УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B01F13/00 B28C5/16 

Изобретение относится к перемешивающим устройствам и может быть применено в указанных отраслях промышленности как устройство необходимое для интенсификации массо- и теплообменных процессов, для выравнивания концентраций и температур во всем объеме жидкости, а также для получения растворов, эмульсий и суспензий.

Известно устройство для перемешивания (а.с. СССР N 863378, кл. B 28 G 5/16), содержащее дежу с отдельным приводом, внутри которой размещен вал с рабочим органом, жестко соединенный с ведомым кривошипом, связанным шарнирно через шатун с ведущим кривошипом и снабжен балансиром, посредством которого ведомый кривошип соединен с емкостью, при этом оси вращения обоих кривошипов перпендикулярны оси балансира и удалены от нее на одинаковое расстояние, равное половине длины шатуна. Рабочее движение получено как сумма двух независимых движений - вращения вала и возвратно-качательного движения балансира.

Однако, указанное устройство для перемешивания требует двух приводов, причем один из них установлен на подвижном звене, а второй приводит в движение дежу. В нем отсутствует реверс и угловая скорость вращения рабочего органа постоянна, что не позволяет достигать необходимого качества и производительности.

Известно устройство для перемешивания (а.с. СССР N 617058, кл. B 01 F 15/00), содержащее емкость, внутри которой располагается рабочий орган, привод которого выполнен в виде шарнирно соединенных двумя пространственными шатунами, двух пространственных кривошипов, один из которых жестко связан с валом перемешивающего устройства. Во время работы ведомый вал вращается с дважды возрастающей и дважды убывающей за оборот угловой скоростью.

Данному устройству для перемешивания присущи следующие недостатки: постоянные при работе угол наклона к поверхности перемешиваемой среды и глубина погружения рабочего органа, отсутствие реверса.

Поэтому, в данном устройстве возможно образование застойных зон и воронки, что отрицательно сказывается на качестве выходного продукта.

Кроме того, известно устройство для перемешивания (С.Н.Кожевников Элементы механизмов. -М., Оборонгиз. 1950), являющееся прототипом предлагаемого изобретения и содержащее дежу (емкость), раму, привод состоящий из асинхронного двигателя, муфты и редуктора, выходной вал которого связан с кривошипом. Последний образует две вращательные кинематические пары с осями параллельными оси выходного вала редуктора. Первая с рамой, вторая с кулисой. Верхняя часть кулисы образует кинематическую пару с камнем. А камень образует вращательную кинематическую пару с рамой и осью, которая параллельна оси вращательной кинематической пары рама-кривошип. Ось кулисы перпендикулярна оси вращательной кинематической пары кривошип-кулиса. Нижняя часть кулисы снабжена сменным рабочим органом, который движется по траектории близкой к дуге окружности от положения когда вращающийся кривошип перпендикулярен кулисе, которая находится в крайнем левом положении по отношению к выходному валу редуктора, до положения, когда кривошип перпендикулярен кулисе, которая находится в крайнем правом положении. Далее рабочий орган движется по траектории близкой к прямой линии до тех пор, пока кривошип не станет вновь перпендикулярен кулисе.

К недостаткам прототипа следует отнести то, что несмотря на присутствие изменения глубины и наклона рабочего органа в перемешиваемой среде, качественного и интенсивного перемешивания при плоско-параллельном (отсутствие вращения рабочего органа вокруг своей оси) перемещении рабочего органа и использовании стандартной дежи - нет.

Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей изобретения является создание устройства для перемешивания, которое позволит интенсифицировать процесс перемешивания и улучшит качество получаемых сред, благодаря тому, что рабочий орган имеет сложное перемешивающее движение (шесть пространственных перемещений).

Устройство для перемешивания состоит из дежи, рамы, с закрепленным на ней редуктором, входной вал которого связан через муфту с валом асинхронного двигателя, приводного вала, связанного с кривошипом, который образует с рамой вращательную кинематическую пару "рама-кривошип", рабочего органа, вращательной кинематической пары, кулисы, камня, отличающееся тем, что в него введены коническая и цилиндрическая зубчатые передачи, дополнительный кривошип, два дополнительных приводных вала, шаровая и шаровая с пальцем кинематические пары, шаровая - связывает кулису с дополнительным кривошипом, который соединен с рамой посредством указанной вращательной кинематической пары, ось которой находится под углом к оси указанной кинематической пары "рама-кривошип", камень связан посредством шарико-винтовой передачи с кулисой, на которой закреплен рабочий орган, и посредством шаровой с пальцем кинематической парой - с указанным кривошипом, выходной вал редуктора связан с конической и цилиндрической передачами, которые соединены соответственно с кривошипом и с дополнительным кривошипом, второй дополнительный вал соединяет дополнительный кривошип с цилиндрической передачей, третий дополнительный приводной вал соединяет коническую передачу с кривошипом, причем, выходной вал редуктора соединен с любым из перечисленных трех приводных валов.

На чертеже, приведена структурная схема предлагаемого устройства для перемешивания.

Предлагаемое устройство для перемешивания содержит дежу 1, раму 2, привод, состоящий из закрепленного на раме асинхронного двигателя 3, который через муфту 4, связан с редуктором 5. Выходной вал редуктора соединяется с любым из трех входных валов устройства для перемешивания. На первом вале расположено коническое зубчатое колесо 6 и кривошип 7. Он образует с рамой вращательную кинематическую пару "рама-кривошип". На втором приводном вале крепится цилиндрическая шестерня 8 и дополнительный кривошип 9, на третьем - цилиндрическое зубчатое колесо 10 и коническая шестерня 11. Пусть выходной вал редуктора соединен с третьим валом. Оси вращения указанных кривошипов 7, 9 образуют угол равный углу между осями указанной конической шестерни и конического колеса. Кривошип 7, через шаровую кинематическую пару с пальцем 12, связан с камнем 13. Кулиса 14, является направляющей для камня 13 и имеет ходовую резьбу. Камень 13, имеет ответную резьбу. На нижней части кулисы прикрепляется рабочий орган 15. Верхняя часть, связана с дополнительным кривошипом 9 посредством шаровой кинематической пары 16. Для долговечной и надежной работы цилиндрической и конической передач, они могут быть выполнены закрытыми.

Устройство для перемешивания работает следующим образом. Вращение от вала двигателя 3, через коническую 11, 6, необходимую для изменения направления движения, передается на кривошип 7, а через цилиндрическую передачу 10, 8, необходимую для свободного оборота дополнительного кривошипа вокруг своей оси, на дополнительный кривошип 9. Камень 13, соединенный с вращающимся кривошипом 7, перемещается по кулисе 14 и закручивает ее вокруг собственной оси. Это вращение обусловлено наличием винтового соединения с ходовой резьбой между ними. Верхний конец кулисы, одновременно с уже описанным движением, совершает вращение в плоскости отличной от плоскости вращения кривошипа. Это возможно при использовании для связи кулисы с дополнительным кривошипом шаровой кинематической пары 16, позволяющей ей вращаться вокруг своей оси при одновременном плоско-параллельном движении в указанной плоскости. Смена движения камня с подъема на опускание, вызывает изменение направления вращения кулисы. Величина угловой скорости вращения рабочего органа зависит от взаимного расположения кривошипа и кулисы. В положении, когда кривошип перпендикулярен кулисе, угловая скорость вращения рабочего органа принимает максимальное значение.

Для работы предлагаемого устройства необходим один двигатель. Для чего определим его подвижность по методике предложенной профессором А.И.Смелягиным в работе: "Определение подвижности сложных механизмов". В межвуз. сборн. научн. трудов. - Новосибирск: НГТУ, 1993, с. 3 - 9.

Данное устройство для перемешивания является сложным механизмом состоящим из трех элементарных механизмов с замкнутыми цепями: (2, 6, 7, 11); (2, 8, 9, 10); (2, 7, 13, 14, 9).

Найдем их подвижности: W_{(2,6, 7,11)}=1, W_{(2,8, 9,10)}=1, W_{(2,7, 13,14,9)}=2. Подставляя данные значения в формулу (1) для нахождения подвижности W_см сложных механизмов где, j - индекс общего звена; n - число общих звеньев в механизме, i - индекс элементарного механизма; m - число элементарных механизмов в сложном механизме, включая только элементарные механизмы с замкнутыми кинематическими цепями.

Из фигуры видно, что звено 9 (дополнительный кривошип) входит в следующие элементарные механизмы: (2, 8, 9, 10), (2, 7, 13, 14, 9). Следовательно, для звена 9, K₁ = 2. Звено 7 (кривошип), входит в (2, 6, 7, 11), (2, 7, 13, 14, 9). Следовательно, для звена 7, K₂ = 2. Звено 6, (коническая шестерня), входит в (2, 6, 7, 11), (2, 7, 13, 14, 9). Следовательно, для звена 6, K₃ = 2. Подставляем найденные значения в формулу (1)
W_см = 2+1+1-(2-1)-(2-1)-(2-1) = 1,
что свидетельствует о том, что для работы предлагаемого устройства для перемешивания достаточно одного двигателя.

Таким образом, у предлагаемого устройства для перемешивания рабочий орган имеет реверс, различные скорости вращения и шесть пространственных перемещений, которые позволяют качественно и интенсивно перемешивать материал в цилиндрической деже.

Кроме того, у предложенного устройства для перемешивания можно изменять закон движения рабочего органа не только изменением линейных размеров элементов, но и изменяя передаточное число в конической, цилиндрической зубчатых передачах "выходной вал редуктора-дополнительный кривошип".

Предлагаемое изобретение относится к перемешивающим устройствам и может быть применено в пищевой и медицинской, микробиологической и химических отраслях промышленности, как устройство необходимое для интенсификации массо- и теплообменных процессов, для выравнивания концентраций и температур во всем объеме жидкости. Предлагаемое устройство для перемешивания содержит дежу 1, раму 2, привод, состоящий из закрепленного на раме асинхронного двигателя 3, который через муфту 4, связан с редуктором 5. Устройство имеет три входных вала. На первом вале расположено коническое зубчатое колесо 6 и кривошип 7. Он образует с рамой вращательную кинематическую пару "рама-кривошип". На втором приводном вале крепится цилиндрическая шестерня 8 и дополнительный кривошип 9, на третьем - цилиндрическое зубчатое колесо 10 и коническая шестерня II. Выходной вал редуктора соединен с любым из валов. Оси вращения указанных кривошипов 7,9 образуют угол равный углу между осями указанной конической шестерни и конического колеса. Кривошип 7, через шаровую кинематическую пару с пальцем 12, связан с камнем 13. Кулиса 14, является направляющей для камня 13 и образует с ним шарико-винтовую пару. Верхняя часть, связана с дополнительным кривошипом 9 через шаровую кинематическую пару 16. 1 ил.

Устройство для перемешивания, состоящее из дежи, рамы с закрепленным на ней редуктором, входной вал которого связан через муфту с валом асинхронного двигателя, приводного вала, связанного с кривошипом, который образует с рамой вращательную кинематическую пару рама - кривошип, рабочего органа, вращательной кинематической пары, кулисы, камня, отличающееся тем, что в него введены коническая и цилиндрическая зубчатые передачи, дополнительный кривошип, два дополнительных приводных вала, шаровая и шаровая с пальцем кинематические пары, шаровая связывает кулису с дополнительным кривошипом, который соединен с рамой посредством указанной вращательной кинематической пары, ось которой находится под углом к оси кинематической пары рама - кривошип, камень связан посредством шариковинтовой передачи с кулисой, на которой закреплен рабочий орган, и посредством шаровой с пальцем кинематической пары - с указанным кривошипом, выходной вал редуктора связан с конической и цилиндрической передачами, которые соединены соответственно с основным и дополнительным кривошипами, второй дополнительный вал соединяет дополнительный кривошип с цилиндрической передачей, третий дополнительный приводной вал соединяет коническую передачу с кривошипом, причем выходной вал редуктора соединен с любым из перечисленных трех приводных валов.