РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ КОРОБКА ДВУХШНЕКОВОГО ЭКСТРУДЕРА, ПРИВОД ДВУХШНЕКОВОГО ЭКСТРУДЕРА И ДВУХШНЕКОВЫЙ ЭКСТРУДЕР

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ.
Полезная модель относится к машиностроению, в частности к зубчатым передачам, и может быть использована для передачи крутящего момента в установках с близко расположенными и нагруженными в осевом направлении рабочими органами, например, для привода шнеков двухшнекового экструдера и при изготовлении двухшнекового экструдера.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ.
Известен привод двухшнекового экструдера, содержащий разъемный корпус, вставку, центральное колесо, радиальные и упорные подшипники, ведущую и ведомые валы - шестерни, причем вставка снабжена посадочными местами под подшипники центрального колеса, ведущих и ведомых валов -шестерен, что обуславливает необходимость наличия разъемного корпуса со вставкой, в которой выполнены посадочные места под подшипники центрального колеса и валом, представляющего собой массивную конструкцию сложной формы, требующего большой точности обработки и имеющего большие габариты, связанные с наличием узлов упорных подшипников, расположенных в задней части привода, по одну сторону от центрального колеса. [Патент ФРГ №3601766, F 16 H 1/22, 1987].
Известен экструдер РЗ-КЭД-88, в котором ведущий вал внешнего зацепления расположен ниже ведомых валов, что требует соблюдения точной соосности, причем внешнее зацепление повышает прочностные требования к ведущему валу, повышает стоимость его изготовления и снижает надежность функционирования [Техническое описание экструдера двухшнекового РЗ-КЭД-88].
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому полезной модели (прототипом) является привод двухшнекового экструдера, содержащий
соединенные между собой корпус и крышку, расположенное в корпусе центральное колесо с наружным и внутренним зубчатыми венцами, находящийся в зацеплении с наружным зубчатым венцом ведущий вал-шестерню, находящиеся в зацеплении с внутренним зубчатым венцом два ведомых вала-шестерни, соединенные со шнековыми валами муфтами, радиальные подшипники центрального колеса и упорные подшипники валов-шестерен, в котором с целью упрощения конструкции и уменьшения металлоемкости, на внутренних поверхностях корпуса и крышки выполнены посадочные буртики под радиальные подшипники, на крышке выполнен центрирующий выступ, упорные подшипники установлены по разные стороны от центрального колеса и разнесены на противоположные концы своих валов-шестерен, один из шнековых валов выполнен гладким и опирается торцем на соответствующий ведомый вал-шестерню, на втором шнековом валу выполнен упорный бурт, а привод снабжен распорной втулкой, установленной на втором ведомом валу-шестерне между соответствующим упорным подшипником и муфтой второго шнекового вала [Патент РФ №2016287, F 16 Н 1/22, опубл. 1994.07.15 (прототип)].
Недостатками известных конструкций являются сложность в изготовлении, высокая материалоемкость и недостаточная надежность функционирования. ЗАДАЧИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ И ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ.
Общей задачей полезной модели (требуемым техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели) является упрощение конструкции и уменьшение металлоемкости, упрощение эксплуатации, снижение стоимости привода шнеков двухшнекового экструдера и двухшнекового экструдера в целом при одновременном повышении надежности, долговечности и повышении качества функционирования.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ.
Поставленная цель и требуемый технический результат при использовании полезной модели достигаются тем, что в распределительной коробке двухшнекового экструдера, содержащего зубчатый обод с внутренним зацеплением, два ведомых вала-шестерни, расположенных внутри зубчатого обода и находящихся в зацеплении с внутренним зацеплением зубчатого обода, подшипниковые узлы и средство фиксации положения зубчатого обода, ведомых валов-шестерен и подшипниковых узлов, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
средство фиксации положения зубчатого обода, ведомых валов-шестерен и подшипниковых узлов выполнено в виде расположенных с торцевых сторон зубчатого обода и соединенных друг с другом передней и задней стенок, а на наружной поверхности зубчатого обода выполнено средство приведения зубчатого обода в движение, изготовленное, например, в виде звездочки цепной передачи, наружного зубчатого венца или шкива клиноременной передачи.
При этом передняя и задняя стенки распределительной коробки соединены друг с другом шлифованными шпильками через распорные прецизионные втулки, в передней и задней стенках выполнены соосные отверстия для подшипниковых узлов и соединяющих переднюю и заднюю стенки шпилек, а внутри зубчатого обода распределительной коробки выполнен смазочный картер, для чего в передней и задней стенке выполнены отверстия для подвода масла в смазочный картер внутри зубчатого обода и отвода масла из смазочного картера внутри зубчатого обода.
Кроме этого подшипниковые узлы распределительной коробки содержат игольчатые подшипники и упорные подшипники.
Поставленная цель и требуемый технический результат при использовании полезной модели достигается также тем, что в приводе двухшнекового экструдера, содержащем двигатель вращения, средство передачи вращательного движения и распределительную коробку, содержащую зубчатый обод с внутренним зацеплением, два ведомых вала-шестерни находящиеся в зацеплении с внутренним зацеплением зубчатого обода, подшипниковые узлы и средство фиксации положения зубчатого обода, ведомых валов-шестерен и подшипниковых узлов, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ средство фиксации положения зубчатого обода, ведомых валов-шестерен и подшипниковых узлов в распределительной коробке выполнено в виде расположенных с торцевых сторон зубчатого обода передней и задней стенок, соединенных друг с другом посредством шпилек и распорных втулок, а на наружной поверхности зубчатого обода установлено средство приведения зубчатого обода в движение, выполненное с возможностью его соединения со средством передачи вращательного движения.
При этом установленное на наружной поверхности зубчатого обода распределительной коробки средство приведения зубчатого обода в движение выполнено преимущественно в виде звездочки цепной передачи, а средство
передачи вращательного движения выполнено в виде цепной передачи, или установленное на наружной поверхности зубчатого обода распределительной коробки средство приведения зубчатого обода в движение выполнено в виде шкива клиноременной передачи, а средство передачи вращательного движения выполнено в виде клиноременной передачи.
При этом передняя и задняя стенки распределительной коробки соединены друг с другом посредством шлифованных шпилек и прецизионных распорных втулок, двигатель вращения выполнен в виде мотора-редуктора или малооборотного электродвигателя, а в передней и задней стенке выполнены отверстия для подвода масла в смазочный картер внутри зубчатого обода и отвода масла из смазочного картера внутри зубчатого обода.
Поставленная цель и требуемый технический результат при использовании полезной модели достигаются также тем, что в двушнековом экструдере, содержащем двигатель вращения, средство передачи вращательного движения, распределительную коробку и узел экструзии СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ распределительная коробка содержит зубчатый обод с внутренним зацеплением, два ведомых вала-шестерни находящиеся в зацеплении с внутренним зацеплением зубчатого обода, подшипниковые узлы и средство фиксации положения зубчатого обода, ведомых валов-шестерен и подшипниковых узлов в распределительной коробке, выполненное в виде расположенных с торцевых сторон зубчатого обода передней и задней стенок, соединенных друг с другом посредством шпилек и распорных втулок, при этом на наружной поверхности зубчатого обода установлено средство приведения зубчатого обода в движение, выполненное с возможностью его соединения со средством передачи вращательного движения.
При этом установленное на наружной поверхности зубчатого обода распределительной коробки средство приведения зубчатого обода в движение выполнено в виде звездочки цепной передачи, а средство передачи вращательного движения выполнено в виде цепной передачи.
При этом экструдер содержит систему циркуляции масла в виде масляного насоса, маслопровода, патрубка подвода масла в смазочный картер внутри зубчатого обода и патрубка отвода масла из смазочного картера внутри зубчатого обода, сообщающихся с соответствующими отверстиями в передней и задней стенках распределительной коробки для подвода и отвода масла в
смазочный картер внутри зубчатого обода.
При этом экструдер содержит дозатор компонентов, экструдер содержит резистивный нагреватель для предварительного нагрева и регулирования температуры узла экструзии, узел экструзии содержит загрузочный корпус, рабочий корпус и матрицу придания формы экструзионным продуктам, а рабочий корпус содержит загрузочные, транспортирующие, сжимающие шнеки, смесительные элементы и систему охлаждения.
При этом экструдер дополнительно содержит начинконаполнитель, а узел экструзии дополнительно содержит режущее устройство. ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ.
Раскрытие полезной модели поясняется чертежами:
На фиг.1 изображен общий вид двухшнекового экструдера с распределительной коробкой 1, узлом экструзии 2, приводом 3, мотором - редуктором 4, станиной 5 и бункером с дозатором сухих компонентов 6.
На фиг.2, изображен общий вид привод двухшнекового экструдера с сечением распределительной коробки, содержащей зубчатый обод 7, звездочку цепной передачи 8, переднюю 9 и заднюю 10 стенки распределительной коробки, валы-шестерни 12 и 13, а также с сечением системы циркуляции масла в виде масляного насоса 14, маслопровода, патрубка 11 подвода масла в смазочный картер внутри зубчатого обода 7 и патрубка 15 отвода масла из смазочного картера внутри зубчатого обода, сообщающихся с соответствующими отверстиями в передней 9 и задней 10 стенках распределительной коробки для подвода и отвода масла в смазочный картер внутри зубчатого обода 7 распределительной коробки, а также емкости смазки цепной передачи 16.
На фиг.3, изображены сечение привода и распределительной коробки по линии А-А, где показаны шлифованные шпильки 17 и прецизионные втулки 18, соединяющие переднюю 9 и заднюю 10 стенки распределительной коробки;
На фиг.4, изображено сечение распределительной коробки, содержащей зубчатый обод 7, звездочку цепной передачи 8, переднюю 9 и заднюю 10 стенки распределительной коробки, валы-шестерни 12 и 13, патрубок 11 подвода масла в смазочный картер внутри зубчатого обода 7 и патрубок 15 отвода масла из смазочного картера внутри зубчатого обода.
На фиг.5, изображено сечение распределительной коробки по линии Б-Б.
ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ.
Сущность изобретений поясняется примерами реализации полезной модели.
Экструдер по полезной модели состоит из распределительной коробки 1 (фиг.1, 2, 3), двухшнекового узла экструзии 2, цепного привода 3 распределительной коробки, мотора-редуктора 4, станины 5 и дозатора сухих компонентов 6.
Основное движение - попутное вращение рабочих органов шнеков в экструдере осуществляется следующим образом:
Вращение с вала мотора-редуктора 4 через цепную или иную передачу 3 с помощью зубчатой цепи передается на звездочку 8, установленную на зубчатом ободе внутреннего зацепления 7. С помощью шпоночного соединения вращение со звездочки 8 передается на зубчатый обод 7. Зубчатый обод 7 своими внутренними эвольвентными зубьями входит в зацепление с наружными зубьями выходных валов-шестерен 12 и 13. Вращение с валов-шестерен 12 и 13 в распределительной коробке через муфты передается на валы шнековые со шнеками.
Приводная часть распределительной коробки (фиг 4, 5) позволяет приводить в попутное движение два вала экструдера через валы-шестерни 12 и 13 распределительной коробки от зубчатого обода внутреннего зацепления 7, на которое надета звездочка внешнего зацепления 8 цепной передачи. При этом сам зубчатый обод внутреннего зацепления 7 приводится в движение от мотора-редуктора 4 открытой цепной, клиноременной или иной передачей. Эта конструкция не требует корпусной детали для организации специального смазочного картера, что значительноснижает материалоем кость конструкции и трудоемкость ее изготовления. Смазочный картер организован лишь внутри зубчатого обода внутреннего зубчатого зацепления 7, куда подается смазка через входной патрубок 11 от внешней масляной станции 14 и где происходит смазывание трущихся деталей: опорных и радиальных подшипников ведомых валов-шестерен 12 и 13, подшипников зубчатого обода, внутреннего зацепления зубчатого обода 7 и ведомых валов-шестерен 12 и 13. Подшипниковые опоры игольчатых подшипников внутренних (ведомых) валов-шестерен 12 и 13, а также подшипниковые опоры зубчатого обода внутреннего зацепления (ведущего)
организованы в отдельных деталях - в двух стенках задней 10 и передней 9, соединенных между собой четырьмя шлифованными шпильками 17 через прецизионные распорные втулки 18.
Узел экструзии 2 состоит из двух секционных наборных шнеков и сборных по длине корпусов с каналами под два шнека. Секционные наборные шнеки выполняют с различным шагом и количеством заходов, а также с разным направлением нарезки, набраных на шнековых валах по принципу увеличения компрессии и связаных с валами при помощи шпоночного соединения. Корпус узла экструзии выполняют составным из загрузочного, с отверстием под сырье, и ряда рабочих сборных по длине корпусов, которые связаны между собой либо съемными фланцами, либо бугельными хомутами. Узел экструзии предназначен для преобразования механической энергии вращающихся совместно в попутном направлении шнеков в тепловую энергию, образующуюся в сырье в результате внутреннего трения внутри перемещающегося к матрице вязкого продукта. В результате образовавшегося тепла происходит варка крахмального продукта, испарение находящейся в продукте влаги, повышение давления в рабочей зоне экстудера и вскипание влаги в продукте на срезе матрицы в результате сильного перепада давлений и температур выходящего продукта и окружающей среды.
Дозатор сухих компонентов двухшнековый предназначен для непрерывной и равномерной подачи смеси крахмальных компонентов в загрузочный корпус зоны экструзии.
Дозатор 6 состоит из привода и двухшнекового подавателя,
Распределительная коробка 1 двухшнекового экструдера по полезной модели предназначена для передачи вращения от зубчатого обода внутреннего зацепления двум выходным валам-шестерням, зафиксированным в осевом направлении специальными опорными узлами, предназначенными для восприятия осевого усилия от шнековых валов, возникающей в результате воздействия высокого давления в зоне экструзии.
Распределительная коробка 1 состоит из зубчатого обода внутреннего зацепления 7, зафиксированного радиально упорными роликовыми подшипниками в передней 9 и задней 10 стенках распределительной коробки. На зубчатый обод внутреннего зацепления 7 установлена звездочка 8 цепной передачи главного привода экструдера. Зубчатый обод внутреннего зацепления 7 приводит во вращение выходные валы-шестерни 12 и 13, установленные в
подшипниковые опоры из спаренных игольчатых подшипников, установленных также в переднюю 9 и заднюю 10 стенки коробки. Валы-шестерни 12 и 13 зафиксированы в осевом направлении подшипниковыми опорами из строенных упорных роликовых подшипников. Зубчатые зацепления и подшипниковые опоры смазываются жидкой смазкой, подаваемой через входной патрубок 11 от внешней насосной станции 14 непосредственно внутрь зубчатого обода внутреннего зацепления 7. Слив масла осуществляется самотеком через патрубок 15
Привод экструдера осуществляется от мотор-редуктора при помощи цепной зубчатой передачи.
Привод состоит из звездочки, надетой на вал мотор редуктора, звездочки, одетой на зубчатый обод внутреннего зацепления и зубчатой замкнутой цепи. Цепь и нижняя звездочка смазывается при помощи картера 16, в который налита жидкая смазка.
Матрица представляет собой деталь с формовочными отверстиями, закрепляемую на выходном рабочем корпусе экструдера и предназначена для предания формы выходящему жгуту продукта.
Режущее устройство предназначено для отрезки продукта и может быть выполнено как навесным на матрице, так и напольным.
Система терморегулирования узла экструзии состоит из системы охлаждения и нагрева, а также приборов управления процессом и предназначена для поддержания заданных температур в узле экструзии.
Характерной особенностью конструкции распределительной коробки по полезной модели является отсутствие корпусной детали и организации смазочного картера для зубчатых зацеплений и подшипниковых опор непосредственно внутри зубчатого обода 7 посредством соединенных шпильками 17 и втулками 18 передней 9 и заднюю 10 стенками распределительной коробки, что значительно упрощает конструкцию, снижает материалоемкость, существенно упрощает изготовление, эксплуатацию и ремонт, а также повышает надежность и долговечность функционирования.
При этом подшипниковые опоры игольчатых подшипников внутренних (ведомых) валов 12 и 13, а также подшипниковые опоры зубчатого обода внутреннего зацепления (ведущего) организованы в отдельных деталях - в передней 9 и задней 10 стенках распределительной коробки, соединенных между
собой четырьмя шлифованными шпильками 17 (фиг.3) через прецизионные распорные втулки 18. Эта конструкция при обработке отверстий под подшипники и шпильки в разных деталях с одной установки на станках типа «обрабатывающий центр» обеспечивает высокую точность установки подшипников качения и, соответственно, их долговечность.
Такое техническое решение обеспечивает простоту конструкции распределительной коробки при выполнении ею основной функции - приведения в движение пары валов-шестерен 12 и 13 с их попутным вращением от одного источника вращательного движения - зубчатого обода внутреннего зацепления 7. Внутреннее зубчатое зацепление в этой конструкции позволяет повысить несущую способность и долговечность зубчатой пары на 50%.
Благодаря применению внутреннего зубчатого зацепления снижается суммарная стоимость деталей привода - выходных валов-шестерней 12 и 13 и зубчатого обода внутреннего зацепления 7 распределительной коробки, так как для обеспечения равнопрочности в паре можно применять менее дорогостоящую термохимическую обработку типа азотирования, что позволяет организовать производство отдельных деталей и всего экструдера по полезной модели в целом промышленным способом в условиях серийного производства.. ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ.
Для подтверждения возможности реализации полезной модели промышленным способом и экспериментального подтверждения возможности достижения требуемого технического результата были изготовлен и испытан экструдер по полезной модели.
Экструдер по полезной модели позволяет выпускать сухие завтраки типа кукурузных палочек и др.; подушечки и батончики с начинкой, хрустящие хлебцы, полуфабрикаты для производства чипсов, хлопья, модифицированный экструзионный крахмал, набухающую муку, крахмалсодержащий реагент, соевый текстурат, крахмальную составляющую детского питания и другие аналогичные пищевые продукты.
Пищевые продукты изготавливаются на экструдере по полезной модели следующим образом: Подготовленная смесь крахмалсодержащих составляющих, соли, сахара и др. засыпается в непрерывный дозатор сухих компонентов 6. Для скорейшего выхода экструдера на режим варки зона экструзии (рабочие корпуса) могут предварительно нагреваться при помощи
нагревателей различного типа (резистивных, индукционных, паровых, масляных и др). На двигатель мотора-редуктора 4 подается напряжение. Выходной вал мотор редуктора, на который надета ведущая звездочка цепной передачи, начинает вращаться и через цепную передачу 3 вращательное движение движение передается на ведомую звездочку 8, надетую на зубчатый обод внутреннего зацепления 7. Вращательное движение с зубчатого обода внутреннего зацепления передается на два ведомых вала-шестерни 12 и 13. Валы-шестерним 12 и 13 через шпоночные муфты связаны со шнековыми валами. На шнековые шпоночные валы надеты шнековые элементы с разными шагами и направлением винтовой нарезки. Два шнековых вала постоянно находятся в зацеплении и расположены внутри цилиндрических каналов рабочих корпусов узла экструзии 2. Вращательное движение с выходных валов распределительной коробки передается на шнековые валы. При подаче сухой смеси крахмалопродуктов через загрузочное отверстие в рабочих корпусах в рабочую зоны и дозированной подаче воды в узле экструзии в результате внутреннего трения в смеси сырья вырабатывается тепловая энергия, в результате чего происходит тепловая обработка крахмальных составляющих. Для ограничения температуры термообработки сырья узел экструзии содержит резистивный нагреватель для предварительного нагрева и регулирования температуры и систему охлаждения.
Вода внутри продукта испаряется, в результате чего повышается давление внутри рабочей зоны. Под воздействием продвижения сырья к матрице и повышенного давления сваренная смесь сырья и воды выходит из отверстий матрицы. Вода внутри продукта вскипает на срезе матрицы и мгновенно испаряется. В результате из отверстия матрицы выходит сваренный сформированный и практически почти сухой продукт, готовый к употреблению. Возможна еще некоторая обработка продукта, для придания ему лучших вкусовых качеств.
СООТВЕТСТВИЕ КРИТЕРИЯ М ОХРАНОСПОСОБНОСТИ.
В целом, учитывая новизну и неочивидность полезной модели (доказанную в разделе «Уровень техники» и «Сущность полезной модели»), существенность всех общих и частных признаков изобретений (доказанную в разделе «Сущность полезной модели»), а также показанную в разделах «Примеры реализации изобретений» и «Промышленная применимость»
осуществимость полезной модели и достижение поставленных полезная
моделью задач, по нашему мнению заявленная группа изобретений удовлетворяет всем требованиям охраноспособности, предъявляемым к полезной моделим.
Таким образом, есть все основания утверждать, что полезной модели группы соответствуют требованиям критерия охраноспособности "изобретательского уровня", а проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки изобретений являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели изобретений, но и позволяют реализовать полезной модели промышленным способом.
Кроме этого анализ совокупности существенных признаков полезной модели группы и достигаемого при их использовании технического результата показывает наличие единого изобретательского замысла, тесную и неразрывную связь между полезной моделями группы и предназначенность распределительной коробки и привода для двухшнекового экструдера, что позволяет объединить три полезной модели в одной заявке.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент ФРГ №3601766, F 16 Н 1/22, 1987.
2. Техническое описание экструдера двухшнекового РЗ-КЭД-88.
3. Патент РФ №2016287, F 16 Н 1/22, опубл. 1994.07.15 (прототип).