ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ТУРБУЛЕНТНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ
SPACE TURBULENCE MIXER

Изобретение относится к механическим устройствам для перемешивания порошковых и вязких однокомпонентных или многокомпонентных материалов и может найти применение в химической и лакокрасочной промышленности, индустрии строительных материалов и разных областях пищевой промышленности.
Известен пространственный смеситель, содержащий установленные на станине приводной двигатель и бипланетарный механизм привода подвижных месильных органов в виде равномерно вращающихся шнеков, установленных внутри неподвижной месильной емкости (Крайнев А.Ф. Механика машин. Фундаментальный словарь. - М.: Машиностроение, 2000, с. 463, схема планетарного смесителя) - аналог.
Недостатками известного смесителя являются:
1. Сложность конструкции зубчатого привода месильных органов с установленным на водиле большим комплектом сателлитов и сложной системой смазки их зубьев.
2. Низкая производительность и неоднородность готовой смеси из-за стационарного режима ее перемешивания внутри неподвижной емкости.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является пространственный турбулентный смеситель, содержащий установленные на станине приводной двигатель с кривошипом и шарнирно-рычажный механизм привода подвижных месильных емкостей, который выполнен в виде двухконтурной замкнутой кинематической цепи, состоящей из одного трехшарнирного и пяти двухшарнирных рычагов с неодинаковыми углами скрещивания осей их концевых шарниров и с параллельно расположенными между собой вертикальными осями вращения двух месильных емкостей (авт. свид. СССР №801983, B22F 1/00, Бюл. изобр. №5, 1981) - прототип.
Недостатками указанного пространственного турбулентного смесителя являются:
1. Сложная пространственная сборка узлов смесителя выполняется в трех разных плоскостях и производится путем составления двухконтурной замкнутой кинематической цепи из неодинаковых многошарнирных рычагов, а большая неидентичность деталей смесителя затрудняет и удорожает его изготовление, сборку и ремонт.
2. В процессе перемешивания отсутствует периодический переворот дна месильных емкостей на 180°, что ухудшает качество перемешивания готовой смеси по всей высоте месильной емкости и не обеспечивает однородность смеси по всему ее объему.
3. От одного приводного двигателя обеспечивается одновременный привод только двух месильных емкостей с одинаковым скоростным режимом вращения каждой из них, что ограничивает производительность и технологические возможности смесителя.
4. Выполнение шарнирно-рычажного привода месильных емкостей с неодинаковыми углами скрещивания шарниров на концах разных рычагов, зависящими от разной длины этих рычагов по сложной синусоидальной зависимости (указанной в описании к а.с. 801983) повышает сложность конструкции и затрудняет ее изготовление. Из-за этой нелинейной синусоидальной зависимости расчетная величина этих разных углов скрещивания получается с дробным числом градусов (и не равным точно 90°), а их изготовление с угловыми минутами требует высокой точности и трудоемкости.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении конструкции шарнирно-рычажного механизма привода месильных емкостей за счет выполнения всех рычагов предельно простыми двухшарнирными, имеющими одинаковую длину и одинаковый угол скрещивания всех шарниров (не зависящий от длины рычагов и равный 90°) и собираемыми в предельно простой одноконтурный правильный треугольник; а также в увеличении производительности на разных режимах перемешивания и однородности готовой смеси за счет периодического переворота дна месильных емкостей с вибрацией смеси вдоль всей высоты этих емкостей, а также за счет привода от одного двигателя одновременно сразу четырех месильных емкостей.
Получение технического результата достигается за счет того, что пространственный турбулентный смеситель с установленным на станине приводным двигателем с кривошипом и шарнирно-рычажным механизмом привода месильных емкостей выполнен с взаимно перпендикулярным расположением осей вращения четырех соседних месильных емкостей, устанавливаемых вдоль осей шарниров по периметру собираемой в правильный треугольник одноконтурной замкнутой кинематической цепи шарнирно-рычажного механизма привода месильных емкостей, состоящего из шести одинаковых по длине двухшарнирных рычагов с расположением геометрических осей их шарниров под одинаковым и прямым углом скрещивания, при этом один из двухшарнирных рычагов сблокирован со станиной и выполнен неподвижным, а другой смежный с ним ведущий рычаг подвижно установлен на станине и кинематически связан с кривошипом приводного двигателя через шатун, преобразующий вращение кривошипа приводного двигателя в угловые колебания ведущего рычага. Дополнительно ведущий рычаг может быть соединен со станиной посредством упругого элемента, а в каждой паре смежных подвижных двухшарнирных рычагов один из рычагов может быть сблокирован с отдельной месильной емкостью, а другой смежный с ним рычаг сблокирован с установленным внутри этой емкости месильным органом.
2
4
6
1
3
5
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена кинематическая схема смесителя при расположении в одной плоскости всех рычагов шарнирно-рычажного привода в виде правильного треугольника и взаимно перпендикулярном расположении на них осей вращения четырех соседних месильных емкостей. На фиг. 1 показано: Е - общая точка пересечения в одной плоскости геометрических осей шарниров O, O и О, являющаяся центром пересечения медиан внутри правильного треугольника ООО. На фиг. 2 представлена кинематическая схема пространственного расположения разных месильных емкостей при крайнем правом положении ведущего рычага привода смесителя под углом γ=+90°. На фиг. 3 представлена кинематическая схема пространственного расположения разных месильных емкостей при крайнем левом расположении ведущего рычага привода смесителя под углом γ=-90°.
3
4
4
5
5
6
1
3
5
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
1
Предлагаемый пространственный турбулентный смеситель содержит установленные на станине приводной двигатель с кривошипом 1 и кинематически связаный с кривошипом через соединительное устройство 2 шарнирно-рычажный механизм привода четырех месильных емкостей 3, 4, 5 и 6 с взаимно перпендикулярным расположением в прямоугольной системе координат "x - у - z " осей вращения соседних месильных емкостей (О и О, О и О, О и О), устанавливаемых вдоль осей шарниров по периметру собираемой в правильный треугольник ООО (с углом β=60°) одноконтурной замкнутой кинематической цепи механизма привода месильных емкостей, состоящего из шести одинаковых по длине двухшарнирных рычагов 7, 8, 9, 10, 11 и 12 (у которых ОО=ОО:ОО=ОО=ОО=OO=l), выполненных с постоянным прямым углом скрещивания геометрических осей их шарниров (ψ=90°).
1
2
3
4
5
6
1
2
4
6
1
2
3
4
5
1
1
3
5
1
3
5
Сборка между собой всех шести одинаковых рычагов 7, 8, 9, 10, 11 и 12 пространственного смесителя производится путем их установки всего в одной плоскости в кинематическую цепь (см. фиг. 1), замыкаемую в шарнире O за счет простого последовательного углового поворота φ - сначала ведущего рычага 7 вокруг оси шарнира О (до прямой линии с рычагом 12), затем рычага 8 вокруг О (до угла β=60°), затем соответственно рычага 9 вокруг О, рычага 10 вокруг О и рычага 11 вокруг О (до шарнира O). Несмежные между собой шарниры О, О и О шарнирно-рычажного механизма привода месильных емкостей установлены в одноконтурной замкнутой кинематической цепи «ОООООО» с пересечением геометрических осей вращения в общей точке Е, являющейся центром пересечения медиан OE, ОЕ, ОЕ внутри правильного треугольника ООО.
Двухшарнирный рычаг 12 сблокирован со станиной и выполнен неподвижным, а смежный с ним ведущий рычаг 7 подвижно установлен на станине и кинематически связан с кривошипом 1 приводного двигателя через соединительное устройство 2, выполненное в виде шатуна 13, преобразующего вращение кривошипа 1 с заданной угловой скоростью ω в угловые колебания ведущего рычага 7. При длине АВ шатуна 13, равной удвоенной длине 2СВ кривошипа 2 (АВ=2СВ), обеспечивается наибольший размах угловых колебаний ведущего рычага 7 в пределах угла 2γ=180°.
Дополнительно ведущий рычаг 7 соединен со станиной посредством упругого элемента 14, фиксирующего относительное взаиморасположение шатуна 13 и кривошипа 1 на одной прямой линии АС (см. фиг. 2 и фиг. 3) при остановленном двигателе, что снижает при его пуске углы давления в шарнирно-рычажном приводе и облегчает запуск приводного двигателя. В каждой паре смежных подвижных рычагов 7 и 8, 8 и 9, 9 и 10, 10 и 11 шарнирно-рычажного привода месильных емкостей 3, 4, 5 и 6 один из этих рычагов, например 8, сблокирован с установленной вдоль оси шарнира отдельной месильной емкостью, например 4, а другой смежный с ним рычаг, например 9, сблокирован с установленным внутри этой емкости месильным органом 15, выполненным, например, лопаточного типа.
Работа пространственного турбулентного смесителя заключается в следующем.
Вращение кривошипа 1 посредством шатуна 13 преобразуется в угловые колебания ведущего рычага 7, что приводит в одноконтурной замкнутой кинематической цепи ведомых рычагов 8, 9, 10 и 11 с четырьмя взаимно перпендикулярно расположенными месильными емкостями 3, 4, 5 и 6 к пространственному возвратно-вращательному движению с разной переменной скоростью и разным углом колебаний каждой из этих месильных емкостей вокруг перекрещивающихся осей вращения с переворотом дна емкости, являющихся образующими поверхности тора (см. «Математический энциклопедический словарь» / Под ред. Ю.В. Прохорова - М.: Советская энциклопедия, 1988, с. 585).
Достигаемый в предлагаемом смесителе положительный эффект следующий:
2
4
6
1. Упрощение конструкции и снижение трудоемкости изготовления пространственного смесителя за счет выполнения в шарнирно-рычажном приводе месильных емкостей всех рычагов предельно простыми - двухшарнирными одинаковой длины и с одинаковым углом скрещивания их шарниров, равным 90°, что обеспечивает за счет пересечения геометрических осей несмежных шарниров О,O и О в общей точке Е работу пространственного смесителя без возникновения в 6-звенной одноконтурной кинематической цепи вредных избыточных связей, повышающих трение и износ.
2. Повышение производительности процесса перемешивания и расширение технологических возможностей смесителя за счет привода от одного двигателя одновременно четырех подвижных месильных емкостей с различной переменной скоростью вращения и разной амплитудой пространственных угловых колебаний месильных емкостей, что обеспечивает импульсный режим и интенсивное перемешивание по всему объему перемешиваемых материалов.
3. Повышение качества перемешивания и однородности готовой смеси по всему объему за счет ее периодического встряхивания путем переворота дна емкостей при их пространственном движении вокруг взаимно перпендикулярных осей вращения, что обеспечивает импульсный режим и интенсивное перемешивание по всей высоте внутри подвижных месильных емкостей.