Спосіб об’ємного порційного дозування сипучих матеріалів

1. Спосіб об'ємного порційного дозування сипучих матеріалів шляхом висипання сипучого матеріалу в ємність і дозування через отвір і заслінку, який відрізняється тим, що як заслінку 3 При проведенні патентного пошуку заявником знайдено технічне рішення [Патент України №15560, Бюл. №7, 2006], яке містить найбільшу кількість суттєвих ознак, спільних з заявленим способом (висипання сипучого матеріалу в ємність і дозування через отвір і заслінку). Однак наявність зазначених спільних з прототипом ознак, недостатня для отримання технічного результату, який забезпечує заявлений спосіб. Технічних рішень, які б за сукупністю ознак співпадали з заявленим - не виявлено. Це дозволяє зробити висновок про відповідність заявленого технічного рішення критерію «новизна». В патентній і науково-технічній літературі не знайдено технічних рішень, в яких були б описані відомості про ознаки, що відрізняють заявлений спосіб від прототипу і забезпечують досягнення технічного результату: в якості заслінки використовують зовнішній барабан з дозуючим отвором, а відповідну дозу висипають при повному чи частковому співпадінні дозуючого отвору внутрішнього бункерного барабану (ємності) із дозуючим отвором зовнішнього барабану, причому товщину стінки внутрішнього бункерного барабану і діаметр дозуючого отвору зовнішнього барабану отримують розрахунковим шляхом. Висипання відповідної дози здійснюють з допомогою перегрібача. Отже, заявлене технічне рішення не випливає явним чином з рівня техніки, що дозволяє зробити висновок про його відповідність критерію «винахідницький рівень». Заявлений винахід відноситься до порційного дозування сипучих тіл і може бути використаний для підприємств у різних галузях промисловості, зокрема харчової, фармацевтичної, хімічної. Тому відповідає критерію винаходу «промислова придатність». Таким чином заявлене технічне рішення є новим, промислово придатним, має винахідницький рівень, тобто відповідає всім умовам патентоспроможності винаходу відповідно до статті 7 розділу II Закону України «Про охорону прав на винаходи і корисні моделі» №1771-IIІ. На Фіг.1 показано розміщення внутрішнього бункерного барабану 1 в зовнішньому барабані 2. Зовнішній барабан 2 обертається до моменту часткового (Фіг.2) або повного (Фіг.3) співпадіння отворів внутрішнього бункерного барабану 1 діаметром dвн і зовнішнього барабану 2 діаметром dзн. На Фіг.2, 3 і 4 взято маленьку частинку з Фіг.1, тому кривизною барабанів знехтувано. Всередині внутрішнього знаходяться спеції (або їх суміш) і перегрібач 3 на осі перегрібача 4. Наявність перегрібача 3 усуває можливе злипання частинок спецій або зернинок спецій і допомагає висипанню відповідної дози спецій. Точність і надійність дозування залежить від правильності вибору розмірів дозуючих отворів. Мінімальний діаметр dвн дозуючого отвору (камера висіву) 5 бункерного барабану вибирають емпіричним шляхом з умови безперебійного висипання спецій, більшої секундної витрати спецій і більшої швидкості висипання. Товщину стінки внутрішнього бункерного барабану можна визначити через об'єм її дозуючого отвору 5. Цей об'єм у відповідності з необхідною 43150 4 кількістю спецій в одній порції обчислимо за формулою Vk=ncVcm (1) де Vk - об'єм дозуючого отвору камери, м3; nс - максимальна кількість спецій у порції, шт або г, (штуки для зерноподібних спецій, г - для мукоподібних спецій); m - коефіцієнт заповнення. Вважаючи об'єм зерноподібних і мукоподібних спецій рівним об'єму симетричного еліпсоїда Ve (модель каплі) запишемо: 4 (2) Ve = l × b × h 3 де l - довжина еліпсоїда, м; b - ширина еліпсоїда, м; h - висота еліпсоїда, м. В принципі висоту дозуючого отвору бункерного барабану розраховуємо, як Нбб, яка становить віддаль між серединами зернини спеції, яка тількино потрапила в зону дозуючого отвору 5 бункерного барабану (Фіг.2, 3) і серединою зернини спеції, яка якраз вже опустилась в зону дозуючого отвору 6 зовнішнього барабану. Оскільки віддаль Нбб становить товщину бункерного барабану Н: (різниця æ 1 ö æ 1 ö ç + a÷ + ç - a÷ = 0 , де а - товщина зернини) на è 2 ø è 2 ø (це видно з Фіг.2). Отже, 4 Vk V Hбб = H = = 1 27 k , (3) 2 2 P dвн dвн Діаметр дозуючого отвору 6 зовнішнього барабану dзн визначаємо з умови вільного падіння спецій під дією сили земного тяжіння в момент співпадіння дозуючих отворів бункерного барабану і зовнішнього барабану. На Фіг.4 позначимо вісь X - вздовж лінії польоту спецій, У - проведено через середину зернини, початок відліку в початковому положенні спеції 0. Розглянемо найбільш «некомфортний » випадок, коли порція спеції знаходиться у верхній лівій (за ходом обертання зовнішнього барабану) точці дозуючого отвору комірки висіву 5 бункерного барабану. Для того, щоб спеції висипались без затримки в момент коли співпадають отвори бункерного барабану і зовнішнього барабану, спеція, яка знаходиться у верхній лівій точці дозуючого отвору комірки 5, повинна опуститись з нього на величину Н. Тоді умову висипання спеції з дозуючого отвору 5 бункерного барабану запишемо у вигляді dзн>wt (4) де dзн діаметр дозуючого отвору 6 зовнішнього барабану м; w - колова швидкість обертання зовнішнього барабану, м/с; t - час опускання спеції на величину Н: H t= Vc (5) де Vc - швидкість випадіння спеції під дією сили тяжіння, при сприянні дії перегрібача 3 (якщо такий наявний) і сили тертя об стінку дозуючого 5 43150 отвору бункерного барабану в момент опускання спеції. Для визначення швидкості висипання Vc з дозуючого отвору 5 бункерного барабану використаємо теорему про зміну кінетичної енергії матеріальної точки в інтегральній формі [1] 1 1 2 mn 2 - mn1 = 2 2 2 n å A(F ) k (6) k =1 n å A(F ) k де k =1 - сума робіт всіх сил з переміщення спеції з початкового в кінцеве положення на довжину L=H. На Фіг.4 показана розрахункова схема для визначення швидкості опускання спеції під дією всіх сил. Сума робіт сил , прикладених до спецій, на їх переміщення рівна Н: A (Fк ) = А (Q ) + A (Fn ) - A (Fс.т ) (7) де A(Q) - роботи сили тяжіння, Дж; A(Fn) - робота сили пружності, Дж; A(Fс.т) - робота сили тертя, Дж. Робота сили тяжіння при переміщенні спеції від 0 до Н å H ò A (Q ) = Q = QH . Робота сили пружності перегрібача O g ò A (Fn ) = Cg = Cgj o , де С - коефіцієнт пружності перегрібача; g - коефіцієнт, який враховує конструктивні особливості перегрібана; j - кут, який враховуює деформацію перегрібана від 0 до j. Робота сили тертя ковзання спецій до поверхні дозуючого отвору бункерного барабану Н ò A (Fc.т ) = - Fc.т = - fHQ cos 0o = - fQH (8) о де f - коефіцієнт тертя спеції об стінку отвору. Повернемось до виразу (6). В початковому положенні кінетична енергія спецій рівна нулю, тобто спеції знаходяться в стані спокою. В кінцевому положенні спеція набрала швидкість Vc під дією перерахованих сил, тому: 1Q 2 T2 = Vc (9) 2 g 6 де Т2 - кінетична енергія спеції в кінцевому положенні, Н м. Сума робіт всіх сил з переміщення спеції на величину Н å A (F ) = QH + Cjr - fQH = QH(1 - f ) + Cjg (10) A (Fk ) Після підставлення значень Т , Т і å у k формулу (7) отримаєм 1 2 (11) Vc = 4,43 H (1 - g ) + Z де Z - постійний коефіцієнт, який визначає вплив перегрібача в процесі дозування Cjg Z= (12) ng де m - маса спеції, кг. З виразу (10) видно, що швидкість руху спеції в момент випадання з комірки висіву 5 бункерного барабану визначається товщиною стінки внутрішнього бункерного барабану, коефіцієнтом тертя спеції до поверхні комірки висіву у і константою Z, яка виражає вплив деформації перегрібача спецій. Час падіння спеції можна визначити за формулою: 1 H t= = (13) 1- f Z æ 1- f Z ö 4,43 H2 ç + 2 + 2 ÷ 4,43 H H H ø è H Підставляючи у формулу (5) значення t з формули (12) визначаємо необхідний діаметр дозуючого отвору (комірки висіву) зовнішнього барабана з умови вільного падіння спецій під дією сили тяжіння w dзн. > 1- f Z 4,43 + 2 H H За отриманими залежностями Н, dзн визначають основні параметри порційного дозування спецій при дозуванні будь-яких видів спецій. Перевагою запропонованого способу порівняно з іншими способами є те, що він автоматизований, тобто через відповідні, наперед розраховані проміжки часу висипаються відповідні порції спецій за рахунок обертання зовнішнього барабану, автоматично. Крім того спосіб простий, з відносно точним дозуванням (можна дозувати і ліки), надійний, з оптимальними розмірами дозуючих отворів та товщиною стінки внутрішнього бункерного барабану. Література: 1. Никитин Е.М. Теоретическая механика для техникумов. - М: Наука, 1983.-335с. 7 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 43150 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601