учебная лаборатория для изучения порошковых материалов

Формула изобретения

1. Учебная лаборатория, содержащая размещенные на основаниях загрузочное устройство, приспособления, систему измерительных приборов и средства, фиксирующие результаты исследований, отличающаяся тем, что для изучения порошковых материалов она снабжена вытяжной системой с всасывающими раструбами, размещенными в зоне раструбов, молотковой дробилкой со сменными различной формы молотками и разгрузочными решетками и ножевой мельницей, установленными на отдельных рамах основания с амортизаторами, и отдельными столами с амортизаторами с размещенными на них измерительными приборами, включающими весы с компенсацией массы тары, приспособления, включающие снабженную виброприводом микроступку, ситовой анализатор, конусную мельницу-дробилку, загрузочное устройство, выполненное в виде питателя-дозатора, гравитационный смеситель, термокамеру и миниэлектропечь, при этом все устройства и приспособления снабжены микропроцессорными блоками, взаимодействующими со средствами, фиксирующими результаты исследований, включающими компьютерные системы для учащихся и для преподавателей.

2. Лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что ножевая мельница снабжена бункерной загрузкой с проталкивающим плунжером и сменными разгрузочными решетками.

3. Лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что микроступка выполнена в виде цилиндра с наклонными внутренними стенками и сменной внутренней чашей со сферическим дном, в котором перекатывается шар.

4. Лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что питатель-дозатор снабжен бункером с шиберной заслонкой и вибрирующим спускным лотком.

5. Лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что гравитационный смеситель выполнен в виде установленного на станине вращающегося в разных плоскостях контейнера, внутри которого расположена герметичная емкость, при этом привод контейнера выполнен с возможностью изменения режимов работы и направлений вращения, а станина снабжена защитной прозрачной съемной крышкой.

6. Лаборатория по одному из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что она имеет шкафы для хранения химической посуды и инструментов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технике, а именно к средствам обучения в средних и высших специальных учебных учреждениях для изучения процессов дробления, измельчения, дозирования, разделения и смешивания порошковых материалов в различных областях, а также может быть использовано для проведения различных научных исследований.

Известно техническое решение, описанное в книге "Руководство к практическим занятиям в лаборатории процессов и аппаратов химической технологии", под ред. П. Г. Романкова, 1979 г., стр. 225. В данном источнике информации описывается лабораторное оборудование для изучения раздела "Механическая обработка твердых материалов, лабораторные опыты "Определение дисперсности сыпучих материалов" и "Изучение устройства и работы дробилок и мельниц". Для проведения работ авторы используют механический рассев, щековую и валковую дробилки, дисковый измельчитель и технические весы. Однако такое техническое решение очень громоздко, оборудование между собой не связано автоматизированной системой управления и не отвечает современным требованиям, предъявляемым к учебной технике, и не содержит всего оборудования, необходимого для качественного обучения исследованию порошковых материалов.

Известны технические решения по патенту РФ 1770977, кл. G 09 В 19/00, 1989 г., по полезным моделям 3655, 1995 г., 25241, кл. G 09 В 19/00, 2001 г. , в которых описывается помещение, снабженное размещенными в нем стульями, столами с установленным на них требуемым оборудованием, приборами и другими наглядными пособиями, образующими единую информационно-взаимосвязанную систему по обучению учащихся. Техническое решение снабжено измерительной, запоминающей и проверяющей системами. Однако эти технические решения не пригодны для изучения химических порошковых технологий.

Известно техническое решение по патенту РФ 2017525, кл. B 01 L 1/4, 1992 г. , в котором помещение для проведения исследований оборудовано приточно-вытяжной системой вентиляции для создания экологически чистого помещения.

Наиболее близким техническим решением является техническое решение по патенту РФ 2087944, кл. G 09 В 25/04, 1994 г. "Учебная модель здания", предназначенное для проведения лабораторных занятий, при этом техническое решение снабжено системой измерительных приборов, загрузочных устройств, приспособлений, устройством для измерения и фиксации результатов исследования. Однако данное техническое решение не может быть использовано для проведения работ по изучению химических порошковых технологий.

Задачей настоящего изобретения является создание такого технического решения, которое позволило бы наглядно проводить обучение учащихся процессам дробления, измельчения, дозирования, смешивания, а так же дало возможность приобретения навыков пользоваться различными приборами и оборудованием при проведения исследований с материалами в порошковой технологии.

Поставленная задача достигается тем, что учебная лаборатория для изучения порошковых материалов, включающая учебное помещение, снабженное системой измерительных приборов, загрузочных устройств и приспособлений, средствами, фиксирующими результаты исследований, дополнительно снабжена вытяжной системой с всасывающими раструбами, в зоне которых внутри помещения размещены на отдельных рамах, основания которых снабжены амортизаторами, молотковая дробилка со сменными различной формы молотками и разгрузочными решетками и ножевая мельница, и установлены на ножках, основания которых снабжены амортизаторами, столы, на одних из которых размещены измерительные приборы, выполненные в виде весов с компенсацией массы тары, а на других - приспособления, выполненные в виде снабженных виброприводами микроступки, ситового анализатора, конусной мельницы-дробилки, а на третьих - загрузочное устройство, выполненное в виде питателя-дозатора, гравитационный смеситель, термокамера, миниэлектропечь, причем все устройства и приспособления снабжены микропроцессорными блоками управления, взаимодействующими со средствами фиксации и анализа результатов исследования, выполненных в виде компьютерных систем, одни из которых предназначены для учащихся, а другая - для преподавателей, при этом в учебном помещении размещены шкафы для хранения химической посуды и инструментов. Поставленная задача достигается тем, что ножевая мельница снабжена бункерной загрузкой с проталкивающим плунжером и сменными разгрузочными решетками. Поставленная задача достигается тем, что микроступка выполнена в виде цилиндра с наклонными внутренними стенками и сменной внутренней чащей, в которой перекатывается шар. Поставленная задача достигается тем, что питатель-дозатор снабжен бункером с шиберной заслонкой и вибрирующим спускным лотком. Поставленная задача достигается тем, что гравитационный смеситель выполнен в виде установленного на станине вращающегося в разных плоскостях контейнера, внутри которого расположена герметичная емкость, при этом привод контейнера выполнен с возможностью изменения режимов работы и направления вращения, а станина снабжена защитной прозрачной съемной крышкой.

На чертеже изображена учебная лаборатория для изучения процессов порошковых материалов.

Учебная лаборатория для изучения процессов порошковых материалов состоит из помещения 1, по периметру которого под потолком проходит вытяжная система 2 с всасывающими раструбами 3, расположенными на более низкой высоте, которые обеспечивают вытяжку загрязненного воздуха из этого помещения при работе с порошковыми материалами. Для более эффективной очистки воздуха все приборы и приспособления, на которых обрабатываются порошковые материалы, располагаются в зоне раструбов 3. Трубопровод 4 вытяжной системы 2 связан с циклоном 5, где происходит осаждение пылевидных частиц. В зоне всасывающих раструбов 3 расположены, каждый на своей раме, молотковая дробилка 6 и ножевая мельница 7. Основания рам молотковой дробилки 6 и ножевой мельницы 7 снабжены амортизаторами 8, исключающими влияние вибрации от работы дробилки и мельницы на остальное оборудование, размещенное в лаборатории. Молотковая дробилка 6 выполнена с различным количеством и формой сменных молотков, а также сменными различными по форме и размерам просевающих отверстий разгрузочными решетками. Частота вращения ротора также может быть выполнена в нескольких вариантах. Ножевая мельница 7 снабжена бункерной загрузкой с проталкивающим плунжером, что обеспечивает измельчение не только сыпучих материалов, но и волокнистых, полимерных и других материалов. Ножевая мельница 7 снабжена сменными ножами и разгрузочными решетками, что обеспечивает различную степень измельчения выходного материала.

В зоне всасывающих раструбов установлены на ножках лабораторные столы 9, на которых размещены измерительные приборы или различные приспособления. Ножки столов 9 снабжены амортизаторами, которые исключают передачу вибрации от работающих приспособлений, размещенных на этих столах. На одних столах 9 размещены измерительные приборы, выполненные в виде весов 10, причем весы выполнены с компенсацией массы тары. На других столах 9 размещены микроступка 11, ситовой анализатор 12, конусная мельница-дробилка 13, загрузочное устройство, выполненное в виде питателя-дозатора 14, гравитационный смеситель 15, термокамера 16 и миниэлектропечь 17. Гравитационный смеситель выполнен в виде установленного на станине вращающегося в разных плоскостях контейнера, внутри которого расположена герметичная емкость, при этом привод контейнера выполнен с возможностью изменения режимов работы и направлений вращения, а станина снабжена защитной прозрачной съемной крышкой. Учебная лаборатория снабжена шкафом 18 для размещения химической посуды и инструмента. Все приборы и приспособления оснащены микропроцессорными блоками управления, сопряженными с компьютерной системой, при этом одни из компьютерных систем предназначены для студентов, а другая - для преподавателей.

Учебная лаборатория для изучения процессов порошковых материалов работает следующим образом. Учащиеся для проведения комплекса работ по порошковой технологии сначала готовят порошковый материал. Для этого используются молотковая дробилка 6 или ножевая мельница 7, которые осуществляет сухое или мокрое грубое дробление или измельчение хрупких материалов любой прочности. Материал после грубого дробления подвергается дальнейшему размолу с получением порошков тонкого помола либо в мельнице-дробилке 13, либо в микроступке 11. Качество дробления или измельчения проверяется ситовым анализатором 12. Для этого на компьютере либо с пульта управления ситового анализатора 12 задаются параметры работы устройства и используется определенный набор сит. Полученный после ситового анализатора рассев материала обрабатывают либо в термокамере 16, либо в электропечи 17, оснащенных микропроцессорами, что позволяет программировать режимы их работы. После окончания рассеивания все фракции материала взвешивают на весах 10, при этом используется загрузочное устройство - питатель-дозатор 14. Полученные данные заносятся в компьютер для использования в дальнейших экспериментах. Программирование работы рассева уменьшает погрешность анализа одинаковых проб, а используемые режимы работы приборов и приспособлений хранятся в памяти компьютера и используются для математической обработки результатов. При необходимости проведения смешивания порошков используют гравитационный смеситель 15, который обеспечивает получение такой шихты и массы, в которой все свойства равнозначны во всех отдельных объемах, а полученная равномерность смешивания сохранялась при последующей переработке смеси. При работе на смесителе 15 также предварительно взвешиваются все компоненты на весах 10. Работа смесителя 15, т.е. его режим, задается либо с панели управления смесителя, либо с компьютера. При выполнении любой из перечисленных работ используется химическая посуда и инструменты, которые хранятся в размещенных в лаборатории шкафах 18.

Предложенная учебная лаборатория для изучения процессов порошковых материалов позволяет выполнять весь комплекс лабораторных работ при изучении порошковых материалов в объеме курсов "Материаловедение", "Химическая технология и моделирование технологических процессов", "Строительные материалы и изделия" и др. Разработанная учебная лаборатория позволяет повысить эффективность обучения при подготовке инженеров и технологов различных специальностей и может быть использована для различных уровней образования. Она также обеспечивает автоматизацию процесса управления лабораторным оборудованием, программирование режимов работы приборов и приспособлений, компьютерную обработку данных и хранение результатов экспериментов в электронном банке данных.

Предложенная учебная лаборатория обеспечивает экологически чистые условия работы как учащихся, так и преподавателей, так как оснащена всасывающими раструбами, улавливающими всю пыль, образующуюся от работы мельниц и дробилок. Использование защитных амортизаторов исключает влияние работы виброприводов и обеспечивает точность производимых замеров параметров приборов и приспособлений.

Предложенная учебная лаборатория была апробирована Белгородской государственной технологической академией строительных материалов на кафедре механического оборудования предприятий строительных материалов и Уральским государственным экономическим университетом на кафедре химии и получила положительную оценку специалистов и ученых.