БАРАБАННЫЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ И СЕПАРАЦИИ СЫПУЧЕЙ СМЕСИ
DRUM SEPARATOR FOR CLEANING AND SEPARATION OF LOOSE MIXTURE

Изобретение относится к устройствам для очистки и сепарации сыпучих материалов и может быть использовано, преимущественно, в сельском хозяйстве для очистки с одновременной сортировкой семян злаковых, травяных и других сельскохозяйственных культур, на элеваторах, селекционных станциях, в фермерских хозяйствах, в мукомольном и комбикормовом производствах, а также в химической, угольной и других отраслях народного хозяйства.
Из уровня техники известен барабанный сепаратор, выполненный в виде металлического цилиндра с окнами, закрытыми сетками, расположенного на роликоопорах горизонтально с небольшим наклоном, и под которым расположена бесконечная лента для отвода отсепарированного материала. На входе в барабан имеется загрузочный бункер, а на выходе -сборник отходов сепарации [см. пат. Украины №31456 по классу В03В 5/62 опубликованный 10.04.2008 года в Бюл. №7 за 2008 год].
Основным недостатком этого барабанного сепаратора является его низкая производительность, обусловленная несовершенством конструкции барабана - у него малая пропускная способность, поскольку окна закрытые сеткой, через которые осуществляется отделение проходной фракции сепарируемого сыпучего материала, составляют не более половины образующей поверхности барабана. Оставшаяся половина образующей поверхности барабана представляет собой сплошной материал, не участвующий в процессе сепарации. К тому же, расположение барабана на роликоопорах усложняет конструкцию сепаратора из-за необходимости оснащения барабана ребордами для предотвращения его соскакивания с роликов.
Известен также барабанный сепаратор, выполненный в виде двух соосных соединенных между собою горизонтально установленных вращающихся решетных барабанов с автономными приводами. На общем валу, расположенному внутри барабанов, смонтирован лопастной шнек, взаимодействующий с первым барабаном, и спиральный шнек, взаимодействующий со вторым барабаном. Каждый из указанных шнеков имеет автономный привод вращения [см. авт. св. СССР №82026 по классу В07В 1/24 опубликованное 30.03.1949 года].
Основным недостатком известного барабанного сепаратора является его чрезмерная сложность, обусловленная использованием в конструкции двух соосных барабанов с различной скоростью вращения и двух шнеков различной конструкции с разной скоростью вращения, а также высокое энергопотребление устройства из-за использования в его конструкции четырех приводов вращения вращающихся узлов сепаратора.
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемым за прототип, является барабанный сепаратор для очистки и сепарации сыпучей смеси, содержащий загрузочный бункер и вращающийся на приводном валу решетный барабан, установленный под углом к горизонту, под которым расположен сборник мелких фракций, а под наклоненным вниз торцом барабана расположен сборник крупной фракции, а также внутри барабана установлены на приводном валу, проходящим сквозь вал для вращения решетного барабана, вращающиеся лопатки из упругого материала, которые в поперечном сечении имеют S-образную форму, а также эти лопатки расположены рядами по всей длине решетного барабана. Эти S-образные лопатки перемешивают сыпучую смесь в барабане и «продавливают» застрявшие в решете барабана частицы сыпучего материала [см. пат. Российской Федерации №2130343 по классу В07В 1/24 опубликованный 20.05.1999 года].
Основным существенным недостатком известного барабанного сепаратора является сложность его конструкции, обусловленное тем, что решетный барабан и лопатки установлены на валах, проходящих сквозь барабан и вращающихся в разные стороны. Использование соосных валов требует четкой выдержки их сопрягаемых размеров, конструкция узла вращения усложняется из-за необходимости установки подшипниковых узлов во внешнем вале для вращения внутреннего вала, возникает необходимость использования двух независимых приводов вращения валов, то есть сепаратор обладает повышенным энергопотреблением.
Вторым существенным недостатком известного сепаратора является ограниченность его технических возможностей. Из-за расположения внутри решетного барабана валов, в нем невозможно расположить второй барабан для повышения производительности и увеличения количества фракций разделения сыпучей смеси.
Третьим существенным недостатком известного сепаратора является техническая невозможность увеличения производительности процесса сепарации сыпучей смеси, но уже в другом плане. Как известно, перемешивание сыпучей смеси в барабане действительно несколько повышает производительность сепаратора, но незначительно. Использование вибрации значительно интенсифицирует процесс сепарации. Однако, используемая в данном сепараторе конструктивная схема исключает применение вибратора, поскольку барабан жестко связан с приводом его вращения и с рамой сепаратора, которая, под воздействием вибрации будет разрушать фундамент или смещаться с первоначально заданного положения.
В основу изобретения поставлена задача упрощение конструкции барабанного сепаратора с одновременным повышением его производительности за счет обеспечения возможности использования в конструкции нескольких барабанов одновременно и использование вибрационного колебания только барабана или нескольких барабанов путем принципиального изменения схемы привода во вращения одного или нескольких барабанов.
Решение поставленной задачи достигается тем, что барабанный сепаратор для очистки и сепарации сыпучей смеси, содержащий загрузочный бункер и вращающийся решетный барабан, установленный под углом к горизонту, состоящий из нескольких секций, оснащенных решетами с одинаковыми или различными ячейками, под которым расположены сборники проходных фракций, и со стороны выгрузки - сборником фракций схода, согласно предложению, барабан подвешен охватывающими его ремнями, на шкивы приводные и холостые, установленные на корпусе сепаратора.
В другом варианте исполнения, сепаратор содержит внутренний барабан меньшего диаметра, вращающийся в обратную сторону и закрепленный аналогичным образом - подвешен на ремнях.
Еще в одном варианте исполнения, сепаратор содержит вибратор для создания продольных колебаний, прикрепленного с внешнего торца барабана.
Благодаря тому, что барабан находится в подвешенном положении на ремнях, его внутренняя полость остается абсолютно свободной (нет внутреннего вала и других конструктивных узлов и элементов, находящихся в барабане), что позволяет разместить в нем еще один дополнительный барабан. Если этот дополнительный барабан вращать в противоположную сторону от направления вращения внешнего барабана, в последнем активная площадь просеивания увеличивается (поскольку во внутреннем барабане сыпучий материал частично перемещается в радиальном направлении), что приводит к повышению производительности внешнего барабана.
По этой же причине (подвешен на ремнях), барабан не имеет жесткой связи с корпусом сепаратора, следовательно, имеет техническую возможность, при необходимости, свободно колебаться в продольном направлении, а это, в свою очередь, позволяет подсоединить к нему вибратор для создания продольных колебаний барабана, тем самым, значительно интенсифицировать процесс сепарации. При этом вибрация барабана, благодаря гибким связям (ремням), не передается на корпус сепаратора, то есть барабан колеблется (вибрирует) в автономном режиме.
Таким образом, совокупность существенных признаков, полученных благодаря переходу на принципиально новую схему крепления барабана - с внутренней жесткой на внешнюю гибкую, позволяет, расширись технические и функциональные возможности сепаратора, а также с его помощью качественно очищать и разделять сыпучую смесь на отдельные фракции, причем с постоянной и высокой производительностью на фоне упрощения конструкции, обеспечивает получение технического результата, сформулированного в постановке задачи.
Дальнейшая сущность предложенного технического решения поясняется совместно с иллюстрационным материалом, на котором изображено следующее: фиг. 1 - схема крепления вращающегося барабана на ремнях, вид с торца; фиг. 2 - схема предложенного барабанного сепаратора, вид с боку; фиг. 3 - трехсекционный каркас барабана, вид в плане; фиг. 4 - схема установки на каркас барабана решета, общий вид; фиг. 5 - схема закрепления на каркасе барабана решета, общий вид; фиг. 6 - общий вид предложенного сепаратора; фиг. 7 - вариант исполнения предложенного сепаратора с двумя соосными барабанами, вид сбоку.
Предложенный барабанный сепаратор для очистки и сепарации сыпучей смеси содержит корпус 1, внутри которой расположен вращающийся решетный барабан 2, подвешенный на охватывающие его ремни 3. Ремни 3 огибают шкивы 4, одни из которых являются приводными, другие - холостые. Приводной шкив 4 связан с приводом 5 его принудительного вращения, выполненного в виде, например, мотор-редуктора.
Внутри барабана 2, на внутренней его поверхности, расположены ребра жесткости 6, обеспечивающие необходимую общую жесткость барабану 2 при значительной его длине и диаметре. Ребра жесткости 6 распределены равномерно по диаметру барабана 2. Количество ребер жесткости 6 может быть различным. Например, если барабан 2 имеет диаметр 750 мм, количество ребер жесткости 6 составляет 3 шт., при диаметре барабана 2 1000 мм - количество ребер жесткости 6 составляет 4 шт., при использовании барабана 2 диаметром 1500 мм - количество ребер жесткости 6 составляет 5 шт. При необходимости, к этим ребрам жесткости 6 можно крепить лопатки для перемешивания сыпучей массы в барабане 2, хотя ребра жесткости 6, в какой-то степени сами перемешивают часть сыпучего материала за счет того, что ребра жесткости 6 являются механическим препятствием, препятствующим свободному скатыванию сыпучего материала по внутренней поверхности цилиндрического барабана 2 при его вращении.
Над барабаном 2, с его внешней стороны, расположены свободно вращающиеся ролики 7, предназначенные для очистки ячеек решетного барабана 2 от застрявших в них частиц сепарируемой смеси. Наиболее простым и доступным материалом для изготовления этих роликов 7 является резина, которая не истирает поверхность барабана 2 и не травмирует, например, зерновой материал, если сепаратор используется для обработки зерновой массы в сельскохозяйственном производстве.
Под барабаном 2 расположены сборники 8 проходных фракций, а со стороны выгрузки - сборник 9 фракций схода. Со стороны загрузки барабана 2 расположен загрузочный бункер 10.
В зависимости от технологических задач, барабан 2 может состоять из нескольких секций. Каждая секция барабана 2 имеет каркас, образованный ребрами жесткости 6 и торцевыми кольцами 11. Торцевые кольца 11 образованы путем вальцовки вкруговую уголка. К кольцам 11 ребра жесткости 6 приварены. Набор каркасов соединяется между собой с помощью болтового соединения 12. Передний каркас снабжен кольцом 13, предотвращающим высыпание сыпучей смеси из барабана 2, а последний каркас снабжен диаметральной планкой 14, к которой может крепиться вибратор (не показан) или барабан 2 через эту планку 14 может кинематически прикрепляться к раме 1 через полуось для предупреждения его раскачивания в процессе работы сепаратора. Такие каркасы конструктивно просты и при их изготовлении не требуется какой-либо механической обработки.
На каждом каркасе могут быть установлены с помощью стяжек 15 решета разного калибра. Такое конструктивное выполнение рабочей поверхности барабана 2 обеспечивает возможность выделения из смеси несколько фракций (по количеству участков), и, тем самым, расширить технико-функциональные возможности сепаратора. Отверстия в решетах барабана 2 могут быть как круглыми, так и щелевидными, или иной формы, например, овальными, - в зависимости от вида сепарируемой сыпучей смеси. Такое конструктивное выполнение отверстий в решетном барабане 2 позволяет сепарировать любые сыпучие материалы и, тем самым, расширить область применения сепаратора, делает его полностью универсальным.
С наружной стороны рама 1 сепаратора закрыта дверцами 16, что придает ему эстетичность, безопасность эксплуатации (нет открытого доступа к вращающимся узлам), снижает запыленность производственного помещения. На раме 1 с внешней ее стороны установлен пульт управления 17 работой сепаратора.
В другом варианте исполнения, во внутрь барабана 2 устанавливают соосно дополнительный барабан 18 с аналогичным приводом (подвешен на ремнях), который вращается в противоположную сторону. Вращение дополнительного барабана 18 в противоположную сторону приводит к тому, что активная зона (сектор по диаметру) барабана 2 автоматически увеличивается за счет того, что выходящий материал из внутреннего барабана 18 смещен от центра барабана 2, что, в итоге, приводит к повышению производительности работы барабана 2. Со стороны выгрузки под дополнительным барабаном 18 устанавливается сборник 19 фракций схода.
Предложенный барабанный сепаратор работает следующим образом.
Сыпучую смесь (например, зерновой ворох), подвергаемую сепарации, загружают в бункер 10, из которого она гравитационно подается во внутрь вращающегося решетного барабана 2. Во время вращения барабана 2, сыпучая смесь распределяется равномерным слоем в нижней части барабана 2. Сыпучий материал, в зависимости от размера частиц, проникает в отверстия соответствующего калибра в решетах барабана 2, из которых попадает в соответствующие сборники 8 проходных фракций. По мере продвижения вдоль вращающегося барабана 2, общая толщина слоя сыпучей смеси постепенно уменьшается, и возле торца барабана 2 исчезает полностью, оставляя на выходе барабана 2 только крупные и продолговатые примеси, которые сходят с барабана 2 и гравитационно попадают в сборник 9 схода. Такое конструктивное исполнение сборников 8, 9 позволяет очищать сыпучую смесь от любых нежелательных примесей любого размера и происхождения. Отверстия решет с внешней стороны барабана 2 постоянно контактируют с роликами 7 (очистителями), с помощью которых они очищаются от застрявших в них (отверстиях) частицах сепарируемого материала.
Таким образом, в предложенном барабанном сепараторе, благодаря внесению соответствующих конструктивных изменений в схему его привода во вращение, осуществляется эффективный процесс одновременной очистки и сепарации сыпучей смеси, то есть наблюдается причинно-следственная связь между конструктивными изменениями и повышением производительности барабанного сепаратора, позволяющими получить новый качественный результат на фоне существенного упрощения конструкции сепаратора.
Существенное отличие заявляемого объекта техники, от ранее известных, состоит в том, что барабан подвешен на огибающих его ремнях, обеспечивающих его вращение посредством приводных и не приводных шкивов. Указанная схема крепления барабана позволила полностью освободить внутренность барабана для размещения в ней дополнительных барабанов, а также получить независимую подвеску, благодаря которой появляется техническая возможность осуществлять вибрацию барабана в продольном направлении, исключив попадание колебаний на иные узлы сепаратора. Ни один из известных барабанных сепараторов не может одновременно обладать всеми перечисленными свойствами, поскольку их барабаны имеют либо жесткий центральный вал для вращения, либо барабаны устанавливаются на внешние опоры, то есть они не содержат в своем составе всей совокупности существенных признаков, присущих предложенному техническому решению.
Предложенное техническое решение проверено на практике. Заявленный барабанный сепаратор для очистки и сепарации сыпучей смеси не содержит в своей конструкции таких элементов, деталей, кинематических схем и узлов, которые невозможно было бы воспроизвести на современном этапе развития науки и техники, в частности, в области сельскохозяйственного машиностроения, следовательно, он соответствует критерию «промышленная применимость» поскольку может быть реально изготовленным и реализованным в сепараторах для сепарации зернового или семенного вороха сельскохозяйственных культур.
В известных источниках патентной, научно-технической и иной информации не выявлено подобных или аналогичных технических решений, которые имели бы в своем составе всю совокупность существенных признаков, присущих предложенному барабанному сепаратору для очистки и сепарации сыпучих смесей, следовательно, предложенный объект техники можно считать соответствующим критерию «новизна».
Поскольку для специалистов в данной области знаний указанные существенные признаки не вытекают и вообще не могут вытекать из существующего уровня техники, а также попытки получить технический результат, заключающийся в удовлетворении соответствующей потребности потребителей с одновременной качественной, высокопроизводительной и эффективной очистке и сепарации сыпучих материалов, до сегодняшнего времени получить не удавалось специалистам в области сельскохозяйственного машиностроения, можно сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию «изобретательский уровень».
К техническим преимуществам предложенного технического решения, в сравнении с прототипом, можно отнести следующее:
- расширение технико-функциональных возможностей за счет подвески барабана на огибающих его ремнях, что позволяет размещать в нем дополнительные барабаны, в также использовать вибрацию барабана в продольном направлении для интенсификации процесса сепарации;
- повышение производительности процесса сепарации сыпучей смеси за счет вовлечения большей поверхности решетки по диаметру барабана при использовании внутреннего барабана;
- упрощение конструкции сепаратора за счет отказа от сложных узлов крепления барабана;
- возможность увеличения общей длина барабана за счет наличия ребер жесткости на его внутренней поверхности и наличия сборного каркаса;
- уменьшение габаритных размеров и веса сепаратора по той же причине;
- универсальность сепаратора для очистки и сепарации сыпучей смеси за счет использования в нем барабана с разными по размерам и по форме отверстиями.
Экономический эффект от внедрения предложенного технического решения, в сравнении с использованием прототипа, получают за счет высокой производительности и универсальности сепаратора, а также за счет снижения стоимости оборудования для достижения такого же эффекта, но с помощью традиционных сепараторов.
Социальный эффект от внедрения предложенного технического решения, в сравнении с использованием прототипа, получают за счет повышения качества готового продукта.
После описания предложенного технического решения, специалистам в данной области знаний должно быть очевидным, что все вышеописанное является лишь иллюстративным, а не ограничительным, представленным данным примером. Многочисленные возможные варианты реализации предложенного технического решения могут изменяться в зависимости от физических характеристик и состояния сыпучей смеси, сферы применения сепаратора, поставленных технологических задач, желаемых размеров производства и проч., и, разумеется, находятся в пределах одного из обычных и естественных подходов в данной области знаний и рассматриваются таковыми, что находятся в пределах объема предложенного технического решения.
Квинтэссенцией предложенного технического решения является то, что барабан сепаратора закреплен на огибающих его ремнях, пропущенных через приводной и холостые шкивы и именно это обстоятельство позволило приобрести предложенному барабанному сепаратору для очистки и сепарации вышеперечисленные и иные преимущества. Использование лишь отдельных предложенных конструктивных усовершенствований, естественно, ограничивает спектр преимуществ перечисленных выше, и не могут считаться новыми технико-технологическими решениями в данной области знаний, поскольку иные, подобные описанному сепаратору для очистки и сепарации сыпучей смеси, уже не требуют какого-либо творческого подхода от конструкторов, инженеров и технологов, и не могут считаться результатами их творческой деятельности или новыми объектами интеллектуальной собственности, соответствующими критериям патентоспособности в соответствии с действующим законодательством.