СПОСОБ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
MIXING METHOD AND APPARATUS FOR REALIZING SAID METHOD

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, к химической промышленности, к агропромышленному комплексу и другим отраслям, где используется процесс перемешивания различных материалов - к способам перемешивания материалов и устройствам для реализации способов - к смесителям.
-1
Близким решением к предлагаемому способу является известный способ перемешивания материалов в смесительном барабане путем вращения барабана сначала до критической частоты, определяемой по условию  где n - частота вращения барабана, мин; D - диаметр барабана, м, после чего снижают частоту до 10-20% от критической и снова доводят до критической, затем уменьшают частоту до 40-50% от критической и производят перемешивание в этом цикле изменения, при этом время замедления частоты меньше времени увеличения в 2-4 раза. (Авт. св. СССР №1668343, МПК С04В 40/00, заявлено 06.03.1989, опубл. 07.08.1991, Бюл. №29).
Недостаток этого способа перемешивания заключается в следующем. 1. Недостаточно высокая производительность процесса перемешивания из-за низкого порога критической частоты вращения, определяемая условием  и частоту доводят только до критического значения. 2. Выявилась неэффективность второго понижения частоты вращения до 40-50% от критической частоты, которая сама не достаточно высокая по условию. 3. Время замедления меньше времени увеличения в 2-4 раза ограничивает регулирование процесса перемешивания в широких пределах. 4. В реальном устройстве трудно контролировать снижение частоты вращения до 10-20% и 40-50% от критической.
Цель изобретения - увеличение производительности процесса перемешивания, увеличение интенсивности перемешивания, упрощение способа процесса перемешивания, создание устройства для осуществления способа.
На фиг. 1 изображено распределение частиц материала при вышекритической частоте вращения барабана, на фиг. 2 - распределение частиц при сниженной частоте вращения, на фиг. 3 - схема конструкции смесителя для осуществления способа.
-1
Указанная цель достигается тем, что в способе перемешивания в смесительном барабане путем вращения барабана с переменной частотой вращения, отличающийся тем, что барабан вращают до частоты выше критической, определяемой условием  (где n - частота вращения барабана, мин; D - диаметр барабана, м), за время 15-20 секунд, при котором перемешиваемый материал распределяется ровным слоем по внутренней поверхности барабана, затем снижают частоту вращения за время 4-6 с до обрушения слоя материала, затем описанный цикл повторяют до получения требуемой однородности смеси.
Отличительными признаками предложенного способа в сравнении с прототипом являются:
- в прототипе критическая частота вращения, определяемая условием , в предложенном способе условие критической частоты вращения значительно выше и определяется - ;
- в прототипе частоту вращения барабана доводят до критической, в предложенном способе барабан вращают выше критической частоты;
- в прототипе два следующих друг за другом цикла изменения частоты вращения: доводят до критической, затем снижают частоту до 10-20% от критической, снова доводят до критической, затем уменьшают частоту до 40-50% от критической; в предложенном способе одно изменение частоты вращения - доводят до вышекритической, затем снижают до обрушения слоя материала;
- в предложенном способе за счет изменения параметров способа существенно увеличивается производительность процесса перемешивания в сравнении с прототипом;
- в прототипе отсутствует устройство для осуществления способа, в предложенном способе предлагается устройство для реализации способа - смеситель;
- в предложенном способе упрощается процесс проведения способа (одноцикловое изменение) в сравнении с прототипом - (двухцикловое изменение частоты вращения барабана).
Раскрытие изобретения.
Суть предлагаемого способа перемешивания заключается в том, что перемешиваемый материал приводится в объемное движение во внутреннем объеме барабана посредством воздействия центробежной силы, создаваемой частотой вращения барабана, превышающей критическое значение частоты. При таком воздействии частицы материала приходят в активное движение и прижимаются к внутренней поверхности барабана ровным слоем. Время воздействия центробежной силы составляет несколько секунд, порядка 15-20 с. Затем частота вращения барабана уменьшается в течение 4-6 с, центробежные силы также становятся меньше и под действием собственного веса частицы обрушиваются вниз объемным движением, перемешиваясь между собой. Затем цикл повторяется до образования однородной по составу смеси требуемого качества.
При таком способе перемешивания частицы материала активно находятся в объемном движении, в результате чего происходит их смесеобразование до однородной по составу смеси.
-1
Способ перемешивания материалов в смесительном барабане путем вращения барабана с переменной частотой вращения, отличающийся тем, что барабан вращают до вышекритической частоты, определяемой условием  (где n - частота вращения барабана, мин; D - диаметр барабана, м.), за время 15-20 секунд, при котором перемешиваемый материал распределяется ровным слоем по внутренней поверхности барабана, затем снижают частоту вращения за время 4-6 с до обрушения слоя материала под действием собственного веса частиц, затем описанный цикл повторяют до получения требуемой однородности смеси.
-1
-1
Предложенный способ перемешивания реализуется следующим образом. Назначают диаметр барабана D, исходя из требуемой производительности. Для практических целей диаметр можно принимать значение от 0,5 до 1,5 м. Затем заполняют барабан перемешиваемым материалом на 0,6-0,7 его объема. Определяют при принятом диаметре барабана критическую частоту вращения по формуле  например, при диаметре барабана 0,75 м она составит 49, 3 мин. Назначают частоту вращения барабана больше этого критического значения, например, в пределах 55-60 мин. Вращают барабан в течение 15-20 секунд, под действием центробежной силы, которая больше веса частиц материала, происходит распределение частиц материала ровным слоем по внутренней поверхности барабана и одновременно перемешиваясь (см. фиг. 1).
Затем снижают частоту вращения, тем самым снижают величину центробежной силы и под действием собственного веса частиц происходит обрушение слоя материала вниз, вызывая активное объемное их движение и интенсивное перемешивание (см. фиг. 2). Цикл повторяют до образования требуемой однородной по составу смеси.
Для реализации способа перемешивания предложено устройство, кинематическая схема которого изображена на фиг. 3.
В качестве прототипа выбран барабанный смеситель, широко известный в литературе (Макаров Ю.И. Аппараты для смешивания сыпучих материалов // М.: Машиностроение, 1973. 215 с.). Конструкция его включает барабан, механическую передачу, раму и источник привода. Барабан получает только вращательное движение с постоянной угловой скоростью. При таком движении барабана частицы смешиваемого материала имеют ограниченное поверхностное движение только за счет сил внутреннего трения частиц, внутренняя часть материал «так называемая мертвая зона» вообще не участвует в движении. По этой причине процесс длится часами, а требуемое качество по образования однородной по составу смеси получить не удается.
Цель изобретения - увеличить интенсивность процесса перемешивания, сократить время процесса, повысить однородность состава смеси, осуществить предложенный способ перемешивания.
Устройство для перемешивания (фиг. 3) содержит барабан 1, валы которого размещены в опорах рамы 2, источник привода 3 барабана (электродвигатель с редуктором или мотор-редуктор), механическую передачу 4, например, цепную, одна из звездочек которой закреплена на валу источника привода 3, а другая звездочка - на ведущем диске 5 фрикционной дисковой муфты, ведомый диск 6 которой жестко соединен с барабаном 1.
Фрикционные диски 5 и 6 под действием пружины 7 плотно прижаты друг к другу посредством рычага 8, на котором закреплен поводок 9 ролика 10, последний взаимодействует с кулачком 11, приводящийся во вращение посредством передачи 12 от источника привода 13. Передача 12 может быть выполнена в виде ременной, цепной или редуктора. Приводной рычаг 8 связан с рамой 2 шарниром 15.
Для регулировки времени вращения барабана 1 и кулачка 11 введено реле времени 14. Устройство работает следующим образом. В барабан 1 загружается материал для перемешивания через загрузочное устройство (на схеме не показано), материал должен заполнять 0,6-0,7 объема барабана. Посредством реле времени 14 устанавливается время для достижения частоты вращения барабана, например, 15-20 секунд.
-1
Критическую частоту вращения определяют по принятому значению диаметра барабана по формуле  например, при диаметре D=0,75 м, частота равна . Следовательно, для нашего случая частота должна быть больше, например, 50-55 мин.
Начальное положение рычага 8 под действием пружины 7 должно быть таким, как показано на фиг. 3: ролик 10 должен находится в вогнутой части профиля кулачка 11, а диски 5 и 6 плотно прижаты друг к другу, создавая тем самым силу трения между дисками и крутящий момент, который приводит во вращение барабан 1. Устанавливается по реле времени 14 время работы 15-20 секунд источника привода 3 барабана и включается в работу, за это время частицы материала активно двигаясь, распределяются под действием центробежной силы слоем по внутренней поверхности барабана. По истечению времени работы 15-20 секунд реле времени включает в работу источник привода 13 и кулачок 11 начинает вращаться, ролик 10 выходит из вогнутой части профиля кулачка на профиль цилиндрической формы, воздействуя тем самым на рычаг 8, который сжимает пружину 7, образуя тем самым отход ведущего диска 5 от ведомого диска 6, в результате чего силы трения и крутящий момент между дисками уменьшаются и снижается частота вращения барабана, следовательно, уменьшаются центробежные силы воздействия на частицы и под действием силы тяжести будут обрушиваться вниз (см. фиг. 2), создавая тем самым активное их объемное движение и перемешивание. Время замедления вращения барабана составляет порядка 4-6 секунды, оно регулируется временем одного оборота кулачка, для увеличения времени замедления частоты барабана частоту вращения кулачка уменьшают, для уменьшения времени снижения частоты вращения барабана частоту вращения кулачка увеличивают.
После завершения одного оборота кулачка ролик 10 входит в вогнутую часть профиля кулачка, отключая тем самым источник привода 13, пружина 7 снова сжимает диски 5 и 6 и снова разгоняет барабан 1 до вышекритической частоты вращения, частицы снова под действием центробежной силы приводятся в объемное движение, образуя внутренний слой, затем цикл повторяется, т.е. частицы перемешиваемого материала постоянно находятся в активном объемном движении внутри барабана, образуя однородную по составу смесь за десятки секунд.