ВИБРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПУСКА СВЯЗНЫХ, ЛИПКИХ И СЛЁЖИВАЮЩИХСЯ МАТЕРИАЛОВ

Техническое решение относится к химической, нефтехимической, горноперерабатывающей, строительной, фармацевтической, лакокрасочной и другим отраслям промышленности, а также к экологическим процессам переработки твердообразных материалов, где производят загрузку связных, липких и слеживающихся материалов из емкостей или бункеров в шнековые машины и экструдеры.
Известно вибрационное устройство для выпуска связных, липких и слеживающихся материалов, включающее упругий рабочий орган переменной кривизны, закрепленный на загрузочном участке и выполненный в виде пластин и взаимодействующий с подвижным опорным элементом, представляющим собой шнек с неподвижно закрепленной на его валу втулкой с зубцами, равномерно расположенными на ее боковой поверхности (описание полезной модели к патенту 108423, РФ, B65G 27/10, 2011 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая производительность устройства из-за недостаточной вибрации материала у стенок загрузочного участка и малой осевой подачи перерабатываемого материала в зоне установки втулки с зубцами.
Известно вибрационное устройство для выпуска связных, липких и слеживающихся материалов, включающее упругий рабочий орган переменной кривизны, закрепленный на загрузочном участке и выполненный в виде набора пластин, и подвижный опорный элемент, представляющий собой шнек с неподвижно закрепленной на валу шнека втулкой с зубцами, равномерно расположенными на ее боковой поверхности, отражательные козырьки, закрепленные внутри загрузочного участка по его периметру, при этом втулка и пластины упругого рабочего органа установлены с внешней стороны загрузочного участка, отличающееся тем, что загрузочный участок снабжен в нижней части элементами с положительной плавучестью и установлен внутри герметичного кожуха, опоясывающего по периметру патрубок для подачи материалов к шнеку (патент на полезную модель РФ 125981, B65G 27/10, 2013).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность из-за необходимости периодической остановки устройства для заливания жидкости (воды или масла), а также длительности ее замены при ремонте.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту является вибрационное устройство для выпуска связных, липких и слеживающихся материалов, включающее упругий рабочий орган переменной кривизны, закрепленный на загрузочном участке и выполненный в виде набора пластин, и подвижный опорный элемент, представляющий собой шнек с неподвижно закрепленной на валу шнека втулкой с зубцами, равномерно расположенными на ее боковой поверхности, при этом загрузочный участок герметично соединен с корпусом шнека манжетой, обеспечивающей возможность его колебаний относительно корпуса, втулка и пластины упругого рабочего органа установлены с внешней стороны загрузочного участка, а внутри загрузочного участка по его периметру в зоне установки манжеты закреплены отражательные козырьки (патент на полезную модель РФ 118622, B65G 27/10, 2012).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность из-за необходимости периодической остановки устройства при износе и разрыве манжеты от вибрации, а также длительности ее замены при ремонте.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение производительности за счет возрастания рабочего времени и снижения времени ремонта.
Поставленный технический результат достигается тем, что в вибрационном устройстве для выпуска связных, липких и слеживающихся материалов, включающем упругий рабочий орган переменной кривизны, закрепленный на загрузочном участке и выполненный в виде набора пластин, и подвижный опорный элемент, представляющий собой шнек с неподвижно закрепленной на валу шнека втулкой с зубцами, равномерно расположенными на ее боковой поверхности, отражательные козырьки, закрепленные внутри загрузочного участка по его периметру, при этом втулка и пластины упругого рабочего органа установлены с внешней стороны загрузочного участка, отличающемся тем, что загрузочный участок снабжен в нижней части коническими пружинами с постоянным шагом, расположенными по периметру патрубка для подачи материалов к шнеку, причем наименьшее значение упругости каждой пружины определяется выражением
а наибольшее
а
где  и А - соответственно наименьшее и наибольшее значение упругости каждой пружины, Н/м;
k - число зубцов на втулке;
ω - угловая скорость вращения втулки (вала), об/с;
m - масса загрузочного участка, кг;
М - масса материала в загрузочном участке, кг;
n - число пружин.
Снабжение загрузочного участка в нижней части коническими пружинами, расположенными по периметру патрубка для подачи материалов к шнеку, предотвращает механическое разрушение загрузочного участка с патрубком для подачи материалов к шнеку при вибрации, а также создают дополнительную вибрацию загрузочного участка, что увеличивает срок работы без ремонта, упрощает сам ремонт и уменьшает время ремонта, а значит увеличивает в целом производительность.
Снабжение загрузочного участка в нижней части коническими пружинами, расположенными по периметру патрубка для подачи материалов к шнеку, при этом упругость каждой пружины определяется по выражению
Частота колебаний пружинного маятника с учетом числа пружин и массы загрузочного участка
Частота колебаний пружинного маятника с учетом числа пружин, массы загрузочного участка и массы материала находящемся в загрузочном участке
Упругости конических пружин, меньше указанного в выражении (1) и больше указанного в выражении (2), показывает, что амплитуда колебаний загрузочного участка с материалом резко снижается, так как собственная частота колебаний пружинного маятника, каким является загрузочный участок с материалом и пружинами, не совпадает с частотой вынужденных колебаний ударов пластин упругого рабочего органа о зубцы втулки, что приводит к уменьшению инерционных сил сбрасывающих прилипших материалов к стенкам загрузочного участка и снижению тиксотропного разжижения этого материала, а значит уменьшению производительности.
На чертеже схематично представлен общий вид вибрационного устройства для выпуска связных, липких и слеживающихся материалов.
Вибрационное устройство для выпуска связных, липких и слеживающихся материалов состоит из корпуса 1, вала 2 со шнеком 3, работающим от привода 4, и загрузочного участка 5. В корпусе 1 в зоне установки загрузочного участка 5 установлены патрубок 6 для подачи материалов к шнеку 3 и конические пружины 7, опоясывающий патрубок 6 по периметру в нижней части загрузочного участка 5. Внутри загрузочного участка 5 по его периметру в нижней части закреплены отражательные козырьки 8, свободные концы которых установлены внутри патрубка 6. На валу 2 установлена втулка 9 с зубцами, а на загрузочном участке 5 упругий рабочий орган переменной кривизны, выполненный в виде набора пластин 10, причем втулка 9 и пластины 10 установлены снаружи загрузочного участка 5, а свободные концы пластин 10 взаимодействуют с зубцами втулки 9.
Вибрационное устройство работает следующим образом.
Включают привод 4, который приводит во вращение вал 2 со шнеком 3 и втулку 9. При вращении втулки 9 свободные концы пластин 10, находящиеся в зацеплении с зубцами втулки 9 отклоняются в сторону вращения, а затем быстро выходят из зацепления с этими зубцами, совершая колебательные движения, которые передаются загрузочному участку 5 и находящемуся в нем материалу. Этот материал под действием вибрации тиксотропно разжижается с уменьшением сил трения со стенками загрузочного участка 5 и свободно стекает под действием силы тяжести к гребням шнека 3, при этом отражательные козырьки 8 препятствуют попаданию материала в конические пружины 7, опоясывающие патрубок 6 и окружающую среду, вибрируя, направляют его к гребням шнека 3.
Пример. В загрузочном устройстве идет процесс непрерывной подачи слеживающегося материала, необходимо установить конические пружины 7, с постоянным шагом для обеспечения резонансных колебаний загрузочного участка 5 с подаваемым материалом.
Скорость вращения вала (втулки) ω=5 об/с; число зубцов на втулке К=10; число конических пружин 7 n=4; масса загрузочного участка 5 m=8 кг; наибольшая масса материала в загрузочном участке 5 М=20 кг.
Тогда наименьшее значение упругости каждой конической пружины 7 переменной жесткости согласно выражению (1)
а наименьшее значение жесткости конической пружины 7 согласно выражению (2)
В этом случае согласно уравнению (3) частота ударов упругого рабочего органа по зубцам втулки 9 составит
v=10-5=50 Гц,
а собственная частота колебаний пружинного маятника, каким является загрузочный участок 5 на конических пружинах 7, согласно уравнению (4) составит
что будет совпадать с частотой по аналогии по выражению (5) для загрузочного участка 5 с перерабатываемым материалом
То есть вынужденная частота ударов упругого рабочего органа совпадает с частотой колебаний загрузочного участка 5 во всем диапазоне изменения массы материала в загрузочном участке от М=0 кг, до большей массы М-20 кг.
Таким образом, закрепление конической пружины 7 в нижней части загрузочного участка 5, позволяет свободно передавать колебания от пластин 10 упругого рабочего органа к стенкам загрузочного участка 5 и находящемуся в нем материалу, а конические пружины 7 вместе с отражательными козырьками 9 препятствует попаданию частиц материала наружу. Отсутствие узла уплотнения между загрузочным участком 5 и корпусом 1 предотвращает его механический износ и разрушение, а его замена на гидрозатвор увеличивает срок службы между остановками на ремонт. Все вышесказанное способствует увеличению производительности, а также упрощает обслуживание и эксплуатацию устройства.