ОБЪЕМНЫЙ ГРУППОВОЙ ДОЗАТОР Российский патент 2006 года по МПК G01F11/04 A21C9/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Заявляемое изобретение относится преимущественно к пищевой промышленности, а именно к устройствам, используемым в составе автоматизированных линий и осуществляющим объемное дозирование и одновременную подачу нескольких доз (порций) пастообразных продуктов. Предпочтительным является применение заявляемого устройства в составе линий изготовления тестовых изделий с начинкой для дозирования и подачи порций начинки в тестовую оболочку. Вместе с тем, возможно применение заявляемого устройства в составе фасовочно-упаковочных автоматов для пищевых продуктов, а также в других отраслях промышленности, где необходимо одновременное дозирование и подача нескольких порций материала, характеризующегося низкой текучестью.

Уровень техники

Известна конструкция объемного дозатора для мучнистых продуктов (см. патент RU 2186344, опубл. 27.07.2002), состоящего из неподвижного, горизонтально установленного барабана, выполненного со сквозными, размещенными равномерно по его окружности камерами, снабженного верхним и нижним дисковыми ножами-затворами, закрепленными на приводном валу. Дисковые ножи-затворы обеспечивают последовательное заполнение и опорожнение камер барабана благодаря тому, что они выполнены в форме круга с вырезом сектора, угол которого тождественен углу сектора барабана, содержащего определенное количество камер, при этом нижний дисковый нож-затвор развернут по отношению к верхнему дисковому ножу-затвору на 180 град. вокруг оси вала.

Вращение с заданной частотой приводного вала и, соответственно, дисковых ножей-затворов обеспечивает равномерное и последовательное заполнение и опорожнение сквозных камер, при этом, например, при выполнении в барабане восьми камер сектор в пластине ножа полностью открывает три смежных камеры, чем обеспечивается одновременная подача трех порций дозируемого материала. Вместе с тем, такой дозатор применим только для подвижных, сыпучих продуктов и материалов и не работоспособен по отношению к вязким пастообразным продуктам.

Известен дозатор вязких масс, выполненный в виде корпуса с окнами нагнетания и выдачи масс и с установленной в его объеме вращающейся гильзой с радиальной цилиндрической мерной камерой, в которой размещен плавающий поршень (см. патент RU 2051335, опубл. 20.05.1997). При непрерывном вращении гильзы мерная камера оказывается периодически открытой в окно нагнетания и в окно выдачи. За счет разности давления между этими окнами поршень выталкивает отмеренную ранее дозу через окно выдачи, при этом мерная камера с другого конца заполняется вязкой массой через окно нагнетания.

Вышеописанный дозатор вязких масс прост в конструктивном и эксплуатационном отношении, надежен в работе. Однако для формирования нескольких доз необходимо использовать такое же количество этих дозаторов. При этом обеспечить синхронность их работы без существенных конструктивных доработок невозможно, что значительно снижает область применения таких устройств.

В качестве прототипа заявляемого устройства принято решение объемного группового дозатора пастообразных пищевых продуктов (см. патент RU 2017663, опубл. 15.08.1994), содержащего блок из мерных цилиндров с установленными в них свободно перемещающимися поршнями, при этом объем каждого цилиндра сообщен: одним каналом через блок затворов с подающим массу каналом, связанным с входным коллектором, а другим каналом и через этот же блок затворов с выпускным отверстием. При определенном положении затвора пастообразный продукт под давлением, создаваемым насосом, направляется в канал, открытый с одной стороны поршня, при этом перемещение поршня под воздействием подаваемой массы ведет к вытеснению этим поршнем ранее отмеренного продукта, находящегося по другую сторону поршня, и соответственно направлению этого продукта по другому каналу к выпускным отверстиям. Синхронизация работы всего блока цилиндров может быть достигнута решением привода затворов.

Основным недостатком объемного группового дозатора, принятого за прототип, является невозможность его применения для густых пастообразных масс, характеризующихся или невысокой текучестью, или полным ее отсутствием, например, для дозирования и подачи мясного фарша или других густых пластичных масс. Конструктивные особенности дозатора - направление дозируемого продукта в объемы мерных цилиндров и к выпускным отверстиям посредством совокупности узких каналов и блока затворов, а также наличие входного коллектора, предопределяющего разветвленность направлений движения массы, обусловливают работоспособность этого устройства только при дозировании и подаче подвижных, текучих сред. Для дозирования густых пастообразных продуктов вследствие больших динамических потерь, имеющих место из-за вышеуказанных конструктивных особенностей и повышенной вязкости продукта, давления, создаваемого насосом, недостаточно, а решение проблемы повышением мощности подающих систем, в конечном итоге, приводит к нереализуемости устройства в целом. Вместе с тем, конструкция устройства предопределяет циклический алгоритм его работы, когда один цикл максимально нагружен и характеризуется вытеснением дозируемого продукта из мерной камеры и одновременным заполнением ее объема новой массой, а другой цикл является холостым, что приводит к неравномерности загрузки привода и также к неработоспособности этого устройства по отношению к нетекучим пластическим массам.

Раскрытие изобретения

Заявляемым изобретением решается задача по созданию устройства, обеспечивающего одновременное и точное дозирование и подачу с некоторой кинетической энергией (эффектом выброса) нескольких порций пастообразного повышенной густоты (пластичного) продукта при невысоких энергетических затратах при эксплуатации такого устройства.

Поставленная задача решена тем, в объемном групповом дозаторе, содержащем выполненные в неподвижном корпусе мерные камеры с установленными в них поршнями, входной и выпускные каналы, наполнительный канал, сообщающий входной канал с мерными камерами, и промежуточные каналы, соединяющие мерные камеры с выпускными каналами, а также затвор, выполненный с возможностью вращательного движения и с формой, ограниченной с двух противоположных сторон плоскостями, согласно заявляемому изобретению затвор установлен обращенным одной упомянутой плоскостью к корпусу и выполнен с перпендикулярной этой плоскости осью вращения, проходящей через центр окружности, по которой расположены, предпочтительно равномерно, мерные камеры, объемы которых продолжены в виде выходных каналов в крышке корпуса, размещенной по другую сторону затвора, т.е. со стороны другой упомянутой его плоскости. При этом наполнительный и промежуточные каналы выполнены в теле затвора. Наполнительный канал представляет собой радиальную (направленную от оси вращения затвора к его периферии) проточку, один конец которой открыт в форме центрального осевого отверстия в плоскости затвора, обращенной наружу, т.е. в обратную от корпуса сторону, причем это отверстие сообщено с входным каналом. Другой конец наполнительного канала выполнен в форме выпускного окна на уровне линии окружности мерных камер, сообщающего поочередно каждую из них с этой радиальной проточкой, т.е. с выходом наполнительного канала. Промежуточные каналы выполнены также в теле затвора, но в секторе, противолежащем расположению радиальной проточки. При этом промежуточные каналы представляют собой сквозные поперечные проточки, равномерно расположенные на линии окружности мерных камер и на таком же угловом расстоянии друг от друга, как и мерные камеры, но меньшим числом, чем число мерных камер, чем обеспечивается соединение части мерных камер с выходными каналами, в то время как другие мерные камеры поочередно заполняются продуктом через наполнительный канал. Наиболее упорядоченной и согласованной работой характеризуется устройство, выполненное с количеством мерных камер, в два раза превышающим количество промежуточных каналов. В частности, для линий изготовления изделий из теста с начинкой, исходя из требуемой производительности устройства и его рациональных габаритов, дозатор выполнен с количеством мерных камер, равным шести, при количестве промежуточных каналов, равном трем. Таким образом, промежуточные каналы соединяют поочередно объемы сразу нескольких мерных камер (части из их общего числа) с выходными каналами, которые выполнены в виде продолжения мерных камер в крышке корпуса, размещенной по другую сторону затвора, причем объемы в крышке корпуса завершаются патрубками, переходящими в выходные каналы устройства. В итоге образуются цельные магистрали для выхода из устройства одновременно нескольких доз отмеренного продукта. Существенным признаком заявляемого решения является также выполнение привода перемещения поршней с возможностью одновременного воздействия на поршни той части мерных камер, которые через промежуточные каналы совмещены с выходными каналами.

Благодаря тому, что конструктивное построение устройства, охарактеризованное вышеизложенной совокупностью признаков, обусловливает минимальные сопротивления при движении продукта, отмеренные порции на выходе из дозатора выбрасываются с некоторой кинетической энергией, что является важным для применения такого устройства при изготовлении изделий из теста с начинкой.

В конкретном случае реализации заявляемой конструкции дозатора корпус с мерными камерами может быть выполнен в форме диска с осевой расточкой и кольцевым буртиком. При таком исполнении формы корпуса затвор размещен в образованном буртиком объеме и выполнен также в форме диска с консольным, связанным с приводом валом, пропущенным через осевую расточку корпуса. Это обеспечивает компактность устройства, оптимальную материалоемкость, при этом исключены перекосы затвора при его вращении.

С целью обеспечения точного и равномерного воздействия одновременно на всю нужную группу поршней и, соответственно, одновременного и точного дозирования и подачи порций целесообразно привод перемещения поршней выполнить в виде установленного на консольный вал затвора торцового кулачка, воздействующего на штоки поршней через толкатели, каждый из которых выполнен с рабочей поверхностью, контактирующей одновременно со штоками группы из поршней в количестве, равном количеству промежуточных камер, при этом толкатели установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлении, параллельном валу затвора. Параллельность перемещения достигается посредством тяг, совершающих качательное движение и связанных с толкателем и корпусом шарнирно, причем на корпусе с целью установки этих тяг выполнены кронштейны. Тяги и части хвостовика толкателя и кронштейна (т.е. участки этих деталей между осями установочных шарниров) формируют параллелограмм, что обеспечивает строго одинаковое линейное перемещение всех точек рабочей поверхности толкателя, контактирующей сразу с несколькими штоками, и, соответственно, обеспечивает одно и то же правое положение поршней в тех мерных камерах, штоки которых контактируют с эти толкателем, и одновременный выброс всех порций из этих мерных камер. С этой же целью обеспечения точного и равномерного воздействия одновременно на всю нужную группу поршней толкатели выполнены с рабочей плоскостью, перпендикулярной оси вала. При этом для оптимальной установки тяг с формированием параллелограмма толкатели выполнены с хвостовиком, перпендикулярным его рабочей плоскости (или параллельным оси вала).

С целью бесперебойной работы поршневой группы является предпочтительным выполнение мерных камер цилиндрической формы.

Краткое описание чертежей

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими чертежами, на которых:

на Фиг.1 изображено устройство, продольный разрез;

на Фиг.2 - вид. А на Фиг.1 (вид со стороны входного канала);

на Фиг.3 - разрез Б-Б Фиг.1, показывающий конструкцию привода поршней;

на Фиг.4 - вид В на Фиг.1, также показывающий конструкцию привода поршней;

на Фиг.5 - разрез Г-Г Фиг.1, поясняющий конструкцию затвора;

на Фиг.6 - разрез Д-Д Фиг.1.

Осуществление изобретения

Предлагаемое устройство содержит неподвижный корпус 1, выполненный с шестью мерными камерами 2. Корпус 1 имеет форму диска с кольцевым буртиком 1а, при этом мерные камеры 2 представляют собой цилиндрические проточки с осями I-I, параллельными оси II-II диска корпуса, равномерно размещенные по окружности, центр которой совпадает с осью II-II. В объеме мерных камер 2 установлены поршни 3 со штоками 4, которые продлены за пределы корпуса 1 (выполнены выступающими). Кольцевой буртик 1а формирует в корпусе 1 полый объем, в котором установлен затвор 5. Затвор 5 имеет также форму диска, т.е. ограничен с двух противоположных сторон плоскостями, одна из которых, при установке затвора 5 в упомянутый полый объем, обращена к корпусу 1, при этом по периметру затвор 5 охвачен упомянутым кольцевым буртиком 1а корпуса с зазором, обусловливающим свободное вращение затвора 5 относительно корпуса 1. Снаружи, т.е. со стороны другой плоскости диска, затвор 5 закрыт крышкой 6, устанавливаемой на корпус 1 с креплением на буртик 1а посредством болтов (на чертеже не показаны) с целью технологичности сборки устройства и его ремонтопригодности. Крышка 6 выполнена с шестью цилиндрическими или конусными каналами, являющимися выходными каналами 7, при этом размещены каналы 7 как продолжение мерных камер 2, т.е. как продолжение цилиндрических проточек в корпусе 1, причем каналы 7, по сути, также являются соосными мерным камерам 2 цилиндрическими проточками в крышке 6.

Затвор 5 выполнен с консольным валом 8, связанным с приводом его вращения (на чертежах не показан), при этом корпус 1 выполнен с осевой расточкой, в которую свободно пропущен вал 8, на выходящую из корпуса 1 часть которого установлен торцовый кулачок 9, воздействующий на штоки 4 поршней 3 через два подвижных толкателя 10 с роликами 11, контактирующими с рабочей поверхностью кулачка 9. Причем каждый толкатель 10 смонтирован на корпусе 1 с помощью двух качающихся тяг 12, одними концами шарнирно установленных на хвостовике толкателя 10, а другими - на кронштейне 13, закрепленном на корпусе 1. При этом две тяги 12 и части хвостовика толкателя 10 и кронштейна 13 (между установочными осями тяг) образуют параллелограмм, обеспечивающий по всей траектории перемещения толкателя 10 постоянную (одну и ту же) перпендикулярность его торца 14 к оси II-II корпуса 1 и к осям I-I цилиндрических мерных камер 2.

В теле затвора 5 выполнен в виде радиальной проточки наполнительный канал 15 с центральным осевым отверстием 16, сообщающим наполнительный канал с входным каналом 17, переходящим в магистраль механизма (на чертежах не показан) постоянной подачи дозируемого продукта, в частности мясного фарша, при применении заявляемого устройства в линии изготовления изделий из теста с начинкой, например, пельменей. Другой конец наполнительного канала 15 проработан в виде выпускного окна 18, расположенного на линии окружности мерных камер 2.

В секторе диска затвора 5, противолежащем размещению наполнительного канала 15, т.е. при исполнении накопительного канала по линии радиуса от центра диска к его периферии перпендикулярно вниз, то, соответственно, в двух верхних четвертях диска выполнены три сквозные поперечные цилиндрические проточки, являющиеся промежуточными каналами 19, размещенными в теле затвора с соразмерным угловым расстоянием и соосно с любыми рядом расположенными по линии окружности в корпусе 1 цилиндрическими мерными камерами 2 и, соответственно, с любыми выходными каналами 7 крышки 6 и обеспечивающими совмещение мерных камер, промежуточных и выходных каналов при повороте затвора 5 на каждые 60 град с образованием трех цельных каналов для движения отмеренной дозы продукта. Торцовый кулачок 9 выполнен с рабочей поверхностью, обеспечивающей поочередное воздействие толкателей, каждого на свою группу из трех поршней, и включающей выступающую часть 20 и беговую дорожку 21.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

При вращении вала 8 вместе с ним вращается торцовый кулачок 9 и затвор 5, промежуточные каналы 19 которого обеспечивают совмещение трех рядом расположенных на линии окружности мерных камер 2 с соответствующим выходными каналами 7, а выпускное окно 18 соединяет наполнительный канал 15 с одной из оставшихся мерных камер 2, обеспечивая тем самым свободное поступление дозируемого продукта от входного канала 17 через центральное осевое отверстие 16 и объем наполнительного канала в объем мерной камеры. Выступающая часть 20 (см. фиг.1) торцового кулачка 9 воздействует на верхние ролик 11 и толкатель 10, который, перемещаясь параллельно осям I-I и II-II, сохраняя при этом перпендикулярность к указанным осям поверхности 14, этой поверхностью одновременно воздействует на концевые торцы штоков 4 поршней 3, установленных в трех мерных камерах 2, отмеченных индексом «К» (см. фиг.6). Перемещением поршней 3 происходит вытеснение из этих камер дозы отмеренного продукта. При этом вращение затвора 5, как отмечено выше, обусловливает поочередное совмещение выпускного окна 18 с другими мерными камерами 2 (находящимися в нижней части корпуса 1, см. индекс «И» на фиг.6) и заполнение их отмеряемым продуктом, поступающим под давлением из входного канала 17, при этом под действием продукта поршни 3, установленные в этих мерных камерах 2, перемещаются в крайнее правое положение, а объем камер заполняется дозой продукта. По заполнении этих камер вследствие продолжающегося вращения торцового кулачка 9 выступающая его часть 20 через нижние ролик 11 и толкатель 10 воздействует на штоки 4 поршней 3, которые вытесняют продукт из мерных камер 2 (отмеченных индексом «И», фиг.6) в нижние выходные каналы 7, а при этом происходит заполнение мерных камер 2 (отмеченных индексом «К», фиг.6) в верхней части корпуса. Цикл повторяется.

Таким образом, устройство за один оборот вала 8 и соответственно за один оборот кулачка 9 и затвора 5 обеспечивает дважды подачу одновременно трех порций продукта. Благодаря тому, что все точки поверхности 14 толкателей 10, контактирующие со штоками 4, совершают строго одинаковое линейное перемещение, порции продукта также будут одинаковыми, при условии, что диаметры мерных камер 2 и поршней 3 одинаковы, а беговая дорожка 21 торцового кулачка 9 перпендикулярна оси его вращения.

Изобретение относится к технике дозирования и предназначено для использования в автоматизированных линиях, осуществляющих объемное дозирование пастообразных продуктов, например, в составе линий изготовления тестовых изделий с начинкой для подачи порций начинки в тестовую оболочку в пищевой промышленности. Изобретение направлено на обеспечение одновременного и точного дозирования с эффектом выброса нескольких порций пастообразного продукта при невысоких кинетических затратах при эксплуатации. Этот результат обеспечивается за счет того, что объемный групповой дозатор содержит выполненные в неподвижном корпусе мерные камеры с установленными в них поршнями, входной и выходной каналы, наполнительный канал и промежуточные каналы, соединяющие мерные камеры с выпускными каналами, затвор, выполненный с возможностью вращательного движения и с формой, ограниченной с двух противоположных сторон плоскостями. Затвор установлен обращенным одной упомянутой плоскостью к корпусу и выполнен с перпендикулярной этой плоскости осью вращения, проходящей через центр окружности, по которой расположены мерные камеры. Выходные каналы выполнены в крышке корпуса и являются продолжением мерных камер, а наполнительный канал выполнен в теле затвора в виде радиальной проточки, поочередно сообщающей мерные камеры с входным каналом. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Объемный групповой дозатор, содержащий выполненные в неподвижном корпусе мерные камеры с установленными в них поршнями, входной и выходной каналы, наполнительный канал, сообщающий входной канал с мерными камерами, и промежуточные каналы, соединяющие мерные камеры с выходными каналами, затвор, выполненный с возможностью вращательного движения и с формой, ограниченной с двух противоположных сторон плоскостями, отличающийся тем, что затвор установлен обращенным одной упомянутой плоскостью к корпусу и выполнен с перпендикулярной этой плоскости осью вращения, проходящей через центр окружности, по которой расположены мерные камеры, продолженные в виде выходных каналов в крышке корпуса, размещенной со стороны другой упомянутой плоскости затвора, при этом наполнительный канал выполнен в теле затвора в виде радиальной проточки, один конец которой открыт в форме центрального осевого отверстия, сообщающего наполнительный канал с входным каналом, а другой конец выполнен в виде выпускного окна на обращенной к корпусу плоскости затвора, сообщающего поочередно каждую из мерных камер с наполнительным каналом, промежуточные каналы выполнены в теле затвора в секторе, противолежащем расположению наполнительного канала, и в виде сквозных поперечных проточек, расположенных на уровне линии окружности мерных камер и поочередно сообщающих часть мерных камер с выходными каналами в крышке, при этом привод перемещения поршней выполнен с возможностью одновременного воздействия на поршни той части мерных камер, которые через промежуточные каналы сообщены с выходными каналами.2. Дозатор по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен в форме диска с осевой расточкой и кольцевым буртиком, при этом затвор размещен в образованном буртиком объеме корпуса и выполнен в форме диска с консольным связанным с приводом валом, пропущенным через осевую расточку корпуса.3. Дозатор по п.2, отличающийся тем, что привод перемещения поршней выполнен в виде кулачкового механизма, включающего установленный на консольный вал затвора торцовый кулачок, воздействующий на выступающие за пределы корпуса штоки поршней через толкатели, каждый из которых выполнен с рабочей поверхностью, контактирующей одновременно со штоками группы поршней в количестве, равном количеству промежуточных камер, и установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлении, параллельном валу затвора, и посредством шарнирно закрепленных тяг, совершающих качательное движение и формирующих совместно с толкателем и кронштейном шарнирный параллелограмм.4. Дозатор по п.3, отличающийся тем, что корпус выполнен с шестью мерными камерами, равномерно размещенными по линии окружности, а затвор - с тремя промежуточными каналами, размещенными аналогично любым трем из упомянутых мерных камер, при этом привод перемещения поршней включает два толкателя, каждый из которых одновременно воздействует на группу из трех поршней, причем торцовый кулачок выполнен с рабочей поверхностью, обеспечивающей поочередное воздействие толкателей, каждого на свою группу.5. Дозатор по п.3, отличающийся тем, что толкатели выполнены с рабочей плоскостью, перпендикулярной оси вала, и с перпендикулярным этой плоскости хвостовиком, связанным с тягами.6. Дозатор по п.1, отличающийся тем, что мерные камеры выполнены цилиндрической формы.