employee
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
GRNTI 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
One of the most widespread mixer in the world is "Turbula" design of the Swiss company of Willy A.Bachoven. The mixer uses a block diagram of a six-link spatial mechanism with rotary joints, one of the links of which is a container that makes complex movement and which has been used to mix materials since 1984. In our country, many enterprises produce a similar design called a laboratory mixer C 2 Turbula, for example, “Vibrotekhnik” company. However, over the 35 year period of use, the design of the mixer, neither abroad, nor in our country, has undergone any major improvements that improve the operational and production properties of the mixer. This article is devoted to the development of designs in three versions, significantly expanding and improving the functionality of the mixer. To eliminate the disadvantages of the Turbula mixer, we proposed a design scheme for “Turbula-KShA” mixer, in which the support of the second fork is made movable and height-adjustable. Using the base of Turbula mixer, we have developed three new, more advanced designs of “Turbula-KShA” mixers based on a seven-link spatial mechanism with rotary joints, of which one of the two racks has one movable. Mixers can have containers of various volumes, operate continuously, fabricate and assemble with less accuracy, significantly intensify the process of mixing materials both in removable containers and continuously. We can hope that this is only the initial stage of the practical use of the mechanism in technology.
Turbula mixer, complex spatial movement of a container, rotary joints
Пространственные механизмы используются в самых различных разделах техники: приборах, счетно-решающих устройствах, сельскохозяйственных машинах, автомобилях и др. В состав кинематических пар механизмов, как правило, входят различные их комбинации: вращательные, поступательные, шаровые (сферические), шаровые с пальцем и др.[1,2]. Однако наличие шаровых пар не только снижает силовые возможности передачи, усложняет технологию изготовления и конструктивное оформление механизмов, но и значительно сокращает срок службы и ограничивает сферу их применения. Предпочтительнее в пространственных механизмах использовать только вращательные шарниры, оформляемые стандартными подшипниками качения или скольжения, которые имеют высокий КПД и другие преимущества перед другими типами кинематических пар. Такие механизмы были известны в небольшом количестве и имеют сложную и трудную историю исследования и особенно практического применения в технике.
Первый механизм с вращательными шарнирами был описан еще древнеегипетским ученым Филоном в его «Механике», написанной приблизительно в 250 г. до новой эры, но не изготовил ни в модели, ни в металле [3].
Спустя 1800 лет (1550 г.) итальянский математик Джероламо Кардано применил этот механизм для подвеса морских компасов, еще через 150 лет английский ученый Роберт Гук применил этот механизм для передачи движения. Теперь этот механизм широко используется в технике.
Поскольку преимущества вращательных шарниров в пространственных механизмах не вызывали сомнения, ученые и практики многократно пытались образовать другие пространственные механизмы этого типа. Но, увы, обычной комбинацией звеньев никому создать другие механизмы не удавалось.
Удачнее получилось с использованием структурной схемы механизма Кардана-Гука в оригинальном устройстве, созданном швейцарскими конструкторами фирмы Вилли А. Баховен на базе этого механизма, известным во всем мире под названием смеситель Турбула [4]. Кинематическая схема смесителя показана на рисунке 1. Он включает источник привода 1, установленный на станине 2 и соединенный с валом 3. Вал 3 шарнирно соединен с вилкой 4, которая охватывает смесительную емкость 5. Другая вилка 6 охватывает емкость с другого конца и соединена шарнирно с валом 7, последний соединен со стойкой 2 Вилка 4, барабан 5 и вилка 6 имеют перпендикулярно расположенные на одинаковом расстоянии ℓ оси шарниров, а валы 3 и 7 параллельны и отстоят друг от друга на расстоянии, равном произведению длин рычагов на корень из трех (ℓ
В смесителе размеры вилок зависят от габаритов барабана, что сдерживает конструирование смесителей с большей по объему емкостью.
При включении источника привода 1, вращение передается валу 3, вилке 4, емкости 5, второй вилке 6 и валу 7. В результате емкость 5 имеет сложный пространственный характер движения, что способствует активному смешению компонентов, а также безразмерной обработке деталей, полировке поверхностей деталей и т.п.
Конструкция этого смесителя основана на базе шестизвенного пространственного механизма с одной избыточной связью и имеет ряд
существенных недостатков. Смеситель требует высокой точности изготовления кратчайших расстояний ℓ между осями шарниров звеньев и прямых углов, которые находятся в прямой зависимости от размера емкости, несоблюдение которых ведет к появлению «мертвых» положений, либо к заклиниванию, либо к затратам большой мощности на выход из «мертвых» положений.
Вместимость емкости ограничена объемом не более 2-3 дм3, поэтому он используется только в лабораторных исследованиях.
Закон движения емкости не регулируется, следовательно, не регулируется интенсивность процесса смешения или обработки поверхностей деталей.
1. Teoriya mekhanizmov i mashin: ucheb. dlya vuzov. [Theory of mechanisms and machines: textbook. for universities]. / K.V. Frolov and others. - M.: Vysshaya shkola, 2005. - P. 496.
2. Korovin Yu.V. Teoriya mekhanizmov i mashin. [Theory of mechanisms and machines]. Kazan: Izdatelstvo Fen, 2003. - P. 396.
3. Shuvaev D.N. Istoriya i metodologiya mekhaniki. [History and methodology of mechanics]. Nizhniy Novgorod: Nizhegorodskiy gosuniversitet, 2017. - P 59.
4. Villi A. Bakhofen. Turbula - smesitel. Reklamnyy prospekt. [Turbula is a mixer. Flyer]. Shveytsariya, Bazel, 1965.
5. Avt.sv. SSSR № 297797 Smesitel. [Mixer]. M. kl. V 28S 5/18, applied 17.11.1969, published 15.01.1971, Bul. №5.
6. Avt. sv. SSSR № 505430 Smesitel. [Mixer]. M. kl. V 01 F 11/00, V 28 S 5/04, applied 01.06.72, published 05.03.76, Bul. №9.
7. Avt. sv. SSSR № 341513 Smesitel. [Mixer]. M. kl. V 01 F 11/00, applied 26.10.1970, published 14.06.1972, Bul. №19.
8. Avt. sv. SSSR № 795958 Smesitel. [Mixer]. M. kl. V 28 S 5/18, applied 26.03.1979, published 15.01.1981, Bul. №2.
9. Avt. sv. SSSR № 1701556 Smesitel. [Mixer]. M. kl. V 28 S 5/18, applied 18.05.1989, published 30.12.1991, Bul. №48.
10. Avt.sv. SSSR № 1611431 Smesitel. [Mixer]. M. kl. V 01 F 9/06, applied 18/03/1988, published 07.12.1990, Bul. №45.
