УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR DISPENSING LOOSE MATERIALS

Изобретение относится к устройствам циклического измерения объемов сыпучего материала дозами, а более конкретно к автоматическим дозаторам с внешним управлением для повторяющегося отмеривания и выдачи заданных объемов сыпучего материала, независимо от способа его подачи из накопителя.
Уровень данной области техники характеризует объемный дозатор сыпучих материалов, описанный в патенте RU 2133944 C1, G01F 11/00; С06В 21/00, 1999 г., который содержит дозирующий диск, закрепленный на вертикальном приводном валу с возможностью вращения и снабженный мерными отверстиями, расположенный по концентричным окружностям, бункеры с дозируемыми составами, неподвижно установленные над сопрягаемыми мерными отверстиями.
Особенностью этого устройства является послойное дозирование различных материалов в технологической емкости уплотнения слоеной таблетки.
При этом разность диаметров двух примыкающих окружностей, на которых расположены мерные отверстия, больше суммы диаметров двух наибольших мерных отверстий, а минимальный шаг между двумя смежными отверстиями на окружности равен половине произведения диаметра дозирующего диска на сумму отношений диаметров этих отверстий к диаметрам окружностей, на которых они расположены.
Над каждой окружностью, вдоль которой расположены мерные отверстия, установлен только один бункер с разновидностью сыпучего материала, поэтому дозирующий диск транспортирует одновременно несколько различных материалов в мерных отверстиях, из которых они последовательно высыпаются в приемную воронку таблетирующей машины, формируя слоеный полуфабрикат, что обеспечивается оптимизацией геометрических соотношений элементов дозирующего диска.
Однако недостатком описанного высокопроизводительного объемного дозатора является неудовлетворительная функциональная надежность из-за образования арочных сводов уплотненного при транспортировании по шероховатой опоре скольжения внутреннего трения сыпучего материала, который зависает в мерных емкостях и полностью не высыпается в технологическую матрицу.
В случае, когда геометрические параметры мерной емкости не оптимизированы в расчетном соотношении для сыпучего материала определенных гранулометрических параметров и триботехнических характеристик, то из-за превышения максимальной деформации материала в них образуется динамический свод, препятствующий заполнению объема.
При перемещении связносыпучего материала в мерной емкости по неподвижной опоре происходит переход части транспортируемого материала в предельное состояние, сопровождающееся его динамической деформацией, которая возникает вдоль линий скольжения, причем ее величина зависит от фрикционных свойств сыпучего материала и длины линии его контакта с основанием, то есть внутреннего диаметра мерной емкости.
В процессе заполнения мерной емкости в бункере возникают три различные области дозируемого материала, разделенные линиями разрыва, положение которых влияет на его сыпучесть в мерную емкость.
Две из них являются застойными (неподвижными) и ограничивают реальное сечение области движущегося материала в мерную емкость. Одна, неподвижная, лежит позади мерной емкости относительно направления ее движения и находится в активном напряженном состоянии, а другая неподвижная область лежит впереди мерной емкости относительно направления ее движения и находится в пассивном напряженном состоянии, возникающем в результате воздействия сил трения материала по поверхности дозирующего диска на подпорную стенку, которая препятствует его выходу за пределы патрубка.
В процессе заполнения мерной емкости в ней также возникает область материала в предельном состоянии, причем линии разрыва соединяются в точке максимальной деформации материала в мерной емкости, переходя в линию скольжения, касательную линиям разрыва.
Если отношение высоты мерной емкости к ее диаметру превышает величину максимальной деформации материала в предельном состоянии, то линии разрыва будут пересекаться, что приведет к образованию свода и снижению коэффициента заполнения мерной емкости.
Практическая реализация этой многопараметральной технологической задачи в серийном производстве затруднительна.
Отмеченный недостаток устранен в более совершенном устройстве по патенту RU 2227273 С2, G01F 11/00, 2004 г., которое по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрано в качестве наиболее близкого аналога предложенному устройству для дозирования сыпучих материалов.
Известное дозирующее устройство содержит бункер с вертикально подвижным выпускным патрубком, примыкающим посредством открытого торца к рабочей дорожке дозирующего диска, где распределены мерные емкости - сквозные калиброванные отверстия.
Дозирующий диск укреплен на приводном вертикальном валу и плоскостью примыкает к дисковой опоре, в которой выполнено наклонное сквозное отверстие выгрузки дозы материала.
Каждая мерная емкость снабжена наружным буртиком, который примыкает к поверхности опорного диска.
Особенностью конструкции является то, что ширина отверстия для выгрузки выполнена меньше наружного диаметра буртика и больше диаметра мерной емкости, а соотношение высоты мерной емкости к ее внутреннему диаметру оптимизировано в диапазоне от 0,3 до 0,5, что гарантированно обеспечило функциональную надежность устройства в целом, при заметном снижении потерь технологического материала.
Продолжением достоинств известного устройства дозирования являются присущие недостатки:
- относительно большая погрешность отмеряемой объемной дозы материала, которая загружается в мерную емкость;
- неполная подача отмеренной дозы сыпучего материала по наклонному сквозному щелевому окну перегрузки в опорном диске.
Кроме того, смена обрабатываемого сыпучего материала и его выгрузка из бункера в конце рабочей смены осуществляются вручную скребковым приспособлением из зазора, образованного при вертикальном смещении патрубка вверх относительно бункера, что трудоемко, небезопасно и сопряжено с большими потерями пиротехнических составов.
Также недостатком известного устройства является его узко специализированное использование для дозирования сыпучего материала с конкретными гранулометрическими характеристиками и трибосвойствами. При переходе на материалы с иными характеристиками и свойствами возникают проблемы, характерные вышеописанному аналогу: сводообразование и неудовлетворительное функционирование по назначению.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является унификация устройства дозирования, пригодного для широкой номенклатуры сыпучих материалов, и повышение его функциональности на межоперационной перегрузке отмеренных с повышенной точностью доз сыпучего материала в технологическую матрицу его таблетирования, при автоматическом финишном опорожнении бункера (или смене вида сыпучего материала), что направлено на полную автоматизацию, практически исключая потери пиротехнических составов.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном устройстве для дозирования сыпучих материалов, содержащем укрепленный на приводном вертикальном валу транспортирующий диск, снабженный распределенными на периферии мерными емкостями, кольцевая рабочая дорожка которого расположена между выпускным патрубком бункера и примыкающей опорой со сквозным щелевым окном, наклоненным в лоток разгрузки отмеренной дозы, согласно изобретению мерные емкости транспортирующего диска выполнены в виде группы сменных прецизионных втулок, последовательно установленных в его кольцевой рабочей дорожке, суммарный объем которых соответствует отмеряемой дозе, а опора, щелевое окно которой наклонено под углом, превышающим угол естественного откоса дозируемого материала, смонтирована с возможностью синхронного поворота при фрикционном сцеплении с транспортирующим диском для позиционирования щелевым окном над дополнительным лотком выгрузки в съемную тару, закрепленным на станине соосно выпускному патрубку бункера, при этом опора оснащена замкнутым двухпозиционным кулачком раздельного кинематического замыкания с диаметрально расположенными стопорами поворота.
Другой особенностью устройства дозирования является то, что стопоры диска перегрузки, размещаемые в примыкающей опоре, выполнены в форме штоков пневмоцилиндров, диаметрально закрепленных на станине.
Отличительные признаки предложенного технического решения повысили точность автоматического дозирования сыпучего материала и расширение технологических возможностей по номенклатуре обрабатываемых смесей (для изготовления сорбентов, лекарственных препаратов и биологически активных препаратов, фильтров, химических реактивов и др.) при оперативной переналадке инструментальных узлов и механизма автоматического опорожнения остатков дозируемого материала из бункера.
Выполнение мерных емкостей транспортирующего диска в виде группы сменных втулок прецизионной точности, последовательно устанавливаемых в его кольцевой рабочей дорожке, суммарный объем которых соответствует отмеряемой дозе, снижает погрешность автоматической отсыпки объемных доз из сыпучей сырьевой смеси для формирования таблетированных изделий.
Наклон щелевого сквозного окна перегрузки в опоре под углом, превышающим угол естественного откоса обрабатываемого сыпучего материала, гарантированно обеспечивает автономную выдачу без остатка отмеренной дозы в технологический инструмент, исключив сводообразование и зависание материала на операции перегрузки.
Установка опоры транспортирующего диска с возможностью синхронного поворота во фрикционном сцеплении относительно общей оси позволяет, за счет их прижима под действием фрикционных сил сцепления, осуществлять диаметральное позиционирование щелевого окна перегрузки под патрубком бункера для его разгрузки через примыкающий снизу дополнительный лоток в технологической тары.
Оснащение опоры замкнутым двухпозиционным кулачком раздельного кинематического замыкания с диаметрально расположенными стопорами необходимо для точного позиционирования окна перегрузки над лотком подачи отмеренных доз в матрицу таблетирования и над лотком выгрузки остатков материала из бункера при завершении работ.
Выполнение стопоров в виде штоков пневмоцилиндров, как наиболее конструктивно простого и легко управляемого механизма, позволяет совместить их функционирование в общей системе автоматического управления рабочим циклом модернизированного устройства с расширенными рабочими функциями.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решена в изобретении не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, которые имеют чисто иллюстративное назначение и не ограничивают объема притязаний совокупности существенных признаков формулы.
На чертежах изображены:
на фиг. 1 - общий вид устройства дозирования, вертикальный разрез;
на фиг. 2 - вид А на фиг. 1;
на фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг. 1;
на фиг. 4 - разрез по В-В на фиг. 1.
В станине 1 смонтирован центральный вал 2, несущий закрепленный на торце транспортирующий диск 3 и жестко связанный с приводным зубчатым колесом 4.
В периферийной кольцевой дорожке транспортирующего диска 3 выполнены мерные емкости 5 под отмеряемую дозу сыпучего пиротехнического состава, наполняющего бункер 6 с выпускным патрубком 7.
Транспортирующий диск 3 от кольцевой рабочей дорожки к центру крепления на торце вала 2 выполнен коническим, то есть имеет выпуклую форму.
Кольцевая периферийная дорожка транспортирующего диска 3 размещена между выпускным патрубком 7 бункера 6 и примыкающим диском 8 перегрузки, оснащенным сквозным щелевым окном 9, наклоненным в сторону лотка 10 подачи отмеренных доз сыпучего сырьевого материала в матрицу 11 их штучного таблетирования.
Угол наклона щелевого окна 9 превышает угол естественного откоса дозируемого сыпучего материала и составляет не менее 50°, что предотвращает образование сводов и его зависания, который гарантированно высыпается из емкости 5 при совмещении с окном 9.
Особенностью дозатора по изобретению является то, что каждая мерная емкость 5 диска 8 перегрузки может быть выполнена в виде как минимум трех последовательно закрепленных в его периферийной кольцевой дорожке прецизионных втулок 12 (фиг. 4), суммарный объем которых соответствует отмеряемой для прессования функциональной таблетки дозе материала в емкости 5.
Каждая структурная часть отмеряемой дозы во втулках 12, по определению, имеет меньшую абсолютную погрешность, поэтому, с учетом закона нормального распределения, при формировании отмеряемой заданной дозы из ее структурных частей меньшего объема происходит усреднение суммарной погрешности более точной абсолютной величины, то есть отмеряемая доза в этом случае точнее, чем дозированная в одной емкости 5 равного объема.
Диск 8 перегрузки выполнен в форме поворотной катушки (фиг. 1), нижний фланец 13 которой снабжен дуговым замкнутым кулачком - сквозным пазом 14 (фиг. 2 и 3), раздельно взаимодействующим соответственно со штоками 15 и 16 пневмоцилиндров 17 и 18, закрепленных на станине 1.
При этом штоки 15, 16 размещены соответственно в базирующих сквозных отверстиях 19, 20 кронштейна 21, примыкающего к фланцу 13 и закрепленного на станине 1, что создает для штоков 15 и 16 дополнительную опору, компенсирующую изгибающие нагрузки при стопорении фланца 13 от вращения.
Под выпускным патрубком 7 бункера 6 на станине 1 закреплен дополнительный отводящий лоток 22 в технологическую съемную тару 23. Функционирует дозатор следующим образом.
В исходном положении (фиг. 1, 2) шток 15 пневмоцилиндра 17 находится в крайнем верхнем положении и через сквозное отверстие 19 кронштейна 21 замкнут в пазу 14 фланца 13, исключая его поворот, а шток 16 пневмоцилиндра 18 - в крайнем нижнем положении, не взаимодействуя с фланцем 13 (фиг. 3) и, следовательно, с транспортирующим диском 8, щелевое окно 9 которого стационарно находится над лотком 10, направленным в матрицу 11 (фиг. 1).
При включении привода устройства емкость 5 или группа втулок 12 равного с ней объема, установленных в транспортирующем диске 3 (фиг. 4), поворотом центрального вала 2 устанавливаются под выпускным патрубком 7, из которого сыпучий технологический материал заполняет их объем.
При повороте валом 2 транспортирующего диска 3 отмеренная доза материала, заполняющая емкость 5 или втулки 12, отсекается от находящегося в патрубке 7 и переносится на диаметральную позицию дозатора, до совмещения со щелевым окном 9 перегрузки в диске 8.
При этом доза материала из емкости 5 или втулок 12 (последовательно) высыпается в лоток 10, по которому гравитационно подается в матрицу 11 в полном объеме, где уплотняется в форме функциональной таблетки, а затем инструментально выталкивается в приемник.
Одновременно, на позиции загрузки из бункера 6, диаметрально размещенная мерная емкость 5 (втулки 12) диска 3 заполняется из патрубка 7 технологическим сыпучим составом, и цикл повторяется.
Следует отметить, что при этом ранее просыпавшиеся на рабочую кольцевую дорожку транспортирующего диска 3 частицы дозируемого состава примыкающим торцом патрубка 7 отклоняются с траектории движения и ссыпаются в отводящий лоток 22 и накапливаются в технологической таре 23.
При завершении работы или смене вида дозируемого материала привод дозатора отключают, а пневмоцилиндры 17 и 18 перекоммутируют, в результате чего соответственно шток 15 выходит из паза 14 и опускается в крайнее нижнее положение до базирующего отверстия 19 кронштейна 21, а шток 16 поднимается в крайнее верхнее положение, устанавливаясь в дуговом замкнутом кулачке 14 фланца 13, примыкая к его левому торцу по чертежу фиг. 1 и 2.
Затем включают привод дозатора и валом 2 диск 8, фрикционно сцепленный с транспортирующим диском 3, синхронно поворачивается (шток 16 перемещается вдоль кулачка 14 в крайне правое по фиг. 3 положение), при этом щелевое окно 9 перегрузки устанавливается над отводящим лотком 22, в который высыпаются остатки сыпучего материала из бункера 6 через совмещенные патрубок 7, мерную емкость 5 (втулки 12) и сквозное окно 9, накапливаясь в технологической таре 23.
После удаления остатков материала из бункера 6 технологическую тару 23 снимают со станины 1 и транспортируют в изолированное помещение на хранение.
При необходимости в опорном диске 8 производят замену емкости 5 на втулки 12 (или наоборот), после чего дозатор устанавливают в исходное положение и заполняют бункер 6 новой смесью, которую дозируют по вышеописанному.
Испытания опытного образца предложенной конструкции устройства дозирования показали устойчивую работу по отделению от массива приготовленной технологической смеси в бункере мерных порций с заданной точностью по объему, которые автоматически полностью перегружаются через щелевое наклонное окно опорного диска в матрицу уплотнения таблетки.
Сравнение предложенного технического решения с ближайшими аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.
Предложенные отличия устройства для дозирования сыпучих материалов не являются очевидными для специалиста по технике, которые прямо не следуют из постановки технической задачи.
Изготовление предложенного дозирующего устройства возможно осуществлять на действующем машиностроительном производстве, оснащая заказчиков автоматизированными унифицированными дозаторами сыпучих материалов.
Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.