УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к технике прессования изделий из сыпучих сред, преимущественно композиционных материалов, и уплотнения дорожно-строительных и других материалов. Устройства могут быть использованы в строительной индустрии, в производстве изделий из порошковых материалов и металлокерамики, производстве абразивных изделий, прессовании огнеупоров, дорожном строительстве и т.д.
Известны типовые конструкции прессов для полусухого формования кирпича: СМ-301, CM-1085А, CM-143А (Строительные машины. Справочник. В 2-х т. Под ред. Д-ра техн. наук В.А.Баумана и инж. Ф.А.Лапира. Т.2. Оборудование для производства строительных материалов и изделий. Изд. 2-е, перераб. И доп. М., «Машиностроение». 1977. с.161-168). Эти пресса относятся к типу коленно-рычажных механических прессов и состоят из станины, кривошипно-шатунных прессующих механизмов, стола с пресс-формами и верхним и нижним штемпелями.
2
Главным недостатком аналогов является большая энергоемкость технологического процесса прессования и повышенная металлоемкость оборудования. Объясняется это тем, что прессование материала происходит в замкнутом пространстве, образованном вертикальными стенками пресс-формы и верхним и нижним штемпелями. Выход воздуха из прессуемого объема затруднен ввиду малого зазора между стенками пресс-формы и боковыми поверхностями штемпелей. В результате этого затрачивается работа на механическое сближение частиц прессуемого материала и на компрессионное сжатие «защемленного» воздуха. Удельное усилие прессования составляет 20…50 МПА (200…500 кг/см), а усилие прессования достигает 6300 кН (630 т).
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для механической обработки (RU 2085400, В44С, 1/24) сыпучих сред при осуществлении непрерывных процессов формования, уплотнения, измельчения и т.п. Устройство для механической обработки содержит приводное средство для воздействия на рабочий агент, выполненное в виде платформы, смонтированной с возможностью одновременного продольного, бокового и вертикального перемещения для осуществления открытых необратимых непрерывных процессов. Устройство имеет шарнирно смонтированные по торцам платформы две пары рычагов, несущих на свободных концах элементы для обеспечения возможности шарнирной подвески, а также шарнирные элементы для связи с опорой. В платформе выполнены сквозные каналы для прохождения рабочего агента из бункера в зону обработки (прессования) рабочего агента и далее в расположенную под платформой емкость, или форму, или просто поверхность и т.п. для обеспечения постоянного поступления рабочего агента в зону обработки, на которой он уплотняется. Устройство имеет элемент для устранения выдавливания рабочего агента с рабочей позиции, создающий подпор прессуемому материалу.
Устройство обладает следующими конструктивными особенностями: платформа имеет жестко закрепленные тяги, шарниры и рычаги для обеспечения возможности шарнирной подвески и связи платформы с опорой. На основе устройства (прототип) промышленность производит установки зонного нагнетания грунтоблоков РК-250 и РК мини 01 с рабочим органом типа «Русские качели», с решетчатым нагнетателем.
Недостатком прототипа является необходимость приложения повышенной силы сжатия для преодоления сил сопротивления со стороны деформируемого материала, т.к. давление по всей поверхности платформы распределяется равномерно при плоско-параллельном движении. Следовательно, привод нагнетателя выполняется сравнительно повышенной энергоемкостью и металлоемкостью. Кроме того, платформа должна быть решетчатой, чтобы обеспечить подачу сыпучего материала в зону уплотнения и далее необходимо обеспечить перенос рабочей поверхности платформы (решетки) на позицию с подсыпанным материалом.
Отмеченные недостатки прототипа устраняются предлагаемым в качестве полезной модели устройством для получения высокоплотных структур из композиционных материалов.
Техническая задача полезной модели - обеспечение управляемой загрузки рабочего агента (сыпучего материала) в зону прессования и интенсификация динамического воздействия на уплотняемый материал за счет создания градиента давления под платформой. При этом создаются более благоприятные условия для движения воздуха и избытка материала из-под платформы в сторону открытого пространства и, как следствие, уменьшение энергозатрат при более плотном прессовании материала.
Указанная задача решается тем, что в устройстве для получения изделий из композиционных материалов, содержащем раму, платформу, одним из концов шарнирно соединенную с рамой посредством рычагов, бункер-питатель, форму (емкость) для поступления материала (рабочего агента) в зону обработки, выглаживающую плиту для подпора обрабатываемого материала, кривошипно-шатунный механизм (КШМ) и привод перемещения емкости, согласно предложению, платформа вторым концом соединена шарнирно с неподвижной выглаживающей плитой, а с рамой и кривошипно-шатунным механизмом платформа выше указанным концом соединена через подвижный шарнир, при этом передняя стенка бункера-питателя выполнена из двух частей, соединенных между собой гибкой связью, а нижняя часть стенки бункера с помощью тяги и двух шарниров связана с платформой.
Шарнирное соединение платформы с рамой, кривошипно-шатунным механизмом и выглаживающей плитой с помощью рычагов указанным образом позволяет создать такое движение платформы, которое обеспечивает сжимающие и сдвиговые (тангенциальные) деформации уплотняемого композиционного материала в зоне обработки (прессования), при этом требуется меньшее усилие сжатия для получения расчетной плотности прессуемого материала. Выполнение передней стенки бункера-питателя из двух частей, соединенных между собой гибкой связью, организует принудительное проталкивание сыпучего материала под платформу, что обеспечивает стабильность процесса прессования и для малоподвижных смесей. При этом создаются более благоприятные условия для движения воздуха и избытка материала из-под платформы в сторону открытого пространства и, как следствие, уменьшение энергозатрат при более плотном прессовании материала и получении высокоплотной структуры композиционных материалов.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема устройства для получения изделий высокоплотной структуры из композиционных материалов при верхнем положении платформы; на фиг.2 - то же с нижним положением платформы; на фиг.3 - схема сил, действующих на элементарную частицу прессуемого материала. Устройство для получения изделий высокоплотной структуры из композиционных материалов содержит раму 1, платформу 2, одним из концов соединенную с рамой посредством рычагов 3, 4 и с кривошипно-шатунным механизмом (КШМ) 5, связанным с приводом (например, мотор-редуктором, на чертеже не показан). Форма (емкость) 6 для поступления материала (рабочего агента) в зону обработки расположена под платформой и имеет возможность перемещения в горизонтальном направлении. Устройство снабжено бункером-питателем 7 для подачи сыпучего материала в зону обработки. Вторым концом платформа 2 связана неподвижным шарниром 8 с выглаживающей плитой 9 для подпора обрабатываемого материала, а первый конец платформы через подвижный шарнир 10 соединен с рычагом 3. Рычаги 3 и 4 связаны между собой и КШМ 5 подвижным шарниром 11. Верхний рычаг 4 соединен с рамой 1 шарниром 12.
Передняя стенка бункера-питателя 7 выполнена составной и представляет собой неподвижную часть 13 гибкой связью (шарниром) 14 соединенную с подвижной нижней частью 15. Нижняя часть стенки 15 с помощью тяги 16 и шарниров 17 и 18 соединена с платформой 2.
Работает устройство следующим образом. При вращении мотор-редуктора (на фиг.1, 2 не показан) кривошипно-шатунный механизм (КШМ) 5 перемещает подвижный шарнир 11 рычагов 3 и 4, имеющих вверху неподвижное шарнирное крепление, а внизу - подвижное 10. Платформа 2 совершает угловые перемещения вокруг шарнира 8, занимая то горизонтальное положение, то под некоторым углом к горизонту (рекомендуется не больше 20°). При движении одного из концов платформы вверх сыпучий материал из бункера-питателя 7 под собственным весом перемещается в зону обработки (прессования) и качающейся нижней стенкой 15 бункера проталкивается под рабочую поверхность платформы. При движении указанного конца платформы 2 вниз новая порция материала вдавливается в объем прессовки, увеличивая ее плотность. Избыток материала и воздуха выдавливается в открытую зону. Выглаживающая плита 9 создает подпор прессуемому материалу, обеспечивая направленное движение воздуха и избытка материала в сторону наименьшего сопротивления, т.е. в сторону открытого пространства. Шарнирное крепление платформы 2 и угловое ее расположение обеспечивает градиент давления на уплотняемый материал: максимальное давление вблизи неподвижного шарнира 8 и уменьшение его в направлении подвижного шарнира 10 на опускаемом и поднимаемом конце платформы.
Как только перед бункером-питателем появляется волна выпора материала, вытесненного платформой из зоны прессования, включается механизм перемещения емкости (формы) 6.
сж
Существенным преимуществом предлагаемого устройства является двухступенчатое увеличение движущей силы Р (фиг.3), т.е. усилие сжатия Q, действующее на элементарную частицу, внедряемую в среду уплотняемого материала, определяется из выражения:
сж
1
2
Q=Р·k·k,
где: Р - усилие, развиваемое приводом КШМ,
1
2
k и k - коэффициенты усиления.
1
Коэффициент усиления k определяется из параллелограмма сил с углом α между распорными рычагами (фиг.3)
,
,
1
где: ; k»1.
1
Коэффициент усиления k стремится к бесконечно большой величине при угле α приближающемуся к 180°, т.к. cosα/2 стремится к нулю.
2
Коэффициент усиления k определяется из равенства
,
2
где: ; k>1,
a - расстояние от элементарной частицы материала до неподвижной шарнирной опоры,
b - вылет (длина) плиты нагнетателя.
сж
Отсюда следует вывод: даже при небольшой движущей силе Р, усилие сжатия Q прессуемого материала может достигать любых численных значений, включая бесконечно большие.
Для успешной работы устройства необходимо соблюдать условие: максимальный угол наклона плиты платформы 2 к горизонту не должен превышать 20°, чтобы материал не выскальзывал из зева нагнетателя обратно в бункер-питатель. Для получения максимального усилия сжатия в нижнем положении платформы угол между рычагами 3 и 4 должен быть равен или меньше 180° (рекомендуемый угол 175°-178°).
Предлагаемое устройство обеспечивает управляемую загрузку рабочего агента (сыпучего материала) в рабочую зону (зону прессования) платформы, уменьшение внешних действующих усилий за счет двухступенчатого их усиления. Более полное вытеснение воздуха из прессуемого материала, получение направленных сдвиговых деформаций в прессуемом материале, создание градиента давления под платформой позволяет интенсифицировать динамическое воздействие на уплотняемый материал и получить высокоплотную структуру последнего. Использование устройства предлагаемой конструкции расширяет область применения его за счет принудительного проталкивания в зону обработки (т.е. рабочую зону) малоподвижных сыпучих материалов.