РАБОЧИЙ ОРГАН ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СЫПУЧИХ СМЕСЕЙ

Изобретение относится к оборудованию агропромышленного комплекса, в частности зерноперерабатывающих предприятий, и может быть использовано для очистки зерна от примесей.
Важным резервом совершенствования вибрационных сепарирующих машин является создание условий, обеспечивающих повышение эффективности процесса самосортирования, обусловленного различием в движении внутри сыпучего тела частиц с различными физико-механическими свойствами. Эффект самосортирования имеет большее или меньшее значение почти во всех процессах сепарирования.
Процесс ситового сепарирования в общем случае можно представить состоящим из двух стадий: самосортирование и просеивание. В исходной смеси, поступающей на ситовую поверхность, в приемной части рабочего канала частицы проходового компонента распределены по всей толщине образующегося сыпучего тела. Эти частицы, участвуя вместе со всем сыпучим телом в относительном движении по ситу, должны в результате самосортирования опуститься на поверхность сита.
Во второй стадии проходовые частицы, продолжая относительное
движение в нижнем слое сыпучего тела, проходят над отверстиями сита и при наступлении благоприятных условий просеиваются.
В том случае, если исходная зерносмесь состоит в основном из проходовых частиц, то есть концентрация проходового компонента в исходной зерносмеси велика, как, например, при очистке зерна от крупных примесей в сепараторах или при контроле муки в рассевах, то из двух стадий процесса решающее значение приобретает просеивание. В этом случае самосортирование не оказывает существенного влияния на результаты процесса в целом, однако, крупные частицы, находящиеся в нижнем слое, перекрывают отверстия сита и ухудшают условия просеивания проходовых частиц, снижая эффективность процесса.
Если же проходового компонента немного, а толщина сыпучего тела во много раз больше размеров проходовых частиц, как, например, при очистке зерна от мелких примесей (проход сита 1,7×20 мм), то через сито просеиваются лишь частицы, находящиеся в нижнем слое, в который они попадают в результате самосортирования. В этом случае самосортирование приобретает решающее значение.
На зерноперерабатывающих предприятиях широкое распространение получил принцип воздушной сепарации, основанный на различии аэродинамических признаков (скоростей витания) примесей и зерновок основной культуры. Наибольшее распространение, благодаря конструктивной простоте и компактности устройства (пневмосепараторы, аспираторы, аспирационные колонки), получил способ сепарирования
зерновых смесей в восходящем вертикальном воздушном потоке. Однако, не смотря на различие в скоростях витания зерна и примесей, идеально разделить зерносмесь невозможно. Обычно в производственных условиях при очистке зерна средней засоренности эффективность выделения примесей, составляющая в среднем до 60-70% при четкости сепарирования (содержание полноценного зерна в примесях, выраженное в процентах к массе выделенных примесей) до 2%, свидетельствует о вполне удовлетворительной работе пневмосепарирующего устройства. Одной из причин невысокой технологической эффективности пневмосепарирования является то обстоятельство, что исходная зерновая смесь поступает в пневмоканал многослойным потоком, то есть потоком, в котором частицы разделяемых компонентов распределены по всей толщине зернового слоя. Вследствие этого, частицы разделяемых компонентов в зоне сепарирования соударяются при движении в противоположных направлениях. В результате соударений и сцеплений легкие примеси, которые по условиям процесса сепарирования должны двигаться в пневмоканале вверх против основного потока тяжелых частиц (зерна), увлекаются вновь поступающим в пневмоканал зерном и попадают в фракцию очищенного зерна, снижая эффективность пневмосепарирования. То есть, легкие частицы при движении в пневмоканале вверх должны преодолеть сопротивление от вновь поступающего в канал продукта. Очевидно, что чем дальше от свободной поверхности (от верхнего слоя) поступающего в пневмоканал многослойного потока продукта находятся легкие, частицы, тем большее сопротивление они
испытывают со стороны тяжелых частиц. Не испытывают такого сопротивления только частицы, находящиеся в верхнем слое. Поэтому повысить эффективность процесса пневмосепарирования можно, обеспечив расслоение зерновой смеси перед подачей ее в пневмоканал, то есть, применив в пневмосепарирующей машине в качестве питающего устройства вибролоток, обеспечивающий эффективное саморсортирование (расслоение) зерновой смеси перед подачей ее в пневмоканал.
Известно, что самосортирование проявляется во всплывании легких и/или крупных частиц в верхние слои зернового потока и погружении мелких и/или тяжелых частиц в нижние слои. Эффективность процесса самосортирования находится в прямой зависимости от интенсивности послойного движения, то есть от различия скоростей верхнего и нижнего слоев зернового потока. Следовательно, повысить эффективность процесса самосортирования можно, создав такие условия взаимодействия частиц зернового потока с вибрирующей опорной поверхностью рабочего органа, при которых обеспечивается увеличение разности скоростей верхнего и нижнего слоев потока. Создать такие условия можно путем применения опорной поверхности, обеспечивающей торможение нижнего слоя, то есть обеспечивающей уменьшение скорости виброперемещения частиц нижнего слоя относительно поверхности рабочего органа. При этом следует обеспечить максимально возможное торможение нижнего слоя, но не допускать образования застойных зон продукта на рабочем органе. Осуществить торможение нижнего слоя можно путем установки на опорной
поверхности рабочего органа рифлей в виде прямоугольных пластин, препятствующих движению частиц относительно поверхности. В этом случае пластины-рифли устанавливают под углом к направлению колебаний опорной поверхности, то есть под углом к направлению, в котором должен транспортироваться зерновой слой под действием -колебаний опорной поверхности. Кроме тормозящего воздействия такая установка рифлей приводит к увеличению величины перемещения частиц нижнего слоя по опорной поверхности рабочего органа. Это обусловлено тем, что частицы нижнего слоя транспортируются вдоль рифлей и перемещение определяется как длина рабочего органа, деленная на косинус угла установки рифлей. Так как косинус меньше единицы, то в этом случае перемещение частиц по рабочему органу превышает его длину. Это становится особенно актуальным в процессах ситового сепарирования, так как частицы при этом проходят над большим числом отверстий сита, что увеличивает вероятность их просеивания.
Известно устройство для сепарирования зернопродуктов (патент РФ №1838983, кл. В 07 В 13/00, 1994 г.), содержащее горизонтальную рабочую поверхность кольцевой формы с радиальными рифлями в виде прямоугольных пластин, ограниченную наружным и внутренним кольцевыми порогами, привод для сообщения поверхности вращательных колебаний вокруг вертикальной оси и питатель для подачи исходной зерновой смеси на рабочую поверхность. Устройство обеспечивает высокий технологический эффект разделения смеси шелушеных и нешелушеных
зерен риса, то есть разделения смеси компонентов, мало отличающихся друг от друга по плотности и размерам.
Исходная зерновая смесь, содержащая шелушеный (ядро) и нешелушеный (зерно) рис, непрерывно подается питателем на рабочую поверхность, совершающую вращательные колебания вокруг вертикальной оси. На поверхности образуется слой зерносмеси, по толщине превышающий высоту радиальных рифлей, и занимает объем, верхняя поверхность которого близка к конической, с образующей, поднимающейся по мере удаления от оси колебаний. Воздействие вращательных колебаний и радиальных рифлей на нижний слой зерносмеси обеспечивает ее самосортирование. Самосортирование по плотности компонентов зерносмеси происходит в результате интенсивного послойного движения зернового потока вдоль кольцевой поверхности под воздействием тангенциальной силы инерции. Достаточно высокая интенсивность послойного движения обусловлена тормозящим воздействием рифлей на нижний слой зернового потока при его скольжении относительно рабочей поверхности. Причем тормозящее воздействие рифлей одинаково при скольжении слоя относительно рабочей поверхности в противоположных направлениях вдоль кольцевого канала. Вследствие самосортирования более плотные частицы (ядро) погружаются в нижний слой и транспортируются вдоль радиальных рифлей под действием центробежной силы инерции к наружному кольцевому порогу и через отверстия в нем выводятся с рабочей поверхности. Менее плотные частицы (зерно) всплывают в верхний слой и под действием подпора более плотных
частиц сходят с рабочей поверхности, переливаясь по мере накопления через внутренний кольцевой порог. Однако, высокого эффекта процесса сепарирования можно достичь лишь при достаточно большом содержании менее плотного компонента в исходной зерносмеси. Так, в процессе сепарирования смеси шелушеных и нешелушеных зерен риса содержание менее плотного компонента (нешелушеного риса) в исходной смеси составляет не менее 6%. Кроме того, устройство не предназначено для очистки от мелких примесей. Следует заметить, что при вращательных колебаниях кольцевой поверхности интенсивность послойного движения зернового потока,. а, следовательно, и эффективность процесса самосортирования, различна по ширине кольцевого канала, так как величина тангенциальной силы инерции зависит от радиуса.
Указанного недостатка лишено сепарирующее устройство (патент РФ №2175895, кл. В 07 В 1/28, А 01 F 12/44, 2001 г.), содержащее рабочую поверхность с установленными на ней рифлями в виде прямоугольных пластин, ограниченную торцевой и двумя боковыми стенками, привод для сообщения поверхности прямолинейных колебаний и питатель для подачи исходной зерновой смеси на рабочую поверхность.
Рифли на рабочей поверхности могут быть выполнены следующим образом:
- симметрично под углом к оси, параллельной боковым стенкам, либо с зазором между концами рифлей и боковыми стенками, либо с зазором между концами рифлей;
- под углом к оси, параллельной боковым стенкам, с зазором к одной или к обеим боковым стенкам.
Рабочая поверхность может быть выполнена следующим образом:
- в виде параллельно чередующихся участков с рифлями с зазором между концами рифлей смежных участков и боковыми стенками, либо с зазором между концами рифлей смежных участков;
- ситовой с рифлями;
- в виде последовательно чередующихся участков сплошной поверхности с рифлями и участков гладкой (без рифлей) ситовой поверхности, на участках ситовой поверхности могут быть установлены рифли параллельно боковым стенкам;
- сплошной в виде последовательно чередующихся участков с рифлями, установленными симметрично под углом к оси, параллельной боковым стенкам с зазором к ним, и с рифлями, установленными параллельно боковым стенкам;
- в виде последовательно чередующихся участков сплошных поверхностей с рифлями и участков с параллельным чередованием сплошных поверхностей с рифлями и гладкой (без рифлей) ситовой поверхности, на ситовой поверхности в этом случае могут быть выполнены рифли параллельно боковым стенкам.
Рифли при любой из описанных выше конфигураций имеют высоту меньше высоты торцевой и боковых стенок. Так как рифли должны тормозить движение частиц нижнего слоя, то высота рифлей должна быть не
меньше половины максимального размера (длины) частиц сепарируемого материала. Высота рифлей ограничена ввиду того, что движение частиц нижнего слоя происходит между рифлями, то есть в стесненных условиях, и при увеличении высоты рифлей на рабочей поверхности образуются застойные зоны продукта, что недопустимо в процессах сепарирования. Следовательно, высота рифлей зависит от размеров частиц сепарируемой смеси.
Следует заметить, что зазор между концами рифлей и боковыми стенками, либо между концами рифлей смежных участков поверхностей с рифлями означает наличие на рабочей поверхности участков без рифлей. Наличие таких гладких участков исключает возможность образования застойных зон зерновой смеси на рабочем органе в процессе ее сепарирования и обеспечивает возможность очистки рабочего органа от зерна перед остановкой оборудования. Это объясняется тем, что во всех вариантах установки рифлей, в процессе сепарирования частицы нижнего слоя зернового потока, начиная движение между рифлями, обязательно попадают на гладкий участок поверхности и беспрепятственно сходят с рабочего органа.
Устройство обеспечивает высокий эффект расслоения (самосортирования) зерновой смеси, то есть всплывания в верхний слой зернового потока легких и крупных частиц примесей и погружения в нижний слой мелких и тяжелых частиц. Исходная смесь непрерывно подается питателем на рабочую поверхность, совершающую прямолинейные
колебания, в приемную часть, расположенную у торцевой стенки. На поверхности образуется слой зерносмеси, по толщине превышающей, высоту рифлей. Под воздействием колебаний рифлей и рабочей поверхности происходит интенсивное самосортирование зерновой смеси. Самосортированию благоприятствует интенсивное послойное движение зернового потока при его движении по опорной поверхности рабочего органа. Достаточно высокая интенсивность послойного движения, определяемая степенью различия скоростей верхнего и нижнего слоев зернового потока, обусловлена значительным тормозящим воздействием рифлей на частицы, нижнего слоя, заполняющие пространство между рифлями. Тормозящее воздействие рифлей проявляется в уменьшении скорости частиц нижнего слоя относительно опорной поверхности, вследствие чего увеличивается степень различия скоростей верхнего, не подверженного воздействию рифлей, и нижнего слоев зернового потока. В результате самосортирования мелкие примеси (проход сита 1,7×20 мм) погружаются в нижний слой зернового потока и заполняют пространство между рифлями. Транспортируясь между рифлями, мелкие примеси попадают на гладкие участки рабочей поверхности. Рифли выполнены так, что образуют каналы, расположенные под углом к направлению движения основного зернового потока, движущегося над рифлями. Заметим, что на гладкие участки рабочей поверхности, образованные в результате установки рифлей с зазором либо между концами рифлей, либо между концами рифлей и боковыми стенками, мелкие примеси попадают из достаточно большого
количества каналов, образованных рифлями, то есть в достаточно большом количестве.
В рассматриваемом сепарирующем устройстве при очистке зерна от мелких примесей сплошные поверхности с рифлями используются в качестве поверхностей, установленных перед гладкой ситовой поверхностью. При этом они обеспечивают предварительное расслоение (самосортирование) зерновой смеси перед поступлением ее на ситовую поверхность. Однако в этих случаях ситовая поверхность используется недостаточно эффективно. Мелкие примеси хотя и поступают на ситовую поверхность в нижнем слое, однако распределенными неравномерно по площади поверхности. Как отмечено выше, мелкие примеси сосредотачиваются в большом количестве в зазорах между концами рифлей. Следовательно, по ширине приемного фронта ситовой поверхности образуются потоки с большим содержанием мелких примесей. Количество таких потоков равно количеству зазоров между концами рифлей. Очевидно, что суммарная ширина потоков, обогащенных содержанием мелких примесей, существенно меньше ширины приемного фронта ситовой поверхности. При прохождении по ситовой поверхности примеси из этих потоков не успевают просеиваться. Следовательно, в этом случае эффективность процесса очистки зерна от мелких примесей снижается вследствие проявления не благоприятных условий для просеивания. Увеличение количества зазоров между концами рифлей обеспечивает повышение эффективности использования ситовой поверхности, но приводит к снижению эффективности процесса
самосортирования на поверхности с рифлями. Эффективность процесса самосортирования различна на различных участках рифленой поверхности. Более эффективно процесс самосортирования протекает в зерновом слое, расположенном над рифлями, и менее эффективно - над участками гладкой поверхности.
В случае выполнения поверхности ситовой, то есть в случае установки рифлей на ситовую поверхность, при предлагаемом расположении рифлей в соответствии с их назначением (максимально возможное торможение нижнего слоя), суммарная величина перемещения частиц нижнего слоя по опорной поверхности превышает длину рабочего органа. Перемещение частиц складывается из перемещения вдоль канала, образованного рифлями, и перемещения вдоль зазора. Длина канала больше длины участка рабочего органа, на котором расположены рифли, образующие канал, так как длина канала является гипотенузой, а длина участка рабочего органа катетом прямоугольного треугольника (рифли установлены под углом к линии длины рабочего органа). Заметим, что каналы, образованные рифлями, расположены последовательно один за другим по ходу движения зерновой смеси по опорной поверхности сепарирующего устройства.
Очевидно, что каналы неравномерно заполняются мелкими примесями, одни в большей степени, а другие в меньшей. Исходная зерновая смесь поступает в приемную часть опорной поверхности сепарирующего устройства, расположенную у торцевой стенки. В поступающей зерновой смеси мелкие примеси равномерно распределены по всей толщине зернового
потока. В результате интенсивного самосортирования мелкие примеси погружаются в нижний слой и заполняют пространство между рифлями. По мере продвижения слоя по опорной поверхности количество мелких примесей в слое, расположенном над рифлями, уменьшается и последующие по ходу движения продукта каналы заполняются примесями в меньшей степени. Таким образом, имеет место не рациональное использование площади опорной поверхности устройства. При большом количестве примесей в канале не все частицы успевают просеиваться, попадают на гладкие участки (в зазоры между концами рифлей) поверхности, опять же в большом количестве, и беспрепятственно сходят с рабочей поверхности.
Отмеченные недостатки в работе сепарирующего устройства, рассмотренные на примере очистки зерна от мелких примесей, могут быть отнесены и к другим процессам сепарирования.
Указанное устройство наиболее близко по решаемой задаче и конструктивному выполнению к предлагаемому рабочему органу и принято нами за прототип.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса самосортирования, рациональное использование площади опорной поверхности рабочего органа и, таким образом, повышение эффективности сепарирования различных сыпучих смесей.
Задача решена тем, что в известном сепарирующем устройстве, содержащем рабочую поверхность с установленными на ней рифлями в виде пластин, ограниченную торцевой и двумя боковыми стенками, рифли
выполнены зигзагообразными, то есть в виде последовательно расположенных одна за другой пластин, установленных под углом друг к другу и к направлению транспортирования основного зернового потока по опорной поверхности рабочего органа. Рифли на поверхности расположены так, что образуют зигзагообразные каналы. Рабочий орган для разделения сыпучих материалов может иметь различные варианты исполнения. Рифли могут быть установлены на сплошной рабочей поверхности. Рабочая поверхность может быть выполнена в виде последовательно расположенных участков сплошной поверхности с рифлями и гладкой ситовой поверхности. Поверхность может быть выполнена ситовой так, что отверстия сита сгруппированы рядами, образующими зигзаги, а вдоль крайних рядов группы отверстий установлены зигзагообразные рифли. Зигзагообразные каналы сориентированы на рабочей поверхности так, чтобы под действием колебаний происходило транспортирование по поверхности частиц нижнего слоя, заполняющих пространство между рифлями. То есть, частицы, заполняющие зигзагообразные каналы, должны иметь возможность перемещаться вдоль каналов. Это исключает образование застойных зон продукта на рабочем органе, а также позволяет осуществлять очистку рабочего органа от находящегося на нем в процессе сепарирования зерна перед остановкой оборудования. Угол ориентации пластин зависит от цели процесса сепарирования и от того, какая зерновая культура обрабатывается. Угол определяется из условия обеспечения транспортирования частиц нижнего слоя по опорной поверхности. Для легко сыпучих смесей один угол
ориентации, для трудно сыпучих - другой. Для исключения образования застойных зон продукта на рабочем органе рифли, расположенные у боковых стенок, должны быть установлены с зазором к ним.
Сопоставительный с прототипом и уровнем техники анализ указывает на отличия в выполнении и расположении рифлей на рабочей поверхности. Это обеспечивает предложению соответствие критерию изобретения - новизна -, неочевидность этого решения для специалистов по сепарированию сыпучих смесей - соответствие изобретательскому уровню.
Промышленная применимость обеспечена широким использованием сепарирующей техники при обработке зерновых и других сыпучих смесей и простотой установки такого рабочего органа в серийно выпускаемые сепараторы.
Рабочий орган прошел опытную проверку, что подтвердило предлагаемые обоснования повышения эффективности сепарирования сыпучих смесей.
Рассмотрим, как указанные отличия влияют на достижение поставленной цели.
Такая конфигурация рифлей обеспечивает более рациональное использование площади опорной поверхности. В процессе самосортирования погрузившиеся в нижний слой мелкие примеси равномерно заполняют зигзагообразные каналы, образованные рифлями. В случае установки перед гладкой ситовой поверхностью сплошной поверхности с такой конфигурацией рифлей обеспечивается равномерное поступление мелких
примесей по ширине приемного фронта ситовой поверхности. Это является следствием того, что все зигзагообразные каналы имеют выход на ситовую поверхность и выходы из каналов расположены по всей ширине приемного фронта ситовой поверхности. При установке таких зигзагообразных рифлей на ситовую поверхность также имеет место рациональное использование всей площади поверхности. Мелкие примеси равномерно распределены по площади ситовой поверхности. Кроме того, длина пути, проходимого частицами нижнего слоя по ситовой поверхности, превышает длину рабочего органа в большей степени, чем в известном сепарирующем устройстве (патент РФ №2175895, кл. В 07 В 1/28, A 01 F 12/44, 2001 г.). Это является очевидным, так как длина пути равна длине зигзагообразного канала. Каждый зигзагообразный канал состоит из отдельных, следующих друг за другом каналов, расположенных под углом к линии длины рабочего органа. Длина зигзагообразного канала равна сумме длин отдельных, образующих его каналов. Длина каждого отдельного канала больше длины участка рабочего органа, на котором он расположен. Следовательно, длина зигзагообразного канала, а значит и длина пути частиц нижнего слоя зернового потока по опорной поверхности, больше длины рабочего органа. Так как в известном сепарирующем устройстве (патент РФ №2175895, кл. В 07 В 1/28, A 01 F 12/44, 2001 г.) часть пути частицы нижнего слоя проходят, вдоль линии длины рабочего органа при перемещении по участкам гладкой поверхности (в зазоре между концами рифлей), то, очевидно, что при одинаковой длине рабочего органа длина пути на предлагаемом рабочем
органе больше, чем на рабочем органе известного устройства (патент РФ №2175895, кл. В 07 В 1/28, А 01 F 12/44, 2001 г.). С увеличением длины пути увеличивается вероятность просеивания мелких примесей, так как они проходят над большим количеством отверстий сита, а, следовательно, увеличивается и эффективность очистки исходной зерновой смеси от мелких примесей. Заметим, что эффективность процесса самосортирования находится в прямой зависимости от интенсивности послойного движения. Интенсивность послойного движения определяется различием скоростей верхнего и нижнего слоев зернового потока, как по величине, так и по направлению. На предлагаемой поверхности рифли не только оказывают тормозящее воздействие на нижний слой, но и обеспечивают различное направление скоростей верхнего и нижнего слоев. Исполнение рифлей зигзагообразными обеспечивает периодические изменения направления скорости нижнего слоя по отношению к направлению скорости вышележащего слоя. Таким образом, послойное движение интенсифицируется не только вследствие различия скоростей слоев по величине и по направлению, но и вследствие периодического изменения направления скорости нижнего слоя при движении в зигзагообразных каналах. Так, при возвратно-поступательных колебаниях рабочей поверхности зерновой поток в течение периода колебаний попеременно скользит относительно поверхности то в одном, то в противоположном направлениях, то есть совершает колебательное движение с частотой равной частоте колебаний поверхности. В нашем случае верхний слой,
расположенный над рифлями, совершает колебания относительно нижнего, заполняющего пространство между рифлями, в направлении колебаний рабочего органа, то есть в направлении транспортирования верхнего слоя. Нижний слой совершает колебательное движение вдоль пластин, образующих рифли, с той же частотой. Будем называть эти колебания высокочастотными или «быстрыми», так как они происходят с частотой колебаний рабочего органа. Очевидно, что колебания слоев происходят под углом друг к другу и угол между инаправлениями колебаний равен углу установки пластин рифлей. Ввиду исполнения рифлей зигзагообразными при переходе частиц нижнего слоя с одной пары смежных пластин зигзага на другую угол между направлениями высокочастотных колебаний меняется на противоположный (с положительного на отрицательный или наоборот в зависимости от принятого за положительное направление отсчета угла). Частота изменения знака угла зависит от шага зигзагов рифлей, то есть от частоты зигзагов рифлей на рабочей поверхности. Движение частиц нижнего слоя в зигзагообразном канале можно рассматривать как колебательное с частотой, равной частоте зигзагов. Очевидно, что эти колебания происходят с частотой существенно меньшей, чем частота колебаний рабочего органа, поэтому их следует считать низкочастотными или «медленными». Заметим, что низкочастотные (медленные) колебания нижнего слоя происходят в направлении перпендикулярном направлению высокочастотных колебаний верхнего слоя. При круговых поступательных колебаниях рабочего органа движение точек сыпучего тела происходит по окружностям, центры которых
равномерно перемещаются от торцевой стенки к открытой (сходовой) стороне поверхности. Траектория точки приобретает форму петлеобразной кривой, которую можно представить как результат наложения на движение по окружности равномерного прямолинейного движения центра этой окружности вдоль поверхности. На предлагаемой- поверхности такие траектории имеют частицы верхнего слоя. Частицы нижнего слоя совершают такое же движение, как и при прямолинейных возвратно-поступательных колебаниях рабочего органа. При этом низкочастотные (медленные) колебания частиц нижнего слоя происходят в направлении перпендикулярном направлению равномерного прямолинейного движения центров траекторий частиц верхнего слоя. Следовательно, на предлагаемой поверхности рабочего органа процесс самосортирования происходит более эффективно, чем на известных поверхностях, так как нижний слой получает дополнительное движение относительно верхнего, усиливая эффект послойного движения. Это имеет особенно важное значение для процессов сепарирования при незначительном различии в свойствах разделяемых компонентов и при малом содержании примесей в исходной зерновой смеси. Последнее обстоятельство имеет место на конечных стадиях переработки зернопродуктов, когда содержание примесей в исходной зерносмеси составляет доли процента. Таким образом, повышение эффективности процесса сепарирования достигается в результате более рационального использования площади опорной поверхности рабочего органа, увеличения
длины пути частиц нижнего слоя по поверхности и интенсификации процесса самосортирования.
Использование: в агропромышленном комплексе, в зерноперерабатывающей отрасли.
Сущность: исходную зерновую смесь подают на рабочую поверхность 1 в приемную часть, расположенную у торцевой стенки 2. Рабочая поверхность ограничена торцевой 2 и двумя боковыми 3 стенками. Она совершает прямолинейные возвратно-поступательные или круговые поступательные колебания. На рабочей поверхности выполнены рифли 4 в виде последовательно расположенных одна за другой пластин, установленных под углом друг к другу так, что две смежные рифли образуют зигзагообразный канал. Высота рифлей меньше высоты торцевой и боковых стенок. Высота рифлей, в соответствии с их назначением, должна быть не менее половины длины (максимального размера) частиц сепарируемого материала. Рифли могут быть установлены на сплошной рабочей поверхности. Рабочая поверхность может быть выполнена в виде последовательно расположенных участков сплошной поверхности с рифлями и гладкой ситовой поверхности. Поверхность может быть выполнена ситовой так, что отверстия сита сгруппированы рядами, образующими зигзаги, а вдоль крайних рядов группы отверстий установлены зигзагообразные рифли. Во всех случаях исполнения рабочей поверхности рифли, расположенные у боковых стенок, установлены с зазором к ним. Более плотные и мелкие частицы погружаются в нижний слой, а менее плотные (легкие) и крупные всплывают в верхний сдой.
Мелкие частицы просеиваются через отверстия ситовой поверхности и удаляются из исходной зерновой смеси. Зерновой поток с сосредоточенными в верхнем слое легкими и крупными частицами может быть подан в пневмосепарирующий канал. Перед подачей исходной зерновой смеси в пнвмосепарирующий канал более плотные (тяжелые) частицы нижнего слоя могут быть просеяны через отверстия ситовой поверхности и удалены из смеси, минуя пневмоканал.
Изобретение относится к оборудованию агропромышленного комплекса, в частности, зерноперерабатывающих предприятий, и может быть использовано для очистки зерна от мелких примесей и для предварительного расслоения зерносмеси перед подачей ее в пневмосепарирующий канал при очистке зерна от легких примесей.
Цель изобретения - повышение эффективности сепарирования. На фиг.1 изображен общий вид  предлагаемого рабочего органа со сплошной рабочей поверхностью. На фиг.2 изображен вид сверху на сплошную рабочую поверхность с зигзагообразными рифлями. На фиг.3 изображен общий вид рабочего органа с поверхностью, состоящей из двух последовательно расположенных участков - сплошной поверхности с рифлями и гладкой ситовой поверхности. На фиг.4 - вид сверху на ту же поверхность (на поверхность, состоящую из сплошной поверхности с рифлями и гладкой ситовой поверхности). На фиг.5 - общий вид рабочего органа с ситовой рабочей поверхностью (на фигуре не показаны отверстия ситовой поверхности на участках, прилегающих к боковым стенкам). На фиг.
6 - вид сверху на ту же поверхность, но с изображением отверстий по всей площади опорной поверхности рабочего органа.
Рабочий орган (фиг.1) состоит из рабочей поверхности 1, ограниченной торцевой 2 и двумя боковыми стенками 3, с выполненными на ней зигзагообразными рифлями 4. Рифли 4 выполнены в виде  последовательно расположенных одна за другой без зазора пластин, установленных под углом друг к другу, имеющих высоту, меньшую высоты торцевой 2 и боковых 3 стенок. Рифли на поверхности выполнены так, что каждые две смежные рифли образуют зигзагообразный канал, за исключением рифлей, расположенных у боковых 3 стенок в виду того, что они установлены с зазором к боковым стенкам. Рабочая поверхность с расположенными на ней рифлями может быть выполнена либо сплошной, либо ситовой. В случае выполнения рабочей поверхности ситовой отверстия сита сгруппированы рядами, образующими зигзаги так, что ряды группы отверстий располагаются между рифлями, то есть в зигзагообразных каналах, образованных рифлями. Рабочая поверхность может быть выполнена также в виде последовательно расположенных участков сплошной поверхности с рифлями и гладкой ситовой поверхности.
Рабочий орган работает следующим образом.
Исходная сыпучая смесь, например, зерно пшеницы с мелкими примесями, непрерывно подается на рабочую поверхность 1, совершающую колебания, в приемную часть, расположенную у торцевой 2 стенки. Вследствие того, что торцевая 2 и боковые 3 стенки имеют высоту,
большую высоты рифлей 4, на рабочей поверхности образуется слой зерносмеси, толщиной, превышающей высоту рифлей 4. Воздействие колеблющихся рифлей 4 на нижний слой зерносмеси обеспечивает ее самосортирование по плотности и размерам. Более плотные и мелкие частицы погружаются в нижний, а менее плотные - и крупные частицы всплывают в верхний слой потока зерносмеси. Ввиду того, что зигзагообразные каналы равномерно распределены по площади опорной поверхности погрузившиеся в нижний слой мелкие и более плотные частицы равномерно заполняют пространство между рифлями, то есть зигзагообразные каналы, образованные рифлями. В случае выполнения рабочей поверхности из двух участков - участок сплошной поверхности с рифлями и участок гладкой ситовой поверхности, рабочий орган может быть использован для очистки сыпучей смеси от мелких примесей или для выделения из нее более плотных частиц. При этом сплошная поверхность с рифлями расположена перед ситовой поверхностью, то есть, в приемной части рабочего органа у торцевой стенки 2. Сплошная поверхность с рифлями обеспечивает предварительное расслоение зерносмеси перед поступлением ее на гладкую ситовую поверхность. Частицы, заполняющие пространство между рифлями, подаются на ситовую поверхность в нижнем слое зернового потока равномерно по всей ширине приемного фронта ситовой поверхности. Повышение технологической эффективности очистки зерна от мелких примесей или выделения из зерносмеси более плотных зерновок очевидно и является следствием повышения эффективности
самосортирования зерносмеси и равномерной подачей по ширине премного фронта ситовой поверхности частиц, подлежащих просеиванию, в нижнем слое зернового потока. Повышение эффективности самосортирования обусловлено повышением интенсивности послойного движения зерновой смеси. На предлагаемом рабочем органе, по сравнению с прототипом, нижний слой получает дополнительное движение относительно верхнего слоя - медленное колебательное движение, обусловленное зигзагообразной конфигурацией рифлей. Равномерная подача проходовых частиц по ширине приемного фронта ситовой поверхности обусловлена тем, что все зигзагообразные каналы, образованные рифлями, имеют выход на ситовую поверхность, причем непрерывно по всему фронту. Таким образом, в этом случае создаются более благоприятные условия для просеивания частиц. В случае выполнения рабочей поверхности с установленными на ней рифлями ситовой повышение технологической эффективности очистки зерна от мелких примесей или выделения из зерновой смеси более плотных зерновок является следствием повышения эффективности самосортирования, равномерного распределения проходовых частиц по всей площади ситовой поверхности и увеличения длины пути частиц нижнего слоя по ситовой поверхности по сравнению с прототипом. То есть, является следствием повышения эффективности самосортирования и более рационального использования площади рабочей поверхности. Сокращение площади зазоров между концами рифлей (площади гладкой поверхности) обеспечивает осуществление интенсивного самосортирования на большей площади
опорной поверхности. Следует заметить, что, кроме того, в зависимости от размеров отверстий ситовой поверхности, рабочий орган может быть использован для выделения из исходной зерновой смеси мелких зерен либо для разделения исходной смеси на фракции, отличающиеся размерами частиц. В случае выполнения рифлей на сплошной опорной поверхности, рабочий орган может быть использован как питающее устройство для повышения технологической эффективности очистки зерна от легких примесей в вертикальном воздушном потоке. Повышение технологической эффективности в этом случае достигается путем предварительного расслоения исходной, зерносмеси перед подачей ее в пневмосепарирующий канал. В процессе самосортирования зерносмеси на опорной поверхности рабочего органа легкие примеси сосредотачиваются в верхнем слое зернового потока, поступающего в пневмоканал. Повышение технологической эффективности процесса очистки зерна от легких примесей объясняется уменьшением вероятности столкновений и сцеплений легких (примесей) и тяжелых (зерно) частиц при их движении в противоположных направлениях (легкие частицы вверх, тяжелые вниз) в пнвмосепарирующем канале. Кроме того, в случае исполнения рабочего органа с применением ситовой поверхности он также может быть использован в качестве питающего устройства для подачи исходной смеси в пневмосепарирующий канал. В этом случае в пневмосепарирующий канал поступает зерносмесь после просеивания на питающем устройстве частиц нижнего слоя зернового потока. Такое использование рабочего органа возможно, так как в
просеившейся части зерна не содержатся легкие примеси, и оно направляется на дальнейшую переработку минуя пнвмоканал, а в оставшейся на опорной поверхности рабочего органа зерновой смеси легкие примеси сосредоточены в верхнем слое потока. Это позволяет либо снизить нагрузку на пневмосепарирующий канал, а значит повысить эффективность очистки зерна от легких примесей, либо увеличить производительность пневмосепарирующего устройства.
Целесообразность использования предлагаемого рабочего органа доказана экспериментальными исследованиями при осуществлении процесса очистки зерна пшеницы от мелких примесей (проход сита 1,7×20 мм). В исследованиях были использованы две рабочие поверхности. Рабочая поверхность прототипа - рифли выполнены на сплошной поверхности симметрично под углом к оси, параллельной боковым стенкам, с зазором между концами рифлей. Сплошная поверхность с рифлями установлена перед гладкой ситовой поверхностью. Вторая, рабочая поверхность предлагаемого рабочего органа - зигзагообразные рифли выполнены на сплошной поверхности, установленной перед гладкой ситовой поверхностью. В обоих случаях пластины, образующие рифли, установлены под углом 45° к направлению транспортирования основного зернового потока. Рабочие поверхности имели одинаковые размеры участков сплошных поверхностей с рифлями и одинаковые размеры участков гладкой ситовой поверхности. Эксперименты проведены при прямолинейных возвратно-поступательных колебаниях рабочих поверхностей, при одинаковых кинематических и
установочных параметрах, соответствующих параметрам реального процесса очистки зерна от мелких примесей. Очистке подвергали одну и ту же зерновую смесь при одинаковой производительности рабочих органов. Следует заметить, что в экспериментах на рабочих органах очистке подвергали исходную зерновую смесь одного того же количественно-качественного состава. Это исключало влияние на эффективность процесса сепарирования физико-механических свойств самого зерна и концентрации мелких примесей в исходной зерносмеси. В экспериментах определяли количество выделенных примесей, то есть прохода сита 1,7×20 мм, за интервал времени, одинаковый для обоих рабочих органов. Очевидно, что при этом определяли количество примесей, выделенных из одинакового количества исходной зерновой смеси. Последовательность проведения экспериментов: включали экспериментальную установку, подавали исходную зерновую смесь на рабочий орган в приемную часть, расположенную у торцевой стенки, при достижении установившегося режима сепарирования отбирали проход сита 1,7×20 мм. Эксперименты проводили в трех повторностях. На рабочем органе прототипа количество (среднее значение из трех повторностей) прохода составляло 94,5 грамма. На предлагаемом рабочем органе количество прохода составляло 113,5 грамма. Таким образом, на предлагаемом рабочем органе при прочих равных условиях выделяется прохода сита 1,7×20 мм на 19 грамм или на 20,1% больше, чем на рабочем органе прототипа.
Экспериментальные исследования процесса очистки зерна пшеницы от
мелких примесей на предлагаемом рабочем органе подтвердили целесообразность его использования. Эксперименты, проведенные на предлагаемом рабочем органе и на рабочем органе прототипа при одинаковых условиях, позволяет сделать вывод о том, что повышение эффективности очистки достигается за счет повышения эффекта самосортирования (расслоения) зерносмеси и более рационального использования площади опорной поверхности. Для экспериментального подтверждения целесообразности использования предлагаемого рабочего органа был выбран процесс очистки зерна пшеницы от мелких примесей (проход сита 1,7×20 мм), так как задача очистки зерна от мелких примесей является одной из труднорешаемых задач в процессах переработки зерна. Невысокая эффективность процесса очистки приводит к необходимости его дублирования на различных этапах технологического процесса переработки зерна. Полученные нами результаты позволяют сделать вывод о том, что предлагаемый рабочий орган может быть использован и в других отраслях промышленности, связанных с переработкой сыпучих материалов, при переработке которых важную роль играет эффект самосортирования. Очевидно, что рабочий орган может быть использован в оборудовании горнорудной, химической, фармацевтической, строительной и других отраслях промышленности, на предприятиях которых применяются процессы сепарирования сыпучих смесей и предъявляются повышенные требования к технологической эффективности этих процессов.