PL250020B1

PL250020B1 - Antyrezonansowy młyn wibracyjny

Info

Publication number: PL250020B1
Application number: PL449447A
Authority: PL
Inventors: Grzegorz Cieplok
Original assignee: Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
Priority date: 2024-08-02
Filing date: 2024-08-02
Publication date: 2026-08-03
Also published as: PL449447A1

Abstract

Antyrezonansowy młyn wibracyjny, zawiera ramę podpartą na podstawie za pomocą elementów sprężystych oraz co najmniej jedną komorę, w której znajdują się elementy mielące, przy czym komora podwieszona jest do ramy za pomocą sprężystego zawieszenia, zaś rama wyposażona jest w dwa wibracyjne elementy napędowe, które stanowią przeciwbieżne, współfazowe wibratory inercyjne wraz z układem synchronizacji, usytuowane po obu stronach komory, charakteryzuje się tym, że układ komory (1) z ramą (3) napędową tworzą tłumik dynamiczny dla kątowego kierunku drgań, tj. w płaszczyźnie xy oraz dla kierunku poziomego x, tj. prostopadłego do osi wzdłużnej 1c komory (1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest antyrezonansowy młyn wibracyjny, mający zastosowanie zwłaszcza do rozdrabniania surowców mineralnych, szczególnie w przeróbce rud metali, surowców chemicznych i skalnych.

Znane są młyny wibracyjne, zawierające co najmniej jedną komorę, posadowioną na sprężystym zawieszeniu, w których do komory zamocowany jest pojedynczy elektrowibrator, który wymusza jej drgania kołowe lub eliptyczne. Tego typu rozwiązania ujawnione zostały m.in. w niemieckim opisie patentowym DE4335797C2 oraz w rosyjskim opisie patentowym RU2229340C2.

Z amerykańskiego opisu patentowego US7681818 B2 znany jest młyn, którego komora jest posadowiona na wzbudzanej do drgań dodatkowej masie, połączonej z podłożem za pomocą dodatkowego zawieszenia sprężystego. Układ taki redukuje siłę przekazywaną na podłoże, ze względu na to, że układ komora-rama tworzy eliminator dynamiczny na podporze ze wzbudzeniem, bez redukcji sił na drugiej bocznej podporze komory.

Konstrukcja młyna antyrezonansowego ujawniona w publikacji autorstwa P. Piekaja i G. Cieploka, pt. Movement properties of antiresonance vibration mili with symmetrical construction” (Vibrations in Physical Systems 2020, 31,2020302), zawiera ramę, podpartą na podłożu za pomocą elementów sprężystych oraz komorę, w której znajdują się elementy mielące. Komora podwieszona jest na ramie również za pomocą elementów sprężystych. Na ramie, usytuowane są dwa wibracyjne elementy napędowe które stanowią współbieżne, współfazowe wibratory inercyjne wraz z układem zasilania. Wibratory usytuowane po obu stronach komory, a ich siły wypadkowe działają w płaszczyźnie prostopadłej do osi wzdłużnej komory. Układ rama napędowa - komora tworzy tłumik dynamiczny działający w dwóch prostopadłych kierunkach, dzięki czemu uzyskuje się kołową trajektorię ruchu komory. Podobna konstrukcja młyna opisana została również w publikacji autorstwa P. Piekaja i G. Cieploka, pt. Experimental tests of the antiresonance vibratory mili of a sectional movement trajectory”, (Open Engineering 2021; 11:1180-1184, publ. De Gruyter), gdzie ujawniony został antyrezonansowy młyn wibracyjny o pionowej trajektorii ruchu, zawierający ramę, podpartą na podłożu na elementach sprężystych oraz komorę, w której znajdują się elementy mielące. Komora podwieszona jest na ramie również za pomocą elementów sprężystych. Na ramie, usytuowane są dwa wibracyjne elementy napędowe które stanowią przeciwbieżne, współfazowe wibratory inercyjne wraz z układem zasilania. Wibratory usytuowane po obu stronach komory, a ich siły wypadkowe działają w płaszczyźnie prostopadłej do osi wzdłużnej komory, przy czym synchronizacja wibratorów przebiega w sposób samoczynny. Układ rama napędowa - komora tworzy tłumik dynamiczny działający w osi pionowej młyna.

Celem wynalazku jest opracowanie wielkogabarytowego młyna wibracyjnego o zmniejszonym zapotrzebowaniu na energię, przy wyeliminowaniu zmiennych w czasie sił oddziaływania na podłoże, a co za tym idzie - na otoczenie, a także poprawa efektywności mielenia dzięki uzyskaniu lemniskatowej trajektorii drgań komory.

Istota antyrezonansowego młyna wibracyjnego, zawierającego ramę napędową, podpartą na podstawie za pomocą elementów sprężystych oraz co najmniej jedną komorę, w której znajdują się elementy mielące, przy czym komora podwieszona jest do ramy napędowej za pomocą sprężystego zawieszenia, zaś rama wyposażona jest w dwa wibracyjne elementy napędowe, które stanowią przeciwbieżne, współfazowe wibratory inercyjne wraz z układem synchronizacji, usytuowane po obu stronach komory tak, że ich siły wypadkowe działają w płaszczyźnie, prostopadłej do osi wzdłużnej komory i przechodzącej przez środek ciężkości komory, polega na tym, że układ komory i ramy napędowej stanowi tłumik dynamiczny dla kątowego kierunku drgań w płaszczyźnie xy, prostopadłej do osi wzdłużnej komory oraz dla kierunku poziomego x, prostopadłego do osi wzdłużnej 1_c komory, co wyrażone jest ω = &=d &

wzorem: N yj/ck, _w którym ω jest częstością pracy zsynchronizowanych wibratorów, k_x jest sumarycznym współczynnikiem sprężystości zawieszenia komory młyna na kierunku poziomym, prostopadłym do osi wzdłużnej 1 c komory, zaś k_y to sumaryczny współczynnik sprężystości zawieszenia komory młyna na kierunku pionowym, natomiast mkjest masą zastępczą komory 1, która uwzględnia masę mielników i nadawy, d jest odległością pomiędzy osią wzdłużną 1c a zawieszeniem komory, z kolei Jck jest momentem bezwładności komory młyna względem osi wzdłużnej 1c komory z uwzględnieniem masy mielników i nadawy. Korzystnym jest, gdy układ synchronizacji wibratorów inercyjnych stanowi sprzężenie elektryczne poprzez elektroniczny układ sterowania. Również korzystnym jest, gdy

PL 250020 Β1 układ synchronizacji wibratorów inercyjnych stanowi sprzężenie mechaniczne z układem zmiany kierunku obrotów. Ponadto korzystnym jest, gdy sprężyste zawieszenie komory stanowi układ sprężyn śrubowych lub układ elementów zawieszenia kierunkowego, wykonanych z metalu lub z elastomeru. Także korzystnym jest, gdy sprężyste zawieszenie ramy stanowi układ sprężyn śrubowych lub układ elementów zawieszenia kierunkowego, wykonanych z metalu lub z elastomeru. Korzystnym jest, gdy że środek ciężkości komory pokrywa się ze środkiem ciężkości ramy napędowej.

Przedmiot wynalazku, w przykładach wykonania, jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w widoku perspektywicznym młyn z układem synchronizacji wibratorów inercyjnych za pomocą układu sterującego, fig. 2 - z układem synchronizacji wibratorów inercyjnych za pomocą sprzężenia mechanicznego, z kolei fig. 3 przedstawia wykresy przykładowych charakterystyk amplitudowoczęstotliwościowych młyna, zaś fig. 4 przedstawia trajektorie ruchu wybranych trzech punktów komory młyna.

Komora 1 młyna (fig. 1) za pośrednictwem sprężystego zawieszenia 2, posadowiona jest na poziomej ramie 3 napędowej. Rama 3 posiada w części centralnej wolną przestrzeń, w której usytuowana jest komora 1. Oś symetrii komory 1 jest pozioma i równoległa do płaszczyzny ramy 3 napędowej oraz do podstawy 4, którą stanowi fundament. Sprężyste zawieszenie 2 komory 1 stanowią jednakowe sprężyny śrubowe, rozmieszczone symetrycznie względem środka ciężkości Ck komory 1, po obu jej stronach. Wewnątrz komory znajdują się elementy mielące, tzw. mielniki oraz materiał mielony, tzw. nadawa. Rama 3 napędowa posadowiona jest na podstawie 4 za pomocą elementów sprężystych 5, które stanowi układ symetrycznie rozmieszczonych sprężyn śrubowych. Na ramie 3 napędowej, po obu stronach komory 1 młyna znajdują się przeciwbieżne, współfazowe wibratory 6 inercyjne wraz z silnikami napędowymi. Osie obrotu wałów wibratorów 6 są równoległe do osi 1c wzdłużnej komory 1, a ich siły wypadkowe działają w jednej płaszczyźnie drgań, prostopadłej do osi wzdłużnej komory 1c i przechodzącej przez środek ciężkości Ck komory 1. Silniki napędowe wibratorów 6 połączone są przewodami zasilającymi z układem synchronizacji, który stanowi elektroniczny układ sterowania 7, umożliwiający ich sprzężenie i przeciwbieżną pracę z tą samą prędkością - częstością kątową ω i zerową fazą przy przejściu przez położenie poziome.

Sprężyste zawieszenie 2 komory 1 spełnia warunki tłumika dynamicznego równocześnie dla kątowego kierunku drgań, tj. w płaszczyźnie xy prostopadłej do osi wzdłużnej 1c komory 1 oraz dla kierunku poziomego x, tj. prostopadłego do osi wzdłużnej 1c komory 1, gdy spełniona jest zależność:

, Iky ω - —= d — ^^mk ^ck

W powyższym równaniu ω jest częstością wymuszenia zsynchronizowanych wibratorów 6, k_x stanowi sumaryczny współczynnik sprężystości zawieszenia 2 komory 1 młyna na kierunku poziomym x, prostopadłym do osi wzdłużnej 1c komory 1, zaś k_y to sumaryczny współczynnik sprężystości zawieszenia komory młyna na kierunku pionowym y, natomiast mi< jest masą zastępczą komory 1, która uwzględnia również masę mielników i nadawy, d jest odległością pomiędzy osią 1c a zawieszeniem 2 komory 1, z kolei Jckjest momentem bezwładności komory młyna względem osi 1c z uwzględnieniem masy wsadu, tj. mielników i nadawy. Przyjmuje się, że masa wsadu jest rozmieszczona w komorze 1 symetrycznie względem osi 1c.

W kolejnym przykładzie wykonania wynalazku (fig. 2), układ synchronizacji wibratorów 6 stanowi sprzężenie mechaniczne 8, za pomocą paska klinowego uzębionego i układ zmiany kierunku obrotów 9 poprzez przekładnię zębatą o przełożeniu 1:1.

W przykładzie wykonania wynalazku analogicznym do poprzedniego, sprzężenie mechaniczne 8 stanowi łańcuch napędowy, który stanowi jednocześnie przeniesienie napędu z wału napędzanego pierwszego wibratora 6 na wał drugiego wibratora 6 poprzez układ zmiany kierunku obrotów 9. W tym przykładzie silnik napędowy drugiego wibratora 6 stanowi zapasową jednostkę awaryjną. Co oczywiste, możliwy jest także powyższy przykład wykonania wynalazku bez jednostki awaryjnej, tj. zawierający dwa wibratory 6 inercyjne, przy czym tylko jeden z nich posiada silnik napędowy. Ponadto, w niniejszym przykładzie wykonania wynalazku, środek ciężkości Ck komory 1 pokrywa się ze środkiem ciężkości ramy 3 napędowej.

PL 250020 Β1

Możliwe są przykłady wykonania wynalazku z innymi mechanicznymi układami synchronizacji wibratorów 6, które stanowią połączenie, znanych rozwiązań sprzężenia mechanicznego 8 i układów zmiany kierunku obrotów 9.

Możliwe są również przykłady wykonania, w których zamiast jednej komory 1 stosuje się większą ilość komór 1 połączonych ze sobą sztywno. W takim przypadku oś 1c stanowi oś przechodzącą przez środek ciężkości Ck układu wszystkich komór 1, Jck jest momentem bezwładności układu komór 1 młyna względem tej osi, a mk jest masą zastępczą układu komór 1 wraz z ich mielnikami i nadawą.

W innych przykładach wykonania wynalazku sprężyste zawieszenie 2 komory 1 lub sprężyste zawieszenie 5 ramy 3 może być zrealizowane przez znane elementy zawieszenia kierunkowego, wykonane z metalu lub z elastomeru, przy zachowaniu warunku, że sprężyste zawieszenie 2 komory 1 spełnia warunki tłumika dynamicznego równocześnie dla kątowego i poziomego kierunku drgań.

Przy spełnieniu warunków tłumienia dynamicznego równocześnie dla kątowego i poziomego kierunku drgań oraz przy braku tłumienia w układzie zawieszenia 2, rama 3 napędowa uzyskuje najmniejszą amplitudę drgań i jest praktycznie nieruchoma. Na wykresie (fig. 3) przedstawiono zależność amplitudy A od częstotliwości wymuszenia ω, gdzie: Wi - cienka linia ciągła, obrazuje przebieg współrzędnej x środka masy ramy 3, W2 - linia przerywana, obrazuje przebieg współrzędnej x środka masy komory 1, W3 - linia kropkowana, obrazuje przebieg współrzędnej kątowej ramy 3, zaś W4 - gruba linia ciągła, obrazuje przebieg współrzędnej kątowej komory 1. W punkcie pracy młyna, gdy ro=ro_anty drgania ramy 3 zanikają, co obrazuje przebieg krzywych W1 i W3, natomiast drgania poziome i kątowe komory 1, przedstawione krzywymi W2 i W4 tworzą trajektorię eliptyczną. Na wykresie tym zaznaczone punkty Pi i P2 obrazują kolejno: wielkość współrzędnej kątowej i współrzędnej poziomej x środka masy komory 1 w punkcie pracy. Z kolei drgania środków mas ramy 3 napędowej i komory 1 na kierunku pionowym nie występują (fig. 4). Wartości amplitud uzależnione są od parametrów sprężystego zawieszenia 2 komory 1, masy zastępczej mk i momentu bezwładności komory 1 lub zespołu komór, mas niewyważonych wibratorów 6, jak również od zależności geometrycznych układu mechanicznego, w szczególności od odległości d środka ciężkości Ck komory 1 lub zespołu komór od osi sprężyn stanowiących ich zawieszenie 2. Przy braku tłumienia w układzie zawieszenia 2 oraz przy braku rozpraszania energii wewnątrz komory 1 młyna, następuje zatrzymanie ruchu ramy 3, skutkujące brakiem obecności oddziaływań dynamicznych, wywieranych na podstawę 4 za pośrednictwem elementów sprężystych 5.

Claims

1. Antyrezonansowy młyn wibracyjny, zawierający ramę napędową, podpartą na podstawie za pomocą elementów sprężystych oraz co najmniej jedną komorę, w której znajdują się elementy mielące, przy czym komora podwieszona jest do ramy napędowej za pomocą sprężystego zawieszenia, zaś rama wyposażona jest w dwa wibracyjne elementy napędowe, które stanowią przeciwbieżne, współfazowe wibratory inercyjne wraz z układem synchronizacji, usytuowane po obu stronach komory tak, że ich siły wypadkowe działają w płaszczyźnie prostopadłej do osi wzdłużnej komory i przechodzącej przez środek ciężkości komory, znamienny tym, że układ komory (1) i ramy (3) napędowej stanowi tłumik dynamiczny dla kątowego kierunku drgań w płaszczyźnie (xy), prostopadłej do osi wzdłużnej komory oraz dla kierunku poziomego (x), prostopadłego do osi wzdłużnej (1c) komory (1), co wyrażone jest wzorem:

_ω= i^ = d &, y/mk \ Jck w którym ω jest częstością pracy zsynchronizowanych wibratorów (6), k_x jest sumarycznym współczynnikiem sprężystości zawieszenia (2) komory (1) młyna na kierunku poziomym (x), prostopadłym do osi wzdłużnej (1c) komory (1), zaś k_y to sumaryczny współczynnik sprężystości zawieszenia komory (1) młyna na kierunku pionowym (y), natomiast mk jest masą zastępczą komory (1), która uwzględnia również masę mielników i nadawy, (d) jest odległością pomiędzy osią (1c) a zawieszeniem (2) komory (1), z kolei Jckjest momentem bezwładności komory (1) młyna względem osi (1c) z uwzględnieniem masy mielników i nadawy.

2. Antyrezonansowy młyn według zastrz. 1, znamienny tym, że układ synchronizacji wibratorów (6) inercyjnych stanowi sprzężenie elektryczne poprzez elektroniczny układ sterowania (7).

PL 250020 Β1

3. Antyrezonansowy młyn według zastrz. 1, znamienny tym, że układ synchronizacji wibratorów (6) inercyjnych stanowi sprzężenie mechaniczne (8) z układem zmiany kierunku obrotów (9).

4. Antyrezonansowy młyn według zastrz. 1, znamienny tym, że sprężyste zawieszenie (2) komory (1) stanowi układ sprężyn śrubowych lub układ znanych elementów zawieszenia kierunkowego, wykonanych z metalu lub z elastomeru.

5. Antyrezonansowy młyn według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy sprężyste (5) stanowią układ sprężyn śrubowych lub układ znanych elementów zawieszenia kierunkowego, wykonanych z metalu lub z elastomeru.

6. Antyrezonansowy młyn według zastrz. 1, znamienny tym, że środek ciężkości (Ck) komory (1) pokrywa się ze środkiem ciężkości ramy (3) napędowej.