КОРМОПРИГОТОВИТЕЛЬ
FEED-STUFF PRODUCTION UNIT

Изобретение относится к устройствам для приготовления комбикормов, в частности дробленых, гранулированных, экструдированных, и может найти применение в сельскохозяйственных малых и средних предприятиях для приготовления комбикормов.
Известен гранулятор на основе зубчатой передачи внутреннего зацепления, содержащий корпус с цилиндрической камерой, закрытой с обеих сторон крышками, в цилиндрической камере установлены ведущий и ведомый элементы с измельчающими зубьями, образующие передачу, причем ведомый элемент выполнен в виде полого цилиндра с окнами и снабжен зубьями, образованными боковыми поверхностями соседних окон, а ведущий элемент выполнен в виде шестерни с внешними зубьями, на ведомом элементе установлена и закреплена кольцевая матрица, расположение отверстий в которой совмещено с расположением окон в ведомом элементе (Патент РФ №2491127 С1, дата приоритета 29.03.2012, дата публикации 27.08.2013, авторы Титов В.А., Пикалов Ю.А. и др., RU).
Недостатком известного гранулятора является трудоемкость и сложность снятия и замены кольцевой матрицы, а также нецелесообразность производства на нем дробленых и экструдированных комбикормов.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является измельчитель, принятый в качестве прототипа, содержащий корпус с опорной плитой, цилиндрическую помольную камеру с торцевыми крышками, в которой установлены ведущий и ведомый элементы с измельчающими зубьями, образующими передачу. Ведомый элемент выполнен в виде полого цилиндра с окнами, коаксиально установлен в помольной камере и снабжен зубьями внутреннего зацепления, образованными боковыми поверхностями соседних окон. Ведущий элемент выполнен в виде шестерни с внешними зубьями. Решетка с отверстиями для выгрузки продукта выполнена цилиндрической в виде полуколец или сегментов с отгибами, охватывающих наружную поверхность ведомого элемента и образующих помольную камеру. Полукольца или сегменты стянуты между собой в местах отгибов и прикреплены к ведомому элементу. Отверстия в решетке расположены напротив окон в ведомом элементе. Окно для загрузки сырья выполнено в верхней части торцевой крышки, и в нем установлен автоматический питатель для загрузки сырья (Патент РФ №2491128 С1, дата приоритета 11.04.2012, дата публикации 27.08.2013, автор Титов В.А., RU, прототип).
Недостатком прототипа является низкая эффективность его работы, а также невозможность работы устройства в режимах гранулирования и экструдирования из-за особенностей выполнения и крепления цилиндрической решетки, а также ряда причин:
- недостаточной прочности решетки из-за ее малой толщины;
2
- недостаточной прочности и надежности крепления решетки, так как давление в рабочей камере гранулятора и особенно экструдера может достигать 75-100 кг/см;
- отсутствия предварительного пропаривания сырья, что необходимо при гранулировании и экструдировании;
- отсутствия предварительного разогрева сырья и устройства до рабочей температуры 105-110°С и обеспечения ее стабилизации в процессе работы;
- отсутствия сменного набора матриц с конфигурацией отверстий, необходимых для гранулирования и экструдирования;
- отсутствия механизма установки и надежного закрепления матриц.
Задачей изобретения является создание устройства модульного типа, укомплектованного набором необходимого оборудования, позволяющего в фермерских хозяйствах производить наряду с измельчением гранулированные и экструдированные комбикорма при оптимальных трудозатратах по переналадке оборудования, соответствующего виду корма.
Для решения поставленной задачи кормоприготовитель содержит корпус в виде стоек на опорной плите, цилиндрическую рабочую камеру с торцевыми крышками, в которой расположены ведущий и ведомый элементы с измельчающими зубьями, образующие зубчатую передачу внутреннего зацепления. Ведомый элемент выполнен в виде полого цилиндра с окнами, установлен на подшипниках в корпусе и снабжен зубьями внутреннего зацепления, образованными боковыми поверхностями соседних окон. Ведущий элемент выполнен в виде вал-шестерни или шестерни, смонтированной на валу, с внешними зубьями, расположен в нижней части цилиндрической рабочей камеры и эксцентрично относительно ведомого элемента установлен в двух подшипниковых узлах, расположенных на опорной плите. На наружную поверхность ведомого элемента установлена цилиндрическая матрица с отверстиями для выгрузки продукта, состоящая из двух полуколец или сегментов, охватывающих наружную поверхность ведомого элемента и образующих рабочую камеру совместно с полым цилиндром ведомого элемента. Полукольца или сегменты стянуты между собой и прикреплены к ведомому элементу, при этом отверстия в цилиндрической матрице расположены напротив окон в ведомом элементе. Пространство между стойками корпуса закрыто кожухом с возможностью размещения в нем цилиндрической матрицы. Верхняя часть торцевой крышки снабжена окном для загрузки сырья. В окне установлен автоматический питатель подачи сырья. В опорной плите между стойками корпуса расположено окно для выгрузки продукта. Валы ведущего элемента и автоматического питателя соединены кинематически с электродвигателями.
Новым является то, что кормоприготовитель выполнен модульного типа на основе базового модуля, работающего в режиме измельчителя с возможностью использования его в качестве гранулятора или экструдера. Кормоприготовитель оснащен набором сменных матриц для измельчения, гранулирования и экструдирования, механизмом установки и закрепления матриц на наружную поверхность ведомого элемента с возможностью быстрой замены, а также снабжен дополнительным оборудованием и системой управления устройством в режимах работы измельчителя, гранулятора и экструдера. Матрицы выполнены с ребордами по краям одинаковых размеров и с отверстиями в средней части с соответствующей типу оборудования длиной и конфигурацией.
Согласно изобретению в режиме работы измельчителя полукольца или сегменты матрицы выполнены сборными, состоящими из решетки и ложемента с окнами, соответствующими окнам в ведомом элементе, решетка прикреплена к внутренней поверхности ложемента посредством крепежных элементов, при этом матрица установлена на наружную поверхность ведомого элемента посредством механизма установки и закрепления, а система управления включена на режим работы измельчителя.
Согласно изобретению в режиме работы гранулятора базовый модуль оснащен парогенератором и соединенными с ним форсунками, датчиком влажности сырья, причем форсунки и датчик установлены в корпус автоматического питателя подачи сырья, полукольца или сегменты матрицы выполнены с отверстиями переменного по длине профиля, имеющего входной конический и цилиндрический выходной участки, при этом матрица, состоящая из полуколец или сегментов, установлена на наружную поверхность ведомого элемента посредством механизма установки и закрепления, а система управления включена на режим работы гранулятора.
Согласно изобретению в режиме работы экструдера базовый модуль оснащен нагревателями сырья и устройства, парогенератором и соединенными с ним форсунками, датчиком влажности сырья и двумя датчиками температуры, причем форсунки, датчик влажности сырья и один датчик температуры установлены в корпус автоматического питателя подачи сырья, второй датчик температуры установлен в торцевую крышку, нагреватель сырья с теплозащитным кожухом установлен на корпус автоматического питателя подачи сырья, а нагреватели устройства установлены в торцевых крышках, полукольца или сегменты матрицы выполнены с отверстиями переменного по длине профиля, имеющего входной конический, средний цилиндрический и выходной конический участки, при этом матрица, состоящая из полуколец или сегментов, установлена на наружную поверхность ведомого элемента посредством механизма установки и закрепления, а система управления включена на режим работы экструдера.
Согласно изобретению механизм установки и закрепления матриц на наружную поверхность ведомого элемента содержит два сопрягаемых с ребордами матрицы кольца с внутренними конусами и резьбовыми отверстиями в них с торцов, стяжные винты, стойки, установленные на наружной поверхности матриц и снабженные отверстиями под стяжные винты, устанавливаемые в упомянутые резьбовые отверстия колец, при этом на ребордах матрицы выполнены наружные конусы, соответствующие внутренним конусам колец, для каждого из полуколец или сегментов матриц в зубьях ведомого элемента смонтированы ориентирующие штифты с резьбовыми концами под гайки, а в полукольцах или сегментах выполнены ответные отверстия под них.
На фиг.1 схематично изображен кормоприготовитель в режиме работы измельчителя (базовый модуль), продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел Б на фиг. 1; на фиг. 4 - узел В на фиг. 2; на фиг. 5 - кормоприготовитель в режиме работы гранулятора, продольный разрез; на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 5; на фиг. 7 - кормоприготовитель в режиме работы экструдера, продольный разрез; на фиг. 8 - разрез Д-Д на фиг. 7.
Кормоприготовитель содержит корпус в виде опорной плиты 1, двух средних стоек 2 и двух крайних стоек 3 (фиг. 1). В средних стойках 2 на подшипниках 4 установлен ведомый элемент 5, выполненный в виде полого цилиндра с равномерно расположенными по периметру окнами 6 (фиг. 2). Ведомый элемент 5 снабжен зубьями 7 внутреннего зацепления, образованными боковыми поверхностями соседних окон. Ведущий элемент 8 выполнен в виде вала-шестерни или шестерни, смонтированной на валу, с внешними зубьями 9 и установлен эксцентрично относительно ведомого элемента 5 в двух подшипниках 10, установленных в крайних стойках 3. Ведущий 8 и ведомый 5 элементы образуют зубчатую передачу внутреннего зацепления (фиг. 2). Установленный в средних стойках 2 на подшипниках 4 ведомый элемент 5 закрыт с обеих сторон торцевыми крышками 11 и 12. Подшипники 10, расположенные в крайних стойках 3, закрыты с обеих сторон крышками 13. На наружной поверхности ведомого элемента 5 установлена цилиндрическая матрица с отверстиями для выгрузки продукта, состоящая из двух полуколец 14 или сегментов, охватывающих наружную поверхность ведомого элемента 5 и образующих рабочую камеру 15 совместно с полым цилиндром ведомого элемента (фиг. 2). Полукольца 14 или сегменты стянуты между собой и прикреплены к ведомому элементу 5 механизмом их установки и закрепления на наружную поверхность ведомого элемента с возможностью быстрой замены (фиг. 3). При этом отверстия в матрице для выгрузки продукта расположены напротив окон 6 в ведомом элементе. Пространство между стойками 2 корпуса закрыто кожухом 16 с возможностью размещения в нем матрицы. Верхняя часть торцевой крышки 12 снабжена окном 17 для загрузки сырья, в котором установлен автоматический питатель 18 подачи сырья с обратной связью с приводом электродвигателя ведущего элемента. В опорной плите 1 между стойками 2 корпуса расположено окно 19 для выгрузки продукта. Валы ведущего элемента 8 и автоматического питателя 18 соединены кинематически с электродвигателями (условно не показано).
Кормоприготовитель выполнен модульного типа на основе базового модуля. Базовым модулем является кормоприготовитель, работающий в режиме измельчителя с возможностью использования его в качестве гранулятора и экструдера. Для этого кормоприготовитель снабжен набором сменных матриц, предназначенных для измельчения, гранулирования и экструдирования, механизмом их установки и закрепления на наружную поверхность ведомого элемента с возможностью быстрой замены, а также снабжен дополнительным оборудованием и системой управления устройством в режимах работы измельчителя, гранулятора и экструдера (условно не показано). Матрицы выполнены с ребордами 20 по краям одинаковых размеров и с отверстиями в средней части с соответствующей типу оборудования длиной и конфигурацией. Механизм установки и закрепления сменных матриц является универсальным и содержит два сопрягаемых с ребордами 20 кольца 21 с внутренними конусами и резьбовыми отверстиями в них с торцов, стяжные винты 22, стойки 23, установленные на наружной поверхности матриц и снабженные отверстиями под стяжные винты 22, устанавливаемые в упомянутые резьбовые отверстия колец 21. На ребордах 20 выполнены наружные конусы, соответствующие внутренним конусам колец 21. Для каждого из полуколец 14 или сегментов матриц в зубьях ведомого элемента 5 смонтированы ориентирующие штифты 24 с резьбовыми концами под гайки, а в полукольцах или сегментах выполнены ответные отверстия под ориентирующие штифты 24 (фиг. 2).
Кормоприготовитель в режиме работы измельчителя (фиг. 1, 2) оснащен сборными полукольцами 14 или сегментами матрицы измельчителя, состоящими из решетки 25 толщиной 4-6 мм и ложемента 26 с окнами 27, соответствующими окнам 6 в ведомом элементе. Решетка 25 прикреплена к внутренней поверхности ложемента 26 крепежными винтами (фиг. 4). Матрица измельчителя, состоящая из сборных полуколец или сегментов, установлена на наружную поверхность ведомого элемента посредством указанного механизма установки и закрепления (фиг. 3). Система управления устройством включена в режим измельчения (условно не показано).
Кормоприготовитель в режиме работы гранулятора содержит базовый модуль, который оснащен парогенератором 28, соединенным с форсунками 29, датчиком влажности сырья 30. Форсунки 29 и датчик 30 установлены в корпус автоматического питателя подачи сырья 18 (фиг. 5). На наружную поверхность ведомого элемента 5 установлена матрица гранулятора из полуколец 31 или сегментов (фиг. 6) посредством механизма установки и закрепления (фиг. 3). В полукольцах 31 или сегментах матрицы гранулятора выполнены отверстия с переменным по их длине профилем, состоящим из конического входного и цилиндрического калибрующего участков. Система управления переключена на режим работы гранулятора (условно не показано).
Кормоприготовитель в режиме работы экструдера (фиг. 7, 8) содержит базовый модуль, который оснащен системой нагревателей, парогенератором 28, соединенным с форсунками 29, датчиком влажности сырья 30, двумя датчиками температуры 32, один из которых установлен в корпус автоматического питателя 18, другой - в торцевую крышку 11. Нагреватель сырья 33 с теплозащитным кожухом установлен на корпус автоматического питателя 18. Нагреватели устройства 34 установлены в торцевых крышках 11, 12. На наружную поверхность ведомого элемента 5 установлена матрица экструдера из полуколец 35 или сегментов (фиг. 8) посредством механизма установки и закрепления (фиг. 3). В окне 19 для выгрузки продукта установлен датчик 36 температуры продукта. В полукольцах 35 или сегментах матрицы экструдера выполнены отверстия с переменным по их длине профилем, состоящим из конических входных и выходных участков и среднего цилиндрического участка (фиг. 8). Система управления переключена на режим работы экструдера (условно не показано).
Кормоприготовитель работает и используется следующим образом.
В режиме измельчения базовый модуль кормоприготовителя оснащен сборными полукольцами 14 или сегментами матрицы измельчителя (фиг. 1-4). При включении энергопитания и переключении системы управления в режим работы измельчителя сырье из бункера подается автоматическим питателем 18 в рабочую камеру 15 и поступает в окна 6 в ведомом элементе 5. При согласованном вращении ведущего 8 и ведомого 5 элементов зубья 9 ведущего элемента закрывают окна 6. Сырье при этом подвергается сжатию со сдвигом, измельчается и отводится через отверстия решетки 25 в нижнем положении зуба 9 ведущего элемента 8, попадает через окна 27 в ложементе 26 в пространство, ограниченное средними стойками 2 и кожухом 16, и отводится через окно 19 из кормоприготовителя.
2
В режиме гранулирования базовый модуль кормоприготовителя оснащен полукольцами 31 или сегментами матрицы гранулятора (фиг. 5 и 6). При включении энергопитания и переключении системы управления в режим работы гранулятора включается парогенератор 28, и пар через форсунки 29 поступает в корпус автоматического питателя 18, который подает сырье в рабочую камеру 15, и оно попадает в окна 6 в ведомом элементе 5. При согласованном вращении ведущего 8 и ведомого 5 элементов зубья 9 ведущего элемента закрывают окна 6. Сырье при этом подвергается сжатию со сдвигом, измельчается и под давлением 75-100 кг/см поступает в отверстия полуколец 31 или сегментов матрицы гранулятора порциями, величина которых определяется объемом окон 6 и количеством отверстий в матрице, размещенных напротив окон 6. При продвижении сырья по коническим входным участкам происходит уплотнение сырья, а в цилиндрических участках отверстий матрицы происходит окончательное формирование гранул (фиг. 6).
2
В режиме экструдирования базовый модуль кормоприготовителя оснащен полукольцами 35 или сегментами матрицы экструдера (фиг. 7 и 8). При включении энергопитания и переключении системы управления в режим работы экструдера включаются нагреватель сырья 33 и нагреватели 34 в торцевых крышках 11, 12, и происходит разогрев устройства до 105-110°С. После достижения этой температуры система управления включает парогенератор 28, электродвигатели ведущего элемента 8 и автоматического питателя 18. Сырье засыпается в бункер и автоматическим питателем перемещается в рабочую камеру 15. В процессе перемещения в питателе происходят пропаривание и нагрев сырья. При этом влажность сырья контролируется датчиком 30, в зависимости от величины которой система управления регулирует работу парогенератора 28. Температура сырья в автоматическом питателе контролируется датчиком 32, в зависимости от показаний которого система управления регулирует работу нагревателя сырья 33. Из рабочей камеры 15 сырье поступает в окна 6 в ведомом элементе 5. При согласованном вращении ведущего 8 и ведомого 5 элементов зубья 9 ведущего элемента закрывают окна 6. Сырье при этом подвергается сжатию в сочетании со сдвигом, измельчается и сжимается, при этом достигается давление 75-100 кг/см. Под этим давлением сырье поступает в отверстия полуколец 35 или сегментов матрицы экструдера порциями, величина которых определяется объемом окон 6 и количеством отверстий в матрице, размещенных напротив окон 6. В нижнем положении зубьев 9 ведущего элемента 8 сырье поступает в отверстия матрицы экструдера и, продвигаясь по коническим входным участкам отверстий, уплотняется. В цилиндрических участках отверстий происходит окончательное сжатие сырья. При поступлении сырья в расширительные конуса отверстий происходит резкий сброс давления. В результате этого происходит «взрыв» продукта, и образуется пористый продукт-стенг. В процессе продвижения сырья по устройству в результате его трения и взаимодействия с элементами устройства происходит выделение тепла. Датчики температуры 32 и 36 измеряют температуру сырья, устройства и готового продукта, передают информацию в систему управления, которая регулирует работу нагревателей и, следовательно, нагрев сырья и готового продукта.
Таким образом, возможность работы устройства в режимах измельчителя, гранулятора и экструдера при соответствующем оснащении базового модуля свидетельствует о создании надежного высокоэкономичного многофункционального кормоприготовителя модульного типа.
Технико-экономические преимущества заявляемого кормоприготовителя, обусловленные модульным подходом при создании устройства, заключается в следующем:
- в обеспечении возможности работы одного устройства в режимах измельчения, гранулирования и экструдирования за счет использования базового модуля, сменных матриц и переоснащения необходимым оборудованием;
- в повышении прочности и надежности сменных матриц за счет их конструктивного усовершенствования;
- в обеспечении надежности крепления сменных матриц и быстрой их переустановки за счет универсального механизма установки и закрепления;
- установка системы пропаривания обеспечивает подготовку сырья для гранулирования и экструдирования;
- установка нагревателей сырья и корпуса устройства, датчиков температуры, системы пропаривания и системы управления позволяет выполнять предварительный разогрев, стабилизацию температуры, необходимую влажность сырья и продукта в режиме экструдирования;
- набор сменных матриц с необходимой конфигурацией отверстий в них обеспечит возможность измельчать, гранулировать, экструдировать сырье и готовить в фермерских хозяйствах комбикорма различных видов при времени переналадки устройства в течение 10-15 мин.
Технический результат заключается в повышении надежности устройства и в создании многофункционального кормоприготовителя модульного типа, что позволит сократить количество единиц техники в фермерских хозяйствах для производства измельченных, гранулированных и экструдированных комбикормов.