МАШИНА ДЛЯ ПРОСЕИВАНИЯ ПЛОХОСЫПУЧИХ ПОРОШКОВ Российский патент 2004 года по МПК B07B1/52 B07B1/46 B07B1/38 

Изобретение относится к технике просеивания сыпучего материала, преимущественно взрывоопасного окислителя смесевого твердого ракетного топлива, для удаления из него инородных предметов.

Попадание указанных предметов вместе с окислителем в смеситель, где готовится топливная масса, недопустимо. Однако, множество операций, которые выполняются при подготовке окислителя, не исключает возможности его засорения. Поэтому непосредственно перед подачей в смеситель окислитель должен подвергаться контрольной просейке через сита, размер отверстий которых меньше зазоров между взаимно движущимися деталями смесителя.

Для этого применяют вибросита с дебалансным вибратором. Окислитель поступает в вибросито из дозатора, просеивается и направляется в смеситель. Посторонние предметы задерживаются на сите и периодически удаляются вручную.

Их недостатком является низкая производительность, особенно при просейке мелкодисперсных, слипающихся порошков, и отсутствие устройства для разрушения комков. Указанный недостаток усугубляется тем, что при непрерывном способе производства накопление материала в вибросите приводит к нарушению содержания компонентов в топливе.

Широко применяются в практике инерционные интенсификаторы, выполненные в виде разобщенных тел (кубики, шарики) и свободно уложенные на сито (а.с. 353757, кл. В 07 В 1/40, 1971). Однако, вследствие практически неизбежной неплоскостности и негоризонтальности сита тела собираются в его пониженных местах, что ограничивает их эффективность. Увеличение же количества тел с целью распространения их протирающего воздействия на всю поверхность сита затрудняет доступ сыпучего материала к ситу, уменьшает участвующую в просеивании поверхность.

Указанные недостатки устранены в просеивающих машинах, снабженных протирающими лопастями, щетками или дисками, вращающимися на сите от специальных устройств.

Так, например, известна машина, в которой для интенсификации просейки над ситом установлены лопасти, приводимые в движение специальным приводом. Наличие последнего усложняет конструкцию машины и, кроме того, увеличивает опасность просеивания взрывоопасных материалов (Каталог немецкой фирмы ALLGAIR-Werke GMBH 7336 UHINGEN/WURTT и статья Р. Schmidt, Классификаторы с качающимися ситами, "Chem. Techn.", 21Jg, Heft 4, April 1969). Эта машина имеет круглый короб с плоским горизонтальным ситом, опирающийся через подшипники на эксцентричную цапфу вертикального вала привода. Короб соединен пружинами со станиной. Внутри короба под ситом размещен вспомогательный редуктор, ведущий вал которого соединен с валом привода, а ведомый проходит через центральное отверстие сита. На ведомом валу закреплены прижатые к верхней поверхности сита радиальные лопасти для протирания материала. Короб вместе с ситом и лопастями совершает круговое поступательное движение, а лопасти, кроме того, медленно вращаются по ситу, благодаря чему обеспечивается просейка плохосыпучих материалов.

Однако производительность просейки ограничивается тем, что при малой частоте вращения лопастей ослабляется протирающий эффект, особенно вблизи центра сита, а при увеличении частоты материал отбрасывается лопастями к периферии сита и нарушается оптимальная для просейки толщина слоя.

Лопасти движутся относительно сита только в одном направлении, что снижает эффективность протирки.

Затруднено регулирование скорости вращения лопастей, необходимое для оптимизации протирки материалов с разнообразными физико-механическими свойствами, поскольку оно требует изменения передаточного отношения редуктора.

Наличие внутри короба редуктора для привода лопастей усложняет конструкцию и эксплуатацию.

Известна машина для просеивания порошков, включающая короб с обечайкой и ситом, привод колебания сита с вертикальным эксцентриковым валом и протирочный активатор с радиальными лучами, свободно размещенный на сите с радиальным зазором относительно обечайки короба (см. SU 1696001 А1, кл. В 07 В 1/52, опубл. 07.12.1991 г.). Эта машина принята за прототип.

В этой машине движение активатора по ситу можно рассматривать на основании теории движения частиц, изложенной в книге И.И.Блехмана и Г.Ю. Джанелидзе “Вибрационное перемещение” - М.: “Наука”, 1964, стр.228.

Если сито совершает круговое поступательное движение с радиусом r, то частица движется относительно сита по окружности с радиусом

Такое же движение совершает активатор при отсутствии возмущений со стороны ограничивающей обечайки. Рассмотрим траекторию движения точки активатора, находящейся на торце луча активатора (см. фиг.1).

Если частица А, перемещаясь по ситу, встречается с обечайкой, то ее движение по окружности прекращается в точке A₁ и продолжается вдоль обечайки. Если бы трение об обечайку отсутствовало, то частица скользила бы до точки А12

. На самом деле трение имеется, и путь вдоль обечайки меньше, следовательно, отрыв произойдет в точке A₂, а траектория будет петлеобразной. Из фиг.1 видно, что при одинаковых частотах вращения лопастей взятой за прототип машины и лучей активатора предлагаемой машины за один оборот вала привода торец лопасти проходит путь А₂ А₄, а торец луча активатора - путь А₂ А₃ А₄, т.е. значительно больший, что объясняется петлеобразной траекторией активатора.

Благодаря указанному, а также переменному по направлению воздействию на материал со стороны лучей активатора, протирка ускоряется.

Для движения торцов лучей активатора вдоль обечайки, то есть вращения активатора, необходимо, чтобы они вступали в периодический контакт с обечайкой при каждом обороте вала. Это условие обеспечивается, если зазор между торцами лучей и обечайкой не превышает определенной величины, связанной с радиусом траектории относительного движения активатора по ситу r₀. На практике значение радиуса относительной траектории r₀ равно эксцентриситету приводного вала r, поскольку подкоренное выражение формулы (2) примерно равно единице. Действительно, для действующих машин с активаторами из полиуретана ω ²r=1400...1500 см/с², a f=0,4; тогда r₀=(0,95...0,96) г, т.е. r₀≅_r.

Проведены эксперименты для подтверждения возможности обеспечения устойчивого вращения активатора, свободно размещенного на сите. Основные параметры опытного образца просеивающей машины следующие:

эксцентриситет приводного вала r=10 мм;

диаметр сита 900 мм;

угловая скорость вала ω =37,7 1/сек.

Эксперименты показали, что при Δ ≤ r, когда Δ =(0,5...1,0) r, происходит уверенный выход активатора в режим вращения, но частота вращения недостаточна - от 1 до 6 об/мин.

При Δ >r, когда Δ =(1,1...2) r, происходит ненадежный замедленный выход активатора в режим вращения, хотя в случае выхода в режим вращения частота вращения увеличивается в 1,5...2 раза (от 7 до 16 об/мин), обеспечивая устойчивую просейку порошка.

Таким образом, недостатком машины, принятой за прототип, является ненадежный выход активатора в режим вращения, обеспечивающий устойчивую просейку порошка.

Технической задачей данного изобретения является повышение производительности машины.

Технический результат достигается за счет увеличения частоты вращения активатора при Δ <r, для чего лучи активатора снабжены упругими элементами, длина которых L определяется по формуле

L=(0,1...0,2)SE/mω ², (2)

где S - площадь поперечного сечения упругого элемента;

Е - модуль упругости;

m - масса активатора;

ω - угловая скорость вала,

а величина радиального зазора между торцами лучей активатора и обечайкой короба составляет 0,5...1,0 от эксцентриситета вала.

Такое выполнение активатора создает условия для обязательного контактирования лучей с ограничивающей обечайкой. И в то же время приводит к увеличению частоты вращения активатора за счет увеличения зазора при динамическом деформировании упругого элемента после выхода на режим обкатывания. Для пояснения этого рассмотрим взаимодействие активатора, лучи которого снабжены упругими элементами длиной L, с обечайкой (фиг.2, 2a). При этом полагаем, что активатор обладает достаточной жесткостью во всех направлениях, т.е. выполнен, например, из достаточно твердой пластмассы, а упругий элемент, например, из резины (фиг.4, 4a) может претерпевать при нагружении значительные упругие деформации в радиальном направлении. В расчете радиального перемещения упругого элемента не учитываем изгибающее действие тангенциальной составляющей силы реакции F_t, т.к. устойчивость лучей обеспечена конструктивно, а длина упругих элементов лучей мала.

Перемещение k упругого элемента под действием нормальной составляющей N силы реакции определяется согласно закона Гука по формуле

k=NL/ES. (3)

При сжатии упругого элемента центр масс крестовины перейдет с траектории радиуса г на окружность с радиусом Δ _д

Δ _д=r+k, (4)

т.е. происходит увеличение радиального зазора, который в дальнейшем называем динамическим.

Как следует из экспериментов, изменение радиального зазора в рассматриваемой системе допустимо при

Δ _д=(1...2)r. (5)

Тогда, учитывая (4),

k=Δ _д-r=(1...2)r-r=(0...1)r,

а из конструктивных соображений принимаем

k=(0,5...1)r. (6)

Нормальная составляющая N реакции при постоянном зазоре является функцией от угла сдвига переносной силы инерции от относительного движения, который в свою очередь определяется параметрами возбуждения и диссипативными характеристиками системы.

Как показали экспериментально-теоретические исследования, значение нормальной составляющей реакции при динамическом нагружении и изменении зазора от нуля до Δ =2 r изменяется в пределах

N=(1...5)ω ²rm, (7)

где m - масса активатора.

Пределы этой величины справедливы для широкого ряда сепарирующих машин, у которых ω ² r=1000...2000 см/сек². Нас интересует только максимальное значение нормальной реакции, когда N=5ω ²rm, т.к., если система реализует меньшее значение, то это не приведет к увеличению динамического зазора за пределы допустимого.

Подставляя значения (6) и (7) в (3), получим искомую длину упругого элемента

L=k· E· S/N=(0,5...1)r· E· S/5ω ²rm=(0,1...0,2)E· S/mω ². (8)

Таким образом, располагая активатор в обечайке со статическим зазором, не превышающим эксцентриситет вала, а именно Δ =(0,5...1,0)r, гарантированно обеспечиваем ее контактирование с обечайкой и надежный запуск ее во вращение. Выполнение длины упругих элементов в пределах, определяемых по формуле (8), позволяет увеличить "динамический зазор", т.е. увеличить зазор при работе машины за счет сокращения упругого элемента лучей активатора в момент контакта его с обечайкой. Соответственно, увеличение зазора приводит к увеличению частоты вращения активатора и повышению его эффективности.

На фиг.3 показана схема предлагаемой машины. Машина состоит из круглого короба 1 с обечайкой 2 и привода. В короб установлена решетка 3, на которую опирается сито 4, закрепленное во фланцевом разъеме. На сите свободно лежит протирочный активатор 5 с радиальным зазором между обечайкой и концами лучей, не превышающем радиус г эксцентриситета приводного вала. Привод имеет двигатель 6, соединенный с редуктором 7. Выходной вал 8 редуктора расположен вертикально и заканчивается эксцентричной цапфой, на которую через подшипники 9 опирается короб 1. Резиновые тяги 10 соединяют раму 11с коробом 1.

Для уравновешивания служит балансир 12, закрепленный на валу 8. Машина имеет загрузочный и выгрузочный патрубки 13, 14 и люки 15.

Конструкция предлагаемого активатора показана на фиг.4. Лучи 16 активатора выполнены из твердого износостойкого материала, а в их торцах закреплены упругие элементы 17.

Короб 1 вместе с ситом 4 совершает круговое поступательное движение. Гибкие тяги 10 предотвращают вращение короба, не препятствуя круговому движению. Распределение порошка на сите и его просеивание происходят за счет кругового движения сита 4 и протирающего действия активатора 5. Задержанные на сите включения периодически удаляются через люки 15.

Преимущество предложенной машины по сравнению с принятой за прототип заключается в увеличении производительности и упрощении конструкции. Эти преимущества позволяют проводить контрольную просейку окислителя практически с любой сыпучестью через сита, отверстия в которых имеют размер меньше зазоров в смесителях, и повысить таким образом безопасность производства ракетных зарядов либо, при заданном размере отверстий, увеличить производительность. Исключение забивок сита устраняет нарушения компонентного состава топлива.

Испытаны опытные образцы просеивающих машин, результаты экспериментов подтвердили их высокую эффективность. Предполагается оснащение просеивающей машиной фаз приготовления рабочих смесей порошков и формования ракетных зарядов из смесевого топлива на заводах отрасли.

Изобретение может использоваться, например, для просеивания окислителя смесевого твердого ракетного топлива. Машина содержит короб с обечайкой и ситом, привод с эксцентриковым валом и протирочный активатор с лучами. Протирочный активатор размещен на сите свободно с радиальным зазором относительно обечайки короба, а торцы лучей снабжены пружинными элементами сжатия, длина которых определяется из математического выражения. Величина радиального зазора между торцами лучей активатора и обечайкой короба составляет 0,5...1,0 от эксцентриситета вала. Изобретение повышает эффективность и производительность просеивания. 6 ил.

Машина для просеивания плохосыпучих порошков, содержащая короб с обечайкой и ситом, привод с вертикальным эксцентриковым валом, протирочный активатор с радиальными лучами, размещенный на сите свободно с радиальным зазором относительно обечайки короба, отличающаяся тем, что торцы лучей активатора снабжены полимерными пружинными элементами сжатия, при этом длина пружинных элементов определяется по формуле

L=(0,1 - 0,2)ES/mω²,

где L - длина пружинного элемента;

S - площадь поперечного сечения пружинного элемента;

Е - модуль упругости материала элемента;

m - масса активатора;

ω - угловая скорость вращения эксцентрикового вала,

а величина радиального зазора между торцами лучей активатора и обечайкой короба составляет 0,5 - 1,0 эксцентриситета вала.