Вибрационный пресс для прессования порошкового материала

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для прессования изделия из порошкового материала со связующими, которое  может найти применение в химической, фармацевтической, пищевой, металлургической, машиностроительной, горноперерабатывающей, атомной и других отраслях промышленности, а также в экологических производствах утилизации отходов промышленных производств.
Известен гидравлический пресс, содержащий станину, рабочий цилиндр поршневого типа, смонтированный в верхней части пресса, ползун, прикрепленный к штоку рабочего цилиндра с возможностью перемещения по направляющим, закрепленным на стойках станины, и стол, установленный на нижней поперечине станины (Воронин В.Г. Гидравлические прессы с безаккумуляторным насосным приводом. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1974, с.8).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточное усилие при работе пресса и когезия частиц прессуемого вещества.
Известен пресс, включающий пуансон, в котором расположен электромагнитный вибратор, обжимную гильзу и матрицу, последняя из которых выполнена с возможностью перемещения, оси движения матрицы и пуансона расположены во взаимно пересекающихся плоскостях, матрица выполнена в виде основания с боковыми лепестками, пуансон снабжен направляющей гильзой, а пресс-форма дозатором, связанным с матрицей.
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится небольшая амплитуда движения пуансона при работе пресса и возникновение сил трения между стенками контейнера, в котором порошок прессуется, и частицами порошка.
Известен вибрационный пресс, состоящий из станины, в нижней части которой установлены статор и якорь электромагнита вибровозбудителя, плиты  вибровозбудителя, пуансона, связанного с гидравлическим цилиндром, который закреплен на верхней  плите  над станиной, и подвижной траверсе для создания статического давления под пуансоном на порошковый материал (В.Д. Варсанофьев, Э.Э. Кальман-Иванов. Вибрационная техника в химической промышленности. – М: Химия, 1985, 240с., стр. 206-207).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невысокая производительность из-за высокой адгезии порошкового материала к стенкам контейнера, а также значительной когезии поверхности частиц порошкового материала, что снижает скорость прессования.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятым за прототип является конструкция вибропресса для формования изделий из порошка, содержащий станину, стол, рабочий гидроцилиндр, поршень которого жестко соединен со столом, направляющие, пригружающее устройство, пульсатор с подпружиненным управляющим золотником и задающим приводом, причем пульсатор снабжен рабочим подпружиненным золотником, гидравлически связанным с управляющим золотником (патент SU 829340 A, B22F 3/02, 15.05.1981).
Техническим результатом предлагаемой конструкции вибрационного пресса для прессования порошкового материала является увеличение производительности.
2
Поставленный технический результат достигается тем, что вибрационный пресс для прессования порошкового материала, содержащий станину, в нижней части которой установлен вибровозбудитель, гидравлический цилиндр, закрепленный на верхней плите над станиной и соединенный с подвижной траверсой с пуансоном для создания статического давления на порошковый материал, стол с установленным на нем контейнером для порошкового материала и расположенный под столом и прикрепленный к нему шток, отличающийся тем, что вибровозбудитель выполнен в виде статора и якоря электромагнита и жестко связанной с якорем плиты, шток расположен с опорой на упомянутую плиту вибровозбудителя, стол установлен с опорой на цилиндрические пружины, закрепленные на станине, а каждая из упомянутых цилиндрических пружин выполнена с упругостью витков α (кг/с), которая определена выражением:
,                                                (1)
f
где  – частота вибрации вибровозбудителя, Гц;
М
– масса стола и контейнера для загрузки порошкового материала с порошковым материалом, кг;
N
– число цилиндрических пружин.
Выполнение каждой цилиндрической пружины с упругостью витков, определяемой выражением (1) позволяет вести вибропрессование в резонансном режиме с большой амплитудой. Действительно, стол с контейнером и порошковый материал в нем, опирающийся на цилиндрические пружины, образуют пружинный маятник с собственной частотой колебаний:
,                                                  (2)
ν
–
m
2
где  – собственная частота колебаний, Гц; αупругость витков пружины, кг/с;– масса, приходящаяся на одну цилиндрическую пружину (Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. - М:  Государственное издание физико-математической литературы, 1963, 847с., стр.102).
m
Так как масса , приходящаяся на одну цилиндрическую пружину равна:
m=M
N
/ ,                                                       (3)
ν
f:
а для обеспечения резонансного режима колебаний пружинного маятника должно выполняться условие равенства собственной частоты колебаний  с частотой вынужденных колебаний
ν
f
=  ,                                                              (4)
то из совместного решения уравнений (2÷4) получаем условие (1) для упругости витков каждой цилиндрической пружины, обеспечивающей резонансный режим колебаний с большой амплитудой стола с контейнером и порошковым материалом. Такая резонансная вибрация с большой амплитудой приводит к ожижению порошкового материала, снижению сил трения как между частицами порошка, так и между стенками контейнера и частицами порошка, вибрирующими внутри него (Г.А. Кудашев. Физические методы интенсификации процессов химической технологии. – М.: Химия, 1990, 208с., стр.140). Все вышесказанное увеличивает скорость вибропрессования, а значит приводит к росту производительности.
На чертеже представлена схема предлагаемой конструкции вибрационного пресса для прессования порошкового материала.
Он состоит из станины 1, в нижней части которой установлен вибровозбудитель со статором 2 и якорем 3 электромагнита, плиты 4  вибровозбудителя, жестко связанной с якорем 3 электромагнита, стола 5, опирающегося на цилиндрические пружины 6, которые закреплены на станине 1 и имеют упругость витков, подчиняющуюся выражению (1), штока 7, опирающегося на плиту 4 вибровозбудителя, контейнера 8 для загрузки порошкового материала и установленного на столе 5, пуансона 9, соединенного с гидравлическим цилиндром 10, который закреплен на верхней плите 11 над станиной 1, и подвижной траверсе 12 для создания статического давления под пуансоном 9 на порошковый материал 13.
Вибрационный пресс для прессования порошкового материала работает следующим образом.
f
ν
f
Гидравлическим цилиндром 10 поднимают подвижную траверсу 12 пуансона 9, устанавливают на столе 5 контейнер 8 и засыпают в него мерное количество порошкового материала 13. Затем с помощью гидравлического цилиндра 10 опускают подвижную траверсу 12 с пуансоном 9, которым предварительно сдавливают порошковый материал 13 в контейнере 8. Включают вибровозбудитель, электромагнитное воздействие статора 2 и якоря 3 которого приводит к вертикальным колебаниям плиты 4 вибровозбудителя с частотой . Эти колебания передаются с той же частотой на конец штока 7, а от него на стол 5, контейнер 8 и порошковый материал 13. Так как цилиндрические пружины 6 имеют упругость витков, подчиняющуюся выражению (1), то собственная частота колебаний   совпадет с частотой  вынужденных колебаний вибровозбудителя и вертикальные колебания стола 5 с контейнером 8 и порошковым материалом 13 совершают резонансные колебания с высокой амплитудой, которая интенсифицирует процесс виброформования порошкового материала 13 в контейнере 8 за счет снижения адгезионного трения частиц порошкового материала 13 на внутренних стенках контейнера 8 и когезионного трения этих частиц между собой. Это позволяет вести процесс опускания от гидравлического цилиндра 10 подвижной траверсы 12 с пуансоном 9 с большой скоростью, быстрее уплотнять частицы порошкового материала 13 внутри контейнера 8, а значит увеличивать производительность процесса виброформования.
Таким образом, установка в вибрационном прессе для прессования порошкового материала контейнера для загрузки порошкового материала на столе 5, опирающимся на цилиндрические пружины 6, закрепленные на станине, и прикрепление под столом 5 штока 7, опирающегося на плиту 4 вибровозбудителя, а также выполнение витков каждой цилиндрической пружины 6 с упругостью, определяемую выражением (1), позволяет проводить процесс вибропрессования в резонансном режиме с большой амплитудой, приводит к снижению сил трения между частицами порошка, между стенками контейнера и частицами порошка, вибрирующими внутри него, что  увеличивает производительность.