Шнекопоршневой пресс
SCREW AUGER PISTON PRESS

Изобретение относится к машиностроению и в частности, к устройствам для формования изделий под давлением, может быть использовано при формовании, окускованию различных материалов, в том числе высокой вязкости и повышенной влажности.
Из уровня техники известны следующие решения.
Известен шнековый пресс-гранулятор (патент РФ 2740651, опубл. 19.01.2021), включающий корпус с соосно установленным внутри него винтовым шнеком и узел прессования, включающий кожух с фланцевым креплением к корпусу и фильеру, при этом кожух выполнен сменным и имеет на внутренней поверхности продольные сквозные пазы, а фильера размещена соосно с кожухом и выполнена в виде стакана, наружный выступ основания которого установлен в соответствующем пазу торца шнека, при этом на внутренней стенке стакана размещен установленный с возможностью перемещения вдоль его образующей Г-образный нож-обламыватель, вертикально загнутая рабочая поверхность которого образует регулируемый зазор с торцевой частью кожуха, обеспечивающий требуемую длину гранулы или брикета.
Недостатком данного пресса является низкая надежность в работе и качество, а также недостаточная плотность получаемых брикетов, гранул в случае использования исходного сырья повышенной плотности, жесткости. В таком случае получаемые гранулы будут хрупкими и возможно частое забивание, заштыбовывание формирующих отверстий фильеры. Возможна работа такого пресса с материалами с узким диапазоном по влажности, пластичности и размерам частиц исходного материала. Нож-обламыватель при торцевом соприкосновении с получаемой гранулой будет ее крошить, а при получении жестких и крупных брикетов, например из RDF, будет отгибаться, гнуться и не сможет отрезать, отломить данный прочный брикет.
Наиболее близким аналогом патентуемого устройства является шнековый пресс-гранулятор (патент РФ №2118105, опубл. 27.08.1998), содержащий корпус с размещенным внутри него шнеком, а также узел прессования, включающий связанный с корпусом шнека кожух с расположенной в нем фильерой с отверстиями и имеющий входную коническую часть и выходную цилиндрическую, при этом фильера связана со шнеком и установлена в кожухе с возможностью вращения вокруг своей оси, причем отверстия фильеры выполнены по ее периметру в виде продольных пазов.
Недостатком данного устройства является неравномерность заполнения отверстий фильеры, частое забивание, заштыбовывание отверстий и соответственно остановка работы пресса для необходимой очистки отверстий, пресс может работать только на пластичных материалах, в ограниченном диапазоне по влажности, жесткости формируемой массы.
Техническая проблема, решаемая разработчиками предлагаемой конструкции, заключается в расширении диапазонов эксплуатационных характеристик технологии производства брикетов и гранул и повышение качества готовой продукции.
Поставленная задача решается внесением конструктивных изменений в узел прессования.
Техническим результатом патентуемого изобретения является исключение забивания спрессованной массой отходов проходных отверстий и заклинивания фильеры узла прессования, что обеспечивает однородные по плотности, прочности и по массе получаемых брикетов или гранул.
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции шнекопоршневого пресс-гранулятора, корпус которого содержит в верхней части загрузочный бункер, размещенный соосно внутри корпуса винтовой шнек, механизм, выполненный с возможностью преобразования вращательного движения вала шнека во вращательно-поступательное, выход вала шнека имеет конусный регулируемый ограничитель длины получаемой гранулы, а также узел прессования, включающий съемную фильеру с отверстиями, выполненными по ее периметру в виде продольных пазов, внутренняя часть фильеры имеет цилиндрическую поверхность с зубчатой насечкой до 50% по длине со стороны шнека.
В частном случае осуществления изобретения загрузочный бункер имеет цилиндрическую нижнюю часть с ворошителем.
В частном случае осуществления изобретения в продольных пазах фильеры установлены пустотообразователи.
За счет предлагаемого конструктивного исполнения пресса, с функцией вращения шнека с одновременным возвратно-поступательным движением, а также с внутренним толкателем внутри фильеры с зубчатой насечкой в сторону выхода прессуемой массы из фильеры, предлагаемая фильера не заштыбовывается и может начинать работу при запуске пресса после длительной остановки, засыхании прессуемой массы в фильере или замораживании материала в фильере. Кроме того, знакопеременная, пульсирующая нагрузка на прессуемый материал позволяет получать прочные изделия даже из упругих, материалов, склонных после прессования к обратной реакции с образованием трещин, а конусный регулируемый ограничитель длины получаемой гранулы или брикета практически исключает крошение брикета.
Далее решение поясняется ссылками на чертежи, на которых приведено следующее.
Фиг. 1 - часть шнекопоршневого пресс-гранулятора со стороны узла прессования.
Фиг. 2 - вид фильеры шнекопоршневого пресс-гранулятора с торца.
Шнекопоршневый пресс-гранулятор содержит цилиндрический корпус 1, в верхней части которого содержится в верхней части загрузочный бункер (не показан). Внутри корпуса соосно размещен винтовой шнек 2. С винтовым шнеком связан механизм, выполненный с возможностью преобразования вращательного движения вала шнека во вращательно-поступательное. Указанный механизм преобразования вращательного движения вала шнека во вращательно-поступательное описан в другом патенте автора (RU 2752044, дата публикации 22.07.2021). Согласно описанию патента данный механизм содержит приводной и ведомый валы, соединенные подвижной муфтой, копир с упором, при этом копир жестко закреплен на ведомом валу и выполнен виде диска, с накладками с обеих сторон, имеющими на каждой по меньшей мере по одному диаметрально размещенному волнообразному утолщению, между копиром и торцевой стенкой корпуса установлен дополнительный упор, выполненный в виде двух вертикально размещенных друг над другом роликов, крепящихся на корпусе с верхней и нижней сторон ведомого вала, при этом основной упор копира выполнен в виде двух параллельно установленных с обеих сторон ведомого вала гладких колес. При одном волновом утолщении, волновые утолщения разных накладок размещены напротив друг друга. Корпус разделен на два отсека, в одном из отсеков размещена подвижная муфта, а во втором копир с упорами. Также может быть реализован вариант исполнения данного механизма, в котором между копиром и торцевой стенкой корпуса установлен дополнительный упор, выполненный в виде двух горизонтально размещенных крепящихся на корпусе с боковых сторон ведомого вала роликов, при этом основной упор копира выполнен в виде размещенных перед ним параллельно установленных с обеих сторон ведомого вала двух гладких колес. При одном волновом утолщении накладок, волновые утолщения разных накладок размещены перпендикулярно друг другу.
Механизм работает следующим образом. Привод передает крутящий момент на приводной вал, который через подвижную в осевом направлении муфту, передает вращательное движение на ведомый вал, на котором жестко закреплен копир возвратно-поступательного перемещения, выполненный в виде диска, с обеих сторон которого закреплены волновые накладки с утолщениями на их внешних сторонах. Утолщения на накладке расположены диаметрально, что позволяет им набегать одновременно сразу на два основных или дополнительных упора. Диск копира одновременно набегает утолщением на оба упора, какими являются колеса, размещенные на валах в подшипниках, и ведомый вал перемещается на величину утолщения волны вперед. При набегании утолщения накладки, размещенной на противоположной стороне диска на упор, выполненный в виде двух вертикально расположенных роликов, крепящихся к стенке корпуса, происходит возврат ведомого вала в первоначальное положение. Равномерное чередование направления перемещения происходит потому, что по первому варианту первая пара упоров сдвинута относительно второй пары упоров на угол в 90°, а по второму варианту на такой же угол сдвинуты волнообразные утолщения противоположных накладок. Таким образом за один оборот ведомого вала (360°) происходит поступательное движение ведомого вала дважды вперед и дважды назад. Сцепление ведомого и ведущего валов друг с другом в данном случае обеспечивается подвижной муфтой и ведомый вал кроме вращательного движения приобретает возвратно поступательное. При применении данного механизма в предлагаемом устройстве при поступательном движении вращающегося вала возможно развить толкающие усилие шнека в точке его взаимодействия с прессующим материалом порядка 100-120 т.
Выход вала шнека имеет конусный регулируемый ограничитель 3 длины получаемой гранулы, а также фильеру. Корпус фильеры 4 имеет фланцевое крепление 5 к корпусу пресса-гранулятора 1, отверстия 6, выполненные по ее периметру в виде продольных пазов. Внутренняя часть фильеры имеет цилиндрическую поверхность с зубчатой насечкой 7 до 50% по длине со стороны шнека 2.
Конусный ограничитель 3 крепится к выходному торцу шнека посредством шпильки с гайкой 8, длина регулируется регулировочными шайбами 9 толщиной 1 мм каждая, которые устанавливаются между гайкой и корпусом фильеры 4 в количестве, необходимом для достижения определенной длины брикета.
Осуществляется изобретение следующим образом.
Подлежащий прессованию материал через загрузочную горловину поступает на прессующий шнек, последний перемещает его по каналу вдоль корпуса. Для предотвращения прокручивания исходного материала при уплотнении шнеком, а также для частичного измельчения, перемешивания и направления движения поверхность корпуса имеет продольные ребра, пазы. Под действием напорного усилия шнека за счет вращения и одновременно возвратно-поступательного движения всего шнека с прессуемой массой, прессуемая смесь одновременно перемещается, сжимается, разогревается, пластифицируется и поступает в пазы фильеры. При этом смесь также подвергается сдвиговым деформациям и продвигается за счет осевого напора от вращения витков шнека, от возвратно-поступательного движения шнека, а также за счет зубчатого толкателя внутри фильеры, который вращается и также совершает возвратно-поступательные движения и за счет, в том числе, зубчатой насечки, уплотняет, продвигает брикетируемую массу к выходу из пазов фильеры, а гладкая поверхность окончания толкателя, выглаживает поверхность брикета вместе соприкосновения. При этом в пазах фильеры при необходимости можно установить пустотообразователи для получения брикета с отверстием внутри.