КАНАЛ ДЛЯ СЕПАРАЦИИ ЗЕРНА ВОСХОДЯЩИМ ВОЗДУШНЫМ ПОТОКОМ ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО ВЫДЕЛЕНИЯ ЛЕГКИХ И ТЯЖЕЛЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ
CHANNEL FOR SEPARATION OF CEREALS BY AIR UPFLOW FOR SIMULTANEOUS SEPARATION OF LIGHT AND HEAVY INCLUSIONS

Изобретение относится к технике для разделения зерна и других сыпучих материалов воздушным потоком, в частности к устройствам для очистки и сортирования зерна, и может найти применение при очистке зерна и семян в сельском хозяйстве и продуктов переработки зерна в мукомольно-крупяной и комбикормовой промышленности и других отраслях.
Из уровня техники известен пневмосортировальный канал для сепарации зерна восходящим воздушным потоком, образованный передней, задней и боковыми стенками. Для ввода исходного материала в канал в передней стенке имеется загрузочное окно, а для вывода из канала отработанного материала используется открытая нижняя часть самого канала (Кулагин М.С.и др. Механизация послеуборочной обработки и хранения зерна и семян. М.: Колос, 1979, с.35, RU 2193929, 10.12.2002; RU 2392066, 20.06.2010).
Исследования работы такого пневмосортировального канала для сепарации зерна восходящим воздушным потоком показали, что недостатком является неспособность выделять тяжелые включения (камни, металлические предметы и т.д.) одновременно с процессом выделения легких примесей из зерна.
Для выделения указанных включений необходимо установить режим работы пневмосортировального канала, при котором весь обрабатываемый материал вместе с легкими примесями выносится воздушным потоком за пределы пневмосортировального канала, а тяжелые включения выходят через нижнюю часть самого канала для вывода обработанного зерна. При этом увеличивается расход электроэнергии в сравнении с процессом выделения легких примесей из зерна на 15…20%, так как требуется увеличение скорости воздушного потока для выноса всего отработанного материала за пределы пневмосортированого канала.
В связи с этим, чтобы очистить обрабатываемый материал от тяжелых включений и легких примесей, на известных пневмосортировальных каналах необходимо производить пропуск обрабатываемого материала через пневмосортировальный канал два раза: первый раз - для выделения, например, тяжелых включений, второй раз - для выделения легких примесей.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является выбранный в качестве прототипа пневмосортировальный канал зерна восходящим воздушным потоком, образованный передней, задней и боковыми стенками, содержащий сетку, установленную с наклоном от передней стенки к задней, и окна для приема исходного и вывода обрабатываемого зернового материала. На поверхности сетки выполнен, по крайней мере, один стальной выступ, препятствующий движению тяжелых включений к выходу очищенного материала, высотой не более пятнадцатикратной средней толщины зерновок обрабатываемого материала. В сетке у основания выступа выполнено, по крайней мере, одно отверстие для вывода тяжелых включений обрабатываемого материала. Выступ ориентирован относительно боковой стенки канала под углом, отличным от прямого (RU 2377077, 27.12.2009).
Данный пневмосортировальный канал зерна позволяет выделить тяжелые включения и легкие примеси за один пропуск обрабатываемого материала через пневмосортировальный канал.
Применение сетки в канале улучшает процесс сепарации, обеспечивает некоторое повышение эффективности разделения зернового материала за счет того, что сетка, обладая сопротивлением воздушному потоку, способствует определенному выравниванию его скорости по глубине канала.
Недостатком такого канала является снижение прочности зерна различных культур после их удара о выступ со скоростью, выше критической, и влияние материала выступа на величину травмирования.
Исследования работы такого канала показали, что повреждение поверхности зерна, его зародыша, образование внутренних и внешних трещин в теле зерновых произошло за счет ударного воздействия зерна с прямым выступом со стальной поверхностью.
Процесс разрушения зерна ударом, скорость отскока частиц после их удара о прямой стальной выступ оказывает существенное влияние на образование в них трещин, по величине коэффициента восстановления.
Полученные данные по величине критической скорости удара, при которой начинается структурные изменения в зерне, позволяют более правильно подобрать материал выступа и режим работы канала для сепарации зерна восходящим воздушным потоком.
Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в создании такого канала для сепарации зерна восходящим воздушным потоком, который исключал бы указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в снижении повреждения семян (механических повреждений) при эффективном выделении тяжелых и легких примесей за один пропуск обрабатываемого материала через канал (пневмосортировальный), то есть посредством выделения тяжелых включений одновременно с выделением легкой примеси при обработке зерновых материалов различных культур.
Указанный технический результат достигается в канале для сепарации зерна восходящим воздушным потоком, образован передней, задней и боковыми стенками и содержит сетку, установленную с наклоном от передней стенки к задней, и окна для приема исходного и вывода обрабатываемого зернового материала, при этом на поверхности сетки расположен, по крайней мере, один поворотный выступ, выполненный с возможностью регулирования по высоте h не более десятикратной средней толщины зерновок обрабатываемого материала и имеющий на внешней поверхности прорезиненный слой, что приводит к снижению механических повреждений семян к достижимому минимуму и препятствует движению тяжелых включений к выходу очищенного материала.
В сетке у основания выступа выполнено, по крайней мере, одно отверстие диаметром не менее восьмикратной средней толщины зерновок обрабатываемого материала для вывода тяжелых включений обрабатываемого материала.
Выступ ориентирован относительно боковой стенки канала под углом φ, отличным от прямого, имеет основу из стальной пластины и прикреплен к основанию сетки и монтирован к боковым стенкам канала при помощи стержня, проходящего вдоль по центру выступа.
Прорезиненный слой расположен на стороне выступа, обращенной к встречному движению обрабатываемого материала зерна.
Снизить повреждения семян удалось путем поворота выступа на угол φ и применив вместо стального, прорезиненный слой. Скорость элемента зернового материала перед ударом направлена под углом 90° к общей касательной, проведенной к ударяющимся телам в точке удара. Как следствие, нормальная составляющая скорости окажется меньше скорости при прямом ударе. Соответственно, уменьшится связанная с ударным импульсом динамическая нагрузка. Это позволяет обеспечить "мягкий" режим движения, в первую очередь, необходимый для обработки таких легко травмируемых культур: зернобобовые и крупяные.
При повороте выступа на угол φ наблюдается рост частоты испытания с 0,12 с на 0,34 с, несколько возрастают величины пределов выносливости и число циклов до разрушения зерен. Увеличение частоты приводит к повышению пределов выносливости. Имеются два фактора, которые могут способствовать этому явлению. Долговечность связана с величиной пластической деформации в процессе каждого цикла изменения нагружения, а при высоких частотах это время мало для того, чтобы произошла деформация, так что результирующее повреждение может быть меньше. Этот эффект имеет более важное значение при высоких температурах.
Концентрация напряжений в зерне, связанная с дефектами, как правило, приводит к снижению предела выносливости. Усталостная трещина сама по себе является надрезом, вызывающим высокую концентрацию напряжений. В области концентратора повышается локальное напряжение в зерне.
В практике часто циклической нагрузке подвергаются зерна, прошедшие через металлические поверхности. В этом случае из-за контактного трения поверхностные слои зерен разрушаются.
Наличие контактного трения при циклическом нагружении в общем случае приводит к снижению циклической прочности зерновки.
Обрабатываемый зерновой материал в канале находится под действием восходящего потока во взвешенном и свободном состоянии. Тяжелые включения и часть зерна при оптимальном режиме воздушного потока для очистки зерна от легких примесей движутся по поддерживающей сетке к выходу обрабатываемого материала. Имеющийся поворотный выступ (регулируемый) с прорезиненным слоем на поддерживающей сетке препятствует движению тяжелых включений к выходу очищенного материала "мягким" режимом движения, под углом к 90° к общей касательной, проведенный к ударяющимся телам, в точке удара пропуская движущийся зерновую массу. Тяжелые включения движутся вдоль поворотного выступа и попадают в отверстие в поддерживающей сетке, через которое они выводятся за пределы канала сепарации зерна восходящим воздушным потоком.
Эффективность работы канала сепарации зерна восходящим воздушным потоком, надежность технологического процесса и получение биологически ценных за счет сведения механических повреждений к достижимому минимуму, с другой морфологической и физиологической зрелостью семян при выделении тяжелых включений и легких примесей обеспечивается рациональной высотой h поворотного выступа и использования на поверхности выступа прорезиненного слоя.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен вертикальный разрез канала вдоль направления движения обрабатываемого материала; на фиг.2 - разрез А-А канала по фиг.1; на фиг 3 - горизонтальный разрез канала перпендикулярной плоскости фиг.1.
Канал для сепарации зерна восходящим воздушным потоком образован передней 1, задней 2 и боковыми 3 и 4 стенками, содержит сетку 5 для поддержания сепарирующего материала, окно 6 для ввода исходного материала в канал, выполненное в передней стенке 1 над сеткой 5, и окно 7 для вывода обработанного материала из канала у противоположной задней стенки 2. На поверхности сетки 5 расположен поворотный выступ 8 с прорезиненным слоем 9 на внешней его поверхности, в конце которого находится отверстие 10, а именно у основания выступа 8 выполнено, по крайней мере, одно отверстие диаметром не менее восьмикратной средней толщины зерновок обрабатываемого материала для вывода тяжелых включений обрабатываемого материала. Выступ 8 с прорезиненным слоем 9 снижает механические повреждения семян к достижимому минимуму и препятствует движению тяжелых включений к выходу очищенного материала.
Поворотный выступ 8 состоит из стальной пластины с прорезиненным слоем 9 на стороне встречного движения зерновой массы. Выступ 8 прикреплен к основанию поддерживающей сетки 5 и монтирован к боковым стенкам 3 и 4 канала при помощи стержня 11, проходящего по центру поворотного выступа 8. Регулирование угла φ поворота выступа 8 осуществляется рукояткой 12. В случае если на поверхности сетки 5 расположены два или более поворотных выступов 8, то они соединены между собой с боковых сторон посредством тяг (рычагов или т.п.) и регулирования по высоте h (на угол φ) происходит синхронно/одновременно и с одинаковой угловой скоростью в одном направлении.
Рабочий процесс осуществляется следующим образом.
Исходный зерновой материал, состоящий из зерна и подлежащей выделению более легкой, чем зерно, примеси и тяжелых включений, через окно 6 подается в канал, где подвергается воздействию восходящего воздушного потока, нагнетаемого снизу канала или отсасываемого сверху его каким-либо генератором воздушного потока (не показан). В результате воздействия восходящего воздушного потока зерновой материал приобретает состояние кипящего слоя, в котором движется от передней стенки 1 к задней 2, расслаиваясь на фракции. Частицы легкой фракции (примесь) всплывают в верхние слои зернового потока и уносятся воздушным потоком за переделы канала, а основное зерно остается в нижних слоях потока обрабатываемого материала над поддерживающей сеткой 5, практически не касаясь ее.
Тяжелые включения и части зерновой массы остаются на поверхности сетки и движутся в сторону выхода обработанного материала. При встрече тяжелых включений с поворотным выступом 8 с прорезиненным слоем 9 прекращается движение их к выходу обработанного материала. Они начинают двигаться вдоль выступа 8 и выводятся через отверстие 10 в сетке 5 (поддерживающей) за пределы канала. Обработанное зерно (основное зерно) преодолевает регулируемый выступ 8 "мягким" режимом движения, под углом к 90° к общей касательной, проведенный к ударяющимся телам в точке удара, и выходит через окно 7 для выхода очищенного зерна, за пределы канала, а тяжелые включения задерживаются поворотным выступом 8.
Предлагаемое изобретение позволяет производить очистку зернового материала одновременно (за один пропуск через канал для сепарации зерна восходящим воздушным потоком) как от легких примесей, так и от тяжелых включений сведением механических повреждений семян к достижимому минимуму, с другой - морфологической и физиологической зрелостью семян при обработке зерновых материалов различных культур.