ПРЕСС-ГРАНУЛЯТОР
MIXER-GRANULATOR

Изобретение относится к области техники для прессового гранулирования предварительно измельченных материалов растительного, животного и минерального происхождения.
Известны пресс-грануляторы, содержащие установленную на планшайбе активную кольцевую матрицу с внутренней цилиндрической поверхностью, перфорированной сквозными фильерами, размещенные внутри нее пассивные прессующие ролики, установленные на водиле с возможностью вращения относительно своих неподвижных осей, и закрепленное на активной кольцевой матрице конусное устройство для подачи прессуемого материала [Жислин Я.М., Пикус Б.И. Дробильное и прессующее оборудование комбикормового завода. - М.: Агропромиздат, 1987. - С.57-84], [Технологическое оборудование предприятий отрасли (зерноперерабатывающие предприятия) / Л.А. Глебов [и др.]. - М.: ДеЛи принт, 2006. - С.754-771].
Для такой конструкции характерно боковое выдавливание прессуемого материала в зоне его захвата и сжатия в клиновидном пространстве между матрицей и каждым из прессующих роликов, а также частично в зоне выдавливания в фильеры матрицы, в результате чего значительно снижается производительность пресс-гранулятора. Часть материала, выдавленная за пределы рабочей области, поступает на повторное сжатие, что увеличивает энергозатраты на гранулирование. Из-за бокового выдавливания имеет место неравномерное распределение контактных напряжений по ширине рабочих органов, которое обусловливает ухудшение условий захвата прессуемого материала, разную производительность в крайних и центральных фильерах матрицы, неодинаковое качество гранул в них и неравномерный эксплуатационный износ по ширине матрицы и прессующих роликов.
8
Известен пресс-гранулятор, содержащий установленную на планшайбе активную кольцевую матрицу с внутренней цилиндрической поверхностью, перфорированной сквозными фильерами, размещенные внутри нее пассивные прессующие ролики, установленные на водиле с возможностью вращения относительно своих неподвижных осей, закрепленное на активной кольцевой матрице конусное устройство для подачи прессуемого материала в зону прессования и прикрепленные к планшайбе и конусному устройству сменные ограничительные кольца, боковые поверхности которых, обращенные к торцам пассивных прессующих роликов и контактируемые с прессуемым материалом, образуют с внутренней цилиндрической поверхностью активной кольцевой матрицы кольцевую полость с входящими внутрь нее пассивными прессующими роликами [Патент РФ №2412819, МПК B30B 11/20, B28B 3/18, опубликовано 27.02.2011, бюллетень №6]. В данной конструкции процесс гранулирования осуществляется в условиях торцевого ограничения клиновидного пространства дополнительными контактными поверхностями, что позволяет полностью или частично предотвратить поперечную деформацию прессуемого материала, оптимизировать условия его поступления в зону отставания, расширить границы зоны выдавливания в фильеры матрицы.
Однако, в силу фрикционной передачи вращения от активной кольцевой матрицы пассивным прессующим роликам через слой прессуемого материала, существенным недостатком описанных конструкций пресс-грануляторов является возможность проскальзывания прессующих роликов относительно контактной поверхности матрицы, работающей в режиме буксования. Это явление способствует сгруживанию прессуемого материала перед прессующими роликами, препятствует формированию устойчивого валика гранулируемого сырья на входе в зону отставания, вследствие чего снижается производительность пресс-гранулятора. Рабочий процесс пресс-гранулятора с проскальзыванием прессующих роликов характеризуется дополнительным перетиранием сырья, имеющего определенную в соответствии с технологическими требованиями степень измельчения, а также повышенной дилатансией прессуемого материала. В результате увеличиваются энергозатраты на гранулирование, снижается однородность структурно-механических свойств сырья, ухудшаются качественные показатели гранул. Проскальзывание рабочих органов вызывает интенсивный и неравномерный износ их контактных поверхностей.
Техническим результатом изобретения является предотвращение проскальзывания пассивных прессующих роликов относительно контактной поверхности активной кольцевой матрицы при сохранении преимуществ торцевого ограничения клиновидного пространства, за счет чего повышается производительность пресс-гранулятора, снижается энергоемкость процесса прессового гранулирования, увеличивается долговечность рабочих органов, улучшается качество готового продукта.
Заявленный технический результат достигается тем, что пресс-гранулятор содержит смонтированную на планшайбе активную кольцевую матрицу с внутренней цилиндрической поверхностью, перфорированной сквозными фильерами, размещенные внутри нее пассивные прессующие ролики, установленные на водиле с возможностью вращения относительно своих неподвижных осей, и закрепленное на активной кольцевой матрице конусное устройство для подачи прессуемого материала в зону прессования, а к планшайбе и конусному устройству прикреплены сменные ограничительные кольца таким образом, что их боковые поверхности, обращенные к торцам пассивных прессующих роликов и контактируемые с прессуемым материалом, и внутренняя цилиндрическая поверхность активной кольцевой матрицы образуют кольцевую полость с входящими внутрь нее пассивными прессующими роликами, причем сменные ограничительные кольца выполнены в виде зубчатых венцов с внутренними зубьями, а каждый пассивный прессующий ролик со стороны торцов оснащен жестко соединенными с ним сменными цилиндрическими шестернями, так что сменные ограничительные кольца и сменные цилиндрические шестерни образуют внутреннее зубчатое зацепление, обеспечивая жесткую кинематическую связь между активной кольцевой матрицей и пассивными прессующими роликами пресс-гранулятора.
Предотвращение проскальзывания должно удовлетворять условию:
<mrow><mi>ε</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>p</mi></msub></mrow><mrow><msubsup><mi>ω</mi><mi>p</mi><mo>'</mo></msubsup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>r</mi><mi>p</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>r</mi><mi>м</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>h</mi><mi>δ</mi></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>p</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>м</mi></msub></mrow></mfrac><mo>→</mo><mn>0</mn></mrow>
где
ε - коэффициент относительного скольжения;
p
ω - действительная угловая скорость пассивного прессующего
ролика;
<mrow><msubsup><mi>ω</mi><mi>p</mi><mo>'</mo></msubsup></mrow>
- теоретическая угловая скорость пассивного прессующего ролика;
м
ω - действительная угловая скорость активной кольцевой матрицы;
p
r - радиус наружной контактной поверхности пассивного прессующего ролика;
м
r - радиус внутренней контактной поверхности активной кольцевой матрицы;
δ
h - минимальная высота слоя прессуемого материала (минимальный зазор) в клиновидном пространстве между контактными поверхностями активной кольцевой матрицы и пассивного прессующего ролика.
Изобретение поясняется чертежом, на котором показан осевой разрез пресс-гранулятора.
Пресс-гранулятор содержит смонтированную на планшайбе 1 активную кольцевую матрицу 2 и размещенные внутри нее пассивные прессующие ролики 3, которые установлены с возможностью вращения относительно своих неподвижных осей на водиле, образованном фланцем 4, плитой 5 и осью 6. На активной кольцевой матрице 2 закреплено конусное устройство 7 для подачи материала в зону прессования. К планшайбе 1 и конусному устройству 7 прикреплены сменные ограничительные кольца 8, зафиксированные от угловых и осевых перемещений. Сменные ограничительные кольца 8 имеют специальную конфигурацию и представляют собой зубчатые венцы с внутренними зубьями. К пассивным прессующим роликам 3 со стороны их торцов жестко присоединены сменные цилиндрические шестерни 9 с наружными зубьями, входящими в зацепление с зубьями сменных ограничительных колец 8.
Работа пресс-гранулятора осуществляется следующим образом. Привод пресса через планшайбу 1 передает вращение активной кольцевой матрице 2, а также сменным ограничительным кольцам 8, которые за счет жесткой кинематической связи в виде зубчатого зацепления со сменными цилиндрическими шестернями 9 вращают пассивные прессующие ролики 3. Подаваемый через конусное устройство 7 на внутреннюю поверхность активной кольцевой матрицы 2 прессуемый материал под действием касательных напряжений от контактных поверхностей активной кольцевой матрицы 2, пассивных прессующих роликов 3 и контактных поверхностей сменных ограничительных колец 8 увлекается в клиновидное пространство, ограниченное этими поверхностями, где происходит сжатие прессуемого материала и его выдавливание в фильеры активной кольцевой матрицы 2 в виде гранул. При установившемся процессе работы пресс-гранулятора сменные ограничительные кольца 8 ограничивают торцевые поверхности слоя прессуемого материала, полностью или частично предотвращая его боковое выдавливание. Сменные ограничительные кольца 8 обеспечивают плоскую деформацию прессуемого материала, увеличивают окружную протяженность области его контакта с рабочими органами, при этом создаются оптимальные условия поступления прессуемого материала в зону отставания, расширяются границы зоны выдавливания в фильеры, наблюдается выравнивание эпюры контактных напряжений по ширине рабочих органов пресс-гранулятора. Наличие зубчатого зацепления сменных ограничительных колец 8 и сменных цилиндрических шестерен 9 исключает проскальзывание пассивных прессующих роликов 3 относительно контактной поверхности активной кольцевой матрицы 2. При этом геометрические параметры рабочих органов пресс-гранулятора связаны с параметрами зубчатого зацепления следующим образом:
<mrow><msub><mi>r</mi><mi>м</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>r</mi><mi>p</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>h</mi><mi>δ</mi></msub><mo>=</mo><mi>m</mi><mo stretchy="false">[</mo><mn>0,5</mn><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>z</mi><mi>к</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>z</mi><mi>ш</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>x</mi><mi>к</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>x</mi><mi>ш</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><mi>Δ</mi><mi>y</mi><mo stretchy="false">]</mo></mrow>
,
где
m - модуль зуба для данного зубчатого зацепления;
к
ш
z, z - число зубьев соответственно сменных ограничительных колец 8 и сменных цилиндрических шестерен 9;
к
ш
х, x - коэффициент смещения исходного контура соответственно
для зубьев сменных ограничительных колец 8 и сменных цилиндрических шестерен 9;
Δy - коэффициент уравнительного смещения для данного зубчатого зацепления.
δ
δ
Изменение минимального зазора h между контактными поверхностями активной кольцевой матрицы 2 и пассивных прессующих роликов 3 в процессе работы пресс-гранулятора определяется возможностями зубчатого зацепления сменных ограничительных колец 8 и сменных цилиндрических шестерен 9 и осуществляется системой регулирования зазора в пределах допустимых отклонений величины межосевого расстояния в зубчатом зацеплении. При эксплуатационном износе контактных поверхностей рабочих органов новый диапазон варьирования минимального зазора h устанавливается изменением числа зубьев, высотной коррекцией зубьев сменных цилиндрических шестерен 9 или сменных ограничительных колец 8, а также путем оптимизации других параметров зубчатого зацепления.
Таким образом, в изобретении предотвращается проскальзывание пассивных прессующих роликов относительно контактной поверхности активной кольцевой матрицы при сохранении преимуществ торцевого ограничения клиновидного пространства, в результате чего повышается производительность пресс-гранулятора, снижается энергоемкость процесса прессового гранулирования, увеличивается долговечность рабочих органов, улучшается качество готового продукта.