Установка для заполнения баллоновуглекислотой

Союз Советских Соцнапистическик Реснублкк(22) Заявлено 24.0475 (21) 2147299/2 3-26с присоединением заявки йф(5)М. Кл. Г 17 С 5/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 0 70231 В.Е. Кондратьев, 10.М. 1 Цербина, А.С. Шустов, В.Г.Прохоренкои В.В. Булычев(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ БАЛЛОНОВ УГЛЕКИСЛОТОЙ Изобретение относится к устройствам для заполнения сосудов высокого давления газами в сжатом или сжиженном состоянии и последующей их герметичной укупорки, а именно к устройствам для заполнения углекислотой и последующей герметичной укупорки баллонов, предназначенных для приготовления воды в бытовых автосифонах.Известна установка для заполнения баллонов жидкой углекислотой 113.Установка выполнена в виде полуавтоматической роторной машины и содержит смонтированные в станине в технологической последовательности и кинематически связанные общим электромеханическим приводом механизм питания баллонами, ротор наполнения баллонов жидкой углекислотой. Каждая 20 рабочая позиция ротора выполнена в виде моноблока, содержащего гидро- цилиндр, оснащенный плунжером, на торце которого смонтирован пуансон для осадки пробки. Полость гидроцилиндра сообщена одним каналом через канал отсечного затвора и систему трубопроводов со стационарной расходной емкостью с жидкой углекислотой. Отсечной затвор содержит приводной отсекающий золотник. Ионоблок также содержит механизм приема и выдачи баллона с подвижным приемником.Установка оснащена ротором подче- " канки и ротором сортировки заполненных баллонов по их весу и снабжена электромеханической системой блокировки подачи углекислоты в рабочие позиции ротора наполнения, которая срабатывает при отсутствии в них баллонов.Все рабочие движения исполнительным органом в роторах установки сообщаются известным образом от копирных (кулачковых) механизмов за счет вращения роторов.Движение роторам сообщается электромеханическим приводом. Недостаткаья описанной установки являются относительно низкая еепроизводительность, малая надежность процесса заполнения баллонов и относительно низкая степень герметичности укупорки баллонов.Приведенные недостатки обуславливаются следующими причинами.Углекислота затекает в баллон через полость гидроцилиндра и через относительно малый зазор между телом802690 ф 0585/48 цНИИПИ Государ по делам из 113035, МосквПодписноССР Тираж 560 ственного комитет обретений и откры а, Ж, Раушская аз аб.,Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 илиал Составитель Г,Катенев тор И.Кначадзе Техред А. Савка Корректор Е.Паппробки и стенками наливного отверстия баллона,и поэтому газифицируется.За счет газовой фазы углекислоты, успевшей возникнуть во время расширения части углекислоты в полости гидроцилиндра и баллоне в начале процесса наполнения исключается начальный перепад давлений в баллоне и системе питания. В дальнейшем углекислота затекает в баллон в основном под действием статического давления своего столба и некоторого убывающе- о го при заполнении перепада давлений. Так как величина статического давления относительно мала, а гидросопротивлеыие в зазоре относительно велико, то заполнение баллона требует длительного отрезка времени.Кроме того, в первый момент пуска жидкой углекислоты в полость гидро- цилиндра и форсированном дросселировании ее в зазоре при перетекании в балО лон и расширении происходит охлаждение части углекислоты и образование сухого снега, который забивает и без того малый зазор. Сухой снег сокращает эффективное проходное сечение зазора и удлиняет процесс наполнения баллона.К тому же в роторе наполнения описываемой установки затрачивается значительная часть времени на процесс прощупывания наличия баллона, а так же на срабатывание электромагнита системы блокировки подачи углекислоты, что вынуждает снижать ее производительность. Из-эа сложности конструкции и функционирования системы блоки ровки возникают ее частные отказыи поломки.Недостатком данного способа укупорки и герметизации баллонов путем осадки пробки является также неполное заполнение профиля канавок баллона телом пробки и образование пустот и зазоров, ухудшающих герметичность соединения пробки с баллоном.Целью изобретения является повышение производительности установки,45 качества заполнения баллонов и их укупорки.Поставленная цель достигается тем, что в известной установке для эапопнения баллонов углекислотой каждый рабочий узел роторного устройства заполнения баллонов и их укупорки снабжен механизмом поворота ппунжер-пуансона, наконечник плунжер-пуансона имеет профилированную форму, а гидро- цилиндр - дополнительное питающее отверстие меньшего сечения для предварительного заполнения баллонов, расположенное под основным питающим отверстием кроме того, механизм 60 поворота плунжер-пуансонов выполнен в виде шкива, размещенного на гидроцилиндре и связанного с плунжером-пуансоном, а станина имеет колодку для взаимодействия со шкивом. 65 На фиг. 1 изображена схема установки в плане; на фиг. 2 показана верхняя часть ротора наполнения, общий вид, на фиг. 3 - нижняя часть ротора наполнения, общий вид; на фиг.4 то же, разрез; на фиг. 5 - рабочая позиция ротора; на фиг. б - общий вид узла заполнения; на фиг. 7 часть узла заполнения; на фиг. 8 изображена схема работы и блокировка узла заполнения; на фиг. 9 представлены формы исполнения поверхности пуансонов установки.Установка для заполнения баллонов углекислотой и их укупорки выполнена в виде поточной полуавтоматической роторной линии.Установка содержит смонтированные на станине 1 два одинаковых питающих шиберных устройства 2, один ротор наполнения и укупорки баллонов 3, два одинаковых ротора 4 контроля и сортировки баллонов по весу и две одинаковые колодки 5 механизма для радиальной раздачи пробки в баллонах.Все роторы скомпанованы в два встречнопараллельных технологически- транспортных потока при помощи двух роторов б питания и двух роторов 7 промежуточных.Установка снабжена также электромеханическим приводом 8 для сообщения транспортного вращения всем роторам. Движение роторам сообщается при помощи червячных редукторов и цилиндрических зубчатых колес, которые кинематически связывают между собой все роторы на чертеже не показаны).Ротор наполнения содержит кулачковые механизмы 9 для сообщения рабочих движений исполнительным механизмам ротора. Рабочие движения сообщаются при помощи ползунов 10, 11 и 12. Рабочие кривые копиров выполнены по заданной программе, при этом программа в роторе наполнения повторяется через 180 его поворота.Ротор оснащен коллекторным коническим переходом 13, при помощи которого ротор и его рабочие позиции связаны со стационарной расходной емкостью, содержащей углекислоту (на фигурах не показана).На каждой рабочей позиции ротора смонтированы блок заполнения 14, оснащенный отсечным затворным механизмом 15 и регулируемым переливным обратным клапаном 16, механизм приема и выдачи баллона 17 и механизм блокировки 18.В корпусе 19 блока наполнения вмонтирован гидроцилиндр 20, сопряженный с приемной матрицей 21, Матрица поджата к торцу.гидроцилиндра гайкой 22,В стенке гидроцилиндра 20 ближе к матрице выполнено вспомогательное дросселирующее отверстие с проходным сечением, соизмеримдм с сечениемналивного зазора между стенками пробки 23 и стенками отверстия в баллоне24, а выше по оси гидроцилиндра выполнено наливное отверстие с конструктивно возможным максимальным сечением,Указанные отверстия связывают полость гидроцилиндра с общим проходным 5каналом затворного механизма, связанного в свою очередь, при помощи трубопровода 25 и сверления в валу 26 ротора, конического перехода 13 с расходной емкостью. 0Проходной канал затворного механизма перекрыт золотником 27 при помощи пружины 28,Полость гидроцилиндра дополнительно связана с расходной емкостью при 5помощи проходного канала переливногообратного клапана 16, трубопровода 29и сверления в валу 26.Клапан 16 содержит запорный шарик 30, поджатый при помощи винта 31и пружины 32 к сменному седлу 33.В гидроцилиндр 20 вмонтирован плунжер 34, оснащенный плавающим пуансо,ном 35. Другой конец плунжера связанпри помощи ложки 36 и упругого компенсатора 37 с ползуном 10 копирного механизма ротора. Кроме того, плунжер34 при помощи своих лысок и втулки 38связан со шкивом 39, смонтированнымповоротно на корпусе 19 блока наполнения. ЗОРабочая поверхность пуансона 35выполнена профилированной, напримерпо трехзаходной архимедовой спирали.Механизм приема и выдачи баллоновсодержит смонтированный подвижно в 35корпусе 40 подпружиненный приемник 41и соосно смонтированный с ним шток 42связанный при помощи ложки 43 сползуном 11. Шток 42 снабжен штифтом44, при помощи которого он взаимодействует с приемником 41. Система блокировкц состоит из механизмов, смонтированных на каждой рабочей позицииротора наполнения.Механизм блокировки состоит из 45 кулачка 45, закрепленного на приемнике 41, и пальца 46, смонтированного свободно в подпружиненном качающемся рычаге 47, взаимодействующем с кулачком 45. Причем при крайнем нижнем щ 0 положении приемника 41 палец 46 при помощи рычага 47 отведен в сторону от оси золотника 27 и его толкателя 48, связанного с ползуном 12.Механизм принудительного поворота пуансонов для радиальной раздачи пробки образован на корпусе 49, закрепленном при помощи колонок 50 на станине 1.На корпусе 49 смонтирована колодка 5, взаимодействующая со шкивами 39 60 во время поворота ротора наполнения,Работа установки осуществляется следующим образом.Взаимодействие узлов и деталей установки происходит в процессе не прерывного вращения ее роторов сообщаежм электромеханическим приводом 8.В исходном положении плунжер 34перекрывает наливное и вспомогательное отверстия гидроцилиндра 20. Золотник 27 находится под действиемпружины 28 в положении "закрыто".Шток 42 совместно с приемником 41и толкателем 48 находится в своихкрайних нижний положениях, а палец 46чаходится в стороне от осевой золотника 27.В отверстие вала 26 при помощиконического перехода 13 подается изстационарной емкости жидкая углекислота под давлением порядка 60 атм.Уровень углекислбты в стационарнойемкости установлен выше, чем расположение блока наполнения,Баллоны, укомплектованные пробками,одновременно загружаются в оба питающие устройства 2 задаются в клещевыезахваты транспортных роторов 6 и переносятся ими в приемники 41 рабочихпозиций ротора наполнения 3. В рабочейпозиции баллоны заталкиваются што-"ком 42 в матрицу 21.При заталкивании баллона 24 в матрицу 21 шток 42 при помощи баллонаувлекает в направлении своего движения и приемник 41, При движении приемник 41 своим кулачком 45 поворачивает рычаг 47 с пальцем 46 и располагает палец 46 между толкателем 48и золотником 27 по их осевой. Толкатель 48, получая движение от ползуна 12, нажимает на палец 46 и черезнего сдвигает золотник 27 в положение "открыто".Затем плунжер 34 ходом вверх открывает вспомогательное отверстие и жидкая углекислота начинает поступатьв полость гидроцилиндра 20 под плунжером 34.11 ри этом первая порция жидкой углекислоты при дросселировании и расширении в полости гидроцилиндра 20переходит в газовую фазу. Газовая фаза проникает в полость баллона и темсамым снижает начальный перепад между давлением насыщенных паров поступающей углекислоты и начальным атмосферным давлением в полостях гидроцилиндра и баллона. Этим создаются условия, исключающие получения снега ильда в зазоре между пробкой и баллоном 24и устраняется удар по пробке.Создаются также условия для последующего наполнения жидкой углекислотойполости гидроцилиндра через наливноеотверстие без ее превращения в газообразную и твердую Фазы.Продолжая свое движение, плунжер34 открывает основное относительнобольшое наливное отверстие и углекислота, не встречая гидросопротивления, спокойно затекает в полостьгидроцилиндра и .частично в полостьбаллона 24. Далее толкатель 48 возвра 802690 8щается в исходное положение, золотник 27 под действием пружины 28 возвращается в положение "закрыто" и изолирует полость гидроцилиндра от системы питания.Затем плунжер 34 относительнобыстрым движением вниз вытесняет углекислоту иэ полости гидроцилиндра 20в полость баллона 24 через зазор между пробкой и стенками отверстия в баллоне 24.Величина хода плунжера 34 и егодиаметр выбраны такими, что объем дозы вытесняемой углекислоты (приведенный к объему дозы углекислоты в жидком виде) несколько больше объемадозы необходимой для заполнения баллона 24 до отказа жидкой углекислотой. Отсюда, в конце хода плунжера 34давление в полостях гидроцилиндра20 и баллона 24 возрастает, а удельный вес газообразной фазы углекислоты становится эквивалентным жидкойфазе. Благодаря этому гарантируетсязаполнение баллонов 24 углекислотой.При дальнейшем движении плунжера 34 и нарастании давления срабатывает перелинной клапан 16, и избытокуглекислоты выжимается через каналклапана в систему питания по трубопроводу 29.Переливной клапан 16 настроен припомощи винта 31 на определенное 30давление. Избыточность дозы вытесняемой плунжером 34 углекислоты и наличие регулируемого клапана 16 позволяет поддерживать это давление при известном и достаточно глубоком падении 35давления в расходной емкости и системе питания по мере отбора из них углекислоты или изменения их температуры,зависящей от температуры внешней среды (помещения), 40Продолгая движение вниз, плунжер34 пуансона 35 загоняет пробку наместо в баллоне 24 и производит ееосадку. Усилие осадки выбрано изусловия отсутствия вытеснения материала пробки в полость баллона 24по его наливному, отверстию. Усилиеосадки ограничивается до заданныхупругим компенсатором 37, при этомкомпенсируется и разброс размеровдлины баллонов. При осадке тело59пробки заполняет канавки в баллоне 24и перепады затылованной рабочей поверхности пуансона,По окончании процесса осадки плунжер 34 останавливается, а шкив 39 55набегает, при продолжении вращенияротора, на колодку 5 и за счет силтрения между колодкой 5 и шкивом 39,последний получает вращение и сообщает его при помощи нтулки 38 и плунжера 34 пуансону 35.Так как рабочая поверхность пуансона 34 выполнена затылованной, например по трехзарядной архимедовой спирали, то при вращении пуансона по 45 стрелке А пробка 23, раздается в радиальном направлении.Во время раздачи материал пробки 23, заключенный между рабочей поверхностью пуансона 34 и стенками отверстия в баллоне 24, поджимается к стенкам отверстия за счет разницы радиусов участков спирали (затылков). Во время поджатия материал пробки 23 заполняет пустоты и зазоры, оставшиеся незаполненными в канавках после осадки пробки. Объем материала пробки (площадь 5), вытесняемый затылком пуансона во время раздачи, выбран с известным избытком для обеспечения радиального натяга в соединении пробки 23 с баллоном 24 и для компенсации разброса размеров (объемов пробки 23, отверстия под пробку 23 в баллонах 24 и рабочей части пуансона 39)Избыток материала пробки 23 при радиальной раздаче течет вверх и несколько приподнимает пуансон 39 совместно с плунжером 34, преодолевая при этом усилие компенсатора 37. К моменту радиальной раздачи пробки 23 усилие компенсатора 37 несколько снижается путем заданного отхода ползуна 10 н обратном напранлении. Снижение усилий производится но избежании течения материала пробки 23 при радиальной раздаче обратно к понерхности пуансона 36 (аналогично, как при процессе осадки).Пуансон 35 делает, например, 0,5 оборота и на этом процесс наполнения, укупорки и герметизации баллона 24 заканчивается. Затем баллон 24 при помощи приемника 41 и штифта 44 извлекается штоком 42 из матрицы 21 и попадает и полость полурасточки приемника 41, откуда захватынается последующим транспортным ротором 7 и переносится в ротор взвешивания и сортировки 4. Из ротора сортировки баллоны 24 попадают в соответствующие лотки и собираются н технологическую тару в зависимости от их веса, и передаются на последующие технологические операции.На этом в установке цикл наполненйя баллона и его герметичной укупор" ки и контроля взвешиванием заканчивается. Аналогичный цикл в установке повторяется на параллельной технологической цепочке. При этом ротор на" полнения 3 одновременно обслуживает обе цепочки, используя.для каждойоиэ них 180 своего поворота. Это стало возможным благодаря тому, что в роторе реализиронан способ наполнения баллонов .методом принудительного вытеснения углекислоты н баллон, а также благодаря совмещению нремени, затрачиваемого на Функционирование механизма блокировки со временем задачи баллона в матрицу.В случае отсутствия подачи баллонов в рабочую позицию ротора (например, иэ-эа перебоев в питании баллонами) подача углекислоты на эту позицию ротора блокируется.Блокировка осуществляется за счет того, что при отсутствии баллона 24 в приемнике 41 и движении штока 42 вверх, приемник 41 остается в своем исходном положении, рычаг 47 с пальцем 46 также остаются в своих исходных положениях. При этом толкатель 48 при своем движении вверх в направлении золотника 27 не может перевести золотник в положение "открыто", так как кинематическая цепь золотник-толка- тель разорвана иэ-за отсутствия паль ца 46 на пути их взаимодействия.Рабочая поверхность пуансона 35 может быть выполнена по логарифмической спирали. Преимущество логарифмической спирали в том, что угол дав- щ ления постоянен на протяжении всей ветви спирали, а значит усилие трения пуансона 35 о материал пробки 23 во время его поворота не изменяется, а деформация Осуществляется равномерно, Спираль может быть выполнена однозаходной, .что упрощает изготовление пуансонов, но в этом случае поворот пуансона для радиальной раздачи пробки должен быть равным примерно одному обороту, что удлиняет сек- ЗС тор 5 и вынуждает занимать в роторе больший угол (время) на процесс радиальной раздачи пробки.С целью наибольшего упрощения изготовления пуансонов их рабочая по верхность может быть выполнена в виде эллипса или выпуклого многоугольника с выбором при этом оптимального угла о .Предложенная установка позволяет, по расчетным данным, достичь произвоцительности, равной 180-300 шт в минуту. Верхний предел производительности в установке ограничивается временем успокоения коромысловых весов ротора контроля.Конструкция установки упрощается за счет исключения ротора подчеканки.Кроме того, повышение степени герметичности, получаемой в установке, 0 дает возможность исключить уплотнительную шайбу из герметизирующего баллон комплекта деталей. Создаются предпосылки стабильной работы механизмов питания и встраивания их в установку с целью сборки пробки с баллоном в самой установке. Заполненные и более надежно загерметизированные баллоны могут подвергаться гаран тированному более длительному сроку хранения.формула изобретения1. Установка для заполнения баллонов углекислотой, включающая станину, расположенные на ней роторные устройства для транспортировки баллонов и контроля их заполнения; привод с программным управлением, и роторное устройство для запояеия баллонов их укупорки с рабо и;ми узгаи, каждый из которых содер.-.;.т гОдвижный приемник баллОИОБиаливиОй ГидрОци - линдр с плунжерО-пуа.:ОО-:О и питающим Отверстием, соеди;- енным с расходной емкостью углекислоты через затВорный узел О т л и ч а юс я тем чтос целью новь шеия произ ВО дительности, качества заполнения баллонов и их укупорки, каждый рабочий узел роторного устройства заполнения баллонов и их укупорки снабжен механизмом поворота плунжер-пуансона, наконечник плунжера-пуансона имеет профилированную форму, а гидроцилиндр - дополнительное питающее отверстие меньшего сечения для предварительного заполнения баланов, расположенное под основным питающим Отверстием.2. Установка по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что механизм поворота плунжеров-пуансонов выполнен в виде шкива, размещенного на гидро- цилиндре и связанного с плунжеромпуансоном, а станина снабжена колодкой, взаимодействующей со шкивом.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельсто СССР9 184700, кл. В 65 В 3/00, 1964.