СЕПАРАТОР ЗЕРНОВОГО ВОРОХА
GRAIN HEAP SEPARATOR

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к устройствам для очистки и сортирования зерна.
Известен сепаратор зерновой смеси [патент RU №2018378, опубл. 30.08.94, бюл. №16], содержащий раму, вал, загрузочное устройство, блок из коаксиально расположенных внутреннего и внешнего цилиндрических решет, распределительные лопатки. Коаксиально расположенные решета жестко связаны между собой и вращаются совместно с валом относительно рамы. Распределительные лопатки расположены между внутренним и наружным цилиндрическими решетами. Согласно данному изобретению зерновая смесь, содержащая крупные и мелкие примеси, поступает во внутренний цилиндр и перемещается по нему. Крупные примеси идут сходом, а зерно и мелкие примеси просыпаются через внутреннее решето и попадают на внешнее решето. Распределительные лопатки, выполненные в виде ковшей, захватывают зерновую смесь, находящуюся на внешнем решете, и перекидывают через внутреннее решето на свободную от смеси поверхность внешнего решета, распределяя, таким образом, сепарируемую массу по ее поверхности, что способствует выделению мелких примесей.
Недостатком известного сепаратора является небольшая производительность. Это обусловлено тем, что производительность коаксиальных сепараторов определяется производительностью внутреннего решета. Но, так как на внутреннем решете нет распределяющих устройств, то, как и на всех подобных цилиндрических решетах, используется только 1/4-1/6 части поверхности решета [Бурков А.И., Сычугов Н.П. Зерноочистительные машины. Конструкция, исследование, расчет и испытание. - Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2000. - С. 158]. Кроме того отсутствует очистка поверхности внутреннего решета от налипших на поверхности и застрявших в отверстиях частиц зерновой смеси, что уменьшает поверхность сепарации и, следовательно, производительность. Недостатками также являются большая трудоемкость смены цилиндрических решет при переходе на обработку другой зерновой культуры и трудность обслуживания и ремонта как самих решет, так и деталей находящихся внутри решет.
Известно устройство для классификации зернистых материалов [авторское свидетельство SU №509304, опубл. 05.04.76, бюл. №13], содержащее продольный вал, два перфорированных барабана установленных коаксиально относительно вала, распределительные лопатки. Коаксиально установленные барабаны вращаются совместно с валом. Распределительные лопатки, выполненные в виде отдельных порогов на пути движения зернистого материала, расположены внутри внутреннего барабана и вращаются вокруг продольного вала вместе с барабаном. Согласно данному изобретению перемещающийся по внутреннему барабану зернистый материал попадает под действие порогов, изменяет свою траекторию движения на возвратно-поступательное и распределяется по поверхности барабана, что позволяет полнее использовать рабочую поверхность перфорированного барабана.
Недостатками известного устройства для классификации зернистых материалов является небольшая производительность, обусловленная тем, что лопатки жестко связаны с внутренним барабаном и не производят достаточного распределения материала по его поверхности, а также отсутствием очистки поверхности внутреннего барабана, что приводит к забиванию отверстий и уменьшению сепарирующей поверхности. Другими недостатками являются большая трудоемкость смены перфорированной поверхности внутреннего барабана при изменении свойств классифицируемого зернистого материала, трудность обслуживания и ремонта как самого внутреннего барабана, так и лопастей находящихся внутри него.
Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому по своей технической сущности является барабанный грохот [авторское свидетельство SU №1404124, опубл. 23.06.1988, бюл. №23], содержащий корпус, загрузочное устройство, ситовый барабан, ротор, включающий вал и установленные на валу лопатки. Ситовый барабан и вал ротора, установленные каждый на своих подшипниковых опорах, имеют возможность вращаться независимо друг от друга. Лопатки установлены по всей длине барабана. Согласно данному изобретению ротор, благодаря тому, что вращается независимо от барабана, лопатками активно распределяет поступающий материал по ситовой поверхности, интенсифицируя процесс разделения.
Недостатками известного барабанного грохота являются следующие. Во-первых, низкое качество разделения из-за низкой полноты выделения крупных примесей и отсутствия выделения мелких примесей. Недостаточное выделение крупных примесей обусловлено тем, что к концу решета масса материала на его поверхности уменьшается и уменьшившийся слой материала состоит в основном из крупных примесей. В крупных примесях имеются длинные частицы, размер поперечного сечения которых меньше размеров отверстий. Лопатки ротора, перемешивая крупные примеси, увеличивают вероятность ориентации этих длинных частиц в положения, благоприятные для прохода сквозь отверстия сита, кроме того, происходит частичное измельчение лопатками крупных примесей до проходных размеров. Поскольку на этом участке решета слой материала тонкий и к тому же еще дополнительно распределяется лопатками по поверхности решета, то вероятность прохождения указанных крупных примесей в очищенную фракцию весьма высока, что является причиной неполного отделения крупных примесей. Выделение мелких примесей на данном устройстве не предусмотрено. Во-вторых, недостаточная производительность. Из-за тонкости слоя материала на концевом участке решета не происходит очищение поверхности сдвигаемым лопатками материалом, что приводит к уменьшению просевающей способности решета и уменьшению производительности. В-третьих, большая трудоемкость смены цилиндрического решета при переходе на обработку материала с другими размерами частиц, а также затруднительность обслуживания, ремонта и замены частей ротора.
Задачей заявляемого изобретения является устранение недостатков устройства-прототипа, а именно повышение качества очистки путем уменьшения прохода крупных примесей в очищенную фракцию и создания возможности выделения мелких примесей, повышение производительности путем обеспечения очистки отверстий сепарируемой поверхности на концевом участке цилиндрического решета, снижение трудоемкости смены решет при переходе на обработку другой зерновой культуры и трудоемкостей обслуживания, ремонта и замены частей ротора.
Поставленная задача решена следующим образом.
Сепаратор зернового вороха, как и его прототип, включает корпус, загрузочное устройство, цилиндрическое решето, установленное на подшипниковых опорах, ротор, содержащий вал на подшипниковых опорах и установленные на валу лопатки. В отличие от прототипа вал ротора выполнен трубчатым, а лопатки ротора исполнены по длине меньше длины решета. Внутри трубчатого вала установлена ось, закрепленная на корпусе неподвижно. На неподвижной оси на концевом участке решета установлено щеточное устройство. Передняя подшипниковая опора цилиндрического решета установлена на трубчатом валу ротора, задняя подшипниковая опора цилиндрического решета установлена на закрепленной неподвижно оси.
Исполнение лопаток по длине меньше длины ротора позволяет исключить воздействие лопаток на слой зернового вороха на концевом участке решета. Проведенные нами исследования показали, что на концевом участке цилиндрического решета в результате просеивания зерна остается убывающий слой зернового вороха, состоящий в основном из крупных примесей, таких как колоски, кусочки соломы зерновой культуры и стебли других растений, комочки земли. Также нами отмечено, что полнота выделения крупных примесей на сепараторе и вынос зерна сходом вместе с крупными примесями зависит от процессов, происходящих на этом участке. Если исключить воздействие лопаток на слой вороха на концевом участке решета, вероятность прохождения крупных примесей сквозь отверстия решета уменьшается вследствие уменьшения перемешивания и хаотичного движения колосков, кусочков соломы и стеблей растений, а также исключения их измельчения до проходных размеров. Полнота выделения крупных примесей увеличивается, повышается качество очистки.
Выполнение вала трубчатым позволяет, не препятствуя вращению ротора, установить неподвижную ось, закрепленную на корпусе сепаратора, и на этой оси поставить щеточное устройство, очищающее поверхность решета на концевом участке, свободном от воздействия лопаток. Очищение поверхности способствует сохранению живого сечения решета, повышению производительности.
Установка передней подшипниковой опоры цилиндрического решета на трубчатом валу ротора, а задней подшипниковой опоры на неподвижной оси позволяет сохранить, как и в прототипе, независимое вращение цилиндрического решета и ротора относительно друг друга. В предлагаемом сепараторе предпочтительным является противоположное вращение ротора относительно цилиндрического решета. При таком вращении лопатки ротора весьма хорошо распределяют зерновой ворох, используемая для сепарации поверхность достигает до 1/2 от всей поверхности цилиндрического решета, что интенсифицирует процесс разделения и повышает производительность.
Кроме того, в конкретных исполнениях данного сепаратора зернового вороха коаксиально с внешней стороны цилиндрического решета установлено другое цилиндрическое решето большего диаметра с меньшими отверстиями. Такой блок решет позволяет на внутреннем решете с крупными отверстиями выделить крупные примеси (колоски, соломистые частицы, кусочки стеблей, комочки земли), а на внешнем решете с меньшими отверстиями мелкие примеси (семена сорных растений, песок, пыль), что позволяет повысить качество очистки зерна. Необходимо отметить, что коаксиальное расположение цилиндрических решет предпочтительнее, чем последовательное расположение их на одной оси друг за другом. По сравнению с сепаратором с последовательным расположением решет сепаратор с коаксиальным расположением решет имеет длину почти в два раза короче, при незначительном увеличении габарита сепаратора по ширине и высоте, что весьма важно при установке сепаратора на зерноочистительных агрегатах. Для очистки поверхности внутреннего решета блока коаксиальных решет вышеописанное крепление очистительного щеточного устройства на неподвижной оси является наиболее предпочтительным вариантом, т.к. установить щеточное устройство с внешней стороны внутреннего решета блока решет не представляется возможным.
Кроме того, в конкретных исполнениях данного сепаратора зернового вороха цилиндрические решета выполнены из съемных полуцилиндрических каркасов с установленными на них сменными решетными элементами. Такое выполнение снижает трудоемкость замены внутреннего и внешнего цилиндров при переходе на другую зерновую культуру, а также снижает трудоемкости обслуживания, ремонта и смены деталей сепаратора.
Кроме того, в конкретных исполнениях данного сепаратора зернового вороха полуцилиндрические каркасы цилиндрических решет оснащены расположенными по окружности направляющими для установки сменных решетных элементов. Наличие направляющих упрощает установку решетных элементов к каркасам и их снятие при замене.
Суть заявленного изобретения поясним на примере. На фиг. 1 показана схема предлагаемого сепаратора зернового вороха, на фиг. 2 - полуцилиндрический каркас цилиндрического решета, на фиг. 3 - продольный разрез полуцилиндрического каркаса цилиндрического решета с направляющими для установки сменных решетных элементов. Приняты следующие обозначения: 1 - неподвижная ось, 2 - рама, 3 - устройство крепления неподвижной оси к раме, 4 - переднее колесо блока цилиндрических решет, 5 - подшипниковая опора переднего колеса блока цилиндрических решет, 6 - заднее колесо блока цилиндрических решет, 7 - подшипниковая опора заднего колеса блока цилиндрических решет, 8 - внутреннее цилиндрическое решето; 9 - внешнее цилиндрическое решето; 10 - полуцилиндрический каркас внутреннего цилиндрического решета, 11 - полуцилиндрический каркас внешнего цилиндрического решета, 12 -направляющие для установки сменных решетных элементов, 13 - лопатки ротора, 14 - трубчатый вал ротора, 15 - щеточное устройство для очистки отверстий внутреннего цилиндрического решета, 16 - шкив клиноременной передачи привода цилиндрических решет, 17 - шкив клиноременной передачи привода ротора, 18 - загрузочное устройство; 19 - лоток для сбора мелких примесей, 20 - лоток для сбора обработанного зерна, 21 - лоток для сбора крупных примесей, 22 - щеточное устройство для очистки отверстий внешнего цилиндрического решета. Сплошными стрелками показано движение основного потока зерна, пунктирными - движение выделенных мелких примесей, штриховыми - движение выделенных крупных примесей.
Неподвижная ось 1 закреплена на раме 2 посредством устройств 3. Блок коаксиально расположенных цилиндрических решет состоит из переднего колеса 4 с подшипниковой опорой 5, заднего колеса 6 с подшипниковой опорой 7, внутреннего 8 и внешнего 9 цилиндрических решет. Внутреннее цилиндрическое решето 8 состоит из двух полуцилиндрических каркасов 10 со сменными решетными элементами, а внешнее решето 9 - из двух полуцилиндрических каркасов 11 также со сменными решетными элементами. Полуцилиндрические каркасы оснащены расположенными по окружности направляющими 12 для установки сменных решетных элементов. Полуцилиндрические каркасы 10 и 11 внутреннего и внешнего цилиндрических решет установлены на соответствующих посадочных местах переднего 4 и заднего 6 колес блока цилиндрических решет. Ротор состоит из трубчатого вала 14 и лопаток 13, закрепленных на трубчатом валу при помощи спиц. Трубчатый вал ротора установлен на подшипниковых опорах на неподвижной оси 1. На этой же неподвижной оси 1 закреплено щеточное устройство 15 для очистки отверстий внутреннего цилиндрического решета. Передняя подшипниковая опора 5 блока цилиндрических решет установлена на трубчатом валу 14 ротора, а задняя подшипниковая опора 7 блока цилиндрических решет - на неподвижной оси 1. На заднем колесе 6 блока цилиндрических решет закреплен шкив 16 клиноременной передачи привода блока, а на трубчатом валу 14 ротора - шкив 17 привода ротора. На раме 2 закреплены загрузочное устройство 18, лоток 19 для сбора мелких примесей, лоток 20 для сбора обработанного зерна, лоток 21 для сбора крупных примесей. На раме 2 закреплено щеточное устройство 22 для очистки отверстий внешнего цилиндрического решета. Блок цилиндрических решет и ротор вращаются в разных направлениях и имеют уклон от загрузочного устройства 18 к лотку для сбора крупных примесей 21.
Сепаратор зернового вороха работает следующим образом.
При включении привода сепаратора вращение через шкив клиноременной передачи 16 передается на блок цилиндрических решет 8 и 9. Одновременно начинает вращаться в противоположную сторону ротор, приводимый шкивом 16. При установившемся режиме вращений блока решет и ротора обрабатываемый зерновой ворох, имеющий в своем составе зерно, крупные примеси (колоски, соломистые частицы, кусочки стеблей, комочки земли) и мелкие примеси (семена сорных растений, песок, пыль), загрузочным устройством 18 подается во внутреннее цилиндрическое решето 8. Под действием вращающейся решетной поверхности поступивший ворох смещается по окружности решета 8 в сторону его вращения примерно на угол трения. Одновременно на этот ворох действуют лопатки 13 ротора, и поскольку ротор вращается в противоположную сторону относительно решета, то часть вороха, захваченная лопатками 13, растягивается по незанятой поверхности решета 8. Таким образом, увеличивается площадь для рабочего процесса, уменьшается слой вороха, улучшаются условия для прохождения зерна и мелких примесей сквозь отверстия решета 8, происходит их интенсивное просеивание. Очистка решетной поверхности от налипших на поверхности и застрявших в отверстиях решета частиц осуществляется самим ворохом за счет принудительного перемещения вороха лопатками 13 по поверхности решета.
Далее, ворох, вследствие уклона блока решет, перемещается к концу решета 8 и на концевом участке, где заканчивается действие лопаток 13, ворох по объему состоит в основном из крупных примесей и небольшого количества не прошедших сквозь решето 8 зерна. На этом участке ворох движется по вращающейся поверхности решета 8 без воздействия лопаток 13. Перемешивание массы происходит только за счет осыпания поднявшегося вращением поверхности решета частиц вороха. Остатки зерна проходят сквозь отверстия решета 8. Из-за отсутствия интенсивного перемешивания вороха уменьшается вероятность прохода крупных примесей сквозь отверстия и их измельчения до проходных размеров. Увеличивается полнота выделения крупных примесей и соответственно повышается качество очистки.
Очистка решетной поверхности от налипших на поверхности и застрявших в отверстиях решета частиц на концевом участке решета производится щеточным устройством 15, благодаря чему сепарирующая способность этой части решета возрастает, уменьшается вынос зерна в лоток 21 сбора крупных примесей, что позволяет увеличить производительность сепаратора при допустимом уровне потерь зерна.
Прошедшие через внутреннее решето 8 зерно и мелкие примеси поступают на внешнее решето 9 с меньшим диаметром отверстий. Причем эта зерновая смесь поступает на внешнее решето благодаря распределению на внутреннем решете 8 распределенной как в поперечном, так и продольном направлениях, что способствует интенсивному прохождению мелких примесей сквозь внешнее решето 9. Благодаря вращению этого решета зерновая смесь скользит по ее поверхности, мелкие примеси проходят в отверстия и попадают в лоток 19, а зерно, очищенное от крупных примесей на внутреннем решете 8 и от мелких примесей на внешнем решете 9, сходит с решетной поверхности в конце решета 9 в лоток 20. За счет выделения мелких примесей на внешнем решете повышается качество очистки конечного продукта - зерна. Отверстия внешнего цилиндрического решета 9 по всей длине решета очищаются щеточным устройством 22.
При проведении смены решетных элементов цилиндрических решет 8 и 9 или ремонта и обслуживания их и деталей ротора полуцилиндрические каркасы 11 внешнего решета и 10 внутреннего решета открепляются от своих посадочных мест переднего 4 и заднего 6 колес блока решет и снимаются с сепаратора, что существенно снижает трудоемкости смены решет и соответствующих ремонта и обслуживания. Направляющие 12 облегчают смену решетных элементов и удерживание их при работе сепаратора.
Рассмотренный пример подтверждает возможность реализации заявленного технического решения.
Использование заявляемого изобретения повысит качество очистки зерна, повысит производительность сепаратора, снизит трудоемкость смены решет при переходе на обработку другой зерновой культуры и трудоемкости обслуживания, ремонта и замены деталей сепаратора.