RU2369430C1 - Mixer - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed mixer represents closed 3D kinematic circuit consisting of links arranged in the following sequence, i.e. post - crank - stone - slide - post, and revolving kinematic pairs, i.e. crank - post, crank - connecting rod with parallel axes perpendicular to the axis of revolving kinematic pair connecting rod - stone. The latter is, in its turn, perpendicular to the axis of crank and that of screw pair crank - stone with its axis parallel to the crank lengthwise pair. Aforesaid crank and post make spherical kinematic pair displaced in space relative to crank-post pair. Proposed device ensures higher intensity of mixing due to producing irregular spatial shearing of processed material.

EFFECT: higher quality of finished product.

3 dwg

Description

Изобретение относиться к машиностроению, в частности к перемешивающим устройствам, и может быть использовано в пищевой, медицинской, химической, строительной отраслях промышленности и сельском хозяйстве как устройство, необходимое для приготовления однородных сред, позволяющее интенсифицировать массо- и теплообменные процессы, выравнивающее концентрацию и температуру во всем объеме перемешиваемых веществ.The invention relates to mechanical engineering, in particular to mixing devices, and can be used in food, medical, chemical, construction industries and agriculture as a device necessary for the preparation of homogeneous media, which allows to intensify mass and heat transfer processes, equalizing concentration and temperature during the entire volume of mixed substances.

Известно устройство для перемешивания (Кожевников С.Н. Элементы механизмов. - М., Оборонгиз. 1950 г. стр.90), структурная схема которого состоит из трех подвижных звеньев связанных четырьмя одноподвижными кинематическими парами. Траектории движения звеньев устройства для перемешивания параллельны.A device for mixing is known (Kozhevnikov SN Elements of mechanisms. - M., Oborongiz. 1950, p. 90), the structural diagram of which consists of three movable links connected by four single-moving kinematic pairs. The motion paths of the links of the stirring device are parallel.

Ведущим звеном устройства для перемешивания является кривошип, который приводится в движение асинхронным двигателем. Кривошип образует со стойкой и кулисой две вращательные кинематические пары с параллельными осями. Верхняя часть кулисы движется поступательно относительно качающегося ползуна связанного со стойкой. Ось кулисы перпендикулярна осям вращательных пар кулиса - кривошип - стойка.The leading link of the mixing device is the crank, which is driven by an induction motor. The crank forms with the strut and the backstage two rotational kinematic pairs with parallel axes. The upper part of the wings moves progressively relative to the swinging slider associated with the stand. The axis of the wings is perpendicular to the axes of the rotational pairs of the wings - crank - stand.

Рабочий орган присоединен к нижней части кулисы и движется в вертикальной плоскости по траектории, близкой к дуге окружности на участке движения кривошипа от крайнего левого положения, когда он перпендикулярен кулисе, до крайнего правого положения по отношению к кинематической паре кривошип - стойка. При движении кривошипа от крайнего правого до крайнего левого траектория рабочего органа спрямляется и близка к прямой линии.The working body is attached to the bottom of the wings and moves in a vertical plane along a path close to the arc of a circle in the section of the crank movement from the leftmost position, when it is perpendicular to the wings, to the rightmost position with respect to the kinematic pair of the crank - stand. When the crank moves from the far right to the far left, the path of the working body straightens and is close to a straight line.

Недостатками устройства для перемешивания является то, что кулиса и закрепленный на ней рабочий орган имеет плоскопараллельное движение. Качество выходного продукта в таком случае невысокое вследствие низкой интенсивности перемешивания.The disadvantages of the device for mixing is that the wings and mounted on her working body has a plane-parallel movement. The quality of the output product in this case is low due to the low intensity of mixing.

Известно устройство для перемешивания (А.С. СССР №863378 В28G 5/16), содержащее емкость для перемешивания - дежу и исполнительный механизм.A device for mixing (AS USSR No. 863378 B28G 5/16), containing a tank for mixing - dezhu and actuator.

В состав исполнительного механизма входят два кривошипа, один из которых ведущий, а также шатун и балансир.The actuator includes two cranks, one of which is the lead, as well as a connecting rod and balancer.

Ведомый кривошип закреплен на деже с помощью балансира. Рабочий орган исполнительного механизма установлен на валу, который образует вращательную кинематическую пару с ведомым кривошипом. Ведущий и ведомый кривошипы соединены шатуном. При вращении кривошипов изменяется положение вала рабочего органа, который приводиться во вращательное движение отдельным приводом.The driven crank is fixed on the bowl with the help of a balancer. The working body of the actuator is mounted on the shaft, which forms a rotational kinematic pair with a driven crank. The master and driven cranks are connected by a connecting rod. When the cranks rotate, the position of the working body shaft changes, which is driven into rotational motion by a separate drive.

Оси вращения кривошипов перпендикулярны оси балансира и удалены от нее на одинаковое расстояние, равное половине длины шатуна.The axis of rotation of the cranks is perpendicular to the axis of the balancer and removed from it at the same distance equal to half the length of the connecting rod.

Рабочее движение получено как сумма двух независимых движений - вращения вала и возвратно-качательного движения балансира.The working movement is obtained as the sum of two independent movements - the rotation of the shaft and the reciprocating motion of the balancer.

Указанное устройство для перемешивания требует двух приводов, один из них установлен на подвижном звене, что вызывает дополнительные динамические нагрузки как на подвижные соединения, так и на звенья механизма.The specified device for mixing requires two drives, one of them is mounted on a movable link, which causes additional dynamic loads on both movable joints and mechanism links.

Рабочий орган имеет постоянную угловую скорость вращения, что не позволяет достигать необходимого качества и производительности при перемешивании.The working body has a constant angular speed of rotation, which does not allow to achieve the required quality and performance with stirring.

Кроме того, известно устройство для перемешивания (патент РФ 2067535, B28G 5/16), являющееся прототипом предлагаемого изобретения и содержащее стойку и пять двухвершинных подвижных звеньев: кривошип, шатун, камень, кулису и коромысло, связанные низшими одноподвижными кинематическими парами.In addition, it is known a device for mixing (RF patent 2067535, B28G 5/16), which is the prototype of the invention and contains a rack and five two-vertex movable links: a crank, a connecting rod, a stone, a rocker and a rocker connected by lower, single-moving kinematic pairs.

Кривошип приводится в движение асинхронным двигателем и образует со стойкой и шатуном первую и вторую вращательные кинематические пары с параллельными осями, установленные в любой пространственной ориентацией. Кулиса и камень образуют винтовую передачу с осью, совпадающей с осью кулисы. Коромысло присоединено к верхней части кулисы посредством сосной ей третьей вращательной кинематической пары и к стойке - четвертой вращательной кинематической парой с осью движения параллельной осям пар шатун - кривошип - стойка.The crank is driven by an induction motor and forms with the strut and connecting rod the first and second rotational kinematic pairs with parallel axes installed in any spatial orientation. The rocker and the stone form a helical gear with an axis coinciding with the axis of the wings. The beam is attached to the upper part of the wings through the pine tree of the third rotational kinematic pair and to the strut - by the fourth rotational kinematic pair with the axis of motion parallel to the axes of the connecting rod - crank - strut pairs.

Конструктивно в устройство для перемешивания между камнем и кривошипом введено дополнительное связующее звено - шатун, необходимое для реализации движения звеньев механизма в параллельных плоскостях, и пятая вращательная кинематическая пара камень - шатун, ось которой перпендикулярна кулисе и расположена в плоскости параллельной плоскости движения кривошипа.Structurally, an additional connecting link, a connecting rod, necessary for realizing the movement of the mechanism links in parallel planes, and a fifth stone-connecting rod kinematic pair, the axis of which is perpendicular to the link and located in the plane parallel to the crank movement plane, are introduced into the mixing device between the stone and the crank.

Движение кривошипа передается через шатун, камню, который, двигаясь поступательно вдоль кулисы, принуждает ее к вращению с переменными по знаку и направлению скоростями. Глубина погружения и углы входа прикрепленного к свободной вершине кулисы рабочего органа являются переменными величинами. Число простейших движений, совершаемых рабочим органом механизма, являющегося прототипом предлагаемого изобретения, равно четырем.The movement of the crank is transmitted through the connecting rod, to the stone, which, moving translationally along the wings, forces it to rotate with variable speeds in sign and direction. The depth of immersion and the entry angles of the working body attached to the free top of the wings are variable. The number of simple movements made by the working body of the mechanism, which is the prototype of the invention, is four.

Рабочий орган, вращаясь вместе с кулисой, перемещается по дуге постоянного радиуса, равного квадратному корню суммы квадратов необходимого размера кулисы, найденного из условия проворачиваемости кривошипа (правило Ф. Грасгофа) и коромысла. Поскольку путь, пройденный частицами смешиваемых веществ до стенок дежи при воздействии на них рабочего органа, различен, происходит образование застойных зон, что снижает качество выходного продукта.The working body, rotating together with the wings, moves along an arc of constant radius equal to the square root of the sum of squares of the required wings size, found from the crank cranking condition (F. Grashof rule) and rocker arm. Since the path traveled by the particles of mixed substances to the walls of the bowl when exposed to the working body is different, the formation of stagnant zones occurs, which reduces the quality of the output product.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение качества получаемой среды.The task of the invention is to improve the quality of the resulting environment.

Поставленная задача достигается тем, что в замкнутой одноконтурной пространственной кинематической цепи известного устройства для перемешивания, состоящей из простых звеньев, установленных в следующем порядке: стойка - кривошип - шатун - камень - кулиса - коромысло - стойка, вращательных кинематических пар с параллельными осями кривошип - стойка, кривошип - шатун, перпендикулярными оси вращательной пары камень - шатун, которая, в свою очередь, перпендикулярна оси кулисы, и винтовой пары кулиса - камень, ось которой параллельна продольной оси кулисы, установлена сферическая кинематическая пара кулиса - стойка, смещенная в пространстве относительно пары кривошип - стойка.The problem is achieved in that in a closed single-circuit spatial kinematic chain of a known mixing device, consisting of simple links installed in the following order: strut - crank - connecting rod - stone - rocker - rocker - strut, rotational kinematic pairs with parallel axes, crank - strut , crank - connecting rod, perpendicular to the axis of the rotational pair of stone - connecting rod, which, in turn, is perpendicular to the axis of the rocker, and a screw pair of rocker - stone, the axis of which is parallel to the longitudinal axis backstage, a spherical kinematic pair of the backstage - stand, offset in space relative to the pair of crank - stand is installed.

На фиг.1 в пространственной координатной системе XYZ приведены два положения звеньев устройства, одно из которых здесь и на других рисунках показано пунктиром; на фиг.2 - вид сбоку звеньев устройства в двух положениях; на фиг.3 - вид спереди звеньев устройства в двух положениях.Figure 1 in the spatial coordinate system XYZ shows two positions of the links of the device, one of which here and in the other figures is shown by a dotted line; figure 2 is a side view of the links of the device in two positions; figure 3 is a front view of the links of the device in two positions.

Предлагаемое устройство для перемешивания (фиг.1) относится к рычажным механизмам и состоит из пяти звеньев: кривошипа 1, шатуна 2, камня 3, кулисы 4 и стойки 5, соединенных пятью низшими кинематическими парами различной подвижности. Одноподвижные, с параллельными осями вращательные пары 6, 7 образованны соответственно кривошипом 1 со стойкой 5 и с шатуном 2. Шатун 2 и камень 3 соединены вращательной парой 8, ось которой перпендикулярна оси кулисы 4 и осям пар 6 и 7. Ось винтовой одноподвижной кинематической пары 9, установленной между камнем 3 и кулисой 4, параллельна продольной оси симметрии кулисы 4. Сферическая, трехподвижная кинематическая пара 10 смещена в пространстве относительно пары кривошип - стойка 6 и необходима для подвижного соединения кулисы 4 со стойкой 5. Рабочий орган устройства для перемешивания присоединен к свободной, нижней части кулисы 4. Отметим, что в частных положениях звеньев оси вращения кулисы 4 и шатуна 2 могут быть перпендикулярны.The proposed device for mixing (Fig. 1) relates to linkage mechanisms and consists of five links: crank 1, connecting rod 2, stone 3, wings 4 and struts 5 connected by five lower kinematic pairs of different mobility. Single-moving, with parallel axes rotational pairs 6, 7 are formed respectively by crank 1 with a strut 5 and with a connecting rod 2. The connecting rod 2 and stone 3 are connected by a rotary pair 8, the axis of which is perpendicular to the axis of the link 4 and the axes of pairs 6 and 7. The axis of the screw is a single-moving kinematic pair 9, installed between the stone 3 and the wings 4, is parallel to the longitudinal axis of symmetry of the wings 4. The spherical, three-moving kinematic couple 10 is displaced in space relative to the pair of crank - stand 6 and is necessary for the movable connection of the scenes 4 with the stand 5. Work the organ of the stirring device is attached to the free lower part of the link 4. Note that in the particular positions of the links of the axis of rotation, the link 4 and the connecting rod 2 can be perpendicular.

Устройство для перемешивания, работает следующим образом.A device for mixing, works as follows.

Вращение кривошипа 1 относительно стойки 5 инициирует переносное вращение шатуна 2 вокруг оси кривошипа 1 и относительное неполное его вращение (колебательное) вокруг собственной оси. Сферическая кинематическая пара 10 смещена в пространстве относительно 6, поэтому движение шатуна 2 преобразуется в движение камня 3 вдоль кулисы 4, вследствие чего рабочий орган, прикрепленный к нижней части кулисы, приобретает вращательные движения вокруг трех осей.The rotation of the crank 1 relative to the rack 5 initiates the portable rotation of the connecting rod 2 around the axis of the crank 1 and its relative incomplete rotation (oscillatory) around its own axis. The spherical kinematic pair 10 is offset in space relative to 6, therefore, the movement of the connecting rod 2 is converted to the movement of the stone 3 along the wings 4, as a result of which the working body attached to the lower part of the wings becomes rotational about three axes.

В момент смены направления движения камня 3 вдоль кулисы 4 (фиг.2) угловые скорости вращения кулисы 4 вокруг своей оси и относительно оси ОХ меняют знак, возникает гидродинамический удар у перемешиваемых веществ, увеличивается турбулентность потоков смешиваемых веществ, что повышает качество выходного продукта.At the moment of changing the direction of movement of the stone 3 along the wings 4 (Fig. 2), the angular speeds of rotation of the wings 4 around its axis and relative to the OX axis change sign, a hydrodynamic shock arises for the substances being mixed, the turbulence of the flows of the mixed substances increases, which improves the quality of the output product.

Функция угловой скорости вращения кулисы вокруг своей оси достигает экстремумов в крайних положениях, когда кривошип 1 перпендикулярен кулисе 4 (фиг.3). Тем самым создаются интенсивные течения перемешиваемых веществ, которые размывают застойные зоны, как правило, расположенные в углах емкости перемешивания.The function of the angular velocity of rotation of the wings around its axis reaches extremes in extreme positions when the crank 1 is perpendicular to the wings 4 (Fig.3). This creates intense flows of mixed substances that erode the stagnant zones, usually located in the corners of the mixing tank.

При выборе длин звеньев параметрическое условие, согласно которому размер стойки 5 больше проекции кривошипа 1 на нее, ограничит движение кулисы 4 до колебательного.When choosing the link lengths, the parametric condition according to which the size of the strut 5 is greater than the projection of the crank 1 on it, will limit the movement of the link 4 to the vibrational one.

В положениях, когда скорость вращения кулисы 4 вокруг собственной оси имеет экстремальное значение (фиг.3), ее угловая скорость относительно OZ и ОХ равна или близка к нулю, и наоборот, достигает своих экстремумов в положении, когда скорость вращения кулисы 4 вокруг собственной оси равна нулю. Кулиса 4 в таких положениях «разметает» возможный тяжелый осадок перемешиваемых веществ в направлениях осей OZ и ОХ, скапливающийся у дна дежи.In the positions where the speed of rotation of the wings 4 around its own axis is extreme (Fig. 3), its angular velocity relative to OZ and OX is equal to or close to zero, and vice versa, reaches its extrema in the position when the speed of rotation of the wings 4 around its own axis equal to zero. The link 4 in such positions “sweeps out” a possible heavy sediment of mixed substances in the directions of the OZ and OX axes, which accumulates at the bottom of the bowl.

В предлагаемом устройстве для перемешивания (фиг.1) плоские движения звеньев механизма совмещаются в пространственное движение рабочего органа с переменной по величине и направлению скоростями.In the proposed device for mixing (figure 1), the plane movements of the links of the mechanism are combined in the spatial movement of the working body with variable speeds and magnitudes in direction.

Такой характер движения рабочего органа устройства для перемешивания обеспечивает высокую интенсивность перемешивания за счет создания неравномерных пространственных сдвиговых деформаций обрабатываемого материала, этим самым будет повышаться качество выходного продукта за счет равномерного распределения энергии рабочего органа в слоях перемешиваемых веществ.This nature of the movement of the working body of the device for mixing provides a high intensity of mixing due to the creation of uneven spatial shear deformations of the processed material, thereby improving the quality of the output product due to the uniform distribution of energy of the working body in the layers of the mixed substances.

Устройство для перемешивания является пространственным механизмом, его подвижность определена по формуле Сомова-Малышева и равна единице, рабочий орган имеет шесть не совпадающих по возникновению реверсов, переменные скорости вращения, углы входа в перемешиваемую среду и глубины его погружения, что позволяет ликвидировать застойные зоны, исключать воронкообразование и разбрызгивание, что также повышает качество выходного продукта.The mixing device is a spatial mechanism, its mobility is determined by the Somov-Malyshev formula and is equal to one, the working body has six reverses that do not coincide in appearance, variable rotation speeds, angles of entry into the mixed medium and its immersion depth, which allows eliminating stagnant zones, eliminating funneling and spraying, which also improves the quality of the output product.

Кроме того, выбор низших одноподвижных кинематических пар для соединения звеньев в механизм определило то, что контакт их элементов происходит по поверхности, а следовательно, при одинаковой нагрузке в ней возникают меньшие удельные давления, чем в высшей, а износ при прочих равных условиях пропорционален удельному давлению, поэтому низшие пары изнашиваются медленнее, что и обуславливает их приоритет в отношении к высшим.In addition, the choice of the lower one-moving kinematic pairs for connecting the links into the mechanism determined that the contact of their elements occurs on the surface, and therefore, at the same load, lower specific pressures arise in it than in the higher one, and wear, ceteris paribus, is proportional to the specific pressure , therefore, the lower pairs wear out more slowly, which determines their priority in relation to the higher ones.

Claims (1)

Устройство для перемешивания, представляющее собой замкнутую, одноконтурную пространственную кинематическую цепь, состоящую из звеньев, установленных в следующем порядке: стойка - кривошип - шатун - камень - кулиса - стойка, и вращательных кинематических пар: кривошип-стойка, кривошип-шатун с параллельными осями, перпендикулярными оси вращательной кинематической пары шатун-камень, которая, в свою очередь, перпендикулярна оси кулисы, и винтовой пары кулиса-камень, ось которой параллельна продольной оси кулисы, отличающееся тем, что указанные кулиса и стойка образуют сферическую кинематическую пару, смещенную в пространстве относительно пары кривошип-стойка. A device for mixing, which is a closed, single-circuit spatial kinematic chain, consisting of links installed in the following order: rack - crank - connecting rod - stone - rocker - rack, and rotational kinematic pairs: crank rack, crank with parallel axes, perpendicular to the axis of the rotational kinematic connecting rod-stone pair, which, in turn, is perpendicular to the axis of the rocker, and a screw pair of rocker-stone, the axis of which is parallel to the longitudinal axis of the rocker, characterized in that The side wings and the stand form a spherical kinematic pair displaced in space relative to the pair of crank-stand.

Images