Перемешивающее устройство с прерывистым движением рабочего органа

Изобретение относится к перемешивающим устройствам и может применяться в химической, строительной, пищевой промышленности как устройство, необходимое для интенсификации тепломассообменных процессов, для выравнивания концентраций и температур во всем объеме жидкой среды.

Известно устройство для перемешивания (Патент на полезную модель №RU 152110 U1, кл. B01F 7/16), состоящее из реактора, двигателя, рабочего органа и исполнительного механизма, который установлен на крышке корпуса. Исполнительный механизм состоит из кривошипно-коромыслового механизма, содержащего кривошип, шатун и коромысло. Вал коромысла через муфту соединен с валом, на котором закреплен рабочий орган.

Однако примененный в указанном устройстве кривошипно-коромысловый механизм имеет большие габариты и малый коэффициент использования объема привода.

Известно перемешивающее устройство с внутрицикловым изменением угловой скорости рабочего органа (Торубаров Н.Н., Малышев P.M. Перемешивающие устройства со сложным законом движения мешалок // Известия МГТУ «МАМИ». - 2014. - №2(20). - С. 88-91), содержащее электродвигатель с валом, водило, сателлиты, кривошипы, шатуны, ведомый вал, неподвижное колесо, мешалку, корпус и крышку аппарата, а также загрузочный и выгрузочный штуцеры. Движение от вала электродвигателя передается водилу и сателлитам, которые одновременно вращаются вокруг собственной оси в результате взаимодействия с зубьями неподвижного колеса. При этом кривошипы, жестко закрепленные на сателлитах, описывают гипотрохоиду, которая характеризуется неравномерной скоростью движения кривошипов относительно оси колеса. Шатуны передают неравномерное движение в одном направлении ведомому валу, на котором закреплена мешалка. Таким образом, мешалка получает сложный закон движения с переменной частотой вращения внутри одного цикла работы.

Недостатком такой конструкции является использование в системе привода смесителя рычажных механизмов, которые имеют большие габариты и невысокий коэффициент использования объема привода.

Известен механизм с остановками выходного звена (Prikhodko А.А., Smelyagin A.I., Tsybin A.D. Kinematics of planetary mechanisms with intermittent motion // Procedia Engineering. - 2017. - T. 206. - C. 380-385), который может применяться в качестве привода перемешивающего устройства и является прототипом предлагаемого изобретения, содержащий корпус, входной вал, водило, центральное цилиндрическое неподвижное зубчатое колесо, сателлит, состоящий из цилиндрического зубчатого колеса, вала и эллиптического зубчатого колеса, и выходной вал с закрепленным на нем эллиптическим зубчатым колесом. При этом в рассматриваемом механизме оси вращения эллиптических зубчатых колес проходят через фокусы делительного эллипса.

Недостатком такой конструкции является сложность в уравновешивании, так как центры масс эллиптических колес лежат не на осях их вращения. Также, передача эллиптическими зубчатыми колесами с осями вращения в фокусах делительного эллипса обладает следующим недостатком: при увеличении эксцентриситетов эллиптических зубчатых колес увеличиваются габариты передачи и одновременно снижается их нагрузочная способность.

Таким образом, задачей изобретения является создание перемешивающего устройства с прерывистым движением рабочего органа, более простого в уравновешивании и имеющего малые габариты.

Техническим результатом является компактность устройства при сохранении возможности передачи больших усилий, значительный ожидаемый ресурс работы, упрощение динамической балансировки.

Технический результат достигается тем, что перемешивающее устройство с прерывистым движением рабочего органа содержит реактор, двигатель, крышку, корпус исполнительного механизма, в котором соосно установлены входной и выходной валы, центральное неподвижное зубчатое колесо, жестко закрепленное на корпусе соосно входному валу, сателлит, состоящий из цилиндрического зубчатого колеса и эллиптического зубчатого колеса сателлита, расположенных на валу сателлита, водило, установленное на входном валу и соединенное через вращательную кинематическую пару с валом сателлита, эллиптическое зубчатое колесо, закрепленное на выходном валу, при этом эллиптические зубчатые колеса имеют одинаковые размеры и установлены на валах таким образом, что ось вращения каждого вала проходит через центр делительного эллипса эллиптического зубчатого колеса, кроме того, центральное неподвижное зубчатое колесо радиусом r₁=а состоит в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом сателлита радиусом r₂=b, где а и b - большая и малая полуоси эллиптических колес; рабочий орган, жестко закрепленный на выходном валу.

Технический результат достигается за счет использования передачи эллиптическими зубчатыми колесами с осями вращения в центре делительного эллипса. Данный вид передачи является более компактным при сохранении возможности передачи больших усилий, имеет значительный ожидаемый ресурс работы, более прост в уравновешивании по сравнению с передачей эллиптическими колесами с осями вращения в фокусе делительного эллипса.

На фиг. 1 показана схема перемешивающего устройства с прерывистым движением рабочего органа, на фиг. 2 показана схема разреза предлагаемого устройства по А-А, на фиг. 3 показана схема разреза предлагаемого устройства по Б-Б.

Перемешивающее устройство с прерывистым движением рабочего органа состоит из реактора 1, двигателя 2, крышки 3, корпуса исполнительного механизма 4, в котором соосно установлены входной 5 и выходной 6 валы, центральное неподвижное зубчатое колесо 7, жестко закрепленного на корпусе соосно входному валу 5, сателлита, состоящего из цилиндрического зубчатого колеса 9 и эллиптического зубчатого колеса 10, расположенных на валу сателлита 11, водила 12, установленного на входном валу 5 и соединенного через вращательную кинематическую пару с валом сателлита 11, эллиптического зубчатого колеса 8, закрепленного на выходном валу 6. Эллиптические зубчатые колеса 8 и 10 имеют одинаковые размеры и установлены на валах таким образом, что ось вращения каждого вала проходит через центр делительного эллипса эллиптического зубчатого колеса. Центральное неподвижное зубчатое колесо 7 имеет радиус r₁=a и состоит в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом сателлита 9, которое имеет радиус r₂=b. На выходном валу закреплен рабочий орган 13, который помещен в реактор 1.

Перемешивающее устройство работает следующим образом.

Двигатель 2 сообщает входному валу 5 вращательное движение, которое передается водилу 12, благодаря чему цилиндрическое зубчатое колесо 9 обкатывается вокруг неподвижного зубчатого колеса 7. Вращательное движение цилиндрического колеса 9 передается валу сателлита 11 и эллиптическому зубчатому колесу 10, которое приводит в движение эллиптическое зубчатое колесо 8 и соответственно выходной вал 6. В момент времени, когда передаточное отношение пары эллиптических колес равно передаточному отношению пары цилиндрических колес, выходной вал 6 останавливается. Далее, скорость выходного вала увеличивается до максимального значения, затем опять уменьшается до нуля, что приводит к прерывистому движению выходного вала. Так как выходной вал 6 совершает вращение с остановками, то движение рабочего органа 13 также будет с остановками. Прерывистое движение рабочего органа приводит к перемешиванию продукта в реакторе.