Установка для дезинтеграции материалов
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.
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.
Для оценки новизны заявленного технического решения рассмотрим ряд известных из уровня техники решений аналогичного назначения.
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.
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, обуславливающая низкую надежность, низкую эффективность и высокую стоимость переработки резиновых отходов.
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.
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
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.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату известное техническое решение выбрано за прототип заявляемой полезной модели.
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.
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.
Полезная модель решает задачу создания высокопроизводительной промышленной установки для дезинтеграции, различных материалов, в особенности эластомеров.
Сущность полезной модели, как технического решения, выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.
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,
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.
В этом заключается совокупность существенных признаков полезной модели, обеспечивающая получение указанного выше технического результата.
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.
Заявленная совокупность существенных признаков полезной модели является новой, так как в уровне техники отсутствуют известные технические решения, характеризующихся аналогичной совокупностью признаков.
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.
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
системой отвода и сепарации продуктов дезинтеграции, включающей вентилятор 9, охладитель 10 и магнитный сепаратор 11.
Установка работает следующим образом.
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.
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
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.
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.
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.
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.
Установка для дезинтеграции материалов, включающая соединенный с приводом обрабатывающий инструмент ударного действия с совокупностью рабочих частей, отличающаяся 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, 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.
