ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ТУРБУЛЕНТНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ Российский патент 2015 года по МПК B01F7/00 

Изобретение относится к механическим устройствам для перемешивания порошковых и вязких однокомпонентных или многокомпонентных материалов и может найти применение в химической и лакокрасочной промышленности, индустрии строительных материалов и разных областях пищевой промышленности.

Известен пространственный смеситель, содержащий установленные на станине приводной двигатель и бипланетарный механизм привода подвижных месильных органов в виде равномерно вращающихся шнеков, установленных внутри неподвижной месильной емкости (Крайнев А.Ф. Механика машин. Фундаментальный словарь. - М.: Машиностроение, 2000, с. 463, схема планетарного смесителя) - аналог.

Недостатками известного смесителя являются:

1. Сложность конструкции зубчатого привода месильных органов с установленным на водиле большим комплектом сателлитов и сложной системой смазки их зубьев.

2. Низкая производительность и неоднородность готовой смеси из-за стационарного режима ее перемешивания внутри неподвижной емкости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является пространственный турбулентный смеситель, содержащий установленные на станине приводной двигатель с кривошипом и шарнирно-рычажный механизм привода подвижных месильных емкостей, который выполнен в виде двухконтурной замкнутой кинематической цепи, состоящей из одного трехшарнирного и пяти двухшарнирных рычагов с неодинаковыми углами скрещивания осей их концевых шарниров и с параллельно расположенными между собой вертикальными осями вращения двух месильных емкостей (авт. свид. СССР №801983, B22F 1/00, Бюл. изобр. №5, 1981) - прототип.

Недостатками указанного пространственного турбулентного смесителя являются:

1. Сложная пространственная сборка узлов смесителя выполняется в трех разных плоскостях и производится путем составления двухконтурной замкнутой кинематической цепи из неодинаковых многошарнирных рычагов, а большая неидентичность деталей смесителя затрудняет и удорожает его изготовление, сборку и ремонт.

2. В процессе перемешивания отсутствует периодический переворот дна месильных емкостей на 180°, что ухудшает качество перемешивания готовой смеси по всей высоте месильной емкости и не обеспечивает однородность смеси по всему ее объему.

3. От одного приводного двигателя обеспечивается одновременный привод только двух месильных емкостей с одинаковым скоростным режимом вращения каждой из них, что ограничивает производительность и технологические возможности смесителя.

4. Выполнение шарнирно-рычажного привода месильных емкостей с неодинаковыми углами скрещивания шарниров на концах разных рычагов, зависящими от разной длины этих рычагов по сложной синусоидальной зависимости (указанной в описании к а.с. 801983) повышает сложность конструкции и затрудняет ее изготовление. Из-за этой нелинейной синусоидальной зависимости расчетная величина этих разных углов скрещивания получается с дробным числом градусов (и не равным точно 90°), а их изготовление с угловыми минутами требует высокой точности и трудоемкости.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении конструкции шарнирно-рычажного механизма привода месильных емкостей за счет выполнения всех рычагов предельно простыми двухшарнирными, имеющими одинаковую длину и одинаковый угол скрещивания всех шарниров (не зависящий от длины рычагов и равный 90°) и собираемыми в предельно простой одноконтурный правильный треугольник; а также в увеличении производительности на разных режимах перемешивания и однородности готовой смеси за счет периодического переворота дна месильных емкостей с вибрацией смеси вдоль всей высоты этих емкостей, а также за счет привода от одного двигателя одновременно сразу четырех месильных емкостей.

Получение технического результата достигается за счет того, что пространственный турбулентный смеситель с установленным на станине приводным двигателем с кривошипом и шарнирно-рычажным механизмом привода месильных емкостей выполнен с взаимно перпендикулярным расположением осей вращения четырех соседних месильных емкостей, устанавливаемых вдоль осей шарниров по периметру собираемой в правильный треугольник одноконтурной замкнутой кинематической цепи шарнирно-рычажного механизма привода месильных емкостей, состоящего из шести одинаковых по длине двухшарнирных рычагов с расположением геометрических осей их шарниров под одинаковым и прямым углом скрещивания, при этом один из двухшарнирных рычагов сблокирован со станиной и выполнен неподвижным, а другой смежный с ним ведущий рычаг подвижно установлен на станине и кинематически связан с кривошипом приводного двигателя через шатун, преобразующий вращение кривошипа приводного двигателя в угловые колебания ведущего рычага. Дополнительно ведущий рычаг может быть соединен со станиной посредством упругого элемента, а в каждой паре смежных подвижных двухшарнирных рычагов один из рычагов может быть сблокирован с отдельной месильной емкостью, а другой смежный с ним рычаг сблокирован с установленным внутри этой емкости месильным органом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена кинематическая схема смесителя при расположении в одной плоскости всех рычагов шарнирно-рычажного привода в виде правильного треугольника и взаимно перпендикулярном расположении на них осей вращения четырех соседних месильных емкостей. На фиг. 1 показано: Е - общая точка пересечения в одной плоскости геометрических осей шарниров O₂, O₄ и О₆, являющаяся центром пересечения медиан внутри правильного треугольника О₁О₃О₅. На фиг. 2 представлена кинематическая схема пространственного расположения разных месильных емкостей при крайнем правом положении ведущего рычага привода смесителя под углом γ=+90°. На фиг. 3 представлена кинематическая схема пространственного расположения разных месильных емкостей при крайнем левом расположении ведущего рычага привода смесителя под углом γ=-90°.

Предлагаемый пространственный турбулентный смеситель содержит установленные на станине приводной двигатель с кривошипом 1 и кинематически связаный с кривошипом через соединительное устройство 2 шарнирно-рычажный механизм привода четырех месильных емкостей 3, 4, 5 и 6 с взаимно перпендикулярным расположением в прямоугольной системе координат "x - у - z " осей вращения соседних месильных емкостей (О₃ и О₄, О₄ и О₅, О₅ и О₆), устанавливаемых вдоль осей шарниров по периметру собираемой в правильный треугольник О₁О₃О₅ (с углом β=60°) одноконтурной замкнутой кинематической цепи механизма привода месильных емкостей, состоящего из шести одинаковых по длине двухшарнирных рычагов 7, 8, 9, 10, 11 и 12 (у которых О₁О₂=О₂О₃:О₃О₄=О₄О₅=О₅О₆=O₆O₁=l), выполненных с постоянным прямым углом скрещивания геометрических осей их шарниров (ψ=90°).

Сборка между собой всех шести одинаковых рычагов 7, 8, 9, 10, 11 и 12 пространственного смесителя производится путем их установки всего в одной плоскости в кинематическую цепь (см. фиг. 1), замыкаемую в шарнире O₁ за счет простого последовательного углового поворота φ - сначала ведущего рычага 7 вокруг оси шарнира О₂ (до прямой линии с рычагом 12), затем рычага 8 вокруг О₃ (до угла β=60°), затем соответственно рычага 9 вокруг О₄, рычага 10 вокруг О₅ и рычага 11 вокруг О₆ (до шарнира O₁). Несмежные между собой шарниры О₂, О₄ и О₆ шарнирно-рычажного механизма привода месильных емкостей установлены в одноконтурной замкнутой кинематической цепи «О₁О₂О₃О₄О₅О₁» с пересечением геометрических осей вращения в общей точке Е, являющейся центром пересечения медиан O₁E, О₃Е, О₅Е внутри правильного треугольника О₁О₃О₅.

Двухшарнирный рычаг 12 сблокирован со станиной и выполнен неподвижным, а смежный с ним ведущий рычаг 7 подвижно установлен на станине и кинематически связан с кривошипом 1 приводного двигателя через соединительное устройство 2, выполненное в виде шатуна 13, преобразующего вращение кривошипа 1 с заданной угловой скоростью ω в угловые колебания ведущего рычага 7. При длине АВ шатуна 13, равной удвоенной длине 2СВ кривошипа 2 (АВ=2СВ), обеспечивается наибольший размах угловых колебаний ведущего рычага 7 в пределах угла 2γ=180°.

Дополнительно ведущий рычаг 7 соединен со станиной посредством упругого элемента 14, фиксирующего относительное взаиморасположение шатуна 13 и кривошипа 1 на одной прямой линии АС (см. фиг. 2 и фиг. 3) при остановленном двигателе, что снижает при его пуске углы давления в шарнирно-рычажном приводе и облегчает запуск приводного двигателя. В каждой паре смежных подвижных рычагов 7 и 8, 8 и 9, 9 и 10, 10 и 11 шарнирно-рычажного привода месильных емкостей 3, 4, 5 и 6 один из этих рычагов, например 8, сблокирован с установленной вдоль оси шарнира отдельной месильной емкостью, например 4, а другой смежный с ним рычаг, например 9, сблокирован с установленным внутри этой емкости месильным органом 15, выполненным, например, лопаточного типа.

Работа пространственного турбулентного смесителя заключается в следующем.

Вращение кривошипа 1 посредством шатуна 13 преобразуется в угловые колебания ведущего рычага 7, что приводит в одноконтурной замкнутой кинематической цепи ведомых рычагов 8, 9, 10 и 11 с четырьмя взаимно перпендикулярно расположенными месильными емкостями 3, 4, 5 и 6 к пространственному возвратно-вращательному движению с разной переменной скоростью и разным углом колебаний каждой из этих месильных емкостей вокруг перекрещивающихся осей вращения с переворотом дна емкости, являющихся образующими поверхности тора (см. «Математический энциклопедический словарь» / Под ред. Ю.В. Прохорова - М.: Советская энциклопедия, 1988, с. 585).

Достигаемый в предлагаемом смесителе положительный эффект следующий:

1. Упрощение конструкции и снижение трудоемкости изготовления пространственного смесителя за счет выполнения в шарнирно-рычажном приводе месильных емкостей всех рычагов предельно простыми - двухшарнирными одинаковой длины и с одинаковым углом скрещивания их шарниров, равным 90°, что обеспечивает за счет пересечения геометрических осей несмежных шарниров О₂,O₄ и О₆ в общей точке Е работу пространственного смесителя без возникновения в 6-звенной одноконтурной кинематической цепи вредных избыточных связей, повышающих трение и износ.

2. Повышение производительности процесса перемешивания и расширение технологических возможностей смесителя за счет привода от одного двигателя одновременно четырех подвижных месильных емкостей с различной переменной скоростью вращения и разной амплитудой пространственных угловых колебаний месильных емкостей, что обеспечивает импульсный режим и интенсивное перемешивание по всему объему перемешиваемых материалов.

3. Повышение качества перемешивания и однородности готовой смеси по всему объему за счет ее периодического встряхивания путем переворота дна емкостей при их пространственном движении вокруг взаимно перпендикулярных осей вращения, что обеспечивает импульсный режим и интенсивное перемешивание по всей высоте внутри подвижных месильных емкостей.

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве механического устройства для перемешивания порошковых и вязких однокомпонентных или многокомпонентных материалов в пищевой, лакокрасочной, химической промышленности и индустрии строительных материалов. Пространственный турбулентный смеситель содержит установленные на станине приводной двигатель с кривошипом и шарнирно-рычажный механизм привода месильных емкостей. Смеситель выполнен с взаимно перпендикулярным расположением осей вращения четырех соседних месильных емкостей, устанавливаемых вдоль осей шарниров по периметру собираемой в правильный треугольник одноконтурной замкнутой кинематической цепи шарнирно-рычажного механизма привода месильных емкостей, состоящего из шести одинаковых по длине двухшарнирных рычагов с постоянным прямым углом скрещивания геометрических осей их шарниров. Один из шести рычагов сблокирован со станиной и выполнен неподвижным, а другой смежный с ним ведущий рычаг подвижно установлен на станине и кинематически связан с кривошипом приводного двигателя через соединительное устройство в виде шатуна, преобразующего вращение кривошипа приводного двигателя в угловые колебания ведущего рычага. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции смесителя, а также повышение его производительности. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пространственный турбулентный смеситель, содержащий установленные на станине приводной двигатель с кривошипом и шарнирно-рычажный механизм привода месильных емкостей, отличающийся тем, что смеситель выполнен с взаимно перпендикулярным расположением осей вращения четырех соседних месильных емкостей, устанавливаемых вдоль осей шарниров по периметру собираемой в правильный треугольник одноконтурной замкнутой кинематической цепи шарнирно-рычажного механизма привода месильных емкостей, состоящего из шести одинаковых по длине двухшарнирных рычагов с постоянным прямым углом скрещивания геометрических осей их шарниров, один из шести рычагов сблокирован со станиной и выполнен неподвижным, а другой смежный с ним ведущий рычаг подвижно установлен на станине и кинематически связан с кривошипом приводного двигателя через соединительное устройство в виде шатуна, преобразующего вращение кривошипа приводного двигателя в угловые колебания ведущего рычага.

2. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что несмежные между собой шарниры шарнирно-рычажного механизма привода месильных емкостей установлены в одноконтурной замкнутой кинематической цепи с пересечением геометрических осей вращения в общей точке, являющейся центром пересечения медиан внутри правильного треугольника, образованного шестью двухшарнирными рычагами после их сборки в одной плоскости в одноконтурную замкнутую кинематическую цепь без избыточных связей.

3. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что подвижно установленный на станине ведущий рычаг дополнительно соединен со станиной посредством упругого элемента, фиксирующего относительное взаиморасположение кривошипа приводного двигателя и шатуна соединительного устройства на одной прямой при остановленном приводном двигателе, что облегчает его запуск.

4. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что в каждой паре смежных подвижных двухшарнирных рычагов шарнирно-рычажного механизма привода месильных емкостей один из рычагов сблокирован с установленной вдоль оси шарнира отдельной месильной емкостью, а другой смежный с ним рычаг сблокирован с установленным внутри этой емкости месильным органом, например, лопаточного типа.