RU2845091C1 - Устройство для дозирования жидких и полужидких продуктов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к технике дозирования и может быть использовано при фасовке жидких и полужидких продуктов в пищевой, фармацевтической и др. отраслях промышленности. Устройство содержит сопла вывода дозы продукта, напорные продуктопроводы, мерную гильзу, в которой установлен свободно плавающий поршень, разделяющий мерную гильзу на две камеры, и механизм попеременного подключения каждой камеры соответственно к соплу и напорному продуктопроводу. Этот механизм содержит по меньшей мере один корпус с каналами присоединения сопел, напорных продуктопроводов и камер мерной гильзы, в котором размещены два трехходовых поворотных крана с общим запирающим элементом в форме цилиндра, имеющим в двух радиальных сечениях L-образные каналы, смещенные относительно друг друга на 180° вокруг оси цилиндра, каждый из которых выполнен с возможностью соединения канала соответствующей камеры с каналом сопла или с каналом напорного продуктопровода. Кроме того, каналы присоединения продуктопроводов могут быть соединены между собой; также могут быть соединены каналы сопел; каждый из корпусов может быть выполнен с возможностью соединения их в пакет; в корпусе может быть выполнено отверстие, которое при соединении корпусов в пакет образует напорный продуктопровод; запирающие элементы трехходовых кранов кинематически связаны между собой и приводятся одним общим приводом поворота. Технический результат заключается в создании компактного многоканального дозирующего устройства различного быстродействия для автоматических линий одновременной фасовки различных продуктов с разными дозами. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение может быть использовано при фасовке жидких и полужидких продуктов в пищевой, фармацевтической, химической и др. отраслях промышленности.

Из уровня техники известно устройство для дозирования жидких и полужидких продуктов (а.с. СССР № 1685790; МПК 7 В65В 3/12; А23 G 9/00, 1991), содержащее напорный продуктопровод, сопло вывода дозы продукта, мерную емкость, в которой установлен свободно плавающий поршень, разделяющий мерную емкость на две камеры, и механизм попеременного подключения каждой камеры к соплу и напорному продуктопроводу путем поворота мерной емкости до совмещения выходного отверстия каждой камеры с напорным продуктопроводом или с соплом.

При нескольких параллельно работающих каналах выдачи доз продукта известные технические решения, как правило, приводят к необходимости изготовления и установки такого же количества одноканальных дозаторов, что увеличивает габаритные размеры и стоимость дозирующего узла. Особенно сильно этот недостаток проявляется на автоматических линиях типа “Form-Fill-Seal”, где количество параллельно работающих каналов дозирования может достигать нескольких десятков.

Известен карусельный (а.с. СССР № 401565; В65В 3/12; 1973) и роторный (патент РФ № 2474521; В65В 3/00; 2011) механизм попеременного подключения каждой камеры к соплу и напорному продуктопроводу, который обеспечивает увеличение многоканальности путем смещения выходов камер малого числа емкостей относительно большего количества чередующихся входов сопел и напорного продуктопровода.

Для малых доз, когда мерная емкость имеет небольшие размеры, известно техническое решение механизма попеременного подключения (заявка № 2024135678 от 28.11.2024 на патент РФ) путем поворота вала с встроенным пакетом мерных емкостей в полом цилиндре до совпадения выходных отверстий камер с входами сопел или напорного продуктопровода, выполненными на цилиндре. Наличие подобных механизмов также увеличивает габаритные размеры, сложность и стоимость дозирующего узла в целом.

На современных упаковочных автоматических линиях многоканальность, как правило, достигается путем организации пакета однотипных дозаторов с общим управлением. Такое решение известно по патенту США № 4438872 (МПК G01F 11/06, 1984). Встраивание такого пакета в автоматическую линию фасовки продуктов существенно затруднено вследствие того, что:

1) дозаторы одноканальные – при большом числе каналов (а это - производительность линии) значительно увеличивается длина пакета;

2) в дозатор и, соответственно, в каждый элемент пакета встроена мерная емкость, что существенно увеличивает габарит дозирующего узла, особенно при больших дозах продукта. Более того, из-за различия в размерах мерных емкостей далеко не всегда удается собрать в один пакет дозаторы, которые в соответствии с технологическим регламентом должны одновременно выдавать различные дозы разных продуктов (например, творожный десерт: 120 см³ мягкого творога + 20 см³ джема).

Вообще, осуществление одновременного дозирования разных продуктов с существенно различающимися дозами является одной из проблемных задач автоматизации фасовочного оборудования. Приведенные выше известные технические решения позволяют одновременно фасовать один, редко два различных продукта.

Из уровня техники известно также устройство для дозирования жидких и полужидких продуктов по патенту РФ № 2285246 (МПК G01F, 13/00, 2005), которое по составу элементов является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения. Оно содержит напорные продуктопроводы, сопла вывода дозы продукта, мерную гильзу, в которой установлен свободно плавающий поршень, разделяющий мерную гильзу на две камеры, и механизм попеременного подключения каждой камеры соответственно к соплу и напорному продуктопроводу. Для данного устройства также характерны вышеописанные недостатки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание одно- или двухканальных дозаторов, соединение их в пакет и получение в результате компактного многоканального дозирующего устройства для автоматических фасовочных линий, которое позволяет одновременно фасовать различные продукты с разными дозами.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается:

а) при создании пакета одноканальных дозаторов - в существенном увеличении быстродействия устройства при одновременном уменьшении его габаритов за счет удаления из пакета мерных гильз;

б) при создании пакета двухканальных дозаторов - в существенном уменьшении габаритов и стоимости устройства за счет двухкратного сокращения длины пакета и удаления из него мерных гильз.

Указанный выше технический результат в устройстве для дозирования жидких и полужидких продуктов, содержащем сопла вывода дозы продукта, напорные продуктопроводы, мерную гильзу, в которой установлен свободно плавающий поршень, разделяющий мерную гильзу на две камеры, и механизм попеременного подключения каждой камеры соответственно к соплу и напорному продуктопроводу, достигается тем, что механизм попеременного подключения содержит по меньшей мере один корпус с каналами присоединения сопел, напорных продуктопроводов и камер мерной гильзы, в котором размещены два трехходовых поворотных крана с общим запирающим элементом в форме цилиндра, имеющим в двух радиальных сечениях L-образные каналы, смещенные друг относительно друга на 180° вокруг оси цилиндра, каждый из которых выполнен с возможностью соединения канала соответствующей камеры с каналом сопла или с каналом напорного продуктопровода.

Кроме того, каналы присоединения напорных продуктопроводов могут быть соединены между собой. Могут быть также соединены между собой каналы сопел. Каждый из корпусов может быть выполнен с возможностью соединения их между собой в пакет, а также каждый корпус может быть снабжен отверстием, которое при соединении корпусов в пакет образует напорный продуктопровод. Запирающие элементы трехходовых кранов могут быть кинематически связаны между собой и оснащены общим приводом поворота. Эта кинематическая связь может быть выполнена в виде зацепления зубчатых колес, закрепленных на запирающих элементах, с зубчатой рейкой, установленной с возможностью поступательного перемещения от привода.

Изобретение иллюстрируется четырьмя рисунками, где на фиг. 1 представлена полная схема предлагаемого двухканального устройства для дозирования разных продуктов; на фиг. 2 показан вариант корпуса (сечение А-А на фиг. 1) двухканального дозатора, в котором каналы присоединения напорных продуктопроводов соединены между собой для дозирования одного вида продукта; на фиг. 3 и фиг. 4 показаны соответствующие варианты корпуса одноканального дозатора, который получается при соединении каналов присоединения сопел.

Устройство для дозирования жидких и полужидких продуктов содержит два сопла 1 и 2 (фиг. 1) вывода дозы продукта; два напорных продуктопровода 3 и 4 соответственно с продуктами П1 и П2; мерную гильзу 5 со свободно плавающим поршнем 6, разделяющим гильзу 5 на две камеры 7 и 8; и корпус 9, соединенный трубопроводами 10 и 11 с мерной гильзой 5. Поршень 6 может перемещаться в гильзе 5 между двумя упорами 12 и 13, расстояние между которыми определяет дозу продукта. Один из упоров, например, 12 выполнен с возможностью осевого смещения - для регулировки дозы. В корпусе 9 выполнены каналы 14 с входом- выходом К1 и 15 с входом-выходом К2 для присоединения соответственно камер 7 и 8 гильзы 5 через трубопроводы 10 и 11; каналы 16 с выходом С1 и 17 с выходом С2 для присоединения соответственно сопел 1 и 2; каналы 18 с входом П1 и 19 с входом П2 для присоединения напорных продуктопроводов соответственно 3 и 4.

В корпусе 9 выполнены также два трехходовых поворотных крана с общим запирающим элементом 20, имеющим форму цилиндра. Один трехходовой кран выполнен в радиальном сечении Б-Б, второй - в сечении В-В. В этих сечениях в запирающем элементе 20 имеются L-образные отверстия 21 и 22, смещенные друг относительно друга на 180° вокруг оси цилиндра. Трехходовой кран, выполненный в сечении Б-Б, всегда соединяет L-образным отверстием 21 канал 14 и, соответственно, через вход-выход К1 и трубопровод 10 камеру 7 гильзы 5 с соплом 1 через канал 16 или с продуктопроводом 3 через канал 18. Кран в сечении В-В всегда соединяет своим L-образным отверстием 22 канал 15 и, соответственно, камеру 8 с каналом 19 продуктопровода 4 или с каналом 17 сопла 2.

Расположение L-образных каналов на одном запирающем элементе 20 и их смещение друг относительно друга на 180° обеспечивают тот факт, что всегда в любом из двух фиксированных положений запирающего элемента одна из камер гильзы 5 будет подключена к источнику давления (напорному продуктопроводу), а вторая - к соплу. В положении элемента 20, показанном на фиг. 1, камера 7 гильзы 5 находится под давлением от напорного продуктопровода 3, а камера 8 соединена с соплом 2 вывода дозы продукта. При повороте элемента 20 на 90° по часовой стрелке происходит переключение: камера 7 соединяется с соплом 1, а камера 8 - с напорным продуктопроводом 4. Таким образом, представленное расположение каналов и два трехходовых поворотных крана с общим запирающим элементом образуют механизм попеременного подключения каждой камеры соответственно к соплу и напорному продуктопроводу. Поворот элемента 20 на ± 90° осуществляется с помощью зацепления зубчатого колеса 23, закрепленного на элементе 20, с зубчатой рейкой, установленной с возможностью поступательного перемещения от привода (рейка и привод на фиг. не показаны).

При фасовке одного вида продукта используется один продуктопровод, а каналы 18 и 9 присоединения П1 и П2 соединяются между собой. При этом целесообразно в корпусе 9 выполнить отверстие 24, которое при соединении корпусов в пакет образует напорный продуктопровод. Такой вариант корпуса двухканального дозатора показан на фиг. 2: каналы 18 и 19 присоединения продуктопроводов соединены отверстием 25 между собой и «внутренним» продуктопроводом 24.

На фиг. 3 и 4 показаны варианты корпуса одноканального дозатора, соответственно для разных и одного вида продуктов. В них каналы 16 и 17 вывода дозы продукта соединены между собой отверстием 26.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. В исходном положении свободно плавающий поршень 6 (фиг. 1) находится в одном из крайних положений, например, на упоре 12, и поджат к нему давлением продукта, находящегося в камере 8 мерной гильзы 5 (камера 8 в этот момент присоединена L-образным отверстием 22 трехходового крана к напорному продуктопроводу 4). Когда под сопла 1 и 2 поступят пустые ячейки, по сигналу от системы управления привод (на схеме не показан) повернет запирающий элемент 20 трехходовых кранов на 90° против часовой стрелки, и L-образные отверстия 21 и 22 займут положения, показанные в сечениях Б-Б и В-В на фиг. 1. При этом канал 14 камеры 7 соединится L-образным отверстием 21 с каналом 18 напорного продуктопровода 3, а канал 15 камеры 8 соединится отверстием 22 с каналом 17 сопла 2. В результате в камеру 7 будет поступать продукт П1 под давлением, и поршень 6 будет перемещаться влево, выдавливая продукт П2, находящийся в камере 8, в емкость под соплом 2. Когда поршень 6 дойдет до левого упора 13, в емкости под соплом 2 будет сформирована доза продукта П2. На этом первый такт работы двухканального дозатора заканчивается.

На втором такте по сигналу от системы управления дозатором запирающий элемент 20 поворачивается на 90° по часовой стрелке, возвращаясь в исходное положение. При этом камера 8 соединяется с напорным продуктопроводом 4, а камера 7 – с соплом 1; поршень 6 будет перемещаться вправо, выдавливая набранную на первом такте дозу продукта П1 из камеры 7 в емкость под соплом 1. Второй такт и, соответственно, цикл работы двухканального дозатора завершится, когда поршень 6 достигнет своего крайнего правого положения (упора 12), в камере 8 гильзы 5 будет набрана доза продукта П2 для первого такта очередного цикла дозирования, а в емкости, подставленные под сопла 1 и 2, будут выданы одинаковые дозы продуктов П1 и П2.

Для двухканального дозатора характерно то свойство, что он может дозировать два разных продукта. Каналы их транспортировки в корпусе 9 разделены, а в мерной гильзе 5 продукты разделены поршнем 6: в камере 7 всегда будет только продукт П1, а в камере 8 – продукт П2. При соединении каналов 18 и 19 отверстием 25 (фиг. 2) это свойство теряется, что позволяет для подачи продукта использовать встроенный в корпус 9 напорный продуктопровод 24. Отметим здесь, что двухканальный дозатор выполняет свою функцию за два такта.

Одноканальный дозатор получается при соединении каналов 16 и 17 вывода дозы продукта отверстием 26 (фиг. 3, 4), в результате чего он может дозировать только один вид продукта. Алгоритм работы одноканального дозатора аналогичен вышеописанному, за исключением того, что он выполняет свою функцию за один такт. Таким образом, его канальная производительность (количество доз, выдаваемых по одному каналу в единицу времени) всегда в два раза выше, чем у двухканального дозатора.

При одновременной многопозиционной разливке разных продуктов, что часто требуется на современных упаковочных линиях, устройство может быть выполнено в виде пакета корпусов 9. При соединении корпусов по фиг. 1 и фиг. 2 или по фиг. 3 и фиг. 4 получим, соответственно, двухтактное или однотактное многоканальное дозирующее устройство. Все запирающие элементы 20 каждого из этих устройств кинематически связаны между собой путем зацепления зубчатых колес 23 с зубчатой рейкой, установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения от привода (рейка и привод на рисунках не показаны).

Количество корпусов 9 в многоканальном дозирующем устройстве зависит от количества одновременно фасуемых продуктов в одну емкость, от технологического регламента работы линии, точнее, от времени, которое выделено на дозирование продукта, и от количества емкостей, которое необходимо заполнить за один цикл работы линии. Например, в типовой, но достаточно сложной технологической задаче одновременной фасовки 10 порций десерта, включающего 120 см³ мягкого творога и 20 см³ различного джема, в случае «жесткого» цикла (когда время, выделенное в цикле линии на дозирование, меньше, чем удвоенное время истечения максимальной дозы продукта из сопла) следует использовать однотактное дозирующее устройство, образованное пакетом из поочередно составленных десяти корпусов вида фиг. 4 для мягкого творога (продукт П3) и десяти корпусов вида фиг. 3 для различных джемов (продукт П1). В результате получим быстродействующий многоканальный дозатор, который за один такт отфасует весь ассортимент продукции: десять творожных десертов, различающихся видом добавленного джема.

Если же условие «жесткости» цикла дозирования не удовлетворяется, то целесообразно создать двухтактное дозирующее устройство. В данном примере для десяти емкостей оно будет образовано пакетом из пяти корпусов вида фиг. 2 для дозирования творога (продукт П3) и пяти корпусов вида фиг. 1 для джемов (продукты П1 и П2). Результат работы полученного дозирующего устройства будет такой же, как и в предыдущем случае, но за удвоенное время (за два такта) и при двухкратном уменьшении общего количества корпусов в пакете.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет создавать многоканальные дозирующие устройства различного быстродействия для одновременной фасовки различных продуктов с разными дозами на современных автоматических линиях. При этом по сравнению с известными техническими решениями габариты устройства существенно уменьшены за счет того, что мерные гильзы вынесены за пределы устройства, связаны с ним только гибкими трубопроводами и могут быть размещены в любом свободном, удобном для оператора месте упаковочной линии, не загромождая ее дозирующую зону.

Claims (7)

1. Устройство для дозирования жидких и полужидких продуктов, содержащее сопла вывода дозы продукта, напорные продуктопроводы, мерную гильзу, в которой установлен свободно плавающий поршень, разделяющий мерную гильзу на две камеры, и механизм попеременного подключения каждой камеры соответственно к соплу и напорному продуктопроводу, отличающееся тем, что механизм попеременного подключения содержит по меньшей мере один корпус с каналами присоединения сопел, напорных продуктопроводов и камер мерной гильзы, в котором размещены два трехходовых поворотных крана с общим запирающим элементом в форме цилиндра, имеющим в двух радиальных сечениях L-образные каналы, смещенные относительно друг друга на 180° вокруг оси цилиндра, каждый из которых выполнен с возможностью соединения канала соответствующей камеры с каналом сопла или с каналом напорного продуктопровода.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каналы присоединения напорных продуктопроводов соединены между собой.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каналы присоединения сопел соединены между собой.

4. Устройство по пп. 1, 2, 3, отличающееся тем, что каждый из корпусов выполнен с возможностью соединения их между собой в пакет.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что корпус снабжен отверстием, которое при соединении корпусов в пакет образует напорный продуктопровод.

6. Устройство по пп. 1, 2, 3, 4, отличающееся тем, что запирающие элементы кинематически связаны между собой и оснащены общим приводом поворота.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что кинематическая связь между запирающими элементами выполнена в виде зацепления зубчатых колес, закрепленных на запирающих элементах, с зубчатой рейкой, установленной с возможностью поступательного перемещения от привода.