СЕПАРАТОР ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
SEPARATOR FOR SEPARATION OF BULKY MATERIALS

Изобретение относится к области для разделения сыпучих материалов и может быть использовано в сельском хозяйстве при сепарации трудноразделимых семенных материалов.
Известно устройство для сортировки сыпучих материалов, включающий бункер-дозатор, приспособление для разделения материалов по сферичности, приемники продуктов разделения (а.с. СССР №831226, кл. B07B 13/10, опубл. 23.05.81, бюл. №19).
Недостатком известного устройства является низкая эффективность процесса сепарации при разделении материалов по сферичности, частицы которых обладают невысокими упругими свойствами.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа сепаратор для разделения сыпучих материалов (RU 2399436, кл. B07B 13/10, B07B 13/16, опубл. 20.09.2010, бюл. №26), включающий загрузочный бункер, снабженный питающим валиком, скатную пластину, к нижней части которой закреплена направляющая перфорированная пластина, отражательную пластину, приемники продуктов разделения.
Недостатком известного сепаратора является низкая эффективность сепарации из-за отсутствия средств стабилизации начальной скорости, сглаживания колебаний нагрузки и регулирования ориентации частиц сыпучего материала.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение производительности и эффективности разделения сыпучих материалов за счет равномерной подачи и стабилизации начальной скорости и ориентации центра масс частиц сыпучего материала, поступающего на рабочие органы сепаратора, а также за счет повторного выделения из семенного материала качественных фракций. Кроме того, технический результат изобретения заключается в снижении энергозатрат.
Указанный технический результат достигается тем, что в сепараторе для разделения сыпучих материалов, включающем загрузочный бункер, перфорированную направляющую, приемники продуктов разделения, согласно изобретению сепаратор снабжен внутренним и внешним цилиндрическими вертикальными каналами, во внутреннем цилиндрическом канале расположены ступени рабочих органов, включающие последовательно расположенные загрузочный бункер, в котором установлены закрепленная шарнирно к вертикальному неподвижному валу приемная коническообразная диафрагма, под которой находится питающая воронкообразная диафрагма, установленная с возможностью изменения радиуса кривизны и закрепленная верхней частью к стенке загрузочного бункера, с внутренней стороны коническообразной диафрагмы установлены три и более пружины, один конец которых закреплен к стержню, находящемуся внутри пружин, другой конец зафиксирован к направляющим, закрепленным на поверхности диафрагмы, при этом направляющие имеют пазы для свободного прохода в них стержней, перфорированная направляющая, установленная под воронкообразной диафрагмой, выполнена в виде конического разгонного участка, закрепленного вершиной к вертикальному валу, а основанием - к кольцевой вогнутой метательной поверхности, имеющей в поперечном сечении форму дуги, длина которой составляет 1,0-1,2 диаметра окружности, образованной вращением дуги, под метательной поверхностью расположен воронкообразный приемник неупругих частиц, верхняя часть которого закруглена, а нижняя часть соединена со второй ступенью рабочих органов, в зоне фокальной линии метательной вогнутой поверхности расположена кольцевая щель для упругих частиц, образованная закругленной частью воронкообразного приемника и стенкой внутреннего цилиндрического канала.
Отличительным признаком заявляемого сепаратора является наличие новых конструктивных элементов, а именно установка в загрузочном бункере приемной коническообразной диафрагмы и питающей воронкообразной диафрагмы, установка разгонного участка, выполненного в виде конической перфорированной направляющей, установка кольцевой вогнутой метательной поверхности. Также отличительной особенностью является расположение кольцевой щели приемной емкости упругих частиц в зоне фокальной линий метательной поверхности и последовательность расположения конструктивных элементов в каждой ступени рабочих органов.
Новое выполнение конструкции загрузочного бункера позволяет стабилизировать начальную скорость, регулировать положение центра масс частиц сыпучего материала и сглаживать колебания нагрузки. Это достигается за счет установки двух устройств: приемной коническообразной диафрагмы и питающей воронкообразной диафрагмы в нижней части загрузочного бункера.
Установка подпружиненной приемной коническообразной диафрагмы дает возможность изменять сечение выходного отверстия в зависимости от расхода материала. При увеличении расхода материала сечение выходного отверстия уменьшается за счет отклонения приемной коническообразной диафрагмы.
Выполнение питающей воронкообразной диафрагмы с возможностью изменения радиуса кривизны, уменьшающимся в направлении подачи материала, приводит к повышению чувствительности дозированной подачи за счет большего изменения выгрузного отверстия при одном и том же отклонении приемной коническообразной диафрагмы.
Выполнение приемной коническообразной диафрагмы и величины сжатия пружин, а также радиуса кривизны питающей воронкообразной диафрагмы регулируемыми позволяет повысить подачу сыпучего материала, так как, падая, материал ударяется о приемную коническообразную диафрагму, и проходя через зазор между нею и питающей воронкообразной диафрагмой, скорость его падает практически до нуля. Далее продукт движется к выходу из загрузочного бункера под действием силы тяжести под углом естественного откоса по слою продукта, расположенного на питающей воронкообразной диафрагме, с ориентацией частиц зернового материала тяжелой (зародышевой) частью вперед, так как скорость и ориентация частиц зернового материала являются важнейшими параметрами процесса разделения при метании. В загрузочном бункере использование двух устройств служит также для сглаживания колебаний нагрузки, в значительной степени влияющих на качество работы сепаратора, так как в случае превышения номинального значения нагрузки происходит запирание продуктом зазора между приемной коническообразной диафрагмой и питающей воронкообразной диафрагмой.
Наличие разгонного участка, выполненного в виде конической перфорированной направляющей, расширяющимся от загрузочного конца к разгрузочному, позволяет частицам двигаться вдоль конической перфорированной направляющей с ориентацией центра масс без отрыва от ее поверхности, что способствует уменьшению отклонения частиц от линии подачи и приводит к повышению эффективности сортирования при метании зерновых частиц с различными физико-механическими свойствами.
Кольцевая вогнутая метательная поверхность имеет в поперечном сечении форму дуги, длина которой составляет 1,0-1,2 диаметра окружности, образованной вращением дуги, так как вылет частиц из кольцевой вогнутой метательной поверхности выбираем таким образом, чтобы вылетевшие упругие частицы достигали фокальной линии метательной поверхности (исследователями принято, что рациональный угол метания равен 45°, кроме того, при данном угле метания достигается максимальная дальность полета и эффективность сортирования частиц материала).
Расположение кольцевой щели приемной емкости упругих частиц в зоне фокальной линий метательной поверхности и выполнение воронкообразного приемника неупругих частиц с закругленной верхней частью исключает попадание неупругих частиц в зону пролета упругих частиц. Регулированием ширины щели обеспечивается сортировка частиц по коэффициенту неупругости.
Таким образом, выявленные отличительные признаки заявляемого устройства обеспечивают достижение технического результата, заключающего в повышении производительности и эффективности выделения из исходной смеси полноценных компонентов.
Сравнение заявляемого сепаратора с прототипом позволило установить соответствие критерию «новизна».
Предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как достигнут результат, удовлетворяющий существующую потребность повышения эффективности процесса сепарации.
Заявляемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость», так как может быть использовано в сельском хозяйстве при сепарации семян зерновых.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на чертеже показана конструктивно-технологическая схема заявляемого сепаратора.
Сепаратор для разделения сыпучих материалов включает внутренний 1 и внешний 2 цилиндрические вертикальные каналы. Во внутреннем цилиндрическом канале 1 расположены ступени рабочих органов, включающие последовательно расположенные загрузочный бункер 3, перфорированную направляющую в виде конического разгонного участка 4, кольцевую вогнутую метательную поверхность 5 и воронкообразный приемник 6 неупругих частиц. Рабочие органы ступени выполнены с различными радиальными размерами. В бункере 3 в нижней части посредством шарниров 7 к вертикальному неподвижному валу 8 закреплена приемная коническообразная диафрагма 9. Под диафрагмой 9 находится питающая воронкообразная диафрагма 10, установленная с возможностью изменения радиуса кривизны и закрепленная верхней частью посредством шарниров 11 к стенке загрузочного бункера 3. В нижней части загрузочного бункера 3 с внешней стороны установлены гайки 12 с болтами 13, которые при помощи шайб 14 закреплены к внешней стороне воронкообразной диафрагмы 10. С внутренней стороны коническообразной диафрагмы 9 установлены три и более пружины 15. Один конец пружины 15 закреплен к стержню 16, находящемуся внутри пружин, другой конец зафиксирован к направляющим, закрепленным на поверхности диафрагмы (не показаны), при этом направляющие имеют пазы для свободного прохода в них стержней 16. Конический разгонный участок 4, установленный под воронкообразной диафрагмой 10, закреплен вершиной к вертикальному валу 8, а основанием - к кольцевой вогнутой метательной поверхности 5. Метательная поверхность 5 имеет в поперечном сечении форму дуги, длина которой составляет 1,0-1,2 диаметра окружности, образованной вращением дуги. Верхняя часть 17 воронкообразного приемника 6 неупругих частиц закруглена и образует кольцевую щель, а нижняя часть соединена со второй ступенью рабочих органов. В зоне фокальной линии метательной вогнутой поверхности 5 расположена кольцевая щель 18 для упругих частиц, образованная закругленной частью 17 воронкообразного приемника 6 и стенкой внутреннего цилиндрического канала 1. В нижней части внутреннего цилиндрического канала 1 имеется воронкообразный приемник 19 с выгрузным окном 20. В нижней части внешнего цилиндрического канала 2 имеется воронкообразный приемник 21 с выгрузным окном 22. Диаметр воронкообразного приемника последующей ступени меньше, чем диаметр воронкообразного приемника предыдущей ступени, т.к. от ступени к ступени количество поступающих в приемник частиц уменьшается.
Сепаратор для разделения сыпучих материалов работает следующим образом. Исходный продукт, имеющий произвольное значение начальной скорости и ориентации, поступает в воронкообразный загрузочный бункер 3 и падает на приемную коническообразную диафрагму 9 и под действием силы тяжести и динамического давления коническообразная диафрагма 9 отклоняется, в результате чего сечение выходного отверстия уменьшается. Проходя через зазор между диафрагмами 9 и 10, скорость продукта падает практически до нуля, и продукт движется к выходу из загрузочного бункера под действием силы тяжести под углом естественного откоса по слою продукта, расположенного на питающей воронкообразной диафрагме 10, с ориентацией частицы зернового материала тяжелой (зародышевой) частью вперед. При высокой плотности сыпучего материала, поступающего на приемную коническообразную диафрагму 9, пружины 15 сжимаются больше и кривизну питающей воронкообразной диафрагмы 10 выбирают меньшего радиуса, чем при менее плотном материале. Таким образом на разгонный участок 4 поступает только установленное количество сыпучего материала с ориентацией своей продольной осью вдоль своей траектории движения. Далее частицы сыпучего материала разгоняются вдоль конической перфорированной направляющей 4 без отрыва от ее поверхности и поступают на кольцевую вогнутую метательную поверхность 5. Вылетевшие из метательной поверхности 5 упругие частицы выходят через кольцевую щель 18 и поступают в приемник 21. Неупругие частицы, имея другие траектории полета, после метания поступают в кольцевую закругленную часть 17, форма которых исключает попадание неупругих частиц в зону пролета упругих частиц, и попадают в воронкообразный приемник 6. После чего частицы поступают на вторую ступень рабочих органов и процесс разделения повторяется. На каждой ступени сепарации часть сыпучих материалов выделяется, поэтому при последовательном уменьшении радиальных размеров метательных поверхностей, удельная нагрузка на единицу их длины остается постоянной.