ВАЛКОВАЯ МЕЛЬНИЦА
ROLLER MILL

Изобретение относится к технологии переработки зерна и может быть использовано на сельскохозяйственных предприятиях, в мукомольной промышленности, при производстве плющеного зерна и комбикормовой смеси.
Известна валковая мельница, содержащая корпус, размольный стол, размольные валки. Стол выполнен с волнообразным желобом (RU 2081703 C1, МПК B02C 15/06, опубл. 20.06.1997 г.).
Недостатком аналога является недостаточная эффективность размола частиц материала и невозможность регулирования потребляемой мощности.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является валковая мельница, содержащая корпус, валки на подвижных и неподвижных опорах, гидравлическое устройство для поджима подвижного валка к неподвижному, предохранительное устройство (RU 2085286, МПК B02C 4/00, опубл. 27.07.1997 г.), которое принято за прототип.
Недостатком прототипа является недостаточная эффективность измельчения, невозможность регулирования потребляемой мощности (энергозатрат) при измельчении материала.
Задачей предлагаемого устройства является повышение эффективности, снижение потребляемой мощности при измельчении материала, например при помоле зерна различных сельскохозяйственных культур.
При измельчении сыпучих материалов, например зерна, частица материала, попадая между вращающимися валками мельницы, приобретает определенную линейную скорость, задаваемую вращающимися валками, и воспринимает силы давления и сдвига, действующие в межвалковом пространстве.
Технический результат достигается тем, что валковая мельница содержит корпус, валки на опорах, гидравлическое устройство для поджима одного валка в другому, но в отличие от прототипа бочки валков имеют шероховатость 0,9 мкм ≤ Ra ≤ 1,8 мкм, оба валка оснащены отдельными приводами с системой управления, которая обеспечивает регулирование скоростей вращения валков, причем отношение линейных скоростей вращения валков v1 и v2 определяется по формуле k=v1/v2, где коэффициент рассогласования линейных скоростей k задан в пределах 0,8≤k≤1,5. Кроме того, один из валков не оснащен приводом, то есть является бесприводным (холостым).
В изобретении предлагается выполнять поверхность валков с шероховатостью, которая выбрана в пределах 0,9 мкм ≤ Ra ≤ 1,8 мкм в связи с тем, что помол зерна в валках, имеющих такую шероховатость бочки облегчает захват зерна из бункера и перенос его в зону обработки - в зазор между валками, который установлен на валковой мельнице при помощи гидравлического устройства для поджима одного валка к другому. При работе на шлифованных валках, т.е. имеющих шероховатость бочки ниже 0,9 мкм, происходит проскальзывание зерна, оно не успевает измельчаться. В то же время помол зерна в валках, имеющих шероховатость бочки Ra ≥ 1,8 мкм, приводит к нарушению непрерывности процесса измельчения и повышению мощности привода валков и, соответственно, увеличению энергозатрат.
Наличие отдельного привода с системой управления на каждый валок дает возможность задавать им различные окружные скорости. При этом коэффициент рассогласования линейных скоростей валков k определяется соотношением:
где v1 и v2 - линейные скорости первого и второго валков.
Известно, что линейные скорости первого и второго валков пропорциональны их угловым скоростям и определяются по формуле
где w1, w2 - угловые скорости первого и второго валков,
R=R1=R2 - радиус первого и второго валков
Следовательно, коэффициент равен
С помощью раздельных приводов первого и второго валков могут быть получены следующие величины коэффициента рассогласования линейных скоростей валков:
- при k=1 линейные и угловые скорости валков равны v1=v2, w1=w2;
- при k≥1 линейные и угловые скорости первого валка больше скорости второго валка v1≥v2, w1≥w2;
- при k≤1 линейные и угловые скорости первого валка меньше скорости второго валка v1≤v2, w1≤w2.
Было установлено, что оптимальным является диапазон для коэффициента рассогласования окружных скоростей валков 0,8≤k≤1,5, при котором на измельчаемый материал, например зерно, попавшее в зазор между валками, которое движется с определенной линейной скоростью, обеспечивается воздействие помимо силы деформации сжатия, дополнительное воздействие за счет деформации сдвига, за счет линейных скоростей.
Дополнительное воздействие деформации сдвига обеспечивает снижение потребляемой мощности на помол зерна (энергетических затрат). Таким образом, для измельчения зерна, например пшеницы, ржи, овса и других культур, при влажности 13-18% наиболее эффективным является коэффициент рассогласования окружных скоростей валков 0,8≤k≤1,5. При этом обеспечиваются минимальные энергетические затраты.
Если k≥1,5, то V1≥V2, линейная скорость вращения первого валка намного больше скорости вращения второго валка, то происходит пробуксовка валков. При этом процесс измельчения зерна затрудняется.
Если k≤0,8, то v1≤v2 линейная скорость вращения первого валка меньше скорости вращения второго валка, то ограничивается захват зерна в очаг обработки.
В случае когда один из валков неприводной, угловая скорость его зависит от момента сопротивления в подшипнике (Выдрин В.Н. Динамика прокатных станов, М.: Металлургиздат, 1960, с.126).
При обработке зерна между приводным и неприводным валками, имеем следующее соотношение:
где C - коэффициент, определяемый моментом сопротивления в подшипнике неприводного валка.
При одном неприводном валке, если C=1,1, то коэффициент рассогласования окружных скоростей валков k=1,1. Помол зерна валками, один из которых неприводной, упрощает конструкцию валковой мельницы, а также снижает мощность привода, подводимую в зону обработки зерна валками.
Возможность регулирования скоростей вращения валков позволяет также воздействовать на крупность частиц (тонкость) помола, за счет силы сжатия, которая обеспечивается зазором между валками, и за счет сдвига одной поверхности зерна относительно другой. Это способствует интенсификации и снижению энергоемкости процесса помола зерна.
На фиг.1 изображена схема валковой мельницы, на фиг.2 - вид сверху.
Валковая мельница (фиг.1), содержит корпус 1, валки 2 на опорах, гидравлическое устройство 3 для поджима одного валка к другому, валки установлены на подвижных опорах 4 и 5 и оснащены отдельными приводами (фиг.2) 6 и 7 с системой управления 8, которая обеспечивает регулирование скоростей вращения валков, бункер 9 (фиг.1), поддон 10.
Валковая мельница работает следующим образом.
Первоначально устанавливают усилие поджима одного валка к другому с помощью гидравлического устройства 3 через подвижную опору 4, которая сдвигается и устанавливает зазор между валками на расстоянии, например, 1-2 мм. Затем через бункер 10 зерно равномерно подают в зазор между первым и вторым валками.
При включении тиристорной системы управления электроприводом 8 в первом режиме привод валков 6 и 7 включается мощность первого валка 80 Вт, мощность второго валка 80 Вт, суммарная мощность 160 Вт. Тогда при радиусе валков, равном R=100 мм, и при v1=1 м/мин обеспечивается равенство угловой скорости первого и второго валков w1=w2=10 об/мин. Коэффициент рассогласования линейных и угловых скоростей валков k=1, при этом происходит равномерная загрузка приводов. Зерно захватывается валками, сжимается равномерно между ними, и измельчается до крупности 1,8-2,6 мм, и поступает в поддон 10.
При включении системы управления приводом 8 во втором режиме привод 6 первого валка передает большую мощность 60 Вт, чем привод 7 второго валка 40 Вт, суммарная мощность 100 Вт. При этом угловая скорость первого валка становится больше окружной скорости второго валка: w1=15 об/мин, w2=10 об/мин. Коэффициент рассогласования линейных и угловых скоростей валков k=1,5. Зерно захватывается валками, происходит его измельчение до более мелкой фракции, крупностью примерно 0,2-1,0 мм под воздействием одновременно сил сжатия и сдвига, а затем оно поступает в поддон 10.
При включении системы управления приводом 8 в третьем режиме привод 6 первого валка передает меньшую мощность 30 Вт, чем привод 7 второго валка 50 Вт, суммарная мощность 80 Вт. При этом угловая скорость первого валка становится меньше окружной скорости второго валка, например, w1=8 об/мин, w2=10 об/мин. Коэффициент рассогласования линейных и угловых скоростей валков k=0,8. Зерно захватывается валками, при этом оно также одновременно сжимается и сдвигается, происходит измельчение до средней фракции, крупностью примерно 1,0-1,8 мм, и поступает в поддон 10.
При условии работы валковой мельницы с приводным и неприводным валками происходит следующее.
При включении системы управления приводом 8 в данном режиме привод 6 первого валка передает мощность 60 Вт, а второй работает в бесприводном режиме, суммарная мощность 60 Вт. При этом угловая скорость первого валка w1=1 об/мин, второго валка - w2=0,9 об/мин. Коэффициент рассогласования линейных и угловых скоростей валков k=1,1.
Зерно захватывается первым валком, измельчается путем одновременного воздействия двух сил - сжатия и сдвига - до крупности 1,0-1,8 мм и поступает в поддон 10.
Так как в данном режиме второй валок не передает мощность, то обеспечивается значительное снижение потребления электрической энергии (энергосбережение).
Применение изобретения позволяет обеспечить эффективную работу устройства и снизить энергетические затраты на измельчение зерна в среднем до 30%.