RU2604005C1 - Vibration grinder - Google Patents

Vibration grinder Download PDF

Info

Publication number
RU2604005C1
RU2604005C1 RU2015130290/13A RU2015130290A RU2604005C1 RU 2604005 C1 RU2604005 C1 RU 2604005C1 RU 2015130290/13 A RU2015130290/13 A RU 2015130290/13A RU 2015130290 A RU2015130290 A RU 2015130290A RU 2604005 C1 RU2604005 C1 RU 2604005C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oscillations
vibration
grinding
resonant
parametric
Prior art date
Application number
RU2015130290/13A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Александрович Ермолаев
Александр Викторович Кошелев
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority to RU2015130290/13A priority Critical patent/RU2604005C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2604005C1 publication Critical patent/RU2604005C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02CCRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00Other disintegrating devices or methods

Abstract

FIELD: vibration equipment.
SUBSTANCE: invention relates to vibration equipment and can be used for lumps and loose materials grinding and milling. Vibration grinder comprises working member, means of resonant progressive circular oscillations communication to which is isotropic resilient suspension in form of cylindrical rods, by which it is connected to fixed base, and rotary pendulum exciter driven to rotation in vertical plane by drive shaft. Resonance tuning of resonant progressive circular oscillations communication devices is defined by resonance combination parametric relationship ω = λ1+ λ2, where ω is parametric excitation frequency (rotary pendulum exciter speed), λ1 = vω is pendulums oscillations partial natural frequency, v - dimensionless parameter determining pendulums oscillations partial natural frequency in rotary coordinates system (0<v<1), λ 2 = λ 2 x = λ 2 y = C / M 0
Figure 00000001
is working element partial natural frequency corresponding to vibrations circular shape, C = Cx = Cy is isotropic resilient rod suspension rigidity, M0 is machine working member weight.
EFFECT: higher quality of raw material grinding.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано во всех отраслях промышленности для измельчения, помола кусковых и сыпучих материалов. Область применения предлагаемого изобретения весьма широка: производство строительных материалов, помол и активация низкомарочного цемента, производство тонкомолотых продуктов для стекольной и пищевой промышленности; производство шлифовальных порошков, получение тонкодисперсных, ультрадисперсных материалов и нанопорошков для обеспечения производства магнитореологических суспензий и т.п.The invention relates to vibration technology and can be used in all industries for grinding, grinding lump and bulk materials. The scope of the invention is very wide: production of building materials, grinding and activation of low-grade cement, the production of fine-ground products for the glass and food industries; production of grinding powders, obtaining fine, ultrafine materials and nanopowders to ensure the production of magnetorheological suspensions, etc.

Общим названием вибрационная измельчительная машина (ВИМ) обозначает группу машин: вибрационные мельницы, вибрационные смесители, вибрационные измельчители и т.п. The general name Vibratory Grinding Machine (VIM) refers to a group of machines: vibration mills, vibration mixers, vibration grinders, etc.

В качестве привода ВИМ используют центробежные (дебалансные), кинематические, электромагнитные, электродинамические, гидравлические и пневматические вибровозбудители.Centrifugal (unbalanced), kinematic, electromagnetic, electrodynamic, hydraulic and pneumatic exciters are used as a VIM drive.

Современные ВИМ, как правило, работают в режиме вынужденных колебаний с далеко зарезонансной частотой. Такой режим сопровождается нерациональным энергопотреблением, что проводит к повышению уровня энергозатратности. Кроме этого, снижается надежность привода в результате действия больших инерционных сил. Настройка таких машин на резонансный (энергосберегающий) режим вынужденных колебаний не представляется возможной. Это объясняется крутизной амплитудно-частотной характеристики, малой величиной резонансной зоны, низкой стабильностью. Поэтому даже небольшие изменения технологической нагрузки выводят машину из резонансного режима. Modern VIMs, as a rule, operate in a forced oscillation mode with a far resonant frequency. This mode is accompanied by irrational energy consumption, which leads to an increase in energy consumption. In addition, the reliability of the drive is reduced as a result of the action of large inertial forces. Tuning such machines to a resonant (energy-saving) mode of forced oscillations is not possible. This is explained by the steepness of the amplitude-frequency characteristic, the small value of the resonance zone, and low stability. Therefore, even small changes in the technological load bring the machine out of resonance mode.

Небольшое распространение в ВИМ получили электромагнитные вибровозбудители. Преимуществом таких приводов является простота настройки резонансного режима колебаний. Но ввиду малой возмущающей силы, развиваемой электромагнитными возбудителями, возникают сравнительно малые амплитуды колебаний, которые не способны осуществить технологический процесс измельчения [Вибрации в технике в 6 томах. Т.4. Вибрационные процессы. М.: Машиностроение, 1981. с. 258. Шишканов К.А., Дмитрак А.Ю. Анализ конструкций и основных характеристик вибрационных мельниц // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. №4, с. 324-328].Small distribution in VIM received electromagnetic vibration exciters. The advantage of such drives is the ease of tuning the resonant mode of oscillation. But in view of the small disturbing force developed by electromagnetic pathogens, relatively small vibration amplitudes arise that are not able to carry out the grinding process [Vibrations in technology in 6 volumes. T.4. Vibration processes. M .: Engineering, 1981. p. 258. Shishkanov K.A., Dmitrak A.Yu. Analysis of the designs and main characteristics of vibration mills // Mining Information and Analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2011. No4, p. 324-328].

В настоящее время современные конструкции зарезонансных ВИМ имеют в своем составе дебалансные вибровозбудители, которые приводят в колебательное движение помольную камеру с технологической загрузкой [Лесин А.Д. Современное помольное оборудование. Вибрационные мельницы. Обзорная информация. Серия 7. Промышленность нерудных и неметаллорудных материалов. - М.: ВНИИЭСМ, 1989. с.43]. Currently, modern designs of resonant VIM include unbalanced vibration exciters, which drive the grinding chamber with technological loading into vibrational motion [Lesin A.D. Modern grinding equipment. Vibratory Mills. Overview information. Series 7. Industry of non-metallic and non-metallic materials. - M .: VNIIESM, 1989. p. 43].

Недостатком такой конструкции является зарезонансная настройка высокой частоты и низкой амплитуды. Это приводит к высоким непроизводительным энергозатратам, низкой эффективности измельчения, снижению надежности привода. Для повышения эффективности измельчения необходимо увеличивать амплитуду колебаний и снижать их частоту для получения интенсивных разрушающих воздействий. Вопрос снижения энергозатратности решается на основе разработки резонансных машин. Повышение эффективности помола, надежности привода при одновременном снижении энергозатратности можно достичь путем использования параметрических вибровозбудителей, в которых реализуется комбинационный параметрический резонанс [Антипов В.И. Вибровозбудитель: Патент №2072661 РФ, МКИ В06В 1/16 // Бюл. №3, 1997. Антипов В.И., Денцов Н.Н., Кошелев А.В. Энергетические соотношения в вибрационной машине на многократном комбинационном параметрическом резонансе // Вестник Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского. 2013. - №5. - С. 188-194] в совокупности с изотропной упругой подвеской [Антипов В.И., Денцов Н.Н., Кошелев А.В. Динамика параметрически возбуждаемой вибрационной машины с изотропной упругой системой // Фундаментальные исследования. 2014. - №8, часть 5. - С. 1037-1042].The disadvantage of this design is the resonance tuning of high frequency and low amplitude. This leads to high unproductive energy consumption, low grinding efficiency, reduced reliability of the drive. To increase the grinding efficiency, it is necessary to increase the amplitude of vibrations and reduce their frequency to obtain intense destructive influences. The issue of reducing energy costs is solved on the basis of the development of resonant machines. Improving the grinding efficiency, the reliability of the drive while reducing energy costs can be achieved by using parametric vibration exciters in which Raman parametric resonance is realized [Antipov V.I. Vibration exciter: Patent No. 2072661 of the Russian Federation, MKI V06V 1/16 // Bull. No. 3, 1997. Antipov V.I., Dentsov N.N., Koshelev A.V. Energy ratios in a vibrating machine using multiple Raman resonance resonance // Bulletin of the Nizhny Novgorod State University. N.I. Lobachevsky. 2013. - No. 5. - S. 188-194] in conjunction with an isotropic elastic suspension [Antipov V.I., Dentsov N.N., Koshelev A.V. Dynamics of a parametrically excited vibration machine with an isotropic elastic system // Fundamental Research. 2014. - No. 8, part 5. - S. 1037-1042].

В качестве прототипа принята вибромельница, содержащая пару цилиндрических помольных камеры с мелющими телами в корпусе, установленном на упругих опорах. Возбудителем колебаний зарезонансной частоты является дебалансный вибровозбудитель, установленный между помольными камерами [Патент №2302904 В02С 19/00, Бюл №20, 2007 г.].As a prototype adopted vibration mill containing a pair of cylindrical grinding chambers with grinding bodies in a housing mounted on elastic supports. The causative agent of oscillations of the resonance frequency is the unbalanced vibration exciter installed between the grinding chambers [Patent No. 2302904 В02С 19/00, Bull No. 20, 2007].

Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:

• Зарезонансный режим работы сопровождается малой амплитудой колебаний, что не позволяет получить большие разрушающие воздействия. Вследствие этого повышается время технологического процесса и снижается производительность.• The out-of-resonance mode of operation is accompanied by a small amplitude of oscillations, which does not allow obtaining large destructive effects. As a result, the process time is increased and productivity is reduced.

• Для достижения зарезонансной области необходимо иметь мощность двигателя, которая в 5 раз выше мощности, необходимой для поддержания зарезонансных колебаний.• To achieve the resonance region, it is necessary to have an engine power that is 5 times higher than the power needed to maintain the resonance oscillations.

• Возникающие большие центробежные силы, вследствие вращения дебалансов нагружают подшипники, что приводит к снижению их долговечности и повышению энергозатратности.• The resulting large centrifugal forces, due to the rotation of the unbalances, load the bearings, which leads to a decrease in their durability and an increase in energy consumption.

• Необходимость принимать во внимание перегрузки электродвигателя в пусковом режиме. Это вынуждает применять электродвигатели центробежных вибраторов, мощность которых в 1,5-2 раза выше необходимой в установившимся режиме.• The need to take into account motor overloads in starting mode. This forces the use of centrifugal vibrator electric motors, the power of which is 1.5-2 times higher than necessary in the steady state.

• Наличие паразитных колебаний дестабилизирует рабочий режим и вызывает дополнительную диссипацию энергии.• The presence of spurious oscillations destabilizes the operating mode and causes additional energy dissipation.

Задачей изобретения является решение этих недостатков при одновременном повышении качественных и эксплуатационных показателей машины.The objective of the invention is to solve these shortcomings while improving the quality and performance of the machine.

Техническим результатом изобретения является тонкое измельчение материалов повышенной производительности, уменьшение центробежных сил, уменьшение паразитных колебаний.The technical result of the invention is the fine grinding of materials with increased productivity, reducing centrifugal forces, reducing spurious vibrations.

Технический результат заявляемой ВИМ достигается тем, что в вибрационной измельчительной машине, содержащей рабочий орган, средствами для сообщения резонансных поступательных круговых колебаний которого являются изотропная упругая подвеска в виде цилиндрических стержней, которой он связан с неподвижным основанием, и роторно-маятниковый возбудитель, приводимый во вращение в вертикальной плоскости приводным валом, а резонансная настройка средств для сообщения резонансных поступательных круговых колебаний определяется из соотношения комбинационного параметрического резонанса ω=λ12, где ω - частота параметрического возбуждения (частота вращения роторно-маятникового возбудителя), λ1=νω - парциальная собственная частота качаний маятников, ν - безразмерный параметр, определяющий собственную частоту качаний маятников во вращающейся системе координат (0<ν<1), λ 2 = λ 2 x = λ 2 y = C / M 0

Figure 00000001
- парциальная собственная частота рабочего органа, соответствующая круговой форме колебаний, C=Cx=Cy - жесткость изотропной стержневой упругой подвески, M0 - масса рабочего органа машины.The technical result of the claimed VIM is achieved by the fact that in a vibration grinding machine containing a working body, the means for communicating resonant translational circular vibrations of which are an isotropic elastic suspension in the form of cylindrical rods, which it is connected to a fixed base, and a rotary-pendulum exciter driven into rotation in the vertical plane of the drive shaft, and the resonant tuning means for communicating resonant translational circular oscillations is determined from the ratio I Raman parametric resonance ω = λ 1 + λ 2, where ω - frequency parametric excitation (speed rotary pendulum pathogen), λ 1 = νω - partial natural frequency of the pendulum swing, ν - dimensionless parameter which determines the natural frequency of oscillations of the pendulums in the rotating coordinate system (0 <ν <1), λ 2 = λ 2 x = λ 2 y = C / M 0
Figure 00000001
is the partial eigenfrequency of the working body corresponding to the circular form of vibration, C = C x = C y is the stiffness of the isotropic rod elastic suspension, M 0 is the mass of the working body of the machine.

Схема вибрационной измельчительной машины изображена на фиг. 1, 2. Рабочий орган 1 опирается на неподвижное основание 2 посредством изотропной стержневой упругой системы 3 жесткостью C (фиг. 1). На рабочем органе закреплена пара цилиндрических помольных камер 4 с мелющими телами 5 сферической формы (шарами), между которыми установлен параметрический привод 6 (параметрический мотор-вибратор) для возбуждения и поддержания резонансных поступательных круговых колебаний. Он представляет собой электродвигатель, на валу которого установлен роторно-маятниковый возбудитель, плоскость вращения которого расположена в вертикальной плоскости. A diagram of a vibratory grinding machine is shown in FIG. 1, 2. The working body 1 rests on a fixed base 2 by means of an isotropic rod elastic system 3 of rigidity C (Fig. 1). A pair of cylindrical grinding chambers 4 with grinding bodies 5 of a spherical shape (balls), between which a parametric drive 6 (a parametric motor-vibrator) is installed, is mounted on the working body to excite and maintain resonant translational circular vibrations. It is an electric motor, on the shaft of which a rotary-pendulum exciter is installed, the plane of rotation of which is located in a vertical plane.

Резонансные колебания на частоте λ2 принимаются за рабочие, соответствующие поступательным круговым колебаниям рабочего органа машины в двух взаимно перпендикулярных направлениях по осям Ox, Oy. Согласно постулату Видлера здесь предполагается, что форма стационарных резонансных колебаний совпадает с формой свободных колебаний.Resonant vibrations at a frequency of λ 2 are taken as working, corresponding to translational circular vibrations of the working body of the machine in two mutually perpendicular directions along the axes Ox, Oy. According to Widler’s postulate, it is assumed here that the form of stationary resonant oscillations coincides with the form of free vibrations.

На фиг. 2 показана схема роторно-маятникового возбудителя параметрического привода [Антипов В.И. Вибровозбудитель: Патент №2072661 РФ, МКИ В 06 В 1/16 // Бюл. №3, 1997]. Ротор параметрического привода может состоять из одного роторно-маятникового возбудителя, как это показано, или набора таких устройств. Кроме этого может использоваться более эффективная конструкция роторно-маятникового возбудителя [Антипов В.И. Вибровозбудитель: Патент №2072660 РФ, МКИ В 06 В 1/16 // Бюл. №3, 1997].In FIG. 2 shows a diagram of the rotary-pendulum pathogen of a parametric drive [Antipov V.I. Vibration exciter: Patent No. 2072661 of the Russian Federation, MKI B 06 V 1/16 // Bull. No. 3, 1997]. The rotor of a parametric drive may consist of one rotary-pendulum exciter, as shown, or a set of such devices. In addition, a more efficient design of the rotor-pendulum pathogen can be used [V. Antipov. Vibration exciter: Patent No. 2072660 of the Russian Federation, MKI B 06 V 1/16 // Bull. No. 3, 1997].

Уравновешенный диск 7 (фиг. 2) роторно-маятникового возбудителя имеет три периодически чередующиеся замкнутые беговые дорожки 8 круглого профиля, центры которых смещены от оси вращения диска на одинаковые расстояния AB=l. На беговых дорожках размещены одинаковые уравновешенные тела качения (маятники) 9 массой m каждый с возможностью обкатки. Роторно-маятниковый возбудитель содержит N=3 тел качений. Диск массой m0 в собранном виде жестко закрепляется на вал электродвигателя, который устанавливается на рабочем органе 1 массой M0, который имеет две степени свободы: поступательное движение x, y по круговой траектории в плоскости вращения ротора в направлении координатных осей Ox, Oy. Предпочтительнее считается конструкция измельчительной машины с вынесенным из колебательной системы электромотором.The balanced disk 7 (Fig. 2) of the rotary-pendulum pathogen has three periodically alternating closed treadmills 8 of a circular profile, the centers of which are offset from the axis of rotation of the disk by equal distances AB = l. On treadmills are placed the same balanced rolling bodies (pendulums) 9 of mass m each with the possibility of running-in. The rotor-pendulum pathogen contains N = 3 rolling elements. Drive mass m 0 in the assembled state is rigidly secured to the motor shaft, which is mounted on the end effector 1 mass M 0, which has two degrees of freedom: the translational motion x, y along the circular path of the rotor rotation plane in a direction Ox, Oy axes. Preferred is the design of the grinding machine with an electric motor removed from the oscillating system.

Система координат A x y z

Figure 00000002
с началом в центре масс роторно-маятникового возбудителя движется поступательно по круговой траектории относительно неподвижной системы O x y z
Figure 00000003
. При этом плоскость A x y
Figure 00000004
расположена в плоскости вращения ротора. В положении статического равновесия оси этих координатных систем совпадают. Ось z параллельна оси вращения диска.Coordinate system A x y z
Figure 00000002
with the beginning in the center of mass of the rotor-pendulum pathogen it moves progressively along a circular path relative to the stationary system O x y z
Figure 00000003
. In this plane A x y
Figure 00000004
located in the plane of rotation of the rotor. In the position of static equilibrium, the axes of these coordinate systems coincide. The z axis is parallel to the axis of rotation of the disk.

Рассматриваются круговые колебания рабочего органа машины в направлении осей Ox, Oy. Такая форма траектории обеспечивается образованием изотропного упругого поля путем введения упругих элементов, имеющих одинаковую жесткость как минимум в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Такая упругая система может быть выполнена в виде цилиндрических стержней из пружинно-рессорной стали, например штанг стабилизатора поперечной устойчивости подвески автомобиля.The circular vibrations of the working body of the machine in the direction of the axes Ox, Oy are considered. This shape of the trajectory is ensured by the formation of an isotropic elastic field by introducing elastic elements having the same stiffness in at least two mutually perpendicular directions. Such an elastic system can be made in the form of cylindrical rods made of spring-spring steel, for example, anti-roll bars of a vehicle suspension.

Положение беговых дорожек определяется углами ψ k = ω t + 2 π k / N ,

Figure 00000005
(k=1,2,3; N=3 - число маятников), а положение маятников определяется углами φk=Akcos(ω1t+2πk/N) (k=1,2,3). Качания маятников на углы φk (k=1,2,3), а так же перемещения x, y рабочего органа составляют степени свободы рассматриваемой колебательной системы машины. Эти величины принимаются за обобщенные координаты системы. Таким образом, представленная механическая система машины имеет пять степеней свободы, которую можно рассматривать как систему, состоящую из двух подсистем.The position of the treadmills is determined by the angles ψ k = ω t + 2 π k / N ,
Figure 00000005
(k = 1,2,3; N = 3 is the number of pendulums), and the position of the pendulums is determined by the angles φ k = A k cos (ω 1 t + 2πk / N) (k = 1,2,3). Swinging pendulums to angles φ k (k = 1,2,3), as well as the displacement x, y working body constitute degree of freedom vibrational system of the machine under consideration. These values are taken as the generalized coordinates of the system. Thus, the presented mechanical system of the machine has five degrees of freedom, which can be considered as a system consisting of two subsystems.

Первая подсистема представляет собой рабочий орган, связанный с неподвижным основанием изотропной упругой подвеской. Вторая подсистема состоит из трех одинаковых маятников, находящихся в поле центробежных сил инерции, имеющие одинаковые парциальные собственные частоты λ1=νω во вращающейся системе координат Aξηζ. Здесь ν = m ρ c l / J B ,

Figure 00000006
с - статический момент маятников, J B = ( J C k + m r 2 ) i 2
Figure 00000007
момент инерции тела качения относительно оси обкатки, JCk - момент инерции тела качения относительно оси, проходящей через его центр масс, r - радиус цапфы тела качения, i = r / ρ c
Figure 00000008
- передаточное отношение обкатки тела качения к беговой дорожке, l = АВ, ρc=BCk.The first subsystem is a working body associated with a fixed base of an isotropic elastic suspension. The second subsystem consists of three identical pendulums located in the field of centrifugal inertia forces having the same partial eigenfrequencies λ 1 = νω in the rotating coordinate system Aξηζ. Here ν = m ρ c l / J B ,
Figure 00000006
s is the static moment of the pendulums, J B = ( J C k + m r 2 ) i - 2 -
Figure 00000007
the moment of inertia of the rolling body relative to the running axis, J Ck is the moment of inertia of the rolling body relative to the axis passing through its center of mass, r is the radius of the journal of the rolling body, i = r / ρ c
Figure 00000008
- gear ratio of the rolling of the rolling body to the treadmill, l = AB, ρ c = BC k .

Устройство работает следующим образом. Энергия к колебательной системе вибрационной измельчительной машины подводится за счет равномерного вращения диска 7 роторно-маятникового возбудителя параметрического привода 1 с угловой скоростью ω. При настройке ν=0,25 и выполнении порогового условия ε > 4 n ˜ 0 n ˜ ν / ( 1 ν )

Figure 00000009
самовозбуждается многократный комбинационный параметрический резонанс, удовлетворяющий соотношению ω=ω12. Здесь ω1=νω≈λ1 - частота генерации осцилляторов роторно-маятникового возбудителя, которая близка к их собственной частоте качаний, ε = ν2Nμ /2 - коэффициент, пропорциональный отношению общей массы осцилляторов качения к массе всей системы, μ 0 = m ρ c / M 0 l ,
Figure 00000010
n ˜ 0 = n 0 / λ 2 , n ˜ = n / λ 2
Figure 00000011
относительные коэффициенты линейного демпфирования соответственно осцилляторов качения и массы M0. The device operates as follows. Energy is supplied to the vibrational system of the vibratory grinding machine due to the uniform rotation of the disk 7 of the rotor-pendulum exciter of the parametric drive 1 with an angular velocity ω. When setting ν = 0.25 and satisfying the threshold condition ε > four n ˜ 0 n ˜ ν / ( one - ν )
Figure 00000009
multiple Raman parametric resonance self-excited, satisfying the relation ω = ω 1 + ω 2 . Here, ω 1 = νω≈λ 1 is the oscillation frequency of the rotor-pendulum exciter oscillators, which is close to their own oscillation frequency, ε = ν 2 Nμ / 2 is a coefficient proportional to the ratio of the total mass of the rolling oscillators to the mass of the whole system, μ 0 = m ρ c / M 0 l ,
Figure 00000010
n ˜ 0 = n 0 / λ 2 , n ˜ = n / λ 2 -
Figure 00000011
relative coefficients of linear damping, respectively, of the oscillators of rolling and mass M 0.

Самосинхронизация колебаний маятников 9 (эффект Гюйгенса) приводит к образованию неуравновешенности («невидимого дебаланса»), вращающейся с частотой ω2≈λ2, которая близка к собственной частоте λ 2 = C / M 0

Figure 00000012
колебаний рабочего органа 2 и меньше частоты вращения диска на 25%. Поскольку ω2≈λ2, то центробежная сила инерции «невидимого дебаланса» возбуждает резонансные колебания корпуса измельчительной машины по круговой траектории, а колебания корпуса, в свою очередь, возбуждают ударные и пульсирующие движения мелющих тел 3 по внутренней поверхности помольной камеры 4. В результате этого происходит вовлечение тел системы в коллективное резонансное взаимодействие. Разрушение материала происходит в кольцевом зазоре между помольной камерой и указанными пульсирующими телами внутри помольной камеры. В результате достигается самоуправляемое, самоорганизованное и самоподдерживаемое собственное движение машины.Self-synchronization of the oscillations of the pendulums 9 (Huygens effect) leads to the formation of imbalance (“invisible unbalance”), rotating with a frequency ω 2 ≈λ 2 , which is close to the natural frequency λ 2 = C / M 0
Figure 00000012
oscillations of the working body 2 and less than the frequency of rotation of the disk by 25%. Since ω 2 ≈λ 2 , the centrifugal inertia force of the “invisible unbalance” excites resonant vibrations of the grinding machine body along a circular path, and the body vibrations, in turn, excite shock and pulsating movements of grinding media 3 along the inner surface of grinding chamber 4. As a result This involves the involvement of the bodies of the system in collective resonant interaction. The destruction of the material occurs in the annular gap between the grinding chamber and the indicated pulsating bodies inside the grinding chamber. As a result, a self-governing, self-organized and self-sustaining machine movement is achieved.

В настоящее время тенденциями развития ВИМ является снижение частоты колебаний при одновременном увеличении их амплитуды. Это объясняется наиболее эффективным способом измельчения, позволяющим реализовывать однократные, но мощные разрушающие воздействия на обрабатываемый материал. В предлагаемой машине такая проблема автоматически решается за счет оригинальной конструкции роторно-маятникового возбудителя, позволяющего снижать частоту рабочего органа машины на 25% при настройке ν=0,25 и на 50% при настройке ν=0,5 при одновременном увеличении его амплитуды за счет резонансного режима.Currently, the development trends of VIM are a decrease in the frequency of oscillations while increasing their amplitude. This is explained by the most effective method of grinding, allowing to realize a single, but powerful destructive effects on the processed material. In the proposed machine, this problem is automatically solved by the original design of the rotor-pendulum exciter, which allows to reduce the frequency of the working body of the machine by 25% when setting ν = 0.25 and by 50% when setting ν = 0.5 while increasing its amplitude due to resonant mode.

Существенным преимуществом использования роторно-маятникового возбудителя в вибрационных измельчительных машинах с круговым движением рабочего органа является порог возбуждения параметрических резонансных колебаний ε > 4 n ˜ 0 n ˜ ν / ( 1 ν )

Figure 00000009
. Его величина снижается в два раза по сравнению с использованием такого же возбудителя, но в вибрационных транспортирующих машинах, где необходимы однонаправленные колебания [Антипов В.И., Антипова Р.И., Кошелев А.В., Денцов Н.Н. Вибрационная транспортирующая машина. Патент №2532235 РФ, В06В, Бюл. №30, 2014 г.]. Такое обстоятельство позволяет снизить массу маятников ВИМ тоже в два раза, причем эффективность и интенсивность колебаний рабочего органа при этом не снизится. Это подтверждает целесообразное применение роторно-маятникового возбудителя в качестве вибрационного привода измельчительных машин с круговым движением рабочего органа.A significant advantage of using a rotary-pendulum exciter in vibration grinding machines with a circular movement of the working body is the threshold for the excitation of parametric resonant oscillations ε > four n ˜ 0 n ˜ ν / ( one - ν )
Figure 00000009
. Its value is halved compared to using the same pathogen, but in vibrating transporting machines where unidirectional vibrations are needed [Antipov V.I., Antipova R.I., Koshelev A.V., Dentsov N.N. Vibratory conveying machine. Patent No. 2532235 of the Russian Federation, B06B, Bull. No. 30, 2014]. This circumstance makes it possible to reduce the mass of VIM pendulums by half as well, and the efficiency and intensity of oscillations of the working body will not decrease. This confirms the appropriate use of the rotor-pendulum pathogen as a vibration drive of grinding machines with a circular movement of the working body.

Простота и надежность предлагаемой конструкции, малые габариты и вес, высокий КПД привода по сравнению с доминирующими на сегодняшний день виброприводами позволяют использовать предложенную вибрационную измельчительную машину в качестве лабораторной, стационарной или мобильной промышленной установки.The simplicity and reliability of the proposed design, small dimensions and weight, high efficiency of the drive compared with the currently dominant vibration drives allow the proposed vibration grinding machine to be used as a laboratory, stationary or mobile industrial unit.

Данное изобретение разработано и создано по выше высказанным соображениям (фиг. 3). Его испытания, а также проводимые на нем эксперименты подтвердили надежную и стабильную работу.This invention was developed and created for the above stated reasons (Fig. 3). His tests, as well as the experiments conducted on him, confirmed reliable and stable operation.

Предложенная резонансная ВИМ обладает важными преимуществами и достоинствами.The proposed resonant VIM has important advantages and advantages.

1. Коэффициент полезного действия роторно-маятникового возбудителя выше аналогов на 25%. Чем выше КПД, тем ниже энергозатраты. Требуемая амплитуда колебаний достигается при минимальном статическом моменте, что создает минимальные нагрузки на подшипниковые узлы приводного вала. В результате этого повышается долговечность подшипников, их надежность и снижается расход энергии на преодоление трения. Кроме этого, рабочий резонансный режим работы ВИМ характеризуется высокой стабильностью, что недостижимо при использовании обычных центробежных вибровозбудителей.1. The efficiency of the rotor-pendulum pathogen is higher than analogues by 25%. The higher the efficiency, the lower the energy consumption. The required oscillation amplitude is achieved with a minimum static moment, which creates minimal load on the bearing assemblies of the drive shaft. As a result of this, the durability of bearings increases, their reliability and the energy consumption for overcoming friction is reduced. In addition, the operating resonant mode of operation of the VIM is characterized by high stability, which is unattainable when using conventional centrifugal vibration exciters.

2. Двигатель параметрического привода измельчительной машины, в отличие от кинематического или центробежного, в момент пуска преодолевает только момент сил трения в подшипниках, разгоняясь практически в режиме холостого хода, поэтому нет необходимости учитывать пусковые моменты двигателя, заботится о возможных перегрузках двигателя. Такое обстоятельство позволяет снизить установочную мощность двигателя параметрического вибропривода ВИМ более чем в два раза по сравнению с преобладающими на сегодняшний день центробежными (дебалансными) виброприводами. 2. The engine of the parametric drive of the grinding machine, unlike the kinematic or centrifugal, at the time of start-up overcomes only the moment of friction in the bearings, accelerates almost in idle mode, so there is no need to take into account the starting moments of the engine, takes care of possible engine overloads. This circumstance makes it possible to reduce the installation power of the VIM parametric vibration drive motor by more than two times in comparison with the centrifugal (unbalanced) vibration drives that prevail today.

3. Высокая интенсивность процесса измельчения материалов. Возможность возбуждения больших амплитуд колебаний при низких частотах позволяет получить большие разрушающие воздействия на обрабатываемый материал. Вследствие этого сокращается его время нахождения в помольной камере, что способствует повышению чистоты готового продукта и повышению производительности машины.3. High intensity of the process of grinding materials. The possibility of exciting large amplitudes of vibrations at low frequencies allows to obtain large destructive effects on the processed material. As a result, its residence time in the grinding chamber is reduced, which helps to increase the purity of the finished product and increase the productivity of the machine.

4. Наличие стержневой изотропной упругой подвески позволяет исключить влияние паразитных колебаний и получить необходимую форму колебаний рабочего органа машины. Это способствует повышению уровня энергосбережения и эффективности тонкого измельчения благодаря реализации совмещенных режимов - удара и истирания. 4. The presence of a rod isotropic elastic suspension allows to exclude the influence of spurious oscillations and to obtain the necessary form of vibrations of the working body of the machine. This helps to increase the level of energy saving and the efficiency of fine grinding due to the implementation of combined modes - impact and abrasion.

5. Удобство эксплуатации и обслуживания. Колебания рабочего органа возбуждаются только в резонансной области, вблизи его собственной частоты. Для того чтобы прекратить процесс измельчения, достаточно вывести машину из области параметрического резонанса увеличив или уменьшив скорость вращения диска роторно-маятникового возбудителя, а не выключать двигатель. В нерезонансной зоне параметрический привод не совершает колебаний, в то время как двигатель привода работает.5. Convenience of operation and maintenance. Oscillations of the working body are excited only in the resonance region, near its natural frequency. In order to stop the grinding process, it is enough to remove the machine from the region of parametric resonance by increasing or decreasing the speed of rotation of the disk of the rotor-pendulum exciter, and not turn off the engine. In the non-resonant zone, the parametric drive does not oscillate, while the drive motor is running.

6. Отсутствие автоматических средств контроля резонансной частоты колебаний, средств редукторизации частоты колебаний рабочего органа, а также средств остановки двигателя. Это положительно сказывается на надежности, эффективности и стоимости машины.6. The lack of automatic means for monitoring the resonant frequency of oscillations, means for reducing the frequency of oscillations of the working body, as well as means for stopping the engine. This has a positive effect on the reliability, efficiency and cost of the machine.

Анализ показывает, что предлагаемое изобретение удовлетворяет предъявляемым к нему трем основным критериям - «новизна», «промышленная применимость» и «изобретательский уровень». The analysis shows that the proposed invention satisfies the three main criteria presented to it - “novelty”, “industrial applicability” and “inventive step”.

Claims (1)

Вибрационная измельчительная машина, содержащая рабочий орган, в котором установлена пара цилиндрических помольных камер с мелющими телами сферической формы, отличающаяся тем, что устройством для возбуждения и поддержания устойчивых рабочих резонансных режимов колебаний рабочего органа по круговой траектории является параметрический резонансный роторно-маятниковый возбудитель, а изотропная упругая подвеска рабочего органа выполнена из цилиндрических стержней пружинно-рессорной стали, при этом необходимая форма колебаний рабочего органа достигается изотропной упругой подвеской, резонансная настройка которой определяется из соотношения комбинационного параметрического резонанса ω=λ12, где ω - частота параметрического возбуждения (частота вращения роторно-маятникового возбудителя), λ1=νω - парциальная собственная частота качаний маятников, ν - безразмерный параметр, определяющий собственную частоту качаний маятников во вращающейся системе координат (0<ν<1), λ 2 = λ 2 x = λ 2 y = C / M 0
Figure 00000001
- парциальная собственная частота рабочего органа, соответствующая круговой форме колебаний, C=Cx=Cy - жесткость изотропной стержневой упругой подвески, M0 - масса рабочего органа машины.
A vibration grinding machine containing a working body, in which a pair of cylindrical grinding chambers with grinding bodies of a spherical shape is installed, characterized in that the device for exciting and maintaining stable working resonant modes of working body vibrations along a circular path is a parametric resonant rotor-pendulum exciter, and isotropic the elastic suspension of the working body is made of cylindrical rods of spring-spring steel, while the necessary form of oscillations of the working of the body is achieved isotropic elastic suspension, the resonance tuning is determined from the ratio of the combination of parametric resonance ω = λ 1 + λ 2, where ω - frequency parametric excitation (speed rotary pendulum pathogen), λ 1 = νω - partial natural frequency of the pendulum swing, ν is a dimensionless parameter that determines the natural frequency of the swing of the pendulums in a rotating coordinate system (0 <ν <1), λ 2 = λ 2 x = λ 2 y = C / M 0
Figure 00000001
is the partial eigenfrequency of the working body corresponding to the circular form of vibration, C = C x = C y is the stiffness of the isotropic rod elastic suspension, M 0 is the mass of the working body of the machine.
RU2015130290/13A 2015-07-23 2015-07-23 Vibration grinder RU2604005C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015130290/13A RU2604005C1 (en) 2015-07-23 2015-07-23 Vibration grinder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015130290/13A RU2604005C1 (en) 2015-07-23 2015-07-23 Vibration grinder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2604005C1 true RU2604005C1 (en) 2016-12-10

Family

ID=57776825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015130290/13A RU2604005C1 (en) 2015-07-23 2015-07-23 Vibration grinder

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2604005C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644887C1 (en) * 2017-01-26 2018-02-14 Олег Савельевич Кочетов Vibration mill
WO2021074200A1 (en) * 2019-10-16 2021-04-22 Bertin Technologies Device for making waste safe

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2228221C2 (en) * 2002-03-11 2004-05-10 Открытое акционерное общество "Механобр-Техника" Vibratory jaw crusher
RU2302904C1 (en) * 2006-02-07 2007-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" Vibration mill
UA35261U (en) * 2008-04-07 2008-09-10 Кировоградский Национальный Технический Университет Auto-balancing device for equilibration of rotors with inclined axis of rotation
RU2532235C2 (en) * 2012-07-11 2014-10-27 Василий Иванович Антипов Vibration transporting machine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2228221C2 (en) * 2002-03-11 2004-05-10 Открытое акционерное общество "Механобр-Техника" Vibratory jaw crusher
RU2302904C1 (en) * 2006-02-07 2007-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" Vibration mill
UA35261U (en) * 2008-04-07 2008-09-10 Кировоградский Национальный Технический Университет Auto-balancing device for equilibration of rotors with inclined axis of rotation
RU2532235C2 (en) * 2012-07-11 2014-10-27 Василий Иванович Антипов Vibration transporting machine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644887C1 (en) * 2017-01-26 2018-02-14 Олег Савельевич Кочетов Vibration mill
WO2021074200A1 (en) * 2019-10-16 2021-04-22 Bertin Technologies Device for making waste safe
FR3102074A1 (en) * 2019-10-16 2021-04-23 Bertin Technologies Device for the trivialization of waste

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2292943C1 (en) Turbo-mixer with the electromechanical vibration exciter
US3053379A (en) Material handling vibrating machine
RU2399486C1 (en) Device for concrete mix mixing
RU2297274C1 (en) Rotary mixer with mechanical vibration exciter
RU179996U1 (en) Vibration Resonance Roller Mill
RU2501608C2 (en) Vibratory mill
RU2532235C2 (en) Vibration transporting machine
RU2604005C1 (en) Vibration grinder
RU2576449C1 (en) Cone slugged crusher with advanced balancer
US2958228A (en) Resonant vibration exciter
US4424718A (en) Air actuated rotary vibrator with resilient shock mount to provide linear movement
RU2441714C1 (en) Mode of excitation of resonant mechanical oscillations
RU180678U1 (en) Two-mass resonant vibrating screen
Bukin et al. Excitation of polyharmonic vibrations in single-body vibration machine with inertia drive and elastic clutch
US2702633A (en) Vibrating trommel screen
RU2410167C1 (en) Procedure for excitation of resonance mechanical oscillations and device for its implementation (versions)
RU2790957C1 (en) Rotary-pendulum inertial element
US3650482A (en) Material-treatment machines
RU2486017C1 (en) Method of exciting resonant mechanical vibrations and device to this end
RU2292241C2 (en) Conical vibratory crusher with intersecting axes of vibration exciters
US3659464A (en) Mechanical vibrator
RU2492931C1 (en) Vibrating jaw crusher
Kuzio et al. Modelling the process of dressing the laps of vibratory finishing machine
RU2686518C1 (en) Vibrations generating method
RU2669163C2 (en) Method of excitation of vibrations and device therefor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170724