Установка для заполнения баллоновуглЕКиСлОТОй Советский патент 1981 года по МПК F17C5/00 

Изобретение относится к устройствам для заполнения сосудов высокого давления газами в сжатом или сжиженном состоянии и последующей их герметичной укупорки, а именно к устройствам для заполнения углекислотой и последующей герметичной укупор ки баллонов, предназначенных для при готовления воды в бытовых автосифонах. Известна установка для заполнения баллонов жидкой углекислотой 1. Установка выполнена в виде полуавтоматической роторной машины и содержит смонтированные в станине в те налогической последовательности и кинематически связанные общим электромеханическим приводом механизм питания баллонами, ротор наполнения баллонов жидкой углекислотой. Каждая рабочая позиция ротора выполнена в виде моноблока, содержащего гидроцилиндр, оснащенный плунжером, на то це которого смонтирован пуансон для осадки пробки. Полость гидроцилиндра сообщена одним каналом через кана отсечного затвора и систему трубопро водов со стационарной расходной емкостью с жидкой углекислотой. Отсечной затвор содержит приводной отсека щий золотник. Моноблок также содержит механизм приема и выдачи баллона с подвижным приемником. Установка оснащена ротором подчеканки и ротором сортировки заполненных баллонов по их весу и снабжена электромеханической системой блокировки подачи углекислоты в рабочие позиции ротора наполнения, которая срабатывает при отсутствии в них баллонов. Все рабочие движения исполнительным органом в роторах установки сообщаются известным образом от копирных (кулачковых) механизмов за счет вращения роторов. Движение роторам сообщается электромеханрческим приводом. Недостатками описанной установки , являются относительно низкая еепроиз-водительность, малая надежность процесса заполнения баллонов и относительно низкая степень герметичности укупорки баллонов. Приведенные недостатки обуславливаются следующими причинами. Углекислота затекает в баллон через полость гидроцилиндра и через относительно малый зазор между тепом

пробки и стенками наливного отверстия баллона,и поэтому газифицируется

За счет газовой фазы углекислоты, успезшей возникнуть во время расширения части углекислоты в полости гидроцилиндра и баллоне в начале процесса наполнения исключается начальный перепад давлений в баллоне и системе питания. В дальнейшем углекислота затекает в баллон в основном под действием статического давления своего столба и некоторого убывающего при заполнении перепгща давлений. Так как величина статического давления относительно мала, а гидросопротивление в зазоре относительно велико, то заполнение баллона требует длительного отрезка времени.

Кроме того, в первый момент пуска жидкой углекислоты в полость гидроцилиндра и форсированном дросселировании ее в зазоре при перетекании в баллон и расширении происходит охлаждение части углекислоты и образование сухого снега, который забивает и без того малый зазор. Сухой снег сокращает эффективное проходное сечение зазора и удлиняет процесс наполнения баллона.

К тому же в роторе наполнения описываемой установки затрачивается значительная часть времени на процесс прощупывания наличия баллона, а также на срабатывание электромагнита системы блокировки подачи углекислоты, что вынуждает снижать ее производительность. Из-за сложности конструкции и функционирования системы блокировки возникают ее частные отказы и поломки.

Недостатком данного способа укупорки и герметизации баллонов путем осадки пробки является также неполное заполнение профиля канавок баллона телом пробки и образование пустот и зазоров, ухудшагацих герметичность соединения пробки с баллоном.

Целью изобретения является повышение производительностИ установки, качества заполнения баллонов и их укупорки.

Поставленная цель достигается тем, что в известной установке для заполнения баллонов углекислотой кгикдый рабочий узел роторного устройства заполнения баллонов и их укупорки снабжен механизмом поворота ппунжер-пуансона, наконечник плунжер-пуансона имеет профилированную форму, а гидроцилиндр - дополнительное питающее отверстие меньшего сечения для предварительного заполнения баллонов, расположенное под основным питающим отверстием,-кроме того, механизм поворота плунжер-пуансонов выполнен в виде шкива, размещенного на гидроцилиндре и связанного с плунжером-пуансоном, а станина имеет колодку для взаимодействия со шкивом.

На фиг. 1 изображена схема установки в плане; на фиг. 2 показана верхняя часть ротора наполнения, общий вид; на фиг. 3 - нижняя часть ротора наполнения, общий вид; на фиг.4 то же, разрез; на фиг. 5 - рабочая 5 позиция ротора; на фиг. 6 - общий вид узла заполнения; на фиг. 7 часть узла заполнения; на. фиг. 8 изображена схема работы и блокировка узла заполнения; на фиг. 9 представле0 нн формы исполнения поверхности пуансонов установки.

Установка для заполнения баллонов углекислотой и их укупорки выполнена в виде поточной полуавтоматической роторной линии.

Установка содержит смонтированные на станине 1 два одинаковых питающих шиберных устройства 2, один ротор наполнения и укупорки баллонов 3, два 0 одинаковых ротора 4 контроля и сортировки баллонов по весу и две оди.наковые колодки 5 механизма для радиальной раздачи пробки в баллонах.

Все роторы скомпанованы в два встречнопараллельных технологически транспортных потока при помощи двух роторов б питания и двух роторов 7 промежуточных.

Установка снабжена также электромеханическим приводом 8 для сообщения транспортного вращения всем роторам. Движение роторам сообщается при помощи червячных редукторов и цилиндрических зубчатых колес, которые кинематически связывают между собой

5 все роторы (на чертеже не показаны).

Ротор наполнения содержит кулачковые механизмы 9 для сообщения рабочих движений исполнительным механизмам ротора. Рабочие движения сообQ щаются при помощи ползунов 10, 11 и 12. Рабочие кривые копиров выполнены по заданной программе, при этом программа в роторе наполнения повторяется через 180° его поворота.

Ротор оснащен коллекторным коническим переходом 13, при помощи которого ротор и его рабочие позиции связаны со стационарной расходной емкостью, содержащей углекислоту (на фигурах не показана).

0 На каждой рабочей позиции ротора смонтированы блок заполнения 14, оснащенный отсечным затворным механизмом 15 и регулируемым переливным обратным клапаном 16, механизм приема

5 и вьвдачи баллона 17 и механизм блокировки 18.

В корпусе 19 блока наполнения вмонтирован гидроцилиндр 20, сопряженный с приемной матрицей 21. Матрица 0 поджата к торцу, гидроцилиндра гайкой 22.

В стенке гидроцилиндра 20 ближе к матрице выполнено вспомогательное дросселирующее отверстие с проходным сечением, соизмеримом с сечением наливного зазора между стенками пробки 23 и стенками отверстия в баллоне il4, а выше по оси гидроцилиндра выполнено наливное отверстие с конструк тивно возможным максимальным сечением Указанные отверстия связывают полость гидроцилиндра с общим проходным каналом затворного механизма, связанного в свою очередь, при помощи трубо провода 25 и сверления в валу 26 рото ра, конического перехода 13 с расходной емкостью. Проходной канал затворного механизма перекрыт золотником 27 при помо щи пружины 28. Полость гидроцилиндра дополнительно связана с расходной емкостью при помощи проходного канала переливного обратного клапана 16, трубопровода 29 и сверления в валу 26. Клапан 16 содержит запорный шарик 30, поджатый при помощи винта 31 и пружины 32 к сменному седлу 33. В гидроцилиндр 20 вмонтирован плу жер 34, оснащенный плавающим пуансосном 35. Другой конец плунжера связан при помощи ложки 36 и упругого компе сатора 37 с ползуном 10 копирного механизма ротора. Кроме того, плунжер 34 при помощи своих лысок и втулки 38 связан со шкивом 39, смонтированным поворотно на корпусе 19 блока наполнения. Рабочая поверхность пуансона 35 выполнена профилированной, например по трехзаходной архимедовой спирали. Механизм приема и выдачи баллонов содержит смонтированный подвижно в корпусе 40 подпружиненный приемник 4 и соосно смонтированный с ним шток 4 связанный при помощи ложки 43 с ползуном 11. Шток 42 снабжен штифтом 44, при помощи которого он взаимодействует с приемником 41. Система блоки ровку состоит из механизмов, смонтированных на каждой рабочей позиции ротора наполнения. Механизм блокировки состоит из кулачка 45, закрепленного на приемнике 41, и пальца 46, смонтированного свободно в подпружиненном качающемся рычаге 47, взаимодействующем с кулачком 45. Причем при крайнем нижнем положении приемника 41 палец 46 при помощи рычага 47 отведен в сторону от оси золотника 27 и его толкателя 48, связанного с ползуном 12. Механизм принудительного поворота пуансонов для радиальной раздачи проб ки образован на корпусе 49, закреплен ном при помощи колонок 50 на станине 1. На корпусе 49 смонтирована колодка 5, взаимодействующая со шкивами 39 во время поворота ротора наполнения. Работа установки осуществляется следующим образом. Взаимодействие узлов и деталей установки происходит в процессе непрерывного вращения ее роторов сообщаемым электромеханическим Приводом 8. В исходном положении плунжер 34 перекрывает наливное и вспомогательное отверстия гидроцилиндра 20. Золотник 27 находится под действием пружины 28 в положении закрыто. Шток 42 совместно с приемником 41 и толкателем 48 находится в своих крайних нижний положениях, а палец 46 находится в стороне от осевой золотника 27. В отверстие вала 26 при помощи конического перехода 13 подается из стационарной емкости жидкая углекислота под давлением порядка 60 атм. Уровень углекислоты в стационарной емкости установлен выше, чем расположение блока наполнения. Баллоны, укомплектованные пробками, одновременно загружаются в оба питающие устройства 2 задаются в клещевые захваты транспортных роторов 6 и переносятся HiMH в приемники 41 рабочих позиций ротора наполкения 3. В рабочей позиции баллоны заталкиваются што- ком 42 в матрицу 21. При заталкивании баллона 24 в матрицу 21 шток 42 при помощи баллона увлекает в направлении своего движения и приемник 41. При движении приемник 41 своим кулачком 45 поворачивает рычаг 47 с пальцем 46 к располагает палец 46 между толкателем 48 и золотником 27 по их осевой. Толкатель 48, получая движение от ползуна 12, нажимает на палец 46 и через него сдвигает золотник 27 в положение открыто. Затем плунжер 34 ходом вверх открывает вспомогательное отверстие и жидкая углекислота начинает поступать в полость гидроцилиндра 20 под плунжером 34. При этом первая порция жидкой углекислоты при дросселировании и расширении в полости гидроцилиндра 20 переходит в газовую фазу. Газовая фаза проникает в полость баллона и тем самым снижает начальный перепад между давлением насыщенных паров поступающей углекислоты и начгшьным атмосферным давлением в полостях гидроцилиндра и баллона. Этим создаются условия, исключающие получения снега и льда в зазоре между пробкой и баллоном 24,, и устраняется удар по пробке. Создаются также условия для последующего наполнения жидкой углекислотой полости гидроцилиндра через наливное отверстие без ее превращения в газообразную и твердую фазы. Продолжая свое движение, плунжер 34 открывает основное относительно большое наливное отверстие и углекислота, не встречая гидросопротивления, спокойно затекает в полость гидроцилиндра и .частично в полость баллона 24. Далее толкатель 48 возвравдается в исходное положение, золотник 27 под действием пружины 2в возв ращается в положение закрыто и изо лирует полость -гидроцилиндра от системы питания. Затем плунжер 34 относительно быстрым движением вниз вытесняет угл кислоту из полости гидроцилиндра 20 в полость баллона 24 через зазор меж ду пробкой и стенками отверстия в ба лоне 24. Величина хода плунжера 34 и его диаметр выбраны такими, что объем до зы вытесняемой углекислоты (приведе ный к объему дозы углекислоты в жидком виде) несколько больше объема дозы необходимой для заполнения баллона 24 до отказа жидкой углекислотой. Отсюда, в конце хода плунжера 3 давление в полостях Гидродилиндра 20 и баллона 24 возрастает, а удельный вес газообразной фазы углекислоты становится эквивалентным жидкой фазе. Благодаря гарантируется заполнение баллонов 24 углекислотой. При дальнейшем дви)нии плунжера 34 и нарастании давления срабатывает переливной клапан 16, и избыток углекислоты выжимается через канал клапана в систему питания по трубопроводу 29. Переливной клапан 16 настроен при помощи винта 31 на определенное давление. Избыточност.ъ дозы вытесняе мой плунжером 34 углекислоты и наличие регулируемого клапана 16 позволяет поддерживать это давление при и вестном и достаточно глубоком падени давления в расходной емкости и систе ме питания по мере отбора из них угл кислоты или изменения их температуры зависящей от температуры внешней сре ды (помещения). Продол ая движение вниз, плунжер 34 пуансона 35 загоняет пробку на место в баллоне 24 и производит ее осадку. Усилие осадки выбрано из условия отсутствия вытеснения материала пробки в полость баллона 24 по его наливному/отверстию. Усилие осадки ограничивается до заданных упругим компенсатором 37, при этом компенсируется и разброс размеров длины баллонов. При осадке тело пробки заполняет канавки в баллоне 2 и перепады затылованной рабочей поверхности пуансона. По окончании процесса осадки плун жер 34 останавливается, а шкив 39 набегает, при продолжении вращения ротора, на колодку 5 и за счет сил трения между колодкой 5 и шкивом 39, последний получает вращение и сообщает его при помощи втулки 38 и плун жера 34 пуансону 35. Так как рабочая поверх ность пуанс на 34 выполнена затылованной, например по трехзарядной архимедовой спирали, то при вращении пуансона по стрелке А пробка 23, раздается в радиальном направлении. Во время раздачи материал пробки 23, заключенный между рабочей поверхностью пуансона 34 и стенками отверстия в баллоне 24, поджимается к стенкам отверстия за счет разницы радиусов участков спирали (затылков). Во время поджат.ия материал пробки 23 заполняет пустоты и зазоры, оставшиеся незаполненными в канавках после осадки пробки. Объем материеша пробки (площадь S), вытесняемый затылком пуансона во время раздачи, выбран с известным избытком для обеспечения радиального натяга в соединении пробки 23 с баллоном 24 и для компенсации разброса размеров (объемов пробки 23, отверстия под пробку 23 в баллонах 24 и рабочей части пуансона 39). Избыток материала пробки 23 при радиальной раздаче течет вверх и йесколько приподнимает пуансон 39 совместно с плунжером 34, преодолевая при этом усилие компенсатора 37. К моменту радиальной раздачи пробки 23 усилие компенсатора 37 несколько снижается путем заданного отхода ползуна 10 в обратном направлении. Снижение усилий производится во избежании , течения материала пробки 23 при радиальной раздаче обратно к поверхности пуансона 36 (аналогично, как при процессе осадки). Пуансон 35 делает, например, 0,5 оборота и на этом процесс наполнения, укупорки и герметизации баллона 24 заканчивается. Затем баллон 24 при помощи приемника 41 и штифта 44 извлекается штоком 42 из матрицы 21. к попадает в полость полурасточки приемника 41, откуда захватывается последующим транспортным ротором 7 и переносится в ротор взвешивания и сортировки 4. Из ротора сортировки баллоны 24 попадают в соответствующие лотки и собираются в технологическую тару в зависимости от их веса, и передаются на последующие технологические опергщии. На этом в установке цикл наполнения баллона и его герметичной укупорки и контроля взвешиванием заканчивается. Ансшогичный цикл в установке повторяется на параллельной технологической цепочке. При этом ротор наполнения 3 одновременно обслуживает обе цепочки, используя.для каждой из них 180 своего поворота. Это стало возможным благодаря тому, что в роторе реализиррван способ наполнения баллонов -методом принудительного вытеснения углекислоты в баллон, а также благодаря совмещению времени, затрачиваемого на функционирование механизма блокировки со временем задачи баллона в матрицу. В случае отсутствия подачи баллонов в рабочую позицию ротора (например, из-за перебоев в питании баллонами) подача углекислоты на эту позицию ротора блокируется. Блокировка осуществляется за счет того, что при отсутствии баллона 24 в приемнике 41 и движении штока 42 вверх, приемник 41 остается в своем исходном положении, рычаг 47 с пальцем 46 также остаются в своих исходных положениях. При этом толкатель 4 при своем движении вверх в направлен золотника 27 не может перевести золо ник в положение открыто, так как кинематическая цепь золотник-толкатель разорвана из-за отсутствия паль ца 46 на пути их взаимодействия. Рабочая поверхность пуансона 35 может быть выполнена по логарифмичес кой спирали. Преимущество логарифмической спирали в том, что угол давления постоянен на протяжении всей ветви спирали, а значит усилие трения пуансона 35 о материал пробки 23 во время его поворота не изменяется, а деформация осуществляется равномер но. Спираль может быть выполнена однозаходной, что упрощает изготовле ние пуансонов, но в этом случае поворот пуансона для радиальной раздачи пробки должен быть равным примерно одному обороту, что удлиняет сектор 5 и вынуждает занимать в роторе больший угол (время) на процесс радиальной раздачи пробки. С целью наибольшего упрощения изготовления пуансонов их рабочая поверхность может быть выполнена в виде эллипса или выпуклого многоугольника с выбором при этом оптимального угла od . Предложенная установка позволяет, по расчетным данным, достичь производительности, равной 180-300 шт в минуту. Верхний предел производительности в установке ограничивает ся временем успокоения коромысловых весов ротора контроля. Конструкция установки упрощается за счет исключения ротора подчеканки. Кроме того, повышение степени гер метичности, получаемой в установке, цает возможность исключит1 уплотннхельную шайбу из герметизирующего баллон комплекта деталей. Создаются предпосылки стабильной работы механизмов питания и встраивания их в установку с целью сборки пробки с баллоном в самой установке. Заполненные и более надежно загерметизированные баллоны могут подвергаться гаран- тированному более длительному сроку хранения. Формула изобретения 1.Установка для заполнения баллонов углекислотой, включающая станину, расположенные на ней роторные устройства для транспортировки баллонов и контроля их заполнения, привод с программным управлением, и роторное устройство для заполнения баллонов и их укупорки с рабочими узлами, каждый из которых, содерг-К:1Т подвижный приемник баллонов, мализкой гидродилиндр с плуня;еро: ;-пуаяссном -л питающим отверстием, соединенным с расходной емкостью углекислоты через затворный узел, о т л к ч а ю г ; я с я тем, что, с целью повьтшения производительности, качества заполне)ия баллонов и их укупорки, каждый рабочий узел роторного устройства заполнения баллонов и их укупорки снабжен механизмом поворота плунжер-пуансона, наконечник плунжера-пуансона имеет профилированную , а гидроцилиндр - дополнительное питающее отверстгие меньшего сечения для предварительного заполнения баллонов, расположенное под основным питающим отверстием. 2.Установка по п.1, о т л и ч а -° ю щ а я с я тем, что механизм поворота плунжеров-пуансонов выполнен в виде шкива, размещенного на гидродилиндре и связанного с гшунжеромпуансоном, а станина снабжена колодкой, взаимодействующей со шкивом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 184700, кл. В 65 В 3/00, 1964.

К расходной

емкости

9

фи&.2 19 15 вращение pornopcf

«2

фиъ.б

27

36

J«

Фи&.7