СМЕСИТЕЛЬ ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к литейному производству и может быть использована для приготовления формовочной и стержневой смесей повышенного качества.
Известен смеситель формовочных материалов (бегуны) содержащий привод, цилиндрическую чашу с горизонтальным дном, расположенный вертикально приводной вал, проходящий через центр чаши, траверсу с установленными на ней двумя катками и плужками [1]. Приготовление смеси в бегунах осуществляется за счет поочередного ее сжатия катками и рыхления плужками. Однако из-за уплотняющего действия катков приготавливаемая на бегунах смесь содержит большое количество комков повышенной плотности, снижающих ее качество.
Известен смеситель с рыхлителями, содержащий привод, цилиндрическую чашу с горизонтальным дном, расположенный вертикально приводной вал, траверсу, катки и рыхлители [2]. Однако данный смеситель имеет сложную конструкцию, и отдельный привод рыхлителя, что удорожает стоимость и усложняет эксплуатацию.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является смеситель формовочных материалов, включающий привод, цилиндрическую чашу с горизонтальным дном, расположенный вертикально приводной вал, проходящий через центр чаши, траверсу, установленную на верхнем конце приводного вала, соединенные с траверсой плужки, ступицу, каток и рыхлитель с радиально расположенными на
нем пальцами [3] (прототип).
Процесс смешивания в прототипе сопровождается воздействием на смесь рыхлителя наряду с катком и плужками. Применение рыхлителя позволяет улучшить качество смеси за счет сокращения в ней крупных комков, а также интенсифицировать процесс смешивания. Однако прототип сложен по конструкции, так как содержит над траверсой массивную надстройку, состоящую из корпуса и горизонтального вала, связывающего каток с рыхлителем. Наличие одного катка и рыхлителя не позволяет в достаточной мере интенсифицировать процесс смешивания. Сложность конструкции смесителя и большая масса надстройки, снижают его надежность, что приводит к дополнительным трудозатратам при эксплуатации.
Задача полезной модели заключается в повышении надежности работы путем упрощения конструкции, при одновременной интенсификации процесса смешивания и улучшении качества смеси.
Поставленная цель достигается тем, что в смесителе формовочных материалов, включающем привод, цилиндрическую чашу с горизонтальным дном, проходящий через центр чаши приводной вал, траверсу, установленную на верхнем конце приводного вала, соединенные с траверсой плужки, ступицу, каток и рыхлитель с радиально расположенными на нем пальцами, рыхлитель присоединен к катку со стороны ступицы, пальцы рыхлителя выполнены упругими и обрезинены, а их свободные концы расположены на соосной с катком цилиндрической поверхности, радиус которой составляет 0,95-0,8,5 от радиуса катка, причем ширина рыхлителя больше ширины катка в 1,1-3 раза, а общая ширина катка и рыхлителя составляет 0,4-0,5 от радиуса чаши, наружная поверхность катка выполнена в виде шины.
Отличие заявленного смесителя от известного состоит в том, что рыхлитель присоединен к катку со стороны ступицы, пальцы рыхлителя выполнены упругими и обрезинены, а их свободные концы расположены на соосной с катком цилиндрической поверхности, радиус которой составляет 0,95-0,85 от радиуса катка, причем ширина рыхлителя больше ширины катка в 1,1-3 раза, а общая ширина катка и рыхлителя составляет 0,4-0,5 от радиуса чаши,
наружная поверхность катка выполнена в виде пневматической шины.
Конструкция заявленного смесителя проще чем у прототипа, что делает ее более надежной и работоспособной. Увеличение числа катков и рыхлителей в два раза позволяет интенсифицировать процесс смешивания. Использование рыхлителей снижает содержание переуплотненных комков в смеси, что повышает ее качество. Расположение рыхлителей по отношению к катку со стороны ступицы обеспечивает их проскальзывание в формовочной смеси. В результате проскальзывания происходит рыхление смеси, что интенсифицирует смешивание и позволяет сократить рабочий цикл. Концы пальцев рыхлителей расположены на сосной с катком поверхности, радиус которой составляет 0,95-0,85 от радиуса катка. Выполнение пальцев больше верхнего предельного размера приводит к их ударам о дно чаши и поломкам, меньше нижнего предельного размера - к снижению эффективности перемешивания. Выполнение пальцев упругими с обрезиненной поверхностью приводит с одной стороны к их самоочистке от смеси при работе, с другой к интенсификации смешивания за счет их вибрирующего движения в смеси. Выполнение рыхлителя шире катка в 1,1-3 раза обеспечивает устойчивый режим проскальзывания пальцев. При большем соотношении пальцы застревают в смеси и проскальзывает каток, при меньшем снижается эффективность перемешивания. Такие же явления наблюдаются при общей ширине катка и рыхлителя более 0,5 и менее 0,4 от радиуса чаши. Выполнение наружной поверхности катка в виде автомобильной шины обеспечивает «мягкий», по сравнению с металлическим катком, режим работы привода смесителя. Автомобильная шина имеет большее пятно контакта со смесью, обеспечивает надежное сцепление катка со смесью, что предотвращает его проскальзывание в случае широких (в заявленных пределах) рыхлителей. Кроме того, меньшая масса катков снижает потребляемую мощность.
На фиг.1 изображен смеситель, разрез; на фиг.2 - вид чаши, катков и рыхлителей опытно - промышленного смесителя.
Смеситель имеет привод 1, выполненный в виде электродвигателя, соединенного с редуктором, цилиндрическую чашу 2 состоящую из
к
р
ч
горизонтального дна и обечайки, вертикальный вал 3, на котором установлена траверса 4. На траверсе 4 установлены плужки 5 и ступицы 6. Катки 7 и рыхлители 8 установлены на ступицах 6 с возможностью вращения и жестко связаны между собой. Рыхлители 8 снабжены радиально ориентированными пальцами 9. Ширина катков 6 обозначена на чертеже В, рыхлителей - В, радиус чаши - R. Формовочные материалы загружают в чашу сверху по стрелке 10, готовую смесь разгружают через люк 11 в дне чаши 2 по стрелке 12.
к
Смеситель работает следующим образом. За счет вращения траверсы 4 вокруг вертикального вала 3, катки 7 и плужки 5 приводятся в движение, как в обычных бегунах. Катки 7 уплотняют смесь, а плужки 5 разрыхляют ее. Процесс смешивания является результатом поочередных актов уплотнения и разрыхления смеси. Частота вращения катка 7 зависит от радиуса r по которому он катится в чаше 2. Чем больше этот радиус, тем большую частоту имеет каток 7. За счет жесткой связи с катком 7 пальцы 9 имеют туже частоту вращения, поэтому они проскальзывают в формовочной смеси, производя ее рыхление. Рыхление смеси пальцами интенсифицирует смешивание, что позволяет сократить рабочий цикл.
2
2
Проведено опытно-промышленное опробывание смесителя по данной заявке. Радиус чаши смесителя составляет 1100 мм, каток представляет собой автомобильную шину с наружным диаметром 940 мм, шириной 210 мм, общая ширина катка и рыхлителя 445 мм. На каждом рыхлителе размещено 16 пальцев, при этом суммарный момент их сопротивления в смеси меньше момента трения колеса о смесь. Общая ширина катка, по сравнению с базовой моделью увеличена в 1,5 раза (445 мм вместо 290 мм). Средняя точка контакта катка со смесью удалена от оси вертикального вала до 950 мм, в базовой модели 650 мм. Увеличение ширины катка и удаление средней точки позволило увеличить площадь (в плане) обработки смеси катком в 1,8 раза. При этом площадь следа уплотненной смеси за 1 оборот катка практически не изменилась (было 1,22 м, стало 1,13 м)
Оценка служебных свойств производилась при длительном цикле смешивания (10 мин), однородность оценивали По коэффициенту вариации,
масса замеса составляла 800 кг.
Компоненты перемешивали в сухом состоянии 1 мин, смеситель останавливали, добавляли воду 2% (16 л) и снова запускали в работу. В процессе перемешивания производили отбор проб на 1-ой, 2-ой, 5-ой и 10-ой мин. На отобранных пробах производили измерение температуры смеси, определяли насыпной вес и прочность смеси на сжатие и влажность. Для каждой пробы выполнено по 7 испытаний. Результаты испытаний обрабатывали на ЭВМ в электронных таблицах EXCEL с применением методов математической статистики. Рассчитывали среднее значение измеряемой величины, ее стандартное отклонение от среднего значения и коэффициент вариации.
Табл.1.Изменение свойств смеси при смешивании.
ПАРАМЕТР
ВРЕМЯ, мин.
1
2
5
10
Прочность на сжатие, кПа.
52,1
54,1
59,8
65,1
Коэффициент вариации прочности, %.
2,6
4,0
3,2
3,6
Относительная прочность, %.
80
83
92
100
Насыпной вес, г.
131,8
126,4
128,6
136,2
Коэфф, вариации насыпного веса, %.
1,3
0,89
0,61
1,6
Температура смеси, С.
25
26
26
29
В табл.1 приведены данные по изменению свойств смеси в процессе перемешивания. Уменьшение насыпного веса от 1-ой до 2-ой мин указывает на завершение процесса распределения влаги в объеме смеси. Дальнейшее повышение насыпного веса происходит сначала в результате формирования оболочек смеси, которое завершается к 5 мин, а затем в результате их частичного высыхания. После 5 мин наблюдалось повышение температуры смеси, что указывает на излишнее перемешивание. Коэффициент вариации на 5-ой мин имеет минимальное значение (0,61%), что свидетельствует о высокой однородности распределения влаги и бентонита. Другим свидетельством готовности смеси на 5-ой мин является формирование у нее высокой прочности, которая составляет 92% от максимального уровня (Табл.1).
Относительная прочность определялась как отношение прочности в данный момент времени к ее значению на 10 мин перемешивания.
Относительная прочность показывает насколько полно реализуются свойства смеси, к данному моменту времени и используется для определения момента разгрузки. При этом учитывается значение коэффициента вариации. Практика обследования производственных смесителей показывает, что разгрузка производится после достижения смесью 90% прочности.
На обследуемом смесителе на 5 мин перемешивания прочность на сжатие достигает значения 60 кПа, что составляет 92% от максимальной прочности, коэффициенты вариации прочности составляют 3,3%, насыпного веса 0,61%. Данные параметры свидетельствуют о готовности смеси по прочностным свойствам и однородности распределения влаги и свежих компонентов и соответствуют требованиям ТУ. Расчетное время смешивания по экспериментальным данным при относительной прочности 90% составляет 3,8 мин. Расчетная производительность смесителя 6,5-8 т/час.
Сравнивали комковатость смеси приготовленной на заявленном смесителе, смесителе с одним рыхлителем и металлическим катком и после аэратора. Комковатость смеси для данных случаев приведена в таблице 2.
Табл.2.Содержание комков (%) заданного размера и смеси приготовленной в различных смесителях.
Размет комков, мм.
0-5
5-10
10-15
15-20
20-25
Более25
Смеситель с одним катком и рыхлителем (прототип)
54%
7%
7%
8%
10%
12%
Заявленный смеситель
68%
12%
8%
7%
3%
2%
После аэратора
82%
7%
5%
3%
2%
1%
Смесь приготовленная в смесителе с одним металлическим катком и рыхлителем содержит большое количество крупных комков (более 20 мм), в заявленном смесителе содержание крупных комков значительно снижается, а ее состав приближается к составу смеси прошедшей аэрирование.
Таким образом, использование предлагаемой модели позволяет повысить надежность ее работы путем упрощения конструкции, и одновременно интенсифицировать процесс смешивания и улучшить качество смеси.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки на полезную модель:
1. Аксенов П.Н. Оборудование литейных цехов. М., «Машиностроение», 1968, с.233.
2. Смеситель для сыпучих материалов. Wetzel Fritz. Mixer for granular material [Stots Akt. - Ges.]. Англ. Патент, кл. В 1 С (В 01 f 7/30, В 02 с 15/14) №1244568, заявл. 26.06.69, опубл. 2.09.71.
3. Авторское свидетельство СССР №1113203, Смеситель формовочных материалов опубл. 15.09.84 Бюл. №34. (прототип).