Результат интеллектуальной деятельности: ВИБРАЦИОННЫЙ СМЕСИТЕЛЬ

Изобретение относится к устройствам для перемешивания бетонной смеси и может быть использовано в промышленности строительных материалов, в строительстве и других областях строительной индустрии для производства многокомпонентных смесей.

В настоящее время одним из актуальных аспектов развития строительной индустрии является монолитное строительство, немаловажная роль в котором отводится приготовлению бетонных смесей на первоначальном этапе производства. Анализ различных источников позволяет обнаружить многообразие существующих промышленных бетоносмесительных машин, реализованных на основе механической обработки с целью получения качественных бетонных смесей, т.е. получения их максимально-однородными по составу. Последнее в особенности позволяет выделить проверенный временем и множеством научных трудов способ вибрационной обработки бетонных смесей как в отдельно взятом случае, так и в совокупности с обычной механической активацией.

Из уровня техники известны различные устройства, реализованные на данной основе.

Например, известен роторно-вибрационный смеситель с кольцевым магнитострикционным преобразователем (Патент RU 2318586 С2, 10.03.2008, B01F 11/00), содержащий камеру смешивания, ротор с приводом вращения, выполненный с лопастями, вибратор, отличающийся тем, что вибратор выполнен в виде излучающей высокочастотные колебания трубы с диском и жестко закреплен в середине камеры смешивания.

Основным недостатком данного смесителя является неэффективная вибрационная проработка смеси или ее полное отсутствие в верхних угловых («глухих») зонах камеры смешивания.

Также известен роторный смеситель с механическим вибровозбудителем (Патент RU 2297274 C1, 20.04.2007, B01F 11/00), содержащий камеру смешивания, ротор с приводом вращения, выполненный с лопастями, вибратор, выполненный в виде тарельчатых пружин с резиновыми амортизаторами и жестко закрепленный в середине камеры смешивания. Вибратор имеет кривошипно-шатунный механизм, с помощью которого тарельчатые пружины возбуждают колебания частиц в горизонтальном направлении. В смесителе имеется возможность регулировать интенсивность вибрации посредством изменения частоты вращения привода кривошипно-шатунного механизма. К основным недостаткам данного смесителя следует отнести значительные энергозатраты на деформирование тарельчатых пружин, высокий процент износа резиновых амортизаторов, а также недостаточно эффективное тиксотропное разрушение (разжижение) структуры материала вследствие возбуждения в бетонной смеси колебаний строго горизонтальной направленности.

Из уровня техники известен также роторный смеситель с электромеханическим вибровозбудителем (Патент RU 2292943 C1, 10.02.2007, B01F 11/00), содержащий камеру смешивания, ротор с приводом вращения, выполненный с лопастями, вибратор, выполненный в виде сильфона с диском, жестко закреплен в середине камеры смешивания. Вибратор имеет электромагнит, с помощью которого сильфон возбуждает колебания частиц в горизонтальном направлении. В смесителе имеется возможность регулировать интенсивность вибрации посредством изменения частоты переменного тока, подаваемого на обмотку электромагнита.

К недостаткам данного устройства можно отнести неэффективную вибрационную проработку смеси или ее полное отсутствие в верхних угловых («глухих») зонах камеры смешивания вследствие выполнения геометрии сильфонов строго цилиндрической формы, а также неоднородные амплитудные значения перемещений, убывающих от места силового воздействия к месту закрепления сильфона, на каждом отдельно взятом участке сильфона, вследствие чего колебания от места силового воздействия к месту закрепления сильфона будут иметь затухающий характер, что приводит к снижению эффективности вибрационных воздействий на бетонную смесь в нижней части камеры смешивания.

Наиболее близкими аналогами являются вибрационные смесители (Патент RU 2494795 C1, 10.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2494796 C1, 10.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2494797 C1, 10.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2494798 C1, 10.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2494799 C1, 10.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2494800 C1, 10.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2494801 C1, 10.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2494802 C1, 10.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2494803 C1, 10.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2494804 C1, 10.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2494805 C1, 10.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2494862 C1, 10.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2495710 C1, 20.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2496562 C1, 27.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2496563 C1, 27.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2496564 C2, 27.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2496565 C2, 27.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2496566 C2, 27.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2496567 C1, 27.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2496568 C1, 27.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2496569 C1, 27.10.2013, B01F 11/00; Патент RU 2497665 C1, 10.11.2013, B28C 5/16, B01F 11/00; Патент RU 2497666 C1, 10.11.2013, B28C 5/16, B01F 11/00; Патент RU 2497667 C2, 10.11.2013, B28C 5/16, B01F 11/00), содержащие камеру смешивания с окнами загрузки и выгрузки материалов и ротор с лопастями. В нижней или в нижней и верхней частях камер смешивания по центру жестко закреплены один или два вибратора, выполненные в корпусах, с возбуждением вибрационных полей посредством нижнего или нижнего и верхнего кривошипно-шатунных механизмов. При этом корпуса вибраторов выполнены в виде металлических гофрированных оболочек с различной геометрией тел вращения.

Однако основным недостатком конструкций смесителей является отсутствие обеспечения совокупностью существенных признаков данных устройств нового свойства, заключающегося в создании вибрационного поля или вибрационных полей, соответствующего или соответствующих в отдельности по форме гофрированному контуру трехмерного тела вращения, образующего в сечении вертикальной плоскости по точкам вершин гофр усеченный ромб.

Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств и обеспечении достижения новых свойств заявляемыми объектами. То есть обеспечивается реализация возможности создания по всему объему камеры смесителя на смешиваемые компоненты бетонной смеси трех различных по частоте вибрационных полей, два из которых соответствуют в совокупности, а третье - в отдельности, по форме гофрированному контуру трехмерного тела вращения, образующего в сечении вертикальной плоскости по точкам вершин гофр усеченный ромб, с одновременной возможностью создания эффекта наложения данных вибрационных полей в центре камеры смешивания, обеспечением возможности создания совокупного трехчастотного вибрационного поля, соответствующего спирально-винтовой форме с образованием динамизации эффекта наложения данных вибрационных полей, и с одновременным образованием в трехчастотном диапазоне разнонаправленных колебаний, полностью исключающих наличие в камере смешивания «глухих» зон, дополнительных вибрационных воздействий на смешиваемые компоненты, однородного амплитудного распределения каждого вибрационного поля в камере смешивания и качественной интенсификацией процесса перемешивания этих компонентов в целом.

Технический результат достигается тем, что вибрационный смеситель, содержащий камеру смешивания с окнами загрузки и выгрузки материалов соответственно, ротор с приводом вращения, выполненный с лопастями. В нижней и верхней частях камеры смешивания по центру жестко закреплены два - нижний и верхний - вибратора, выполненные в гофрированных корпусах, с возбуждением колебаний посредством нижнего, среднего и верхнего кривошипно-шатунных механизмов и с функцией создания эффекта наложения вибрационных полей в центре камеры смешивания от нижнего и верхнего вибраторов соответственно. При этом внутри корпуса нижнего вибратора, выполненного с функцией возбуждения двух одинаковых по амплитуде и различных по частоте вибрационных полей посредством нижнего и среднего кривошипно-шатунных механизмов, по центру в горизонтальной плоскости жестко закреплен диск с цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью вставки и закрепления по внутреннему диаметру пружины, установленной с функцией свободного сжатия/разжатия в стакане, к центру верхней внутренней части которого жестко закреплен шатун с приводом от среднего кривошипно-шатунного механизма, а к центру верхней внешней части - толкатель, жестко закрепленный другим концом к внутренней верхней части корпуса нижнего вибратора и выполненный с функцией возбуждения колебаний от верхней части корпуса нижнего вибратора через шатун посредством среднего кривошипно-шатунного механизма. Причем диск нижнего вибратора, функцией которого является создание равномерного распределения по всему объему камеры смешивания вибрационного поля от верхней к нижней части корпуса нижнего вибратора посредством создания однородных амплитудных значений перемещений каждой точки внешней образующей гофрированного корпуса, выполнен с возможностью возбуждения колебаний центральной части корпуса нижнего вибратора с помощью четырех толкателей, верхней частью симметрично закрепленных к нижней части диска, а нижней частью соединенных в узел подвижного шарнира шатуна нижнего кривошипно-шатунного механизма. При этом внутри корпуса верхнего вибратора по центру в горизонтальной плоскости жестко закреплен диск с направляющей стойкой, функцией которой является создание устойчивого направленного поступательного движения штока от поступательной пары, образованной направляющей стойкой верхней части камеры смешивания, направляющей стойкой привода вращения лопастей и штоком верхнего вибратора, верхнего кривошипно-шатунного механизма, и цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью вставки и закрепления по внутреннему диаметру пружины, установленной с функцией свободного сжатия/разжатия в стакане, к центру внутренней части которого жестко закреплен шток, а к центру внешней части - толкатель, жестко закрепленный другим концом к внутренней части, образующей наименьшую из гофр, корпуса верхнего вибратора и выполненный с функцией возбуждения колебаний от наименьшей из гофр корпуса верхнего вибратора. Причем по внешней цилиндрической части стакана симметрично закреплены четыре выступа, функцией которых является передача возвратно-поступательного движения на диск верхнего вибратора, выполненный с возможностью однородного распределения вибрационного поля от наименьшей из гофр верхнего корпуса к месту закрепления корпуса верхнего вибратора посредством создания однородных амплитудных значений перемещений каждой точки внешней образующей данного корпуса, в момент сжатия пружины до упора в резиновые прокладки, выполненные с функцией смягчения соударения выступов с диском верхнего вибратора. Корпуса вибраторов выполнены в виде металлических гофрированных оболочек, представляющих собой гофрированные тонкостенные тела вращения, образующие в сечении вертикальной плоскости по точкам вершин гофр усеченные ромбы, и выполненных с возможностью создания трех одинаковых по амплитуде и различных по частоте вибрационных полей, два из которых соответствуют в совокупности, а третье - в отдельности, по форме гофрированному контуру данных тел вращения, с разнонаправленными колебаниями. При этом между корпусами нижнего и верхнего вибраторов по диаметрам впадин, образованных наименьшими из гофр металлических гофрированных оболочек нижнего и верхнего корпусов вибраторов, по центру закреплена пружина, функцией которой является создание совокупного трехчастотного вибрационного поля, соответствующего спирально-винтовой форме пружины с образованием динамизации эффекта наложения данных вибрационных полей, и дополнительных вибрационных воздействий на смешиваемые компоненты от верхнего и нижнего корпусов вибраторов соответственно.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 представлена схема вибрационного смесителя; на фиг.2 - увеличенная схема нижнего вибратора вибрационного смесителя; на фиг.3 - увеличенная схема верхнего вибратора вибрационного смесителя; на фиг.4 - увеличенная схема установки пружины, закрепленной между верхним и нижним корпусами вибраторов.

Вибрационный смеситель содержит камеру 1 смешивания с окнами загрузки 2 и выгрузки 3 материалов соответственно, ротор 4 с приводом 5 вращения, выполненный с лопастями 6, 7, 8. В нижней и верхней частях камеры 1 смешивания по центру жестко закреплены два - нижний 9 и верхний 10 - вибратора, выполненные в гофрированных корпусах 11, 12, с возбуждением колебаний посредством нижнего 13, среднего 14 и верхнего 15 кривошипно-шатунных механизмов, и с функцией создания эффекта наложения вибрационных полей в центре камеры смешивания от нижнего 9 и верхнего 10 вибраторов соответственно. При этом внутри корпуса 11 нижнего 9 вибратора, выполненного с функцией возбуждения двух одинаковых по амплитуде и различных по частоте вибрационных полей посредством нижнего 13 и среднего 14 кривошипно-шатунных механизмов, по центру в горизонтальной плоскости жестко закреплен диск 16 с цилиндрическим выступом 17, выполненным с возможностью вставки и закрепления по внутреннему диаметру пружины 18, установленной с функцией свободного сжатия/разжатия в стакане 19, к центру верхней внутренней части которого жестко закреплен шатун 20 с приводом от среднего 14 кривошипно-шатунного механизма, а к центру верхней внешней части - толкатель 21, жестко закрепленный другим концом к внутренней верхней части гофрированного корпуса 11 нижнего 9 вибратора и выполненный с функцией возбуждения колебаний от верхней части корпуса 11 нижнего 9 вибратора через шатун 20 посредством среднего 14 кривошипно-шатунного механизма. Причем диск 16 нижнего 9 вибратора, функцией которого является создание равномерного распределения по всему объему камеры 1 смешивания вибрационного поля от верхней к нижней части корпуса 11 нижнего 9 вибратора посредством создания однородных амплитудных значений перемещений каждой точки внешней образующей корпуса 11, выполнен с возможностью возбуждения колебаний центральной части корпуса 11 нижнего 9 вибратора с помощью четырех толкателей 22, верхней частью симметрично закрепленных к нижней части диска 16, а нижней частью соединенных в узел подвижного шарнира 23 шатуна 24 нижнего 13 кривошипно-шатунного механизма. При этом внутри корпуса 12 верхнего 10 вибратора по центру в горизонтальной плоскости жестко закреплен диск 25 с направляющей стойкой 26, функцией которой является создание устойчивого направленного поступательного движения штока 27 от поступательной пары, образованной направляющей стойкой 28 верхней части камеры 1 смешивания, направляющей стойкой 29 привода 5 вращения лопастей 6, 7, 8 и штоком 27 верхнего 10 вибратора, верхнего 15 кривошипно-шатунного механизма, и цилиндрическим выступом 30, выполненным с возможностью вставки и закрепления по внутреннему диаметру пружины 31, установленной с функцией свободного сжатия/разжатия в стакане 32, к центру внутренней части которого жестко закреплен шток 27, а к центру внешней части - толкатель 33, жестко закрепленный другим концом к внутренней части, образующей наименьшую из гофр, корпуса 12 верхнего 10 вибратора и выполненный с функцией возбуждения колебаний от наименьшей из гофр корпуса 12 верхнего 10 вибратора. Причем по внешней цилиндрической части стакана 32 симметрично закреплены четыре выступа 34, функцией которых является передача возвратно-поступательного движения на диск 25 верхнего 10 вибратора, выполненный с возможностью однородного распределения вибрационного поля от наименьшей из гофр верхнего корпуса 12 к месту закрепления корпуса 12 верхнего 10 вибратора посредством создания однородных амплитудных значений перемещений каждой точки внешней образующей верхнего корпуса 12, в момент сжатия пружины 31 до упора в резиновые прокладки 35, выполненные с функцией смягчения соударения выступов 34 с диском 25 верхнего 10 вибратора. Корпуса 11, 12 вибраторов 9, 10 выполнены в виде металлических гофрированных оболочек, представляющих собой гофрированные тонкостенные тела вращения, образующие в сечении вертикальной плоскости по точкам вершин гофр усеченные ромбы, и выполненных с возможностью создания трех одинаковых по амплитуде и различных по частоте вибрационных полей, два из которых соответствуют в совокупности, а третье - в отдельности, по форме гофрированному контуру данных тел вращения, с разнонаправленными колебаниями. При этом между корпусами 11, 12 нижнего 9 и верхнего 10 вибраторов по диаметрам впадин, образованных наименьшими из гофр металлических гофрированных оболочек нижнего 11 и верхнего 12 корпусов вибраторов 9,10, по центру закреплена пружина 36, функцией которой является создание совокупного трехчастотного вибрационного поля, соответствующего спирально-винтовой форме пружины 36 с образованием динамизации эффекта наложения данных вибрационных полей, и дополнительных вибрационных воздействий на смешиваемые компоненты от верхнего 12 и нижнего 11 корпусов вибраторов 9, 10 соответственно.

Устройство работает следующим образом: вначале составляющие бетонной смеси, состав которой подбирается предварительно, через окно загрузки 2 послойно загружаются в камеру смешивания 1 в следующей последовательности: на дно смесителя укладывается песок, затем цемент, после чего щебень в последнюю очередь равномерно на всю загрузку подается необходимое количество воды. Затем включаются приводы вибраторов 9, 10 и привод 5 вращения ротора 4 с лопастями 6, 7, 8. Привод 5 вращает ротор 4 и лопасти 6, 7, 8, тем самым перемешивая приготавливаемую смесь. Толкатель 21 через стакан 19 пружины 18 и шатун 20 посредством среднего кривошипно-шатунного механизма 14 совершает возвратно-поступательные движения, тем самым возбуждая колебания верхней части корпуса 11 нижнего 9 вибратора. При этом диск 16 нижнего 9 вибратора возбуждает колебания центральной части корпуса 11 с помощью четырех толкателей 22, верхней частью симметрично закрепленных к нижней части диска 16 нижнего 9 вибратора, а нижней частью соединенных в узел подвижного шарнира 23 шатуна 24 нижнего 13 кривошипно-шатунного механизма. Причем толкатель 33 через стакан 32 пружины 31 и шток 27 посредством верхнего 15 кривошипно-шатунного механизма совершает возвратно-поступательные движения, тем самым возбуждая колебания части корпуса 12, образующей наименьшую из гофр металлической гофрированной оболочки верхнего 10 вибратора. При этом в момент сжатия пружины 31 до упора в резиновые прокладки 35 диска 25 верхнего 10 вибратора выступы 34 передают возвратно-поступательное движение на диск 25, который тем самым дополнительно возбуждает колебания средней части корпуса 12 и создает однородное распределение амплитудных значений перемещений каждой точки внешней образующей металлической гофрированной оболочки верхнего 10 вибратора. Причем пружина 36, закрепленная по диаметрам впадин, образованных наименьшими из гофр металлических гофрированных оболочек нижнего 11 и верхнего 12 корпусов вибраторов 9, 10, и установленная между корпусами 11, 12 нижнего 9 и верхнего 10 вибраторов, совершает дополнительные вибрационные воздействия на смешиваемые компоненты от верхнего 12 и нижнего 11 корпусов вибраторов 9, 10 соответственно. По истечению заданного времени привод 5 ротора 4 и приводы кривошипно-шатунных механизмов 13, 14, 15 отключаются и готовая бетонная смесь через окно 3 корпуса 1 смесителя выгружается.

В целом устройство обеспечивает реализацию возможности создания по всему объему камеры смесителя на смешиваемые компоненты бетонной смеси трех различных по частоте вибрационных полей, два из которых соответствуют в совокупности, а третье - в отдельности, по форме гофрированному контуру трехмерного тела вращения, образующего в сечении вертикальной плоскости по точкам вершин гофр усеченный ромб, с одновременной возможностью создания эффекта наложения данных вибрационных полей в центре камеры смешивания, обеспечением возможности создания совокупного трехчастотного вибрационного поля, соответствующего спирально-винтовой форме с образованием динамизации эффекта наложения данных вибрационных полей, и с одновременным образованием в трехчастотном диапазоне разнонаправленных колебаний, полностью исключающих наличие в камере смешивания «глухих» зон, дополнительных вибрационных воздействий на смешиваемые компоненты, однородного амплитудного распределения каждого вибрационного поля в камере смешивания и качественной интенсификацией процесса перемешивания этих компонентов в целом. Это объясняется тем, что, во-первых, корпуса вибраторов, выполненные в виде металлических гофрированных оболочек, представляющих собой гофрированные тонкостенные тела вращения, образующие в сечении вертикальной плоскости по точкам вершин гофр усеченные ромбы, и выполненных с возможностью создания трех одинаковых по амплитуде и различных по частоте вибрационных полей, два из которых соответствуют в совокупности, а третье - в отдельности, по форме гофрированному контуру данных тел вращения, с разнонаправленными колебаниями, позволяют, с одной стороны, реализовать возможность создания по всему объему камеры смесителя на смешиваемые компоненты бетонной смеси вибрационного воздействия, полностью исключающего наличие в камере смешивания «глухих» зон, а с другой - исключить вибрационное воздействие на приводы вибраторов, максимально реализовать защиту подшипниковых узлов привода вибратора от попадания в них мелких частиц перемешиваемых материалов, а также реализовать возможность полной передачи «полезного» вибрационного воздействия на обрабатываемый материал. Во-вторых, реализация в конструкции смесителя двух вибраторов, между которыми по центру установлена пружина и которые включают в себя дисковые конструкционные элементы средних частей вибраторов и толкатели, выполненные с возможностью возбуждения колебаний корпусов вибраторов от наименьшей из гофр, обеспечивает возможность создания эффекта наложения данных вибрационных полей в центре камеры смешивания с одновременным образованием в трехчастотном диапазоне разнонаправленных колебаний и созданием возможности посредством центральной пружины совокупного трехчастотного вибрационного поля, соответствующего спирально-винтовой форме центральной пружины с образованием динамизации эффекта наложения данных вибрационных полей, и дополнительных вибрационных воздействий на смешиваемые компоненты от верхнего и нижнего корпусов вибраторов соответственно, однородных амплитудных значений перемещений каждой точки внешней образующей металлических гофрированных оболочек, тем самым позволяет осуществить однородное распределение вибрационного поля в камере смешивания, позволяет реализовать качественную интенсификацию процесса перемешивания компонентов смеси при многочастотном вибрировании, заключающемся в одновременном воздействии на бетонную смесь колебаний двух и более частот и позволяющем при наложении друг на друга кривых колебаний увеличивать скорость движения частиц смеси, что, в свою очередь, повышает эффективность вибрации. Многочастотное вибрирование, исходя из того, что каждой величине зерна соответствует собственная частота колебаний, может рассматриваться как средство воздействия на наибольшее количество зерен, т.е. интенсивность многочастотного вибрирования выше, чем интенсивность каждого из составляющих его колебаний, что тем самым позволяет сократить цикл перемешивания бетонных смесей. И, в-третьих, конструкция смесителя позволяет реализовать повышение производительности, снижение затрат энергии на процесс смешивания, повышение подвижности и турбулизации смеси, обусловленных однородным тиксотропным разрушением структуры материала во всем пространстве камеры смешивания, проявляющегося в уменьшении удельного сопротивления движению лопасти в бетонной смеси по сравнению с удельным сопротивлением движению лопасти неразрушенного материала. В связи с этим уменьшается сопротивление перемещению лопастей и потребляемая мощность привода вращения ротора. Вместе с тем достигается эффект виброкипения смеси под действием колебательных процессов корпуса вибратора, большая турбулизация и более интенсивная циркуляция частиц смеси, в результате чего сокращается время смешивания, повышается производительность смесителя.

Заявляемое изобретение проявляет новые свойства, неизвестные в технике. Существенные признаки носят технический характер и идентифицируемы. Совокупность существенных признаков заявленного устройства необходима и достаточна для получения требуемого технического результата. Заявляемая совокупность признаков обеспечивает получение неожиданного, необычного сверхсуммарного технического результата, который превосходит технический результат, получаемый от каждого существенного признака в отдельности применительно к объектам указанного назначения. Заявляемый объект обеспечивает изменение известного уровня техники неочевидными средствами, придает объектам новые положительные свойства, удовлетворяет долговременный спрос и повышает конкурентоспособность объекта патентования. Между существенными признаками заявленного решения и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь. Совокупность существенных признаков заявляемого решения обеспечивает новый необычный принцип действия объектов, который является в максимальной степени эффективным для объектов указанного назначения.