Устройство точной подачи сыпучих материалов

Согласно изобретению устройство точной подачи сыпучего материала для осуществления выдачи сыпучего материала с микрорегулированием количества сыпучего материала, выдаваемого в направлении вниз из выпускного отверстия, расположенного в нижней части емкости, содержащей сыпучий материал, и доставки сыпучего материала к устройству следующей ступени, содержит множество заслонок, расположенных по периметру выпускного отверстия, и механизм привода заслонок, включающий в себя устройство движущей силы, элемент передачи и шкивы. Шкивы соединены с устройством движущей силы посредством элемента передачи. Множество заслонок одним концом прикреплены к осям шкивов, а другие концы вращаются возвратно-поступательно под воздействием устройства движущей силы, вследствие чего заслонки перемещаются в промежутке между внешней периферией выпускного отверстия и его центром. Множество заслонок взаимодействуют друг с другом для регулирования степени открытия/закрытия, при этом осуществляя выдачу отмеренного количества сыпучего материала. Задачей изобретения является, в частности, решение проблем устройства подачи сыпучего материала, в котором используется заслонка шиберного типа, и создание устройства точной подачи сыпучего материала, которое, осуществляя выдачу сыпучего материала к устройству следующей ступени, точно и стабильно регулирует скорость выдачи сыпучего материала вертикально вниз. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к устройству точной подачи сыпучих материалов, которое, используя заслонку, которая открывается и закрывается горизонтально, точно и устойчиво регулирует количество подачи сыпучего материала независимо от его типа.

Предшествующий уровень техники

На сегодняшний день существует несколько видов технологий подачи сыпучих материалов, используемых в качестве способов капельного питания сыпучим материалом, который содержится в бункере или подобной емкости, через выпускное отверстие в его нижней части, с регулировкой количества подачи сыпучего материала. Схемы выбирают в зависимости от характеристик сыпучего материала.

Диаметр частиц многих сыпучих материалов является переменной величиной, причем пределы ее изменения выражаются в гранулометрическом распределении. Имеются различные типы сыпучих материалов, включая те, частицы которых искажены по диаметру, те, которые однородны по диаметру частицы, те, которые делятся на частицы большого и маленького диаметра, и те, которые имеют однородное отклонение диаметра частиц. Примеры сыпучих материалов, имеющих маленький диаметр частиц, включают в себя в себя пигменты, красители и пшеничную муку. Примеры сыпучих материалов, имеющих большой диаметр частиц, включают в себя соль или сахарный песок. Примером сыпучего материала, имеющего однородные по диаметру частицы, является тонер. Примером сыпучего материала, имеющего частицы с однородным отклонением по диаметру, является порошкообразный активированный уголь.

В случае сыпучих материалов, имеющих однородное отклонение диаметра частиц и нормальное распределение, то такие сыпучие материалы легко удерживают воздух и газ, и легко подвергаются псевдоожижению. Понятие «псевдоожижение» означает, что, когда сыпучий материал непрерывно насыщают газом, в определенный момент времени сыпучий материал выходит из твердого состояния и набухает, ведя себя как текучая среда. Сыпучие материалы, которые склонны к псевдоожижению, весьма склонны к протеканию сильным потоком (имеют высокую склонность к «смыванию») и легко разлетаются, и, соответственно, требуют осторожного обращения с порошковой пылью.

Постольку сыпучий материал, имеющий однородный диаметр частиц, весьма текуч, и имеет маленький угол естественного откоса, то если предпринимается попытка складировать его в кучу, коническое основание кучи будет расширяться, приводя к обвалу. Сыпучие материалы, обладающие высокой текучестью, часто встречаются в гранулированном виде, например, в виде гранулированного сахара. Сыпучие материалы, имеющие однородный диаметр частиц, совсем не удерживают газ в слоях сыпучего материала и часто не имеют свойств псевдоожижения. С другой стороны, сыпучие материалы, имеющие низкую текучесть, будучи способными к сцеплению и агрегированию, предрасположены к воронкообразному потоку, сводообразованию, образованию крысиных нор и блокировке каналов транспортировки. Понятие «воронкообразный поток» означает, что сыпучий материал оказывается прижатым к внутренней стенке бункера, а сыпучий материал, отдаленный от внутренней стенки, высвобождается первым. Понятие «крысиная нора» означает, что сыпучий материал, прижатый к внутренней стенке воронкообразным потоком, уплотняется, и эта часть не высвобождается, в то время как в части, расположенной на удалении от внутренней стенки, формируется отверстие в сыпучем материале.

Известными системами подачи, соответствующими вышеупомянутым свойствам сыпучего материала, являются шнековые загрузочные системы, а также вибрационные системы, ротационные дозаторы и затворные системы, использующие заслонки.

Что касается шнековых загрузочных систем, в известных шнековых загрузочных устройствах используется шнек в разгрузочной секции, отходящей в виде трубы от нижней части контейнера в виде бункера, расположенного по верхнему краю устройства, и, такой шнек вращается по ходу нижнего края устройства, выталкивая отмеренное количество сыпучего материала. Такие устройства также называют шнековыми питателями. Примеры устройств, которые подают сыпучий материал в горизонтальном направлении, называют шнековыми конвейерными устройствами или шнековыми конвейерами.

Что касается вибрационных систем, то вибрации создаются генератором, использующим электромагнитное, пьезоэлектрическое и им подобное средство. Вибрации не только делают плотность подаваемого материала однородной, но также направляют подаваемый материал к отверстию подачи. Интенсивность вибрации настраивают в зависимости от типа сыпучего материала и объема подачи.

Что касается ротационных дозаторов, то зубчатые колеса, имеющие оси вращения, располагают горизонтально в верхней части вблизи выпускного отверстия в нижней части бункера; сыпучий материал заполняет с постоянной плотностью канавки между зубчатыми колесами, и зубчатые колеса вращаются, чтобы высвобождать из выпускного отверстия полный объем сыпучего материала, осуществляя дозированную выдачу сыпучего материала между зубчатыми колесами. Ротационные дозаторы используются для дозировки таких сыпучих материалов, как тонер, имеющий однородный диаметр частиц, и порошкообразный активизированный уголь, имеющий однородное отклонение диаметров частиц. Объем между зубчатыми колесами настраивается в зависимости от типа сыпучего материала и объема подачи.

Что касается затворных систем, использующих заслонки, существуют типы, в которых запорная пластина перемещается горизонтально над выпускным отверстием, и типы, в которых выдаваемое количество регулируется степенью сужения выпускного отверстия, например, с помощью ирисовой диафрагмы. Чтобы осуществить дозированную выдачу, степень открытия/закрытия настраивают в зависимости от типа и свойств сыпучего материала.

Кроме того, имеются устройства подачи сыпучих материалов, которые включают в себя даже взвешивание: в зависимости от свойств сыпучего материала, есть устройства циклического типа, которые чередуют выдачу из бункера и паузы для каждого цикла взвешивания, и устройства непрерывного типа, которые, продолжая выдачу, осуществляют взвешивание, чтобы отмерять установленные количества сыпучего материала.

Однако в шнековых системах проблема заключается в том, что транспортируемый сыпучий материал сдавливается винтами по направлению вниз, при этом в зависимости от типа и свойств сыпучего материала, сокращение объема приводит к образованию комкообразных масс, способствующих сводообразованию и формированию областей с отличающейся плотностью, вследствие чего выдача установленного количества становится невозможной. В вибрационных системах с сыпучими материалами, склонными к псевдоожижению, были проблемы разлетания сыпучего материала и т.п. Проблемы с ротационными дозаторами включали в себя защемление сыпучего материала между зубчатыми колесами и поверхностям стенок отверстия подачи, создавая нагрузку на ротационные дозаторы. Каждая из традиционных систем имеет свои недостатки. Авторы изобретения, учитывая имеющиеся проблемы, сосредоточили внимание и исследовали затворные системы, использующие заслонки, в результате чего были выявлены нижеследующие предшествующие изобретения.

В патентном документе 1 раскрыто доступное затворное устройство, позволяющее путем вращения поворотного кольца вокруг внешней стороны трубки подачи зерна приводить в действие затвор с множеством створок, установленных с возможностью выдвижения по направлению к месту затвора в центральной части трубки подачи зерна и втягивания от этого места, чтобы перекрывать или открывать проход для зерна.

В патентном документе 2 раскрыто изобретение, в котором благодаря логической и простой конфигурации, в положениях вблизи заслонки, которая под действием упругой силы пружины постоянно находится в закрытом состоянии, соответственно установлены соленоид, способный переводить заслонку из закрытого состояния в полностью открытое состояние, и соленоид, способный переводить заслонку в полуоткрытое состояние, с возможностью регулировки монтажных положений соленоидов с целью настройки требуемого полуоткрытого состояния заслонки, чтобы обеспечивать возможность автоматического взвешивания проходящего зерна.

В патентном документе 3 раскрыто устройство, оснащенное ирисовой диафрагмой, в которой на каждой концевой части трубы, выполненной из гибкого материала (например, из резины, ткани или полотна), установлено удерживающее кольцо, и приводом, который перемещает ирисовую диафрагму между открытым положением, обеспечивающим доступ внутрь мешка через отверстие, и закрытым положением, в котором отверстие мешка закрыто, причем вращение кольца на одной из концевых частей относительно кольца на другой концевой части деформирует трубу, постепенно закрывая проход или отверстие, ограниченное упомянутой трубой, подобно ирисовой диафрагме камеры.

И, наконец, в патентном документе 4 раскрыто устройство, снабженное бункером для хранения сыпучего материала, трубчатым соплом, отходящим вниз от нижнего конца бункера, стержневидным валом, установленным с возможностью перемещения вверх и вниз внутри бункера или внутри трубчатого сопла, и затвором на нижнем конце вала, который открывает/закрывает отверстие в нижнем конце трубчатого сопла в соответствии с перемещением упомянутого вала вверх и вниз, и конфигурация затвора такова, что он имеет юбку, соответствующую отверстию на нижнем конце упомянутого сопла, оба бесконтактно вводятся во внутреннее пространство сопла, чтобы закрыть отверстие в нижнем конце такого сопла, и выходят наружу вниз через отверстие в нижнем конце упомянутого сопла, чтобы открыть отверстие в нижнем конце сопла.

Документы предшествующего уровня техники

Патентные документы

Патентный документ 1: публикация заявки на полезную модель № S54-182352

Патентный документ 2: рассмотренная опубликованная заявка № S50-031832

Патентный документ 3: международная заявка, основанная на опубликованной патентной заявке № H08-505589

Патентный документ 4: патент № 4329929

Раскрытие изобретения

Задачи, которые должно решить изобретение

Согласно патентному документу 1, чтобы побуждать множество клапанов, на которые сверху давит масса сыпучего материала, взаимодействовать друг с другом и совершать операции открытия/закрытия с целью управления степенью открытия/закрытия, необходим сложный и надежный механизм, способный осуществлять представляющую собой проблему точную дозированную выдачу сыпучего материала. Конкретной проблемой является застревающий в промежутках между клапанами сыпучий материал, приводящий к сбою взаимодействия клапанов и схожим отказам при открытии/закрытии клапанов. Другие проблемы связаны с прочими случаями рассеивания сыпучего материала из промежутков.

Согласно патентному документу 2, ввиду того что заслонка приводится в действие упругой силой пружины, имеется опасение, что работа заслонки может быть нестабильной из-за давления на заслонку находящегося сверху сыпучего материала. Другой проблемой является то, что, контролируя только открытое и закрытое состояния, невозможно осуществить регулирование микроколичества сыпучего материала.

Что касается патентного документа 3, то ввиду того, что ирисовая диафрагма выполнена из гибкого материала, в случае сыпучего материала, имеющего низкую текучесть, флуктуации количества выдаваемого объема в единицу времени из-за прилипания материала к ирисовой диафрагме являются большими, и управление открытием/закрытием диафрагмы представляет собой трудную задачу.

Согласно патентному документу 4, угол, формируемый конической боковой поверхностью затвора, контактирующей с сыпучим материалом, устанавливают исходя из угла естественного откоса, который зависит от типа сыпучего материала, при этом проблема заключается в том, что в силу типа и свойств сыпучего материала или из-за его давления сверху имеют место воронкообразное истечение и сводообразование между валом и соплом или между соплом и конической частью конца вала, дестабилизирующие количество выдаваемого материала.

Задачей изобретения, обусловленной необходимостью учета описанных выше проблем, является, в частности, решение проблем устройства подачи сыпучего материала, использующего заслонку шиберного типа, и предложение устройства точной подачи сыпучего материала, которое, осуществляя выдачу сыпучего материала в устройство следующей ступени, точно и надежно контролирует количество сыпучего материала, выдаваемого перпендикулярно вниз.

Средство решения задач

Чтобы решить вышеупомянутые задачи, согласно изобретению, устройство точной подачи сыпучего материала для осуществления выдачи сыпучего материала с микрорегулированием количества сыпучего материала, выдаваемого в направлении вниз из выпускного отверстия, расположенного в нижней части емкости, содержащей сыпучий материал, и доставки сыпучего материала к устройству следующей ступени, включает в себя множество заслонок, расположенных по периметру выпускного отверстия, и механизм привода заслонок, включающий в себя устройство движущей силы, элемент передачи и множество шкивов, причем снаружи по периметру выпускного отверстия шкивы соединены с устройством движущей силы посредством элемента передачи; множество заслонок одним концом прикреплены к осям шкивов, а другие концы вращаются возвратно-поступательно под воздействием устройства движущей силы, вследствие чего заслонки перемещаются в промежутке между внешней периферией выпускного отверстия и его центром, и множество заслонок взаимодействуют друг с другом для регулирования степени открытия/закрытия выпускного отверстия, при этом осуществляя выдачу отмеренного количества сыпучего материала.

Согласно изобретению, устройство точной подачи сыпучего материала отличается тем, что в приводном механизме заслонок шкивы являются зубчатыми шкивами, а элемент передачи представляет собой зубчатый элемент передачи, и тем, что в зависимости от необходимости имеются зубчатые шкивы, не связанные осями с заслонками, и/или прижимные элементы для прижимания элемента передачи, и при этом пять или более зубьев зубчатого элемента передачи находятся в зацеплении с каждым из зубчатых шкивов.

Согласно изобретению, устройство точной подачи сыпучего материала отличается тем, что для закрывания выпускного отверстия множество заслонок приводят в плотный контакт друг с другом в их поперечных сечениях по толщине.

Согласно изобретению, устройство точной подачи сыпучего материала отличается тем, что в верхней части выпускного отверстия имеется: вертикальный вал, прикрепленная к вертикальному валу верхняя мешалка, устройство вращения вертикального вала для вращения вертикального вала, нижняя мешалка, храповой механизм, на оси которого установлена нижняя мешалка, чтобы вращаться горизонтально только в одном направлении относительно и синхронно с вертикальным валом, и устройство приведения во вращение нижней мешалки, причем нижняя мешалка выполнена с возможностью независимого вращения в направлении, противоположном направлению вращения верхней мешалки, и во время обычной выдачи верхняя и нижняя мешалки синхронизированы, чтобы выдавать сыпучий материал, а при выдаче микроколичества сыпучего материала приводится в действие или работает согласованно с заслонками только нижняя мешалка, регулирующая количество выдаваемого сыпучего материала.

Преимущества изобретения

В устройстве точной подачи сыпучего материала согласно изобретению, ввиду того, что принята система, в которой выпускное отверстие открывается/закрывается в промежутке от его внешней периферии до центра, в зависимости от размера выдаваемой дозы, или сразу после начала выдачи и непосредственно перед концом выдачи при микрорегулировании степени открытия/закрытия выпускного отверстия, может регулироваться количество выдаваемого из выпускного отверстия сыпучего материала, тем самым демонстрируя преимущество точной подачи сыпучего материала с небольшими ошибками и высокой воспроизводимостью.

В устройстве точной подачи сыпучего материала согласно изобретению, имея улучшенное зацепление между шкивами и элементом передачи, даже во время активации, когда нагрузка от сыпучего материала является большой, заслонки могут активироваться синхронно, без проскакивания зубьев. Использование в качестве приводных устройств шаговых электродвигателей, имеющих высокую разрешающую способность, позволяет точно регулировать степень открытия и закрытия заслонок, демонстрируя преимущество стабильности количества выдаваемого сыпучего материала даже при выдаче микроколичеств.

В устройстве точной подачи сыпучего материала согласно изобретению, в отличие от устройств с ирисовой диафрагмой, в которых при выдаче микроколичества сыпучего материала, ввиду того, что множество заслонок сконцентрировано с наложением друг на друга вблизи центра выпускного отверстия, давление, стремящееся открыть промежутки между заслонками, воздействует на заслонки, так что сыпучий материал просачивается через или застревает в промежутках, в данном изобретении, в котором заслонки не накладываются друг на друга, демонстрируется преимущество исключения просачивания или защемления сыпучего материала.

В устройстве точной подачи сыпучего материала согласно изобретению, в состоянии, в котором заслонки слегка приоткрыты, микровращение только нижней мешалки, расположенной вблизи заслонок, обеспечивает выдачу из выпускного отверстия микроколичества сыпучего материала. Кроме того, могут предотвращаться воронкообразное истечение, крысиные норы и сводообразование, которые имеют место в сыпучих материалах с низкой сыпучестью. В то же самое время, ввиду того что верхняя мешалка и нижняя мешалка обычно вращаются синхронно друг с другом, можно выдавать сыпучий материал с высокой скоростью, демонстрируя преимущество высокой эффективности выдачи сыпучего материала.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 – устройство 1 точной подачи сыпучих материалов согласно изобретению, вид в перспективе, если смотреть по диагонали снизу;

на фиг. 2a – устройство 1 точной подачи сыпучих материалов согласно изобретению, вид сбоку в разрезе;

на фиг. 2b – часть устройства точной подачи сыпучих материалов согласно изобретению в увеличенном масштабе, вид сбоку;

на фиг. 3 – приводной механизм 10 заслонок, вид в перспективе, если смотреть по диагонали сверху;

на фиг. 4 – нижняя поверхность приводного механизма 10 заслонок, в котором заслонки 12 установлены на основании 14 приводного механизма заслонок;

на фиг. 5 – заслонки 12 в полуоткрытом состоянии, вид в перспективе;

на фиг. 6 – заслонки 12 в закрытом состоянии, вид в перспективе;

на фиг. 7 – устройство 1 точной подачи сыпучих материалов согласно изобретению, вид в перспективе снизу, поясняющий приводной механизм 30 нижней мешалки во всей его полноте, причем приводной механизм 10 заслонок на чертеже не показан;

на фиг. 8 – устройство 1 точной подачи сыпучих материалов согласно изобретению в случае, когда мешалки прикреплены в качестве вспомогательных приспособлений, вид сбоку в разрезе;

на фиг. 9 – приводной механизм 30 нижней мешалки во всей его полноте, вид в перспективе, если смотреть по диагонали снизу.

Варианты осуществления изобретения

Описание устройства 1 точной подачи сыпучих материалов согласно вариантам осуществления изобретения приведено со ссылками на чертежи.

На фиг. 1 показано устройство 1 точной подачи сыпучих материалов согласно изобретению, вид в перспективе, если смотреть по диагонали снизу.

Устройство 1 точной подачи сыпучих материалов согласно изобретению осуществляет выдачу сыпучего материала с микрорегулированием количества выдаваемого вниз сыпучего материала из выпускного отверстия 24 через выпускной патрубок 22, расположенный на нижней части бункера 20, содержащего сыпучий материал, и доставляет сыпучий материал к устройству следующей ступени.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения на нижней поверхности кольцеобразного основания 14 приводного механизма заслонок, установленного на нижнем конце выпускного отверстия 24, имеются три заслонки 12, расположенные равномерно по внешнему периметру выпускного отверстия 24. На чертеже показана конфигурация, в которой выпускной патрубок 22 выполнен в виде цилиндра, а выпускное отверстие 24 выполнено круглым. Хотя приемлемы и многоугольные формы, но в случае многоугольной формы могут возникать случаи нарушения функционирования, например, из-за застревания сыпучего материала в углах, потому овальная или круглая формы предпочтительны. Хотя на чертеже показан случай, когда заслонки 12 выполнены в виде набора из трех заслонок, количество заслонок не ограничено этой цифрой.

На фиг. 2a показано устройство 1 точной подачи сыпучих материалов согласно изобретению, вид сбоку в разрезе.

На фиг. 2b показана часть устройства точной подачи сыпучих материалов согласно изобретению в увеличенном масштабе, вид сбоку.

На верхней поверхности основания 14 приводного механизма заслонок имеется приводной механизм 10 заслонок, предназначенный для точного скоординированного управления работой трех заслонок 12. Основание 14 приводного механизма заслонок прикреплено к выпускному отверстию 24 на нижнем конце выпускного патрубка 22. В частности, на наружной поверхности выпускного патрубка 22 имеется наружная резьба. С другой стороны, на внутренней периферийной стороне основания 14 приводного механизма заслонок имеется внутренняя резьба, причем середина основания 14 вырезана в форме круга, чтобы соответствовать наружной периферии выпускного патрубка 22, т.е. на части основания, которая сопрягается с выпускным патрубком 22. Таким образом, крепление основания 14 приводного механизма заслонок осуществляется путем навинчивания основания 14 приводного механизма заслонок по нижней части выпускного патрубка 22. Поэтому, приводной механизм 10 заслонок может легко заменяться. Хотя устройство 1 точной подачи сыпучих материалов оснащено блоком управления, который управляет приводным механизмом 10 заслонок, упомянутый блок управления на чертежах не показан.

Бункер 20 заполняют сыпучим материалом через отверстие в верхней части бункера, и приводят в действие приводной механизм 10 заслонок для осуществления контролируемой выдачи хранящегося в бункере 20 сыпучего материала путем открытия/закрытия заслонок 12, установленных в выпускном отверстии 24. Устройство подачи может быть выполнено так, чтобы прежде чем сыпучий материал, хранящийся в бункере 20, будет полностью выгружен, он пополнялся вручную, или таким образом, чтобы количество сыпучего материала контролировалось датчиком и бункер автоматически пополнялся после выдачи заданного количества сыпучего материала. Датчик, который осуществляет обнаружение количества сыпучего материала, может быть датчиком нагрузки, который измеряет количество выданного сыпучего материала, или оптическим датчиком, который определяет уровень поверхности сыпучего материала. Кроме того, количество сыпучего материала может также определяться датчиком, который измеряет статический заряд сыпучего материала, или который принимает сыпучий материал, падающий вниз на пружинящую пластину, и измеряет ударную силу.

На фиг. 3 показана приводной механизм 10 заслонок, вид в перспективе, если смотреть по диагонали сверху.

На фиг. 4 показан нижняя поверхность приводного механизма 10 заслонок, в котором заслонки 12 установлены на основании 14 приводного механизма заслонок.

В состав приводного механизма 10 заслонок входят: двигатель 16, выполняющий функцию приводного устройства для приведения в действие заслонок 12; зубчатые шкивы 162, на осях которых установлены с возможностью вращения заслонки 12; и зубчатый ремень 164, натянутый в качестве элемента передачи вокруг и между зубчатыми шкивами 162, на осях которых установлены три заслонки 12, чтобы передавать им крутящий момент от двигателя 16. Зубчатые шкивы 162, на осях которых установлены заслонки 12, размещены с равными интервалами по периферии верхней поверхности основания 14 приводного механизма заслонок. Вращающийся вал 168 двигателя 16 связан с одним из зубчатых шкивов 162, на осях которых установлены заслонки 12. При использовании зубчатых шкивов 162 и зубчатого ремня 164 может быть исключено проскальзывание между шкивами и элементом передачи крутящего момента (ремнем), а также потери передачи энергии из-за слабины ремня передачи.

Если количество заслонок 12 невелико, расстояние между шкивами, на которых установлены заслонки 12, становится большим, и может так случиться, что, когда масса сыпучего материала давит на заслонки 12, зацепление зубчатых шкивов 162 и зубчатого ремня 164 будет смещаться по положению, так что может произойти неправильное зацепление зубьев. Чтобы предотвратить ситуацию, в которой не может быть обеспечена точная регулировка открытия/закрытия заслонок, для исключения провисания ремня 164 между имеющимися зубчатыми шкивами 162, к осям которых прикреплены заслонки 12, устанавливают прижимные элементы 166.

При кольцеобразной форме основания 14 приводного механизма заслонок, прижимные элементы 166 ограничены в своем положении периферией основания, поэтому может случиться, что давление прижима недостаточно, так что не удается предотвратить несовпадение зубьев зубчатых шкивов 162 и зубьев ремня 164. Чтобы решить эту проблему, между зубчатыми шкивами 162, несущих на осях заслонки 12, и прижимными элементами 166 устанавливают холостые шкивы 163, не связанные с заслонками 12, как это показано в фиг. 3. Хотя на фиг. 3 прижимные элементы 166 для предотвращения провисания зубчатого ремня между соответствующими зубчатыми шкивами 162 показаны установленными в каждом промежутке между соответствующими зубчатыми шкивам 162, установка прижимных элементов 166 в каждом промежутке не обязательна при условии, что зубья зубчатого ремня 164 находятся в зацеплении по меньшей мере с пятью зубьями зубчатых шкивов 162.

Расположение зубчатых шкивов 162 и прижимных элементов 166 во время проектирования приводного механизма 10 заслонок было выбрано путем вычисления крутящего момента, воздействующего на зубчатый ремень 164. Крутящий момент был вычислен, используя шаг, рассчитанный исходя из двумерного расположения зубчатых шкивов 162 и прижимных элементов 166, предварительно выбранной ширины ремня и нагрузки, прикладываемой к заслонкам 12. По результатам вычисления крутящего момента определен диапазон соответствующего крутящего момента для предварительно выбранной ширины ремня. Одновременно вычислены соответствующий диаметр шкива и количество зацепляющихся зубьев.

В результате разработки опытного образца и повторных испытаний, основанных на расчетных результатах, было выяснено, что при условии, что высота бункера 20 составляет 400 мм, угол внешней периферийной стенки составляет 55 градусов, диаметр выпускного отверстия 24 составляет приблизительно 60 мм, ширина ремня составляет приблизительно 10 мм, а диаметр зубчатых шкивов 162 составляет приблизительно 15 мм, и зубья зубчатого ремня 164 находятся в зацеплении по меньшей мере с пятью зубьями зубчатого шкива 162, смещения зацепления не будет.

В ходе последующих итеративных испытаний было продемонстрировано, что при бункерах 20 тех же параметров, независимо от высоты и угла выпускного отверстия 24, при условии, что зубья зубчатого ремня 164 находятся в зацеплении по меньшей мере с пятью зубьями зубчатого шкива 162, ненадлежащее функционирование из-за смещения зацепления может быть предотвращено. Соответственно, когда используются холостые шкивы 163, количество холостых шкивов 163 может выбираться таким, чтобы зубья зубчатого ремня 164 находились в зацеплении по меньшей мере с пятью зубьями зубчатых шкивов 162.

С другой стороны, хотя для предотвращения выхода из зацепления зубчатых шкивов 162 с зубчатым ремнем 164 можно увеличить количество только холостых шкивов 163, чтобы поддерживать натяжение путем прижатия их в направлении диаметрально наружу к зубчатому ремню 164, угол, под которым зубчатый ремень 164 находится в зацеплении с зубчатыми шкивами 162, увеличивается, так что количество зубьев, которыми зубчатый ремень 164 входит в зацепление с зубчатыми шкивами 162, уменьшается. Кроме того, люфт между зубчатым ремнем 164 и зубчатыми шкивами 162 исчезает, так что будут иметь место случаи, когда нагрузка, воздействующая на зубчатый ремень 164 и уменьшающая срок его службы, увеличивается. В такой ситуации для того, чтобы зубчатый ремень 164 все-таки попал в зацепление по меньшей мере с пятью зубьями зубчатых шкивов 162, регулирование осуществляют не путем снабжения холостыми шкивами 163, а путем использования прижимных элементов 166.

Хотя и не предъявляется требование, чтобы либо холостые шкивы 163, либо прижимные элементы 166 обязательно располагались симметрично на основании 14 приводного механизма заслонок, для согласованного беспроблемного приведения в действие множества заслонок 12 предпочтительно, чтобы натяжение зубчатого ремня 164 было однородным, для чего предпочтительно размещать их симметрично по периферии основания 14 приводного механизма заслонок, как это показано на фиг. 3.

Использование в качестве двигателя 16 для приведения в действие заслонок 12 шагового или пульсирующего электродвигателя, допускающего регулировку угла поворота, позволяет точно управлять степенью открытия выпускного отверстия 24.

Кроме того, используя датчик, который измеряет количество выдаваемого сыпучего материала с помощью измерения веса, измерения статического заряда сыпучего материала или приема падающего сыпучего материала на пружинящую пластину и измерения ударной силы, измеряют расход сыпучего материала, используемый в качестве обратной связи в блоке управления для точной регулировки степени открытия/закрытия выпускного отверстия 24, чтобы регулировать с высокой точностью количество сыпучего материала, выпадающего из выпускного отверстия 24. В частности, программирование управления для настройки степени открытия/закрытия выпускного отверстия 24 согласно величине расхода, или для приведения в действие заслонок 12, чтобы сразу после начала выдачи установить выдаваемое количество на микровыдачу и постепенно увеличивать ее, а непосредственно перед окончанием выдачи снова перейти к микровыдаче, снижает ошибки измерения расхода, чтобы обеспечить управление, которое осуществляет точную выдачу сыпучего материала с высокой воспроизводимостью.

Фиг. 4 поясняет случай, когда три заслонки 12 находятся в открытом состоянии (сплошные линии) и закрытом состоянии (пунктирная линия). С помощью двигателя 16, способного вращаться по часовой стрелке и против часовой стрелки, три заслонки 12, центрированных на осях 168 вращения, на которых они закреплены, согласованно вращаются, при этом концевые части, удаленные от осей 168 вращения, перемещаются в промежутке между внешней периферией и центром выпускного отверстия 24, открывая/закрывая выпускное отверстие 24. В случаях, когда количество выдаваемого сыпучего материала должно регулироваться с большей точностью, количество заслонок 12 может быть увеличено. Аналогичным образом, если достаточна грубая регулировка количества выдаваемого сыпучего материала, количество заслонок 12 может быть сокращено.

В устройстве подачи сыпучего материала согласно изобретению, в отличие от ирисовой диафрагмы камеры, заслонки 12 открываются/закрываются без перекрывания друг с другом. В закрытом состоянии каждая заслонка 12 приводится в тесное соприкосновение друг с другом в сечении по толщине, чтобы закрыть выпускное отверстие 24. Поперечные сечения могут быть вертикальными, но они также могут иметь наклон. В последнем случае они формируются таким образом, чтобы они имели точку симметрии, так что противолежащие поперечные сечения заслонок 12 плотно контактируют друг с другом. С учетом толщины заслонок 12, при их закрытии сыпучий материал может застревать между ними, но если придать им по краям в поперечном сечении угол наклона, сыпучий материал будет выталкиваться вниз. Они также могут формироваться с поперечными сечениями, концевые стороны которых, не имеющие толщины, являются заостренными. В таком случае, вероятность заедания заслонок по причине застревания сыпучего материала между ними в поперечном сечении, когда они находятся в закрытом состоянии, равна нулю, и может ожидаться стабильная работа по открытию/закрытию заслонок.

Заслонки 12 должны возвратно-поступательно двигаться между открытым положением и закрытым положением с хорошей воспроизводимостью. С учетом случаев, когда шаговый электродвигатель или пульсирующий электродвигатель теряют синхронизм из-за нагрузки или проскока зубчатого ремня 164 через зубья зубчатого шкива 162, предпочтительно, чтобы заслонки 12 имели механические фидуциальные маркеры. Например, опознавательные элементы, называемые «собачками», для обнаружения фотодатчиками, устанавливают на концы заслонок 12, напротив их открывающихся/закрывающихся частей по бокам оси 168 вращения заслонок 12, причем фотодатчики периодически обнаруживают их в качестве механических фидуциальных маркеров и передают обнаруженную информацию в качестве сигнала обратной связи в блок управления приводного механизма 10 заслонок, что позволяет выявлять то, что заслонки 12 двигаются взад и вперед между открытым положением и закрытым положением с хорошей воспроизводимостью, позволяя устойчиво регулировать количество выдаваемого сыпучего материала. Если положение фидуциальных маркеров всех заслонок 12 не совпадает, выдача прекращается, и настраивается положение фидуциальных маркеров. Обнаружение фидуциальных маркеров возможно также с помощью концевых выключателей и т.п.

Кроме того, имеется механизм регулировки давления, с которым прижимной элемент 166 давит на зубчатый ремень 164, причем в ситуации, когда зубчатый ремень 164 перескакивает через зубья зубчатого шкива 162, т.е. в ситуации, когда фотодатчики или подобные им датчики обнаружения фидуциальных маркеров обнаруживают, что положение фидуциальных маркеров всех заслонок 12 не совпадает, выпускное отверстие 24 закрывают, чтобы прекратить выдачу сыпучего материала, давление прижимных элементов 166 временно снимают и затем снова прикладывают. После этого проверяют, совпадает ли положение фидуциальных маркеров всех заслонок 12 друг с другом, и, если совпадение подтверждено, выдача сыпучего материала возобновляется. Такая операция позволяет снова скоординировать операцию открытия/закрытия заслонок 12, время срабатывания которых отличается от времени операций открытия/закрытия других заслонок 12.

Механизм регулировки прижимного давления может быть реализован, например, путем установки прижимных элементов 166 на основании 14 приводного механизма заслонок с возможностью их перемещения между положением, в котором они давят на зубчатый ремень 164, и положением, в котором они отведены от ремня, и приведением в действие соленоида 36 в направлении, в котором упругий элемент расширен или иначе сжат, чтобы прижимать прижимной элемент к зубчатому ремню 164, а так же в направлении, в котором упругий компонент возвращается к своей естественной длине, отводя прижимные элементы от зубчатого ремня 164.

На фиг. 5 показаны заслонки 12 в полуоткрытом состоянии, вид в перспективе.

Сыпучий материал, загруженный в показанный в верхней части чертежа бункер 20, проходит через выпускной патрубок 22, где осуществляется управление открытием/закрытием заслонок 12 с целью выдачи из выпускного отверстия 24 заданного количества сыпучего материала. Наряду с предварительным программированием управления выдачей сыпучего материала с учетом размера его частиц и свойств, количество выдаваемого сыпучего материала точно регулируется путем измерения его расхода посредством процесса измерения с помощью датчика веса выдаваемого сыпучего материала, измерения статического заряда сыпучего материала, или приема падающего сыпучего материала на пружинящую пластину и измерения ударной силы, и использования измеренного расхода сыпучего материала в качестве сигнала обратной связи в блоке управления для точной регулировки степени открытия/закрытия выпускного отверстия 24. В альтернативном варианте осуществления используется система, в которой количество сыпучего материала, выдаваемого из бункера 20, точно регулируется путем измерения уменьшения количества сыпучего материала в бункере 20 и использования полученных данных в качестве сигнала обратной связи в блоке управления для точной регулировки степени открытия/закрытия выпускного отверстия 24. Такую систему называют «системой потери в весе». Вопрос о том, измерять ли увеличение количества или уменьшение количества сыпучего вещества, решается исходя из свойств сыпучего материала. Разрешение количества падающего сыпучего материала в полуоткрытом состоянии зависит от разрешения двигателя 16, который является приводным устройством заслонок 12.

На фиг. 6 показаны заслонки 12 в закрытом состоянии, вид в перспективе.

С ирисовой диафрагмой по типу диафрагмы в камере и т.п., при выдаче микроколичества сыпучего материала, поскольку множество заслонок 12 перекрываются и концентрируются вблизи центра выпускного отверстия 24, увеличивая толщину их поперечного сечения, на заслонки воздействует давление сыпучего материала, проходящего через выпускное отверстие 24, стремящееся открыть промежутки между заслонками 12. Из-за этого давления сыпучий материал может защемляться в промежутках между заслонками 12. Кроме того, сыпучие материалы, весьма склонные к протеканию сильным потоком (имеют высокую склонность к «смыванию») и легко разлетаться, могут проникать через промежутки между заслонками 12.

Между тем, в изобретении, в котором заслонки 12 не перекрываются друг с другом, может предотвращаться проникновение и защемление сыпучего материала, действующего на заслонки 12. Хотя защемление сыпучего материала в промежутках между заслонками 12 может даже стать причиной отказа в работе, с предлагаемыми согласно изобретению заслонками 12, которые не дают повода для защемления, можно устранить одну из главных причин отказа заслонок 12.

Пример 1 варианта осуществления

На фиг. 7 показано устройство 1 точной подачи сыпучих материалов согласно изобретению, вид в перспективе снизу, поясняющий приводной механизм 30 нижней мешалки во всей его полноте, причем приводной механизм 10 заслонок на чертеже не показан;

На фиг. 8 показано устройство 1 точной подачи сыпучих материалов согласно изобретению в случае, когда мешалки прикреплены в качестве вспомогательных приспособлений, вид сбоку в разрезе.

Приводной механизм 40 верхней мешалки включает в себя вал 46 вращения верхней мешалки, верхние мешалки 42a (42b) и устройство 45 вращения вертикального вала.

Приводной механизм 30 нижней мешалки включает в себя нижнюю мешалку 32, храповой механизм 34 и устройство 35 вращения нижней мешалки.

Вал 46 вращения верхней мешалки расположен в верхнем конце устройства над выпускным патрубком 22 и по центральной оси выпускного патрубка 22 внутри бункера 20. Верхние мешалки 42a (42b) сформированы в виде множества лопаток крыловидной формы и прикреплены с помощью соединительного элемента к валу 46 вращения верхней мешалки вблизи выпускного патрубка 22 в нижней части бункера 20, при этом вал 46 вращения вращает мешалки горизонтально, сыпучий материал перемешивается, что способствует выдаче сыпучего материала. Кроме того, в зависимости от обрабатываемого сыпучего материала, верхние мешалки 42a (42b) могут представлять собой верхнюю стержневидную мешалку 42b, расположенную вдоль наклонной поверхности бункера 20, показанную справа от вала 46 вращения верхней мешалки, и верхнюю мешалку 42a в форме пластинчатого скребка, который следует вдоль наклонной поверхности бункера 20, для соскабливания сыпучего материала, прилипшего к наклонной поверхности. Устройство 45 вращения вертикального вала представляет собой, например, электродвигатель (в дальнейшем, называемый «двигателем 45 вращения вертикального вала»), и снаружи верхнего конца бункера 20 вал 46 вращения верхней мешалки вращательно связан с двигателем. Двигатель 45 вращения вертикального вала вращает верхние мешалки 42 (42b) и, посредством храпового механизма 34, также вращает только в одном направлении нижнюю мешалку 32.

Нижняя мешалка 32 в виде множества лопаток, параллельных внутренней стенке выпускного патрубка 22 и выпускного отверстия 24, прикреплена к нижнему концу вала 346 вращения нижней мешалки, расположенному по центральной оси выпускного патрубка 22, причем нижняя мешалка 32 расположена непосредственно над выпускным отверстием 24. Верхний конец вала 346 вращения нижней мешалки аксиально соединен с валом 46 вращения верхней мешалки посредством храпового механизма 34 внутри выпускного патрубка 22.

Храповой механизм 34 имеет конструкцию, в которую посредством подшипников 348 коаксиально установлен вал 46 вращения верхней мешалки и вал 346 вращения нижней мешалки, и в которой вал 346 вращения нижней мешалки вращается горизонтально в одном направлении синхронно с валом 46 вращения верхней мешалки, а в другом направлении его соединение с верхней мешалкой разрывается, отсоединяя вал 46 вращения верхней мешалки. Подробная конструкция храпового механизма 34 показана в увеличенном виде на фиг. 8. На боковой стороне храпового механизма 34 на оси 345 вращения установлен элемент 342 захвата валов 344 ротора, что позволяет ему вращаться в вертикальной плоскости. На одном конце элемента 342 захвата сформирован вырез для горизонтального захвата вала 344 ротора. При отсутствии нагрузки элемент 342 захвата остается в состоянии, в котором он свисает вниз своим концом, на котором имеется вырез. Также на боковой стенке храпового механизма 34 установлен неподвижный элемент 343, ограничивающий перемещение однонаправленно вращающегося элемента 342 захвата валов 344 ротора в противоположном направлении далее вертикального положения.

Посредством упомянутой конструкции, когда вал 46 вращения верхней мешалки вращается влево, как показано на чертеже на увеличенном виде слева, вал 344 ротора упирается в вырез элемента 342 захвата, при этом элемент 342 захвата получает усилие в направлении, в котором он вращается вокруг оси 345 вращения элемента захвата. При этом, так как другой конец элемента 342 захвата упирается в неподвижный элемент 343 и не может вращаться вокруг оси 345 вращения элемента захвата, создается усилие, побуждающее вал 344 ротора вращаться горизонтально. Соответственно, вал 346 вращения нижней мешалки, установленный в валу 344 ротора, вращается в том же направлении и с той же скоростью, что и вал 46 вращения верхней мешалки.

Аналогично, как показано на чертеже на увеличенном виде справа, когда вал 46 вращения верхней мешалки вращается вправо, вал 344 ротора упирается в плоскую часть элемента 342 захвата, находящуюся на стороне, противоположной стороне, где имеется вырез, и элемент 342 захвата получает усилие в направлении вращения вокруг оси 345 вращения элемента захвата. В такой ситуации, так как элемент 342 захвата, освобожденный от неподвижного элемента 343, вращается относительно оси 345 вращения элемента захвата, элемент 342 захвата не получает усилия для горизонтального вращения вала 344 ротора. Соответственно, горизонтально вращается только вал 46 вращения верхней мешалки, а нижняя мешалка 32 отсоединена от вала 46 вращения верхней мешалки.

На фиг. 9 показан приводной механизм 30 нижней мешалки во всей его полноте, вид в перспективе, если смотреть по диагонали снизу.

На концах валов 344 роторов имеются роторы 362, расположенные параллельно поверхности стенки выпускного патрубка 22. Множество роторов 362 равномерно распределено по окружности вала 346 вращения нижней мешалки. В варианте, показанном на фиг. 9, имеется четыре ротора 362. Множество соленоидов (катушек) 36 установлено на внешней стороне выпускного патрубка 22 равномерно по окружности, концентрично с множеством роторов 362, при этом роторы 362 и соленоиды 36 образуют устройство вращения нижней мешалки (SR двигатель (вентильно-индукторный двигатель)) 35. В варианте, показанном на фиг. 9, установлено шесть соленоидов 36. Последовательное возбуждение смежных соленоидов 36 побуждает ротор 362 вращаться в направлении прохождения тока возбуждения. Управляя временем возбуждения, можно обеспечить настройку скорости вращения менее одного оборота в минуту. Кроме того, увеличивая или сокращая количество роторов 362 или соленоидов 36 можно изменять разрешение угла поворота.

Разрешение SR двигателя 35 зависит от количества соленоидов 36. Например, ссылаясь на фиг. 9, шесть соленоидов 36, равномерно распределенных по окружности, обеспечивают разрешение приблизительно 60 градусов. Увеличивая количество соленоидов 36 и устанавливая их по окружности с меньшими интервалами, можно получить более высокое угловое разрешение. Увеличение разрешения и сокращение времени возбуждения соленоидов 36 до коротких периодов позволяет нижней мешалке 32 поворачиваться на небольшой угол.

Как показано справа на увеличенном виде на фиг. 8, когда нижняя мешалка 32 освобождена от вала 46 вращения верхней мешалки, пропускание электрического тока через SR двигатель 35 позволяет нижней мешалке 32 поворачиваться независимо. Это позволяет в состоянии, в котором заслонки 12 слегка приоткрыты, немного провернуть только нижнюю мешалку 32, расположенную вблизи заслонок 12, и частично встряхнуть низкотекучий сыпучий материал в состоянии, в котором он сконцентрирован в выпускном патрубке 22 и создает нагрузку на заслонки, чтобы выдать микроколичество сыпучего материала из выпускного отверстия 24.

Что еще важно, могут предотвращаться воронкообразное истечение, крысиные норы или сводообразование, имеющие место в сыпучих материалах с низкой текучестью. Вместе с тем, благодаря перемешиванию верхними мешалками 42a (42b) и нижней мешалкой 32 синхронно друг с другом, можно выдавать сыпучий материал с высокой скоростью, так что может обеспечивать преимущество очень высокой эффективности выдачи.

Промышленная применимость

Изобретение может использоваться в устройствах дозированной подачи сырья, применяемых в химической промышленности, при строительстве зданий и инженерно-коммунальных объектов, при переработке сельскохозяйственных продуктов, или при производстве продуктов питания. Сырье для химической промышленности включает в себя лекарства и косметику, а также различные модификаторы и т.д.

Список ссылочных обозначений

1 Устройство точной подачи сыпучего материала

10 Приводной механизм заслонок

12 Заслонка

14 Основание приводного механизма заслонок

16 Двигатель (приводное устройство)

162 Зубчатые шкивы

163 Холостые шкивы

164 Зубчатый ремень

166 Прижимные элементы

168 Оси вращения

169 Шнур питания двигателя

20 Бункер

22 Выпускной патрубок

24 Выпускное отверстие

30 Приводной механизм нижней мешалки

32 Нижняя мешалка

34 Храповой механизм

342 Элемент захвата

343 Неподвижный элемент

344 Валы ротора

345 Ось вращения элемента захвата

346 Ось вращения нижней мешалки

348 Опорная часть вала (подшипники)

35 Устройство вращения (SR двигатель) нижней мешалки

36 Соленоиды (катушки)

362 Роторы

364 Опора для установки соленоидов

366 Крепежные винты

40 Приводной механизм верхней мешалки

42a Верхняя мешалка

42b Верхняя мешалка

45 Устройство вращения вертикального вала (двигатель вращения вертикального вала)

46 Вал вращения верхней мешалки.

1. Устройство точной подачи сыпучего материала для осуществления выдачи сыпучего материала с микрорегулированием количества сыпучего материала, выдаваемого в направлении вниз из выпускного отверстия, расположенного в нижней части емкости, содержащей сыпучий материал, и доставки сыпучего материала к устройству следующей ступени, устройство точной подачи сыпучего материала, включающее в себя:

множество заслонок, расположенных по периметру выпускного отверстия, и

механизм привода заслонок, включающий в себя:

устройство движущей силы,

элемент передачи и

множество шкивов,

отличающееся тем, что

снаружи по периметру выпускного отверстия шкивы соединены с устройством движущей силы посредством элемента передачи;

множество заслонок одним концом прикреплены к осям шкивов, а другие концы вращаются возвратно-поступательно под воздействием устройства движущей силы, вследствие чего заслонки перемещаются в промежутке между внешней периферией выпускного отверстия и его центром, и

множество заслонок открываются/закрываются для регулирования степени открытия/закрытия выпускного отверстия, при этом осуществляя выдачу отмеренного количества сыпучего материала;

причем в верхней части выпускного отверстия имеются:

вертикальный вал,

верхняя мешалка, установленная на вертикальном валу,

устройство вращения вертикального вала для вращения вертикального вала,

нижняя мешалка, и

храповой механизм, на оси которого установлена нижняя мешалка для возможности вращения в горизонтальной плоскости только в одном направлении относительно и синхронно с вертикальным валом, и

устройство вращения нижней мешалки, причем нижняя мешалка способна независимо вращаться в противоположном относительно верхней мешалки направлении, и

во время обычной выдачи сыпучего материала нижняя мешалка и верхняя мешалка вращаются синхронно, чтобы осуществлять выдачу сыпучего материала, и

когда выдается микроколичество сыпучего материала, активируется или работает согласованно с заслонками только нижняя мешалка, чтобы регулировать количество выдаваемого сыпучего материала.

2. Устройство точной подачи сыпучего материала по п. 1, отличающееся тем, что в приводном механизме заслонок

шкивы представляют собой зубчатые шкивы,

элемент передачи представляет собой зубчатый элемент передачи, и

в зависимости от необходимости имеются зубчатые шкивы, не связанные осями с заслонками, и/или прижимные элементы для прижимания элемента передачи, и при этом пять или более зубьев зубчатого элемента передачи находятся в зацеплении с каждым из зубчатых шкивов.

3. Устройство точной подачи сыпучего материала по п. 1 или 2, отличающееся тем, что для закрывания выпускного отверстия множество заслонок приводят в плотный контакт друг с другом в их поперечных сечениях по толщине.