РОТОРНЫЙ ДОЗАТОР

Предложение относится к фасовочно-упаковочному автоматическому оборудованию для пищевых и непищевых продуктов, а именно к устройствам, формирующим дозу и выдающим ее в тару.
Предложение может быть использовано для дозирования пылящих, трудносыпучих и гранулированных продуктов (сухое молоко, крахмал, молотая пряность, молотый кофе, мука, сахарная пудра, а также сухие краски, стиральные порошки), при этом преимущественно в составе упаковочных автоматов.
Предпочтительно использование заявляемого технического решения для вертикальных фасовочно-упаковочных машин, предназначенных для точного дозирования многокомпонентных по составу продуктов, например, сухих пряностей, в пакеты, сформированные из термосвариваемых материалов.
Важнейшей целью при организации дозирования сыпучих материалов является обеспечение их подачи на отдельные ступени технологических процессов, в том числе, на упаковку. Решение этой задачи нередко затруднено вследствие плохой сыпучести дозируемого продукта из-за налипания на стенки дозирующих аппаратов и высыпных бункеров. Для преодоления этих факторов применяют разрыхляющие устройства различных конструкций.
Главным образом воздействие на материал осуществляется или вращением устанавливаемых в корпусе дозатора побудителей, или встряхиванием материала, или вибрацией стенок дозатора. Различные типы механических разрыхлителей, мешалок, а также вибропобудителей подробно описаны в литературе (Орлов С.П. Дозирующие устройства. - М.: МашГИз, 1960; Орлов С.П., Михайловский С.С., Тимофеев К.К. Весы и дозаторы. - М.: Машиностроение, 1972).
В ряде случаев, например при дозировании специальных продуктов (пищевых, фармацевтических, ядерных), когда механические устройства в зоне засыпки нежелательны: обслуживание затруднено или продукт легко деформировать, предпочтительнее пневматические методы разрушения свода и подачи материалов.
В основном это использование в крупногабаритных установках направленных струй сжатого воздуха для пневмообрушения сводов (описание установок для дозирования угля в "Дозирующих устройствах" С.П.Орлова, с.30).
Из уровня техники известен порошковый дозатор, в котором материал в бункере разрыхляется в процессе возвратно-поступательных движений механического разрыхлителя, смонтированного по всей высоте бункера, а также при периодической подаче сжатого воздуха через стенки дозирующей иглы, расположенной по оси бункера и введенной через верхнюю крышку до самого его дна. Сжатый воздух в дозатор подается попеременно по двум направлениям: или в полость бункера через дозирующую иглу для разрыхления и для выдавливания дозы материала в транспортный трубопровод, или в трубопровод для транспортировки выданной порции (см. авторское свидетельство SU №1326893, G 01 F 11/00, 1987).
К недостаткам данной конструкции можно отнести ее высокую сложность и наличие механического рыхлителя в полости дозатора, что накладывает определенные ограничения на область его применения.
Известен также дозатор клапанного типа с непрерывной подачей сжатого газа в полость дозатора над клапаном, который использован в способе дозирования сыпучих материалов, включающий бункер для загрузки продукта, клапан с пружинами, штуцер для подвода сжатого газа в полость дозатора (см. патент RU №2106605, G 01 F 11/00, 1998 г.).
Недостатком известного устройства, в первую очередь, является сложность его конструкции и невысокая точность дозирования. Следует отметить, что при использовании данного способа продукт дозируется не в
чистом виде, а как газопылевая смесь, и по этому не применим для мелко дисперсных порошков при фасовке в формируемые пакеты.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является объемный дозатор, содержащий бункер, вертикальный вал и дозирующий диск, закрепленный на валу с возможностью вращения и снабженный мерными отверстиями, расположенными по его окружности, и установленными в отверстиях диска, телескопическими мерными цилиндрами с закрепленными на наружных цилиндрах подпружиненными днищами, имеющими механизм открытия днищ, причем цилиндры с днищами установлены на приводном валу с помощью тяг (см. авторское свидетельство SU №1722947, В 65 В 1/00, 1992 г.).
Этот дозатор позволяет производить многосоставное дозирование, однако он применим только для хорошо сыпучих сухих порошков, не склонных к налипанию на стенки устройства.
Недостатком известного дозатора является то, что при расфасовке смесей специй в виде порошков с различной дисперсностью и добавками сухого жира продукт зависает в дозирующей камере, не поступает в высыпной бункер и затем в формируемый пакет упаковочной машины, а прилипает к стенкам камеры.
А принудительное выталкивание продукта из дозирующей камеры механическим устройством нарушит целостность легкодеформируемых продуктов, например, фракций смеси специй.
Из анализа уровня техники видно, что те устройства, которые позволяют получить в момент дозирования в емкости точную весовую дозу продукта, относятся к весовым дозаторам. Однако этот тип дозаторов не применим для мучнистых, трудносыпучих, порошкообразных продуктов из-за возможного распыления их при дозировании по весу. Также из анализа видно, что устройства, которые предусматривают средства, препятствующие мучнистым продуктам образовывать своды, сложны по конструкции и
дороги по стоимости, не позволяют использовать их для смеси порошков различной дисперсности.
Технический результат предложения заключается в улучшении эксплуатационно-технологических возможностей роторного дозатора, преимущественно в составе упаковочной машины, простого по конструкции и удобного при использовании, и одновременно с этим, позволяющего при расфасовке легкодеформируемых продуктов, склонных к налипанию, удалить весь продукт из дозирующего органа и получить высокую степень точности дозирования по весу упаковываемых продуктов.
Таким образом, объемный роторный дозатор должен подать на упаковку точную весовую дозу продукта, при этом упаковочная машина с этим устройством должна обладать высокой производительностью.
Для достижения указанного технического результата в роторном дозаторе, преимущественно в составе упаковочной машины, включающем зону загрузки продукта с накопительным бункером, зону выгрузки продукта, и размещенный между ними ротор, установленный с возможностью вращения на приводном вертикальном валу, при этом ротор выполнен с равномерно размещенными по окружности гнездами, по существу, дозирующими камерами в виде телескопических цилиндров с закрепленными на наружных цилиндрах подвижными днищами, снабженными механизмом открытия днищ, причем накопительный бункер закреплен в положении, по меньшей мере, над одним из гнезд ротора, а зона выгрузки установлена со смещением относительно накопительного бункера, согласно предложению, зона выгрузки в верхней части снабжена дополнительной полостью, соединенной с источником избыточного давления.
Наличие отличительных признаков, а именно, выполнение зоны выгрузки в верхней части с дополнительной полостью, соединенной с источником избыточного давления, а также размещение накопительного бункера в положении над двумя гнездами ротора, свидетельствует о
соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».
В предложенном устройстве полый колпак, установленный на поверхности ротора над зоной выгрузки продукта, связан с источником избыточного давления, и вследствие этого зона выгрузки продукта из дозирующего органа в высыпной бункер находится под избыточным давлением в момент подачи продукта на упаковку. Благодаря этому, происходит равномерное воздействие на всю площадь, занимаемую продуктом в дозирующем органе, и продукт, не деформируясь, полностью переносится в высыпной бункер.
Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен общий вид роторного дозатора; на фиг.2 изображен поперечный разрез роторного дозатора; на фиг.3 схематично изображен общий вид узла выгрузки продукта из дозирующего органа роторного дозатора; на фиг.4 представлен общий вид роторного дозатора; на фиг.5 представлен общий вид упаковочной машины модели «ПИТПАК - М».
Следует учесть, что на чертежах для большей ясности представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа технического решения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, на чертежах не представлено.
Роторный дозатор может использоваться самостоятельно на подставке или в комплекте с упаковочной машиной.
В представленном варианте роторный дозатор установлен на фасовочно-упаковочной машине модели «ПИТПАК - М».
Общий вид упаковочной машины «ПИТПАК - М» представлен на фиг.5.
Универсальный высокопроизводительный вертикальный автомат предназначен для точного дозирования и упаковки широкого ассортимента мелкого, сыпучего, гранулированного, кристаллического и штучного товара в трехшовные пакеты. Машина производит расфасовку продуктов в герметичные упаковки, сформированные из полотна упаковочного
материала, например, полипропиленовой пленки. Конструкция машины обеспечивает работу в двух режимах: автоматическом и ручном.
Машина состоит из сварного каркаса, на котором смонтированы следующие основные узлы: устройство подачи упаковочного материала, формирователь, включающий трубу и воротник, формирующие из упаковочного материала рукав, устройство для протяжки рукава, продольная сварочная губка, поперечные сварочные губки с разрезающим ножом, защитный кожух и распределительный шкаф с управляющей панелью. Сверху каркас закрыт плитой, на которой установлены и закреплены дозаторы.
Привод всех механизмов пневматический. Управление механизмами производится с помощью контроллера.
Общее устройство роторного дозатора изображено на фиг.1, 2, 4.
Роторный дозатор содержит опору 1, которая закреплена с помощью стоек 2 на основании 3. При этом на опоре 1 установлены два привода, например два мотор - редуктора, соответственно 4 и 5. Причем мотор -редуктор 4 посредством кинематической пары винт-гайка 6 соединен с верхним роторным транспортером 7, который закреплен на валу 8 с возможностью возвратно-поступательного перемещения на нем вверх или вниз при вращении винта 6 от мотора - редуктора 4. Верхний роторный транспортер 7 выполнен как поворотная плита с шестью гнездами 9 в виде направленных вниз цилиндрических стаканов и расположен на валу 8 между опорой 1 и основанием 3. При этом вал 8 соединен с мотор - редуктором 5, следовательно, верхний роторный транспортер 7 получает возможность вращения вокруг своей оси для перемещения размещенных в нем гнезд 9. Таким образом, гнезда 9 верхнего роторного транспортера 7, могут подниматься или опускаться, изменяя при этом объем дозирования, а также могут поступательно перемещаться по кругу от одной позиции к другой. Крайние положения верхнего и нижнего перемещения гнезд 9 контролируют индуктивным датчиком.
На валу 8 под верхним роторным транспортером 7 установлен нижний роторный транспортер 10с возможностью вращения от мотор - редуктора 5. Нижний роторный транспортер 10 выполнен также в виде плиты с шестью гнездами 11 в виде направленных вверх цилиндрических стаканов, при этом они расположены соосно гнездам 9 верхнего роторного транспортера 7, имеют больший диаметр, и нижние части гнезд 9 входят в верхние части гнезд 11, перекрывая, таким образом, расстояние между плитами. Как указывалось выше, внешняя поверхность цилиндрического стакана гнезда 9 имеет возможность перемещаться по внутренней поверхности стакана гнезда 11 при изменении объема дозы продукта, образуя, по существу, дозирующую камеру, меняющую свой объем. При этом гнезда 11 в нижней части выполнены с клапанами 12, которые обеспечивают возможность открытия или закрытия цилиндрической полости гнезда 11 путем откидывания днища.
Таким образом, ротор выполнен составным из верхнего и нижнего транспортеров с равномерно размещенными по их окружности гнездами, по существу, дозирующими камерами в виде телескопических цилиндров с закрепленными на наружных цилиндрах 11 подвижными днищами 12, в нашем примере, клапанами 12.
В положении над двумя гнездами 9 верхнего роторного транспортера 7 и соосных с ними двумя гнездами 11 нижнего роторного транспортера 10 на поверхности верхнего роторного транспортера 7 жестко зафиксирован накопительный бункер 13.
К основанию 3 в положении под одним из гнезд 9, 11 ротора закреплен высыпной бункер 14 и элемент 15. При этом на элементе 15 установлен копир 16, по поверхности которого перемещаются ролики рычажных механизмов 17, связанных с клапанами 12.
Роторный дозатор снабжен загрузочным бункером 18, установленным соосно накопительному бункеру 13 и над ним, причем конструкция роторного дозатора допускает его работу без загрузочного бункера 18 с заменой его другими загрузочными средствами.
На поверхности верхнего роторного транспортера 7 над тем из гнезд 9, под которым расположен высыпной бункер 14, установлена замкнутая с трех сторон полость, а по существу, полый колпак 19, причем открытая часть его торцом прижата через упругую прокладку 20 к плоскости ротора. Полый колпак 19 неподвижно соединен с упругой прокладкой 20, которая контактирует с плоскостью вращающегося верхнего роторного транспортера 7 и прижата к ней грузом 21 весом в 3 кг для создания герметичности внутри полого колпака 19. При этом полый колпак 19 снабжен штуцером 22, который посредством пневматического распределителя соединяет его с источником избыточного давления, входящим в блок подготовки воздуха упаковочной машины (на чертежах не показаны). А поверхность верхнего роторного транспортера 7 при вращении ротора проскальзывает под упругой прокладкой 20, хотя и прижата к ней грузом 21.
Устройство работает следующим образом.
В загрузочный бункер 18 подают продукт, например смесь специй в виде порошков различной дисперсности, таких как молотый перец, соль, сухой жир и т.п. Дозируемый продукт из загрузочного бункера 18 равномерно поступает в накопительный бункер 13. При этом накопительный бункер 13 всегда должен быть заполнен, а в загрузочном бункере 18 необходимо поддерживать определенный уровень продукта, контролируя его с помощью емкостного датчика уровня, установленного в загрузочном бункере 18.
Роторный дозатор работает по принципу объемного дозирования. Продукт из накопительного бункера 13, который расположен над двумя гнездами 9 ротора, самотеком равномерно поступает в две дозирующие камеры, образованные гнездами 9 и соосных с ними гнездами 11 и закрытые клапанами 12.
При включении кнопки «Пуск» верхний роторный транспортер 7 и нижний роторный транспортер 10 вращаются вместе с валом 8. При вращении ротора заполненные продуктом дозирующие камеры поочередно один за другим смещаются к отверстию над высыпным бункером 14.
Когда заполненная дозирующая камера доходит до позиции над высыпным бункером 14 внутри полого колпака 19 создается избыточное давление воздуха порядка 0,2-0,3 МПа посредством импульсной подачи воздуха через штуцер 22 давлением 0,6 МПа. При этом величину импульса подачи воздуха устанавливают достаточной для создания избыточного давления внутри полого колпака 19 в указанных пределах, а именно 0,2-0,3 МПа. Избыточное давление выдавливает продукт из дозирующей камеры, не разрушая целостность фракций смеси специй.
В этот момент ролики рычажных механизмов 17, обкатываясь по профилю копира 16, открывают клапан 12, и продукт поступает в высыпной бункер 14. Одновременно с этим индуктивный датчик подает сигнал о начале цикла упаковки, и продукт высыпается в сформированный рукав упаковочной машины.
На этом работа устройства закончена.
Устройство было разработано и изготовлено на машиностроительном заводе «ТАУРАС-ФЕНИКС» и успешно использовано на предприятии заказчика.
Из вышесказанного следует, что изготовление данного устройства промышленным способом не вызывает затруднений, предполагает использование освоенных материалов и стандартного оборудования, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «промышленная применимость».