Установка для изготовления формованных изделий из волокнистых материалов
Полезная модель относится к области производства изделий из волокнистой массы и, в частности, к установкам для изготовления оболочковых изделий из водной суспензии нужной концентрации с исходным материалом, таким как бумажная макулатура, торф, солома, отходы текстильного производства, и т.п.Установка для изготовления формованных изделий из волокнистых материалов содержит устройство для приготовления водной суспензии волокнистого материала, устройство для формования влажного изделия путем осаждения волокон на формующем основании (матрице) и устройство для термической подпрессовки и сушки изделия. Ее характерная особенность - наличие блока приготовления формовочной суспензии с устройствами для дозированной подачи жидких и твердых модификаторов, придающих материалу будущего изделия требуемые свойства. Кроме того, устройство для формования влажного изделия включает формующее основание (матрицу) с сетчатой или пористой поверхностью, на которой формуется изделие при прохождении волокнистой суспензии снизу вверх. Матрица снабжена механизмом вертикального перемещения. Устройство для термической подпрессовки и сушки изделия выполнено в виде снабженной механизмом вертикального перемещения и подогреваемой электронагревателем матрицы, приспособленной к взаимодействию с пуансоном, снабженным механизмом горизонтального перемещения и поворота.
Установка снабжена системой контроля и управления, включающей пульт управления с программируемым контроллером, электрокабельные связи, первичные датчики и исполнительные механизмы.
Настоящая полезная модель относится к области производства изделий из волокнистой массы и, в частности, к установкам для изготовления оболочковых изделий из водной суспензии нужной концентрации с исходным материалом таким, как бумажная макулатура, торф, солома, отходы текстильного производства и т.п.
Известны установки для изготовления формованных изделий из волокнистых материалов, осуществляющие способ по авт. св. СССР №771230, кл. Д 21 J 7/00, 1978 г. Такая установка обычно включает устройство для приготовления водной суспензии волокнистого материала, устройство для формования влажного изделия на формующем основании путем осаждения волокон на сетке основания и устройство для удаления остаточной влаги путем сушки и подпрессовки (н-р, авт. св. СССР №275726, кл. Д 21 J 7/00, 1968 г.; авт. св. №512261, кл. Д 21 J 7/0, 1974 г.; №485189, кл. Д 21 J 7/00, 1974 г. и ДР.).
За прототип заявляемой полезной модели может быть принято техническое решение по пат. РФ №2129630, кл. Д 21 J 7/00, 1998 г.
В соответствии с этим техническим решением приготовленная водная суспензия волокнистого материала подается в замкнутую рабочую камеру машины для формования изделий, проходя формовочный стол с сетчатой матрицей, где происходит осаждение волокна под действием перепада давления, создаваемого действующим на суспензию сжатым воздухом. Сушка осажденного слоя этим воздухом происходит после вытеснения из него свободной воды, вплоть до полной готовности изделия. Указанная машина имеет ряд недостатков, излагаемых ниже. Конструкцией машины не предусмотрено приготовление формовочной суспензии, состав которой обеспечивал бы получение материала будущего изделия, обладающего требуемыми физико-химическими и эксплуатационными качествами, такими как огнестойкость, теплостойкость, влагонепроницаемость, химстойкость и пр. При формовании изделия
осаждение волокон из водной суспензии осуществляется при прохождении ее сверху вниз. Поэтому на процесс осаждения влияет гравитационный фактор, что затрудняет равномерное и регулируемое формование изделия. На этапе сушки и подпрессовки изделия избыточное давление горячего воздуха прилагается с одной стороны изделия, которое служит как бы проницаемой мембраной. Это неблагоприятно воздействует на структуру материала изделия, ухудшая его потребительские свойства. Кроме того, конструкция, описанная в указанном патенте РФ, не предусматривает системы контроля и управления, что затрудняет согласование работы всех устройств и приводов механизмов установки и получение в конечном счете изделия с требуемым набором потребительских свойств.
Заявляемая установка направлена на преодоление указанных недостатков и, в частности, на создание такой установки, конструкция которой обеспечивала бы изготовление формованных изделий из волокнистых материалов путем осаждения волокон на сетке формующего основания с набором требуемых потребительских свойств, указанных выше, обеспечивала бы равномерное и регулируемое осаждение волокон на сетке при формовании за счет прохождения водной суспензии через сетку по схеме «снизу вверх», значительно снижая влияние гравитационного фактора, исключала бы на этапе сушки и подпрессовки приложение горячего воздуха с одной стороны влажного изделия и давала бы возможность обеспечивать эффективное управление и контроль за работой установки.
Решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что установка для изготовления формованных изделий, содержащая устройство для приготовления водной суспензии, устройство для формования влажного изделия путем осаждения волокон на формующем основании (сетчатой или пористой матрице) и устройство для термической подпрессовки и сушки изделия, включает блок приготовления формовочной суспензии с устройствами для дозированной подачи в водную суспензию жидких и твердых модификаторов для придания материалу будущего изделия требуемых физико-механических и эксплуатационных качеств.
Кроме того, устройство для формования влажного изделия включает формующее основание в виде пористой или сетчатой матрицы, на которой формование влажного изделия происходит при прохождении потока суспензии снизу вверх. При этом формующее основание снабжено механизмом его вертикального перемещения. Устройство для термической подпрессовки и сушки изделия выполнено в виде снабженной механизмом вертикального перемещения и подогреваемой электронагревателем матрицы, приспособленной к взаимодействию с пуансоном, снабженным механизмом горизонтального перемещения. Кроме того, установка снабжена системой контроля и управления. Последняя включает пульт управления с
программируемым контроллером, электрокабельные связи, первичные датчики и исполнительные механизмы.
Технические признаки заявляемой установки могут быть реализованы известными в производстве изделий из волокнистых суспензий средствами, а отличительные признаки, отраженные в формуле полезной модели, необходимы и достаточны для ее осуществления, т.к. обеспечивают решение поставленной технической задачи - создание установки для изготовления формованных изделий из волокнистых материалов, конструкция которой обеспечивала бы изготовление изделий с требуемыми физико-механическими свойствами и эксплуатационными качествами, равномерное и регулируемое осаждение волокон на формующем основании за счет прохождения суспензии через пористую или сетчатую его поверхность по схеме «снизу-вверх», обеспечивала бы на этапе сушки и подпрессовки равномерный нагрев изделия и давала бы возможность эффективного управления и контроля за работой установки.
В дальнейшем заявляемая полезная модель поясняется примером ее выполнения, схематически изображенном на прилагаемых чертежах, на которых:
Фиг.1 - схематическое изображение установки для изготовления формованных изделий из волокнистых материалов в соответствии с заявляемым техническим решением;
Фиг.2 - схема, поясняющая работу устройства формования влажного изделия и устройства для его сушки с подпрессовкой;
Фиг.3 - схема устройства для контроля и управления заявляемой установкой.
Установка для изготовления формованных изделий из волокнистых материалов включает блок подготовки концентрированной водной суспензии волокнистого материала 1 (фиг.1), включающий узел взвешивания исходного волокнистого материала 2, узел механизированной подачи материала 3 в смесительную емкость 4, оснащенную мешалками 5 известного типа. Подача воды в смесительную емкость 4 осуществляется насосом 6 из расходной емкости воды 7 с контролем мгновенного и суммарного расхода воды расходомером 8. Смесительная емкость 4 оснащена сливным устройством 9, служащим для слива остатков пульпы. Сливное устройство 9 может быть выполнено в виде донного клапана или задвижки. Смесительная емкость 4 оснащена также концентратомером известного типа 10, служащим для контроля концентрации приготовляемой пульпы. Со смесительной емкостью 4 сообщен насос 11, сообщенный также с блоком 12 приготовления формовочной суспензии нужной концентрации и фракционного состава. Блок 12 включает емкость 13, оснащенную мешалкой 14.
Формовочная суспензия требуемого состава (как правило, концентрацией не выше 1%) приготавливается подачей концентрированной водной суспензии насосом 11 и дополнительно воды насосом 15 (при этом расход воды замеряется расходомером 16). Кроме того, для придания материалу требуемых физико-механических характеристик и специальных эксплуатационных качеств (цвет, влагонепроницаемость, огнестойкость, химстойкость и пр.) в суспензию добавляют специальные жидкие и твердые (как вариант, сыпучие) компоненты (модификаторы) соответственно дозирующим насосом 17 из емкости 18 или питателем 19 из бункера 20. Контроль концентрации суспензии осуществляется концентратомером 21. С емкостью 13 сообщен насос 22, соединенный с емкостью 23 блока формования 24. Емкость 23 оснащена мешалкой 25, служащей для поддержания однородности суспензии. Блок формования 24 включает устройство известного типа 26 для перемещения в вертикальной плоскости матрицы 27. Последняя может погружаться с помощью этого устройства на выдвижном штоке 28 под слой суспензии в емкости 23. Рабочая часть матрицы 27 соответствует поверхности будущего изделия и имеет проницаемую поверхность (например, матрица может быть сетчатой или может иметь съемную твердотельную пористую вставку). Установка оснащена также механизмом перемещения 29, служащим для перемещения в горизонтальной плоскости пуансона 30 с проницаемой поверхностью, являющейся зеркальным отображением формуемого изделия. К пуансону 30 может подводиться вакуум через распределительное устройство 31 (например, трехходовой кран) - см. фиг.2. К матрице 27 (фиг.2) может подводиться воздух через распределительное устройство 31 от компрессора 32. Нагреваемая матрица 33 входит в состав блока термической подпрессовки и сушки 34. Перемещение матрицы 33 для совмещения с пуансоном 30 осуществляется механизмом 35 (фиг.1, 2). Матрица 33 также имеет твердотельную пористую вставку аналогичного матрице 27. Корпус матрицы 33 обогревается электронагревателем. Полость над пористой вставкой матицы 33 может быть сообщена с вакуумом через распределительное устройство 36. Вакуумный насос 37 сообщен с системой распределительных устройств 31, 36, 38. Блок пакетирования и упаковки 39 оснащен транспортером 40 для транспортировки готового изделия.
Управление и согласование работы всех устройств и приводов, механизмов установки (насосы, перемешивающие устройства, дозаторы, компрессор, распределители, механизмы перемещения), в том числе включение приводов, осуществляется системой контроля управления 41, состоящей из пульта управления 42, электрокабельных связей 43 и первичных датчиков и исполнительных механизмов.
Последовательность, цикличность работы механизмов и устройств обеспечивается программированием контролера 44 известной конструкции.
Работа установки осуществляется следующим образом.
В блоке 1 приготовляется концентрированная водная суспензия, для чего исходный материал (бумажная макулатура, торф, солома, отходы текстильного производства и т.п.) взвешивается устройством 2 и устройством 3 подается в смесительную емкость 4. Туда же насосом 6 из расходной емкости 7 подается вода, расход которой контролируется расходомером 8. В смесительной емкости 4 с помощью мешалки 5 производится приготовление водной суспензии при контроле концентрации приготовленной смеси с помощью концентратомера 10. Насосом 11 концентрированная водная смесь подается в блок приготовления формовочной суспензии 12. В емкость 13 подается концентрированная водная смесь и вода насосом 15. Расход воды контролируется расходомером 16. Для придания материалу будущего изделия требуемых физико-механических характеристик и специальных свойств (указанных выше) в емкость 13 посредством питателя 19 подается нужный сыпучий материал, а насосом 17 - жидкие компоненты (модификаторы). Размешивание осуществляют мешалкой 14 при контроле концентрации смеси концентратомером 21. С помощью насоса 22 приготовленная смесь подается в блок формования 24. Процесс формования изделия осуществляется следующим образом.
Рабочая часть матрицы 27 повторяет поверхность будущего изделия, при этом матрица имеет проницаемую поверхность (например, известные решения сетчатой матрицы). Как вариант, матрица может иметь съемную твердотельную пористую вставку. После погружения матрицы 27 механизмом 26 в суспензию и подвода к ней вакуума от системы вакуумного насоса 37 через распределительное устройство 38 на сетчатой поверхности матрицы при прохождении потока суспензии снизу вверх осаждается волокнистый материал, а фильтрат (вода) проникает через сетку матрицы и отводится в систему вакуумного насоса 37 и сбрасывается в емкость 7 для повторного использования.
Толщина слоя волокнистого материала, определяющая и толщину будущего изделия при прочих равных условиях, определяется временем осаждения и величиной вакуума.
Далее матрица поднимается в верхнее положение. Влажное изделие удерживается на матрице за счет вакуума. Одновременно под нее подводится с помощью механизма 29 пуансон 30 с проницаемой поверхностью, являющейся зеркальным отображением изделия (поз. I фиг.1). Механизм 29 позволяет также осуществлять поворот пуансона на 180° для удаления готового изделия на транспортер.
После этого матрица опускается на пуансон для передачи влажного изделия. Передача изделия осуществляется за счет одновременного снятия вакуума с матрицы и подвода через распределительное устройство 31 (например, трехходового крана) вакуума к пуансону, при этом к матрице подводят давление воздуха от системы компрессора 32 переключением распределительного устройства 38 (фиг.2).
Матрица отводится вверх, а пуансон в горизонтальной плоскости отводится в положение поз. II под нагреваемую матрицу 33 блока термической подпрессовки и сушки 34. Перемещение (опускание) матрицы 33 для совмещения с пуансоном 30 осуществляется механизмом 35. Матрица 33 также имеет твердотельную пористую вставку аналогично матрице 27. Корпус матрицы обогревается электронагревателем.
После совмещения и прижатия нагретой матрицы 33 пуансоном 30 их полости над пористыми вставками соединяются, соответственно, распределительными устройствами 36 и 31 с системой вакуума для отвода пара, за счет чего осуществляется одновременно подпрессовка изделия и сушка.
После выполнения этой операции матрица поднимается вверх Вслед за этим полость под пористой вставкой матрицы 33 отсоединяется распределителем 36 от вакуума и соединяется с давлением воздуха, что приводит к переносу готового изделия на пуансон. Пуансон отводится в сторону (поз. III), переворачивается, с него снимается вакуум и изделие опускается на транспортер 40 блока пакетирования и упаковки. Одновременно происходит продувка пуансона воздухом.
Управление и согласование работы всех устройств и приводов механизмов установки (насосы, перемешивающие устройства, дозаторы, компрессор, распределители, механизмы перемещения), в том числе включение приводов осуществляется системой контроля и управления 41, состоящей из пульта управления 42, электрокабельных связей 43 и первичных датчиков и исполнительных механизмов.
Последовательность, цикличность работы механизмов и устройств обеспечивается программированием контролера 44 известной конструкции пульта управления.
В известном техническом решении (пат. РФ №2129630, кл. 6 Д 21 J 7/00, 1998 г.) операцию горячей подпрессовки проводят на этапе сушки влажного изделия с помощью сетчатого пуансона проходящим горячим воздухом, как вариант, над изделием одновременно могут создавать разрежение. В этом случае изделие «работает» как проницаемая мембрана. Избыточное давление горячего воздуха, приложенное с одной из сторон изделия, не может не воздействовать на структуру его материала и его
пористость, что во многих случаях неприемлемо с точки зрения потребительских свойств.
В заявляемой полезной модели влажное изделие сжимается с двух сторон приводом матрицы, испаряемая из изделия вода отводится одновременно с двух сторон за счет вакуума, ускоряя цикл сушки и обеспечивая плотную структуру материала изделия.
1. Установка для изготовления формованных изделий из волокнистых материалов, содержащая устройство для приготовления водной суспензии волокнистого материала, устройство для формования влажного изделия путем осаждения волокон на формующем основании (сетчатой или пористой матрице) и устройство для термической подпрессовки и сушки изделия, отличающаяся тем, что устройство для получения формовочной смеси включает блок для приготовления водной суспензии волокнистого материала и блок приготовления формовочной суспензии с устройствами для дозированной подачи в водную суспензию волокнистого материала жидких и твердых модификаторов для придания материалу будущего изделия требуемых физико-механических и эксплуатационных качеств (теплостойкость, огнестойкость, водонепроницаемость, химстойкость и пр.).
2. Установка для изготовления формованных изделий из волокнистых материалов по п.1, отличающаяся тем, что устройство для формования влажного изделия включает формующее основание (матрицу) с сетчатой или пористой поверхностью, на которой формуется влажное изделие при прохождении волокнистой суспензии снизу вверх, и механизм его вертикального перемещения.
3. Установка для изготовления формованных изделий из волокнистой массы по п.1, отличающаяся тем, что устройство для термической подпрессовки и сушки изделия выполнено в виде снабженной механизмом вертикального перемещения и подогреваемой электронагревателем матрицы, приспособленной к взаимодействию с пуансоном, снабженным механизмом горизонтального перемещения и поворота.
4. Установка для изготовления формованных изделий из волокнистой массы по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена системой контроля и управления, включающей пульт управления с программируемым контроллером, электрокабельные связи, первичные датчики и исполнительные механизмы.
