УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕПАРАЦИИ ЗЕРНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR SEPARATION OF GRAIN

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к машинам для послеуборочной обработки зерна.
Известно устройство для сепарации зерновых смесей, содержащее загрузочный бункер, питатель и решетный стан с наклонными параллельно расположенными одно под другим решетами, угол наклона которых к линии горизонта составляет 15° (см. а.с. SU №1645030, МПК: В07В 1/12, опубл. 30.04.91). Решетный стан установлен на раме на пружинах и снабжен вибратором, размещенным в центре тяжести, который сообщает решетному стану мелкоамплитудные высокочастотные колебания, перпендикулярные плоскости решет. Недостатком известной конструкции являются низкая эффективность очистки зерна, вследствие быстрого схода зерна, малой амплитуды и неравномерности колебаний по площади решета.
Известна решетная часть зерносемяочистительной машины, содержащая установленные на подвесах верхний одноярусный и нижний двухярусный решетные станы, получающие колебания от эксцентрикового вала посредством шатунов и совершающие прямолинейные возвратно-поступательные колебания (см. патент RU №2229787, МПК: A01F 12/44, опубл. 10.06.2004).
К недостаткам машин с эксцентриковыми приводами следует отнести высокие вибрационные нагрузки, передаваемые на раму машины через закрепленный на ней эксцентриковый вал, и, как следствие, низкую надежность работы, частые поломки, вынужденные простои. Частота колебаний решет в этом случае не может быть большой.
По сравнению с эксцентриковым приводом дебалансный привод тратит меньше энергии на поддержание колебаний и обеспечивает большую надежность работы за счет уравновешивания динамических нагрузок и снижения вибраций машины вследствие отсутствия жестких связей привода с рамой (нагрузки передаются на раму через гибкие подвески решетного стана). При этом в результате круговых колебаний решет, создаваемых дебалансным приводом, удлиняется траектория перемещения частиц зерновой смеси, что улучшает их прохождение через отверстия решет.
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого технического решения принят воздушно-решетный сепаратор, конструкция которого раскрыта в патенте на изобретение RU №2372153, МПК: В07В 9/00, опубл. 10.11.2009 г.
Ближайший аналог характеризуется следующими конструктивными признаками, сходными с существенными признаками заявляемого устройства, а именно наличием решетной части, которая включает соединенный с рамой (станиной) гибкими подвесками решетный стан, в котором установлены с наклоном в сторону движения обрабатываемого материала верхнее и нижнее решета с механизмами шаровой очистки. Решетный стан совершает круговые колебания под воздействием дебалансного приводного механизма, включающего закрепленный в центре тяжести решетного стана дебаланс с вертикальной осью вращения.
На верхнем решете происходит отделение зерна от крупных примесей, а на нижнем - отделение мелких примесей от зерна.
Решета установлены в корпусе стана параллельно друг другу с наклоном 7° к горизонту в направлении движения материала.
К недостаткам ближайшего аналога следует отнести низкое качество очистки зерна от мелких примесей на нижнем ярусе сепарации и, как следствие, невысокое качество очистки, получаемое на выходе.
В упомянутом решении для повышения пропускной способности сепаратора и полноты выделения примесей увеличивают количество ярусов, размещают в каждом ярусе несколько решетных пакетов, стыкуемых между собой. Однако это существенно усложняет конструкцию сепаратора, делает его громоздким.
Заявляемое изобретение направлено на решение проблемы качества очистки зерна с условием сохранения простоты конструкции устройства.
Технический результат, достигаемый в результате использования изобретения, заключается в повышении качества очистки зерна за счет улучшения отделения мелких примесей и повышения эффективности работы решет, благодаря повышению качества очистки просеивающих поверхностей.
Упомянутая техническая проблема решена в предлагаемом устройстве для сепарации зерновых материалов, содержащем соединенный со станиной гибкими подвесками решетный стан, в котором установлены с наклоном в сторону движения обрабатываемого материала верхнее и нижнее решета с механизмами шаровой очистки, и дебалансный привод колебаний решетного стана, включающий размещенный в центре масс решетного стана дебаланс с вертикальной осью вращения, при этом согласно заявляемому изобретению верхнее решето наклонено в сторону движения материала под углом 7-8°, нижнее решето - наклонено в сторону движения материала под углом 10-12°, привод выполнен с возможностью вращения небаланса со скоростью 350-420 об/мин.
В отличие от ближайшего аналога предлагаемая конструкция характеризуется разными углами установки решет: верхнее решето наклонено в сторону движения материала под углом 7-8°, а нижнее размещено под углом 10-12°, а также высокой частотой круговых колебаний, создаваемых дебалансным приводом, которая составляет не менее 350 об/мин.
Амплитуда колебаний решетного стана составляет 18±2 мм.
Использование в устройстве сепарации самоочищающихся решет с шаровой очисткой является предпочтительным в силу простоты конструкции механизма очистки, отсутствия привода, простоте обслуживания в процессе эксплуатации, надежности и долговечности.
Механизм шаровой очистки решета включает размещенный под решетом поддон с сетчатым дном и ячейками для размещения шаров, образованными продольными и поперечными перегородками с наклонными стенками, которые обеспечивают отражение шаров кверху в направлении просеивающей поверхности.
Суть предлагаемого технического решения и влияние существенных конструктивных признаков на достижение вышеупомянутых технических результатов поясняется приведенным ниже примером конкретного осуществления и чертежами.
На фиг. 1 показан общий вид предлагаемого устройства для сепарации зерновых материалов, изометрия;
на фиг. 2 приведен пример использования устройства в составе зерноочистительной машины;
на фиг. 3 показан механизм шаровой очистки решета;
на фиг. 4 - сечение А-А с фиг. 3.
Устройство для сепарации (см. фиг. 1, 2) содержит соединенный со станиной 1 гибкими подвесками 2 решетный стан 3, в корпусе которого установлены верхнее 4 и нижнее 5 решета с механизмами шаровой очистки, размещенные под решетом 4 скатные доски 6, желоба 7 и 8 для вывода получаемых фракций и дебалансный привод колебаний, включающий закрепленный в центре масс решетного стана 3 дебаланс 9 с вертикальной осью вращения, получающий вращение от электродвигателя 10, закрепленного на станине 1, через ременную передачу 11. Сверху решетный стан может быть закрыт защитными сетками 12.
1
Механизм шаровой очистки (см. фиг. 3) включает размещенный под решетом 4, 5 (на фиг. 3 не показаны) поддон 13 с сетчатым дном 14, разделенный перегородками 15, имеющими наклонные стенки, на ячейки 16 для размещения очищающих шаров 17. Верхнее решето 4 наклонено в сторону движения материала под углом α=7,5°.
2
Нижнее решето 5 наклонено в сторону движения материала под углом α, составляющим в одном образце 10°, в другом - 11,5°.
Угол наклона каждого решета - фиксированный и определяется положением направляющих решетного стана 3.
Частота круговых колебаний решетного стана 3, соответствующая частоте вращения дебаланса, составляет 375 об/мин.
Амплитуда колебаний решетного стана определяется параметрами дебаланса и составляет 18±2 мм.
Возможность работы в условиях высокоскоростных нагрузок обеспечивается качественным выполнением узлов крепления подвесов решетного стана и размещением дебаланса строго в центре масс, что обеспечивает равномерность распределения нагрузок относительно подвесов решетного стана, способствует долговечности эксплуатации устройства в условиях высоких нагрузок.
Работает устройство следующим образом.
Частично очищенная от легких примесей зерновая смесь поступает в решетный стан 3, где последовательно проходит через две разделительные поверхности решет 4 и 5. Частицы зернового материала, находящегося на поверхности решета, под действием круговых колебаний решетного стана и силы тяжести совершают сложное спиралеобразное перемещение, постепенно продвигаясь вниз по решету к выходу.
На первом этапе кругового движения, вследствие действия сил трения и инерции, решето опережает зерно, в результате чего происходит отрыв последнего от поверхности решета. При малом угле наклона разделительной поверхности (1-8°) этот отрыв незначительный, и зерно, не успевая развернуться, снова подхватывается решетом. Происходит толчок материала решетом, обеспечивающий его продвижение вперед. Однако сила этого толчка мала и, преимущественно, имеет место скольжение зерна по плоскости решета 4, в процессе которого, попадая в зону отверстия, зерно вместе с мелкими примесями проваливается вниз, проходит через шариковую кассету механизма очистки и по скатным доскам 6 подается на нижнее решето 5.
Крупные примеси идут сходом по наклонной поверхности решета 4 к выходу, где попадают в сборный желоб 7 и удаляются из устройства.
Работа верхнего решета 4, обеспечивающего отделение крупных примесей, в предлагаемом устройстве практически не отличается от работы верхнего решета в ближайшем аналоге, установленного под углом 7°.
Мелкие примеси, вследствие своих физических свойств, значительно сложнее отделяются от зерна и при малом угле наклона разделительной поверхности будут сходом идти по решету вместе с зерном, поэтому эффективность очистки зерна от мелких примесей при угле наклона 7°, имеющем место в прототипе, - низкая.
2
Увеличение угла α наклона нижнего решета 5 до 10-12° в направлении движения материала способствует лучшему отрыву зерна от поверхности решета и увеличению угла атаки со стороны решета на зерно, оторвавшееся от поверхности. В результате увеличения угла атаки увеличивается сила удара поверхности решета о зерновую массу. Зерновая масса подбрасывается над поверхностью решета 5 и при этом хорошенько встряхивается, что способствует ее разрыхлению и отрыву от зерна мелких примесей, которые затем проваливаются через отверстия нижнего решета 5 и сетчатого дна 14 поддона 13 и собираются в специальном желобе 8, откуда затем выводятся. Товарное зерно транспортируется по поверхности решета 5 к выходу.
Периодическое подбрасывание материала на нижнем решете 5 в результате удара решета выражается в волнообразном движении зерновой массы по поверхности решета, что хорошо видно невооруженным взглядом при работе устройства. В результате полученного эффекта встряхивания увеличивается интенсивность отделения мелких примесей от зерна, что способствует повышению качества его очистки.
Увеличение угла наклона нижнего решета 5 более 12° нежелательно, т.к. в этом случае увеличивается скорость схода зерновой массы, что ведет к ухудшению процесса сепарации.
Помимо угла наклона, важным является высокая частота колебаний решетного стана. Стойкий эффект волнообразного перемещения зерновой массы с высоким качеством сепарации на выходе наблюдается при скоростях больше 350 об/мин.
При скоростях вращения дебаланса 9 менее 350 об/мин зерновая масса не успевает как следует оторваться от поверхности решета и сплошной массой сползает вниз по решету. В результате упомянутый эффект «удара» решета о зерновую массу не достигается.
Скорости вращения дебаланса 9 свыше 420 об/мин нежелательны, т.к. чрезмерное увеличение вибрационных нагрузок может привести к разрушению конструкции.
Предлагаемая конструкция устройства решетной сепарации построена с учетом различия физических свойств разделяемых фракций на верхнем и нижнем решете и обеспечивает создание наиболее оптимальных условий для отделения каждого вида примесей и, как следствие, высокое качество очистки зерна.
Все отличительные признаки предлагаемого технического решения работают в совокупности, обеспечивая достижение указанного выше технического результата - повышения качества очистки зерна.
При этом предлагаемое конструктивное решение отличается простотой и может быть использовано как при производстве новых зерноочистительных машин, так и для модернизации эксплуатируемых.
Высокочастотный режим колебаний решетного стана, а также увеличение угла наклона нижнего решета 5 способствуют повышению интенсивности движения шаров 17 механизма шаровой очистки в ячейках 16 поддона 13 и, как следствие, увеличению частоты соударений шаров 17 с просеивающей поверхностью решета. В результате более интенсивных ударных воздействий улучшается качество очистки просеивающего полотна от застрявших в нем частиц, что способствует повышению эффективности работы решета, улучшению качества очистки зерна, сохранению высокой производительности устройства.
Оптимальная высота перегородок 15 предпочтительно составляет не более половины от высоты ячейки 16, а диаметр шаров 17 равен 0,75-0,85 высоты ячейки, что позволяет обеспечить требуемую силу ударного воздействия шаров и исключает наличие мертвых зон над перегородками, обеспечивает качественную очистку всей поверхности решета.