СЕПАРАТОР СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
LOOSE MATERIAL SEPARATOR

Изобретение относится к техническим средствам сепарации сыпучих материалов с целью разделения их на фракции по размерным признакам и может применяться в сельском хозяйстве, зерноперерабатывающей, химической, горно-обогатительной и других отраслях промышленности.
Известен барабанный грохот [а.с. СССР 1404124 Al, В07В 1/24, опубликовано 23.06.88, бюл. 23], включающий ситовый барабан и ротор с лопатками, имеющими рабочую поверхность. Лопатки выполнены гребенчатыми, свободные концы гребенок загнуты под углом в сторону рабочей поверхности, при этом загнутая часть расположена под углом к продольной оси ротора. Согласно данному изобретению исходный материал, поступающий в ситовый барабан, подвергается воздействию гребенчатых лопаток вращающегося ротора. Гребенки захватывают материал загнутыми концами и набрасывают на ситовую поверхность. Материал падает на ситовую поверхность по касательной к ситовому барабану, за счет этого происходит его распределение на большей ситовой поверхности и перемещение вдоль решета. Распределение материала на большей ситовой поверхности, а отсюда и уменьшение толщины его слоя на сетке, увеличивает вероятность прохождения мелких частиц материала через слой и отверстия сита, что повышает эффективность грохочения.
Недостатками известного барабанного грохота являются сложность конструкции ротора, затрата энергии на перемещение материала вдоль решета лопатками ротора, возможность заклинивания крупных твердых частиц в зазоре между жесткими лопатками ротора и поверхностью решета и, как следствие, деформация поверхности решета и лопаток.
Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому устройству является зерноочистительная машина [патент RU 2637207 С1, опубл. 01.12.2017, бюл. №34] (прототип). Известная машина содержит цилиндрическое решето, установленное с возможностью вращения и с уклоном к горизонту в сторону противоположную осевому перемещению сепарируемого зерна, и распределительный ротор с продольными лопатками, закрепленными радиально или под углом к радиусу ротора. Распределительный ротор размещен внутри цилиндрического решета с возможностью вращения в сторону, противоположную направлению вращения решета. На продольных лопатках установлена винтовая спираль. Зазор между продольными лопатками и внутренней поверхностью цилиндрического решета выполнен уменьшающимся к концу решета.
Согласно данному изобретению продольные лопатки распределительного ротора распределяют обрабатываемое зерно по окружности цилиндрического решета, а винтовая спираль ротора транспортирует зерно вдоль цилиндрического решета и выводит крупные примеси из решета «сходом». Расположение продольных лопаток распределительного ротора под углом к радиусу ротора уменьшает пересыпание обрабатываемого зерна через внутреннюю кромку продольных планок, что способствует лучшему распределению зерна по окружности цилиндрического решета. За счет переменного зазора между поверхностью цилиндрического решета и продольными лопатками распределительного ротора лопатки сдвигают не весь материал, а только определенный слой, который может просеяться в дополнительно образовавшейся площади сепарации, что снижает энергозатраты по сравнению с предыдущим аналогом.
Недостатки известного аналога-прототипа следующие.
Во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием винтовой спирали для транспортирования зерна вдоль цилиндрического решета, во-вторых, повышенная энергоемкость процесса, обусловленная необходимостью транспортирования зерна по решету с помощью винтовой спирали установленной на роторе, в-третьих, повышенные затраты на ремонт в период эксплуатации обусловленные заменой изношенных лопаток выполненных из толстого материала, в-четвертых, возможность заклинивания крупных твердых частиц сепарируемого материала в зазоре между лопатками ротора и сепарирующей поверхностью, обусловленное жесткостью лопаток, что может привести деформации поверхности или лопаток и ухудшению качества сепарации или даже к выходу из строя сепаратора.
Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно упрощение конструкции, снижение затрат на ремонт, снижение энергоемкости процесса сепарации, повышение надежности сепаратора.
Поставленная задача, согласно изобретению, решена следующим образом.
Сепаратор сыпучих материалов, как и его прототип, включает цилиндрическое решето, установленное с возможностью вращения и с уклоном к горизонту и распределительный ротор с лопатками, закрепленными радиально или под углом к радиусу ротора. Распределительный ротор размещен внутри цилиндрического решета с возможностью вращения в сторону, противоположную направлению вращения решета. Зазор между лопатками и внутренней поверхностью цилиндрического решета выполнен переменным. Длина лопаток выполнена меньше длины решета.
В отличие от прототипа, в заявленном устройстве цилиндрическое решето установлено с уклоном к горизонту в сторону осевого перемещения сепарируемого материала, вследствие чего материал движется вдоль решета под действием силы тяжести. Благодаря этому уменьшаются затраты энергии на это перемещение. Упрощается конструкция сепаратора за счет исключения элементов на роторе транспортирующих материал вдоль оси решета.
Кроме того, в заявленном устройстве лопатки выполнены, по крайней мере, из двух пластин наложенных друг на друга. Суммарная толщина пластин может быть такой же, как толщина лопатки ротора прототипа. Такое выполнение лопатки позволяет изготавливать из износостойкого материала только одну рабочую пластину контактирующей с сепарируемым материалом. При износе рабочей поверхности лопатки меняется только эта пластина, что снижает стоимость замены изношенной лопатки по сравнению с лопаткой, выполненной из цельной толстой пластины из такого же материала. Возможен вариант изготовления рабочей пластины лопатки из менее качественного недорогого материала. При износе такой пластины ее можно заменить, без большого ущерба. Наличие пластины, наложенной на рабочую пластину, позволяет сохранить определенную жесткость лопатки, которую имела бы лопатка, выполненная из одной толстой пластины, необходимую для перемещения вороха в обратном вращению цилиндрического решета направлении.
Кроме того, в конкретных исполнениях данного сепаратора сыпучих материалов последующие от рабочей наложенные пластины выполнены из упругого материала. Выполнение последующих от рабочей наложенных пластин из упругого материала придет лопатке упругие свойства, позволяющие при заклинивании крупных твердых частиц сепарируемого материала, размер которых превосходит зазор между лопатками ротора и сепарирующей поверхностью, изгибаться лопатке и пропускать эти частицы без деформации сепарирующей поверхности и поломок лопаток. Благодаря этому повышается надежность работы сепаратора.
Кроме того, в конкретных исполнениях данного сепаратора сыпучих материалов каждый последующий от рабочей пластины наложенные пластины выполнены короче предыдущей в направлении от основания пластин к их свободному концу. Такое выполнение наложенных пластин обеспечивает необходимую прочность основания лопатки и в то же время позволяет получать достаточный прогиб лопатки для предотвращения заклинивания крупных частиц в зазоре между сепарируемой поверхностью и лопаткой. Благодаря этому повышается надежность сепаратора.
Кроме того, в конкретных исполнениях данного сепаратора сыпучих материалов выполнен предварительный изгиб рабочей пластины и наложенных пластин, это позволяет уменьшить первоначальное ударное давление на сепарирующую поверхность заклинивающей крупной частицы. Благодаря этому повышается надежность работы сепаратора.
Кроме того, в конкретных исполнениях данного сепаратора сыпучих материалов наложенные пластины выполнены различной толщины, это позволяет достичь необходимой упругости и прочности лопаток и соответственно повысить их надежность.
Кроме того, в конкретных исполнениях данного сепаратора сыпучих материалов длина лопаток ротора выполнены меньше длины решета. Такое выполнение лопаток позволяет на концевом участке решета уменьшить перемешивание сыпучего материала и снизить вероятность прохода крупных длинных частиц сквозь отверстия решета и тем самым улучшить качество сепарации.
Техническое решение иллюстрировано чертежами.
На фиг. 1 изображена схема сепаратора сыпучих материалов, на фиг. 2 поперечный разрез сепаратора со схемой распределения сыпучего материала лопатками ротора, на фиг. 3 - фрагмент поперечного сечения лопатки ротора, на фиг. 4 - фрагмент поперечного сечения лопатки ротора с пластинами с предварительным изгибом, на фиг. 5 - схема изгиба лопатки при заклинивании крупной частицы в зазоре между ротором и цилиндрическим решетом.
На чертежах приняты следующие обозначения позиций:
1 - вал ротора; 2 - лопатки; 3 - спицы ротора; 4 - подшипниковые опоры вала; 5 - рама; 6 - цилиндрическое решето; 7 - спицы цилиндрического решета; 8 - подшипниковые опоры решета; 9 - щеточное очистительное устройство; 10 - загрузочное устройство; 11 - лоток для сбора мелкого компонента сепарируемого материала; 12 - лоток для сбора крупного компонента сепарируемого материала; 13 - шкив привода цилиндрического решета; 14 - шкив привода вала ротора; 15 - рабочая пластина лопатки; 16, 17, 18 - пластины лопатки; 19 - крепежное устройство; 20 - продольный кронштейн крепления лопаток; ϕ - угол между лопаткой и радиусом распределительного ротора; СМ - сепарируемый материал; К - крупная заклинивающая частица. Сплошными стрелками обозначено движение сепарируемого сыпучего материала, пунктирными стрелками - движение мелкого компонента, штриховыми стрелками - движение крупного компонента.
Ротор состоит из вала 1 и лопаток 2, закрепленных на валу 1 при помощи спиц 3 (фиг. 1, 2). Вал 1 установлен на подшипниковых опорах 4 на раме 5. Цилиндрическое решето 6 установлено на валу 1 при помощи спиц 7 и подшипниковых опор 8. Для очистки отверстий решета на раме 5 закреплено щеточное очистительное устройство 9. На раме 5 закреплены загрузочное устройство 10, лоток 11 для сбора мелкого компонента сепарируемого материала и лоток 12 для сбора крупного компонента сепарируемого материала. Цилиндрическое решето приводится во вращение шкивом привода 13, а ротор - шкивом 14. Цилиндрическое решето и ротор могут вращаться как в одном, так и в разных направлениях и имеют уклон от загрузочного устройства 10 к лотку для сбора крупного компонента 12. Лопатки 2 выполнены из пластин 15, 16, 17, 18 из них пластина 15 является рабочей (фиг. 3-5). Пластины при помощи крепежного устройства 19 установлены на продольном кронштейне 20, закрепленного на спицах 3. Зазор между лопатками и внутренней поверхностью цилиндрического решета выполнен переменным, уменьшающимся к концу решета.
Сепаратор сыпучих материалов работает следующим образом.
При включении привода сепаратора вращение через шкивы 13 и 14 передается на цилиндрическое решето 6 и вал 1 распределительного ротора. При установившемся режиме вращений решета и ротора зерновой ворох, либо другой сыпучий материал, имеющий в своем составе мелкие компоненты, размер которых меньше размера отверстий решета, и крупные компоненты с размером, превышающим размер отверстий, загрузочным устройством 10 подается в цилиндрическое решето 6, которое увлекает материал в направлении своего вращения. При достижении толщины сепарируемого материала величины, большей зазора между поверхностью цилиндрического решета 6 и продольными лопатками 2 распределительного ротора на материал начинают действовать лопатки 2 ротора, вращающегося в противоположную сторону относительно решета. Так как ротор имеет вращение в противоположную сторону относительно решета 6, то лопатки 2 сдвигают часть материала в направлении его вращения, распределяя сепарируемый материал по свободной поверхности решета (фиг. 2). За счет переменного зазора между поверхностью цилиндрического решета 6 и продольными лопатками 2 распределительного ротора лопатки 2 сдвигают не весь материал, а только определенный слой, что позволяет равномерно распределить сепарируемый материл по сепарирующей поверхности. За счет того, что лопатки 2 распределительного ротора расположены под углом ϕ к радиусу ротора, уменьшается обратное пересыпание обрабатываемого материала через внутреннюю кромку лопаток 2, что улучшает распределение материала по окружности цилиндрического решета 6. Таким образом, благодаря распределению сепарируемого материала по окружности увеличивается площадь для рабочего процесса, уменьшается слой материала, улучшаются условия для прохождения мелких компонентов сепарируемого материала сквозь отверстия решета 6, происходит их интенсивное просеивание.
Далее сепарируемый материал, вследствие уклона решета, перемещается к концу решета 6. На концевом участке решета сепарируемый материал состоит в основном из крупных компонентов и небольшого количества мелких компонентов не успевших просеяться. Ввиду того что длина лопаток меньше длины решета, в этом участке действие лопаток 2 заканчивается. Перемешивание слоя материала происходит только за счет осыпания поднявшегося вращением поверхности решета частиц, остатки мелких компонентов проходят сквозь отверстия решета. Из-за уменьшения перемешивания материала уменьшается вероятность прохода крупных частиц сквозь отверстие решета, увеличивается полнота их выделения, повышается качество сепарации.
Прошедшее через решето 6 мелкие компоненты материала собираются лотком 11, крупные компоненты сошедшие сходом с решета 6 попадают в лоток 12. Застрявшие в отверстиях решета 6 частицы сепарируемого материала очищаются щеточным устройством 9.
При заклинивании крупных твердых частиц (фиг. 5) (например, камня) в зазоре между лопатками ротора и сепарирующей поверхностью решета рабочая пластина лопатки 15 начинает отклоняться и, прогибаясь, начинает давить на последующую пластину 16, которая в свою очередь, прогибаясь, давит на пластину 17, а та - на пластину 18. Поскольку каждая последующая пластина короче предыдущей, то прогиб лопатки получается плавный без резкого удара. Предварительно выполненный при изготовлении изгиб пластин способствует еще более мягкому воздействию лопатки на заклинивающую крупную частицу, а через нее и на поверхность решета. Таким образом, лопатка ротора огибает заклинивающую частицу материала и пропускает ее без деформации сепарирующей поверхности и самой лопатки. Пластины лопатки благодаря тому, что они выполнены из упругого материала, возвращаются в исходное положение. Крупная частица под действием уклона решета выводится в лоток 12.
Заявленное техническое решение сохраняет все достоинства и устраняет недостатки устройства-прототипа. Использование заявленного изобретения позволит упростить конструкцию сепаратора, снизить затраты на ремонт, снизить энергоемкость процесса сепарации, повысить надежность сепаратора.