ВИБРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПУСКА СВЯЗНЫХ, ЛИПКИХ И СЛЕЖИВАЮЩИХСЯ МАТЕРИАЛОВ

Техническое решение относится к химической, нефтехимической, сельскохозяйственной, пищевой, горноперерабатывающей, строительной, фармацевтической, лакокрасочной, пищевой 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, экструдеры, грануляторы и смесители.
Известны вибрационные устройства в шнековых машинах и экструдерах, включающие загрузочный бункер с круглым сечением и плавным уменьшением диаметра и вибратор, присоединенный к загрузочному бункеру. [Раувендаль, К. Экструзия полимеров: пер. с англ. / К. Раувендаль; под ред. А.Я. Малкина.- СПб.: Профессия, 2008. 67-68 с]
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции вибратора, требующая отдельного электрического, гидравлического или пневматического привода. Кроме того, вибрация к материалу в бункере, передается не непосредственно, а от вибрирующей стенки бункера, на которой установлен вибратор. Это приводит к дополнительным затратам энергии, и уменьшает время эксплуатации в связи с потерей герметичности сварных швов на бункере, что в конечном итоге приводит к снижению производительности.
Известно вибрационное устройство для выпуска сыпучих и связных материалов, включающее упругий рабочий орган, установленный на раме, вибропривод и приспособление, регулирующее поток выпускаемого материала, при этом приспособление выполнено в виде ротора с лопастями [Описание полезной модели к патенту №55752 РФ, B65G 27/10, 2006 г.].
К причинам препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции, связанная с установкой вибропривода на раме. Кроме того, вибрация подается не непосредственно на материал, а через поверхность упругого рабочего органа, что увеличивает затраты энергии и уменьшает время эксплуатации из-за разрушения сварных швов и нарушения герметизации и в конечном счете уменьшает общую производительность вибрационного устройства.
Известно вибрационное устройство для выпуска связных, липких и слеживающихся материалов, включающее упругий орган переменной кривизны, взаимодействующий с основанием посредством опорных элементов, и вибпропривод, при этом указанный упругий рабочий орган оснащен по всей длине гибкими подвижными элементами, например цепями, закрепленными на его загрузочном участке. [Описание полезной модели к патенту №77259 РФ, B65G 27/10, 2008 г.]
К причинам препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции, связанная с установкой вибропривода. Кроме того, вибрация передается не непосредственно обрабатываемому материалу, а через поверхность гибкого упругого рабочего органа, что увеличивает затраты энергии и уменьшает время эксплуатации из-за потери герметичности сварных швов на бункере, которое приводит к снижению производительности.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков и выбранным за прототип является вибрационное устройство для выпуска связных, липких и слеживающихся материалов, включающее упругий рабочий орган переменной кривизны, выполненный в виде пластин, закрепленный на загрузочном участке и взаимодействующий с подвижным. опорным элементом, представляющим собой шнек, при этом на гребнях шнека в зоне загрузочного участка консольно закреплены упругие пластины. [Описание полезной модели к патенту №114675 РФ, B65G 27/10, 2011 г.]
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность из-за низкой амплитуды колебаний пластин упругого рабочего органа в зоне загрузочного участка, особенно при обработке неньютоновских материалов, понижение вязкости которых зависит от амплитуды вибраций.
Техническим результатом заявляемого вибрационного устройства является увеличение производительности при подаче связных, липких и слеживающихся материалов.
Поставленный технический результат достигается тем, что в вибрационном устройстве для выпуска связных, липких и слеживающихся материалов, включающем корпус со шнеком, на гребнях которого в зоне загрузочного участка закреплены упругие пластины, причем упругие пластины закреплены радиально, при этом отношение диаметра корпуса в зоне загрузочного участка к внутреннему диаметру корпуса рабочего участка составляет:
,
где D и d - соответственно внутренний диаметр корпуса в зоне загрузочного участка и внутренний диаметр корпуса рабочего участка, а отношение длин упругих пластин к диаметру корпуса в зоне загрузочного участка:
,
где l и D - соответственно длина упругих пластин и диаметр корпуса в зоне загрузочного участка.
Радиальная установка упругих пластин в зоне загрузочного участка позволяет использовать их упругую энергию на разрушение когезионных связей в структуре связных, липких и слеживающихся материалов и уменьшать их эффективную вязкость, предотвращает сводообразование и залипание материала, что стабилизирует подачу материала гребнями вращающегося шнека в осевом направлении и, в конечном счете, приводит к возрастанию производительности.
Увеличение верхнего предела равного 1,08 в соотношении (1), внутреннего диаметра корпуса в зоне загрузочного участка и внутреннего диаметра корпуса рабочего участка, уменьшает упругую деформацию упругих стержней, а значит их вибрацию в материале, находящемся в загрузочном участке, а значит, уменьшает производительность по подаче материала из загрузочного участка в зону работы шнека.
Уменьшение нижнего предела, равного 1,03 в соотношении (1) внутреннего диаметра корпуса в зоне загрузочного участка и внутреннего диаметра корпуса рабочего участка, увеличивает силу прижатия упругих стержней к поверхности шнека и корпуса в нижней части зоны загрузочного участка, где эти деформации, приводящие к накоплению упругой энергии в упругих стержнях становятся наибольшими, что может привести к их необратимой деформации и даже поломке. Это приводит к снижению производительности устройства.
Увеличение верхнего предела, равного 0,55 в соотношении (2) длины упругих пластин и диаметра корпуса в зоне загрузочного участка может привести к необратимой деформации или даже к поломке упругих пластин при сгибании их внутри корпуса, так что свободные концы пластин начнут взаимодействовать с поверхностью шнека и корпуса.
Уменьшение нижнего предела, равного 0,42 в соотношении (2) длины упругих пластин и диаметра корпуса в зоне загрузочного участка не обеспечивает необходимого вибрационного воздействия их упругой деформации на весь материал, находящийся в загрузочном устройстве, что препятствуют разрушению структурных связей и необходимому снижению эффективной вязкости связных, липких и слеживающихся материалов, что также уменьшает производительность.
Таким образом, увеличение диаметра корпуса в зоне загрузочного участка до величины, подчиняющейся условию (1) и радиальная установка упругих пластин с длиной, подчиняющейся условию (2), позволяет периодически за каждый оборот шнека накапливать упругую энергию в упругих пластинах при деформации в нижней части корпуса зоны загрузочного участка и высвобождать эту энергию с вибрацией после распрямления в верхней части загрузочного участка, что приводит к разрушению структуры и уменьшению эффективной вязкости связных, липких и слеживающихся материалов, а значит увеличению производительности при подаче этих материалов к шнеку.
На фиг. 1 схематично представлен общий вид вибрационного устройства для выпуска связных, липких и слеживающихся материалов в разрезе;
На фиг. 2 - сечение А-А вибрационного устройства.
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 бункера. На валу 2 под выпускным отверстием загрузочного участка 5 на гребнях шнека 3 радиально установлены и закреплены упругие пластины 6 с длиной l, подчиняющейся условию (2). Диаметр D корпуса 1 в зоне загрузочного участка 5 подчиняется условию (1).
Вибрационное устройство работает следующим образом.
Включают привод 4, который приводит во вращение вал 2 со шнеком 3, радиально установленные на гребнях шнека 3 упругие пластины 6.
При вращении каждая упругая пластина 6 попадая между боковыми стенками и нижней частью корпуса 1 в зоне загрузочного участка 5, изгибается и при деформировании накапливает упругую энергию, а в верхней части в загрузочном участке 5 резко распрямляется и вибрирует, воздействуя на находящийся в загрузочном участке 5 связный, липкий и слеживающийся материал. Эти вибрации разрушают структуру материала, уменьшают его эффективную вязкость и заставляют опускаться к гребням шнека 3.
Таким образом, вибрация колеблющихся упругих пластин 6 передается непосредственно к связному, липкому и слеживающемуся материалу, находящемуся в загрузочном участке 5, что заставляет это материал отрываться от стенок загрузочного участка 5, разрушать своды над выпускным отверстием этого участка, предотвращать их образование из-за периодического воздействия на материал вибраций от колеблющихся упругих пластин 6, а также заставляет материал тиксотропно разжижаться с уменьшением эффективной вязкости, силы прилипания к стенкам загрузочного участка 5 и корпуса 1 в зоне загрузочного участка 5, что увеличивает скорость подачи виброобработанного материала к гребням вращающегося шнека 3 и способствует возрастанию производительности.