ES2283838T3 - Maquinas vibratorias que utilizan resortes de transmision helicoidales de forma ovoidal o rectangular. - Google Patents

Abstract

Un aparato de transporte vibratorio (100), que comprende: una cubeta (111) que tiene una superficie de transporte (112); un excitador vibratorio (130); un primer resorte helicoidal (134) dispuesto para ser comprimido entre una primera parte de la cubeta y una primera parte del excitador, en el que el mencionado primer resorte tiene un eje longitudinal (A-A) alrededor del cual se bobina el mencionado primer resorte helicoidal, un eje transversal (B-B) y un eje lateral (C-C), en el que el mencionado eje transversal y el mencionado eje lateral son perpendiculares y en un plano perpendicular al eje longitudinal, caracterizado porque la dimensión exterior del mencionado primer resorte helicoidal es mayor a lo largo del eje lateral que a lo largo del eje transversal.

Description

Máquinas vibratorias que utilizan resortes de transmisión helicoidales de forma ovoidal o rectangular.

Campo técnico de la invención

La invención está relacionada con un aparato de transporte vibratorio, tal como un alimentador o transportador vibratorio. En particular, la invención está relacionada con un aparato de transporte vibratorio que tiene un sistema de resortes utilizado entre un excitador vibratorio y una cubeta de transporte del aparato de transporte vibratorio.

Antecedentes de la invención

Los alimentadores y transportadores vibratorios se utilizan ampliamente en una variedad de industrias ligeras y pesada para fines tales como la medición de material voluminoso, tal como minerales, piedra, granulados, diversos polvos químicos y similares, desde los depósitos de almacenamiento hasta otro equipamiento de proceso, o para transportar material voluminoso desde un proceso a otro. Los diseños del alimentador vibratorio consisten en general en un miembro de cubeta conectado a uno o más miembros de base, por los medios de mecanismos de resortes, tales como los resortes helicoidales de alambre de acero bobinado, o bien conjuntos apilados de bloques de goma de elastómero. El excitador vibratorio genera un movimiento vibratorio. El excitador vibratorio puede tener la forma de un motor eléctrico que haga girar pesos excéntricos montados sobre el eje del motor o bien en un eje independiente insertado en unas monturas de rodamientos. Algunos diseños de alimentadores multi-masa pueden operar a una velocidad cercana a la frecuencia natural del sistema de masa/resorte del alimentador, para utilizar la ventaja mecánica debida a los fenómenos de resonancia. El documento US 4040303 está relacionado dos aparatos de gestión de materiales de masas, en el que en una realización un excitador vibratorio del tipo de peso excéntrico giratorio está acoplado a un miembro de cubeta, a través de una pluralidad de resortes helicoidales.

En la figura 3 se expone un alimentador vibratorio 10 típico de resortes helicoidales del arte previo. El miembro de cubeta del alimentador 11 está equipado con una pluralidad de bloques 14 de monturas de resortes, y los conjuntos 16 de las placas de las monturas de resortes helicoidales. Una o más nervaduras de refuerzo 18 abarcan el fondo de la cubeta del alimentador 11. La cubeta del alimentador 11 está acoplada a un miembro de base 22 por los medios de una pluralidad de resortes de hoja 24 fijados con pernos a los bloques 14 de las monturas de resortes situados en el miembro 11 de la cubeta del alimentador, y al miembro de base 22. Se encuentran conectados los resortes 26 helicoidales de acero entre los conjuntos 16 de las placas de las monturas en el miembro 11 de la cubeta del alimentador, y en donde los conjuntos 28 de las placas de montaje están soldados al miembro 22 de la base del alimentador. El excitador vibratorio 30 está conectado también al miembro de la base 22. Los ganchos de suspensión 32 y los cables 34 de suspensión del cable metálico proporcionan unos medios para soportar el alimentador en el lugar de trabajo.

En la figura 5 se muestra una vista ampliada en perspectiva de un resorte 38 típico bobinado helicoidal de acero del arte previo. Las líneas que representan el eje longitudinal A-A y el eje B-B lateral se muestran en la figura 5. La altura del resorte se mide a lo largo del eje A-A, y el ancho del resorte se mide a lo largo del eje B-B. El resorte helicoidal 38 está usualmente esmerilado en los extremos 42, de forma que sean planos y paralelos entre sí, para facilitar el montaje apropiado en el alimentador.

Un resorte helicoidal típico para trabajos pesados de este diseño podría tener una medida de aproximadamente 305 mm de altura, teniendo un diámetro de aproximadamente 152 mm, y estar bobinado a partir de una barra de acero de aproximadamente 19 mm de diámetro. Tendría típicamente una relación elástica del resorte de compresión dinámica de aproximadamente 263 Nmm^{-1} (es decir a lo largo del eje A-A), para estar dentro del rango de esfuerzos operativos seguros de 69 - 83 MPa.

Un alimentador vibratorio de dos masas, tal como el ejemplo mostrado en la figura 3, tendría el requisito de la relación elástica dinámica del resorte dado por la relación:

1

En donde:

K_{d} = relación elástica dinámica del resorte en Nmm^{-1}.

\omega_{o} = frecuencia natural en radianes/segundo. (2\pif_{o} en donde f_{o} es la frecuencia natural en Hz).

m_{f} = masa resultante de una u otra de las masas del alimentador en kilogramos.

(o bien

2

En donde:

K_{d} = relación elástica dinámica del resorte en libras/pulgada.

\omega_{o} = frecuencia natural en radianes/segundo.

W_{r} = peso resultante de una u otra de las masas del alimentador en libras.

G = aceleración debida a la gravedad (pulgadas/seg^{2} (= 386 pulgadas/segundo^{2}))).

Por ejemplo, un alimentador vibratorio que tenga una frecuencia natural deseada de 20 Hz, (1200 cpm), y una masa resultante de 227 Kg, tendría una relación elástica dinámica del resorte de:

3

Utilizando los resortes helicoidales anteriormente descritos diseñados para 263 Nmm^{-1} cada uno, se requerirían al menos 14 resortes individuales (3584/263 = 13,63 operando en paralelo para conseguir la relación elástica total de los resortes.

Al diseñar el resorte helicoidal, es importante mantener una cierta relación entre su altura y el diámetro (tal como <2:1). Esto se denomina como "estabilidad de columna". Se precisa de una suficiente estabilidad de columna, ya que de lo contrario cualquier deslizamiento fuera del eje vertical podría provocar que se doblara el resorte o que se moviera hacia los laterales.

Con referencia de nuevo a la figura 5, se observará que el resorte helicoidal 38 tiene una relación elástica relativamente baja a lo largo del eje lateral B-B. Si el resorte se aplica de forma tal que el eje longitudinal A-A sea distinto al vertical, tal como se muestra en las figuras 3 y 4, la carga fuera del eje, debida al peso de los miembros de base, es decir, el miembro de base 22 y el excitador 30 de la figura 3, o el excitador 30 y el motor de transmisión 46 en la figura 4, provocaría que los resortes 54 se doblaran en la dirección del eje lateral B-B. El alimentador no funcionaría correctamente. El equipo vibratorio del arte previo utilizó los resortes 24 de hojas adicionales tal como se muestra en la figura 3, para proporcionar el soporte requerido entre la cubeta y los miembros de la base. Los resortes de hoja 24, no permiten que los resortes helicoidales 26 se doblen, manteniendo mientras tanto el movimiento deseado del alimentador. Esta configuración impone también limitaciones en el tamaño y geometría del diseño del alimentador, afectando al costo del equipo y a su instalación.

Otra consideración en el diseño de los resortes está relacionada con la tensión dinámica que soporta el resorte durante la realización del trabajo. En general, la composición del material y la física incluida imponen limitaciones en las tensiones operativas. Desgraciadamente, los métodos de fabricación normales y los procesos añaden tensiones para limitar más los límites operativos. Por ejemplo, los resortes en los que las consideraciones materiales y físicas indican que deberán operar con una vida útil larga con niveles de esfuerzos de 139 - 172 MPa, desde un punto de vista práctico, pueden operar solamente a niveles de 69 - 83 MPa, para cumplir con una vida útil aceptable. Dichas limitaciones significan usualmente que tendrán que utilizarse tamaños de cables menores para los resortes, dando lugar a un gran numero de resortes necesarios para una aplicación dada, afectando al tamaño y a la geometría del alimentador.

Una forma de evitar las limitaciones del diseño antes mencionadas es sustituir los bloques de elastómero, tal como los bloques de goma, por resortes helicoidales de acero bobinados. Las características de los bloques de goma son tales que pueden almacenarse cantidades muy grandes de energía para un volumen dado en comparación con los resortes helicoidales de acero. Así mismo, los bloques de goma pueden ser de forma rectangular, permitiendo que los bloques proporcionen una rigidez suficiente a lo largo de un eje transversal, para poder soportar el peso de las transmisiones vibratorias.

Un diseño del alimentador vibratorio del arte previo que utiliza los resortes de goma de un elastómero es el descrito en la figura 4. Se muestra una vista lateral del alimentador con una sección de un miembro 52 retirado de la placa del ala, y estando visible solo la parte posterior del alimentador. El miembro de la cubeta 11 se muestra conectado al miembro 52 de la placa del ala. Una de la pluralidad de nervaduras de refuerzo 18 se muestra rodeando el fondo de la cubeta 11, y conectada al miembro 52 de la placa del ala. El miembro 30 del excitador vibratorio 30 está posicionado entre una placa 56 de montaje del resorte, y una placa posterior 58, y mantenido en posición por los resortes de elastómero 54, los cuales están unidos a las placas de montura 63. Las placas 63 de montura de los resortes están unidas con pernos a la placa de montura del resorte helicoidal 56, y al miembro 30 del excitador vibratorio 30 en el extremo frontal, y el miembro 30 del excitador vibratorio y a la placa posterior 58 en el extremo posterior. El motor de transmisión 46 está montado en la base del miembro 30 del excitador vibratorio, y hace girar el eje 66 por los medios de la correa de transmisión 68 y las poleas 70 y 72. Los pesos excéntricos (no mostrados) montados sobre el eje 66, generan el movimiento vibratorio del alimentador conforme se haga girar el eje 66.

La placa posterior 58 está unida con pernos a los extremos de los miembros 52 de la placa del ala, de forma tal que los miembros de los resortes de elastómero se comprimen en una magnitud conocida, determinada por la dimensión entre la placa 56 de montaje del resorte, y el extremo de los miembros 52 de la placa del ala. Las nervaduras de refuerzo 76 están soldadas a la placa posterior 58, para dar más rigidez a la placa posterior 58, debido a la carga de compresión de los resortes de elastómeros 54. Los ganchos de suspensión 32 y los cables 34 de suspensión metálicos proporcionan medios para instalar el alimentador en el emplazamiento de trabajo.

El aparato fabricado en FMC Technologies, en Homer City, PA, ha utilizado resortes hechos a partir de un material de elastómero, tal como la goma de poli-isopreno. El diseño del alimentador vibratorio de dos masas mostrado en la figura 4 es un ejemplo de la aplicación de dicho resortes de goma. Típicamente, con el fin de conseguir la deflexión requerida, cada elemento de resorte 54 está compuesto por aproximadamente cuatro bloques de goma emparedados entre unas placas de disipación de calor de aluminio delgado. Utilizando los bloques 52 de goma típicos de 152 mm de longitud por 102 mm de anchura, y 38 mm de grosor, cada elemento del resorte 54 tendría una relación elástica de aproximadamente 650 Nmm^{-1}. Utilizando el requisito de la relación elástica para el alimentador del ejemplo calculado anteriormente, solo se precisarían de 6 elementos 54 de los resortes, en comparación con los 14 resortes helicoidales de acero.

Además de ello, con el montaje de los elementos de resortes 54 con la dimensión larga del bloque de goma en forma paralela al eje vertical del excitador vibratorio 30, se proporciona un soporte mecánico para el excitador 30, manteniendo mientras tanto el movimiento lineal a lo largo del eje de transmisión A-A, eliminando así la necesidad de los resortes de hoja 24 de la figura 3. Así mismo, debido a la gran diferencia entre la relación elástica de los bloques de goma en la dirección de cizalla, en comparación con la dirección de compresión, la frecuencia natural en la dirección de cizalla y compresión difieren en un factor de dos o superior. En consecuencia, la velocidad operativa del alimentador, seleccionada para que sea cercana a la frecuencia natural del sistema resorte/masa en la dirección de compresión aprovecha la ventaja de la resonancia, pero no resuena con el sistema resorte/masa en la dirección de cizalla, permitiendo el uso de un diseño del excitador de peso excéntrico de un solo eje, manteniendo mientras tanto el movimiento lineal. En contraste con ello, el diseño del alimentador de la figura 3 requiere con frecuencia la utilización de un excitador de eje de dos pesos excéntricos, rotando cada uno en direcciones opuestas para generar un movimiento lineal, como medio para evitar dicha resonancia y los problemas del movimiento. Estas ventajas representan unos ahorros considerables en las exigencias de tamaño globales, en la flexibilidad de diseño y en los costos iniciales.

Desgraciadamente, la fabricación de los resortes de elastómero es difícil, ya que los procesos son difíciles de controlar, para obtener resultados consistentes en las relaciones elásticas y en la estabilidad del material. Se precisan de altos niveles de tecnología, experiencia práctica y un control de calidad extracto del proceso, para que un fabricante pueda fabricar productos de goma de alto grado de ingeniería. Esto por supuesto afecta significativamente al costo de los elementos de los resortes.

Un problema de la aplicación inicial de los resortes de elastómero es que la cantidad de deflexión permitida por cada bloque de elastómero es una función del grosor y las dimensiones del elemento de goma. Si el elemento de goma es demasiado grueso, o si la relación del grosor con respecto a las dimensiones de la longitud es demasiada grande, el calor interno, generado por histéresis conforme se deflexione el elastómero, puede llegar a ser suficientemente caliente como para fundir realmente el elastómero. En consecuencia, es una práctica normal el apilar varios bloques de elastómeros más delgados debidamente proporcionados en serie, separados por placas de aluminio que disipen el calor (véase la figura 4). Utilizando este diseño, puede obtenerse la deflexión requerida en la máquina, y disponiendo una pluralidad de estas pilas conjuntamente en una relación paralela, para obtener también la relación elástica requerida para el diseño del alimentador dado. Los bloques de elastómero individuales están unidos a las placas de aluminio en un proceso que requiere una preparación química, con una aplicación adhesiva, accesorios de ensamblado amordazados, y una vulcanización térmica exacta. En consecuencia, los conjuntos de resortes de elastómero son relativamente costosos de fabricar.

Un inconveniente adicional de los resortes de bloques de elastómero, que da lugar a un costo incrementado, es el hecho de que los elementos de los resortes de bloques de elastómero tienden a variar en la relación elástica para un tamaño dado, incluso en los mejores y más cuidadosos fabricantes. Esto significa que los elementos tienen que estar graduados en grupos de varias relaciones elásticas, para un uso práctico en la selección de las relaciones elásticas de los resortes, y para evitar el sobrecalentamiento individual fuera de rango de los elementos de los resortes debido al sobreesfuerzo. Así mismo, conforme los elementos de los resortes de elastómero trabajen durante la operación, puede tener lugar a través del tiempo una vulcanización adicional del elastómero, cambiado así su relación elástica. Si un numero suficiente de elementos de los resortes cambian así la relación elástica en un diseño de alimentador sintonizado, denominado como "envejecimiento", llegará a ser necesario reemplazar los elementos de los resortes o bien cambiar la velocidad operativa del alimentador, que representa otra proposición costosa.

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Los presentes inventores han reconocido el deseo de proporcionar un diseño de aparato de transporte vibratorio que solucione los inconvenientes asociados con los resortes de transmisión del arte previo, que utiliza típicamente unos resortes helicoidales de acero redondos o bien conjuntos apilados de bloques de elastómero. Además de ello, los presentes inventores han reconocido que a través de la eliminación de tales inconvenientes, se reducirá drásticamente el costo. El costo se reduce habilitando diseños de resortes sencillos y eficientes, y mediante la simplificación de los procesos de fabricación. Así mismo, los presentes inventores han reconocido el deseo de proporcionar unos productos más estables y fiables utilizando los diseños de dichos resortes.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona un aparato de transporte vibratorio, al como un alimentador o transportador, de acuerdo con la reivindicación 1. El sistema de resorte de transmisión accionado por el excitador vibrador para hacer vibrar la cubeta puede comprender unos resortes substancialmente de forma rectangular o bien ovoidal, que proporcionen unas relaciones elásticas y deflexiones comparables con los sistemas de resortes de elastómeros. El sistema de resortes proporciona también una rigidez suficiente a lo largo del eje de carga transversal de los resortes, para soportar el peso del excitador del aparato, en donde el excitador está soportado desde la cubeta por los resortes opuestos del sistema de resortes de transmisión.

Un aparato de transporte vibratorio de acuerdo con una realización de la invención incluye la cubeta que tiene una superficie de transporte, el excitador vibratorio, y un primer resorte helicoidal a comprimir entre una primera parte de la cubeta y una primera parte del excitador. El primer resorte helicoidal tiene un eje longitudinal alrededor del cual se bobina el primer resorte helicoidal, un eje transversal y un eje lateral, siendo perpendiculares el eje transversal y el eje lateral y en un plano que es perpendicular al eje longitudinal. Una dimensión exterior del primer resorte helicoidal es mayor a lo largo del eje lateral que a lo largo del eje transversal. La dimensión mayor exterior a lo largo del eje lateral permite que el primer resorte helicoidal pueda soportar un peso mayor cuando el eje longitudinal esté configurado en una orientación no vertical.

El aparato puede incluir por tanto un segundo resorte helicoidal a comprimir entre una segunda parte de la cubeta y una segunda parte del excitador, en donde el segundo resorte helicoidal tiene también un eje longitudinal alrededor del cual se bobina el segundo resorte helicoidal, un eje transversal y un eje lateral, en el que el eje transversal y el segundo resorte helicoidal son perpendiculares y en un plano que es perpendicular al eje longitudinal. La dimensión exterior del segundo resorte helicoidal es mayor también a lo largo del eje lateral que a lo largo del eje transversal. La dimensión exterior mayor a lo largo del eje lateral permite que el segundo resorte helicoidal pueda soportar un peso mayor cuando el eje longitudinal esté configurado en una orientación no vertical. La primera y segunda partes del excitador están preferiblemente en lados opuestos del excitador, y el primer y segundo resortes helicoidales están dispuestos para ser comprimidos y descargados en oposición durante la operación del aparato de
transporte.

La cubeta incluye preferiblemente un conjunto de abrazadera de la cubeta que tiene una placa frontal y una placa de base. La primera parte de la cubeta está situada en la placa frontal, y la segunda parte de la cubeta está localizada en la placa posterior.

Para conseguir la relación elástica global para el aparato de transporte, los múltiples resortes helicoidales de la forma antes mencionada pueden disponerse en los lados opuestos del excitador a comprimir contra las placas frontal y trasera.

Las demás numerosas ventajas y funciones de la presente invención llegarán a ser evidentes fácilmente a partir de la siguiente descripción detallada de la invención y de las realizaciones de la misma, y a partir de los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en perspectiva de un alimentador vibratorio que incorpora resortes helicoidales de forma ovoidal de la invención.

La figura 1a es una vista ampliada en perspectiva de un resorte helicoidal en forma ovoidal de la figura 1, con los ejes longitudinal, lateral y transversal indicados por líneas de trazos.

La figura 2 es una vista lateral del alimentador vibratorio de la figura 1, con una parte de la placa del ala eliminada para poder ver los resortes helicoidales en forma ovoidal.

La figura 3 es una vista lateral de un alimentador vibratorio que utiliza resortes helicoidales estándar.

La figura 4 es una vista lateral de un alimentador vibratorio que utiliza resortes de goma de elastómero apilados.

La figura 5 es una vista en perspectiva de un resorte típico helicoidal bobinado típico del arte previo.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Aunque esta invención es susceptible de su realización de muchas y distintas formas, se muestran en los dibujos y se describirán aquí con detalle, las realizaciones especificas de la misma, en el entendimiento de que la presente exposición se considerará como una ejemplificación de los principios de la invención, no teniendo como objetivo el limitar la invención a las realizaciones específicas mostradas.

En la figura 1 se muestra un aparato de transporte 100 de acuerdo con la invención. La cubeta o miembro de bandeja 111, que tiene una superficie de transporte 112, incluye un conjunto 113 de abrazadera de la cubeta. El conjunto de la abrazadera 113 incluye los miembros de la placa del ala 114 dimensionados y posicionados de forma que el labio de descarga 116 de la cubeta o miembro de la bandeja 111 se extienda más allá de los miembros 114 de la placa del ala en el extremo frontal del alimentador vibratorio. Los miembros 114 del ala se extienden más allá de la entrada 121 de la cubeta en la parte posterior del alimentador. La placa 124 de montaje del resorte helicoidal está soldada en posición entre los miembros de la placa del ala 114 situados por debajo aunque cerca de la entrada de la cubeta 121, hacia la parte posterior del alimentador.

El mecanismo del excitador vibratorio 130 está posicionado entre los miembros 114 de la placa del ala que se extiende más allá de la entrada 121 de la cubeta en la parte posterior del alimentador. El mecanismo 130 del excitador vibratorio se mantiene en posición por los medios de dos conjuntos de resortes 134 helicoidales en forma de ovoide (tal como se muestra en la figura 1), o resortes helicoidales rectangulares (no mostrados). Los extremos helicoidales de cada conjunto de resortes 134 helicoidales en forma de ovoide están colocados típicamente sobre los asientos 135 de los resortes, los cuales están soldados a las placas extremas 136. Un conjunto de placas de resortes/extremos helicoidales están fijados entre la placa 124 de montaje del resorte helicoidal y el mecanismo 130 del excitador vibratorio, mientras que el conjunto restante de las placas de los resortes/extremos helicoidales está fijado entre el mecanismo del excitador vibratorio 130, y la placa posterior 140. La placa posterior 140 está fijada con pernos a los extremos de los miembros 114 de la placa del ala, comprimiendo los resortes helicoidales 134 en una magnitud especificada ajustada por la distancia entre la placa 124 de montaje del resorte helicoidal y los extremos de los miembros 114 de la placa del ala. Las nervaduras de refuerzo 144 están soldadas a la placa posterior 140 para hacer que sea rígida la estructura debida a la carga de compresión de los resortes helicoidales 134. Las nervaduras 150 se añaden usualmente a la cubeta o al miembro de bandeja 111, para proporcionar rigidez e integridad estructural. Los ganchos de suspensión 154 están soldados a la estructura 111 de la cubeta, y/o a la estructura de la placa del ala 114, para facilitar la instalación del alimentador en el lugar de operación en donde se cuelga o se suspende típicamente por los medios de cables metálicos, bajo el extremo de descarga de una tolva de suministro.

La figura 1a es una perspectiva en primer plano de un resorte 134 helicoidal de forma de ovoide, cuyos extremos 160 han sido esmerilados en forma plana y paralelos entre sí, para facilitar la soldadura entre las placas extremas 136. Como referencia, la línea A-A se muestra a lo largo del eje longitudinal del resorte helicoidal 14, y la línea B-B se muestra a lo largo de un "eje lateral", y la línea C-C se muestra a lo largo de un eje "transversal". La altura del resorte se mide a lo largo del eje A-A, el diámetro mayor a lo largo del eje B-B, y el diámetro menor a lo largo del
eje C-C.

Aunque los resortes en forma de ovoide son algo más fáciles de fabricar, los resortes más cercanos a los rectángulos pueden utilizarse también, tal como los vendidos por DRACO Spring Mfg.Co., de Houston, Texas, EE.UU. Los resortes DRACO están fabricados de acuerdo con un proceso tal que el resorte puede ser utilizado a uno mayores niveles de esfuerzo, haciendo que sean competitivos en dimensiones con los conjuntos de los resortes de elastómeros. Los detalles de este resorte y el proceso de fabricación se han expuesto en la solicitud de patente por separado de la publicación de los EE.UU. número 2002/0190452.

La figura 2 es una vista lateral del alimentador de la figura 1, en la que se ha eliminado una sección del miembro 114 de la placa del ala. El miembro de la cubeta 111, que tiene el labio de descarga 116, se muestra conectado al miembro 114 de la placa del ala. Las nervaduras de refuerzo 150 se observan rodeando la cubeta 111, y conectadas con el miembro 114 de la placa del ala. El miembro 130 del excitador vibratorio está posicionado entre la placa 124 de montaje del resorte helicoidal y la placa posterior 140, y manteniéndose en posición por los resortes 134 helicoidales de forma ovoidal, que se colocan sobre los asientos 135 de los resortes, los cuales están soldados a las placas 136 del extremo de los resortes helicoidales. Las placas extremas 136 están fijadas con pernos a la placa 124 de montaje del sistema de resortes, y al miembro del excitador vibratorio 130 en el extremo frontal, y al miembro 130 del excitador vibratorio en la placa posterior 140 en el extremo posterior.

El motor de accionamiento 176 está montado en la base del miembro 130 del excitador vibratorio, hace girar un eje 178 por los medios de una correa de transmisión 180 y las poleas 182 y 184. Los pesos excéntricos (no mostrados) montados sobre el eje 178, generan un movimiento vibratorio del alimentador conforme se hace girar el eje 178. La placa posterior 140 está fijada con pernos a los extremos de los miembros 114 de la placa del ala, de forma tal que los resortes 134 helicoidales en forma ovoidal se compriman en una magnitud conocida, determinada por la dimensión entre la placa 124 de montaje del resorte helicoidal, y el extremo de los miembros 114 de la placa del ala. Las nervaduras de refuerzo 144 están soldadas a la placa posterior 140 para hacerla más rígida, debido a la carga de compresión de los resortes helicoidales 134. Los ganchos de suspensión 154 y los cables metálicos de suspensión 192 proporcionan medios para instalar el alimentador en el emplazamiento del usuario. Se muestra una línea de transmisión imaginaria 200 con un ángulo específico en el fondo 112 del miembro 111 de la cubeta, y a lo largo de la línea de fuerza generada por el excitador vibratorio 130, de forma tal que se haga pasar hacia el centro de gravedad 210 del conjunto completo del alimentador, minimizando o eliminando por tanto el movimiento fuera del eje del alimentador durante su funcionamiento.

El sistema de resortes de la invención proporciona un resorte helicoidal de acero que tiene una tasa de rigidez en la dirección de cizalla para soportar el peso del mecanismo del excitador vibratorio, teniendo mientras tanto una relación elástica de compresión comparable con la del elemento 54 del resorte de goma de elastómero de la figura 14.

El resorte de forma ovoidal descrito en este documento es una realización preferida del diseño del resorte, aunque pueden fabricarse otras realizaciones que son más o menos rectangulares en su forma, utilizando los métodos, equipamiento y técnicas requeridas para la forma ovoidal.

La forma ovoidal proporciona un rendimiento ejemplar, obteniéndose una facilidad de fabricación y con un costo razonable.

El resorte 134 ejemplar de forma ovoidal tal como se muestra en la figura 1a incluye un diámetro del hilo, una altura de la bobina helicoidal (la longitud a lo largo del eje A-A), diámetro de la bobina (medido a lo largo del eje C-C), que se seleccionan para conseguir un diseño del resorte que tenga una relación elástica de aproximadamente 700 Nmm^{-1}, y una deflexión de diseño de aproximadamente 9,5 mm, con un esfuerzo operativo de hasta 110 MPa. Los métodos y técnicas de fabricación utilizados para fabricar el resorte de forma ovoidal posibilitan el hacer trabajar al resorte con unos niveles de esfuerzo más altos en las aplicaciones exigentes, tales como en los alimentadores vibratorios y en los transportadores. Los extremos 160 del resorte de forma ovoidal han sido esmerilados en forma plana para que sean paralelos entre sí, para facilitar la instalación en el alimentador vibratorio.

Las dimensiones globales y la relación elástica del diseño del resorte resultante aquí descritas se encuentran próximas al elemento 54 de la figura 4 del resorte de elastómero, y del alimentador vibratorio del arte previo anteriormente descrito. Esto permite una substitución directa de los elementos del resorte, requiriendo unas mínimas modificaciones de acomodación en el diseño de un alimentador vibratorio ya probado. La relación elástica a lo largo del eje B-B, en la dirección de cizalla del ovoide, es mucho mayor que a lo largo del eje A-A tal como puede imaginarse al observar la figura 1a, quizás hasta 4 veces más, consiguiéndose una relación del resorte del ejemplo de 2800 Nmm^{-1} a lo largo de este eje B-B.

Así mismo, la instalación de los elementos 134 del resorte, con la dimensión grande del eje lateral del resorte de forma ovoidal, substancialmente paralela al eje vertical del excitador vibratorio 130 (tal como se muestra en las figura 1 y 2), proporciona un soporte mecánico más que suficiente para el excitador 130, ya que cada enlace de los resortes de forma ovoidal actúa como si fuera una barra de torsión pequeña, rígida y vertical, para reflexionar principalmente solo en los extremos en la dirección del eje A-A. Dicho soporte mantiene un movimiento lineal a lo largo del eje de accionamiento A-A, y elimina la necesidad de los resortes de hoja 24 de la figura 3.

Con la utilización del alimentador vibratorio a modo de ejemplo anteriormente descrito, con una masa resultante de 227 Kg, y 6 elementos de resortes de forma ovoidal, la relación elástica dinámica total sería de 6 x 700 = 4200 Nmm^{-1}, La ecuación anterior para calcular la relación Kd dinámica:

\vskip1.000000\baselineskip

4

puede configurarse para calcular la frecuencia natural f_{o} del resorte del alimentador a lo largo del eje A-A. Puesto que \omega_{o} es la misma que 2\pif, entonces:

\vskip1.000000\baselineskip

5

Utilizando los valores de 4200 Nmm^{-1} para K_{d}m y 227 Kg para m_{r}, se obtiene:

\vskip1.000000\baselineskip

6

Si la relación elástica a lo largo del eje B-B fuera de 4 veces mayor que a lo largo del eje A-A, entonces la frecuencia natural en la dirección B-B sería:

7

En consecuencia, si la frecuencia operativa del alimentador fuera de 19 Hz (1140 cpm), la relación sin dimensiones de la frecuencia operativa dividida por la frecuencia natural (N/N_{o}), denominada frecuentemente como lambda (\lambda), sería de 0,88 a lo largo del eje A-A, y 0,44 a lo largo del eje B-B. La relación "lambda" representa una cifra del merito o amplificación operacional debido al fenómeno de la resonancia, en donde el factor de amplificación se expresa por la relación 1/1-\lambda^{2}. La relación "lambda" en la resonancia, en donde la frecuencia operativa y la frecuencia natural son iguales (N = N_{o}), seria por tanto 1, y el factor de amplificación teóricamente sería infinito. Para el valor \lambda = 0,999999 el factor de amplificación sería de 500.000, para \lambda = 0,9 seria de 4,78, para \lambda = 0,88 sería de 4,433, y para \lambda = 0,44 sería de 1,24. El factor de amplificación tiene un apoyo directo en los requisitos de la fuerza para generar la amplitud deseada de la vibración de la cubeta del alimentador.

En nuestro alimentador de ejemplo, un único eje rotatorio con un peso excéntrico montado sobre el mismo, generaría una fuerza suficiente para generar una amplitud de vibración de 9,5 mm a lo largo del eje A-A, pero solo una fracción de dicha amplitud a lo largo del eje de cizalla B-B. Esto asegura un movimiento hacia atrás y hacia delante de la cubeta relativamente lineal a lo largo del eje A-A, y consecuentemente a lo largo de la línea de accionamiento 200 de la figura 2, que es paralela y que pasa a través del centro de gravedad 210 del alimentador, para eliminar el movimiento no deseable fuera del eje.

El resorte de forma ovoidal es comparable por tanto favorablemente con el resorte de elastómero, teniendo las mismas ventajas de una alta relación elástica, y siendo suficientemente rígido en la dirección de cizalla para soportar el excitador sin la necesidad de resortes de soporte adicionales, manteniendo al mismo tiempo un patrón de movimiento vibratorio deseable. El resorte de forma ovoidal retiene también las características ventajosas del resorte helicoidal de acero porque es consistente, con una relación elástica repetible, y con una vida de almacenamiento infinita, permitiendo que los resortes puedan fabricarse en masa y manteniendo en el inventario del almacén. Puesto que el material, métodos de fabricación, y técnicas, permiten que el fabricante produzca resortes que tengan unas dimensiones y relaciones elásticas que se encuentren dentro de unas ajustadas tolerancias, solo se precisará de un diseño de resorte básico, y por tanto se eliminarán la necesidad de las costosas pruebas y de su graduación para los resortes de elastómero, así como la necesidad de soportar múltiples elementos de resortes en el inventario.

Los resortes de forma ovoidal 134 de las figuras 1 y 2, en una realización preferida de la invención, están montados entre las placas 136 extremas de resortes de acero, montadas sobre unos asientos 135 de resortes de acero de forma rectangular, que se habrán soldado en un conjunto separado simétricamente a las placas 136 extremas de los resortes, formando un conjunto de resortes de transmisión del alimentador. Para los alimentadores vibratorios de una dimensión y peso estándar, tales conjuntos pueden fabricarse por adelantado de la producción del alimentador, y manteniendo un inventario. Dicho inventario puede ser utilizado también para reemplazar un conjunto de resortes en un alimentador en el emplazamiento del cliente, en caso de que se rompiera un elemento de resorte debido a un caso no previsto.

Las espiras gastadas superior e inferior de los elementos del resorte pueden soldarse en posición a las placas extremas 136 si así se desea, para facilitar el ensamblado al alimentador y haciendo que el inventario sea más manejable. De acuerdo con la figura 1, se proporcionan dos conjuntos de resortes para cada alimentador, en donde un conjunto está fijado con pernos a la placa 124 posterior del conjunto de los resortes, la cual está soldada entre las placas 114 del ala del alimentador, y a un lado del excitador vibratorio 130, y el otro conjunto está fijado con perno entre el excitador 130 y la placa 140 posterior del alimentador. Cuando la placa 140 posterior del alimentador está fijada con pernos a los extremos de las placas del ala 114, los conjuntos de los resortes se comprimen en una magnitud conocida ajustada por el espacio entre la placa 124 posterior del conjunto de resortes, y la placa posterior del alimentador. La magnitud de compresión en cada conjunto está predeterminada para que sea un poco mayor que la carrera total del alimentador (es decir, la carrera de la cubeta más la carrera del excitador [A_{T} + A_{M}], tal que en la operación los elementos de los resortes 134 nunca se sitúen en tensión. En consecuencia, aunque los elementos 134 del resorte no estuvieran soldados en su posición,
permanecerían rígidos situados entre sus respectivas placas de montaje durante el funcionamiento del alimentador.

La siguiente metodología describe el proceso de diseño para configurar un aparato de transporte que incluya la invención:

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Determinar las dimensiones de la cubeta del alimentador vibratorio basándose en la información de la aplicación, y calcular el peso de todos los miembros de la parte de la cubeta, más una estimación del peso de la mitad de los conjuntos de los resortes.

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Seleccionar un excitador a partir de varias unidades estándar disponibles, y calcular el peso de todos los miembros de la parte del excitador, que incluyan el motor de accionamiento y sus componentes, más una estimación del peso de la mitad de los conjuntos de los resortes.

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Seleccionar los objetivos para la velocidad operativa del alimentador (N), y para lambda \lambda, para determinar la frecuencia natural (N_{o}) del alimentador. Seleccionar también la carrera de la cubeta (A_{T}) que será precisa para producir una relación de alimentación determinada.

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Utilizando la ecuación apropiada en la exposición del documento, calcular la relación elástica requerida (K_{d}) para el alimentador, utilizando los pesos calculados en las etapas anteriores, y la frecuencia natural (N_{o}) determinada anteriormente.

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Utilizando un elemento de resorte ovoidal o rectangular diseñado para que tenga una relación elástica de 700 Nmm^{-1}, una deflexión de al menos 9,5 mm, y una relación elástica a lo largo de su eje de cizalla transversal de al menos cuatro veces la de su relación de compresión, determinar el numero de elementos de resortes requeridos en paralelo para cumplir con la relación elástica del alimentador (K_{d}), mediante la división de la misma por 700 (medidas métricas anteriores) (o 4000, medidas imperiales anteriores) (es decir, S_{n} = K_{d}/700 (Métrica), o S_{n} = K_{d}/4000 (imperial). Si la contestación es fraccional, o irregular, redondear el numero de resortes en más o en menos hasta el siguiente numero par de resortes, y volver a calcular los parámetros de diseño del alimentador, ajustando la velocidad operativa del alimentador (N), y/o la carrera de la cubeta (A_{T}) según sea lo necesario, para cumplir con los requisitos de la aplicación del alimentador.

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Diseñar el alimentador de forma tal que el espacio entre la placa 124 posterior del conjunto de resortes, y la placa 140 posterior del alimentador, sea el ancho del conjunto 130 del excitador, más el ancho de dos conjuntos de resortes, menos un poco más del doble de la carrera total del alimentador (es decir, el doble de la carrera de la cubeta más la carrera del excitador [2. (A_{T} + A_{M})]).

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Dividir los resortes ovoidales en dos conjuntos pares y ensamblar cada conjunto entre dos placas extremas 136 de resortes de acero, montándolos sobre los asientos 135 de los resortes de acero de forma rectangular, que se hayan soldado en un conjunto separado simétricamente a las placas 136 extremas de los resortes, para formar dos conjuntos de resortes de transmisión del alimentador. Unir por soldadura los resortes ovoidales a las placas extremas 138 si así se desea, para facilitar el ensamblado en el alimentador.

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Fabricar el alimentador según se ha diseñado; unir con pernos uno de los conjuntos de resortes a la placa 124 posterior del conjunto de resortes, y a la cara frontal del conjunto del excitador 130, uniendo con pernos el otro conjunto de resortes a la cara posterior del conjunto del excitador 130, y a la placa posterior 15 del alimentador. Unir con pernos la placa 140 posterior del alimentador a los extremos de las placas de las alas 114, comprimiendo los conjuntos de los resortes hasta el doble de la carrera de la cubeta, más la carrera del excitador (es decir, 2.(A_{T} + A_{M})].

A partir de lo anterior, se observará que las numerosas variaciones y modificaciones pueden realizarse sin desviarse del alcance de la invención, según lo definido en las reivindicaciones. Se comprenderá que no se pretende introducir ninguna limitación con respecto al aparato específico aquí mostrado o que pueda ser inferida.

Claims (14)

1. Un aparato de transporte vibratorio (100), que comprende:

una cubeta (111) que tiene una superficie de transporte (112);

un excitador vibratorio (130);

un primer resorte helicoidal (134) dispuesto para ser comprimido entre una primera parte de la cubeta y una primera parte del excitador, en el que el mencionado primer resorte tiene un eje longitudinal (A-A) alrededor del cual se bobina el mencionado primer resorte helicoidal, un eje transversal (B-B) y un eje lateral (C-C), en el que el mencionado eje transversal y el mencionado eje lateral son perpendiculares y en un plano perpendicular al eje longitudinal,

caracterizado porque la dimensión exterior del mencionado primer resorte helicoidal es mayor a lo largo del eje lateral que a lo largo del eje transversal.

2. El aparato (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el mencionado primer resorte helicoidal (134) tiene una sección transversal, tomada en el mencionado plano, que tiene forma ovoidal.

3. El aparato (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el mencionado primer resorte helicoidal (134) tiene una sección transversal, tomada en el mencionado plano, que es rectangular.

4. El aparato (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, que comprende un segundo resorte helicoidal (134) dispuesto para ser comprimido entre una segunda parte de la cubeta (111 y una segunda parte del excitador (130), en el que el mencionado segundo resorte helicoidal tiene un eje longitudinal (A-A) alrededor del cual se bobina el mencionado segundo resorte helicoidal, un eje transversal (B-B) y un eje lateral (C-C), en el que el mencionado eje transversal y el mencionado eje lateral son perpendiculares, y en un plano perpendicular al eje longitudinal.

5. El aparato (100) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la mencionada primera y segunda partes del mencionado excitador (130) se encuentran en los lados opuestos del excitador, y en donde el mencionado primer y segundo resortes helicoidales (134) comprimen y descargan en forma opuesta.

6. El aparato (100) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que las mencionadas primera y segunda partes del mencionado excitador (130) están en el mismo lado del excitador, y en donde los mencionados primer y segundo resortes helicoidales (134) comprimen y descargan en forma conjunta.

7. El aparato (100) de acuerdo con las reivindicaciones 4, 5 ó 6, en donde los mencionados ejes longitudinales (A-A) de los mencionados primer y segundo resortes helicoidales (134) están dispuestos con un ángulo oblicuo con respecto a la mencionada superficie de transporte (112).

8. El aparato (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que los mencionados ejes longitudinales (A-A) de los mencionados primer y segundo resortes helicoidales (134) son co-lineales.

9. El aparato (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, en el que la mencionada cubeta (111) comprende un conjunto de abrazadera (113) que incluye una placa frontal (124) y una placa posterior (140), y el mencionado excitador (130) situado entre las mencionadas placas frontal y posterior, en el que la primera parte de la mencionada cubeta se encuentra en la mencionada placa frontal y la mencionada segunda parte de la mencionada cubeta se encuentra en la mencionada placa posterior.

10. El aparato (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, que comprende un tercer resorte helicoidal (134) configurado para ser comprimido entre una tercera parte de la cubeta (111), y una tercera parte del excitador (130), en el que el mencionado tercer resorte helicoidal tiene un eje longitudinal (A-A) alrededor del cual se bobina el mencionado tercer resorte helicoidal, un eje transversal (B-B) y un eje lateral (C-C), el mencionado eje transversal, y el mencionado eje lateral, siendo perpendiculares y en un plano perpendicular al eje longitudinal, en el que una dimensión exterior del mencionado tercer resorte helicoidal es mayor a lo largo del eje lateral que a lo largo del eje transversal, y que comprende un cuarto resorte helicoidal (134) dispuesto para ser comprimido entre una cuarta parte de la cubeta (111) y una cuarta parte del excitador (130), teniendo el mencionado cuarto resorte helicoidal un eje longitudinal (A-A) alrededor del cual está bobinado el mencionado cuarto resorte helicoidal, un eje transversal (B-B) y un eje lateral (C-C), en el que los mencionados ejes transversal y lateral son perpendiculares, y en un plano perpendicular al eje longitudinal, con una dimensión exterior del mencionado cuarto resorte helicoidal que es mayor a lo largo del eje lateral que a lo largo del eje transversal, en el que las mencionadas primera y segunda partes del mencionado excitador (130) están en lados opuestos del excitador, y en donde los mencionados primer y segundo resortes helicoidales (134) se comprimen y descargan en oposición, y en el que las mencionadas tercera y cuarta partes del mencionado excitador (130) están en lados opuestos del excitador, y en donde los mencionados tercer y cuarto resortes helicoidales (134) se comprimen y descargan en oposición.

11. El aparato (100) de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la mencionada cubeta (111) comprende un conjunto de abrazadera (113) que incluye una placa frontal (124) y una placa posterior (140), y estando el mencionado excitador (130) situado entre las mencionadas placas frontal y posterior, en donde las mencionadas primera y tercera partes de la mencionada cubeta (111) están sobre la mencionada placa frontal y las mencionadas segunda y cuarta partes de la mencionada cubeta sobre la mencionada placa posterior.

12. El aparato (100) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el mencionado excitador (130) comprende un peso excéntrico giratorio accionado por un motor.

13. El aparato (100) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la mencionada cubeta (111) incluye elementos de conexión (156, 192) para soportar la mencionada cubeta desde la parte superior.

14. Un método de ensamblado de un aparato de transporte vibratorio (100), que comprende las etapas de:

calcular el peso o masa de una cubeta (111, 114, 124, 140), más una estimación del peso o masa de la mitad de un conjunto de resortes (134, 135);

calcular el peso o masa de un excitador (130), el cual incluye un motor de accionamiento (176) y sus componentes (180, 182, 184) más una estimación del peso o masa de los conjuntos de resortes;

seleccionar los objetivos para la velocidad operativa del aparato de transporte (N), y para el valor de lambda \lambda, para determinar la frecuencia natural (N_{o}) del aparato de transporte;

seleccionar la carrera de la cubeta (A_{T}) que ser requerirá para generar una velocidad de suministro determinada, calculando la relación elástica requerida (K_{d}) para el aparato de transporte utilizando el peso o masa calculado en las etapas previas, y la frecuencia natural (\omega_{o}) determinada anteriormente; y

utilizar un elemento de resorte (134), diseñado para tener una relación elástica a lo largo de su eje de cizalla transversal (B-B) de al menos cuatro veces su relación de compresión, determinando el número de elementos de resortes requerido en paralelo para cumplir con la relación elástica del alimentador (K_{d}), dividiéndola por su relación elástica de compresión.