устройство для прессования сыпучих материалов

Формула изобретения

1. Устройство для прессования сыпучих материалов, включающее станину, бункер, камеру прессования, выталкиватель и прессующий механизм, обеспечивающий предварительное уплотнение и последующее ударное прессование материала, отличающееся тем, что оно снабжено упруго закрепленным на горизонтальной оси массивным цилиндрическим барабаном, установленным с возможностью периодического поворота, по боковой поверхности которого равномерно размещены по меньшей мере три открытые в сторону боковой поверхности барабана камеры прессования, каждая из которых образована совместно сплошными неподвижными постоянно контактирующими с барабаном по его торцам стенками станины и направленными вдоль оси барабана профилированными радиальными углублениями, выполненными в его теле по всей длине боковой поверхности, при этом упомянутые камеры размещены так, что в то время, как первая из трех любых соседних камер своим расположенным на боковой поверхности барабана открытым окном совмещена с контактирующим по своему периметру с боковой поверхностью барабана нижним разгрузочным окном бункера, одна средняя плоскость которого по существу совпадает с диаметральной плоскостью барабана, вторая соосна с сопряженным с ней по размерам пуансоном прессующего механизма, ось которого расположена в диаметральной плоскости барабана и перпендикулярна к оси последнего, а третья соосна с расположенным в диаметральной плоскости барабана параллельным его оси и подвижным вдоль его оси выталкивателем, по форме и размерам по существу соответствующим поперечному сечению углублений в барабане и установленным в станине с возможностью входа в упомянутую камеру через одно из сопряженных с ним по боковой поверхности и соосных между собой сквозных окон, образованных в упомянутых неподвижных стенках станины.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что участки боковой поверхности барабана, расположенные между углублениями соседних камер прессования, соответствуют по форме и не меньше по размерам нижнего окна бункера.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что прессующий механизм выполнен с возможностью поступательного перемещения вдоль своей оси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для брикетирования дисперсных материалов и прессования компактных изделий из различных видов порошков.

Известно устройство для брикетирования материалов [1]. Прессование материала в указанном устройстве осуществляется с помощью подвижного в прессовой камере штемпеля, приводимого в действие кривошипно-шатунным механизмом. Преимущество устройства состоит в конструктивной простоте и высокой надежности прессового механизма, возможности создания в брикетируемом материале больших удельных давлений. Недостатком устройства является высокое внешнее трение между прессуемым материалом и стенками прессовой камеры, что связано с непроизводительными затратами механической энергии.

Известны также, например, брикетировочные прессы типа КВ-4022, КВ-6040 и другие, серийно выпускаемые японской фирмой Sahut-Conreur [2]. Брикетирование сыпучих материалов в указанных прессах осуществляется двумя контактирующими по образующей и вращающимися навстречу друг другу барабанами, на боковой поверхности снабженными прессовыми ячейками, в которых сжимается поступающий в контакт барабанов сыпучий материал. Преимущество указанных прессов состоит в конструктивной простоте, надежности и высокой производительности, которая обеспечивается благодаря непрерывности процесса прессования. Кроме того, в указанных прессах отсутствует скольжение прессуемого материала по стенкам прессовой камеры, вследствие чего потери на трение практически отсутствуют. Недостаток указанных прессов состоит в том, что в них недостижимы необходимые для прессования порошков удельные давления на материал. В результате брикетирование материала возможно только при использовании связующих добавок.

По технической сущности к предлагаемому изобретению наиболее близко устройство [3], включающее загрузочный механизм, станину, камеру прессования и прессующий механизм. Преимущество указанного устройства состоит в том, что прессование сыпучих материалов в нем выполняется в две стадии. Сначала производится предварительное статическое сжатие материала, затем - ударное прессование. При воздействии на материал ударом можно, в зависимости от потребностей, получить сколь угодно большое удельное давление на материал, что обеспечивает возможность брикетирования без связующих добавок даже труднопрессуемых сыпучих материалов.

Недостаток прототипа состоит в конструктивной сложности устройства. Реализованный в нем технологический процесс прессования брикетов требует выполнения значительного числа вспомогательных технологических операций и соответствующих исполнительных механизмов для их осуществления. Вследствие этого усложняется конструкция, снижается надежность устройства и в несколько раз удлиняется технологический цикл получения брикетов.

Таким образом, недостатками прототипов являются низкая производительность и недостаточная надежность устройства.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - создание надежного высокопроизводительного устройства для ударного прессования брикетов из сыпучих материалов.

Сущность изобретения состоит в том, что в отличие от известного устройства, включающего станину, бункер, камеру прессования, выталкиватель и прессующий механизм, обеспечивающий предварительное уплотнение и последующее ударное прессование материала, согласно изобретению устройство снабжено упруго закрепленным на горизонтальной оси массивным цилиндрическим барабаном, установленным с возможностью периодического поворота, по боковой поверхности которого равномерно размещены по меньшей мере три открытые в сторону боковой поверхности барабана камеры прессования, каждая из которых образована совместно сплошными неподвижными постоянно контактирующими с барабаном по его торцам стенкам станины и направленными вдоль оси барабана профилированными радиальными углублениями, выполненными в его теле по всей длине боковой поверхности. Камеры прессования размещены таким образом, что в то время как первая из трех любых соседних камер своим расположенным на боковой поверхности барабана открытым окном совмещена с контактирующим по своему периметру с боковой поверхностью барабана нижним разгрузочным окном бункера, одна средняя плоскость которого по существу совпадает с диаметральной плоскостью барабана, вторая соосна и взаимодействует с сопряженным с ней по размерам и входящим в нее при рабочем ходе пуансоном прессующего механизма, ось которого расположена в диаметральной плоскости барабана и перпендикулярна оси последнего, а третья соосна с расположенным в диаметральной плоскости барабана параллельным его оси и подвижным вдоль его оси выталкивателем по форме и по размерам, по существу соответствующим поперечному сечению углублений в барабане и установленным в станине с возможностью входа в упомянутую камеру через одно из сопряженных с ним по боковой поверхности и соосных между собой сквозных окон, образованных в упомянутых неподвижных стенках станины. При этом участки боковой поверхности барабана, расположенные между углублениями соседних камер прессования, соответствуют по форме и не меньше по размерам нижнего окна бункера. Кроме того, прессующий механизм может быть выполнен поступательно подвижным вдоль своей оси.

При использовании в устройстве упомянутого барабана одним поворотом этого барабана на один шаг одновременно обеспечиваются загрузка и транспортирование сыпучего материала в прессовый механизм, а также транспортировка и извлечение прессовых изделий. При обеспечении значительной массы барабана и наличии упругого элемента между неподвижной осью и барабаном достигается поглощение энергии удара при допустимых по прочности динамических напряжениях в конструктивных элементах устройства, что повышает его надежность. При постоянном контактировании поворотного барабана с неподвижными стенками станины по торцевым поверхностям образуется замкнутое по периметру пространство камеры прессования.

Каждая образованная в поворотном барабане прессовая камера при каждом повороте барабана на один шаг поочередно или совмещается с загрузочным окном бункера для сыпучего материала, или соосна и взаимодействует с пуансоном прессового механизма, или сосна и взаимодействует с входящим в нее через окно в неподвижных стенках станины толкателем, по форме и размерам соответствующим поперечному сечению камеры прессования. В результате одновременно происходит загрузка одной из камер сыпучим материалом, прессование сыпучего материала во второй и извлечение готового изделия из третьей камеры, что значительно сокращает длительность технологического процесса прессования и способствует существенному повышению производительности устройства.

Кроме того, участки упомянутой боковой поверхности по форме соответствуют, а по размерам - не меньше загрузочного окна бункера, что дополнительно повышает надежность и производительность устройства за счет исключения поступления материала из бункера в камеру в момент, когда под ним нет прессовой камеры, обеспечено постоянное контактирование по периметру загрузочного окна бункера и боковой поверхности барабана. Прессующий механизм может быть выполнен подвижным в направляющих вдоль оси, что дополнительно упрощает конструкцию и повышает надежность. Предварительное статическое уплотнение сыпучего материала обеспечивается за счет сжатия материала корпусом прессового механизма под действием гидравлических цилиндров. Последующее ударное прессование материала наступает автоматически при достижении заданного давления сжатия и производится ударным воздействием на материал движущимся в корпусе прессового механизма ударником.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, состоит в повышении производительности и надежности устройства.

На фиг. 1 показана частично разделенная фронтальная проекция устройства; на фиг. 2 - разрез А-А устройства по плоскости, проходящей по осям прессующего механизма и барабана; на фиг. 3 - разрез Б-Б устройства по плоскости, проходящей по осям толкателя и барабана; на фиг. 4 - разрез В-В устройства по плоскости, проходящей через ось барабана и совпадающей с одной средней плоскостью разгрузочного окна бункера.

Устройство состоит из станины 1, в цилиндрических расточках 2 которой посредством кольцеобразных упругоэластичных амортизаторов 3 неподвижно в угловом направлении закреплена цилиндрическая ось 4 (фиг. 2 - 4). Продольное смещение оси 4 в расточках станины 1 предотвращают неподвижно закрепленные крышки 5 и 6. На оси 4 подвижно в угловом направлении установлен массивный цилиндрический барабан 7, снабженный сопряженной с осью 4 направляющей втулкой 8. На боковой цилиндрической поверхности барабана 7 по всей ее длине выполнено по меньшей мере три или более равномерно распределенных по поверхности и открытых сверху углублений 9 (фиг. 1), которые совместно со сплошными боковыми стенками 10 станины 1, постоянно контактирующими с барабаном 7 по его торцам, образуют камеры прессования, по форме и размерам соответствующие готовым изделиям. На станине 1 устройства неподвижно закреплен бункер 11 для сыпучего материала, разгрузочное окно 12 которого по форме и размерам соответствует углублениям барабана 7, а его средняя плоскость "а" совпадает с диаметральной плоскостью барабана. Боковые стенки окна 12 по всему периметру постоянно контактируют с боковой поверхностью барабана. В направляющих 13 станины 1 подвижно вдоль оси размещен прессующий механизм 14, продольная ось которого перпендикулярна оси барабана 7 и находится в его диаметральной плоскости, смещенной относительно средней плоскости окна 12 по направлению стрелки (фиг. 1) на угол, равный одному угловому шагу углублений 9. В направляющих окнах 15 неподвижных стенок 10 станины подвижно вдоль оси установлен выталкиватель 16, продольная ось симметрии которого параллельна оси барабана 7 и расположена в его диаметральной плоскости, также смещенной на один угловой шаг по направлению стрелки (фиг. 1) относительно оси прессующего механизма 14. Поперечное сечение выталкивателя 16 по форме и размерам соответствует поперечному сечению углублений барабана, а его боковая поверхность соприкасается с боковыми стенками указанных углублений.

Кроме того, на станине 1 устройства закреплены гидравлические цилиндры 17 и 18 (фиг. 1, 3) для продольного возвратно-поступательного перемещения прессующего механизма 14 и выталкивателя 16, а также гидроцилиндр 19 (фиг. 1) с поворотным вокруг оси барабана рычагом 20, снабженным собачкой 21, обеспечивающие периодический поворот барабана 7 на один угловой шаг в направлении стрелки. На фиг. 1 и 3 условно показаны лоток 22 и транспортер 23 для приемки и удаления прессованных изделий 24.

Работает устройство следующим образом.

В исходном положении прессующий механизм 14 под действием гидроцилиндров 17 (фиг. 1, 2) занимает крайнее верхнее по чертежу положение, при этом его пуансон 25 расположен выше боковой поверхности барабана 7 и не входит в пространство расположенной под ним камеры прессования.

Выталкиватель 16 под действием гидроцилиндра 18 занимает крайнее правое (по фиг. 3) положение и не входит в пространство соосной с ним камеры прессования. Расположенная в данный момент под бункером 11 камера прессования заполнена находящимся в бункере сыпучим материалом 26. При подаче рабочей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра 19 (фиг. 1) рычаг 20 с собачкой 21 приходит во вращение в направлении стрелки, увлекая за собой барабан 7 и поворачивая последний на один угловой шаг.

При этом заполненная сыпучей смесью камера прессования уходит из-под бункера 11 и становится соосной с прессующим механизмом 14, а камера прессования, до поворота барабана занимающая место под прессующим механизмом, перемещается в положение, соосное с выталкивателем 16. Одновременно под бункер входит и заполняется сыпучей смесью следующая камера прессования. После поворота барабана на один шаг под действием гидроцилиндров 17 прессующий механизм 14 движется вниз (по фиг. 1, 2) в направлении оси барабана 7. При этом пуансон 25 прессующего механизма входит в пространство камеры прессования и предварительно сжимает находящийся в ней сыпучий материал. Одновременно выталкиватель 16 под действием гидроцилиндра 18 приходит в движение до упора влево (по фиг. 3) и при этом входит в пространство прессующей камеры, сопрягаясь с нею по боковым поверхностям.

В результате происходит жесткая фиксация барабана 7 в заданном после поворота положении. Достигнув крайнего левого положения, выталкиватель 16 подает сигнал в систему управления, и в штоковую полость гидроцилиндра 19 поступает рабочая жидкость. В результате рычаг 20 поворачивается против направления стрелки (фиг. 1) и возвращается в исходное положение. При вращении рычага 20 в указанном направлении собачка 21 свободна и не увлекает за собою барабан 7.

При статическом сжатии сыпучего материала прессующим механизмом 14 удельное давление на торце пуансона 25 возрастает до заданной величины, что служит сигналом для включения в работу ударника прессующего механизма (внутреннее устройство не показано). Последний, совершая рабочий ход, ударяет по статически сжимающему сыпучий материал пуансону 25 до тех пор, пока высота прессуемого изделия не достигнет заданного размера h (фиг. 2). После этого процесс прессования прекращается и прессующий механизм 14 возвращается в исходное положение под действием гидроцилиндров 17.

Одновременно выталкиватель 16 под действием гидроцилиндра 18 также возвращается в исходное положение, покидая камеру прессования и освобождая барабан 7. Выход прессующего механизма 14 и выталкивателя 16 из камер прессования служит сигналом для повторного включения в работу гидроцилиндра 19, под действием которого рычаг 20 с собачкой 21 снова поворачивается по направлению стрелки (фиг. 1), перемещая в том же направлении барабан 7 на угловой шаг. В результате заполненная сыпучим материалом камера прессования из-под бункера 11 снова перемещается под прессующий механизм 14, а камера прессования с расположенным в ней готовым изделием уходит из-под прессующего механизма 14 и становится соосной с выталкивателем 16. После повторного поворота барабана на один шаг прессующий механизм 14 и выталкиватель 16 под действием соответствующих гидравлических цилиндров снова входят в пространство камер прессования.

При этом в камере прессования, расположенной в данный момент под прессующим механизмом 14, повторяется процесс прессования сыпучего материала, а из камеры, соосной с выталкивателем 16, при входе последнего в ее пространство, удаляется готовое изделие 24, которое далее по лотку 22 поступает на транспортер 23. Далее цикл повторяется.

В процессе работы устройства барабан 7 своими торцевыми поверхностями постоянно контактирует со сплошными боковыми стенками 10 станины 1. Благодаря этому при угловом повороте барабана внутреннее пространство камер прессования сохраняет свою форму и размеры. Кроме того, при угловом повороте происходит самоочистка контактирующих поверхностей станины и барабана от случайных просыпей прессуемого материала. Аналогичным образом сохраняется постоянный контакт боковых стенок разгрузочного окна 12 бункера 11 с боковой поверхностью барабана 7, благодаря чему обеспечивается точное дозирование засыпаемого материала и исключаются его случайные просыпи. Чтобы предотвратить одновременное поступление материала в две соседние камеры прессования, промежуточные между углублениями участки "B" боковой поверхности барабана 7 (фиг. 1) по форме соответствуют, а по размерам одинаковы или превосходят размеры разгрузочного окна 12 бункера 11. Благодаря этому разгрузочное окно целиком перекрывается боковой поверхностью барабана в тот момент, когда предыдущая камера прессования, заполненная сыпучим материалом, полностью выходит из-под разгрузочного окна.

Ударное прессование материала сопровождается интенсивным динамическим воздействием на взаимодействующие элементы устройства. Чтобы обеспечить надежность конструкции в условиях ударных нагрузок, барабан 7 выполнен в виде массивного тела значительной массы, а неподвижная ось 4, на которой вращается барабан, в станине 1 устройства установлена на цилиндрических упругоэластичных амортизаторах 3. Благодаря сравнительно малой жесткости и в результате этого значительным упругим деформациям амортизаторов 3 удается существенно удлинить во времени процесс соударения деталей и соответственно уменьшить амплитуду возникающих в деталях напряжений.

Из описания рабочего процесса устройства следует, что каждая камера прессования последовательно после каждого поворота барабана на один угловой шаг совмещается с разгрузочным окном бункера или становится соосной и взаимодействует с прессующим механизмом, или становится соосной и взаимодействует с выталкивателем.

Благодаря наличию барабана удается в процессе преобразования наиболее простым образом обеспечить транспортировку обрабатываемого материала и готовых изделий, что способствует упрощению конструкции устройства.

Кроме того, при наличии барабана достигается совмещение во времени фиксирования барабана в заданном положении операции загрузки сыпучего материала в камеры прессования с его прессованием и выталкиванием готовых изделий, что значительно сокращает длительность рабочего цикла и, таким образом, способствует повышению производительности устройства.

Применение в устройстве ударного прессующего механизма позволяет создать на поверхности прессуемого материала практически неограниченные по величине удельные давления, что, с одной стороны, повышает производительность оборудования, с другой стороны, значительно расширяет его технологические возможности, в частности обеспечивает возможность брикетирования трудно компактируемых материалов без связующих добавок. Например, с помощью заявляемого устройства, кроме формования керамических изделий, можно получать брикеты из всех сортов торфа и каменного угля, отходов пирометаллургического производства, алюминиевой, лесообрабатывающей и других отраслей промышленности.