RU44581U1

RU44581U1 - INSTALLATION FOR DISINTEGRATION OF MATERIALS

Info

Publication number: RU44581U1
Application number: RU2004134683/22U
Authority: RU
Inventors: Александрас Чепулис
Original assignee: Губанова Галина Игоревна; Александрас Чепулис
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2005-03-27

Abstract

Полезная модель относится к средствам для обработки, в частности, дезинтеграции различных материалов и может быть использована для дезинтеграции изношенных автомобильных и авиационных шин при их утилизации. Валки 6 системы предварительной подготовки материала подают подлежащий дезинтеграции материал 7, например, изношенную автомобильную шину, в фильеру 5, окно 8 которой имеет переменное сечение. Происходит сжатие шины, в результате чего повышается ее жесткость и шина подается на обрабатывающий инструмент 1. Скорость вращения, обрабатывающего инструмента 2, а также количеством режущих кромок обрабатывающего инструмента 1, выбирают из условия создания в зоне обработки колебаний ультразвуковой частоты. Ультразвуковые колебания, воздействуя на обрабатываемый материал 7 в зоне обработки, существенно снижают энергетические затраты на обработку за счет повышения температуры стеклования эластомеров, а также за счет энерговыделения на границах и дефектах структуры обрабатываемого материала, который разрушается по границам надмолекулярных структур, в результате чего продукт дезинтеграции представляет собой крошку с размером не более 2 мкм. Продукты дезинтеграции (горячая крошка с частицами металлического корда шины) отводятся вентилятором 9 к охладителю 10, где остывают ниже точки Кюри, а затем поступают на магнитный сепаратор 11 ударного действия, где происходит сепарация металлических включений. При обработке эластомеров, например, изношенных автомобильных шин с металлическим кордом, достигаются высокая дисперсность и однородность готовых продуктов (резиновая и металлическая крошка), которые представляют собой ценное сырье для различных технологических процессов. При определенных скоростях обработки возможно получение аллотропных соединений углерода, например, фуллеренов.The utility model relates to means for processing, in particular, the disintegration of various materials and can be used to disintegrate worn automobile and aircraft tires during their disposal. The rollers 6 of the material pretreatment system supply the material 7 to be disintegrated, for example, a worn automobile tire, into the die 5, the window 8 of which has a variable section. The tire is compressed, as a result of which its stiffness is increased and the tire is fed to the processing tool 1. The rotation speed of the processing tool 2, as well as the number of cutting edges of the processing tool 1, is selected from the conditions for creating ultrasonic frequency vibrations in the processing zone. Ultrasonic vibrations, acting on the processed material 7 in the processing zone, significantly reduce the energy costs of processing due to an increase in the glass transition temperature of elastomers, as well as due to energy release at the boundaries and structural defects of the processed material, which is destroyed along the boundaries of supramolecular structures, as a result of which the product of disintegration represents a crumb with a size no more than 2 microns. Disintegration products (hot crumb with particles of the metal cord of the tire) are discharged by the fan 9 to the cooler 10, where they cool below the Curie point, and then they are fed to the magnetic separator 11 of the shock action, where metal inclusions are separated. When processing elastomers, for example, worn-out tires with metal cord, high dispersion and uniformity of finished products (rubber and metal crumb) are achieved, which are valuable raw materials for various technological processes. At certain processing speeds, it is possible to obtain allotropic carbon compounds, for example, fullerenes.

Description

Полезная модель относится к средствам для обработки, в частности, дезинтеграции различных материалов и может быть использована для дезинтеграции изношенных автомобильных и авиационных шин при их утилизации.The utility model relates to means for processing, in particular, the disintegration of various materials and can be used to disintegrate worn automobile and aircraft tires during their disposal.

Для оценки новизны заявленного технического решения рассмотрим ряд известных из уровня техники решений аналогичного назначения.To assess the novelty of the claimed technical solution, we consider a number of solutions known from the prior art for similar purposes.

Известно устройство для измельчения резиновых отходов, содержащее камеру давления с отверстиями для ожижения и размещенный в камере с возможностью перемещения в осевом направлении поршень, в котором с целью снижения расхода энергии на измельчение отходов и необходимого давления отверстия выполнены в поперечном направлении к оси корпуса, см. патент РФ №1122211, В 29 Н 19/00.A device for grinding rubber waste containing a pressure chamber with holes for liquefaction and placed in the chamber with the possibility of moving in the axial direction of the piston, in which to reduce energy consumption for grinding waste and the necessary pressure, the holes are made in the transverse direction to the axis of the housing, see RF patent No. 1122211, 29 N 19/00.

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, обуславливающая низкую надежность, низкую эффективность и высокую стоимость переработки резиновых отходов.The disadvantages of this device are the design complexity, which leads to low reliability, low efficiency and high cost of processing rubber waste.

Известно устройство для обработки и переработки материалов, содержащее корпус с патрубками для ввода исходного материала и вывода готовой продукции, внутри которого на валу установлен обрабатывающий инструмент, соединенный с приводом, и поверхность обрабатывающего инструмента образована совокупностью режущих кромок, см. а.с. СССР №1066643.A device for processing and processing materials is known, comprising a housing with nozzles for inputting raw material and outputting finished products, inside of which a processing tool connected to a drive is mounted on the shaft, and the surface of the processing tool is formed by a set of cutting edges, see.with. USSR No. 1066643.

Известно устройство для обработки и переработки материалов, содержащее корпус с патрубками для ввода исходного материала и вывода готовой продукции, внутри которого на валу установлен обрабатывающий инструмент, соединенный с приводом, и поверхность обрабатывающего инструмента образована совокупностью режущих кромок, отличается тем, что между смежными режущими кромками выполнены заглубленные в корпусе обрабатывающего инструмента каналы, полости которых посредством фигурных каналов сообщены с источником среды под давлением, а угол атаки режущих кромок выбран в пределах 85-95°, мощность привода составляет от 100 до 300 кВт и скорость вращения инструмента выбрана 3000-12000 об/мин, а также тем, что обрабатывающий A device for processing and processing materials is known, comprising a housing with nozzles for inputting raw material and outputting finished products, inside of which a processing tool connected to a drive is mounted on the shaft, and the surface of the processing tool is formed by a set of cutting edges, characterized in that between adjacent cutting edges channels are made buried in the body of the processing tool, the cavities of which are connected with the medium source under pressure by means of shaped channels, and the angle a the cutting edges are selected within the range of 85-95 °, the drive power is from 100 to 300 kW and the tool rotation speed is selected at 3000-12000 rpm, as well as the fact that the machining

инструмент выполнен в виде набора стянутых шпильками дисков, на периферии каждого из которых выполнены режущие кромки, а на боковых поверхностях выемки, образующие фигурные каналы для подачи среды под давлением, см. патент РФ №2162410.the tool is made in the form of a set of discs tightened by studs, on the periphery of each of which cutting edges are made, and on the side surfaces of the recess, forming curly channels for supplying a medium under pressure, see RF patent No. 2162410.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату известное техническое решение выбрано за прототип заявляемой полезной модели.According to the greatest number of similar features and the result achieved using the known technical solution is selected for the prototype of the claimed utility model.

В прототипе реализуют дезинтеграцию эластомеров в условиях высокой частоты и скорости обработки. При этом создают условия, обеспечивающие при воздействии режущего инструмента разрушение эластомеров и повышение чистоты поверхности при обработке металлов. В результате достигается эффективное получение мелкодисперсного готового продукта из отходных эластичных материалов, а при обработке древесины или металлов - поверхности высокого качества, а также мелкодисперсных частиц, которые сами являются сырьем, например, для порошковой металлургии.The prototype implements the disintegration of elastomers in conditions of high frequency and processing speed. At the same time, conditions are created that ensure, when exposed to a cutting tool, the destruction of elastomers and an increase in surface cleanliness during metal processing. As a result, effective obtaining of finely dispersed finished product from waste elastic materials is achieved, and in the processing of wood or metals - high-quality surfaces, as well as finely dispersed particles, which themselves are raw materials, for example, for powder metallurgy.

В тоже время в прототипе отсутствует возможность работы по дезинтеграции на резонансных частотах обрабатываемого массива, что приводит к неоправданным затратам энергии, снижает эффективность получения в качестве выходного продукта аллотропных соединений углерода, например, фуллеренов, а также отсутствуют средства для изменения скорости вращения обрабатывающего инструмента с целью обеспечения соответствия ультразвуковой частоты воздействия обрабатывающего инструмента на массив обрабатываемого материала резонансной частоте этого массива.At the same time, the prototype lacks the ability to work on disintegration at the resonant frequencies of the processed array, which leads to unjustified energy costs, reduces the efficiency of obtaining allotropic carbon compounds, for example, fullerenes, as well as means for changing the rotation speed of the processing tool with the aim of ensuring the correspondence of the ultrasonic frequency of the impact of the processing tool on the array of the processed material to the resonant frequency array.

Полезная модель решает задачу создания высокопроизводительной промышленной установки для дезинтеграции, различных материалов, в особенности эластомеров.The utility model solves the problem of creating a high-performance industrial installation for disintegration of various materials, especially elastomers.

Сущность полезной модели, как технического решения, выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.The essence of the utility model, as a technical solution, is expressed in the following set of essential features, sufficient to achieve the above technical result.

Установка для дезинтеграции материалов, включающая соединенный с приводом обрабатывающий инструмент ударного действия с совокупностью рабочих частей, характеризуется тем, что она снабжена системой предварительной подготовки обрабатываемого материала, выполненной в виде фильеры, установленной на неподвижной опоре, и системой принудительной подачи обрабатываемого материала в виде совокупности вращающихся валков, The installation for the disintegration of materials, including a percussion processing tool connected to a drive with a set of working parts, is characterized in that it is equipped with a preliminary preparation system for the material to be processed, made in the form of a die mounted on a fixed support, and a system for forcing the processed material in the form of a set of rotating rolls

подающих обрабатываемый материал на фильеру, выходное отверстие которой расположено с минимальным зазором относительно обрабатывающего инструмента, воздействие которого на обрабатываемый материал организовано в виде ударно-волнового воздействия с высокой, в т.ч. ультразвуковой, частотой, при этом неподвижная опора выполнена в виде столика, форма и профиль которого выбрана из условия организации его боковыми гранями волн разгрузки, кроме того установка снабжена регулятором скорости вращения обрабатываемого инструмента, вентиляторной системой охлаждения рабочей зоны и обрабатывающего инструмента, а также системой отвода и сепарации продуктов дезинтеграции, включающей вентилятор, охладитель и магнитный сепаратор.feeding the processed material to the die, the outlet of which is located with a minimum clearance relative to the processing tool, the impact of which on the processed material is organized in the form of a shock-wave action with high, incl. ultrasonic, with frequency, while the fixed support is made in the form of a table, the shape and profile of which is selected from the condition of its organization by the lateral faces of the unloading waves, in addition, the installation is equipped with a speed controller of the processed tool, a fan cooling system for the working area and the processing tool, as well as a tap and the separation of disintegration products including a fan, cooler and magnetic separator.

В этом заключается совокупность существенных признаков полезной модели, обеспечивающая получение указанного выше технического результата.This is the set of essential features of a utility model that provides the above technical result.

За счет реализации отличительных признаков полезной модели достигаются важные новые свойства объекта, заключающиеся в повышении эффективности обработки, а также в повышении однородности готового продукта за счет вышеописанного сочетания факторов, параметров и условий обработки.Due to the implementation of the distinguishing features of the utility model, important new properties of the object are achieved, consisting in increasing the processing efficiency, as well as in increasing the homogeneity of the finished product due to the above combination of factors, parameters and processing conditions.

Заявленная совокупность существенных признаков полезной модели является новой, так как в уровне техники отсутствуют известные технические решения, характеризующихся аналогичной совокупностью признаков.The claimed combination of essential features of the utility model is new, since there are no known technical solutions in the prior art characterized by a similar combination of features.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен вид сверху заявленной установки, на фиг.2 - то же, но вид сбоку, на фиг.3 - разрез по фильере системы предварительной обработки материала.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, in which Fig. 1 is a top view of the claimed installation, in Fig. 2 is the same, but a side view, in Fig. 3 is a section through a die of a material pretreatment system.

Установка для дезинтеграции материалов включает обрабатывающий инструмент 1 ударно-волнового действия с совокупностью рабочих частей, соединенный с приводом 2, снабженным регулятором скорости вращения (на чертежах не показан). Средства для охлаждения обрабатывающего инструмента выполнены в виде совокупности вентиляторов 3 и вентилятора 4 для отвода воздуха из зоны обработки. Система предварительной подготовки обрабатываемого материала, выполнена в виде фильеры 5, установленной на неподвижном столике и системы принудительной подачи обрабатываемого материала, выполненной в виде совокупности вращающихся валков 6, подающих обрабатываемый материал 7 (изношенную автомобильную шину с металлическим кордом) на фильеру 5, выходное окно 8 которой расположено с зазором порядка 10 мк относительно обрабатывающего инструмента 1. Установка также снабжена Installation for the disintegration of materials includes a processing tool 1 shock-wave action with a set of working parts connected to a drive 2 equipped with a speed controller (not shown). Means for cooling the processing tool are made in the form of a combination of fans 3 and fan 4 for venting air from the treatment zone. The system of preliminary preparation of the processed material, made in the form of a die 5 mounted on a fixed table and a forced feed system of the processed material, made in the form of a set of rotating rolls 6, feeding the processed material 7 (worn automobile tire with metal cord) to the die 5, the exit window 8 which is located with a gap of the order of 10 microns relative to the processing tool 1. The installation is also equipped

системой отвода и сепарации продуктов дезинтеграции, включающей вентилятор 9, охладитель 10 и магнитный сепаратор 11.a system for the removal and separation of disintegration products, including a fan 9, a cooler 10 and a magnetic separator 11.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Валки 6 системы предварительной подготовки материала подают подлежащий дезинтеграции материал 7, например, изношенную автомобильную шину, в фильеру 5, окно 8 которой имеет переменное сечение. Происходит сжатие шины, в результате чего повышается ее жесткость и шина подается на обрабатывающий инструмент 1 через зазор, величину которого выбирают исходя из условий обеспечения возможности развития в обрабатываемом материале необходимой эластичной деформации. Форма столика фильеры 5 имеет регулярный пилообразный профиль, который выбирается расчетным путем и должен боковыми гранями организовывать волны разгрузки, а угол между ними определяет мощность кумулятивной струи. При деформации эластомера на плоскости рабочего столика необходимо обеспечить полноценную реакцию опоры (волны разгрузки), а также избежать затаривания эластомера под столик без его дезинтеграции. Это достигается выбором расстояния между обрабатывающим инструментом 1 и столиком фильеры 5 не менее 10 мкм, а также выбором угла подъема столика, который выбирают равным 0,8 угла трения между эластомером резиной и материала столика.The rollers 6 of the material pretreatment system supply the material 7 to be disintegrated, for example, a worn automobile tire, into the die 5, the window 8 of which has a variable section. The tire is compressed, as a result of which its stiffness is increased and the tire is fed to the processing tool 1 through a gap, the value of which is selected based on the conditions for ensuring the necessary elastic deformation in the processed material. The shape of the table of the die 5 has a regular sawtooth profile, which is selected by calculation and should organize unloading waves with the side faces, and the angle between them determines the power of the cumulative jet. When the elastomer is deformed on the plane of the working table, it is necessary to ensure a full support reaction (unloading waves), as well as to avoid packing the elastomer under the table without its disintegration. This is achieved by choosing the distance between the processing tool 1 and the die table 5 of at least 10 μm, as well as by choosing the elevation angle of the table, which is chosen equal to 0.8 the angle of friction between the rubber elastomer and the table material.

Поверхность обрабатывающего инструмента 1 снабжена достаточным количеством режущих кромок. Угол атаки режущих кромок выбран в пределах 85-95°. Мощность привода 2 составляет 100-300 кВт, скорость вращения инструмента 1 составляет 3000-12000 об/мин. Скорость вращения, обрабатывающего инструмента 2, а также количеством режущих кромок обрабатывающего инструмента 1, выбирают из условия создания в зоне обработки колебаний ультразвуковой частоты. Большое количество режущих кромок на обрабатывающем инструменте 1 увеличивает количество единичных ударных воздействий обрабатывающего инструмента на обрабатываемый материал 7. Воздействие инструмента на обрабатываемый материал организовано в виде ударно-волнового воздействия с высокой, в т.ч. ультразвуковой, частотой. Ультразвуковые колебания, воздействуя на обрабатываемый материал 7 в зоне обработки, существенно снижают энергетические затраты на обработку за счет повышения температуры стеклования эластомеров, а также за счет энерговыделения на границах и дефектах структуры обрабатываемого материала, который разрушается по The surface of the processing tool 1 is provided with a sufficient number of cutting edges. The angle of attack of the cutting edges is selected in the range of 85-95 °. The power of the drive 2 is 100-300 kW, the rotation speed of the tool 1 is 3000-12000 rpm The speed of rotation of the processing tool 2, as well as the number of cutting edges of the processing tool 1, is selected from the conditions for creating ultrasonic frequency oscillations in the processing zone. A large number of cutting edges on the processing tool 1 increases the number of single impacts of the processing tool on the processed material 7. The impact of the tool on the processed material is organized in the form of a high-impact shock wave, incl. ultrasonic, frequency. Ultrasonic vibrations, acting on the processed material 7 in the processing zone, significantly reduce the energy costs of processing due to an increase in the glass transition temperature of elastomers, as well as due to energy release at the boundaries and structural defects of the processed material, which is destroyed by

границам надмолекулярных структур, в результате чего продукт дезинтеграции представляет собой крошку с размером не более 2 мк. С помощью регулятора скорости вращения обрабатывающего инструмента 1 можно добиться соответствия ультразвуковой частоты воздействия обрабатывающего инструмента 1 на обрабатываемый массив резонансной частоте этого массива, что повышает эффективность работы. Посредством выбора диапазона скоростей обработки можно получать желаемый вид конечных продуктов диспергации.the boundaries of supramolecular structures, as a result of which the disintegration product is a crumb with a size of not more than 2 microns. Using the speed controller of the processing tool 1, it is possible to match the ultrasonic frequency of the impact of the processing tool 1 on the processed array with the resonant frequency of this array, which increases the efficiency. By selecting a range of processing speeds, the desired form of the final dispersion products can be obtained.

Охлаждение рабочей зоны и обрабатывающего инструмента 1 производится за счет вентиляторного эффекта, создаваемого самим обрабатывающим инструментом 1, а также с помощью совокупности вентиляторов 3 и вентилятора 4 для отвода воздуха из зоны обработки.The cooling of the working area and the processing tool 1 is carried out due to the fan effect created by the processing tool 1 itself, as well as using a combination of fans 3 and fan 4 for venting air from the treatment zone.

Продукты дезинтеграции (горячая крошка с частицами металлического корда шины) отводятся вентилятором 9 к охладителю10, где остывают ниже точки Кюри, а затем поступают на магнитный сепаратор 11 ударного действия, где происходит сепарация металлических включений. Система отвода и сепарации продуктов дезинтеграции исключает образование застойных зон, где возможно возгорание горячей крошки. Кроме того, предусмотрены средства для снятия с элементов установки электростатических зарядов. В дальнейшем резиновая крошка отделяется от дымового потока, который очищается и используется в замкнутом цикле для охлаждения и транспорта потока.Disintegration products (hot crumb with particles of the metal cord of the tire) are discharged by the fan 9 to the cooler 10, where they cool below the Curie point, and then enter the magnetic separator 11 of the shock action, where metal inclusions are separated. The system of removal and separation of disintegration products eliminates the formation of stagnant zones where the ignition of hot chips is possible. In addition, means are provided for removing electrostatic charges from the installation elements. Subsequently, the rubber crumb is separated from the smoke stream, which is cleaned and used in a closed cycle for cooling and transporting the stream.

Использование заявленной полезной модели по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает существенное повышение эффективности обработки материалов, в том числе эластомеров и многокомпонентных материалов, включающих металлы. При обработке эластомеров, например, изношенных автомобильных шин с металлическим кордом достигаются высокая дисперсность и однородность готовых продуктов (резиновая и металлическая крошка), которые представляют собой ценное сырье для различных технологических процессов. При определенных скоростях обработки возможно получение аллотропных соединений углерода, например, фуллеренов. При обработке древесины возможно значительное увеличение скорости вращения инструмента без прижигания древесины, при этом увеличивается производительность, качество обрабатываемой поверхности, обеспечивается получение дисперсных частиц вместо традиционной стружки.The use of the claimed utility model in comparison with all known means of a similar purpose provides a significant increase in the efficiency of processing materials, including elastomers and multicomponent materials, including metals. When processing elastomers, for example, worn-out tires with metal cord, high fineness and uniformity of finished products (rubber and metal crumb) are achieved, which are valuable raw materials for various technological processes. At certain processing speeds, it is possible to obtain allotropic carbon compounds, for example, fullerenes. When processing wood, it is possible to significantly increase the speed of rotation of the tool without cauterizing wood, while increasing productivity, quality of the treated surface, and obtaining dispersed particles instead of traditional chips.

Claims

Installation for the disintegration of materials, including a percussion processing tool connected to a drive with a set of working parts, characterized in that it is equipped with a preliminary preparation system for the material to be processed, made in the form of a die mounted on a fixed support, and a system for forcing the processed material in the form of a set of rotating rolls feeding the processed material to the die, the outlet of which is located with a minimum clearance relative to the sample abutting tool, the impact of which on the processed material is organized in the form of a shock-wave action with a high, incl. ultrasonic, with frequency, while the fixed support is made in the form of a table, the shape and profile of which is selected from the condition of its organization by the lateral faces of the unloading waves, in addition, the installation is equipped with a speed controller of the processed tool, a fan cooling system for the working area and the processing tool, as well as a tap and the separation of disintegration products including a fan, cooler and magnetic separator.