БУНКЕР ДЛЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
HOPPER FOR LOOSE MATERIALS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к большим контейнерам с приспособлениями, облегчающими их разгрузку, и предназначено для использования в областях промышленности, где решают задачу переработки и применения сыпучих материалов, обладающих повышенной слеживаемостью (например, полимерные порошки и гранулы, сахар, мука, цемент, известь и т.д.).
Уровень техники
Известен бункер для сыпучих материалов, содержащий корпус с коническим днищем и размещенный в корпусе механизм сводообрушения, включающий приводной горизонтальный вал с наклонно смонтированными дисками, при этом горизонтальный вал снабжен симметрично расположенными относительно оси выступами со сферической поверхностью, а диски смонтированы на выступах шарнирно посредством разъемных обойм. Кроме того, горизонтальный вал с наклонно смонтированными дисками снабжен механизмом его осевого перемещения, выполненным в виде размещенного в корпусе сателлита с пальцем, неподвижного зубчатого колеса с водилом, кривошипа, жестко закрепленного на конце вала привода, и поводка, закрепленного на горизонтальном валу со стороны привода. При этом поводок кинематически соединен с пальцем сателлита, вал которого шарнирно соединен с водилом, сателлит установлен с возможностью зацепления с неподвижным зубчатым колесом, водило одним концом закреплено в опоре корпуса, а другим соединено через шатун с кривошипом, размещенным со смещением относительно оси водила (Патент RU №2250188 C1, М.кл. B65D 88/68, дата публикации: 2005.04.20).
Признаки известного бункера, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наличии корпуса, привода, приводного вала, сателлита и зубчатого колеса.
Причина, препятствующая получению в известном бункере технического результата, который обеспечивается заявленным изобретением, заключается в том, что процесс управления рыхлением материала в бункере является ручным и двухпозиционным (включено-выключено), что делает невозможным дозирование материала в процессе его выгрузки из бункера. Кроме того, в процессе рыхления происходит изменение угла наклона дисков в зависимости от естественного изменения сопротивления на диски со стороны перегружаемого материала, что затрудняет автоматизацию процесса рыхления.
Кроме того, коническая форма днища обусловливает наличие одного люка для выгрузки материала. Однако иногда возникает необходимость разгрузки продуктов производства одновременно в несколько емкостей. В связи с этим возникает необходимость сооружения в конструкции бункеров нескольких разгрузочных люков. Для вышеописанного бункера, как и для всех бункеров с коническим днищем, выполнение такой задачи невозможно без значительного усложнения конструкции. В некоторых случаях это возможно только с применением дополнительного оборудования, выполняющего распределение материала из бункера по нескольким независимым потокам, что связано с увеличением трудоемкости, стоимости как изготовления, так и эксплуатации оборудования.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является бункер-питатель, включающий цилиндрический корпус с несколькими люками для выгрузки, плоское днище, крышку, придонный активатор с конусным растекателем и приводом, при этом придонный активатор выполнен в виде центрального диска с закрепленными по периферии по касательным к нему лопастями, а конусный растекатель выполнен отдельно от активатора и закреплен стационарно на крышке или корпусе бункера с гарантированным зазором между верхней плоскостью центрального диска и нижней плоскостью основания конусного растекателя, так что величина диаметра центрального диска выполнена в интервале значений от 0,4 до 0,6 от внутреннего диаметра корпуса бункера, диаметр основания конусного растекателя выполнен в интервале значений от 1,0 до 1,1 от диаметра диска активатора, зазор между верхней плоскостью центрального диска и нижней плоскостью основания конусного растекателя выполнен в интервале значений от 0,02 до 0,1 от диаметра диска активатора, угол при вершине конусного растекателя выполнен в интервалах значений от 45 до 70°, высота лопастей выполнена в интервалах значений от 0,3 до 0,5 от высоты выгрузочных люков (Патент RU №2206482 C1, М.кл. B65D 88/54, дата публикации: 2003.06.20).
Признаки известного бункера (прототипа), совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наличии цилиндрического корпуса с как минимум одним люком для выгрузки, плоского днища, придонного активатора и привода.
Причина, препятствующая получению в известном бункере-питателе технического результата, который обеспечивается заявленным изобретением, заключается в том, что в процессе работы бункера-питателя его активатор постоянно вращается в пласте резинового порошка, что является причиной большого энергопотребления бункера-питателя. Кроме того, если резиновый порошок, находящийся в бункере, слеживается, то провернуть активатор практически невозможно, что делает известный бункер-питатель ненадежным в работе.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности и уменьшении энергопотребления в процессе работы бункера, заполненного сыпучим материалом, обладающим повышенной слеживаемостью.
Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в том, что процессы рыхления и дозирования материала осуществляют шнеками, вращающимися одновременно вокруг двух осей - вертикальной и собственной, при этом скорость вращения шнеков вокруг собственной оси автоматически меняется в зависимости от плотности материала, что обеспечивает постоянное и автоматическое поддержание сыпучего материала в бункере в необходимой степени его разрыхленности и управляемое дозирование процесса выгрузки материала из бункера.
Достигается технический результат тем, что бункер для сыпучих материалов содержит привод, цилиндрический корпус и плоское дно, в котором выполнен как минимум один люк для выгрузки сыпучих материалов, а также содержит расположенные в нижней части корпуса фальшдно, дифференциальный механизм, радиальные шнеки, шибер и придонный активатор, выполненный в виде соединенных с приводом нижних и верхних радиальных лопастей, между которыми расположено фальшдно, имеющее центральное осевое отверстие и окно, которое предназначено для прохождения сыпучего материала и выполнено с возможностью регулируемого перекрывания его площади шибером, при этом дифференциальный механизм расположен в осевом отверстии фальшдна и выполнен в виде корпуса, в котором горизонтально установлена ведущая шестерня, а также вертикально установлены шестерни-сателлиты, кинематически соединенные с ведущей шестерней, которая при этом соединена с приводом, а радиальные шнеки расположены выше верхних радиальных лопастей придонного активатора и установлены на хвостовиках шестерен-сателлитов.
Достигается технический результат также тем, что бункер содержит фрикционно-лопастной нагружатель дифференциального механизма, включающий горизонтально установленную в корпусе дифференциального механизма ведомую шестерню, а также установленные выше корпуса дифференциального механизма подпружиненную фрикционную муфту и радиальные лопасти нагружателя, соединенные через эту муфту с ведомой шестерней, которая при этом кинематически соединена с шестернями-сателлитами дифференциального механизма.
Новые признаки заявленного изобретения заключаются в выполнении придонного активатора с лопастями на двух уровнях, а также в наличии новых относительно прототипа конструктивных элементов - дифференциального механизма, фальшдна, шнеков и нагружателя дифференциального механизма. Новые признаки также заключаются в определенном соединении между собой известных и новых конструктивных элементов.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана схема бункера для сыпучих материалов без фрикционно-лопастного нагружателя дифференциального механизма; на фиг.2 показана схема бункера для сыпучих материалов с фрикционно-лопастным нагружателем дифференциального механизма.
Осуществление изобретения
Бункер для сыпучих материалов в варианте его выполнения без фрикционно-лопастного нагружателя (фиг.1) содержит привод с осью О-О (не показан), цилиндрический корпус 1, плоское дно 2, в котором выполнен как минимум один люк 3 для выгрузки сыпучих материалов. Бункер также содержит расположенные в нижней части корпуса 1 фальшдно 4, дифференциальный механизм 5, радиальные шнеки 6, шибер 7 и придонный активатор, содержащий соединенные с приводом нижние 8 и верхние 9 радиальные лопасти. Между лопастями 8 и 9 расположено фальшдно 4, имеющее центральное осевое отверстие 10 и окно 11 в виде смещенного от оси О-О отверстия, предназначенного для прохождения вниз сыпучего материала. При этом указанное окно 11 выполнено с возможностью регулируемого перекрывания его площади шибером 7.
Дифференциальный механизм 5 выполнен в виде корпуса 12, в котором горизонтально установлена ведущая шестерня 13, а также вертикально установлены шестерни-сателлиты 14, кинематически соединенные с ведущей шестерней 13. При этом корпус 12 дифференциального механизма расположен в осевом отверстии 10, так что больше половины корпуса расположено выше фальшдна 4, а ведущая шестерня 13 соединена с приводом. Кроме того, радиальные шнеки 6 расположены выше верхних радиальных лопастей 9 придонного активатора и установлены на хвостовиках шестерен-сателлитов 14. Минимальное количество шнеков (а также шестерен-сателлитов) - два, как показано на прилагаемых чертежах; но их может быть больше.
В усовершенствованном варианте (фиг.2) бункер дополнительно содержит фрикционно-лопастной нагружатель 15 дифференциального механизма 5. Данный нагружатель включает горизонтально установленную в корпусе 12 ведомую шестерню 16, а также установленные выше корпуса 12 фрикционную муфту 17, подпружиненную при помощи регулируемой пружины 18, и радиальные лопасти 19, соединенные через подпружиненную фрикционную муфту 17 с ведомой шестерней 16, которая при этом кинематически соединена с шестернями-сателлитами 14 дифференциального механизма 5.
Работа бункера в варианте его конструкции без фрикционно-лопастного нагружателя (фиг.1) заключается в следующем.
Электромеханический привод (не показан) постоянно с заданной угловой скоростью ω вращает приводной вертикальный вал (ось O-O), который соединен с нижними 8 и верхними 9 лопастями придонного активатора, а также с ведущей шестерней 13 дифференциального механизма 5. Вследствие этого лопасти 8 и 9 придонного активатора и ведущая шестерня 13 дифференциального механизма в процессе работы бункера постоянно вращаются с указанной угловой скоростью. Если при этом в бункере (т.е. внутри корпуса 1) нет сыпучего материала, то вращение ведущей шестерни 13 вокруг оси O-O передается на шестерни-сателлиты 14 без приведения их во вращательное движение вокруг собственной оси, т.е. шестерни-сателлиты 14 в этом случае вокруг своей оси не вращаются, а двигаются без вращения (вместе с ведущей шестерней 13) вокруг оси O-O, вынуждая тем самым двигаться вокруг оси O-O (без вращения вокруг собственной оси) и шнеки 6. При наличии в бункере сыпучего материала достаточной рыхлости, когда материал еще не слежался, последний оказывает некоторое (пусть небольшое) сопротивление движению шнеков 6 вокруг оси O-O, вследствие чего шнеки 6, а вместе с ними и шестерни-сателлиты 14 перестают двигаться вокруг оси O-O. В то же время ведущая шестерня 13 продолжает вращаться с прежней скоростью ω, что обусловливает вращение шестерен-сателлитов 14, а вместе с ними и шнеков 6 вокруг собственной оси. При этом движение шестерен-сателлитов 14 и шнеков 6 вокруг оси O-O прекращается. Шнеки, вращаясь вокруг собственной оси, перемещают сыпучий материал, находящийся в зоне действия этих шнеков, в направлении к оси O-O, где этот материал приводится в круговое движение лопастями 9 и тем самым проходит над окном 11, в которое он проваливается и попадает в пространство между дном 2 и фальшдном 4. При этом прохождение материала через окно 11 регулируется шибером 7. Материал, оказавшийся таким образом в пространстве между дном 2 и фальшдном 4, благодаря постоянному вращению лопастей 8, выполненных соответствующим образом изогнутыми по дуге, поступает на выход через люк 3. Как только весь материал, находящийся в зоне действия шнеков 6, будет перемещен к оси O-O и отгружен, шнеки 6 автоматически прекращают свое вращение вокруг собственной оси и возобновляют прерванное движение вокруг вертикальной оси O-O до вхождения в близлежащие слои материала, образующие новую зону действия шнеков. В этой новой зоне вышеописанные процессы повторяются.
Недостатком данной (упрощенной) конструкции бункера является двухпозиционная работа шнеков 6: они либо двигаются вокруг оси O-O, либо вращаются вокруг собственной оси. При этом в процессе вращения вокруг оси O-O шнеки 6 не «вгрызаются» в близлежащие слои материала, что снижает производительность бункера. На практике, однако, необходимо осуществлять более тонкое регулирование, когда шнеки одновременно осуществляют оба типа движения (т.е. движение вокруг оси O-O и вращение вокруг собственной оси) с тем или иным отношением скоростей этих двух типов движений, автоматически определяемым степенью рыхлости материала в бункере. В этом случае шнеки 6, осуществляя вращение вокруг собственной оси для подачи материала в направлении к оси O-O, будут одновременно «вгрызаться» в близлежащие слои материала, обеспечивая тем самым более высокую производительность бункера. Решению этой задачи служит конструкция бункера с дополнительным устройством - фрикционно-лопастным нагружателем дифференциального механизма.
Работа бункера в варианте его конструкции с фрикционно-лопастным нагружатем (фиг.2) имеет следующие особенности.
При отсутствии в бункере сыпучего материала ведомая шестерня 16 и радиальные лопасти 19 фрикционного лопастного нагружателя свободно вращаются с угловой скоростью привода (т.е. со скоростью ω, так как эта скорость передается им от ведущей шестерни 13 через шестерни-сателлиты 14). При поступлении материала в бункер (т.е. в корпус 1) лопасти 19 в своем вращении испытывают затруднение, зависящее от степени рыхлости материала. Вследствие этого скорость вращения лопастей 19 становится меньше ω на величину, определяемую упомянутой степенью рыхлости сыпучего материала. Меньше также становится скорость вращения ведомой шестерни 16 на величину, определяемую не только упомянутой степенью рыхлости сыпучего материала (т.е. скоростью вращения лопастей 19), но и степенью поджатия пружиной 18 фрикционной муфты 17. Данное поджатие является регулируемым и служит для настройки работы механизма. При этом ведущая шестерня 13 вращается с прежней скоростью. Отсюда возникает разница в угловых скоростях вращения ведущей 13 и ведомой 16 шестерен. Эта разница трансформируется в сложное движение шестерен-сателлитов 14 и соответственно шнеков 6: они одновременно осуществляют движение вокруг вертикальной оси O-O и вокруг собственной (т.е. горизонтальной) оси; соотношение этих двух движений определяется степенью рыхлости сыпучего материала и степенью подпружинивания муфты 17. Если при этом шнеки 6 встречают локальное сопротивление сыпучего материала, то в указанное соотношение скоростей этих двух движений автоматически вносится соответствующая корректировка по типу работы первого варианта конструкции бункера (без нагружателя) и шнеки 6, перемещая материал в направлении к оси O-O за счет своего вращения вокруг собственной оси, одновременно «вгрызаются» в близлежащие слои материала за счет своего движения вокруг оси O-O.
Существенным преимуществом предложенных конструкций бункера является то, что они не требуют для своей работы мощного привода, так как даже при значительно слежавшемся материале энергия преимущественно тратится на вращение шнеков 6 вокруг собственной оси, диаметр которых в 16 раз меньше диаметра придонного активатора. И когда шнеки разрыхлят и подадут материал к «зоне выгрузки», активатор свободно «довернется» вокруг вертикальной оси O-O к новой уплотненной зоне сыпучего материала и продолжит разрыхление этой зоны материала и его соответствующую транспортировку.