RU2788075C1 - Mixing device - Google Patents
Mixing device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788075C1 RU2788075C1 RU2022101977A RU2022101977A RU2788075C1 RU 2788075 C1 RU2788075 C1 RU 2788075C1 RU 2022101977 A RU2022101977 A RU 2022101977A RU 2022101977 A RU2022101977 A RU 2022101977A RU 2788075 C1 RU2788075 C1 RU 2788075C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- screw
- crank
- axis
- pair
- rack
- Prior art date
Links
Images
Abstract
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 mélange: diplôme d`une médaille d`or. Concours Lépine 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 mélange: diplôme d`une médaille d`or. Concours Lépine le salon Europeen de l'invention de Strasbourg. - Strasbourg, 2011), in the confectionery production - 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.
Но, 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.But, despite the fact that most of the designs of the used mechanical mixing devices 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 2369430 В01F 7/16, В28С 5/16), 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), 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-rocker-rack and are connected by kinematic pairs, of which the rotational pairs "crank - rack", "crank - connecting rod" are parallel and perpendicular to the axis of the third rotational pair "rocket-rod" , which in turn is perpendicular to the axis of the wings.
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 "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.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.
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.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.
Также известно устройство для перемешивания (патент РФ 2067535, В28G 5/16), 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 also known (RF patent 2067535, B28G 5/16), containing a rack and five double-vertex (simple) movable links: a crank, a connecting rod, a stone, a rocker (hereinafter referred to as 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, was 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 squares of the required size of the backstage, found from the condition of crank (existence) crank (F. Grashof's rule) and 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 движениях.The 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 2478473 В28С 5/16), являющееся одноподвижным пространственным рычажным механизмом, состоящим из семи звеньев: кривошипа, шатуна, камня, винта, кулисы, качающегося ползуна и стойки, соединенных семью одноподвижыми и одной двухподвижной кинематическими парами.A mixing device is known (RF Patent 2478473 V28S 5/16), which is a single-moving spatial lever mechanism, consisting of seven links: a crank, a connecting rod, a stone, a screw, a backstage, a swinging slider and a rack, connected by seven single-moving and one double-moving kinematic pairs.
С параллельными осями вращательные пары, образованные кривошипом с шатуном и стойкой, качающимся ползуном и стойкой, имеют оси, перпендикулярные оси винта, к нижней консоли которого присоединен рабочий орган. Шатун и камень соединены вращательной парой, ось которой перпендикулярна продольной оси вращения винта. Кулиса образует три кинематические пары: поступательную пару с качающимся ползуном, вращательную пару с винтом, соосную паре винт-камень, и двухподвижную (траекторную) пару со стойкой.With parallel axes, rotational pairs formed by a crank with a connecting rod and a rack, a swinging slider and a rack, have axes perpendicular to the axis of the screw, to the lower console of which the working body is attached. The connecting rod and stone are connected by a rotational pair, the axis of which is perpendicular to the longitudinal axis of rotation of the screw. The link forms three kinematic pairs: a translational pair with a rocking slider, a rotational pair with a screw, coaxial to the screw-stone pair, and a two-moving (trajectory) pair with a stand.
Движение кривошипа относительно стойки, обусловленное вращением вала двигателя, инициирует переносное перемещение шатуна вокруг оси кривошипа и относительное, неполное его движение (качательное) вокруг оси пары шатун-кривошип. Движения шатуна передаются камню, который движется вдоль винта, тем самым принуждает его к вращению вокруг продольной его оси и оси крепления механизма к стойке. The movement of the crank relative to the rack, due to the rotation of the motor shaft, initiates a portable movement of the connecting rod around the axis of the crank and its relative, incomplete movement (rocking) around the axis of the connecting rod-crank pair. The movements of the connecting rod are transmitted to the stone, which moves along the screw, thereby forcing it to rotate around its longitudinal axis and the axis of the mechanism attachment to the rack.
Рабочий орган, присоединенный к винту, имеет два вида переносных движений: первый вид, это вращение относительно пары качающийся ползун - стойка; второй - поступательное движение в плоскости, перпендикулярной оси указанной пары. Вращение винта вокруг своей продольной оси является относительным движением. The working body attached to the screw has two types of portable movements: the first type is rotation relative to a pair of rocking slider - rack; the second - translational movement in a plane perpendicular to the axis of the specified pair. The rotation of a screw around its longitudinal axis is a relative motion.
Изменение размера кулисы при движении кривошипа обусловлено углом α -const, образованным винтом и кулисой, при этом движение вершины кулисы ограничено геометрией траекторного паза, а также местоположением качающегося ползуна и образованных им кинематических пар.The change in the size of the backstage during the movement of the crank is due to the angle α -const formed by the screw and the backstage, while the movement of the top of the backstage is limited by the geometry of the trajectory groove, as well as the location of the rocking slider and the kinematic pairs formed by it.
В указанном устройстве рациональные условия перемешивания будут реализовываться в течение одного цикла, когда при вращении ведущего звена на угол ϕ1>2π рабочий размер кулисы изменяется от расчетной максимальной до минимальной величины. Указанные изменения определяют поочередное достижение рабочим органом механизма максимальных значений критериев эффективности движения в относительном перемещении и в переносном, соответственно.In the specified device, rational mixing conditions will be implemented during one cycle, when during the rotation of the leading link through the angle ϕ1>2π backstage working dimension varies from the calculated maximum to the minimum value. These changes determine the successive achievement by the working body of the mechanism of the maximum values of the criteria for the efficiency of movement in relative movement and in figurative, respectively.
Однако, вершина винта, скользящая по траекторному пазу, не возвращается в исходное положение; переносное движение винта, к которому присоединен рабочий орган, является плоским, что в совокупности не позволяет реализовать рациональные условия перемешивания, а значит повысить качество перемешивания и производительность при сокращении времени рабочего цикла. Также отметим, что наличие поступательных пар в цепи механизма при пространственном движении винта относительно гайки приводит к заклиниванию его звеньев.However, the screw tip sliding along the trajectory slot does not return to its original position; the portable movement of the screw, to which the working body is attached, is flat, which together does not allow realizing rational mixing conditions, which means improving the quality of mixing and productivity while reducing the cycle time. We also note that the presence of translational pairs in the mechanism chain during the spatial movement of the screw relative to the nut leads to jamming of its links.
Прототипом предлагаемого изобретения является комбинированный, стационарный, винто-зубчато-рычажный механизм (Патент РФ №2548087 В01F 7/14).The prototype of the present invention is a combined, stationary, screw-tooth-lever mechanism (RF Patent No. 2548087
В структурную схему прототипа входят: кривошип, шатун, гайка, винт, к нижней оконечности которого прикреплен рабочий орган а к верхней цилиндрической консоли жестко присоединен сателлит принадлежащий интегрированному в прототип планетарному механизму Джеймса. Опорное (корончатое) зубчатое колесо механизма Джеймса образует поступательную пару с гладким участком зубчатой рейки. На валу водилы установлена шестерня, соединенная с зубчатой рейкой, закрепленной на стойке сферической трехподвижной кинематической парой. В прототипе, при вращении кривошипа инициируется сложные пространственные перемещения винта.The block diagram of the prototype includes: a crank, a connecting rod, a nut, a screw, to the lower end of which a working body is attached, and a satellite belonging to the James planetary mechanism integrated into the prototype is rigidly attached to the upper cylindrical console. The support (crown) gear of the James mechanism forms a translational pair with a smooth section of the rack. On the shaft of the carrier, a gear is installed, connected to a toothed rack, fixed on the rack by a spherical three-moving kinematic pair. In the prototype, when the crank rotates, complex spatial displacements of the screw are initiated.
Рейка является направляющей в относительном поступательном движении опорного (корончатого) колеса и при этом совершает вращательное движение в пространстве, а значит, может быть обозначена термином - кулиса, обычно используемым при обозначении звеньев рычажных механизмов. С учетом сказанного выше, шестерню установленную на водиле и образующую зубчатое зацепление с рейкой следует принимать как камень. The rail is a guide in the relative translational movement of the support (crown) wheel and at the same time performs rotational motion in space, which means it can be designated by the term - the link, usually used to designate links of lever mechanisms. In view of the foregoing, the gear mounted on the carrier and forming gearing with the rack should be taken as a stone.
Звенья механизма соединены шестью одноподвижными вращательными кинематическими парами, одной поступательной и винтовой парами. Также в состав механизма входят три высшие двухподвижные (зубчатые зацепления) и одна низшая трехподвижная кинематические пары.The links of the mechanism are connected by six single-moving rotary kinematic pairs, one translational and screw pairs. The mechanism also includes three higher two-moving (gearing) and one lower three-moving kinematic pairs.
Вращательные пары образованы: кривошипом со стойкой и шатуном, шатуном с гайкой, водилом с солнечным колесом и с винтом (сателлитом), солнечным с корончатым колесом.Rotational pairs are formed by: a crank with a rack and a connecting rod, a connecting rod with a nut, a planet carrier with a sun wheel and a sun screw (satellite) with a crown wheel.
Опорное (корончатое) зубчатое колесо и гладкий участок рейки образуют поступательную пару; а гайка и винт (сателлит), соответственно, винтовую пару.The support (crown) gear and the smooth section of the rack form a translational pair; and a nut and a screw (satellite), respectively, a screw pair.
Двухподвижные кинематические пары перемешивающего устройства представлены: внутренним эвольвентным зубчатым зацеплением винта (сателлита) с опорным (корончатым) зубчатым колесом, внешними зацеплением центрального зубчатого колеса механизма Джеймса с винтом (сателлитом) и шестерня с рейкой.Two-moving kinematic pairs of the mixing device are represented by: internal involute gearing of the screw (satellite) with a supporting (crown) gear wheel, external gearing of the central gear of the James mechanism with a screw (satellite) and pinion with rack.
Вращательные пары кривошип - стойка, кривошип - шатун имеют параллельные оси. Им перпендикулярна ось вращательной пары кривошип - гайка, которой, в свою очередь, перпендикулярна ось винтовой пары гайка - винт (сателлит). Однако это условие взаимной пространственной ориентации указанных кинематических пар не означает, что оси пар кривошип-стойка и кривошип-шатун будут перпендикулярны оси гайка - винт (сателлит).Rotational pairs crank - rack, crank - connecting rod have parallel axes. They are perpendicular to the axis of the rotational pair crank - nut, which, in turn, is perpendicular to the axis of the screw pair nut - screw (satellite). However, this condition of mutual spatial orientation of said kinematic pairs does not mean that the axes of the crank-rack and crank-rod pairs will be perpendicular to the nut-screw (satellite) axis.
Подвижные соединения водило-солнечное колесо-опорное (корончатое), имеющие общую ось вращения, расположены параллельно соосных вращательной и винтовой пар, соответственно, винт (сателлит) - водило, - гайка.Movable connections carrier-sun wheel-support (crown), having a common axis of rotation, are parallel to coaxial rotational and screw pairs, respectively, screw (satellite) - carrier, - nut.
Установлено, что повысить качество перемешивания, производительность при сокращении времени рабочего цикла реализацией рациональных условий перемешивания обеспечивающих критериям эффективности движения рабочего органа одновременную достижимость максимальных значений не возможно ввиду значительного числа подвижных звеньев, наличию поступательной пары, при возникающей картине распределения усилий приводящей к заклиниванию звеньев механизма.It has been established that it is not possible to improve the quality of mixing, productivity while reducing the time of the working cycle by implementing rational mixing conditions that provide the criteria for the efficiency of movement of the working body with the simultaneous achievability of maximum values due to the significant number of moving links, the presence of a translational pair, with the emerging picture of the distribution of forces leading to jamming of the mechanism links.
Технический результат состоит в создании устройства, конструктивные особенности которого позволят увеличить качество перемешивания, производительность при сокращении времени рабочего цикла, что реализуется сокращением числа подвижных звеньев механизма, исключением из кинематической цепи механизма поступательных пар. The technical result consists in creating a device, the design features of which will increase the quality of mixing, productivity while reducing the operating cycle time, which is realized by reducing the number of moving links of the mechanism, excluding translational pairs from the kinematic chain of the mechanism.
Поставленная задача достигается тем, что замкнутую пространственную стационарную (с двумя присоединениями к стойке) винто-зубчато-рычажную кинематическую 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, вращательным парам винт-водило, водило- центральное зубчатое колесо, двухподвижной пары зубчатого зацепления: сателлит - центральное зубчатое колесо, при этом в него введена двухподвижная сферическая кинематическая пара с пальцем образованная центральным зубчатым колесом и стойкой, геометрия траекторного паза которой исключает относительное вращение центрального зубчатого колеса вокруг своей оси симметрии, которая параллельна оси винта, и допускает вращения вокруг осей перпендикулярных оси пары винт-гайка.The task is achieved by the fact that a closed spatial stationary (with two connections to the rack) helical-gear-lever kinematic chain of links installed in series: rack, crank, connecting rod, nut, satellite screw, carrier, central gear and rotational 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, rotational pairs of screw-carrier, carrier-central gear, double-moving pair of gearing : satellite - a central gear, while a two-moving spherical kinematic pair with a pin formed by a central gear and a rack is introduced into it, the geometry of the trajectory groove of which 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 screw-nut pairs.
На чертеже представлен внешний вид устройства для перемешивания. Устройство содержит замкнутую пространственную кинематическую цепь состоящую из звеньев, установленных в следующем порядке стойка 1, кривошип 2, шатун 3, гайка 4, винт 5 к верхней части которого плотно присоединен сателлит 6, центральное зубчатое колесо 7, водило 8, рабочий орган 9, пяти пространственно расположенных вращательных кинематических пар, а именно: с параллельными осями: кривошип-стойка 10, кривошип-шатун 11; с ортогональной им осью вращательная пара шатун-гайка 12, с перпендикулярными ей осями винтовая и вращательные пары: гайка-винт 13, винт-водило 14, водило-солнечное колесо 15, соответственно, и высшей двухподвижной пары 16 (зубчатое зацепление сателлита 6 и центрального зубчатого колеса 7), введена двухподвижная низшая сферическая кинематическая пара 17 с пальцем устанавливаемая в качестве второй опоры устройства и необходимая для примыкания колеса 7 к стойке. The drawing shows the appearance of the device for mixing. The device contains a closed spatial kinematic chain consisting of links installed in the following order:
Геометрия траекторного паза 17 такова, что вращение звена 7, возможно исключительно вокруг осей перпендикулярных продольной оси 7 и эти движения являются рефлекторными к изменению положения звена 6. The geometry of the
Отметим, что в частных положениях звеньев оси вращения винта 5 и шатуна 3 могут быть не перпендикулярны, аналогично тому, как выполнено взаимное положение соответствующих звеньев в патенте РФ №2359430.It should be noted that in particular positions of the links, the axes of rotation of the screw 5 and the connecting
Винт 5 и присоединенный к нему рабочий орган 9 совершает пространственные переносные движения, представленные совокупностью вращений вокруг осей Y, X и Z с переменными угловыми и линейными скоростями. The screw 5 and the working
Винт 5 перемещается одновременно: вокруг своей продольной оси, т.е. совершает относительное движение и вокруг центральной оси (переносное движение), встроенного в устройство планетарного механизма с ведущим сателлитом 6, то есть он перемещается в пространстве имея переменный тангаж и рысканье тем самым изменяется глубина его погружения в перемешиваемую среду рабочего органа, в следствии чего обоснованно увеличивает качество перемешивания и производительность, сокращает время технологического процесса.Screw 5 moves simultaneously: around its longitudinal axis, i.e. performs relative movement around the central axis (portable movement), built into the device of the planetary mechanism with the leading satellite 6, that is, it moves in space with a variable pitch and yaw, thereby changing the depth of its immersion in the mixed medium of the working body, as a result of which it reasonably increases mixing quality and productivity, reduces process time.
Устройство для перемешивания работает следующим образом: перманентное вращение кривошипа 2 в вертикальной плоскости YOX передается через шатун 3 гайке 4, которая совершает поступательное относительное движение вдоль винта 5, непрерывность движения, которых обусловлена вращательными 10, 11, 12 и винтовой 13 парами.The mixing device works as follows: the permanent rotation of the crank 2 in the vertical plane YOX is transmitted through the connecting
К верхней части винта 5 плотно присоединен сателлит 6, который образует, например, внешнее зубчатое зацепление 16 с зубчатым колесом 7, при этом, как указывалось выше, оси вращения звеньев 6 и 7 параллельны оси винта 5.Satellite 6 is tightly attached to the upper part of the screw 5, which forms, for example, an external gearing 16 with a
Условие существования пары 16 обусловлено наличием звена 8 (водило) удерживающим звено 6 на фиксированном расстоянии равном сумме делительных радиусов колес 6 и 7.The condition for the existence of pair 16 is due to the presence of link 8 (carrier) holding link 6 at a fixed distance equal to the sum of the pitch radii of
Водило 8, образует вращательные пары 14, 15 с гладким участком винта 5 и с колесом 7, соответственно.The
К кинематическим особенностям механизма следует отнести то, что вращение винта 5 вокруг своей продольной оси, обусловлено относительным поступательным перемещением вдоль него гайки 4 и наличием винтовой пары 13 между ней и винтом. Вращение винта передается сателлиту 6, который приходит во вращение вокруг центральной оси 15 зубчатого механизма. При бесспорном чередования направления движения гайки 4 по винту 5, с опускания на подъем, и наоборот, на винте-сателлите возникают реверсы.The kinematic features of the mechanism include the fact that the rotation of the screw 5 around its longitudinal axis is due to the relative translational movement of the
Пространственное перемещение рабочего органа 9 механизма обеспечено сферической кинематической пары 17 с пальцем, образованной колесом 7 и опорой 1. При вращении сателлита 6 планетарного механизма вокруг продольной оси 4, он приобретает вращательное переносное движение вокруг оси колеса 7 и оси вращения водила 15.The spatial movement of the working
Таким образом, при вращении ведущего звена - кривошипа 2, рабочий орган 9 механизма, присоединенный к консоли винта 5, 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 9. Thus, during the rotation of the leading link - the crank 2, the working
У звеньев механизма 5,6-7-8 существует местная подвижность относительно сферической пары с пальцем 17 и вращательными парами 11 и 12.The links of the mechanism 5,6-7-8 have local mobility relative to a spherical pair with a
В устройстве рациональные условия перемешивания выполняются при вращении кривошипа на угол ϕ1>2π, в пределах которого принужденное циклическое изменение рабочего размера кулисы, обусловленное конструкцией устройства, инициирует поочередное достижение критериями эффективности движения рабочего органа максимальных величин в относительном и в переносном перемещениях, что в совокупности позволит повысить производительность и качество перемешивания.In the device, rational mixing conditions are met when the crank is rotated through an angle ϕ 1 >2π, within which the forced cyclic change in the working size of the backstage, due to the design of the device, initiates the successive achievement by the criteria for the efficiency of movement of the working body of maximum values in relative and in portable displacements, which together will improve the productivity and quality of mixing.
Поскольку в положениях смены направления движения гайки 4 угловые скорости вращения винта вокруг своей оси симметрии (ось Y) и вокруг колеса 7 (вращение относительно оси Х и Z) меняют знак, создаются гидродинамические удары в перемешиваемых веществах и, следовательно, увеличивается турбулентность их потоков, что повысит качество готового продукта.Since in the positions of changing the direction of movement of the
Кроме того, функция угловой скорости вращения винта вокруг своей оси (относительное движение) достигает экстремумов в положениях, когда кривошип 2 перпендикулярен винту 5. Тем самым, создаются интенсивные потоки перемешиваемых веществ, направленные в отдаленные, угловые, периферийные области реактора (емкости для перемешивания).In addition, the function of the angular velocity of rotation of the screw around its axis (relative motion) reaches extremes in positions where the crank 2 is perpendicular to the screw 5. Thus, intensive flows of agitated substances are created, directed to remote, angular, peripheral regions of the reactor (mixing tanks) .
В положениях звеньев механизма, определяемых крайними верхнем и нижнем положениями гайки 4, переносная скорость винта максимальна, что оказывает размывающее действие на осадок тяжелых фракций смешиваемых веществ, скапливающихся вследствие действия гравитационных сил, у дна реактора, и значит, увеличивается производительность устройства для перемешивания.In the positions of the links of the mechanism, determined by the extreme upper and lower positions of the
При выборе длин звеньев устройства для перемешивания учтено дополнительное параметрическое условие, регламентирующее размер стойки: он (размер стойки) должен быть больше проекции кривошипа на неё. В таком случае переносное движение винта ограничено до необходимого качательного движения.When choosing the lengths of the stirrer links, an additional parametric condition was taken into account that regulates the size of the rack: it (the size of the rack) must be greater than the projection of the crank onto it. In such a case, the translational movement of the screw is limited to the required rocking movement.
В предлагаемом устройстве для перемешивания движения звеньев механизма совмещаются в пространственное перемещение рабочего органа со скоростью, переменной по величине и направлению как вокруг, так и вдоль трех координатных осей.In the proposed device for mixing, the movements of the links of the mechanism are combined into the spatial movement of the working body with a speed that is variable in magnitude and direction both around and along three coordinate axes.
Выполнение перечисленных выше рациональных условий перемешивания в механизме предлагаемой конструкции обуславливает создание неравномерных пространственных сдвиговых деформаций обрабатываемого материала. Это свидетельствует о реализации условий перемешивания, при которых обеспечиваются критерии эффективности движения рабочего органа, а также, придание винту пространственных переносного и относительного движений, что улучшит качество перемешивания и производительность, сокращает время рабочего цикла.The fulfillment of the rational mixing conditions listed above in the mechanism of the proposed design causes the creation of uneven spatial shear deformations of the processed material. This indicates the implementation of the mixing conditions, under which the criteria for the efficiency of the movement of the working body are provided, as well as giving the screw spatial portable and relative movements, which will improve the quality of mixing and productivity, and reduce the cycle time.
Кроме того, рабочий орган, присоединенный к свободной нижней консоли винта, имеет максимально возможное число реверсов, равное двенадцати (по числу видов движений: по шесть вращательных и шесть поступательных движений вокруг и вдоль, соответственно, трех осей). А значит, скорости вращения рабочего органа, его ориентация в перемешиваемой среде и глубина погружения - переменны. В связи с чем 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 снижает величину затрачиваемой работы непосредственно на функционирование устройства, что благоприятно сказывается на величине КПД.In addition, the working body attached to the free bottom console of the screw has the maximum possible number of reverses equal to twelve (according to the number of types of movements: six rotational and six translational movements around and along, respectively, three axes). This means that the speed of rotation of the working body, its orientation in a stirred medium and the depth of immersion are variable. In this connection, 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 parts (moving masses) compared with the prototype reduces the amount of work expended directly on the operation of the device, which favorably affects the efficiency.
Переменная глубина погружения и расположение (ориентация) рабочего органа 9 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
Относительные положения винта 5 можно представить как образующие конусов переменной высоты, так как расстояние между 13 и 14 изменяется при движении 4 вдоль 5, а направляющая конусов - окружность радиусом r=r 6+r 7, являющаяся траекторией движения центра сателлита 5. Вершиной конуса является подвижный центр гайки 4The relative positions of the screw 5 can be represented as generators of cones of variable height, since the distance between 13 and 14 changes when 4 moves along 5, and the guide of the cones is a circle with a radiusr=r 6+r 7, which is the trajectory of the satellite center 5. The top of the cone is the movable center of the
Корме того при использовании предлагаемого изобретения, заключается в упрощении кинематической схемы механизма путем сокращения числа подвижных звеньев (перемещающихся масс) и исключении поступательных пар, что позволит повысить его надежность.Moreover, when using the proposed invention, it consists in simplifying the kinematic scheme of the mechanism by reducing the number of moving links (moving masses) and eliminating translational pairs, which will increase its reliability.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2788075C1 true RU2788075C1 (en) | 2023-01-16 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2799476C1 (en) * | 2023-03-31 | 2023-07-05 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Mixing device |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3602485A (en) * | 1968-12-23 | 1971-08-31 | Fmc Corp | Flocculation apparatus |
| SU863378A1 (en) * | 1979-11-30 | 1981-09-15 | Казанский Ордена "Знак Почета" Сельскохозяйственный Институт Им.М.Горького | Mixer |
| RU2113897C1 (en) * | 1996-05-13 | 1998-06-27 | Новосибирский государственный технический университет | Mixing device |
| RU2369430C1 (en) * | 2008-04-17 | 2009-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет | Mixer |
| RU2535698C1 (en) * | 2013-07-04 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") | Mixing device |
| RU2548087C1 (en) * | 2013-12-17 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Mixing device |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3602485A (en) * | 1968-12-23 | 1971-08-31 | Fmc Corp | Flocculation apparatus |
| SU863378A1 (en) * | 1979-11-30 | 1981-09-15 | Казанский Ордена "Знак Почета" Сельскохозяйственный Институт Им.М.Горького | Mixer |
| RU2113897C1 (en) * | 1996-05-13 | 1998-06-27 | Новосибирский государственный технический университет | Mixing device |
| RU2369430C1 (en) * | 2008-04-17 | 2009-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет | Mixer |
| RU2535698C1 (en) * | 2013-07-04 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") | Mixing device |
| RU2548087C1 (en) * | 2013-12-17 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Mixing device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2799476C1 (en) * | 2023-03-31 | 2023-07-05 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Mixing device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE3701802C2 (en) | ||
| CN107199637B (en) | Three-dimensional concrete central mix plant | |
| CN106925167A (en) | A kind of mixer | |
| RU2788075C1 (en) | Mixing device | |
| RU2548087C1 (en) | Mixing device | |
| RU2799476C1 (en) | Mixing device | |
| RU2478473C1 (en) | Mixer | |
| CN117959986B (en) | Production device and preparation process of interior and exterior wall latex paint | |
| CN2061860U (en) | Multi-shaft planetary stirrer | |
| CN213924656U (en) | A emulsification processing equipment for pitch | |
| CN1220735C (en) | Coating production system and related apparatus | |
| RU2369430C1 (en) | Mixer | |
| CN209809962U (en) | Liquid raw material mixing equipment for chemical industry | |
| CN208308664U (en) | glass liquid stirring device | |
| RU210441U1 (en) | FLEXIBLE MIXER | |
| CN215164354U (en) | Road material construction equipment | |
| CN209438493U (en) | Powder material special type agitating device | |
| RU135536U1 (en) | MATERIAL MIXING DEVICE | |
| US1366646A (en) | Material-mixer | |
| RU2412752C1 (en) | Mixer unit | |
| RU2233197C2 (en) | Method and device for preparing mixture of loose materials | |
| Alimov et al. | Epi and hypocyclic planetary gear to drive the working organ of the mixer | |
| RU179212U1 (en) | Kneading machine | |
| CN2288003Y (en) | Three-dimensional motion mixer | |
| RU2436622C1 (en) | Device for making mixture of loose materials |