RU2527993C1 - Drum mixer - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: mixer contains a dimensional crank 1 and dimensional bar 3, the axes of the holes of which are crossed in space under equal angles and with the shortest distance between these axes, dimensional crank 2 and main dimensional connecting rod 4 with two holes, the axes of which are crossed at right angle and with the shortest distance between these axes, sequentially pivotally connected among themselves. On axes of joints three drums for placing of agitated mixture components are installed. The shafts of the main dimensional crank 1 and the dimensional connecting rod 4 are connected to own motor-reducers 6 and 12 respectively.

EFFECT: increase of efficiency due to simplification of design with simultaneous increase of quality of mixing and increase of amplitudes of working member motions.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроительной, медицинской (фармацевтической), сельскохозяйственной, строительной (деревообрабатывающей) и других отраслей промышленности, в частности для перемешивания сухих и жидких компонентов смеси.The invention relates to the field of engineering, medical (pharmaceutical), agricultural, construction (woodworking) and other industries, in particular for mixing dry and liquid components of the mixture.

Известен смеситель (авторское свидетельство СССР №762949, МПК B01F 9/02, 1980), содержащий барабан с приводом, выполненным в виде пространственного шарнирно-рычажного механизма, который снабжен балансиром, выполненным в виде качающейся рамы, при этом барабан установлен на раме.A known mixer (USSR author's certificate No. 762949, IPC B01F 9/02, 1980) containing a drum with a drive made in the form of a spatial articulated lever mechanism, which is equipped with a balancer made in the form of a swinging frame, while the drum is mounted on the frame.

Основным недостатком этого смесителя является ограниченность траекторий движения смешиваемых частиц в барабане только вращением барабана вокруг его горизонтальной оси и качанием в вертикальной плоскости.The main disadvantage of this mixer is the limited trajectories of the mixed particles in the drum only by rotating the drum around its horizontal axis and swinging in the vertical plane.

Известен также смеситель (Решетов Л.Н. Конструирование рациональных механизмов. - М.: Машиностроение, 1972, с.142-147), использующий шестизвенный механизм с двойным пространственным шарниром, в котором функцию промежуточного вала выполняет барабан, укрепленный в вилках шарнира на диаметрально взаимно-перпендикулярных геометрических осях. При этом расстояние между диаметрально взаимно-перпендикулярными осями барабана равно расстоянию между осями каждой из вилок шарнира, а валы в станине укреплены параллельно друг другу на расстоянии a=l√3, где l - расстояние между осями каждой из вилок или барабана.A mixer is also known (L. Reshetov, Design of rational mechanisms. - M .: Mashinostroenie, 1972, p.142-147), using a six-link mechanism with a double spatial hinge, in which the drum serves as an intermediate shaft, which is diametrically fixed in the forks of the hinge mutually perpendicular geometric axes. In this case, the distance between the diametrically mutually perpendicular axes of the drum is equal to the distance between the axes of each of the forks of the hinge, and the shafts in the frame are mounted parallel to each other at a distance a = l√3, where l is the distance between the axes of each of the forks or drum.

Недостатками данного смесителя являются малые амплитуды колебаний барабана при вращении его из одного крайнего положения в другое, а также само наличие крайних положений с точки зрения динамики процесса (отсутствие уравновешенности).The disadvantages of this mixer are the small oscillation amplitudes of the drum when it rotates from one extreme position to another, as well as the presence of extreme positions in terms of process dynamics (lack of balance).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому барабанному смесителю и взятому в качестве прототипа является смеситель (патент RU №2077941 C1), содержащий ведущий и ведомый валы, укрепленные в одной плоскости на станине и связанные с двойным посредственным шарниром, в котором функцию промежуточного вала выполняет барабан. Барабан укреплен в вилках шарнира на диаметрально-перпендикулярных геометрических осях.The closest in technical essence to the claimed drum mixer and taken as a prototype is a mixer (patent RU No. 2077941 C1) containing the drive and driven shafts, mounted in the same plane on the bed and connected with a double mediocre hinge, in which the drum serves as an intermediate shaft . The drum is mounted in hinge forks on diametrically perpendicular geometric axes.

Недостатками данного смесителя являются:The disadvantages of this mixer are:

1. Конструктивная сложность данного смесителя, связанная с большим количеством звеньев базового механизма устройства, из которых 2 звена выполнены в виде вилок, охватывающих барабан, в результате чего геометрические размеры барабана и амплитуда перемещения рабочего органа ограничены, что ведет к снижению эффективности.1. The structural complexity of this mixer, associated with a large number of links of the basic mechanism of the device, of which 2 links are made in the form of forks covering the drum, as a result of which the geometric dimensions of the drum and the amplitude of movement of the working body are limited, which leads to a decrease in efficiency.

2. Анализ макета данного устройства а также анимации на программах барабанного смесителя 3D моделирования показывают, что из-за того, что вилки имеют углы скрещивания осей шарниров, равные 90 градусам, это приводит к резким изменениям линейных и угловых ускорений барабана. Это, в свою очередь, вызывает резкое возрастание вредных сил инерции. Из-за этого шарнирные узлы быстро изнашиваются, нарушаются согласованные расчетные размеры звеньев и механизм заклинивает, что в свою очередь делает базовый механизм смесителя неработоспособным. Также конструкция данного смесителя из-за наличия двух вилок со скрещивающимися под углом 90 градусов осями резко ограничивает размеры и особенно пространственную сложную форму траекторий движения точек барабана, что снижает качество перемешивания.2. Analysis of the layout of this device and also the animations on the 3D modeling drum mixer programs show that due to the fact that the forks have angles of intersection of the hinge axes equal to 90 degrees, this leads to sharp changes in the linear and angular accelerations of the drum. This, in turn, causes a sharp increase in the harmful forces of inertia. Because of this, the hinge assemblies wear out quickly, the agreed design dimensions of the links are violated and the mechanism is jammed, which in turn makes the basic mechanism of the mixer inoperative. Also, the design of this mixer due to the presence of two forks with axes crossing at an angle of 90 degrees sharply limits the size and especially the spatial complex shape of the trajectories of the points of the drum, which reduces the quality of mixing.

Решаемой технической задачей изобретения является повышение эффективности путем упрощения конструкции с одновременным повышением качества перемешивания и увеличения амплитуд перемещения рабочего органа.The technical task of the invention is to increase efficiency by simplifying the design while improving the quality of mixing and increasing the amplitudes of movement of the working body.

Технический результат достигается тем, что в барабанном смесителе, содержащем мотор-редуктор, ведущий кривошип, ведущий шатун, барабан, стойку, шарнирно связанные между собой, введен пространственный мотыль, пространственный пруток, последовательно шарнирно соединенные между кривошипом и шатуном, связанные каждый своим мотор-редуктором, на осях шарниров установлены барабаны, причем оси отверстий кривошипа и прутка выполнены скрещивающимися в пространстве под одинаковыми углами и с одинаковыми кратчайшими расстояниями между этими осями, а оси отверстий мотыля и ведущего шатуна выполнены скрещивающимися под одинаковыми прямыми углами и с одинаковыми кратчайшими расстояниями между осями, при этом вал кривошипа соединен напрямую со своим мотор-редуктором, а полый вал шатуна связан со своим мотор-редуктором через пару зубчатых колес, причем вал ведущего кривошипа установлен на полый вал ведущего шатуна с возможностью вращения, который в свою очередь установлен на стойке, с возможностью вращения один относительно другого, сообщая сложные планетарно-пространственные движения с переменными скоростями и ускорениями барабанам, установленных на осях шарниров.The technical result is achieved by the fact that in a drum mixer containing a gear motor, a driving crank, a connecting rod, a drum, a stand articulated between each other, a spatial bloodworm, a spatial bar are introduced, successively articulated between the crank and the connecting rod, each connected by its own motor a reducer, drums are installed on the hinge axes, and the axis of the crank hole and the rod are intersecting in space at the same angles and with the same shortest distances between these axes while the axes of the holes of the bloodworm and the connecting rod are crossed at the same right angles and with the same shortest distances between the axles, while the crank shaft is connected directly to its gear motor, and the hollow connecting rod shaft is connected to its gear motor via a pair of gears, moreover, the shaft of the driving crank is mounted on the hollow shaft of the connecting rod with the possibility of rotation, which in turn is mounted on the rack, with the possibility of rotation one relative to the other, communicating complex planetary-spatial two zheniya with variable speeds and accelerations drums mounted on hinge axes.

НовизнаNovelty

Сущность изобретения: барабанный смеситель для сыпучих и жидких веществ содержит пространственный кривошип и пространственный пруток, оси отверстий которых скрещиваются в пространстве под углом α₁=α₃ и с кратчайшим расстоянием между этими осями l₁=l₃, пространственный мотыль и ведущий пространственный шатун с двумя отверстиями, оси которых скрещиваются под прямым углом α₂=α₄=90° и с кратчайшим расстоянием между этими осями l₂=l₄, концы этих отрезков l₁-l₂-l₃-l₄ совпадают и установлены на вал любого из соединений (см. на фиг.1 - звенья установлены на соединение А). На валы соединений B, C, D жестко установлены барабаны для размещения перемешиваемых компонентов.The inventive drum mixer for bulk and liquid substances contains a spatial crank and a spatial bar, the axis of the holes of which are crossed in space at an angle α ₁ = α ₃ and with the shortest distance between these axes l ₁ = l ₃ , a spatial bloodworm and a leading spatial connecting rod with two holes whose axes are crossed at right angles α ₂ = α ₄ = 90 ° and with the shortest distance between these axes l ₂ = l ₄ , the ends of these segments l ₁ -l ₂ -l ₃ -l ₄ coincide and are mounted on the shaft of any of compounds (see figure 1 - links mouth ovleny on compound A). On the shafts of joints B, C, D, drums are rigidly mounted to accommodate the components to be mixed.

Для пояснения технической сущности предлагаемого барабанного смесителя представлен чертеж.To clarify the technical nature of the proposed drum mixer, a drawing is presented.

На фиг.1 изображена структурная схема барабанного смесителя с двумя приводами, где:Figure 1 shows a structural diagram of a drum mixer with two drives, where:

1 - пространственный кривошип; 2 - пространственный мотыль; 3 - пространственный пруток; 4 - пространственный шатун; 5 - полый вал; 6 - мотор-редуктор кривошипа; 7 - вал ведущего кривошипа; 8 - стойка; 9, 10 - зубчатые колеса; 11 - вал; 12 - мотор-редуктор шатуна; 13, 14, 15 - барабаны для размещения перемешиваемых компонентов; барабанный смеситель (фиг.1) состоит из пространственного кривошипа 1 и пространственного прутка 3, оси отверстий которых скрещиваются в пространстве под одинаковыми углами α₁=α₃ и с одинаковыми кратчайшими расстояниями между этими осями l₁=l₃; из пространственного мотыля 2 и ведущего пространственного шатуна 4 с двумя отверстиями, оси которых скрещиваются под одинаковыми прямыми углами α₂=α₄=90° и с одинаковыми кратчайшими расстояниями между этими осями l₂=l₄; для высокоэффективного перемешивания различных компонентов с переменными скоростями и ускорениями звеньев соединены вращательными парами по следующей последовательности: пространственный кривошип 1 - пространственный мотыль 2 - пространственный пруток 3 - ведущий пространственный шатун 4 так, что концы указанных отрезков l₁-l₂-l₃-l₄ совпадают и установлены на вал любого из этих соединений A, B, C, D (на фиг.1 указанные звенья установлены на соединение A). На валы соединений B, C, D жестко установлены барабаны 13, 14, 15 для размещения перемешиваемых компонентов.1 - spatial crank; 2 - spatial bloodworm; 3 - spatial bar; 4 - spatial connecting rod; 5 - hollow shaft; 6 - crank gear motor; 7 - a shaft of the leading crank; 8 - rack; 9, 10 - gears; 11 - shaft; 12 - connecting rod gear motor; 13, 14, 15 - drums for placement of the mixed components; the drum mixer (figure 1) consists of a spatial crank 1 and a spatial rod 3, the axis of the holes of which are crossed in space at the same angles α ₁ = α ₃ and with the same shortest distances between these axes l ₁ = l ₃ ; from a spatial bloodworm 2 and a leading spatial connecting rod 4 with two holes, the axes of which are crossed at the same right angles α ₂ = α ₄ = 90 ° and with the same shortest distances between these axes l ₂ = l ₄ ; for highly efficient mixing of various components with variable speeds and accelerations of the links are connected by rotational pairs in the following sequence: spatial crank 1 - spatial crank 2 - spatial bar 3 - leading spatial connecting rod 4 so that the ends of these segments l ₁ -l ₂ -l ₃ -l ₄ coincide and are mounted on the shaft of any of these connections A, B, C, D (in Fig. 1, these links are mounted on connection A). On the shafts of joints B, C, D, drums 13, 14, 15 are rigidly mounted to accommodate the components being mixed.

Вал пространственного кривошипа 1 установлен внутри полого вала 5 ведущего шатуна 4 и может вращаться относительно него. В свою очередь полый вал 5 ведущего шатуна 4 подвижно установлен на стойку 8 при помощи вращательной пары и, следовательно, может вращаться относительно стойки 8. Вал ведущего кривошипа соединен с первым мотор редуктором 6 напрямую, а на полый вал ведущего шатуна 4 жестко закреплено зубчатое колесо 9, которое входит в зацепление с зубчатым колесом 10, установленным подвижно на стойку 8 через вал 11, получающий вращательное движение от второго мотор редуктора 12.The shaft of the spatial crank 1 is installed inside the hollow shaft 5 of the connecting rod 4 and can rotate relative to it. In turn, the hollow shaft 5 of the connecting rod 4 is movably mounted on the rack 8 by means of a rotational pair and, therefore, can rotate relative to the rack 8. The shaft of the driving crank is connected directly to the first gear motor 6, and the gear wheel is rigidly fixed to the hollow shaft of the connecting rod 4 9, which engages with a gear wheel 10 mounted movably on a rack 8 through a shaft 11 receiving rotational motion from a second gear motor 12.

Таким образом, ведущий кривошип и ведущий шатун получают независимые вращательные движения относительно шарнира A, сообщая сложные планетарно-пространственные движения с переменными скоростями и ускорениями барабанам 13, 14, 15, установленных на оси шарниров B, C, D через пространственный мотыль 2 и пространственный пруток 3. Предлагаемый барабанный смеситель имеет пять звеньев (m=5: пространственный кривошип 1, пространственный мотыль 2, пространственный пруток 3, пространственный шатун 4 и стойка 8) и пять вращательных кинематических пар с одной степенью подвижности каждая (p₁=5: одинарные вращательные пары в соединениях B, C, D и двойная вращательная пара в соединении A). Поэтому степень подвижности (W) механизма барабанного смесителя по известной формуле Малышева-Сомова с учетом числа согласованных размеров (s=3) определяется:Thus, the leading crank and connecting rod receive independent rotational movements relative to the hinge A, communicating complex planetary-spatial motions with variable speeds and accelerations to the drums 13, 14, 15 mounted on the axis of the hinges B, C, D through the spatial crank 2 and the spatial bar 3. The proposed drum mixer has five links (m = 5: spatial crank 1, spatial crank 2, spatial bar 3, spatial connecting rod 4 and rack 8) and five rotational kinematic pairs with one each degree of motion (p ₁ = 5: single rotational couple in compounds B, C, D and double rotational couple in the compound A). Therefore, the degree of mobility (W) of the drum mixer mechanism according to the well-known Malyshev-Somov formula, taking into account the number of agreed sizes (s = 3), is determined:

$$W=6\left(m-1\right)-5p_1+S=6\left(5-1\right)-5\ast 5+3=2.\left(\text{1}\right)$$

$$W=6\left(m-\mathrm{one}\right)-5p_{\mathrm{one}}+S=6\left(5-\mathrm{one}\right)-5\ast 5+3=2.\left(\text{one}\right)$$

Итак, W=2 показывает, что механизм может иметь два ведущих звена. В нашем предлагаемом барабанном смесителе - это ведущий кривошип 1 и ведущий шатун 4.So, W = 2 shows that the mechanism can have two leading links. In our proposed drum mixer, this is the leading crank 1 and the connecting rod 4.

Для обеспечения многорежимности работы и предотвращения потери энергии в начале запуска барабанного смесителя, оба мотор-редуктора (6 и 12) могут быть снабжены частотными преобразователями, управляемыми через компьютер (на фиг.1 не указаны) для плавного регулирования частоты вращения валов ведущего кривошипа 1 и ведущего шатуна 4.To ensure multi-mode operation and prevent energy loss at the beginning of the start of the drum mixer, both gear motors (6 and 12) can be equipped with frequency converters controlled via a computer (not shown in Fig. 1) for smoothly controlling the speed of the shafts of the drive crank 1 and connecting rod 4.

Барабанный смеситель (фиг.1) работает следующим образом.Drum mixer (figure 1) works as follows.

Вращательное движение от мотор-редуктора 6 через вал 7 передается пространственному кривошипу 1. Пространственный кривошип 1 через вращательный шарнир B приводит в движение пространственный мотыль 2, который при помощи вращательной пары C сообщает сложное пространственное движение с переменными скоростями и ускорениями пространственному прутку 3. В свою очередь пространственный пруток 3 совершает планетарно-пространственное движение вокруг пространственного шатуна 4 через вращательный шарнир D. Пространственный шатун 4 вокруг соединения A получает вращательное движение относительно стойки 8. Через зубчатое колесо 9, которое входит в зацепление с зубчатым колесом 10. Последнее колесо получает вращательное движение от второго мотор редуктора 12.The rotational movement from the geared motor 6 is transmitted through the shaft 7 to the spatial crank 1. The spatial crank 1 through the rotary hinge B drives the spatial crank 2, which, using the rotary pair C, communicates complex spatial motion with variable speeds and accelerations to the spatial bar 3. In its in turn, the spatial rod 3 makes a planetary-spatial movement around the spatial connecting rod 4 through the rotary hinge D. The spatial connecting rod 4 around the connection I A receives a rotational movement relative to the rack 8. Through the gear 9, which is engaged with the gear 10. The last wheel receives a rotational movement from the second gear motor 12.

Таким образом, барабан 14 смесителя, установленный на вал соединения C совершает наиболее сложное планетарное пространственное движение с переменными скоростями и ускорениями, а барабаны 13 и 15 совершают планетарные движения в пространстве, что и обеспечивает высокую степень эффективности и однородности перемешивания различных компонентов, из-за разных инерционных массовых параметров перемешиваемых компонентов.Thus, the mixer drum 14 mounted on the connection shaft C performs the most complex planetary spatial motion with variable speeds and accelerations, and the drums 13 and 15 perform planetary movements in space, which ensures a high degree of efficiency and uniformity of mixing of various components, due to different inertial mass parameters of the mixed components.

По своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами, заявляемый барабанный смеситель позволяет высокоэффективно производить перемешивание сухих и жидких компонентов смеси за счет упрощения конструкции устройства с одновременным повышением качества, благодаря предложенной конструктивной особенности во-первых, из-за меньшего количества подвижных звенев барабанного смесителя и последовательного соединения их только вращательными парами, упрощается конструкция;According to its technical and economic advantages, in comparison with the known analogues, the inventive drum mixer allows highly efficient mixing of dry and liquid components of the mixture by simplifying the design of the device while improving the quality, due to the proposed design feature, firstly, due to the smaller number of movable links a drum mixer and their serial connection only by rotational pairs, the design is simplified;

во-вторых, барабаны смесителя для размещения перемешиваемых компонентов смеси получают сложное пространственное движение с переменными скоростями и ускорениями, что обеспечивает высококачественное и однородное перемешивание;secondly, mixer drums for placement of the mixed components of the mixture receive complex spatial motion with variable speeds and accelerations, which ensures high-quality and uniform mixing;

в-третьих, неохваченность габаритов барабанов смесителя другими звеньями увеличивает производительность перемешивания.thirdly, the lack of coverage of the dimensions of the mixer drums by other links increases the mixing performance.

Claims (1)

Барабанный смеситель, содержащий мотор-редуктор, ведущий кривошип, ведущий шатун, барабан, стойку, шарнирно связанные между собой, отличающийся тем, что в него введен пространственный мотыль, пространственный пруток, последовательно шарнирно соединенные между кривошипом и шатуном, связанные каждый своим мотор-редуктором, на осях шарниров установлены барабаны, причем оси отверстий кривошипа и прутка выполнены скрещивающимися в пространстве под одинаковыми углами и с одинаковыми кратчайшими расстояниями между этими осями, а оси отверстий мотыля и ведущего шатуна выполнены скрещивающимися под одинаковыми прямыми углами и с одинаковыми кратчайшими расстояниями между осями, при этом вал кривошипа соединен напрямую со своим мотор-редуктором, а полый вал шатуна связан со своим мотор-редуктором через пару зубчатых колес, причем вал ведущего кривошипа установлен на полый вал ведущего шатуна с возможностью вращения, который, в свою очередь, установлен на стойке, с возможностью вращения один относительно другого, сообщая сложные планетарно-пространственные движения с переменными скоростями и ускорениями барабанам, установленных на осях шарниров. A drum mixer containing a gear motor, a drive crank, a connecting rod, a drum, a stand articulated between each other, characterized in that a spatial bloodworm, a space bar are introduced, successively pivotally connected between the crank and the connecting rod, each connected by its own gear motor , drums are installed on the hinge axes, and the axis of the crank hole and the rod are intersecting in space at the same angles and with the same shortest distances between these axes, and the axis of the holes the first crank and the connecting rod are made crossing at the same right angles and with the same shortest distances between the axes, while the crank shaft is connected directly to its gear motor, and the hollow connecting rod shaft is connected to its gear motor through a pair of gears, and the shaft of the crank mounted on a hollow shaft of the connecting rod with the possibility of rotation, which, in turn, is mounted on the rack, with the possibility of rotation one relative to the other, communicating complex planetary-spatial movements with changes speed and acceleration of the drums mounted on the axes of the hinges.