RU2554584C1

RU2554584C1 - Space turbulence mixer

Info

Publication number: RU2554584C1
Application number: RU2014102792/05A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Пожбелко
Original assignee: Владимир Иванович Пожбелко
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2015-06-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: space turbulence mixer contains the bedplate installed drive motor with crank and articulation linkage of the mixing tanks driving. The mixer is made with mutually perpendicular location of the rotation axes of four adjacent mixing tanks, installed along axis of hinge joints along the perimeter if the assembled in regular triangle single loop closed kinematic circuit of the articulation linkage of the mixing tanks drive, comprising six with same length double-hinged levers with permanent right angle of crossing of the geometric axes of their hinge joints. One of six levers is fixed without movement on bedplate, and is made fixed, and another adjacent master lever is free installed on the bedplate and is kinematically linked with crank of the drive motor via the connecting device in form of the piston rod converting the crank rotation of the drive motor to the angular oscillations of the master lever.

EFFECT: simplified design of the mixer, increased its capacity.

4 cl, 3 dwg

Description

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.The invention relates to mechanical devices for mixing powder and viscous one-component or multicomponent materials and may find application in the chemical and paint and varnish industry, the building materials industry and various fields of the food industry.

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.A known spatial mixer containing a drive motor mounted on a bed and a biplanetary drive mechanism for moving kneading bodies in the form of uniformly rotating screws installed inside a fixed kneading tank (Krainev AF Mechanics of machines. Fundamental Dictionary. - M .: Mechanical Engineering, 2000, p. 463, planetary mixer circuit) - analogue.

Недостатками известного смесителя являются:The disadvantages of the known mixer are:

1. Сложность конструкции зубчатого привода месильных органов с установленным на водиле большим комплектом сателлитов и сложной системой смазки их зубьев.1. The complexity of the design of the gear drive of the kneading organs with a large set of satellites mounted on the carrier and a complex lubrication system for their teeth.

2. Низкая производительность и неоднородность готовой смеси из-за стационарного режима ее перемешивания внутри неподвижной емкости.2. Low productivity and heterogeneity of the finished mixture due to the stationary mode of mixing inside a stationary container.

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.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed invention is a spatial turbulent mixer containing a drive motor with a crank mounted on a bed and a pivot-lever mechanism for moving movable kneading tanks, which is made in the form of a double-loop closed kinematic chain consisting of one three-joint and five two-joint levers with unequal angles of intersection of the axes of their end hinges and with parallel vertical axes and the rotation of the two kneading tanks (author's Certificate USSR №801983, B22F 1/00, Bull Image №5, 1981....) - a prototype.

Недостатками указанного пространственного турбулентного смесителя являются:The disadvantages of the specified spatial turbulent mixer are:

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.1. Complex spatial assembly of the mixer units is carried out in three different planes and is carried out by compiling a double-circuit closed kinematic chain of unequal multi-hinged levers, and the large non-identity of the mixer parts makes it difficult and expensive to manufacture, assemble and repair it.

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.2. During the mixing process, there is no periodic flipping of the bottom of the kneading tanks by 180 °, which affects the quality of mixing the finished mixture over the entire height of the kneading tank and does not ensure uniformity of the mixture throughout its entire volume.

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.3. From one drive motor, only two kneading tanks with the same speed of rotation of each of them are simultaneously driven, which limits the performance and technological capabilities of the mixer.

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.4. The implementation of the articulated-lever drive of kneading containers with unequal angles of intersection of the hinges at the ends of different levers, depending on the different lengths of these levers in a complex sinusoidal dependence (indicated in the description of AS 801983) increases the complexity of the design and makes it difficult to manufacture. Due to this non-linear sinusoidal dependence, the calculated value of these different cross angles is obtained with a fractional number of degrees (and not exactly equal to 90 °), and their manufacture with angular minutes requires high accuracy and laboriousness.

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.The basis of the invention is the technical problem, which consists in simplifying the design of the articulated-lever mechanism for driving kneading containers by performing all the levers with extremely simple two-hinged ones having the same length and the same angle of intersection of all hinges (independent of the length of the levers and equal to 90 °) and assembled into extremely simple single-loop regular triangle; as well as an increase in productivity in different modes of mixing and uniformity of the finished mixture due to periodic flipping of the bottom of the kneading tanks with vibration of the mixture along the entire height of these tanks, as well as due to the drive from the same engine simultaneously four kneading tanks.

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.The technical result is achieved due to the fact that a spatial turbulent mixer with a drive motor mounted on a bed with a crank and a pivot-lever mechanism for driving kneading tanks is made with a mutually perpendicular arrangement of the axis of rotation of four adjacent kneading tanks installed along the hinge axes around the perimeter assembled in a regular triangle single-loop closed kinematic chain of the articulated-lever mechanism of the drive of kneading tanks, consisting of six different along the length of the double-hinged levers with the location of the geometric axes of their hinges at the same and right angle of intersection, while one of the double-hinged levers is locked to the bed and made stationary, and the other adjacent driving lever is movably mounted on the bed and kinematically connected to the crank of the drive motor through a connecting rod that converts the rotation of the crank of the drive motor into angular oscillations of the drive arm. In addition, the driving lever can be connected to the bed by means of an elastic element, and in each pair of adjacent movable double-hinged levers, one of the levers can be locked with a separate kneading tank, and the other adjacent lever is locked with a kneading body installed inside this tank.

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 O₂, O₄ и О₆, являющаяся центром пересечения медиан внутри правильного треугольника О₁О₃О₅. 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°.The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows the kinematic diagram of the mixer when all the levers of the articulated lever drive are arranged in the same plane as a regular triangle and the axes of rotation of four adjacent kneading containers are mutually perpendicular to them. In FIG. 1 shows: E is the common intersection point in the same plane of the geometric axes of the hinges O ₂ , O ₄ and O ₆ , which is the center of intersection of the medians inside the regular triangle O ₁ O ₃ O ₅ . In FIG. 2 is a kinematic diagram of the spatial arrangement of different kneading tanks at the extreme right position of the drive lever of the mixer at an angle γ = + 90 °. In FIG. Figure 3 shows the kinematic diagram of the spatial arrangement of different kneading tanks with the leftmost arrangement of the drive lever of the mixer at an angle γ = -90 °.

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 (О₃ и О₄, О₄ и О₅, О₅ и О₆), устанавливаемых вдоль осей шарниров по периметру собираемой в правильный треугольник О₁О₃О₅ (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 О₁О₂=О₂О₃:О₃О₄=О₄О₅=О₅О₆=O₆O₁=l), выполненных с постоянным прямым углом скрещивания геометрических осей их шарниров (ψ=90°).The proposed spatial turbulent mixer comprises a drive motor mounted on a bed with a crank 1 and kinematically connected to the crank through a connecting device 2 by an articulated lever mechanism for driving four kneading tanks 3, 4, 5 and 6 with a mutually perpendicular arrangement in a rectangular coordinate system "x - y - z "of the axis of rotation of adjacent kneading tanks (O ₃ and O ₄ , O ₄ and O ₅ , O ₅ and O ₆ ) installed along the axis of the hinges around the perimeter assembled into a regular triangle O ₁ O ₃ O ₅ (with angle β = 60 ° ) single-circuit a closed kinematic chain mechanism driving the kneading tanks, consisting of six identical along the length of the double-hinged levers 7, 8, 9, 10, 11 and 12 (in which the O ₁ O ₂ = O ₂ O _3: ₃ O ₄ = O ₄ O ₅ = O ₅ O ₆ = O ₆ O ₁ = l) made with a constant right angle of intersection of the geometric axes of their hinges (ψ = 90 °).

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 O₁ за счет простого последовательного углового поворота φ - сначала ведущего рычага 7 вокруг оси шарнира О₂ (до прямой линии с рычагом 12), затем рычага 8 вокруг О₃ (до угла β=60°), затем соответственно рычага 9 вокруг О₄, рычага 10 вокруг О₅ и рычага 11 вокруг О₆ (до шарнира O₁). Несмежные между собой шарниры О₂, О₄ и О₆ шарнирно-рычажного механизма привода месильных емкостей установлены в одноконтурной замкнутой кинематической цепи «О₁О₂О₃О₄О₅О₁» с пересечением геометрических осей вращения в общей точке Е, являющейся центром пересечения медиан O₁E, О₃Е, О₅Е внутри правильного треугольника О₁О₃О₅.The assembly of all six identical levers 7, 8, 9, 10, 11 and 12 of the spatial mixer is carried out by installing them in only one plane in the kinematic chain (see Fig. 1), locked in the hinge O ₁ due to a simple sequential angular rotation φ - first, the driving lever 7 around the axis of the hinge О ₂ (to a straight line with the lever 12), then the lever 8 around О ₃ (to the angle β = 60 °), then, respectively, the lever 9 around О ₄ , the lever 10 around О ₅ and the lever 11 around O ₆ (to the hinge O ₁ ). The non-adjacent hinges О ₂ , О ₄ and О _{6 of the} articulated-lever mechanism of the drive of the kneading tanks are installed in a single-loop closed kinematic chain "О ₁ О ₂ О ₃ О ₄ О ₅ О ₁ " with the intersection of the geometric axes of rotation at a common point E, which is the center of intersection of the medians O ₁ E, O ₃ E, O ₅ E inside the regular triangle O ₁ O ₃ O ₅ .

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°.The double-hinged lever 12 is locked to the bed and made stationary, and the adjacent driving lever 7 is movably mounted on the bed and kinematically connected to the crank 1 of the drive motor through a connecting device 2 made in the form of a connecting rod 13, which converts the rotation of the crank 1 with a given angular velocity ω to angular vibrations of the driving arm 7. With a length of AB connecting rod 13 equal to twice the length 2CB of the crank 2 (AB = 2CB), the largest range of angular vibrations of the driving arm 7 is provided within the angle 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.Additionally, the driving lever 7 is connected to the bed by means of an elastic element 14, fixing the relative relative position of the connecting rod 13 and crank 1 on one straight AC line (see Fig. 2 and Fig. 3) when the engine is stopped, which reduces the pressure angles in the hinged lever drive and facilitates starting the drive motor. In each pair of adjacent movable levers 7 and 8, 8 and 9, 9 and 10, 10 and 11 of the articulated-lever drive of the kneading tanks 3, 4, 5 and 6, one of these levers, for example 8, is interlocked with a separate kneading mounted along the axis of the hinge a container, for example 4, and another adjacent lever, for example 9, is interlocked with a kneading member 15 installed inside this container, made, for example, of a blade type.

Работа пространственного турбулентного смесителя заключается в следующем.The operation of the spatial turbulent mixer is as follows.

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).The rotation of the crank 1 by means of the connecting rod 13 is converted into angular oscillations of the driving lever 7, which leads in a single-loop closed kinematic chain of the driven levers 8, 9, 10 and 11 with four mutually perpendicular kneading tanks 3, 4, 5 and 6 to a spatial reciprocating motion with different variable speeds and different angles of oscillation of each of these kneading containers around the intersecting axes of rotation with a revolution of the bottom of the tank, which form the surface of the torus (see. "Mathematical Encyclope matic Dictionary "/ Ed UV Prohorova -. M .: Soviet encyclopedia, 1988, page 585)..

Достигаемый в предлагаемом смесителе положительный эффект следующий:The positive effect achieved in the proposed mixer is as follows:

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 О₂,O₄ и О₆ в общей точке Е работу пространственного смесителя без возникновения в 6-звенной одноконтурной кинематической цепи вредных избыточных связей, повышающих трение и износ.1. Simplification of the design and reduction of the complexity of manufacturing a spatial mixer due to the implementation of the kneading tanks of the kneading tanks of all levers is extremely simple - double-hinged of the same length and with the same angle of intersection of their hinges equal to 90 °, which ensures due to the intersection of the geometric axes of non-adjacent hinges О ₂ , O ₄ and O ₆ at a common point E, the operation of the spatial mixer without the occurrence of harmful excess bonds in the 6-link single-circuit kinematic chain that increases friction and wear.

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.2. Increasing the productivity of the mixing process and expanding the technological capabilities of the mixer by simultaneously driving four movable kneading tanks from a single engine with different variable rotation speeds and different amplitude of spatial angular vibrations of the kneading tanks, which provides a pulsed mode and intensive mixing throughout the volume of mixed materials.

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.3. Improving the quality of mixing and uniformity of the finished mixture throughout the volume due to its periodic shaking by flipping the bottom of the containers during their spatial movement around mutually perpendicular axes of rotation, which provides a pulsed mode and intensive mixing over the entire height inside the moving kneading containers.

Claims

1. Spatial turbulent mixer containing a drive motor with a crank mounted on the bed and a pivot-lever mechanism for driving kneading containers, characterized in that the mixer is made with a mutually perpendicular arrangement of the axes of rotation of four adjacent kneading tanks installed along the hinge axes around the perimeter assembled into a regular triangle single-loop closed kinematic chain of the articulated-lever mechanism of the drive of kneading tanks, consisting of six identical in length two of articulated levers with a constant right angle of intersection of the geometric axes of their hinges, one of the six levers is interlocked with the bed and made stationary, and the other adjacent driving lever is movably mounted on the bed and kinematically connected to the crank of the drive motor through a connecting device in the form of a connecting rod that converts rotation crank drive motor into angular vibrations of the drive arm.

2. The mixer according to claim 1, characterized in that the non-adjacent hinges of the articulated lever drive mechanism of the kneading containers are installed in a single-loop closed kinematic chain with the intersection of the geometric axes of rotation at a common point, which is the center of intersection of the medians inside a regular triangle formed by six double-hinged levers after their assembly in one plane into a single-loop closed kinematic chain without excessive connections.

3. The mixer according to claim 1, characterized in that the drive arm movably mounted on the bed is additionally connected to the bed by means of an elastic element fixing the relative position of the crank of the drive motor and the connecting rod of the connecting device on one straight line with the drive motor stopped, which facilitates its starting.

4. The mixer according to claim 1, characterized in that in each pair of adjacent movable double-hinged levers of the articulated-lever mechanism of the kneading tank drive, one of the levers is blocked with a separate kneading tank installed along the axis of the hinge, and the other lever adjacent to it is locked with this one installed inside containers by a kneading body, for example, of a scapular type.