ДОЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОБЪЕМНОГО ДОЗИРОВАНИЯ ПОРОШКООБРАЗНОГО ИЛИ ГРАНУЛИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1999 года по МПК G01F11/40 

Настоящее изобретение относится к количественному дозированию различных материалов, более точно, к дозирующему устройству и способу объемного дозирования гранулированных или порошкообразных материалов.

В промышленности дозирование материалов по весу или по объему находит многочисленные применения. В некоторых случаях весьма желательно, чтобы дозирование выполнялось непрерывно.

Из европейских заявок на патент ЕР 0465981 и ЕР 0465980 известны механические устройства, позволяющие обеспечивать исключительно точное дозирование порошковых материалов очень малыми дозами.

Из патента Великобритании N 1127383 известны дозирующее устройство и способ объемного дозирования порошкообразного или гранулированного материала. Это дозирующее устройство содержит дозирующий золотник с толкающей поверхностью, корпус с выполненным в нем пазом для скольжения в нем дозирующего золотника между нижней мертвой точкой и верхней мертвой точкой, средства подачи в этот паз дозируемого материала, камеру перемещения, сообщающуюся с пазом в верхней мертвой точке, и поршень, скользящий с возможностью закрытия паза в камере перемещения параллельно толкающей поверхности дозирующего золотника и имеющий боковую сторону, форма которой обеспечивает ее плотное прилегание к толкающей поверхности дозирующего золотника.

Способ объемного дозирования порошкообразного или гранулированного материала заключается в том, что используют дозирующий золотник, скользящий в пазу корпуса между верхней мертвой точкой и нижней мертвой точкой, поршень, скользящий в камере перемещения, сообщающейся с пазом в верхней мертвой точке золотника с возможностью перекрытия паза в этой точке и отвода его для открытия паза для перемещения материала при перемещении дозирующего золотника к его верхней мертвой точке и очистки толкающей поверхности золотника при удерживании его в неподвижном состоянии.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание компактного дозирующего устройства и способа объемного дозирования порошкообразного или гранулированного материала, обеспечивающих легкое и точное регулирование единичной дозы без изменения скорости привода дозирующего устройства и повышение эффективности дозирования.

Этот технический результат достигается тем, что дозирующее устройство, содержащее дозирующий золотник с толкающей поверхностью, корпус с выполненным в нем пазом для скольжения в нем дозирующего золотника между нижней мертвой точкой и верхней мертвой точкой, средства подачи в этот паз дозируемого материала, камеру перемещения, сообщающуюся с пазом в верхней мертвой точке, и поршень, скользящий с возможностью закрытия паза в камере перемещения параллельно толкающей поверхности дозирующего золотника и имеющий боковую сторону, форма которой обеспечивает ее плотное прилегание к толкающей поверхности дозирующего золотника, согласно изобретению снабжено подвижным относительно стенок паза экраном, выполненным с возможностью полной изоляции паза при образовании в пазу элементарного объема дозирования, когда дозирующий золотник находится в нижней мертвой точке, а поршень, установленный в камере с возможностью выталкивания дозируемого материала, закрывает паз.

Целесообразно, чтобы положение нижней мертвой точки дозирующего золотника в пазу было регулируемым.

Желательно, чтобы дозирующий золотник был связан с шатуном, приводимым в движение качающимся рычагом, а точка шарнирного соединения этого шатуна была выполнена с возможностью установки на качающемся рычаге в различных положениях, распределенных по дуге окружности, проведенной на качающемся рычаге, при дозирующем золотнике, находящемся в верхней мертвой точке, с центром в основании шатуна.

Можно, чтобы поперечное сечение паза соответствовало поперечному сечению дозирующего золотника.

Возможно, чтобы устройство содержало орган подачи для ввода дозируемого материала внутрь паза.

Целесообразно, чтобы устройство содержало бункер для дозируемого материала, расположенный таким образом, чтобы питание паза дозируемым материалом осуществлялось под действием его собственного веса.

Предпочтительно, чтобы устройство содержало колесо, расположенное в бункере и имеющее гибкие пластины и колодки, образующие орган подачи. Колесо может содержать цилиндрическую часть, образующую экран.

Вышеуказанный технический результат достигается и тем, что в способе объемного дозирования порошкообразного или гранулированного материала, заключающемся в том, что используют дозирующий золотник, скользящий в пазу корпуса между верхней мертвой точкой и нижней мертвой точкой, поршень, скользящий в камере перемещения, сообщающейся с пазом в верхней мертвой точке золотника, с возможностью перекрытия паза в этой точке и отвода его для открытия паза для перемещения материала при перемещении дозирующего золотника к его верхней мертвой точке и очистки толкающей поверхности золотника при удержании его в неподвижном состоянии, согласно изобретению частично определяют элементарный объем дозирования путем отвода золотника в выбранную нижнюю мертвую точку при оставлении поршня, установленного в камере перемещения с возможностью выталкивания дозируемого материала в положении, при котором он перекрывает сообщение между пазом и камерой перемещения, поддерживают паз открытым в течение времени, необходимого для введения в паз материала до полного заполнения элементарного объема, изолируют элементарный объем путем использования подвижного относительно паза экрана, полностью изолирующего паз, отводят поршень для открытия паза и продвигают дозирующий золотник к его верхней мертвой точке для перемещения материала, а затем осуществляют очистку толкающей поверхности золотника путем продвижения выталкивающего поршня до положения, при котором он перекрывает сообщение между пазом и камерой перемещения для выталкивания элементарного объема материала, и повторяет рабочий цикл для выталкивания необходимого числа элементарных объемов материала.

Целесообразно регулировать положение нижней мертвой точки дозирующего золотника для изменения элементарного объема.

Желательно для приготовления смеси сырого каучука дозируемый материал выталкивать непосредственно в смеситель.

Нижеследующие описание и чертежи иллюстрируют применение изобретения к дозированию порошкообразных продуктов в каучукоперерабытывающей промышленности, а именно для дозирования серы, углеродной сажи или других наполнителей для упрочнения, широко используемых и выпускаемых обычно в виде порошка.

Фигура 1 изображает дозирующее устройство, согласно изобретению, сечение по линии А-А на фигуре 2;
фигура 2 - сечение по линии B-B на фигуре 1;
фигура 3 - сечение по линии C-C на фигуре 1;
фигуры 4-10 схематически представляют дозирующее устройство в различных фазах его работы.

На фигурах 1 и 2 показано дозирующее устройство, содержащее дозирующий золотник 1, корпус 2, в котором выполнен прямолинейный паз 3 для скольжения в нем дозирующего золотника 1 между нижней мертвой точкой (НМТ) и верхней мертвой точкой (ВМТ). Паз 3 сообщается с камерой 4 перемещения, высверленной в стенке корпуса 2. Паз 3 образован его боковыми стенками 5 и дном. Паз 3 открыт кверху и сообщается с бункером 6, установленным над корпусом 2. В бункер 6 засыпается дозируемый материал. Бункер 6 расположен так, чтобы материал из него в паз 3 мог подаваться под действием собственного веса.

В камере 4 перемещения расположен скользящий внутри нее выталкивающий поршень 7. Выталкивающий поршень 7 движется между точкой "А" и точкой "В" своего хода. Выходное отверстие 8 камеры 4 перемещения сообщается с емкостью для приема дозированного материала или непосредственно со смесительной камерой, в которую непрерывно подается дозированный материал.

В бункере 6 расположено колесо 9 (фиг. 2), ось 10 вращения которого параллельна направлению движения дозирующего золотника 1. Колесо 9 имеет цилиндрическую часть, образующую экран 11 и охватывающую дугу приблизительно в 220^o. Колесо 9 содержит также в пределах дополнительного (до 360^o) угла группу жестких колодок 12 и гибких пластин 13, образующих питающий орган 14, принудительно дозируемый материал в элементарный объем, в данном случае помогающий истечению материала под собственным весом. Гибкие пластины 13 представлены на фигуре 2 недеформированными, на этой фигуре стрелкой показано направление вращения колеса 9. Таким образом, колесо 9 сочетает роль экрана 11 и перемешивающего и питающего элементарный объем органа.

Входной вал 15 приводит во вращение ось 10 вращения с помощью зубчатого ремня 16 (фиг. 3).

На оси 10 вращения установлен кулачок 17, который приводится в движение от оси 10. На периферийной поверхности кулачка 17 выполнена направляющая канавка 18. На оси 19, жестко связанной с корпусом 2, установлен с возможностью поворота на ней качающийся рычаг 20 (фиг. 1). На конце качающегося рычага 20 имеется ролик 21. Ролик 21 входит в направляющую канавку 18, выполненную на кулачке 17. Шатун 22, приводимый в действие качающимся рычагом 20, управляет движением дозирующего золотника 1. Сдвиг точки шарнирного соединения и поворота шатуна 22 на качающемся рычаге 20 вдоль последнего позволяет регулировать (вручную при остановке дозирующего устройства) ход дозирующего золотника 1 путем приближения или отдаления точки шарнирного соединения 23 по отношению к оси 19.

Регулировка точки шарнирного соединения 23 шатуна 22 осуществляется таким образом, чтобы сохранить положение верхней мертвой точки хода золотника 1. Действительно, если представить себе, что дозирующий золотник 1 находится в верхней мертвой точке своего хода, то, перемещая точку шарнирного соединения 23 шатуна 22 по дуге окружности, проведенной на качающемся рычаге 20 с центром в основании 24 шатуна 22, не нарушается положение верхней мертвой точки. Напротив, очевидно, что таким образом приближается или удаляется точка 23 по отношению к оси 19, точке поворота качающегося рычага 20. Регулировку, таким образом, осуществляют, смещая положение нижней мертвой точки золотника 1.

Для тонкого регулирования положения нижней мертвой точки выполняют соединительную деталь 25 фасолевидной формы, которая имеет возможность некоторого скольжения в гнезде слегка большего, чем эта деталь, размера, выполненном на качающемся рычаге 20. Эта соединительная деталь 25 имеет различные отверстия 26, расположенные по дуге окружности, как пояснено выше. Точку шарнирного соединения 23 шатуна 22 подсоединяют к одному из них.

Кроме того, соединительная деталь 25 фиксируется на качающемся рычаге 20 с помощью блокировочного пальца, пропускаемого в отверстие, выполненное по обе стороны борта соединительной детали 25 и в качающемся рычаге 20. Эти отверстия могут быть, например, расположены по дуге окружности в соответствии с вышесказанным. Эти отверстия принимают форму двух полуотверстий 27: одни полуотверстия расположены в качающемся рычаге 20, а другие - выполнены в соединительной детале 25. Эти последние отстоят друг от друга на расстоянии немного меньшем, чем предыдущие. Только одна пара полуотверстий может быть приведена в соответствие одновременно так, чтобы в получившееся отверстие можно было ввести блокировочный палец, но эту пару можно выбрать, сдвигая соединительную деталь 25 в ее гнезде по качающемуся рычагу 20. Амплитуда этого сдвига по существу равна расстоянию между отверстиями 26. В пределах этой разницы расстояний можно выбирать из положений, количество которых равно количеству полуотверстий 27, что позволяет осуществлять тонкую регулировку положения точки шарнирного соединения 23 шатуна 22 по отношению к оси 19.

На входном валу 15 установлен эксцентрик 28 (фиг. 2). Он приводит в движение шатун 29, управляющий выталкивающим поршнем 7.

Фигуры 4-10 представляют упрощенные схемы, в перспективе иллюстрирующие движение главных органов дозирующего устройства.

Элементарный объем образуется, когда дозирующий золотник 1 перемещается к своей нижней мертвой точке. Это схематично показано на фигуре 4. Элементарный объем для дозирования материально представлен здесь полостью 30, образовавшейся в дне бункера 6. Эта полость 30 образована стенками 5 паза 3, толкающей поверхностью 31 дозирующего золотника 1 и боковой стороной 32 выталкивающего поршня 7.

Дозирующее устройство работает следующим образом.

На фигуре 4 схематично показана фаза впуска дозируемого материала в элементарный объем. При вращении колеса 9 гибкие пластины 13 и колодки 12 проходят над пазом 3, в котором образована полость 30. Форма гибких пластин 13 позволяет им принудительно перемещать материал, чтобы заставить его войти внутрь полости 30. Постепенно эта полость 30 наполняется материалом и гибкие пластины 13 становятся более загнутыми. На фигуре 5 видно, как выталкивающий поршень 7 начинает перемещаться к своей нижней мертвой точке. Дозирующий золотник 1 остается неподвижным. На фигуре 6 показан конец фазы впуска. Для окончательного определения элементарного объема экран 11 закрывает отверстие над пазом 3.

Элементарный объем дозирования, таким образом, полностью изолируется от бункера 6, а также от выходного отверстия 8, так как выталкивающий поршень 7, продолжая двигаться к своей нижней мертвой точке, еще не открыл сообщение между пазом 3 и камерой 4 перемещения.

На фигуре 7 выталкивающий поршень 2 достиг своей нижней мертвой точки в точке "В". Колесо 9 продолжает вращаться. Размеры экрана 11 таковы, что отверстие ввода материала внутрь паза 3 продолжает оставаться изолированным от бункера 6. Дозирующий золотник 1 начинает свое движение от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, чтобы вытолкнуть материал из элементарного объема дозирования. Необходимо, чтобы герметичность элементарного объема, как это показано на фигуре 6, была соблюдена. В зависимости от сжимаемости дозируемого материала, дозирующий золотник 1 может начинать свое движение к своей верхней мертвой точке с некоторым опережением по отношению к моменту установления сообщения между пазом 3 и камерой 4 перемещения.

На фигуре 8 видно, что дозируемый материал постепенно переходит в камеру 4 перемещения.

На фигуре 9 дозирующий золотник 1 достиг своей верхней мертвой точки. Дозируемый материал, таким образом, полностью перешел в камеру 4 перемещения.

На фигуре 10 показано, что выталкивающий поршень 7 перемещается от точки "В" к точке "А". Он обеспечивает таким образом принудительное выталкивание дозируемого материала через выходное отверстие 8. Благодаря использованию выталкивающего поршня 7 дозируемый материал может выталкиваться, даже если силе выталкивания противостоит значительное противодавление. Видно, что при своем движении поршень 7 очищает толкающую поверхность 31 дозирующего золотника 1 и обеспечивает, таким образом, полное удаление материала из паза 3.

Размеры экрана 11 выбраны такими, чтобы он закрывал паз 3 по крайней мере до того момента, когда боковая сторона 32 выталкивающего поршня 2 полностью перекроет толкающую поверхность 31 дозирующего золотника 1. Таким образом, между бункером 6 с засыпанным в него дозируемым материалом и камерой 4 перемещения никогда не устанавливается прямого сообщения. Таким образом, гарантируется точная по объему доза дозирующего устройства.

Экран 11 описываемого устройства представляет собой цилиндрическую часть колеса 9. Разумеется, боковая сторона дозирующего золотника 1 имеет форму, в точности дополняющую эту цилиндрическую часть. Сечение паза 3 идентично сечению толкающей поверхности 10 золотника 1. Эта поверхность - почти прямоугольник, за исключением одной стороны, которая заменяется дугой окружности. Ясно, что специалист сможет представить себе конструктивные варианты устройства, не выходящие за рамки изобретения, например, паз может быть мельче, чем высота толкающей поверхности дозирующего золотника, и достаточно обеспечить направление движения дозирующего золотника и в конце фазы впуска закрыть элементарный объем, чтобы ограничить цилиндрический объем единичной дозы дозирующего устройства.

Затем дозирующее устройство возвращается к фазе впуска: экран 11 открывает верх паза 3 и золотник 1 отходит к своей нижней мертвой точке. Порядок (последовательность) этих движений, конечно, не имеет никакого значения.

Таким образом, способ объемного дозирования порошкообразного или гранулированного материала согласно изобретению заключается в использовании дозирующего золотника, скользящего в пазу корпуса между верхней мертвой точкой и нижней мертвой точкой, выталкивающего поршня, скользящего в камере перемещения, сообщающейся с пазом в верхней мертвой точке, и экрана, и в проведении следующих операций:
частично определяют элементарный объем путем перемещения дозирующего золотника к его нижней мертвой точке, положение которой выбирается, при этом оставляют выталкивающий поршень в положении, при котором он перекрывает сообщение между пазом и камерой перемещения,
паз оставляют открытым в течение времени, необходимого для полного заполнения элементарного объема вводимым в паз материалом,
изолируют элементарный объем, перекрывая паз экраном,
отводят выталкивающий поршень так, чтобы он открыл паз,
продвигают дозирующий золотник к его верхней мертвой точке, чтобы переместить материал, выталкивая его из элементарного объема,
затем, удерживая неподвижным дозирующий золотник, очищают от материала толкающую поверхность дозирующего золотника выталкивающим поршнем, продвигая его до тех пор, пока он не закроет сообщение между пазом и камерой перемещения, выталкивая указанный элементарный объем-дозу,
и повторяют рабочий цикл, выталкивая столько элементарных объемов-доз материала, сколько необходимо.

Как уже пояснялось, этот способ позволяет, регулируя положение нижней мертвой точки, изменять элементарный объем. Вообще, выгодно использовать средство перемешивания материала в бункере для облегчения его истечения в элементарный объем.

Исходя из фигуры 3, ясно, что направляющий паз 18 кулачка 17 выполнен таким образом, чтобы получить вышеописанные возвратно-поступательные движения и паузы. Хотя расход материала, дозируемый устройством, можно регулировать воздействием на скорость привода устройства, во многих случаях применения можно предпочесть изменение расхода воздействием на единичную цилиндрическую дозу дозирующего устройства, как это пояснено выше, изменяя положение нижней мертвой точки дозирующего золотника. Даже в случае применения регулировки хода, измененное положение верхней мертвой точки гарантирует, что элементарный объем дозирования опустошается при каждом цикле устройства.

Это позволяет встраивать устройство в более сложную машину, содержащую, например, несколько дозирующих устройств, например, такую, как смеситель постоянного действия, приготовляющий каучук. Так изобретение распространяется также на способ приготовления смеси сырого каучука, в котором дозируемый материал выталкивается непосредственно в смеситель.

Дозирующее устройство содержит дозирующий золотник, приводимый в действие качающимся рычагом через шатун. Золотник скользит в пазу. Когда золотник оказывается в нижней мертвой точке своего хода, перед ним образуется элементарный объем. Дозирующий золотник перемещается к своей верхней мертвой точке, выталкивая дозированный материал в камеру перемещения. Способ заключается в том, что при использовании дозирующего золотника, скользящего в пазу корпуса между верхней мертвой точкой и нижней мертвой точкой, и поршня, размещенного в камере перемещения, частично определяют элементарный объем дозирования путем отвода золотника в нижнюю мертвую точку при оставлении поршня в положении, при котором он перекрывает сообщение между пазом и камерой перемещения, после отвода материала экраном изолируют элементарный объем. Изобретение обеспечивает точное регулирование единичной дозы без изменения скорости привода дозирующего устройства. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Дозирующее устройство, содержащее дозирующий золотник с толкающей поверхностью, корпус с выполненным в нем пазом для скольжения в нем дозирующего золотника между нижней мертвой точкой и верхней мертвой точкой, средства подачи в этот паз дозируемого материала, камеру перемещения, сообщающуюся с пазом в верхней мертвой точке, и поршень, скользящий с возможностью закрытия паза в камере перемещения параллельно толкающей поверхности дозирующего золотника и имеющий боковую сторону, форма которой обеспечивает ее плотное прилегание к толкающей поверхности дозирующего золотника, отличающееся тем, что оно снабжено подвижным относительно стенок паза экраном, выполненным с возможностью полной изоляции паза при образовании в пазу элементарного объема дозирования, когда дозирующий золотник находится в нижней мертвой точке, а поршень, установленный в камере с возможностью выталкивания дозируемого материала, закрывает паз. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что положение нижней мертвой точки дозирующего золотника в пазу регулируемое. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дозирующий золотник связан с шатуном, приводимым в движение качающимся рычагом, а точка шарнирного соединения этого шатуна выполнена с возможностью установки на качающемся рычаге в различных положениях, распределенных по дуге окружности, проведенной на качающемся рычаге, при дозирующем золотнике, находящемся в верхней мертвой точке, с центром в основании шатуна. 4. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что поперечное сечение паза соответствует поперечному сечению дозирующего золотника. 5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что оно содержит орган подачи для ввода дозируемого материала внутрь паза. 6. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что оно содержит бункер для дозируемого материала, расположенный таким образом, чтобы питание паза дозируемым материалом осуществлялось под действием его собственного веса. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно содержит колесо, расположенное в бункере и имеющее гибкие пластины и колодки, образующие орган подачи. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что колесо содержит цилиндрическую часть, образующую экран. 9. Способ объемного дозирования порошкообразного или гранулированного материала, заключающийся в том, что используют дозирующий золотник, скользящий в пазу корпуса между верхней мертвой точкой и нижней мертвой точкой, поршень, скользящий в камере перемещения, сообщающейся с пазом в верхней мертвой точке золотника, с возможностью перекрытия паза в этой точке и отвода его для открытия паза для перемещения материала при перемещении дозирующего золотника к его верхней мертвой точке и очистки толкающей поверхности золотника при удержании его в неподвижном состоянии, отличающийся тем, что частично определяют элементарный объем дозирования путем отвода золотника в выбранную нижнюю мертвую точку при оставлении поршня, установленного в камере перемещения с возможностью выталкивания дозируемого материала в положении, при котором он перекрывает сообщение между пазом и камерой перемещения, поддерживают паз открытым в течение времени, необходимого для введения в паз материала до полного заполнения элементарного объема, изолируют элементарный объем путем использования подвижного относительно паза экрана, полностью изолирующего паз, отводят поршень для открытия паза и продвигают дозирующий золотник к его верхней мертвой точке для перемещения материала, а затем осуществляют очистку толкающей поверхности золотника путем продвижения выталкивающего поршня до положения, при котором он перекрывает сообщение между пазом и камерой перемещения для выталкивания элементарного объема материала, и повторяют рабочий цикл для выталкивания необходимого числа элементарных объемов материала. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что регулируют положение нижней мертвой точки дозирующего золотника для изменения элементарного объема. 11. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что при использовании способа для приготовления смеси сырого каучука дозируемый материал выталкивают непосредственно в смеситель.