Пневматический конусный измельчитель зерна
PNEUMATIC CONICAL GRAIN GRINDER

Изобретение предназначено для использования в сельском хозяйстве на животноводческих фермах, а также на промышленных предприятиях по производству комбинированных кормов.
Известны различные типы измельчителей и дробилок, в том числе для дробления зерна и зерноотходов на комбикормы: жерновые, дисковые, молотковые, стержневые, конусные, роторные.
Известна конструкция мельницы "Фермер", состоящая из двух жерновов вращающегося и неподвижного, из которых один смонтирован на приводном валу, а другой на неподвижной крышке. Оба жернова размещены внутри кожуха, образованного корпусом и крышкой. Недостатками этой конструкции являются ее сложность и громоздкость. (Ильченко В.И. Мельничные крупяные и элеваторные машины. Заготиздат, 1938, с. 256)
Известна дисковая мельница, содержащая корпус с приемной воронкой, внутри которого соосно расположены обращенные друг к другу рабочими поверхностями с режущими ребрами диски, один из которых закреплен на корпусе, а другой, подвижный, посредством шаровой опоры закреплен на приводном валу, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, повышения надежности в работе и увеличения производительности, шаровая опора выполнена с двумя диаметрально противоположно направленными выступами, а подвижный диск с пазами, в которых расположены выступы шаровой опоры с возможностью качательного движения, причем рабочие поверхности дисков выполнены с центральными расширяющимися друг к другу выемками с выгнутыми стенками и часть режущих ребер на них выполнена выгнутыми, а часть прямолинейными и выступающими над последними. СССР (д 4 В02С 7/18 (21) 3912881/30-33 (22) 11.05.85 (46) 15.01.88. Бюл. 1Ф 2 (75) Л.М. Цымбалюк и В.И. Шахидзе (53) 621.926.8(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР №988332, кл. В02С 7/06, 1981. Авторское свидетельство СССР. В 935125, кл. В02С 7/08, 1980. (54) ДИСКОВАЯ МЕЛЬНИЦА (57). ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.
Известно устройство для обработки зерна по RU 93040002, 1993 г., МПК В02В 3/02, содержит ряд абразивных дисков, корпус, лоток питания зерна, привод и сито.
Известна мельница для измельчения зерновых и других сельскохозяйственных продуктов содержит корпус с крышкой, жернова, загрузочный механизм в виде гибкого шнека (Россия, заявка RU N 93021694/13 от 26.04.1993 г., МПК В02С 7/06).
Известно устройство для измельчения зерна, RU 93045812/13 от 27.09.93 г., МПК 6 В02С 9/04, содержащее станину с закрепленным на ней бункером приема зерна с выходным окном, сито и измельчитель.
Известно устройство для измельчения зерна, содержащее станину с закрепленным на ней загрузочным бункером, имеющим окно для выхода зерна, размещенную на приводном валу разгонную пластину с рифлями, сито и отражатель, привод (RU 2140325, 27.10.1999).
7
Известна дробилка в составе малогабаритного комбикормового агрегата для измельчения исходных зерновых компонентов, содержащая корпус, на котором укреплен фланцевый электродвигатель, на валу которого установлены крыльчатка вентилятора и молотковый ротор. Ротор выполнен в виде ступицы с двумя дисками, между которыми установлены оси, каждая с набором молотков и втулок между ними [см. патент №2185081, МПК A23N 17/00, В02С 9/00, В02С 13/04, 2002]. Недостатками этой молотковой дробилки в связи с применением крыльчатки вентилятора, установленного с внешней стороны камеры измельчения, являются большие габаритные размеры корпуса дробилки, высокая металлоемкость, низкая пропускная способность.
Известна молотковая дробилка, состоящая из корпуса, внутри которого смонтирован съемный кожух наружного вентилятора. На корпусе закреплен электродвигатель, на валу которого установлен молотковый ротор и наружный вентилятор. Молотковый ротор выполнен в виде ступицы с внутренним и наружным дисками, между которыми установлены оси, каждая с набором молотков. Внутри молоткового ротора на валу электродвигателя установлен дополнительный вентилятор с криволинейными лопатками. На внутреннем диске крепятся лопатки наружного вентилятора, выполненные, например, в форме логарифмической спирали. К внутренней стороне крышки корпуса молотковой дробилки крепится дека-решето, а к наружной - сепаратор-камнеуловитель. Дробильная камера образована внутренним диском, являющимся одновременно ее внутренней стенкой, крышкой и дека-решетом [см. патент №2317146, МПК В02С 9/00, В02С 13/04, 2008]. Недостатком данной конструкции является большая металло- и энергоемкость из-за применения наружного вентилятора, низкая пропускная способность и большие габариты корпуса дробилки.
2
Известно «Устройство для измельчения зерна», описанное в патенте на полезную модель России №25286, опубликованном 27.09.2002 г. Устройство для измельчения зерна содержит станину с закрепленным на ней корпусом, внутри которого установлены бункер для загрузки зерна и электропривод, на валу которого закреплен рабочий инструмент в виде пластины, размещенный в рабочей камере в виде цилиндра, выполненного из листовой стали. Станина имеет по меньшей мере два отверстия для подачи зерна в рабочую камеру, а в качестве электропривода применен электродвигатель с двойной изоляцией с частотой вращения не менее 12 тыс. об/мин и полезной мощностью не менее 700 Вт. Суммарная площадь отверстий для подачи зерна в рабочую камеру составляет не менее 800 мм. Рабочие кромки пластины в поперечном сечении могут иметь прямоугольную форму. Дно и боковая поверхность рабочей камеры могут иметь множество отверстий, из которых отверстия на боковой поверхности имеют форму круга, а отверстия, выполненные на дне, имеют форму пазов, расположенных радиально и выполненных с различной длиной, чередующейся между собой, т.е. длинные и короткие пазы.
Известен «Измельчитель зерна», описанный в патенте на полезную модель России №35245, опубликованном 10.01.2004 г. Измельчитель зерна содержит загрузочный бункер с защитным кожухом электродвигателя, плиту с отверстием для выхода зерна, регулятор расхода, высокооборотный электродвигатель, вал которого пропущен сквозь плиту, закрепленную на валу ударную пластину, плоскость вращения которой проходит под отверстием для выхода зерна, боковое и нижнее сита, отражатель и пульт управления, отличается тем, что защитный кожух электродвигателя и загрузочный бункер выполнены цилиндрической формы, при этом диаметр загрузочного бункера превышает диаметр защитного кожуха, загрузочный бункер выполнен съемным с днищем конической формы, имеющим смещенную относительно оси цилиндра вершину, в которой выполнено отверстие для выхода зерна, и расположен над защитным кожухом электродвигателя с возможностью закрепления на нем, а между отверстиями для выхода зерна, выполненными в плите и в загрузочном бункере, проложен вертикальный канал в виде трубы, жестко закрепленной на плите. Коническое днище загрузочного бункера выполнено в виде двух пересекающихся конусов с осями, исходящими из одной вершины, и снабжено смещенным относительно вершины днища цилиндрическим пояском с зажимными винтами для телескопического соединения с защитным кожухом электродвигателя и закрепления на нем. Окно для выхода зерна выполнено на расстоянии 71±0,5 мм от оси отверстия под вал электродвигателя, а высота трубы равна 183±0,5 мм.
Известно «Устройство для измельчения кормов», описанное в патенте на полезную модель России №49673, опубликованном 10.12.2005 г. Устройство для измельчения кормов, содержит корпус, имеющий загрузочный бункер с окном для подачи продукта, отсек для электродвигателя, на вертикальном валу которого закреплен плоский измельчающий инструмент, рабочую камеру, открытую снизу, и устройство управления двигателем, отличается тем, что измельчающий инструмент выполнен сменным, рабочая камера имеет форму цилиндра, жестко прикрепленного к корпусу, а устройство управления двигателем имеет включатель и регулятор оборотов двигателя. Инструмент для измельчения корнеплодов может быть выполнен в виде круглой пластины с ребром жесткости в виде загнутого вверх края и с прямоугольными окнами для выхода продукта, в которых установлены плоские ножи, прикрепленные к пластине, при этом окна выполнены преимущественно под углом к диаметру, проходящему через окна. Инструмент для измельчения травы может быть выполнен в виде ромбической пластины с двумя противоположными заостренными сторонами. Инструмент для дробления зерна может быть выполнен в виде прямоугольной пластины. Рабочая камера снабжена съемным ситом, устанавливаемым при дроблении зерна, к ситу прикреплена пластина, выполненная по размеру окна для подачи продукта, при этом часть пластины, находящаяся внутри сита, имеет окно для подачи зерна, а наружная часть пластины отогнута вверх и прилегает к стенке бункера, образуя наклонную поверхность для направления зерна к окну подачи, над которым установлена задвижка для регулирования подачи зерна на дробление.
2
Известно «Устройство для измельчения зерна», описанное в патенте на изобретение России №2140325, опубликованном 27.10.1999 г. Устройство содержит станину с закрепленным на ней загрузочным бункером, имеющим выходное окно, сито и измельчитель, станина выполнена в виде плиты с окном выхода зерна, совпадающим с выходным окном бункера, и отверстием под вал измельчителя, который выполнен в виде вертикально установленного и снабженного узлом герметизации высокооборотного электродвигателя, и симметрично закрепленной на его валу, пропущенном сквозь станину, пластины, плоскость вращения периферийной ударной части которой проходит под окном для выхода зерна, а сито выполнено съемным и монтировано под измельчителем. Площадь окна для выхода зерна выполнена равной 300-600 мм. По периметру сита с радиальным зазором закреплен отражатель в виде кольца. На плите выполнены упоры-фиксаторы для тары - сборника измельченного продукта переработки зерна - в виде передвижных кронштейнов с деталями фиксации и шкала размеров тары.
Известен способ получения плющеного зерна, включающий нагрев плющильного устройства и плющение (Патент РФ №2121398, В02С 4/42, 28.12.94, опубл. 10.11.1998). Недостатком данного способа является недостаточное качество получаемого плющеного зерна.
Известен способ термовструдирования зернового сырья, включающий интенсивную кратковременную обработку зерна при температуре 450-600°С в потоке горячего воздуха. Кандауров С.Н., Ганжа В.Л., Червяков А.В., Шаршунов В.А. «Термовструдирование зернового сырья» (журнал «Механизация и электрификация сельского хозяйства», вып. 9, Москва, 1999, с. 11, реф. журнал, 44, ВИНИТИ, №РЖ 00.10.44.173). Этот способ позволяет проводить плющение зерна без искусственного увлажнения его. Управляя скоростью выделения влаги из зерна, можно регулировать его питательные свойства. Недостатком данного способа является его низкая производительность.
Известна роторная гидравлическая мельница (Патент РФ №2081701, 6 В02С 7/00, 19/18, В29В 17/02 от 13.09.1994 г.), включающая корпус с входным и выходным патрубками, статор и ротор с чередующими впадинами и выступами, рабочее колесо и привод, при этом статор и ротор выполнены в виде съемных дисков, причем первый закреплен на внутренней стенке корпуса, а второй на рабочем колесе. Недостатком устройства является неэффективная работа мельницы из-за наличия впадин и выступов на дисках, между которыми в цикле вращения образуются зазоры различной величины, и лишь в небольшие промежутки времени они формируют полнопрофильные лопасти. При вращении ротора с диском в зазоры могут попадать частицы исходного материала и приводить к заклиниванию или разрушению поверхностей выступов и впадин.
Известен способ размола зерна и зернистых материалов, включающий подачу зерна в рабочий зазор между двумя движущимися поверхностями валков, имеющими наружный износостойкий слой порядка 25 мм, и разрушение зерен при их перемещении между этими поверхностями (Демский А.Б. Оборудование для производства муки, крупы и комбикормов: справочник. / А.Б. Демский, В.Ф. Веденьев. - М.: Дели принт, 2005. - С. 231-268; Годен. A.M. Основы обогащения ископаемых. / А.М. Годен. - М.: Металлургиздат, 1946. - С. 33-58). Однако использование описанного способа приводит к повышенным энергозатратам, так как разрушение зерен на валках осуществляется за весьма короткое время, а потому требуется возврат продукта на последующее измельчение. Кроме того, оборудование, реализующее способ, является материалоемким и дорогостоящим, так как разрушение зерен посредством валков обуславливает изготовление последних массивными и больших размеров при достаточно быстром износе наружного слоя.
Известна конструкция дробилки, включающая корпус, ротор, цилиндрическую ситовую обечайку, стержни, применяемая для измельчения зерна с вводом продукта в рабочую зону по оси ротора [RU 2159535 С1, 07.04.1999]. Недостатком известной дробилки является высокое динамическое сопротивления воздуха, оказываемое на лопатки ротора, приводящее к перегрузкам ротора, сокращая тем самым срок его службы, кроме того, малое поперечное сечение лопаток ротора по сравнению с шириной воздушно-продуктового слоя снижает вероятность контакта лопаток с частицами измельчаемого сырья и увеличивает тем самым время измельчения; на длительность периода измельчения влияет и положение лопаток относительно оси ротора, так как большинство контактов измельчаемого сырья и лопаток ротора в результате носят касательный характер.
Известен измельчитель кормов по авторскому свидетельству СССР №1142166, от 22.12.1983 г, содержащий полый цилиндрический корпус с загрузочной воронкой, на внутренней стенке которого расположены по винтовой линии направляющие ребра, установленный в корпусе шнек и расположенный на выходном конце корпуса режущий элемент. При этом с целью повышения его производительности шнек снабжен направляющими ребрами, расположенными по спирали на его поверхности, обращенной к режущему элементу. Шаг винтовой линии направляющих ребер корпуса равен шагу шнека. Данное устройство предназначено для измельчения кормов до необходимого гранулометрического состава и степени измельчения.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, описанное в авторском свидетельстве: СССР (19) (!1) (5g)5 В02С 13/18 Э/18 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ при ГКНТ СССР (21) 4389729/3) 33 (22) 10.03.88 (46) 15.06.90. Бюл. №22 (71) Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева (72) В.М. Халанский, Р.В. Брикман, В.Е. Панасенко, А.С. Вишняков, А.А. Вишняков, В.Н. Мурин, В.Л. Пахаруков и В.Н. Чаплыгин (53) 621.926.4 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР 168099, кл. В02С 7/18, 1963. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ (57)
Устройство для измельчения, содержащее камеру с загрузочным и разгрузочным патрубками и установленный в камере с возможностью вращения рабочий орган, отличающееся тем, что, с целью снижения материалоемкости и энергозатрат, камера снабжена патрубком подачи воздуха, соединенным с загрузочным патрубком, при этом загрузочный патрубок расположен по отношению к камере тангенциально, а рабочий орган установлен в камере с помощью кинематической пары, имеющей пять степеней свободы.
Недостатком известных конструкций для измельчения зерна, в том числе прототипа, является высокий расход электроэнергии и малая удельная производительность, характеризующаяся отношением производительности к расходу электроэнергии, а также большой вес устройств и большие трудозатраты на изготовление.
Задачей изобретения является механизированное приготовление полноценных комбинированных кормов из фуражного зерна злаковых и бобовых культур с доставкой их в кормушки для животных пневматическим способом, а так же использование его в технологических процессах приготовления комбинированных кормов на промышленных предприятиях.
Это достигается тем, что в отличие от известных технических решений, устройство «Пневматический конусный измельчитель зерна» обладает несколькими преимуществами по отношению к известным способам и устройствам:
• при небольших габаритах и малой материалоемкости его изготовления, достигается высокая производительность измельчения;
• использование высокоскоростных воздушных потоков, создающих аэродинамическое давление, измельчающее зерно, исключает применение конструкций, работающих с избыточным давлением, трущихся деталей и механизмов передачи движения что обеспечивает безопасность при эксплуатации устройства, а так же значительно снижает энергозатраты и затраты на их изготовление;
• устройство изготавливается в мобильном исполнении и применяется в непосредственной близости от мест содержания животных;
• применение дистанционных средств управления автоматизирует процесс кормления.
На чертеже представлена принципиальная схема изобретения, показаны основные узлы и детали устройства.
Устройство содержит: 1 - бункер для зерна; 2 - всасывающий трубопровод; 3 - всасывающий конус предварительного разрушения оболочки зерна; 4 - конусные фитинги для подсоединения шлангов высокого давления; 5 - калиброванное отверстие; 6 - конус формирования вихревой трубки; 7 - шланги высокого давления; 8 - электромагнитные клапаны; 9 - компрессор; 10 - приемный трубопровод последующего измельчения; 11 - соединение Ротта; 12 - шланг для доставки измельченного зерна; 13 - заземлитель;
Параметры всех узлов и деталей устройства, а так же мощность компрессорной установки определяются расчетами исходя из требуемой производительности устройства на основании закона Бернулли и формул Дарси-Вейсбаха. Прочностные характеристики материалов для изготовления узлов и деталей устройства определяются по известным законам сопротивления материалов.
0
p
Устройство работает следующим образом: измельчаемое зерно загружают в бункер - 1, сжатый воздух от компрессора - 9 подают в основание конуса формирования вихревой трубки - 6 по гибким шлангам - 7 через конусные фитинги - 4, увеличивающие начальную скорость воздушного потока. Вектор воздушного потока W будет направлен по линии наименьшего сопротивления, т.е в сторону приемного трубопровода - 10, имеющего больший диаметр по отношению к калиброванному отверстию. Вектор равнодействующей скорости W так же будет направлен в сторону приемного трубопровода. Скалярную величину равнодействующей вектора скорости определяют следующим уравнением:
p
0
W=W*cos α/2,
где α - угол наклона образующих конуса - 6.
Для гарантированного всасывания зерна из бункера величина равнодействующей скорости должна превышать величину скорости витания измельчаемого зерна.
Разрушение оболочки зерна происходит в калиброванном отверстии - 5 конуса - 3.
Усилие, возникающее при прохождении воздушного потока через калиброванное отверстие, определяют следующим уравнением:
c
p
N=G*W,
c
где G - массовый расход воздушнозерновой смеси кг/сек;
Массовый расход воздушнозерновой смеси через калиброванное отверстие -5, определяют согласно закону Бернулли:
c
c
p
G=ρ*W*ƒ,
с
3
где ρ - плотность всасываемой зерновоздушной смеси кг/м;
2
ƒ - площадь сечения калиброванного отверстия, м.
Аэродинамическое давление в калиброванном отверстии определяют по формуле:
аэро
c
p
2
P=ρ*W/2,
Все вышеприведенные параметры рассчитывают таким образом, чтобы всасывающее усилие N и аэродинамическое давление превышало статическую прочность измельчаемого зерна. Мощность компрессорной установки и диаметры подающих шлангов рассчитывают таким образом, чтобы скорость воздушного потока обеспечивала коэффициент Рейнольдса выше 2300. При соблюдении этого условия обеспечивается турбулентность воздушного потока. Длину и диаметры основания и вершины конуса - 6 рассчитывают так, чтобы соблюдались условия формирования конической вихревой трубки при условии турбулентного движения. Интенсивность вихревой трубки рассчитывают по известной в аэродинамике формуле:
2
где Г - интенсивность вихревой трубки, м/сек;
С - циркуляция скорости по контуру конуса, однократно охватывающему вихревую трубку;
0
W=W - скорость движения транспортирующего воздуха;
- подынтегральная функция отражающая контур циркуляции транспортирующего воздуха.
Скорость движения смеси в конической вихревой трубке рассчитывают по теореме Кельвина:
вт
ш
W=Г/(2 π r),
вт
где W м/сек - скорость движения транспортирующего воздуха в смеси с измельченным зерном в конической вихревой трубке, переходящей в транспортирующий шланг;
ш
r, м - радиус движения воздуха в смеси с измельченным зерном в конической вихревой трубке.
Всасывающий конус предварительного разрушения оболочки зерна - 3 изготавливают таким образом, чтобы в его вершине находилось калиброванное отверстие - 5. Присоединение всасывающего конуса к основанию конуса формирования вихревой трубки - 6 производят при помощи фланцев таким образом, чтобы центр калиброванного отверстия - 5 находился на проекции оси вихревой трубки на основание конуса формирования вихревой трубки - 6. Последующее измельчение зерна происходит в приемном трубопроводе - 10, а так же в транспортирующем шланге - 12 под воздействием аэродинамического давления, которое определяется по формуле:
вт
c
вт
2
P=ρ*W/2
Транспортировка измельченного зерна происходит по шлангам - 12, присоединенным к приемному трубопроводу при помощи гайки Ротта - 11.
Параметры движения воздушнозерновой смеси при транспортировке по шлангу рассчитывают по методике доктора технических наук, профессора Евтюкова С.А., изложенной в «Справочнике по пневмокомплексам и пневмотранспортному оборудованию», Е27, «Издательство ДНК», 2005. - 456 с.
Дистанционное управление устройством, производят при помощи электромагнитных клапанов - 8, с малогабаритного дистанционного пульта. Для защиты устройства от статического электричества, возникающего при транспортировке сыпучих смесей, предусматривают заземлитель -13