УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СЫПУЧИХ ПОРОШКООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE TO FORM PRODUCTS FROM LOOSE POWDER-LIKE MATERIALS

Изобретение относится к области формования изделий и полуфабрикатов из различных порошкообразных и композиционных сыпучих материалов и может быть применено в различных областях промышленности и строительства.
Под сыпучими композиционными и порошкообразными материалами понимаются грунты, бетонные смеси, керамические массы, огнеупорные массы, формовочные составы литейного производства, металлические порошки и тому подобные материалы.

Известно, что наиболее эффективными устройствами для уплотнения сыпучих порошкообразных материалов и формования из них различных изделий являются устройства, реализующие способы (например, патент №2065357 или патент №2240895), основанные на воспроизведении в ходе уплотнения и формования эффекта «текучего клина», то есть эффекта образования локальной текучей зоны под жесткой поверхностью, постоянно вдавливающей под себя новые порции уплотняемого материала. При этом в зоне достигается стационарное неравновесное состояние с упорядоченной структурой, характерное высокой однородной плотностью [см., например, «Технология «Русские качели»: самоуплотнение порошков в результате индуцированного течения или СПРИТ». // Популярное бетоноведение, 2005, №6 (8), с.78-83].
Известно устройство для формования изделий из сыпучих порошкообразных материалов, содержащее раму, привод, набивающий элемент в виде нагнетающей плиты, стабилизирующий элемент, препятствующий вытеснению обрабатываемого порошкообразного материала из формы, и приспособление для подачи материала в форму под рабочую поверхность плиты. (Патент РФ №2175699, 10.05.2000, Е01С 19/22, В28В 13/02, Е02D 3/02.)
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для осуществления открытых неравновесных необратимых процессов самоорганизации при формовании и уплотнении сыпучих сред, содержащее приводное средство для воздействия на рабочий агент, поступающий на рабочую позицию, в котором приводное средство для воздействия на рабочий агент выполнено в виде нагнетающей плиты, смонтированной с возможностью одновременного продольного, бокового и вертикального перемещения для осуществления открытых необратимых непрерывных процессов обработки. При этом устройство имеет стабилизирующий элемент для устранения выдавливания рабочего агента с рабочей позиции. (Патент №2085400, 29.10.93 г., В44С 1/24, 5/04, В44D 3/06.)
Недостатком такого устройства является то, что при изготовлении мелкоштучных изделий, размеры которых в продольном направлении близки к соответствующему размеру нагнетающей плиты, возникают высокие нагрузки на привод и элементы конструкции устройства. При этом со стороны примыкания нагнетающей плиты к стабилизирующему элементу имеет место износ торцевой поверхности плиты.
В основу изобретения положена задача создания устройства для формования изделий из сыпучих порошкообразных материалов, в котором устраняется износ торцевой поверхности нагнетающей плиты и уменьшаются усилия, возникающие при взаимодействии нагнетающей плиты с обрабатываемым материалом.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для формования изделий из сыпучих порошкообразных материалов, содержащем раму, привод, набивающий элемент в виде нагнетающей плиты, приспособление для подачи материала в форму под рабочую поверхность плиты, примыкающий к плите с зазором стабилизирующий элемент в виде пластины, препятствующей вытеснению обрабатываемого порошкообразного материала из формы, пластина, со стороны примыкания ее к нагнетающей плите, выполнена фасонной для образования переменного зазора.
В частности, пластина выполнена так, что зазор увеличивается от центра к краям.
А также пластина выполнена так, что зазор увеличивается от краев к центру.
Кроме того, пластина выполнена так, что зазор изменяется от центра к краям пилообразно.
Задача решается и тем, что устройство снабжено дополнительной пластиной, препятствующей вытеснению обрабатываемого порошкообразного материала из формы, расположенной оппозитно к пластине с противоположной стороны нагнетающей плиты, причем дополнительная пластина со стороны примыкания ее к нагнетающей плите выполнена фасонной для образования переменного зазора.
Изобретение позволяет повысить эффективность формования широкой гаммы материалов, в том числе грунтов, грунтосмесей, бетонных смесей, керамических масс, и может быть использовано при изготовлении различных строительных изделий (плиты, блоки, стойки, перемычки и прочее), при сооружении дорожного полотна, при изготовлении огнеупорных изделий, при производстве топливных угольных брикетов и др.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображено устройство для формования изделий из сыпучих порошкообразных материалов, вид сбоку. На фиг.2 - то же, вид спереди. На фиг.3 изображен вид сверху на нагнетающую плиту с примыкающей к ней фасонной пластиной с зазором, который увеличивается от центра к краям. На фиг.4 изображен вид сверху на нагнетающую плиту с примыкающей к ней фасонной пластиной с зазором, который увеличивается от краев к центру. На фиг.5-8 изображен вид сверху на нагнетающую плиту с примыкающей к ней фасонной пластиной с зазором, который изменяется от центра к краям пилообразно (варианты). На фиг.9 изображен вид сверху на нагнетающую плиту с примыкающими к ней фасонными пластиной и дополнительной пластиной с зазором, который изменяется от центра к краям пилообразно.
На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - рама,
2 - форма,
3 - привод,
4 - нагнетающая плита,
5 - рычаг,
6 - фасонная пластина стабилизирующего элемента,
7 - бункер,
8 - мотор-редуктор,
9 - кулиса,
10 - кривошип,
11 - кулисный камень,
12 - дополнительная фасонная пластина,
а - переменный зазор между нагнетающей плитой и пластиной.
Устройство для формования изделий из сыпучих порошкообразных материалов (фиг.1 и 2) содержит раму (опорный элемент) 1, которая может быть установлена либо на колесах для возможности осуществления продольного перемещения устройства вдоль формуемого изделия, либо стационарно, а продольное перемещение вдоль формуемого изделия осуществляется за счет перемещения формы 2, привод 3, нагнетающую плиту 4 с шарнирно прикрепленными к ней рычагами 5, посредством которых плита крепится к раме, стабилизирующий элемент, препятствующий вытеснению обрабатываемого порошкообразного материала в отформованную часть изделия, выполненный, в виде плоской пластины 6, и бункер 7, служащий для подачи материала в форму под рабочую поверхность плиты.
Нагнетающая плита может быть выполнена со сквозными каналами, например, в виде решетки.
Пластина может быть связана с рамой с возможностью ограниченного смещения относительно рамы в поперечном направлении к возможному перемещению формы. При этом поверхность пластины, соприкасающаяся с обрабатываемым материалом, совпадает с проектной поверхностью формуемого изделия. Со стороны примыкания пластины к нагнетающей плите пластина выполнена фасонной таким образом, чтобы зазор между ней и нагнетающей плитой был переменным, например увеличивался от середины к краям, либо увеличивался от краев к центру, либо изменялся от центра к краям пилообразно, либо изменялся каким-либо другим образом.
Привод нагнетающей плиты может быть выполнен, например, в виде закрепленного на раме мотор-редуктора 8 и кулисного механизма, кулиса 9 которого жестко связана с нагнетающей плитой, а кривошип 10 с кулисным камнем 11 закреплен на выходном валу мотор-редуктора.
В качестве двигателя может быть использован электрический, гидравлический, тепловой и другой двигатель. Также, кроме описанного выше механического привода, может быть применен и другой привод, например гидравлический, пневматический и др.
Устройство работает следующим образом.
При включении мотор-редуктора 8 приводится во вращение закрепленный на валу редуктора кривошип 10, который через кулисный камень 11 и кулису 9 побуждает нагнетающую плиту совершать плоско-параллельные движения поперек возможного перемещения формы относительно устройства либо устройства относительно формы. При этом нагнетающая плита, качаясь на рычагах 5, периодически приближается к верхней поверхности формуемого изделия и отдаляется от нее с одновременным боковым перемещением.
Одновременно приводится в колебательное движение пластина 6 либо от привода нагнетающей плиты, либо от собственного привода.
Устройство устанавливают в начале формуемого изделия, которое может изготавливаться в форме 2 либо в другом формообразующем приспособлении. Если изделие формуется в отдельных формах, то устройство либо форма 2 устанавливаются относительно друг друга так, чтобы передний поперечный борт формы находился под пластиной стабилизирующего элемента 6 со стороны примыкания к ней нагнетающей плиты 4.
Включают привод 3, нагнетающая плита 4 начинает качаться. Одновременно приводится в движение пластина.
Вслед за включением привода производят подачу материала в бункер 7, откуда материал попадает под рабочую поверхность нагнетающей плиты 4 при ее подъеме, проходя через каналы нагнетающей плиты, а также и с ее боков. Совершая качание, нагнетающая плита своей рабочей поверхностью, которая попеременно поднимается и опускается, нагнетает (вдавливает) захватываемые плитой порции формуемого материала в форму 2 до достижения момента обратного выпирания материала перед нагнетающей плитой 4 и выше уровня верхней поверхности формуемого изделия.
В результате чего инициируется протекание потока порошкообразного материала через локальную зону, образующуюся под нагнетающей плитой, и вытекание из нее. При этом достигается в локальной зоне стационарное неравновесное состояние с упорядоченной структурой, которая характеризуется предельно плотной упаковкой частиц обрабатываемого материала.
Нагрузка, возникающая на нагнетающей плите, распределяется не равномерно по площади ее рабочей поверхности. Вследствие наличия переменного зазора между пластиной 6 и нагнетающей плитой 4 часть нагнетаемого материала может выдавливаться в зазор, что приводит к частичному выравниванию нагрузки по площади рабочей поверхности плиты и к снижению возникающих при нагнетании усилий на нагнетающую плиту в целом.
При этом пластина 6 не допускает выпирание материала в отформованную часть изделия.
Достигнув момента обратного выпирания перед нагнетающей плитой 4 и выше уровня верхней поверхности формуемого изделия, устройство перемещают, продолжая подачу материала, относительно формы 2 либо форму 2 относительно устройства в направлении незаполненной части формы до заполнения всей формы 2 и выхода плиты 4 за пределы формы 2. При этом перемещение устройства либо формы 2 осуществляют только при сохранении обратного выдавливания формуемого материала перед нагнетающей плитой 4. После выхода плиты 4 за пределы формы процесс формования изделия заканчивается.