подшипника и ограничивает величину допустимых внешних воздействий и массу рабочего органа. Этот механизм усовершенствован в устройстве по патенту РФ №64100 U1, кл. B02C 13/14 (принятом за прототип), в котором введены дополнительный амортизированный подшипник, установленный на средней вилке карданного вала, содержащего два шарнирных узла, и массивный инерционный диск под рабочим органом. Недостатками этого механизма являются металлоемкость, сложность конструкции и балансировки, так как требуется выставка оси инерции массивного диска относительно оси вращения вала в упругих опорах, а кроме этого, - сложная моментная и статическая балансировка рабочего органа - ускорителя с привнесением или удалением корректирующих масс. Массивный диск увеличивает осевую нагрузку на подшипники, сокращая срок их службы.According to the patent of the Russian Federation No. 2199394 C2, class. B02C 13/14, 2002, the rotor mechanism for centrifugal installation comprises a rotor with a vertical propeller shaft, the upper part of which is mounted in a bearing elastically connected to the housing. The disadvantage of this mechanism is that the specified bearing can only work if a significant axial load is created by the elastic elements. This reduces the service life of the bearing and limits the amount of permissible external influences and the mass of the working body. This mechanism is improved in the device according to the patent of the Russian Federation No. 64100 U1, class. B02C 13/14 (adopted as a prototype), which introduced an additional shock-absorbed bearing mounted on the middle fork of the driveshaft containing two hinge assemblies, and a massive inertial disk under the working body. The disadvantages of this mechanism are the metal consumption, the complexity of the design and balancing, since it requires an exhibition of the axis of inertia of the massive disk relative to the axis of rotation of the shaft in the elastic supports, and in addition, complex moment and static balancing of the working body - the accelerator with the addition or removal of corrective masses. The massive disk increases the axial load on the bearings, reducing their service life.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задача изобретения заключается в упрощении конструкции (при уменьшении веса узла) и балансировки роторного механизма, увеличении срока службы упругого подшипникового узла. Поставленная задача решается благодаря тому, что в предложенном механизме использован один карданный шарнир, который выполнен с дополнительными устройствами смещения крестовины соответственно вдоль ее осей вращения, входная вилка шарнира выполнена на торце вала, а выходная вилка снабжена устройством вертикального смещения установленного на ней рабочего органа для совмещения центра масс рабочего органа с центром крестовины, при этом привод вала размещен между рабочим органом и подшипниковым узлом и выполнен в виде шкива (для ременной передачи от двигателя) или ротора встроенного электродвигателя.The objective of the invention is to simplify the design (while reducing the weight of the node) and balancing the rotor mechanism, increasing the service life of the elastic bearing assembly. The problem is solved due to the fact that the proposed mechanism uses one cardan joint, which is made with additional displacement devices of the cross, respectively, along its axis of rotation, the input fork of the hinge is made on the shaft end, and the output fork is equipped with a device of vertical displacement of the working body installed on it for alignment the center of mass of the working body with the center of the cross, while the shaft drive is placed between the working body and the bearing assembly and is made in the form of a pulley (for belt transmission from the engine) or the rotor of the built-in electric motor.

Перечень чертежейList of drawings

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлена конструкция предложенного механизма: вид сверху (а) и два взаимно перпендикулярных вертикальных сечения (б) и (с).Figure 1 shows the design of the proposed mechanism: a top view (a) and two mutually perpendicular vertical sections (b) and (c).

Фиг.2 иллюстрирует самобалансировку рабочего органа по отношению к моментному дебалансу и устранение статического дебаланса смещением крестовины шарнира при введении в идеальный рабочий орган дополнительной массы Δm.Figure 2 illustrates the self-balancing of the working body with respect to momentary unbalance and the elimination of static unbalance by shifting the hinge cross when introducing an additional mass Δm into the ideal working body.

Роторный механизм содержит (фиг.1) рабочий орган - ускоритель 1 с четырьмя рабочими лопатками, соединенный с торцом вертикального вала 2 через карданный шарнир 3, составленный из крестовины 4 (в виде параллелепипеда с крестообразно расположенными цилиндрическими углублениями), входной вилки 5 (как части вала), соединенной с крестовиной 4 винтами 6 и 7 с цилиндрической поверхностью в месте подвижного соединения с крестовиной 4, и выходной вилки 8 с соответствующими винтами 9 и 10. Вилка 8 соединена с рабочим органом 1 через устройство вертикального смещения рабочего органа, выполненного, например, в виде шпилек с гайками (для упрощения чертежа представлены в виде зачерненных цилиндров). Основание вала помещено в упругие опоры в виде амортизированных подшипников 11 и 12, образующих подшипниковый узел, в котором, по крайней мере один подшипник выполнен радиально-упорным. На корпусе центробежной установки размещен (фиг.1с) датчик 13 для измерения амплитуды биения вала 2.The rotor mechanism contains (Fig. 1) a working body - an accelerator 1 with four working blades, connected to the end of the vertical shaft 2 through a cardan joint 3 made up of a cross 4 (in the form of a parallelepiped with crosswise cylindrical recesses), an input plug 5 (as parts shaft) connected to the cross 4 screws 6 and 7 with a cylindrical surface in the place of movable connection with the cross 4, and the output plug 8 with the corresponding screws 9 and 10. The plug 8 is connected to the working body 1 through the device vertical displacements working member made of, for example, in the form of studs and nuts (to simplify the drawing shown as blackened cylinders). The base of the shaft is placed in elastic bearings in the form of shock-absorbed bearings 11 and 12, forming a bearing assembly in which at least one bearing is made angular contact. On the housing of the centrifugal installation placed (figs) sensor 13 for measuring the amplitude of the runout of the shaft 2.

Шарнир 3 защищен крышкой 14, одновременно выполняющей роль рассекателя потока материала, поступающего в ускоритель.The hinge 3 is protected by a cover 14, which simultaneously serves as a divider of the flow of material entering the accelerator.

Привод вала 15 центробежной установки размещен между рабочим органом 1 (фиг.1с) и подшипниковым узлом 11-12 и выполнен в виде шкива, соединенного через приводные ремни с одним или двумя двигателями. Другой вариант - установка в данном месте ротора встроенного электродвигателя, взаимодействующего со статором на корпусе установки. Такое размещение привода позволяет поместить подшипниковый узел 11-12 в масляную ванну, что обеспечит смазку, охлаждение и демпфирование этого узла. Кроме этого, при таком расположении привода для мощных установок возможно использование подшипников скольжения из фторлона, смазываемых и охлаждаемых водой.The shaft drive 15 of the centrifugal installation is placed between the working body 1 (Fig. 1c) and the bearing assembly 11-12 and is made in the form of a pulley connected through drive belts to one or two engines. Another option is to install a built-in electric motor in this place of the rotor, which interacts with the stator on the installation casing. This arrangement of the drive allows you to place the bearing assembly 11-12 in the oil bath, which will provide lubrication, cooling and damping of this assembly. In addition, with this arrangement of the drive for high-power installations, it is possible to use fluorone sliding bearings lubricated and cooled by water.

Шарнир 3 может быть выполнен также с традиционной крестовиной в виде пересекающихся валиков и даже без подвижных (вращающихся частей) при использовании упругих элементов, работающих на скручивание, что не оказывает существенного влияния на достигаемый результат.The hinge 3 can also be made with a traditional cross in the form of intersecting rollers and even without moving (rotating parts) when using elastic elements working on twisting, which does not have a significant impact on the achieved result.

Механизм работает следующим образом. Вращающий момент передается от вала 2 (фиг.1) через шарнир 3 к рабочему органу-ускорителю 1, в котором поступающий материал (например, камни для получения щебня) разгоняется лопатками для разрушения при ударе об отбойник (не показан). Таким образом, центробежная установка работает в условиях значительного случайного дебаланса. Для уменьшения нагрузок на подшипники 11-12 они помещены в амортизаторы и демпфированы благодаря жидкости (масло, вода), которая заполняет корпус подшипникового узла. Однако снижение нагрузок подобным образом ограничено предельной минимальной жесткостью упругих элементов, определяемой требованиями устойчивости узла в условиях заданных внешних статических и ударных возмущений. В предложенном механизме эффективное снижение нагрузок на подшипниковый узел происходит благодаря самобалансировке рабочего органа при возникновении моментного дебаланса. Устранение статического дебаланса производится регулировкой положения крестовины шарнира без добавления или снятия корректирующих масс с рабочего органа. На фиг.2а показано начальное положение рабочего органа 1 на валу 2 в неподвижной системе координат x, y, z (ось x перпендикулярна плоскости чертежа) с началом 0, лежащим на оси вращения вала. С фигурой рабочего органа связана подвижная система координат xф, yф, zф с началом 0ф в центре фигуры. При внесении показанного на чертеже дебаланса Δm ось момента инерции рабочего органа, совпадавшая с осями z, zф, смещается в положение C. При этом ее угловой поворот характеризует моментный дебаланс, а смещение центра масс 0р относительно центра фигуры 0ф соответствует статическому дебалансу. На фиг.2б показано, что при вращении рабочего органа 1 на валу 2 с угловой частотой ω благодаря свободе угловых поворотов шарнира ось момента инерции С самоустанавливается параллельно оси вращения вала, а статический дебаланс 0р-0ф устраняется совмещением центра масс Op разбалансированного рабочего органа с центром 0 системы координат x y z. Данное совмещение производится вращением винтов 6, 7, 9 и 10 (фиг.1) на неподвижном рабочем органе до обнуления показаний датчика биения вала 13 (при вращении рабочего органа). Такая статическая балансировка становится необходимой на объекте, например, при начале эксплуатации установки, когда возможно неравномерное распределение материала в качестве футеровки карманов в лопастях ускорителя (для уменьшения его износа).The mechanism works as follows. The torque is transmitted from the shaft 2 (Fig. 1) through the hinge 3 to the accelerator 1, in which the incoming material (for example, stones for crushed stone) is accelerated by the blades for destruction upon impact against the chipper (not shown). Thus, the centrifugal unit operates in conditions of significant random unbalance. To reduce the loads on bearings 11-12, they are placed in shock absorbers and damped due to the liquid (oil, water), which fills the housing of the bearing assembly. However, the reduction in loads is likewise limited by the limiting minimum stiffness of the elastic elements, which is determined by the stability requirements of the assembly under the conditions of given external static and shock disturbances. In the proposed mechanism, an effective reduction in the load on the bearing assembly occurs due to the self-balancing of the working body when a moment unbalance occurs. The elimination of static unbalance is made by adjusting the position of the hinge cross without adding or removing corrective masses from the working body. On figa shows the initial position of the working body 1 on the shaft 2 in a fixed coordinate system x, y, z (the x axis is perpendicular to the plane of the drawing) with the origin 0 lying on the axis of rotation of the shaft. A moving coordinate system xf, yf, zf with the origin 0f in the center of the figure is connected with the figure of the working body. When introducing the unbalance Δm shown in the drawing, the axis of moment of inertia of the working body, which coincides with the axes z, zf, is shifted to position C. At the same time, its angular rotation characterizes momentary unbalance, and the displacement of the center of mass 0p relative to the center of the figure 0f corresponds to static unbalance. Fig.2b shows that when the working body 1 is rotated on the shaft 2 with an angular frequency ω due to the freedom of angular rotation of the hinge, the axis of inertia C is self-parallel to the axis of rotation of the shaft, and the static unbalance 0р-0ф is eliminated by combining the center of mass Op of the unbalanced working body with the center 0 coordinate system xy z. This combination is made by rotating the screws 6, 7, 9, and 10 (Fig. 1) on a stationary working body until the readings of the shaft runout sensor 13 are reset to zero (when the working body rotates). Such static balancing becomes necessary at the facility, for example, at the start of operation of the installation, when an uneven distribution of material is possible as a lining of pockets in the blades of the accelerator (to reduce its wear).

Рабочий орган может иметь собственный дебаланс (моментный и статический), обусловленный неточностью изготовления. В этом случае предложенный механизм позволяет без вращения вала произвести балансировку с уточнением положения центра масс рабочего органа при использовании свободы угловых поворотов карданного шарнира по известному способу балансировки на игле без добавления или снятия корректирующих масс. В этом случае добиваются устойчивого горизонтального положения рабочего органа регулировкой устройств смещения крестовины карданного шарнира и устройства вертикального смещения рабочего органа. Результат такой балансировки проверяется и корректируется в динамическом режиме с помощью датчика 13.The working body may have its own unbalance (momentary and static), due to inaccuracy of manufacture. In this case, the proposed mechanism allows balancing without rotation of the shaft with clarification of the position of the center of mass of the working body using freedom of angular rotation of the universal joint by the known method of balancing on the needle without adding or removing corrective masses. In this case, a stable horizontal position of the working body is achieved by adjusting the devices for displacing the crosspiece of the universal joint and the device for the vertical displacement of the working body. The result of such balancing is checked and adjusted in dynamic mode using the sensor 13.

По сравнению с прототипом предложенный механизм прост по конструкции, имеет меньший вес, обладает свойством моментной самобалансировки и простотой статической балансировки без добавления или удаления корректирующих масс. Это обусловливает его более высокую надежность, простоту обслуживания, меньшую стоимость изготовления.Compared with the prototype, the proposed mechanism is simple in design, has less weight, has the property of momentary self-balancing and the simplicity of static balancing without adding or removing corrective masses. This leads to its higher reliability, ease of maintenance, lower manufacturing cost.

Claims

1. The rotary mechanism for a centrifugal installation, containing a working body, a vertical shaft in the elastic bearings of the bearing assembly and a cardan joint, characterized in that the joint is made with additional devices for displacing the cross, respectively, along its axis of rotation, the input fork of the joint is made at the end of the shaft, and the output the plug is equipped with a vertical displacement device mounted on her working body to align the center of mass of the working body with the center of the hinge cross.

2. The rotor mechanism according to claim 1, characterized in that the shaft drive is located between the working body and the bearing assembly.