RU2799476C1

RU2799476C1 - Mixing device

Info

Publication number: RU2799476C1
Application number: RU2023107945A
Authority: RU
Inventors: Николай Анатольевич Чусовитин; Георгий Николаевич Чусовитин
Filing date: 2023-03-31
Publication date: 2023-07-05

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention can be used in the food, medical, chemical, agricultural industries, as a mechanism necessary for the preparation of homogeneous media. The following are introduced into the mixing device: a crown gear, a shaft and a rocker arm, which form two rotational pairs orthogonal to each other: one of which is the first support of the mechanism, and the second one is designed to be attached to the nut and is located perpendicular to the axis of the screw-nut pair, the upper part of the screw forms a spherical pair with a pin with a shaft, where the trajectory groove of the pin is located in the shaft-screw plane, the shaft is attached eccentrically to the satellite and forms with it a rotational pair with an axis parallel to the carrier axes and intersecting with the axis of the screw, the satellite engages with a crown gear and forms a rotational pair with a carrier, which is fixed on the rack by a rotational pair with an axis parallel to the axes of connection between carrier and satellite, shaft and stellite, and is the second attachment of the mechanism to the rack.

EFFECT: increased quality of mixing, productivity, reduced time of the working cycle, high efficiency, due to the change of the leading link to the carrier, no jamming in the screw pair, no local mobility.

1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к комбинированным винто-зубо-рычажным перемешивающим устройствам и может быть использовано в пищевой, медицинской, химической, строительной отраслях промышленности, а также в сельском хозяйстве, как устройство, необходимое для приготовления однородных сред, позволяющее интенсифицировать массо- и теплообменные процессы, выравнивать концентрацию и температуру во всем объеме перемешиваемых веществ путем увеличения поверхности контакта фаз. Кроме того, перемешивающие устройства позволяют обеспечить равномерное распределение энергии в объеме аппарата.The present invention relates to combined screw-tooth-lever mixing devices and can be used in the food, medical, chemical, construction industries, as well as in agriculture, as a device necessary for the preparation of homogeneous media, which makes it possible to intensify mass and heat transfer processes, to equalize the concentration and temperature in the entire volume of the mixed substances by increasing the contact surface of the phases. In addition, mixing devices make it possible to ensure a uniform distribution of energy in the volume of the apparatus.

В сельском хозяйстве процесс перемешивания используют при приготовлении различных жидких удобрений повышающих плодородие высевных площадей, ядохимикатов используемых для протравливания семян перед посевом, при сушке зерна и других материалов; в химико-фармацевтической и медицинской промышленности - при приготовлении лекарственных веществ особая роль отводится качественному перемешиванию многокомпонентных составляющих; в пищевой промышленности, при приготовлении сырных масс (V. Guileta, N. Chusovitin. Dispositis de

le salon Europeen de l’invention de Strasbourg. - Strasbourg, 2011), в кондитерском производстве - в целях замещения монотонных ручных операций, например при уваривании конфетных масс; в машиностроении - при изготовлении шлифовальных кругов, когда смешивают алмазный порошок с вяжущим материалом или медный порошок с графитом при изготовлении угольных щёток и так далее; в строительной индустрии - при производстве тонкокерамических изделий из пластичных глин и каолинов, в частности, при создании керамической массы и глазури.In agriculture, the mixing process is used in the preparation of various liquid fertilizers that increase the fertility of sown areas, pesticides used to treat seeds before sowing, when drying grain and other materials; in the chemical-pharmaceutical and medical industries - in the preparation of medicinal substances, a special role is given to high-quality mixing of multicomponent components; in the food industry, in the preparation of cheese masses (V. Guileta, N. Chusovitin. Dispositis de

le salon Europeen de l'invention de Strasbourg. - Strasbourg, 2011), in the confectionery industry - in order to replace monotonous manual operations, for example, when boiling candy masses; in mechanical engineering - in the manufacture of grinding wheels, when diamond powder is mixed with a binder or copper powder with graphite in the manufacture of carbon brushes, and so on; in the construction industry - in the production of fine-ceramic products from plastic clays and kaolins, in particular, in the creation of ceramic mass and glaze.

Несмотря на то, что большинство конструкций, используемых механических перемешивающих устройств создавалось на основе практического опыта без достаточного обоснования, они являются в мировой практике доминирующим типом. Данный факт объясняется универсальностью таких аппаратов, надежностью их конструкций, высоким КПД по сравнению с перемешивающими устройствами других типов.Despite the fact that most of the designs used by mechanical agitators were created on the basis of practical experience without sufficient justification, they are the dominant type in world practice. This fact is explained by the versatility of such devices, the reliability of their designs, and high efficiency compared to other types of mixing devices.

Известно устройство для перемешивания (патент РФ 2067535, В28G 5/16 от 1996 г.), содержащее стойку и пять двухвершинных (простых) подвижных звеньев: кривошип, шатун, камень, кулису (далее винт) и коромысло, связанные низшими одноподвижными кинематическими парами.A mixing device is known (RF patent 2067535, B28G 5/16 of 1996), containing a rack and five double-vertex (simple) movable links: a crank, a connecting rod, a stone, a link (hereinafter a screw) and a rocker, connected by lower single-moving kinematic pairs.

К достоинствам применения низших одноподвижных пар следует отнести: легкую компенсацию их износа благодаря соответствующим регулировочным устройствам, малые затраты на производство и обслуживание таких пар, их высокий моторесурс. Пары достаточно надёжны при изменяющихся размерах звеньев: например, при просадке фундамента (стойки), температурных воздействиях; замены износившихся деталей и остаточных деформациях при авариях. Они способны воспринимать ударные нагрузки, имеют малый коэффициент трения, обладают высокой нагрузочной способностью и долговечностью. Конструкция одноподвижных пар обеспечивает достаточную площадь опорных поверхностей и отсутствие или, по крайней мере, уменьшение изгиба оси шарнира при передаче усилия.The advantages of using lower single-moving pairs include: easy compensation for their wear due to appropriate adjusting devices, low costs for the production and maintenance of such pairs, and their high motor resource. Pairs are quite reliable with varying sizes of links: for example, with a subsidence of the foundation (rack), temperature effects; replacement of worn parts and residual deformations in case of accidents. They are able to perceive shock loads, have a low coefficient of friction, have a high load capacity and durability. The design of single-moving pairs provides a sufficient area of supporting surfaces and the absence or at least a decrease in the bending of the hinge axis during the transmission of force.

Кроме того, использование в механизмах низших кинематических пар не требует дополнительных устройств, обеспечивающих постоянное замыкание звеньев.In addition, the use of lower kinematic pairs in mechanisms does not require additional devices that ensure the constant closure of the links.

Кривошип механизма приводится в движение асинхронным двигателем и образует со стойкой и шатуном вращательные кинематические пары с параллельными осями, установленные с любой пространственной ориентацией. Винт и камень образуют винтовую кинематическую пару с осью, совпадающей с осью винта.The crank of the mechanism is driven by an asynchronous motor and forms rotational kinematic pairs with parallel axes with the rack and connecting rod, installed with any spatial orientation. The screw and stone form a helical kinematic pair with an axis coinciding with the axis of the screw.

Применение такого вида подвижного соединения звеньев в механизмах позволит получить вращательное движение с большим выигрышем в силе.The use of this type of movable connection of links in mechanisms will make it possible to obtain a rotational movement with a large gain in strength.

Коромысло, будучи присоединенным к верхней части винта посредством соосной ей третьей вращательной кинематической пары, образует со стойкой четвертую вращательную кинематическую пару с осью движения, параллельной осям пар шатун - кривошип - стойка.The rocker, being attached to the upper part of the screw by means of a third rotational kinematic pair coaxial to it, forms with the rack a fourth rotational kinematic pair with the axis of motion parallel to the axes of the connecting rod - crank - rack pairs.

Конструктивно в устройство для перемешивания между камнем и кривошипом введено дополнительное связующее звено - шатун, необходимое для реализации движения звеньев механизма в параллельных плоскостях, а также, для равномерного распределения усилий между заходами винта. Пятая вращательная кинематическая пара образована камнем и шатуном, ось которой перпендикулярна винту и расположена в плоскости, параллельной плоскости движения кривошипа.Structurally, an additional connecting link, a connecting rod, is introduced into the device for mixing between the stone and the crank, which is necessary to implement the movement of the mechanism links in parallel planes, as well as to evenly distribute the forces between the screw starts. The fifth rotational kinematic pair is formed by a stone and a connecting rod, the axis of which is perpendicular to the screw and located in a plane parallel to the plane of movement of the crank.

Рассмотрим последовательность передачи движения между звеньями данного механизма.Consider the sequence of motion transmission between the links of this mechanism.

Перманентное вращение ведущего звена - кривошипа через шатун передается камню, который, двигаясь поступательно вдоль винта, принуждает его к вращению с переменными по знаку и направлению скоростями. Глубина погружения и углы входа винта рабочего органа, прикрепленного к свободной консоли, являются переменными величинами. Число простейших видов движений, совершаемых рабочим органом механизма, равно четырем.The permanent rotation of the leading link - the crank through the connecting rod is transmitted to the stone, which, moving forward along the screw, forces it to rotate with speeds that are variable in sign and direction. The immersion depth and entry angles of the screed screw attached to the free console are variable. The number of the simplest types of movements performed by the working body of the mechanism is four.

В таком механизме рабочий орган, вращаясь вместе с винтом (относительное движение), перемещается по дуге постоянного радиуса (переносное движение), равного квадратному корню суммы квадратов необходимого размера кулисы, найденного из условия проворачиваемости (существования) кривошипа (правило Ф. Грасгофа) и коромысла.In such a mechanism, the working body, rotating together with the screw (relative motion), moves along an arc of constant radius (portable motion), equal to the square root of the sum of the squares of the required size of the backstage, found from the condition of crank (existence) of the crank (F. Grashof's rule) and the rocker .

Недостатком данного устройства являются низкая производительность, качество выходного продукта и продолжительность рабочего цикла, что обусловлено противоречиями между критериями эффективности движения рабочего органа в относительном и переносном движенияхThe disadvantage of this device is low productivity, the quality of the output product and the duration of the working cycle, which is due to the contradictions between the criteria for the efficiency of the movement of the working body in relative and figurative movements.

Известно устройство для перемешивания (патент РФ 2369430 В01F 7/16, В28С 5/16 от 2009 г.), в основу которого положены четыре двухвершинных подвижных звена, образующие пространственную стационарную кинематическую цепь.A mixing device is known (RF patent 2369430 B01F 7/16, B28C 5/16 from 2009), which is based on four two-vertex moving links that form a spatial stationary kinematic chain.

Звенья устройства установлены в следующем порядке: стойка-кривошип-шатун-камень-кулиса-стойка и соединены кинематическими парами, из которых вращательные пары кривошип - стойка, кривошип - шатун параллельны и перпендикулярны оси третьей вращательной пары камень-шатун, которая в свою очередь перпендикулярна оси кулисы.The links of the device are installed in the following order: rack-crank-rod-rocket-link-rack and are connected by kinematic pairs, of which rotational pairs of crank-rack, crank-rod are parallel and perpendicular to the axis of the third rotational pair of rock-rod, which in turn is perpendicular backstage axles.

Ось винтовой пары «кулиса - камень» параллельна продольной оси кулисы, в верхней части которой установлена сферическая трехподвижная кинематическая пара кулиса-стойка, смещенная в пространстве относительно пары кривошип-стойка. В частных положениях звеньев оси вращения кулисы и шатуна могут быть перпендикулярны.The axis of the screw pair "link - stone" is parallel to the longitudinal axis of the link, in the upper part of which there is a spherical three-movable kinematic pair of link-stand, displaced in space relative to the crank-stand pair. In private positions of the links, the axis of rotation of the wings and the connecting rod can be perpendicular.

Это устройство для перемешивания работает следующим образом.This device for mixing works as follows.

Вращение кривошипа относительно стойки инициирует переносное вращение шатуна вокруг оси кривошипа и относительное неполное (колебательное) его вращение вокруг собственной оси. Поскольку сферическая кинематическая пара смещена в пространстве относительно пары «кривошип-стойка», движение шатуна преобразуется в движение камня вдоль кулисы, вследствие чего рабочий орган, прикрепленный к нижней части кулисы, приобретает вращательные движения вокруг трех осей.The rotation of the crank relative to the rack initiates the portable rotation of the connecting rod around the axis of the crank and its relative incomplete (oscillatory) rotation around its own axis. Since the spherical kinematic pair is displaced in space relative to the “crank-rack” pair, the movement of the connecting rod is converted into the movement of a stone along the wings, as a result of which the working body attached to the lower part of the wings acquires rotational movements around three axes.

В момент смены направления движения камня вдоль кулисы угловые скорости вращения кулисы вокруг своей оси и относительно оси ОХ меняют знак, генерируется гидродинамический удар в перемешиваемых веществах, увеличивается турбулентность потоков смешиваемых веществ, что благоприятно сказывается на качестве выходного продукта.At the moment of changing the direction of stone movement along the stage, the angular velocity of rotation of the stage around its axis and relative to the OX axis change sign, a hydrodynamic shock is generated in the mixed substances, the turbulence of the flows of the mixed substances increases, which favorably affects the quality of the output product.

Однако наличие в механизме сферической кинематической пары накладывает общее ограничение к точности изготовления и монтажа механизма. Кроме того, вершина кулисы механизма, к консоли которой прикреплен рабочий орган, связана со стойкой, а значит, рабочий орган не имеет относительного движения, а только пространственные, переносные перемещения, представленные его вращением вокруг собственной оси, проходящей через сферическую пару, и вокруг других осей, проходящих через центр указанной пары. Такие кинематические возможности не позволяют найти резервы увеличения производительности и качества выходного продукта.However, the presence of a spherical kinematic pair in the mechanism imposes a general limitation on the accuracy of the manufacture and installation of the mechanism. In addition, the top of the backstage of the mechanism, to the console of which the working element is attached, is connected with the rack, which means that the working element does not have relative movement, but only spatial, portable movements, represented by its rotation around its own axis passing through a spherical pair, and around others. axes passing through the center of the specified pair. Such kinematic possibilities do not allow finding reserves for increasing the productivity and quality of the output product.

Прототипом предлагаемого изобретения выбран комбинированный, стационарный, винто-зубчато-рычажный механизм (патент RU 2788075 от 16.01.23).The prototype of the proposed invention is a combined, stationary, screw-tooth-lever mechanism (patent RU 2788075 dated 16.01.23).

В основу структурного строения указанного механизма положена замкнутая пространственная стационарная (с двумя присоединениями к стойке) винто-зубчато-рычажная кинематическая цепь звеньев, установленных последовательно: стойка, кривошип, шатун, гайка, винт-сателлит, водило, центральное зубчатое колесо, и вращательных кинематических пар с параллельными осями: кривошип-стойка, кривошип-шатун и при этом, перпендикулярными оси вращательной пары гайка-шатун, которая в свою очередь перпендикулярна осям винтовой пары гайка-винт и вращательной пары винт-водило и при этом имеет ортогональное скрещивание с осью вращения пары водило-центральное зубчатое колесо.The structural structure of this mechanism is based on a closed spatial stationary (with two connections to the rack) screw-gear-lever kinematic chain of links installed in series: rack, crank, connecting rod, nut, satellite screw, carrier, central gear, and rotary kinematic pairs with parallel axes: crank-rack, crank-rod and, at the same time, perpendicular to the axis of the rotational pair of nut-rod, which in turn is perpendicular to the axes of the screw pair nut-screw and the rotational pair screw-carrier and at the same time has orthogonal crossing with the axis of rotation a pair of carrier-central gear.

Двухподвижная пара зубчатого зацепления в механизме образованна сателлитом и центральным зубчатым колесом. Двухподвижная сферическая кинематическая пара с пальцем (второе присоединение механизма к стойке) образованна центральным зубчатым колесом и стойкой. Геометрия её траекторного паза исключает относительное вращение центрального зубчатого колеса вокруг своей оси симметрии, которая параллельна оси винта, и допускает вращения вокруг осей перпендикулярных оси пары винт-гайка.A two-moving pair of gearing in the mechanism is formed by a satellite and a central gear. A two-moving spherical kinematic pair with a pin (the second connection of the mechanism to the rack) is formed by a central gear and a rack. The geometry of its trajectory slot excludes the relative rotation of the central gear around its axis of symmetry, which is parallel to the axis of the screw, and allows rotation around the axes perpendicular to the axis of the screw-nut pair.

В частных положениях звеньев оси вращения винта-сателлита и шатуна могут быть не перпендикулярны, аналогично тому, как выполнено взаимное положение соответствующих звеньев в патенте РФ №2369430.In particular positions of the links, the axes of rotation of the satellite screw and the connecting rod may not be perpendicular, similar to how the mutual position of the corresponding links is made in the patent of the Russian Federation No. 2369430.

Отметим, что в основу структурной схемы прототипа положен классический кулисный механизм, у которого при вращении кривошипа, камень скользит по кулисе, в прототипе это гайка и винт, соответственно.Note that the structural diagram of the prototype is based on a classic rocker mechanism, in which, when the crank rotates, the stone slides along the rocker, in the prototype it is a nut and a screw, respectively.

Прототип, устройство для перемешивания, работает следующим образом: перманентное вращение кривошипа вокруг опоры в вертикальной плоскости YOX передается через шатун гайке. Далее, поскольку винт и гайка образуют винтовую кинематическую пару, то при поступательном движении гайки вдоль винта, винт получает вращение вокруг своей продольной оси. Положение продольной оси винта в пространстве изменяется, так как сателлит, в свою очередь, присоединенный к верхней консоли винта образует зубчатое зацепление с центральным зубчатым колесом, которое в прототипе не подвижно относительно своей оси.The prototype, a mixing device, works as follows: the permanent rotation of the crank around the support in the vertical plane YOX is transmitted through the connecting rod to the nut. Further, since the screw and nut form a helical kinematic pair, when the nut moves along the screw, the screw receives rotation around its longitudinal axis. The position of the longitudinal axis of the screw in space changes, since the satellite, in turn, attached to the upper console of the screw forms a gear engagement with the central gear, which in the prototype is not movable relative to its axis.

Структурная схема звеньев, в которой сателлит имеет постоянное внешнее зубчатое зацепление с центральным зубчатым колесом (солнечное колесо), внутреннее с корончатым, водило и вращательные пары с параллельными осями, известна как планетарный механизм Джеймса.The structural diagram of the links, in which the satellite has a constant external gearing with a central gear (sun wheel), an internal one with a crowned, carrier and rotational pairs with parallel axes, is known as the James planetary gear.

Отметим, что в прототипе, необходимость устанавливать корончатое колесо отпадает, а также то, что центральное зубчатое колесо, не имея относительного вращения, совершает переносное движение представленное совокупностью перемещений вдоль траекторного паза сферической пары и вокруг её пальца. Так при вращении сателлита, ввиду наличия водила, необходимых и введенных в устройство кинематических пар, на нем реализуется круговое переносное движение вокруг центральной оси, проходящей через сферическую с пальцем пару, удерживающую опорное зубчатое колесо и являющуюся вторым присоединением механизма к опоре.Note that in the prototype, there is no need to install a crown wheel, and also that the central gear, having no relative rotation, performs a portable movement represented by a set of movements along the trajectory groove of the spherical pair and around its pin. So, when the satellite rotates, due to the presence of the carrier, the necessary kinematic pairs introduced into the device, a circular portable movement around the central axis is realized on it, passing through a pair spherical with a pin, holding the support gear and being the second attachment of the mechanism to the support.

У группы таких звеньев как: винт, сателлит, центральное зубчатое колесо и водило, существует местная, локальная подвижность относительно сферической пары с пальцем и вращательными парами кривошип-шатун и шатун-гайка.A group of such links as: a screw, a satellite, a central gear and a planet carrier, have local, local mobility relative to a spherical pair with a pin and rotational pairs of crank-rod and connecting rod-nut.

При чередовании направления движения гайки по винту, с опускания на подъем, и наоборот, на винте-сателлите возникают реверсы в относительном движении. В крайних положениях винта, когда кривошип выстраивается перпендикулярно винту, происходит реверсы в переносном его движении. When alternating the direction of movement of the nut along the screw, from lowering to lifting, and vice versa, reverses in relative motion occur on the satellite screw. In the extreme positions of the screw, when the crank is lined up perpendicular to the screw, there is a reverse in its portable movement.

Таким образом, при вращении ведущего звена - кривошипа, рабочий орган механизма, присоединенный к нижней консоли винта, совершает сложное пространственное перемещение с переменными угловыми и линейными скоростями вокруг и вдоль трех координатных осей. Непрерывно меняются глубины погружения в среду и углы наклона рабочих поверхностей рабочего органа.Thus, during the rotation of the leading link - the crank, the working body of the mechanism, attached to the lower console of the screw, performs a complex spatial movement with variable angular and linear velocities around and along three coordinate axes. The depths of immersion in the medium and the angles of inclination of the working surfaces of the working body are constantly changing.

Однако повысить качество перемешивания, производительность при сокращении времени рабочего цикла реализацией примененных в прототипе конструктивных решений, возникающей картине распределения усилий в кинематических парах при передачи движения, не рациональным выбором ведущего звена, наличию местной подвижности, проблематично.However, it is problematic to improve the quality of mixing, productivity while reducing the time of the working cycle by implementing the design solutions used in the prototype, the emerging picture of the distribution of forces in kinematic pairs during the transmission of motion, the irrational choice of the leading link, the presence of local mobility, is problematic.

Технический результат состоит в создании устройства, конструктивные особенности которого позволят исключить приведенные выше недостатки и увеличить качество перемешивания, производительность при сокращении времени рабочего цикла.The technical result is to create a device, the design features of which will eliminate the above disadvantages and increase the quality of mixing, productivity while reducing the cycle time.

Сущность предложенного изобретения состоит в рациональной комбинации и компоновке различных видов звеньев, а именно, пяти рычажных звеньев и двух зубчатых колес, соединенных низшими, за исключением одного зубчатого зацепления, кинематическими парами, позволяющими реализовать сложные, кинематически насыщенные, неповторяющиеся пространственные перемещения рабочего органа в перемешиваемой среде, что увеличивает качество перемешивания, производительность при сокращении времени рабочего цикла.The essence of the proposed invention lies in the rational combination and layout of various types of links, namely, five lever links and two gears connected by lower, with the exception of one gear, kinematic pairs, which make it possible to implement complex, kinematically saturated, non-repetitive spatial movements of the working body in a stirred environment, which increases the quality of mixing, productivity while reducing the cycle time.

Поставленная задача достигается тем, что в замкнутую пространственную стационарную, с двумя присоединениями к стойке, структурную цепь звеньев предлагаемого устройства (чертеж 1), состоящую из стойки 1, гайки 2, винта 3, сателлита 4, водилы 6, рабочего органа 7 и винтовой кинематической пары винт-гайка 8 введены: корончатое зубчатое колесо 5, вал 9, коромысло 10 которое образует две ортогональные друг другу вращательные пары 11 и 12, где 11 является первой опорой механизма, а 12 предназначена для присоединения коромысла 10 к гайке 2 и располагается перпендикулярно оси пары винт-гайка 8, верхняя часть винта образует сферическую пару с пальцем 13 с валом 9, где траекторный паз пальца 14 размещен в плоскости вал-винт, вал 9 присоединен эксцентрично к сателлиту 4 и образует с ним вращательную пару 15 с осью параллельной осям водила 6 и пересекающейся с осью винта 3, сателлит 4 входит в зацепление 16 с корончатым зубчатым колесом 5 и образует вращательную пару 17 с водилом 6, которое закреплено на стойке вращательной парой 18 с осью параллельной осям соединений вал-стеллит 15, водило-сателлит 17 и является вторым присоединением механизма к стойке 1.The task is achieved by the fact that in a closed spatial stationary, with two connections to the rack, a structural chain of links of the proposed device (drawing 1), consisting of a rack 1, a nut 2, a screw 3, a satellite 4, a carrier 6, a working body 7 and a screw kinematic screw-nut pairs 8 are introduced: a crown gear 5, a shaft 9, a rocker arm 10 which forms two rotational pairs 11 and 12 orthogonal to each other, where 11 is the first support of the mechanism, and 12 is designed to attach the rocker arm 10 to the nut 2 and is located perpendicular to the axis screw-nut pairs 8, the upper part of the screw forms a spherical pair with a pin 13 with a shaft 9, where the trajectory groove of the pin 14 is located in the shaft-screw plane, the shaft 9 is attached eccentrically to the satellite 4 and forms with it a rotational pair 15 with an axis parallel to the carrier axes 6 and intersecting with the axis of the screw 3, the satellite 4 engages 16 with the crown gear 5 and forms a rotational pair 17 with the carrier 6, which is fixed on the rack by a rotational pair 18 with an axis parallel to the axes of the connections shaft-stellite 15, carrier-satellite 17 and is the second connection of the mechanism to the column 1.

К существенными признаками предлагаемого устройства следует отнести: многовариантность пространственного взаимного положения звеньев механизма (чертеж 1), таких как: не параллельность продольных осей вала 9 и коромысла 10; их не ортогональность оси винта 3; геометрию траекторного паза 14 сферической пары вал-винт 13, которая придает свободу вращению винта 3 вокруг своей продольной оси и вращению вокруг поперечной оси, которая перпендикулярна плоскости проходящей через продольные оси винта 3 и вала 9.The essential features of the proposed device should include: multivariate spatial relative position of the links of the mechanism (drawing 1), such as: non-parallelism of the longitudinal axes of the shaft 9 and rocker arm 10; their non-orthogonality to the screw axis 3; the geometry of the trajectory groove 14 of the spherical pair shaft-screw 13, which gives freedom to the rotation of the screw 3 around its longitudinal axis and rotation around the transverse axis, which is perpendicular to the plane passing through the longitudinal axes of the screw 3 and shaft 9.

Указанные перемещения винта 3 обусловлены такими предлагаемыми конструктивными решениями как, размещение сферической с пальцем пары 13, образованной валом 9 и винтом 3. Вал 9 примыкает к сателлиту 4 со смещением, т.е. имеет эксцентриситет e равный расстоянию между осями вращательных пар: вал-сателлит 15 и водило-сателлит 17.These movements of the screw 3 are due to such proposed design solutions as the placement of a pair 13 spherical with a pin, formed by the shaft 9 and the screw 3. The shaft 9 is adjacent to the satellite 4 with an offset, i.e. has an eccentricity e equal to the distance between the axes of the rotational pairs: satellite shaft 15 and carrier-satellite 17.

Согласно размещению вала 9 на сателлите 4, он, а, следовательно, и сферическая пара с пальцем 13 движется по укороченной гипоциклоиде т.к. размер эксцентриситета меньше радиуса делительной окружности сателлита 4 (е<r ₄). Отметим, что в предложенном перемешивающем механизме возможно гипоциклоиду движения сферической пары с пальцем 13 выполнить и удлиненной (е>r ₄), если кинематическую пару вал-сателлит 15 вынести на полке, приваренной к торцу сателлита 4.According to the placement of the shaft 9 on the satellite 4, it, and, consequently, the spherical pair with the pin 13 moves along a shortened hypocycloid, since the size of the eccentricity is less than the radius of the dividing circle of the satellite 4 ( e < r ₄ ). It should be noted that in the proposed mixing mechanism, it is possible to make the hypocycloid of the movement of a spherical pair with pin 13 also elongated ( e>r ₄ ), if the kinematic pair of shaft-satellite 15 is taken out on a shelf welded to the end face of satellite 4.

Траекторию движения сферической пары 13 можно реализовать как укороченной, удлиненной или же обыкновенной эпициклоидой. Для этого необходимо скорректировать строение зубчатой части механизма. А именно, взамен корончатого зубчатого колеса 5 установить на центральной оси зубчатой передачи неподвижное колесо, которое будет образовывать внешнее зубчатое зацепление с сателлитом 4.The trajectory of movement of the spherical pair 13 can be implemented as a shortened, elongated or ordinary epicycloid. To do this, it is necessary to adjust the structure of the gear part of the mechanism. Namely, instead of the crown gear 5, install a fixed wheel on the central axis of the gear train, which will form an external gearing with the satellite 4.

Фиксированный размер между креплениями механизма к стойке 11, 18 и протяженность вала 9 позволит при раскручивании водилом 6 сателлита 4 непрерывно менять углы размещения винта 3 в плоскости вал-винт, глубину его проникновения в рабочую среду, а также, что крайне важно, его угловую скорость вращения вокруг продольной оси винта 3 и двух поперечных осей.The fixed size between the fastenings of the mechanism to the rack 11, 18 and the length of the shaft 9 will allow, when the carrier 6 unwinds the satellite 4, to continuously change the angles of the screw 3 in the shaft-screw plane, the depth of its penetration into the working environment, and also, which is extremely important, its angular velocity rotation around the longitudinal axis of the screw 3 and two transverse axes.

Перемещение винта 3 в гайке 2 обусловлено движением ведущего звена механизма - водилы 6, переносным перемещением сателлита 4 вокруг центральной оси 18 интегрированного в перемешивающее устройство модифицированного механизма Джеймса без солнечного колеса (исключено за ненадобностью) и его относительным движением, вокруг движущейся оси вращательной пары водило-сателлит 17, генерирует кинематически сложное пространственное перемещение винта 3, которые можно условно разнести по трем подвижным осям: относительные вращения вокруг первой поперечной оси, второй и вращение вокруг продольной оси винта. Свободу движения вокруг первой поперечной оси обеспечивает, в том числе, вращательная пара гайка-коромысло 12. Свободу вращения вокруг второй поперечной оси дополняет вращательная пара коромысло-стойка 11.The movement of the screw 3 in the nut 2 is due to the movement of the leading link of the mechanism - carrier 6, the portable movement of the satellite 4 around the central axis 18 of the modified James mechanism integrated into the mixing device without a sun wheel (excluded as unnecessary) and its relative movement around the moving axis of the rotational pair of the carrier satellite 17 generates a kinematically complex spatial movement of the screw 3, which can be conditionally spaced along three movable axes: relative rotation around the first transverse axis, the second and rotation around the longitudinal axis of the screw. Freedom of movement around the first transverse axis is provided, among other things, by a rotational pair of nut-rocker arm 12. Freedom of rotation around the second transverse axis is supplemented by a rotational pair of rocker arm-stand 11.

Вращение винта 3 со знакопеременными двумя относительными движениями, проходящими вокруг поперечных осей винта 3 и относительного вращения вокруг продольной оси винта 3 с угловыми скоростями с многочисленными, не совпадающими по времени и положениям возникающих реверсов рабочего органа 7 присоединенного к нижней консоли винта 3 в перемешиваемой среде, является уникальным преимуществом предлагаемого механизма с точки зрения рассеивания механической энергии в рабочей среде. В результате чего будет значительно увеличено качество перемешивания, производительность при сокращении времени рабочего цикла.Rotation of the screw 3 with alternating two relative movements passing around the transverse axes of the screw 3 and relative rotation around the longitudinal axis of the screw 3 with angular velocities with numerous, not coinciding in time and positions of the resulting reverses of the working body 7 attached to the lower console of the screw 3 in a stirred medium, is a unique advantage of the proposed mechanism in terms of mechanical energy dissipation in the working environment. As a result, the quality of mixing, productivity will be significantly increased while reducing the cycle time.

Число реверсов в плоскости перпендикулярной второй поперечной оси винта определяется числом арок приходящихся на оборот водила k=(r ₅ -(r ₄ -е))/е, где е - эксцентриситет, равный расстоянию между вращательными парами 15 и 17, r ₄ - радиус сателлита, r ₅ - радиус корончатого зубчатого колеса 5. В перемещающейся плоскости вал-винт число реверсов рабочего органа равно 2. Они возникают в положениях звеньев механизма, которым соответствует смена направления движения сферической пары 13, например, в сторону к винт-гайке 8, и наоборот.The number of reverses in the plane perpendicular to the second transverse axis of the screw is determined by the number of arches per revolution of the carrier k=(r ₅ -(r ₄ -e))/e , where e is the eccentricity equal to the distance between rotational pairs 15 and 17, r ₄ is the radius satellite, r ₅ - the radius of the crown gear 5. In the moving shaft-screw plane, the number of reverses of the working body is 2. They occur in the positions of the mechanism links, which correspond to a change in the direction of movement of the spherical pair 13, for example, towards the screw-nut 8, and vice versa.

Если k не сократимая дробь, то значение r ₅ -(r ₄ -е) определяет количество каспов - точек касания вращающегося сателлита с корончатым зубчатым колесом необходимое для возврата его в начальное положение. В таком случае, траектория движения рабочего органа, полученная на первом обороте, водила, не совпадает с его траекторией на втором, и т.д. пока число каспов не будет равно r ₅ -(r ₄ -е), что удивительным образом благоприятствует равномерности распределения энергии по объему смешиваемых продуктов.If k is not a reduced fraction, then the value of r ₅ -(r ₄ -e) determines the number of cusps - points of contact of the rotating satellite with the crown gear necessary to return it to its initial position. In this case, the trajectory of the movement of the working body obtained on the first turn, the carrier, does not coincide with its trajectory on the second, and so on. until the number of cusps is equal to r ₅ -(r ₄ -e) , which surprisingly favors the uniformity of energy distribution over the volume of mixed products.

В итоге рабочий орган 7 перемещается в пространстве имея переменный тангаж и рысканье тем самым многократно за цикл изменяется глубины его погружения в перемешиваемую среду рабочего органа, а значит увеличивается потоки воздействия рабочего органа на перемешиваемую среду вследствие чего повышается качество перемешивания и производительность, сокращает время технологического процесса.As a result, the working body 7 moves in space with a variable pitch and yaw, thereby changing the depth of its immersion into the mixed medium of the working body many times per cycle, which means that the impact of the working body on the mixed medium increases, as a result of which the quality of mixing and productivity increases, and the time of the technological process is reduced. .

В устройстве условия перемешивания выполняются при вращении ведущего водила 6 на угол ϕ₆>2π, в пределах которого принужденное циклическое изменение рабочего размера винта 3, обусловленное конструкцией устройства, инициирует поочередное достижение критериями эффективности движения рациональных величин в относительных перемещениях.In the device, the mixing conditions are met when the driving carrier 6 rotates through an angle ϕ ₆ >2π, within which the forced cyclic change in the working size of the screw 3, due to the design of the device, initiates the successive achievement of rational values by the movement efficiency criteria in relative displacements.

Поскольку в положениях смены направления движения гайки 2 угловые скорости вращения винта 3 вокруг своей продольной оси и вокруг двух поперечных осей неоднократно меняют знак, создаются гидродинамические удары в перемешиваемой среде и, следовательно, увеличивается турбулентность их потоков, что благоприятно сказывается как на качестве, так и времени достижения удовлетворительного результата.Since in the positions of changing the direction of movement of the nut 2, the angular speeds of rotation of the screw 3 around its longitudinal axis and around two transverse axes repeatedly change sign, hydrodynamic shocks are created in the mixed medium and, consequently, the turbulence of their flows increases, which favorably affects both the quality and time to achieve a satisfactory result.

Кроме того, функция угловой скорости вращения винта 3 вокруг продольной оси достигает экстремумов в положениях, когда эксцентриситет, отрезок измеряемый от 15 к 17, поворачиваясь скрещивается с винтом 3 под углом 90°. Тем самым, создаются интенсивные потоки перемешиваемых веществ, направленные в отдаленные, угловые, периферийные области дежи (емкости для перемешивания).In addition, the function of the angular velocity of rotation of the screw 3 around the longitudinal axis reaches extremes in the positions when the eccentricity, the segment measured from 15 to 17, rotates and crosses with the screw 3 at an angle of 90°. Thus, intensive flows of mixed substances are created, directed to remote, angular, peripheral areas of the bowl (mixing container).

Рабочий орган механизма реализует размывающее действие на осадок тяжелых фракций смешиваемых веществ, скапливающихся вследствие действия гравитационных сил, у дна реактора, и значит, увеличивается производительность устройства для перемешивания и качество выходного продукта.The working body of the mechanism realizes the eroding effect on the sediment of the heavy fractions of mixed substances that accumulate due to the action of gravitational forces at the bottom of the reactor, which means that the productivity of the mixing device and the quality of the output product increase.

Выполнение перечисленных выше структурных условий синтеза механизма обуславливает создание неравномерных пространственных сдвиговых деформаций обрабатываемого материала, а именно: придание винту 3 пространственных относительных движений, что улучшит качество перемешивания и производительность, сократит время рабочего цикла.The fulfillment of the above structural conditions for the synthesis of the mechanism causes the creation of uneven spatial shear deformations of the processed material, namely: giving the screw 3 spatial relative movements, which will improve the quality of mixing and productivity, and reduce the time of the working cycle.

Сокращаются застойные зоны, исключаются такие негативные факты при перемешивании как воронкообразование и разбрызгивание. Следует отметить, что уменьшение числа подвижных звеньев (подвижных масс) по сравнению с прототипом и рациональный выбор ведущего звена снижает величину затрачиваемой работы непосредственно на функционирование устройства, что благоприятно сказывается на величине КПД, надежности, затрачиваемом времени на обслуживание и ремонт.Stagnant zones are reduced, such negative facts are excluded during mixing as funneling and splashing. It should be noted that the reduction in the number of moving links (moving masses) in comparison with the prototype and the rational choice of the leading link reduces the amount of work expended directly on the operation of the device, which favorably affects the efficiency, reliability, time spent on maintenance and repair.

Переменная глубина погружения и расположение (ориентация) рабочего органа 7 в смешиваемых веществах исключает радиально-осевое перемешивание (насосное действие мешалки), которое обуславливает образование воронки вследствие действия гравитационных сил. Известно, что образующаяся воронка вызывает падение мощности перемешивания, возникновение дополнительных динамических нагрузок ввиду нарушения сплошности среды, вызванной подсосом воздуха через поверхность центральной воронки. В случае достижении глубины воронки рабочего органа, он будет испытывать удары о жидкость, что отрицательно отразится на продолжительности, как технологического цикла перемешивания, так и на рабочем ресурсе всего механизма.Variable immersion depth and location (orientation) of the working body 7 in the mixed substances eliminates the radial-axial mixing (pumping action of the stirrer), which causes the formation of a funnel due to the action of gravitational forces. It is known that the formed funnel causes a drop in the mixing power, the occurrence of additional dynamic loads due to the discontinuity of the medium caused by air suction through the surface of the central funnel. In case of reaching the depth of the funnel of the working body, it will experience impacts on the liquid, which will negatively affect the duration of both the mixing process cycle and the working life of the entire mechanism.

При синтезе кинематической схемы устройства для перемешивания следует учесть ряд параметрических требований взаимоувязывающих между собой радиусы корончатого колеса 5 - r ₅, сателлита 4 - r ₄, эксцентриситета - e, линейных размеров вала l ₉ и винта l ₃, межопорного расстояния l ₁, а также конструктивные требования предъявляемых к синтезу винтовой пары винт-гайка 8, условия ограничения подвижности механизма до равной 1.When synthesizing the kinematic diagram of a mixing device, one should take into account a number of parametric requirements that interconnect the radii of the crown wheel 5 - r ₅ , satellite 4 - r ₄ , eccentricity - e , linear dimensions of the shaft l ₉ and screw l ₃ , intersupport distance l ₁ , and also design requirements for the synthesis of a screw pair screw-nut 8, the conditions for limiting the mobility of the mechanism to equal to 1.

Claims

A mixing device, which is a closed spatial stationary, with two connections to the rack, a screw-toothed-lever kinematic chain of links, which includes: a rack, a nut, a screw, to the lower part of which a working body, a satellite, a carrier, and also helical kinematic pair screw-nut, characterized in that it includes: a crown gear, a shaft and a rocker arm, which forms two rotational pairs orthogonal to each other: one of which is the first support of the mechanism, and the second is designed to be attached to the nut and is located perpendicularly axis of the screw-nut pair, the upper part of the screw forms a spherical pair with a pin with a shaft, where the trajectory groove of the pin is located in the shaft-screw plane, the shaft is attached eccentrically to the satellite and forms a rotational pair with it with an axis parallel to the carrier axes and intersecting with the axis of the screw, the satellite engages with the crown gear and forms a rotational pair with the carrier, which is fixed on the rack by a rotational pair with an axis parallel to the axes of the carrier-satellite, shaft-stellite connections and is the second attachment of the mechanism to the rack.