Центробежный шелушитель семян зерновых культур
CENTRIFUGAL HULLER FOR CEREAL CROP SEEDS

Изобретение относится к зерноперерабатывающей промышленности, в частности, к технике шелушения зерна и семян, а именно к устройствам для шелушения семян зерновых культур под действием центробежных сил, а также фрикционного действия тангенциальных сил и может использоваться на предприятиях пищевой промышленности.
Известно устройство ударно-фрикционного принципа действия на центробежном шелушителе ФС 400/2, содержащее корпус с загрузочным и разгрузочным устройствами, рабочими органами которого являются ротор, выполненный в виде лопастного диска с ударными лопастями и подвижная дека, имеющая собственный привод (Оборудование для производства муки и крупы: Справочник / Сост. Демский А.В., Борискин М.А., Веденеев В.Ф., Тамаров Е.В., Чернолихов А.С. - Санкт-Петербург: Профессия, 2000. С. 295-296).
Работает центробежный шелушитель ФС 400/2 следующим образом: семена, поступающие на обработку, через механизм регулирования подачи поступают на быстровращающийся диск ротора, где подхватываются лопастями и с центробежной силой отбрасываются на подвижную деку, имеющую собственный привод. В результате ударно-фрикционного действия оболочка семян отделяется от ядра. Весь продукт шелушения выводится из корпуса через выходной патрубок.
Недостатками данного центробежного шелушителя являются быстрый износ деки, низкий коэффициент использования рабочей поверхности деки, низкий процент эффективности шелушения.
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является центробежный шелушитель семян зерновых культур (RU №191291, В02В 3/00, опубл. 01.08.2019).
Устройство для шелушения зерна содержит вертикально и соосно установленные с зазором для прохода зерна конические элементы, внутренняя и наружная поверхности которых имеют абразивные рабочие поверхности. Шелушитель работает следующим образом: семена зерновых культур поступают в средство для загрузки, далее из бункера семена поступают в пространство между внешним и внутренним коническими элементами. Под действием центробежных сил семена ударяются об абразивные рабочие поверхности конических элементов, в результате происходит очистка семян от шелухи (наружной оболочки).
Недостатками данного шелушителя являются увеличение сил трения семян о рабочие поверхности конических элементов, задержка выхода ядра и оболочки семян в емкость для сбора и снижение эффективности шелушения о рабочую поверхность внутреннего конического элемента вследствие возрастающих центробежных сил по мере скольжения семян по рабочим поверхностям конических элементов, установленных основаниями вниз.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании шелушителя зерна для крупяных культур с различным по прочности соединением оболочки зерна с ядром, повышающего производительность и эффективность шелушения семян с минимизацией битых зерен.
Решение данной технической проблемы достигается тем, что в центробежном шелушителе семян зерновых культур, содержащем средство для загрузки (приемный бункер и механизм подачи семян), расположенное сососно над бункером для шелушения, в котором концентрично и с зазором установлен конический элемент бункера, согласно изобретению на наружной поверхности конического элемента бункера расположены два винтовых желоба п-образной формы с рабочей поверхностью из резины с абразивным наполнителем. В центробежном шелушителе семян зерновых культур, согласно изобретению соосно расположены: средство для загрузки; бункер для шелушения соединен соосно с полым валом колеса (сателлита), находящегося в зубчатом зацеплении с другим центральным колесом (солнечной шестерней), при этом вращение сателлита вокруг неподвижной солнечной шестерни осуществляется за счет вращения водила, несущего подвижные оси сателлитов, причем водило установлено на ведущем валу, установленном внутри полого неподвижного вала центрального (солнечного) колеса и вращающимся от привода, состоящего из клиноременной передачи и электродвигателя.
Минимизация битых зерен после процесса шелушения согласно изобретению осуществляется за счет применения планетарной зубчатой передачи для вращения основных конструктивных элементов устройства без лобового удара семян, в котором применен только принцип фрикционного шелушения за счет увеличения радиальной и тангенциальной составляющих нормального давления семян зерновых культур на обрезиненную с абразивным наполнителем поверхность винтового желоба.
На приведенном чертеже (фиг. 1) представлен вертикальный разрез общего вида центробежного шелушителя для семян зерновых культур, состоящего из двух бункеров для шелушения; на фиг. 2 изображены вид и сечение одного бункера для шелушения с коническим элементом и двумя винтовыми желобами; на фиг. 3 изображен графоаналитический метод кинематического анализа планетарной зубчатой передач центробежного шелушителя.
Центробежный шелушитель семян зерновых культур, содержащий средство для загрузки, состоящее из двух приемных бункеров (1) и двух механизмов подачи семян (2), расположенных попарно и соосно над каждым бункером для шелушения (3), в котором концентрично и с зазором установлен конический элемент бункера (4), отличающийся тем, что на наружной поверхности конического элемента бункера (4) расположены два винтовых желоба п-образной формы с рабочей поверхностью из резины с абразивным наполнителем (5), при этом средство для загрузки и бункер для шелушения (3) соединены соосно с полым валом колеса (8), находящегося в зубчатом зацеплении с центральным колесом (9), при этом вращение полого вала колеса (8) вокруг центрального колеса (9) осуществляется за счет вращения водила (10), которое установлено на ведущем валу (11), установленном внутри полого неподвижного вала центрального колеса (12) и вращающимся от привода, состоящего из клиноременной передачи и электродвигателя (13).
Два винтовых желоба на наружной поверхности конического элемента бункера для шелушения покрыты резиной с абразивным наполнителем, что позволяет увеличить коэффициент трения семян при скольжении по желобу.
В результате применения планетарной зубчатой передачи возникают большие радиальные и тангенциальные составляющие скорости на внутренней поверхности бункера для шелушения, расположенного соосно с сателлитом, на стенках которого смонтированы два винтовых желоба, при этом семена подвергаются длительному фрикционному воздействию при прохождении к поддону для выгрузки по винтовому желобу с резино-абразивным покрытием. В зависимости от размера семян зерновых культур, изменяя размеры отверстий в коническом поддоне, расположенных над винтовыми желобами, можно регулировать подачу семян (производительность) и эффективность шелушения. Частоту вращения бункера для шелушения можно регулировать изменением передаточного отношения клиноременной передачи на ведущем валу.
Центробежный шелушитель семян зерновых культур работает следующим образом. В средство для загрузки, состоящее из приемного бункера 1 и механизма подачи семян 2, расположенного соосно над каждым бункером для шелушения 3, при помощи транспортера подаются семена зерновых культур. Электродвигатель 13 приводит во вращение ведущий вал 11 планетарной передачи с выбранным передаточным отношением зубчатой передачи: центральное (солнечное) колесо 9 и сателлит 8. Линейная скорость вращения ведущего вала - 11 регулируется диаметрами шкивов клиноременной передачи. Из бункера 1 семена поступают на конический поддон 6, где равномерно распределяются и попадают в отверстия 7. Из конического поддона 6 через отверстия 7 семена попадают в бункер для шелушения 3 и на винтовые желоба 5. Под действием центробежных и тангенциальных сил семена под большим давлением контактируют с резино-абразивной поверхностью винтовых желобов 5. Большие значения нормального давления и, как следствие большие силы трения между зерном и поверхностью желоба, приводят к разрушению (истиранию) оболочек семян уже в начале их длительного движения по винтовой поверхности желоба 5. Сбор очищенного зерна и шелухи (наружной оболочки) осуществляется в поддоне 14, а затем подача шелушенного зерна осуществляется через патрубок 15 в сепараторный аппарат для дальнейшего процесса переработки.
Эффективность предлагаемых технических решений, в частности использование планетарной зубчатой передачи для значительного увеличения окружной и линейной скоростей бункера для шелушения, подтверждается результатами примера кинематического анализа планетарной зубчатой передачи центробежного шелушителя, приведенного на фиг. 3.
Кинематический анализ выполняют графоаналитическим или аналитическим методами. Графоаналитический метод основывается на следующих положениях:
а) линейные скорости точек вращающегося звена пропорциональны угловой скорости звена и расстоянию точек до оси вращения;
б) определение скорости возможно по известной скорости двух точек звена любой точки этого звена.
H
1
2
H
1
2
Суть графоаналитического метода показана на примере кинематического анализа планетарного механизма заявленного центробежного шелушителя (см. фиг. 3) по исходным данным: частота вращения двигателя и водила - n = 1500 об/мин, модуль зацепления m = 5 мм, число зубьев z = 200, z = 200, длина водила - l = 1000 мм, тогда радиус центрального колеса - r = 500 мм и радиус сателлита - r = 500 мм, передаточное число клиноременной передачи - i = 1.
Последовательность анализа:
1
1. В заданном масштабе К (масштабный коэффициент см. фиг. 3а) строят кинематическую схему механизма.
H
H
2. Вычисляют угловую скорость водила- w = π⋅n /30 = 117 рад/с.
H
H
H
3. Определяют линейную скорость водила - V = n⋅l = 157 м/с.
2
2
V
V
H
2
2
4. Выбирают длину отрезка ОО' = 20 мм и определяют масштаб К плана скоростей - K = V / OO' = 157/20 = 7,85 (м/с)/мм.
2
2
2
5. От точки О откладывают отрезок ОО' вправо согласно направлению вращения сателлита.
2
1
1
1
2
1
2
2
2
2
1
2
r
H
1
2
6. Соединяют точки О' и P (точка P соответствует линейной скорости неподвижного центрального колеса - солнечной шестерни) и проводят данную линию до пересечения с вспомогательной линией, проведенной перпендикулярно осевой линии ОО. Таким образом, полученный отрезок РР' соответствует распределению линейных скоростей точек по диаметру сателлита. Отрезок ОО', проведенный из точки О до пересечения с прямой РР', соответствует линейной скорости центра сателлита - V и одновременно водила - V, отрезок ОО' - распределению линейных скоростей водила.
H
n
H
1
2
1
2
7. Строят план частоты вращения звеньев, для чего по заданной длине отрезка РН, соответствующей частоте вращения водила - n, вычисляют масштаб плана частоты вращения звеньев - К = n / РН = 1500/10 = 150 (об/мин)/мм. На оси х-х от точки Р откладывают вправо отрезок РН. Через точку Н проводят луч, параллельный линии ОО' плана линейных скоростей, до пересечения с осью у-у в точке S. Через точку S проводят лучи, параллельные линиям PP' плана линейных скоростей. Лучи пересекают ось х-х в точках Н и 2. Отрезки РН и Р2 на оси х-х пропорциональны частоте вращения соответствующих звеньев.
2
n
8. Вычисляют частоту вращения сателлита - n = Р2⋅К = 17⋅150=2550 об/мин.
Как видно из рисунков б) и в) на фиг. 3, использование предлагаемого устройства позволяет значительно увеличить линейную скорость и частоту вращения бункера для шелушения (сателлита), необходимых для создания требуемой силы нормального давления зерна на резино-абразивную поверхность желоба, согласно данным, приведенным в таблице 1 [3], составляют для радиальной и тангенциальной составляющих скоростей семян от 24.28 (м/с) до 47,55 (м/с).
2
В примере на рисунке 3 при частоте вращения сателлита (бункера для шелушения) - 2550 (об/мин) и максимальном значении радиуса бункера для шелушения равного - r = 0,5 (м) значение начальной линейной скорости зерна при попадании на винтовой желоб составит по данным плана скоростей около - 133,45 (м/с).
H
Центробежный шелушитель семян зерновых культур позволяет увеличить коэффициент шелушения зерна и минимизировать количество битых (разрушенных) зерен в процессе фрикционного шелушения путем поверхностного распределения энергии удара об упругую поверхность желоба; повысить производительность и эффективность шелушения в начальный момент данного процесса. Предлагаемый центробежный шелушитель можно использовать при переработке различных зерновых культур, например, овса, проса, ячменя. Экспериментально установлено, что при частоте вращения электродвигателя и водила - n = 1500 об/мин в течение первой минуты процесса шелушения на предлагаемом центробежном шелушителе эффективность процесса (в процентах % - объем полученного ядра от общего объема зерна или семян) составляет: для овса - 79%; для ячменя - 88%; для проса - 75%.
Список литературы:
1. Оборудование для производства муки и крупы: Справочник / Сост. Демский А.В., Борискин М.А., Веденеев В.Ф., Тамаров Е.В., Чернолихов А.С. - СПБ, Изд-во «Профессия», 2000. - 624 с., ил. С. 295…296.
2. Патент RU 191291, В02В 3/00, Заявка 2019100474, 2017 г.
3. Патент RU 2621988 С1, В02В 3/00, Заявка 2016118513, 2017 г.