ПРЕСС ДЛЯ ПОЛУСУХОГО ФОРМОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО КИРПИЧЕЙ Российский патент 2007 года по МПК B28B3/00 

Изобретение относится к оборудованию предприятий строительной индустрии, а именно к шарнирно-рычажным прессам для изготовления строительных кирпичей, плиток и других изделий методом полусухого прессования.

Известно устройство для полусухого прессования кирпичей из глиняных порошков (см. патент RU 1838101, МПК В 28 В 3/26, Бюл. №32, 1993), содержащее бункер для глиняного порошка, дозатор, рабочую камеру, расположенную горизонтально, двигатель, гидравлический прессующий механизм, реализующий способ прессования «кирпич в кирпич».

Недостатком этого устройства является малая производительность и низкий коэффициент полезного действия, обусловленные тем, что прессование кирпичей осуществляется с использованием гидравлического механизма, характеризующегося недостаточным быстродействием.

Известен механический коленно-рычажный пресс, на котором возможно полусухое прессование строительного кирпича из глиняных порошков влажностью 8-12% (см. книгу: Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. С.Г.Силенок, А.А.Борщевский, М.Н.Горбовец и др., М.: Машиностроение, 1990, стр.342-345). Пресс включает двигатель, механические передачи, вертикально ориентированную пресс-форму, шарнирно-рычажный механизм, связанный с коленчатым валом, приводящим в движение основной шатун упомянутого шарнирно-рычажного механизма. Основной шатун шарнирно соединен с коромыслом (верхним рычагом) и прессующим шатуном (нижним рычагом), связанным с ползуном, на котором смонтирован верхний прессующий инструмент, причем соединение основного шатуна и с коромыслом и с прессующим шатуном выполнено в одном шарнире.

Недостатком известного коленно-рычажного пресса является несовершенная технологическая схема его работы в процессе изготовления кирпичей методом полусухого прессования, обусловленная тем, что выше охарактеризованный шарнирно-рычажный механизм пресса выполняет только одну функцию - прессование (сжатие) порошковой массы, после завершения которой ползун с прессующим инструментом начинает перемещаться обратно вверх, а выталкивание готового изделия-сырца из рабочей камеры осуществляет другой механизм и через входную горловину рабочей камеры. Такая технологическая схема прессования характерна для вертикального расположения рабочей камеры (пресс-формы) и прессующего поршня, при котором основной шатун шарнирно-рычажного механизма в одном шарнире соединен и с коромыслом и с прессующим шатуном. При этом увеличивается потребный ход ползуна для обеспечения засыпки порошка, осуществляемое через верхнее окно рабочей камеры, что снижает производительность прессования. В итоге пресс имеет неудовлетворительные технические характеристики и малую эффективность. Например, время одного рабочего цикла пресса СМ-1085, серийно выпускаемого промышленностью, составляет 6,6...10 сек при одновременном прессовании четырех кирпичей жестким штампом.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения принята конструкция механического коленно-рычажного пресса (см. патент RU 2229973, МПК В 28 В 3/00, опубл. 10.06.2004), содержащего вертикально ориентированную неподвижную пресс-форму (рабочую камеру), коленно-рычажный привод прессующего инструмента, включающий коленчатый вал, нижний рычаг (прессующий шатун), шарнирно связанный с ползуном, несущим прессующий инструмент, верхний рычаг (коромысло), шарнирно связанный с рамой прессующего механизма, основной шатун, сочлененный с коленчатым валом с одной стороны, а с другой стороны связанный шарнирами с верхним рычагом и с нижним рычагом.

Шарниры основного шатуна, соединяющие его с верхним и нижним рычагами, разнесены на регулируемое расположение между упомянутыми шарнирами и шарниром кривошипной головки основного шатуна, что позволяет регулировать режимы прессования. При этом все три упомянутых шарнира расположены на одной линии, что предопределяет закон движения прессующего поршня, т.е. так же, как и в конструкции вышеуказанного аналога (пресса СМ-1085), прессующий поршень выполняет только одну функцию - сжатие порошковой массы, при этом выталкивание готового изделия осуществляется дополнительным механизмом. Таким образом, недостатком коленно-рычажного пресса, принятого за прототип, является его малое быстродействие в связи с увеличенным по времени циклом работы, обусловленным тем, что выталкивание готового изделия в прессе осуществляется через входное отверстие пресс-формы, загрузка пресс-формы порошком также осуществляется со стороны расположения прессующего инструмента, что требует или вывода пресс-формы из зоны прессования, или отвода инструмента на большее, чем это требуется условиями формования, расстояние.

Задачей заявляемого изобретения является повышение производительности пресса для полусухого прессования строительных изделий, преимущественно кирпичей, за счет сокращения времени цикла работы пресса из расчета на одно изделие.

Поставленная задача решена тем, что в прессе для полусухого формования строительных изделий, преимущественно кирпичей, содержащем пресс-форму и коленно-рычажный привод прессующего поршня, шарнирно-рычажный механизм которого включает установленный на коленчатом валу основной шатун, шарнирно связанный с коромыслом и с прессующим шатуном, связанным с прессующим поршнем через ползун, причем упомянутые шарниры разнесены между собой, согласно заявляемому изобретению шарниры, связывающие основной шатун с коромыслом и с прессующим шатуном, разнесены таким образом, что совместно с шарниром, связывающим основной шатун с коленчатым валом, образуют на поверхности основного шатуна условный треугольник со сторонами a, b, с, где

a - расстояние между центром шатунной шейки коленчатого вала, на которую установлен основной шатун, и центром шарнира, соединяющего основной шатун с коромыслом;

b - расстояние между центром шарнира, соединяющего основной шатун с коромыслом, и центром шарнира, соединяющего основной шатун с прессующим шатуном;

с - расстояние между центром шатунной шейки коленчатого вала, на которую установлен основной шатун, и центром шарнира, соединяющего основной шатун с прессующим шатуном,

при этом условный треугольник характеризуется соотношением сторон, при котором а>с>b, a пресс-форма выполнена в виде прессующего канала, характеризующегося возможностью вывода отпрессованного изделия при прямом ходе прессующего поршня, т.е. характеризующегося возможностью прессования изделия «кирпич в кирпич» и выводом крайнего отпрессованного изделия на выходе прессующего канала при загрузке сырья и прессовании в начальной его части, причем является предпочтительным выполнение прессующего канала горизонтально ориентированным.

Другими словами, поставленная задача решена путем усовершенствования коленно-рычажного привода механического пресса для полусухого прессования изделия, а именно его шарнирно-рычажного механизма таким образом, чтобы было возможно использовать такой коленно-рычажный привод для устройства с прессующим каналом с загрузкой сырья с одного края и выгрузкой готовых изделий - с другого, а сам шарнирно-рычажный механизм, кроме прессующей функции, должен обеспечить выполнение дополнительной функции, т.е. функции удаления готового изделия из прессующего канала при прямом ходе прессующего поршня. Разнесение шарниров, связывающих основной шатун с другими звеньями шарнирно-рычажного механизма, с образованием центрами шарниров условного треугольника, характеризующегося вышеуказанным соотношением сторон, предопределяет такой закон движения прессующего поршня, взаимодействующего с выходным звеном этого шарнирно-рычажного механизма, при котором на начальной части прямого хода поршень осуществляет прессующее воздействие, а на конечной части прямого хода поршень продвигает отпрессованное изделие вперед, т.е. к выходу из объема прессования, и при прессовании изделий по принципу «кирпич в кирпич» удаляет крайнее готовое изделие - сырец из прессующего канала (из рабочего объема) пресса.

Таким образом, благодаря конструктивной проработке шарнирно-рычажного механизма, процесс прессования изделия и удаление отпрессованного изделия из рабочего объема пресса стали возможными в процессе одного прямого хода прессующего поршня и без использования дополнительных механизмов, как это имеет место в известных механических коленно-рычажных прессах. В результате сокращается время, необходимое для изготовления одного изделия.

Вместе с тем, применение коленно-рычажного привода для пресса с горизонтальным прессованием изделий, при котором имеется возможность совмещения процесса загрузки рабочего прессующего объема с возвратным движением прессующего поршня, а выгрузка изделий осуществляется в направлении, совпадающем с направлением усилия прессования, и, соответственно, не останавливает работу шарнирно-рычажного механизма, также решает задачу сокращения времени цикла работы пресса из расчета на одно изделие.

Кроме того, применение коленно-рычажного привода для пресса с горизонтальным прессованием изделий позволяет подобрать такие геометрические размеры звеньев шарнирно-рычажного механизма, которые на конкретном участке по длине рабочей камеры, т.е. по длине части горизонтального прессующего канала, являющейся зоной прессования, обеспечат оптимальные усилия прессования. Экспериментально было установлено, что наиболее эффективная работа пресса достигается при исполнении шарнирно-рычажного механизма с такими геометрическими размерами, при которых стороны условного треугольника находятся в соотношении а:b:с=2,9:1:2,1. Указанное соотношение обусловливает то, что закон движения поршня становится не «синусоидальным», а приближен к линейному. Причем максимум прессующего усилия достигается посередине длины рабочей камеры (т.е. части прессующего канала, в котором осуществляется прессование из порции сырья одного изделия, зона прессования), а вторая половина длины рабочей камеры и хода поршня служит для удаления готового изделия, находящегося на выходе из прессующего канала, при перемещении вновь отпрессованного изделия вдоль канала, и усилие воздействия поршня на изделие на этом участке минимальное. При этом обратный, холостой ход поршня осуществляется с большой скоростью.

Этот технический результат повышает быстродействие работы пресса и, соответственно, повышает его производительность.

Заявляемое изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, на которых:

на фиг.1 схематично показана конструкция пресса для полусухого формования кирпичей и схема шарнирно-рычажного механизма его привода;

на фиг.2 показаны позиции точки А, центра шатунной шейки, при вращении коленчатого вала;

на фиг.3 показана траектория движения и позиции точки С, центра шарнира прессующего шатуна;

на фиг.4 представлена циклограмма работы заявляемого пресса полусухого прессования кирпичей, выполненного с шарнирно-рычажным механизмом привода прессующего поршня.

Пресс для полусухого формования кирпичей содержит бункер 1, дозатор 2 порошковой массы, горизонтально ориентированный прессующий канал, часть которого, т.е. зона прессования, является рабочей камерой 3, заслонку 4, электродвигатель 5, соединенный с механической передачей 6 и двухступенчатой зубчатой передачей 7 и 8, которые приводят во вращение коленчатый вал 9 коленно-рычажного привода, обеспечивающего возвратно-поступательное движение прессующего поршня 10, установленного в объеме прессующего канала. Помимо коленчатого вала 9 коленно-рычажный привод прессующего поршня содержит шарнирно-рычажный механизм, состоящий из основного шатуна 11, шарнирно установленного на шейке коленчатого вала 9, и из шарнирно связанных с основным шатуном 11 коромысла 12 и прессующего шатуна 13. Прессующий шатун 13 последовательно соединен с ползуном 14, штангой 15 и прессующим поршнем 10. В прессующем канале пресса показан блок прессуемых кирпичей 16, а на выходе - готовое изделие 17.

На фиг.1 дополнительно показаны точки А, В, С, из которых: точка А - центр шатунной шейки коленчатого вала, на которую установлен основной шатун 11 шарнирно-рычажного механизма; точка В - центр шарнира, соединяющего основной шатун 11 с коромыслом 12, точка С - центр шарнира, соединяющего основной шатун 11 с прессующим шатуном 13; а также точки O₁, О₂ и П, являющиеся: точка O₁ - центром шарнира, связывающего коромысло 12 со станиной пресса; O₂ - центром опор коренных подшипников коленчатого вала 9; П - центром шарнира, связывающего прессующий шатун 13 с ползуном 14.

Точки А, В и С являются вершинами условного треугольника, причем:

сторона этого треугольника АВ, т.е. расстояние между центром шатунной шейки коленчатого вала, на которую установлен основной шатун 11, и центром шарнира, соединяющего основной шатун 11 с коромыслом 12, условно обозначена как а,

сторона ВС, т.е. расстояние между центром шарнира, соединяющего основной шатун 11 с коромыслом 12, и центром шарнира, соединяющего основной шатун 11 с прессующим шатуном 13, условно обозначена как b,

сторона СА, т.е. расстояние между центром шарнира, соединяющего основной шатун 11 с прессующим шатуном 13, и центром шатунной шейки коленчатого вала 9, на которую установлен основной шатун 11, условно обозначена как с.

Условные обозначения a, b, с приняты с целью более краткого изложения признака заявляемого решения, выражающегося в соотношении сторон условного треугольника. Информация, представленная на фиг.3 и 4, соответствует конкретной конструкции пресса, характеризующегося исполнением шарнирно-рычажного механизма, в котором стороны условного треугольника находятся в соотношении а:b:с=2,9:1:2,1.

Позицией 18 на фиг.1 показана траектория движения точки С, т.е. траектория движения центра шарнира прессующего шатуна, которая повторена (с увеличением) на фиг.3, при этом на фиг.3 показаны позиции, соответствующие позициям точки А, центра шатунной шейки коленчатого вала 9, при его вращении.

На циклограмме (фиг.4) показаны длительности определенных периодов процесса прессования: t₁ - время прессования; t₂ - время процесса удаления изделий из рабочей камеры; t₃ - время обратного движения поршня. Полный период цикла процесса прессования равен Т=t₁+t₂+t₃. На циклограмме также показано: x₁ - перемещение поршня при прессовании; х₂ - перемещение поршня при удалении изделия из рабочей камеры. Максимальный ход поршня Х_max=х₁+х₂. Изменение угла ϕ на фиг.4 соответствует одному полному обороту коленчатого вала 9.

Пресс для полусухого формования кирпичей работает следующим образом. В исходном положении перед началом прессования поршень 10 находится в левом крайнем положении, рабочая камера 3 заполнена порцией порошковой массы из бункера 1 с помощью дозатора 2 при открытой заслонке 4. После запирания заслонкой 4 загрузочного окна рабочей камеры 3 начинается прессование порошковой массы. При включенном электродвигателе 5 вращение передается через механическую передачу 6 и зубчатые передачи 7, 8 коленчатому валу 9. Центр шатунной шейки коленчатого вала 9, на которую установлен основной шатун 11 (точка А), совершает равномерное круговое движение так, как это показано на фиг. 2, где расстояния между показанными соседними интервалами соответствуют углу поворота коленчатого вала Δϕ. В результате равномерного вращения коленчатого вала 9 приводится в движение основной шатун 11, и соответственно, приводятся в движение коромысло 12 и прессующий шатун 13, который перемещает ползун 14, штангу 15 и прессующий поршень 10 вправо, осуществляя процесс прессования порошковой массы.

Сущность технологии полусухого прессования порошков состоит в том, что порошковая масса имеет начальную относительную пористость перед прессованием е_П.нач˜0,5 (50%) и для превращения порошка в твердое тело необходима степень сжатия, равная примерно δ=2. Это означает, что при начальной длине рабочей камеры L=x_max (см. фиг.4) превращение порошковой массы в твердое тело происходит при перемещении прессующего поршня на величину S=0,5L. Запирание выходной горловины прессующего канала при реализации способа прессования «кирпич в кирпич» осуществляют силами трения блока кирпичей 16 в горловине этого канала. После окончания процесса сжатия порошковой массы поршень 10 продолжает двигаться вправо в рабочей камере 3, осуществляя процесс перемещения системы кирпичей 16 вправо и при этом, осуществляя выталкивание готового изделия 17 из прессующего канала. После перемещения поршня на величину x_max=L заканчивается процесс удаления готового изделия из прессующего канала пресса. При дальнейшем вращении коленчатого вала 9 поршень 10 начинает совершать холостой ход влево. В этот период открывается заслонка 4 и происходит засыпка новой порции порошковой массы в рабочую камеру 3. Движение прессующего поршня 10 влево (т.е. холостой ход) происходит с большой скоростью, за короткое время, благодаря вышеописанным особенностям конструкции механизма. После прихода поршня 10 в левое крайнее положение, заслонка 4 закрывается, система готова к повторению нового цикла процесса прессования.

Все указанные операции проиллюстрированы фигурами 2, 3, 4. На траектории движения точки С основного шатуна (фиг.3) показаны позиции 1...16, соответствующие одноименным позициям на фиг.2, иллюстрирующей равномерное вращение коленчатого вала. Точки 1...7 на фиг.2, 3, 4 соответствуют непосредственному процессу прессования кирпичей; точки 7...12 - удалению изделия из рабочей камеры; точки 12...16 - обратному ходу поршня.

На представленной (фиг.4) циклограмме показана кривая I перемещения поршня 10, где видно, что в конце прессования, т.е. посередине рабочей камеры, движение поршня замедляется, а при дальнейшем перемещении поршень разгоняется, осуществляя процесс удаления изделия, находящегося на выходе горловины рабочей камеры. Для осуществления процесса прессования возможен как линейный закон перемещения поршня, как в процессе прессования, так и при удалении изделия из рабочей камеры (см. кривая II на фиг.4), так и некоторое замедление перемещения поршня (кривая I).

Посередине рабочей камеры реализуется максимум силы прессования. На циклограмме показано изменение силы прессования Q(ϕ) в одном рабочем цикле (кривая III). Левая часть кривой III соответствует изменению сил на поршне в процессе прессования; правая часть - изменению сил при удалении изделия из рабочей камеры.

Разработанная конструкция шарнирно-рычажного механизма позволила сократить время прессования и повысить производительность пресса в четыре раза.

Изобретение относится к оборудованию предприятий строительной индустрии и предназначено для изготовления строительных кирпичей, плиток и других строительных изделий, получаемых методом сухого прессования. Техническим результатом изобретения является повышение производительности пресса для полусухого прессования строительных изделий, преимущественно кирпичей, за счет сокращения времени цикла работы пресса из расчета на одно изделие. Этот результат обеспечивается за счет того, что пресс для полусухого прессования изделий содержит пресс-форму и коленно-рычажный привод прессующего поршня, шарнирно-рычажный механизм которого включает установленный на коленчатом валу основной шатун, шарнирно соединенный с коромыслом и с прессующим шатуном, связанным с прессующим поршнем, и шарниры, связывающие указанные детали, которые разнесены таким образом, что совместно с шарниром, связывающим основной шатун с коленчатым валом, образуют условный треугольник со сторонами а, b, с. При этом упомянутые стороны условного треугольника отвечают условию: а>с>b. А пресс-форма выполнена в виде прессующего горизонтального канала с возможностью вывода отпрессованного изделия при прямом ходе прессующего поршня. В предпочтительном варианте исполнения стороны условного треугольника находятся в соотношении а:b:с=2,9:1:2,1. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пресс для полусухого формования строительных изделий, преимущественно кирпичей, содержащий пресс-форму и коленно-рычажный привод прессующего поршня, шарнирно-рычажный механизм которого включает установленный на коленчатом валу основной шатун, шарнирно соединенный с коромыслом и с прессующим шатуном, связанным с прессующим поршнем, причем упомянутые шарниры разнесены между собой, отличающийся тем, что шарниры, связывающие основной шатун с коромыслом и с прессующим шатуном, разнесены таким образом, что совместно с шарниром, связывающим основной шатун с коленчатым валом, образуют условный треугольник со сторонами а, b, с, где

а - расстояние между центром шатунной шейки коленчатого вала, на которую установлен основной шатун, и центром шарнира, соединяющего основной шатун с коромыслом;

b - расстояние между центром шарнира, соединяющего основной шатун с коромыслом, и центром шарнира, соединяющего основной шатун с прессующим шатуном;

с - расстояние между центром шатунной шейки коленчатого вала, на которую установлен основной шатун, и центром шарнира, соединяющего основной шатун с прессующим шатуном, при этом упомянутые стороны условного треугольника отвечают условию а>с>b, а пресс-форма выполнена в виде прессующего канала с возможностью вывода отпрессованного изделия при прямом ходе прессующего поршня.