Результат интеллектуальной деятельности: Смеситель-дозатор зерновой смеси

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к машинам для животноводства.

Известен смеситель-дозатор пресс-экструдера [1], содержащий бункер цилиндрической формы, установленный вертикально, имеющий горизонтальное кольцевое дно с горловиной цилиндрической формы, герметично установленной на патрубке приемного окна корпуса пресс-экструдера, лопатки, закрепленные на приводном валу и расположенные в средней части бункера, спираль Архимеда, установленную на нижнем конце вала и примыкающую к кольцевому дну, направленную свободным концом в сторону вращения приводного вала, плоское кольцо, закрепленное относительно бункера и расположенное над спиралью Архимеда, с зазором относительно последней, отличающийся тем, что лопатки установлены под острым углом к оси вращения и своими свободными концами направлены вверх.

Недостатками такого устройства являются отсутствие дозаторов, осуществляющих точное дозирование компонентов, что приводит к нарушению состава смеси, а также некачественное смешивание компонентов.

Известен дозатор-смеситель сыпучих материалов [2], содержащий расходный бункер с перегородкой, делящей его на отсеки, цилиндрический кожух, внутри которого размещена спираль. Дозатор-смеситель снабжен цилиндрическим сменным вкладышем, неподвижно закрепленным внутри спирали под первым отсеком бункера, перегородка расходного бункера установлена с возможностью фиксирования в плоскости свободного торца цилиндрического вкладыша таким образом, что кромка ее нижней фигурной выемки совпадает с проекцией линии внутренней окружности цилиндрического кожуха на плоскость его поперечного сечения.

Недостатком такого устройства является расслоение смесей, т.е. некачественное смешивание компонентов.

Наиболее близким техническим решением является спирально-шнековый смеситель [3], бункер которого разделен на отсеки перегородками, которые установлены с возможностью их поворота относительно осей, расположенных параллельно оси спиралей. В нижней части установлены дозаторы гравитационного типа, представляющие собой отверстия в дне бункера, перекрываемые заслонками, установленные с возможностью перемещения, управление которыми осуществляется системой автоматического управления. Смешивание компонентов осуществляется спирально-шнековым рабочим органом, который транспортирует и перемешивает компоненты.

Недостатком такой конструкции является некачественное перемешивание компонентов в виду недостаточного взаимодействия проволочных спиралей со всем объемом смеси.

Задача изобретения - улучшение качества смешивания компонентов.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение качества выполнения технологического процесса при снижении его энергоемкости.

Технический результат достигается за счет того, что, как и известное устройство, смеситель-дозатор состоит из бункера, который разделен на секции вертикальными перегородками, причем в каждой секции в нижней части выполнены дозаторы гравитационного типа, представляющие собой отверстия в дне бункера, перекрываемые заслонками, установленные с возможностью перемещения.

В отличие от известного устройства, в каждой секции бункера установлены горизонтальные спиральные шнеки с приводом от электродвигателя, а в нижней части бункера установлен смеситель, состоящий из корпуса с выгрузным окном, в корпусе расположен горизонтальный вал смесителя с рабочими органами, выполненными в виде радиальных винтообразных лопастей трапециевидной формы, закрепленных на валу узкой стороной трапеции параллельно оси вала смесителя. При этом угол поворота текущего сечения лопасти относительно оси вала смесителя изменяется по следующей зависимости:

где r0 - радиус вала, м;

rк - радиус лопасти, м;

r - текущий радиус лопасти, м.

Одновременное дозирование компонентов из всех секций бункера, разделенного вертикальными перегородками и выставленных положением заслонок, обеспечивающих заданное процентное соотношение компонентов в смеси, производится с надлежащей точностью, что гарантирует соблюдение состава смеси, а использование смесителя с рабочими органами, выполненными в виде радиальных винтообразных лопастей, угол поворота текущего сечения которых относительно оси вала смесителя изменяется от отрицательных до положительных значений, что позволяет повысить качество готовой смеси. При этом смешивание компонентов лопастями с изменяемым углом поворота лопасти при текущем радиусе лопасти позволяет обеспечить одновременное движение слоев материала как в направлении выгрузного отверстия - на периферии емкости смесителя, так и в центре - в обратном направлении, что улучшит смешение компонентов смеси. Форма лопасти принимается трапецеидальной, т.е. плоская развертка представляет собой равнобедренную трапецию, крепление ее к валу смесителя узкой стороной трапеции обеспечивает максимальную площадь контакта с материалом в зоне максимальных окружных скоростей.

Данная форма рабочих органов смесителя обеспечивает при минимальной турбулентности необходимое продвижение смеси в сторону выгрузного окна. Кроме того, лопасть находится под углом к поперечной плоскости контактируемого материала, который принято называть углом «атаки» - это угол между направлением скорости набегающего на лопасть потока материала и осью лопасти (фиг. 3). Угол атаки будет переменным, находясь в диапазоне от 0 до 90 градусов. Это значит, что крайняя (наиболее удаленная от оси вала) кромка лопасти расположена перпендикулярно оси вращения, а ближняя кромка закреплена на поверхности вала вдоль его оси.

Динамическое значение такой формы заключается в том, что контактирующие частицы смеси будут захватываться широкой частью лопасти и с нарастающим усилием перемещаться в радиальном направлении к оси вала. При этом винтообразная форма лопасти будет создавать вращательный момент вокруг некоторого (переменного) центра вращения, что сделает траекторию каждой отдельной частицы спиралевидной.

В результате влияния вращательного момента на качество смешивания каждая частица приобретает дополнительную степень свободы, что усиливает случайный характер ее движения (каждая частица будет двигаться по своей траектории). В этом случае качество смешивания значительно улучшается.

В целом можно получить положительный экономический эффект и широкое практическое применение.

На чертеже фиг. 1 схематично изображен смеситель-дозатор для зерновой смеси; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; фиг. 3 - изометрия рабочего органа смесителя; фиг. 4 - вид В на фиг. 3.

Устройство состоит из бункера 1, разделенного вертикальными перегородками 2 на секции 3 для различных компонентов. С целью исключения сводообразования компонентов смеси в каждой секции 3 бункера установлены спиральные шнеки 4, которые одновременно служат и для подачи компонентов к выгрузным окнам 5. Снизу каждой секции 3 бункера, перекрывая выгрузное окно 5, установлен гравитационный дозатор, выполненный в виде регулировочных заслонок 6. Бункер 1 жестко закреплен к корпусу смесителя 7, в котором расположен горизонтальный вал смесителя 8 с рабочими органами, выполненными в виде радиальных винтообразных лопастей 9 трапециевидной формы, т.е. плоская развертка лопасти 9 представляет собой равнобедренную трапецию.

Лопасти 9 закреплены на валу 8 узкой стороной трапеции параллельно оси вала 8. Угол поворота текущего сечения лопасти 9 относительно оси вала 8 изменяется по следующей зависимости (фиг. 3):

где r0 - радиус вала, м;

rк - радиус лопасти, м;

r - текущий радиус лопасти, м.

Выгрузка готовой смеси из смесителя регулируется через выгрузное окно 10 положением заслонки 11, к которой прикреплен выгрузной лоток 12 с выгрузным окном 13. Привод вала 8 смесителя осуществляется электродвигателем 14, а привод спиральных шнеков 4 электродвигателем 15. Подача исходных компонентов из бункера 1 в корпус 2 смесителя осуществляется посредством спиральных шнеков 4 через цепную передачу 16 в выгрузные окна 5.

Устройство работает следующим образом. Исходные компоненты засыпаются каждый в свою секцию 3, разделенные перегородками 2. Отсутствие образования сводов и подвод компонентов к гидравлическому дозатору обеспечивают спиральные шнеки 4. При открывании заслонок 6 гравитационного дозатора, выставленных на основании расчетов, компоненты смеси ссыпаются в корпус 7 смесителя, где подхватываются радиальными лопастями 9, приводимые в движение электродвигателем 14 через вал 8 перемешиваются и одновременно транспортируются в направлении выгрузного окна 10, регулируемого положением заслонки 11. За счет отрицательного угла поворота лопасти 9 у поверхности вала часть компонентов начинает движение в обратном направлении, обеспечивая циркуляцию смеси внутри емкости смесителя вдоль вала и улучшая качество смеси. Готовая смесь сквозь выгрузное отверстие 10 попадает в выгрузной лоток 12 и выгружается из смесителя через выгрузное окно 13.

Источники информации

1. Пат. 110934 Российская Федерация, МПК⁷ A23N 17/00. Смеситель-дозатор пресс-экструдера / В.В. Новиков, Г.С. Мальцев, С.П. Симченкова; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Самарская ГСХА. - №2011109182/13; заявл. 11.03.2011; опубл. 10.12.2011, Бюл. №34. - 10 с.: ил.

2. Пат. 2050179 Российская Федерация, МПК⁶ В01F 15/04. Дозатор-смеситель / З.К. Галиакберов, И.X. Насибулов; заявитель и патентообладатель Науч.-произв. объед. Нива Татарстана. - №92011235/26; заявл. 10.12.92; опубл. 20.12.95, Бюл. №35. - 3 с.: ил.

3. Пат. №2244395 Российская Федерация, МПК⁷ А01С 15/00. Спирально-шнековый смеситель-разбрасыватель минеральных удобрений / В.П. Забродин, И.Г. Пономаренко, С.Б. Панев; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия. - №2003138208/12; заявл. 31.12.2003; опубл. 20.01.2005.