具有針對旋轉方向進行的刀具布置的碾磨滾筒的制作方法

專利名稱：具有針對旋轉方向進行的刀具布置的碾磨滾筒的制作方法
技術領域：
本發明主要涉及碾碎、碾磨和/或破碎各種材料的機器。更具體地，本 發明涉及一種碾磨機設備的滾筒上的刀具的空間布置。更具體地，本發明 涉及配置成當滾筒旋轉時橫向地移動材料橫跨滾筒的位于滾筒上的刀具 的螺旋模式。
背景技術：
例如碾磨機和破碎機的機器被用于切碎、碾磨和/破碎不同的材料。為 了本發明的用途，描述本發明的原理的代表情形將是一般的桶式碾磨機， 因為桶式碾磨機是破碎和碾磨材料的機器的示例。然而，這里所參照的桶 式碾磨機及其結構不是限制性的，因為本發明的原理可以主要應用到構造 用以將較大的材料減小成較小的材料的機器。
通常碾磨機和破碎機包括容納破碎或碾磨設備的碾磨室或破碎室。一 種通常的桶式碾磨機的碾磨設備包括錘磨機(hammermill)或錘式破碎機 (hog)、鐵砧和顯示屏，它們協同用來將較大材料減小成較小材料。通常， 桶式碾磨機包括具有桶形部分的碾磨室，其包圍錘磨機或錘式破碎機的部 分。桶形部分配置成圍繞垂直軸線旋轉，而錘磨機或錘式破碎機配置成圍 繞水平軸線旋轉。桶式碾磨機的示例在DeBoef等人的美國專利第5507441 號、Brand等人的美國專利第5950942號和Roozeboom等人的美國專利第 6840471號中示出并說明，所有這些專利目前都轉讓給維米爾制造公司。
4通常，桶式碾磨機的錘磨機或錘式破碎機包括多個例如刀具的碾磨部 件，它們安裝在圓柱形的滾筒上。碾磨部件的磨損會限制整個碾磨系統的 有效性和效率。尤其地，碾磨部件的磨損會導致錘完整性的損失、滾筒條 件失衡以及維修和保養成本提高。
碾磨和破碎技術的進步已經帶來滾筒和碾磨部件的改進。例如，
Roozeboom等人的美國專利第6840471號和De Boef等人的美國專利第 6422495號中公開一種圓柱形碾磨滾筒，其所包括的碾磨部件比現有技術 中的碾磨部件更容易更換。雖然如此，但仍然需要對于碾磨和破碎機器的 耐久性和有效性方面的進一步改進。

發明內容
本發明涉及一種滾筒，所述滾筒具有以延長碾磨部件的壽命的方式在 滾筒上布置碾磨部件。本發明還涉及一種碾磨方法，其中滾筒上的碾磨部 件的布置使得滾筒能夠將將要被減小的材料橫向地橫跨滾筒移動。本發明 還涉及一種桶式碾磨機，其具有增加其上的滾筒和刀具的有效壽命的滾筒 和刀具布置。
根據本發明的一方面，提供一種碾磨機，包括碾磨底板；桶，其位 于所述碾磨底板上方，所述桶配置成圍繞垂直軸線旋轉；和碾磨設備，其 延伸穿過所述底板，其中所述碾磨設備是圓柱形的并且配置成圍繞水平軸 線旋轉，且所述碾磨設備包括以右螺旋模式布置在碾磨設備上的刀具。
根據本發明的另一方面，提供一種碾磨設備，包括圓柱形主體部分， 其包括第一端和第二端，其中所述第一端布置并配置成與驅動軸共同操 作；和多個刀具，其布置在所述主體部分上使得當所述驅動軸沿順時針方 向旋轉時，所述多個刀具共同操作以減小材料，其中所述刀具沿右旋螺旋 模式布置在所述主體部分上。
根據本發明的還一方面，提供一種碾磨材料的方法，包括步驟將刀 具布置在圓柱形碾磨機上，所述圓柱形的碾磨機具有旋轉軸線和縱向長 度，以使所述材料被碾磨，以使得，當所述碾磨機圍繞所述旋轉軸線旋轉 時，所述材料沿所述碾磨機的所述長度移動。
根據本發明的還一方面，提供一種旋轉桶式碾磨機中的刀具滾筒的方法，包括步驟以第一端朝向所述桶的中心并且第二端朝向所述桶的邊緣 的方式定位刀具滾筒；和旋轉所述刀具滾筒以朝向所述桶的中心偏壓材 料。
雖然本發明將相對于優選的實施例結構和桶式碾磨機情形進行描述， 但是應該理解到，不應該認為是通過這種結構和情形以任何方式限制本發 明。替代地，本發明的原理延伸到任何可以采用本發明原理的碾磨、切碎 和/或破碎情形中。通過對本發明的更詳細的描述，本領域技術人員將會更 清楚本發明的這些和其他變體。
表征本發明的性質的優點和特征通過所附的并形成本發明一部分的 權利要求詳細地指出。然而，為了更好地理解本發明，應該參照形成本發 明一部分的附圖以及


，在附圖和

中示出和描述了本發明 的優選的實施例。

下面結合附圖對本發明的實施例進行描述，在附圖中 圖1是現有技術的桶式碾磨機的示意圖； 圖2是圖1中的現有技術的桶式碾磨機的俯視圖； 圖3是現有技術的碾磨部件的部分分解的透視圖4是本發明的一個實施例的透視圖，其中為了清楚起見去除了桶的 部分；
圖5是沿線5-5的圖4中橫截面視圖； 圖6是圖4中的實施例的示意性俯視圖； 圖7是圖4中的實施例的部分的側視圖； 圖8是圖7中的碾磨部件的部分分解的透視圖； 圖9示出螺旋方向、滾筒旋轉方向和材料流動之間的關系；和 圖10A和10B示出在將滾筒旋轉方向和桶旋轉方向保持不變的同時 改變螺旋方向對材料流動的影響。
具體實施例方式
下面將詳細說明附圖中示出的本發明的不同的特征。在任何部分，所有圖中相同的附圖標記用來表示相同或類似部件。
參照圖l和圖2，示出了現有技術的桶式碾磨機40。現有技術的桶式 碾磨機40被顯示用來提供本發明的各個方面可適用的示例性的領域或環 境。正如上面討論的，應該認識到，桶式碾磨機僅是一種類型的碾磨/破碎 機器的一個示例，本發明的各個方面可以應用到該類型的碾磨/破碎機器 中。
圖1和圖2中的現有技術的桶式碾磨機包括安裝在水平的固定的底板 44上方的轉桶42。轉桶42配置成圍繞垂直軸Z-Z旋轉。底板44和桶42 固定到拖車46的框架48上。所示的框架48包括用于連接到牽引桶式碾 磨機40的半牽引拖車的掛接裝置50。輪52安裝在框架48上。現有技術 的錘磨機56固定到桶42下面的框架48上。
如圖2中更清楚地示出的，底板44包括用于允許現有技術的錘磨機 56的上部延伸進入到桶42 (在本發明的剩余部分中術語"錘磨機"與錘 式破碎機、旋轉碾磨機或碾磨設備同義)的底板開口 45。現有技術的錘磨 機56被安裝成用于圍繞水平軸線X-X旋轉，并且包括配置成處理(engage) 堆積在桶42內的物質的多個錘53 (在圖1和2中示意地示出并且在圖3 中更詳細地示出)。
仍舊參照圖1和2，現有技術的錘磨機56通過驅動軸54連接到用于 轉動現有技術的捶磨機56的發動機58。在運行時，桶42由電動機55 (如 圖1所示)驅動圍繞垂直軸線Z-Z旋轉。同時，錘磨機56圍繞水平軸線 X-X旋轉。
參照圖3，示出了從桶式碾磨機40中分離出來的現有技術的錘磨機 56。錘磨機56的滾筒61包括相對地設置的第一和第二端108和110，它 們分別由第一和第二端蓋104和106閉合或覆蓋。第一和第二端108、 110 具有螺紋孔112，這些螺紋孔112與在第一和第二端蓋104、 106中對應的 孔114對齊。優選地，端蓋104、 106是可拆卸地連接到滾筒61。例如， 可以使用螺栓116，通過將螺栓插入并穿過孔114然后將螺栓116螺紋接 合到開口 112來可拆卸地將所述端蓋104、 106固定到滾筒61。端蓋104、 106可拆卸是有利的，因為可以在更換滾筒61時不需要將端蓋104、 106 與比端蓋更容易磨損的滾筒61同時更換。這也允許倒轉(reverse)滾筒61 (相對于端蓋104、 106端到端旋轉)以增加滾筒61的使用壽命。倒轉 滾筒不會改變螺旋狀物(helix)的方向(也即是，螺旋狀物保持左旋)。 螺旋狀物的方向下文將會更詳細地介紹。在所示的現有技術實施例中，端 蓋104、 106通過緊固件116連接到滾筒61。
仍然參照圖3，驅動軸118設置在第二端蓋106上，并且非驅動軸130 設置在第一端蓋104上。優選地，軸118、 130通過常規工藝(例如，軸 118、 130可以與各自的端蓋106、 104焊接或鑄造成單個部件)分別連接 到它們的各自的端蓋106、 104。軸118、 130沿綞磨機56的旋轉軸線X陽X 對準并且從它們各自的端蓋106、 104沿軸線向外突出。驅動軸118限定 用于將所述驅動軸118連接到發動機58的驅動軸54的鍵槽120或其他類 型結構(例如花鍵)。在這種方式中，用于旋轉錘磨機56的發動機扭矩可 以通過驅動軸118傳遞到錘磨機56。當把軸118、 130安裝到桶式碾磨機 40內時，優選地，軸118、 130被支撐在適于允許錘磨機56自由地圍繞旋 轉軸線X-X旋轉的常規的軸承中(未示出)。
現有技術的錘磨機56還包括多個沿徑向延伸穿過滾筒61的貫通件76 (例如桿)，并且包括沿徑向突出超過滾筒61的外部表面65的端。貫通 件76中的每個形成位于滾筒61的相對側的兩個錘53。因而，貫通件76 可以稱為"雙錘"。所示的具體的現有技術實施例包括八個貫通件76，其 提供總共十六個錘。
每個貫通件76具有第一端78、第二端80和中心部分82。中心部分 82位于圓柱形滾筒61的內部。每個貫通件76延伸穿過滾筒61的孔70 中的一個，并還穿過所述滾筒61的對應的相對的孔72。在滾筒61內部， 貫通件76延伸穿過由套筒(sleeve) 63限定的通道(channel) 75。孔70、 72允許第一和第二端78、 80位于圓柱形滾筒61的外部的外側，以便形成 外部的錘。每個貫通件76在第一端78上具有前導面84和后尾面(trailing face) 86，在第二端80上具有前導面88和后尾面90。前導面84和88和 后尾面86和90沿徑向延伸超過滾筒61的外部表面65。前導面84和88 是貫通件76沿圖3中R表示的順時針方向(從驅動軸54朝向驅動軸118 看)旋轉時的引導所述貫通件76的表面。
刀具92連接到貫通件76的前導面84和88的每一個。圖3顯示適于連接到前導面84中的一個的刀具92中的一個。在現有技術實施例中，刀 具92是對稱的，包括兩個切割刃(cuttingedge)。有效的切割刃位于組件 的徑向最大尺寸處的外側，限定切削直徑。在該位置上，具有位于所述刀 具的相對端上的第二切割刃，其位于滾筒61的外側表面65的下面。在這 種結構中，第二切割刃表面被外側表面65所保護。
當如圖3所示將刀具92夾持到貫通件76時，刀具92與形成在套筒 63端部的固定臺肩(retaining shoulder) 67相對或接合。類似的刀具92 和固定臺肩67位于每個貫通件78的每端。刀具92和臺肩67的接合用于 靠近對準貫通件78中心或對準貫通件78，使得貫通件78的中心開口 125 與錘磨機56的旋轉軸線X-X對準。套筒63還用作引導貫通件76穿過開 □ 70、 72。
現有技術的錘磨機56還包括沿旋轉軸線X-X延伸的桿126，如圖3 所示。桿126延伸穿過由非驅動軸130和第一端蓋104限定的縱向幵口 122。桿126還延伸穿過多個共軸對齊的由貫通件76限定的中心開口 125。 桿126還可以包括螺紋端，其螺紋接合在由驅動軸118限定的內螺紋開口 132內。在這種方式中，桿126可以用于將端蓋104、 106固定在一起。桿 126用作滾筒61內的貫通件76的錘保持系統。本發明的顯著特點在于可 以使用單個保持部件(也就是桿126)來將所有貫通件76固定到滾筒61。
參照圖4，示出了本發明的實施例的透視圖。圖4示出桶式碾磨機100 的典型結構，其包括原動機58'，其可以是安裝到框架48'上的電動機、煤 氣發動機或柴油發動機。在圖1-2中示出的現有技術的碾磨機中類似的原 動機用發動機58表示。框架48，可以安裝在如圖所示的剛性地面支撐上， 使得桶式碾磨機100基本上是靜止的。可選地，所述框架可以安裝到圖1-2 中的現有技術的實施例中示出的輪52上。
桶42，可旋轉地安裝到框架，使得桶可以在固定的碾磨底板44，上、在 圍繞桶旋轉軸線Z-Z，的兩個方向上旋轉。碾磨滾筒200安裝在碾磨底板 44，內的孔45，中，桶42，的一部分在圖4中己經被切斷以使滾筒和孔更容 易看到，并且在圖5中也示出桶。由于在底板44，固定的情況下滾筒42， 旋轉，因而材料被移動橫跨滾筒200。滾筒通過孔45'將材料向下拉，同時 拉或迫使材料通過遮蔽物420，使得材料隨后落到傳送裝置60上。
9圖6是具有原動機58'和連接到滾筒200的動力傳動系統(driveline) 12的桶式碾磨機100的示意圖。本發明具體說明用R'表示的滾筒200的 特定的順時針旋轉方向(從驅動軸54'朝向從動軸118'看)。當桶42'旋轉 時，最接近桶42，的壁的桶(未示出)內的材料比靠近桶42'中心的材料移 動更多。在旋轉軸線Z-Z，處(圖4表示最佳)基本上沒有材料的移動。因 而，最接近桶42'的滾筒200的部分將會比桶42'中心附近的部分處理更多 的材料。因而，位于更靠近桶42'外側的切削部件(例如刀具202)將比更 靠近桶42'中心的切削部件傾向于更快磨損。為了獲得最大的生產率和刀 具/滾筒的耐久度，橫跨滾筒200的材料的移動將盡可能一致和/或均勻， 使得在滾筒200的兩端的刀具202均勻地磨損。本發明的滾筒200配置成 將材料朝向桶42'的中心移動以幫助平衡橫跨滾筒200的材料流動，因而 使滾筒200上的刀具202的使用壽命最大化。
參照圖7和8，更詳細地示出了滾筒200上的刀具202a-p的布置(要 說明的是，刀具202d、 202f、 202k和202m由于它們在滾筒200上的位置 而沒有特地在圖7中示出)。當滾筒200旋轉時，每個刀具202限定一個 圓柱形路徑。例如，在滾筒200的每個旋轉過程中，刀具202c移動通過 路徑204c，而刀具202移動通過路徑204b (圖7表示最佳)。在示出的實 施例中，刀具202布置成使得旋轉路徑交迭，并且使得實現完全的覆蓋。
仍然參照圖7和8，刀具202以類似于現有技術的滾筒56的方式在滾 筒200上以螺旋模式布置。然而，滾筒200的螺旋模式與現有技術的滾筒 56中的螺旋模式是相反的方向。螺旋可以是右旋的或左旋的。如果垂直地 放置的螺旋的曲線從左下移動到右上，則該螺旋是右旋螺旋。然而，如果 垂直地放置的螺旋的曲線從右下移動到左上，則該螺旋是左旋螺旋。不同 地描述，當從上面看時，右旋螺旋逆時針從下端盤旋到上端，而從上面看 時，左旋螺旋順時針從下端盤旋到上端。旋向性是螺旋的性質，而不是視 圖的性質。正如上面討論的，右旋螺旋不可以被轉動或翻轉成看起來像左 旋螺旋(除非通過反射鏡看)，反之亦然。在示出的實施例中，滾筒200 的刀具202以右旋螺旋模式布置，而現有技術的錘磨機56以左旋螺旋方 式布置。圖8包括碾磨設備的優選的實施例的尺寸。
如果滾筒200上的刀具202通過結構(如螺絲鉆)連接，則當滾筒沿方向R，旋轉時材料將會從右到左移動。然而，通過實驗發現，對于滾筒 200事實相反。在示出的實施例中，材料實際上傾向于沿相反的方向移動
(也就是當滾筒沿R'方向旋轉時從左向右移動)。圖9示出了螺旋方向、 滾筒旋轉方向和材料流動之間的關系。圖IOA和IOB還示出了在保持滾 筒旋轉方向和桶旋轉方向不變時，改變螺旋方向對于材料流動方向的影 響。
對于這種關系的正確的原因目前還不清楚。然而，本發明人認為這種 現象至少部分地與離位于每個刀具的兩側上的最靠近的后尾刀具的距離 的差異有關。這種差異在圖7和8中示出，并且可以通過對比距離206和 距離208來看出。通過比較被刀具202i沖擊的第一顆粒210的預期的移動 可以認識到這種差異，由時間允許顆粒210在接觸第一后尾刀具202g前 將沿方向212移動一定距離。距離206非常短，因而可以期望顆粒210將 從右到左移動一個短的距離。將這與接觸刀具202i的顆粒214對比，其將 沿方向216移動并且將在刀具202j接觸該顆粒時中止。距離208比距離 206大得多，因而可以期望顆粒214將比顆粒210向右或橫向地移動遠得 多。在如圖所示布置的刀具的情況中，對沿方向R'旋轉的滾筒的凈影響將 傾向于將(更多的)材料從左向右移動(而不是從右向左)。上述的刀具 的旋轉與布置的結合已經通過實驗顯示為將材料朝向桶的中心移動。這種 橫跨滾筒200的材料的橫向移動有助于平衡橫跨滾筒200表面的材料流動 并使對刀具202的磨損均勻。這種布置的好處包括機器的生產率提高，滾 筒/刀具的壽命延長。
雖然已經說明了本發明的特定實施例的有關的應用方面，但是本領域 技術人員應該理解到本發明并不限于這里所公開和描述的這些應用或實 施例或特定的部件。本領域技術人員應該認識到，在本發明的精神和意圖 范圍內可以構造不同于本文所述的能夠體現本發明原理的其他部件以及 除了這里所述的其他應用。本文所述的結構僅作為包含和實施本發明原理 的實施例的一個示例提供。在本領域技術人員知識范圍內的其他的修改和 替換包括在所附權利要求的寬泛的保護范圍內。
權利要求
1.一種桶式碾磨機，包括碾磨底板；桶，其位于所述碾磨底板上面，所述桶配置成圍繞垂直軸線旋轉；和碾磨設備，其延伸穿過所述碾磨底板，其中所述碾磨設備是圓柱形的并且配置成圍繞水平軸線旋轉，以及所述碾磨設備包括以右旋螺旋模式布置在碾磨設備上的刀具。
2. 根據權利要求1所述的桶式碾磨機，其中所述碾磨設備是錘磨機。
3. 根據權利要求1所述的桶式碾磨機，還包括桶式碾磨機框架，且其 中所述碾磨底板相對于所述桶式碾磨機框架是固定的。
4. 根據權利要求1所述的桶式碾磨機，其中所述碾磨設備的水平旋轉 軸線位于所述碾磨表面之下。
5. 根據權利要求1所述的桶式碾磨機，其中所述碾磨設備配置成接合 驅動軸，當從所述驅動軸朝向所述碾磨設備看時，所述驅動軸沿順時針驅 動方向旋轉。
6. 根據權利要求1所述的桶式碾磨機，其中所述刀具配置成使得當碾 磨設備沿順時針方向旋轉時比當沿逆時針方向旋轉時更有效地碾磨，其中 所述順時針和逆時針方向是以從所述驅動軸朝向所述碾磨設備看的視角 為基礎的。
7. 根據權利要求1所述的桶式碾磨機，還包括發動機，其中所述發動 機的輸出沿與所述碾磨設備旋轉方向相同的方向旋轉。
8. —種碾磨設備，包括圓柱形主體部分，其包括第一端和第二端，其中所述第一端布置并配 置成與驅動軸共同操作；和多個刀具，其布置在所述主體部分上，使得當所述驅動軸沿順時針方 向旋轉時，所述多個刀具共同操作以減小材料，其中所述刀具沿右旋螺旋 模式布置在所述主體部分上。
9. 根據權利要求8所述的碾磨設備，還包括發動機，所述發動機具有 以共同操作的方式連接于其上的驅動軸，其中所述第二端比所述第一端更靠近桶的所述中心，并且其中所述第一端比所述第二端更靠近所述發動 機。
10. —種碾磨材料的方法，包括步驟將刀具布置在圓柱形碾磨機上，所述圓柱形的碾磨機具有旋轉軸線和 縱向長度，以使所述材料被碾磨，以使得當所述碾磨機圍繞所述旋轉軸線 旋轉時，所述材料沿所述碾磨機的所述長度移動。
11. 根據權利要求IO所述的方法，其中所述刀具以右旋螺旋的配置沿 所述碾磨機布置，使得當所述碾磨機圍繞所述旋轉軸線沿順時針方向旋轉 時，待碾磨的所述材料從右向左橫跨所述碾磨機移動。
12. 根據權利要求IO所述的方法，其中所述刀具以左旋螺旋的配置橫 跨所述碾磨機布置，使得當所述碾磨機圍繞所述旋轉軸線沿逆時針方向旋 轉時，待碾磨的所述材料從右向左沿所述碾磨機移動。
13. —種旋轉桶式碾磨機中的刀具滾筒的方法，包括步驟 以第一端朝向所述桶的中心并且第二端朝向所述桶的邊緣的方式定位刀具滾筒；和旋轉所述刀具滾筒以朝向所述桶的中心偏壓材料。
全文摘要
位于碾磨滾筒上的碾磨部件布置成將將要減小的材料橫向地橫跨所述滾筒移動。所述滾筒可以用在桶式碾磨機中，其中所述桶配置成圍繞垂直軸線旋轉。在桶式碾磨機的環境中，滾筒延伸通過碾磨底板，配置成圍繞水平軸線旋轉且包括以右螺旋模式布置在所述滾筒上的刀具。
文檔編號B02C18/06GK101616741SQ200880001759
公開日2009年12月30日 申請日期2008年1月4日 優先權日2007年1月5日
發明者杜安·R·德比夫 申請人:維米爾制造公司