БУНКЕР ДЛЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2000 года по МПК B65D88/68 

Изобретение относится к устройствам для хранения и последующей выдачи трудносыпучих материалов, например молотого мела, склонного к слеживанию и сводообразованию, и может найти применение в строительной и других отраслях народного хозяйства.

Известно бункерное устройство для сыпучих материалов, содержащее корпус и вмонтированный в его стенки горизонтальный вал, снабженный сводообрушителем, выполненным в виде дисков, на поверхности которых имеются фигурные приливы (Патент ФРГ N 949936, кл. 81e 136, опублик. 1956).

Однако такое бункерное устройство обеспечивает ограниченную зону сводообрушения.

Известен также бункер для сыпучих материалов, содержащий корпус и механизм для сводообрушения, включающий горизонтальный вал с закрепленными на нем дисками с отверстиями (Патент Германии N 700090, кл. 81e 136, опублик. 1940).

В данном устройстве зона рыхления материала расширена. Однако вследствие того, что сводообрушитель установлен вблизи стенки корпуса, его воздействие на свод имеет местное значение.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является бункер для сыпучих материалов, содержащий корпус и размещенный в нем сводообрушитель, включающий горизонтальный вал с наклонно установленными дисками и его привод (авт. свид. СССР N 1155512, кл. B 65 D 88/68, 1983).

В рассматриваемом техническом решении бункера для сыпучих материалов сводообрушитель, выполненный в виде приводного вала с наклонно расположенными дисками, обеспечивает удовлетворительную работу при выгрузке и хранении сыпучих материалов, преимущественно с неустойчивыми внутренними связями между частицами материала и невысокой плотностью их упаковки, при этом разгрузка бункера осуществляется при минимальных затратах энергии на побуждение материала к истечению.

Однако в схемно-конструктивном решении механизма сводообрушителя не в полной мере реализуется положительно доминирующий фактор - сдвиговый характер движения рабочих элементов сводообрушителя и, следовательно, геометрические характеристики траектории движения, динамика и направленность силового воздействия наклонно расположенных дисков на материалы, склонные к образованию устойчивых сводов и зависанию. Так, исключение подвижности наклонных дисков в угловых направлениях при вращательном движении сводообрушителя значительно снижает эффективность их динамического воздействия на свод слежавшегося материала и механического разрушения его структурных образований. Существенное влияние на процесс сводообрушения оказывает влажность материалов, склонных к налипанию.

Задача предлагаемого изобретения - повысить эффективность сводообрушения перегружаемого материала за счет организации вибрационно-колебательных процессов наклонных дисков горизонтального вала сводообрушителя и силового поля их воздействия на структурно-агрегатные образования материала.

Поставленная задача достигается тем, что в бункере для сыпучих материалов, содержащем корпус и размещенный в нем сводообрушитель, включающий приводной горизонтальный вал с наклонно установленными на нем дисками, согласно изобретению диски установлены на горизонтальном валу с возможностью их колебаний в направлении оси вала посредством дополнительного привода.

На фиг. 1 показано предлагаемое бункерное устройство, общий вид; на фиг. 2 - горизонтальный вал с дисками и приводами, разрез; на фиг. 3 - кинематическая схема активного рабочего органа - диска.

Бункер для сыпучих материалов содержит корпус 1 в форме усеченного конуса и размещенный в нем сводообрушитель, включающий горизонтальный вал 2 с установленными на нем дисками 3, при этом вал выполнен полым в виде трубы и снабжен приводом (через шкив 4), а диски снабжены коленчатыми элементами 5. Диски 3 горизонтального вала 2 сводообрушителя установлены наклонно относительно оси вала, то есть их плоскости не совпадают с плоскостью вращения любой точки диска 3, с возможностью колебаний их в направлении оси вала 2 посредством дополнительного привода. Дополнительный привод включает шкив 6, вал 7, пару конических шестерен 8 и 9 с эксцентрично установленной на шестерне 9 осью 10, соединенной посредством шатуна 11 с коленчатыми элементами 5 дисков 3.

В зависимости от физико-механических свойств конкретного сыпучего материала формы и высоты бункера, в последнем могут быть смонтированы несколько сводообрушителей.

Устройство работает следующим образом.

Материал, загруженный через верхнюю часть бункера с помощью транспортера (не показан) либо иным способом, в начальный период беспрепятственно проходит сводообрушитель и осыпается через выгрузочное окно. По мере увеличения слоя загружаемого в бункер материала происходит его уплотнение и сводообразование.

При прекращении поступления материала из бункера, что свидетельствует об образовании свода, включают привод (не показан), который через шкив 4 сообщает горизонтально расположенному валу 2 с наклонными дисками 3 вращательное движение. Шкив 6 через вал 7, шестерни 8 и 9, ось 10 и шатун 11 приводит в быстрое колебательное движение диски 3. Таким образом возникает непрерывное переменное изменение угла наклона дисков 3.

В процессе вращения вала диски совершают круговые движения по сложной пространственной траектории, в результате чего каждый из дисков торцовой и боковой поверхностями воздействует на уплотнительный или слежавшийся материал в зоне сводообразования. При этом амплитудно-частотный характер угловых колебаний дисков 3 и силовое поле их воздействия способствуют формированию и развитию объемных сдвиговых деформаций в структурно-агрегатных образованиях перегружаемого материала, что позволяет существенно увеличить сводообрушающий эффект.

Вследствие непрерывно изменяющего положения плоскостей дисков последние осуществляют одновременно подрезание свода, рыхление материала, захват его порциями и разбрасывание внутри бункера, увеличивая скорость и равномерность истечения сыпучего материала через выгрузное окно бункера.

Из кинематической схемы (фиг. 3) закон движения рабочего органа имеет вид:
Y = Rsin{[ϕ_cp+Δϕcos(nωt+α₀)]cosωt}, (1)
где Y - осевое перемещение отдельно взятой точки диска;
R - радиус диска; ϕ_cp - среднеустановочный угол наклона дисков;
Δϕ - амплитудный угол колебания диска относительно ϕ_cp;
n - число колебаний диска за один оборот вала дополнительного привода, n = (ω₂-ω₁)/ω₁; ; ω₂ - частота вращения вала дополнительного привода; ω₁ - частота вращения горизонтального вала с наклонно установленными дисками; α₀ - фазовый (начальный угол).

В данном случае диск испытывает воздействие двух гармонических колебаний, которые накладываются друг на друга. Первый вид гармонических колебаний характеризуется дифференциальным уравнением
(2)
решением которого получаем закон движения диска:
Y₁ = A₁cos(ω₁t+α₀₁).
Такие гармонические колебания диска будут наблюдаться при вращении горизонтального вала сводообрушителя.

Второй вид гармонических колебаний будет исходить из самого механизма колебания диска. При этом уравнением его движения является функция вида:
Y₂ = A₂cos(ω₂t+α₀₂),
где A₂ = Rsinϕ₀ - амплитуда колебаний.

Тогда Y₂ = Rsin[ϕ_cp+Δϕcos(ω₂t+α₀₂)]. (4)
В процессе работы сводообрушителя два гармонических колебания диска будут накладываться друг на друга. Суммарный колебательный процесс можно описать уравнением
ϕ = Rsin{[ϕ_cp+Δϕcos((ω₂-ω₁)t+α₀)]cosω₁t}. (5)
С использованием соотношения n уравнение (5) приобретает форму (1). При этом мы можем получать различные по своему характеру и характеристикам колебательные процессы в зависимости от соотношений: A₁ и A₂; ω₁ и ω₂; α₀₁ и α₀₂.
Если разность начальных фаз Δα = (α₀₁-α₀₂) = 0, то при A₁ = A₂ - суммарное отклонение Y удваивается, а при A₁ ≠ A₂ суммируется. Если Δα = π и A₁ = A₂, то оба колебания взаимно уничтожаются. Отсюда следует, что для получения наибольших ускорений и сил инерции первым условием такого колебательного процесса должно быть: Δα = 0; A₁ = A₂. Отношение частот ω₁ и ω₂ колебаний учитывается соотношением n. Чем больше n, тем с большей суммарной частотой будет колебаться диск. При ω₂ = 2ω₁, то есть n = 1, суммарное число колебаний диска будет удваиваться, а характер колебательного процесса останется прежним - гармоническим с тем же периодом. А при ω₁ ≠ ω₂ и n = 2, 3... наблюдается биение с периодом
T = 2π/(ω₁-ω₂).
При получении n(n > 3) колебательная система сводообрушителя подвергает слежавшийся материал большим инерционным цикличным и реверсивным нагрузкам. За счет сообщения наклонным диском сводообрушителя пространственных угловых колебаний, реализующих приложение нагрузок к структурно - агрегатным образованиям материала по различным периодически меняющимся направлениям, увеличивается вероятность воздействия их контурных поверхностей на объемную массу материала в направлении, наиболее благоприятном для разрушения свода.

Путем изменения переменных величин:
ϕ_cp; Δϕ; n; ω; R; ωt; α₀
можно получить различные по форме колебательные процессы. Это позволяет назначать оптимально-возможные кинематические режимы работы сводообрушителя в зависимости от физико-механических свойств перегружаемости материала, его фракционного состава и агрегатного состояния.

Предлагаемое конструктивное решение бункера для сыпучих материалов по сравнению с известным устройством, принятым за прототип, обеспечивает эффективное сводообрушение материалов с низкой сыпучестью и высокой слеживаемостью, вследствие чего повышается производительность выгрузки из бункера при сравнительно небольшой энергоемкости привода.

Изобретение относится к устройствам для хранения и последующей выдачи трудносыпучих материалов и может найти применение в различных отраслях народного хозяйства. Бункер для сыпучих материалов содержит сводообрушитель, который выполнен в виде горизонтального вала с наклонно установленными на нем дисками. Вал выполнен полым в виде трубы и снабжен приводом. Диски снабжены коленчатыми элементами. Диски установлены с возможностью колебаний в направлении оси вала посредством дополнительного привода. Дополнительный привод включает шкив, вал, пару конических шестерен с эксцентрично установленной на одной шестерне осью. Эта шестерня соединена посредством шатуна с коленчатыми элементами дисков. Сводообрушитель обеспечивает разгрузку бункера при минимальных затратах энергии на побуждение материала к истечению. 3 ил.

Бункер для сыпучих материалов, содержащий корпус и размещенный в нем сводообрушитель, включающий горизонтальный вал с наклонно установленными дисками и привод, отличающийся тем, что диски установлены на горизонтальном валу с возможностью их колебаний в направлении оси вала посредством дополнительного привода.