БАРАБАННЫЙ СКАЛЬПЕРАТОР СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
DRUM-TYPE SCALPERATOR FOR LOOSE MATERIALS

Изобретение относится к технике для разделения зерна и других сыпучих материалов для выделения грубых и крупных, посторонних и соломистых примесей с целью предохранения от засорения приемно-распределительных устройств последующего зерноочистительного оборудования, может найти применение при очистке зерна и семян в сельском хозяйстве и продуктов переработки зерна в мукомольно-крупяной, комбикормовой промышленности и может быть использовано в горнорудной промышленности и строительстве для калибровки материалов разнообразной формы, других отраслях.
Известно устройство для сепарации зерновых материалов, включающее перфорированный барабан, установленный на горизонтальном валу, привод вращательно-колебательного движения барабана, загрузочный бункер и приемники продуктов разделения (SU 1407580, 07.07.1988).
При работе этого сепаратора зерновые материалы лучше разрыхляются на рабочей поверхности барабана.
При разделении различных зерновых материалов качество сепарации может снижаться из-за зависимости параметров колебательного и вращательного движения. Из-за колебательного движения перфорированного барабана технологические свойства (биологическая ценность) семян снижается пропорционально значению амплитуды колебания. Кроме того, механизм привода вращательно-колебательного движения является ненадежным в эксплуатации.
Известно устройство для сепарации зерновых материалов, включающее перфорированный барабан, установленный на горизонтальном валу, привод вращательно-колебательного движения барабана, загрузочный бункер, приемники продуктов разделения. Согласно изобретению соосно с валом барабана установлен основной приводной вал, на перпендикулярном прутке которого расположен кривошипно-шатунный механизм, при этом шатун соединен со стержнем, закрепленным радиально на валу барабана, причем радиальный стержень выполнен с возможностью колебаний в плоскости, перпендикулярной оси вала. Кроме того, он снабжен виброприводом осевых колебаний, при этом вал барабана расположен на вертикальных стойках, которые выполнены с возможностью колебаний в плоскости, перпендикулярной оси вала, а на конце вала барабана со стороны основного приводного вала и соосно с ним установлена муфта (RU 2275251, 12, 27.04.2006).
Данное устройство для сепарации зерна обеспечивает повышение качества процесса сепарации за счет улучшения расслоения зернового слоя и повышения просеиваемости проходовых частиц через поверхность перфорированного барабана. Улучшение эффективности просеивания достигается за счет наложения сложного силового поля, составляющими которого являются круговые и осевые колебательные движения на зерновой слой, находящийся на цилиндрической перфорированной поверхности.
Недостатком такого устройства для сепарации зерна является снижение прочности зерна различных культур, вызванное сложным колебательным движением цилиндрической перфорированной поверхности.
Исследования работы устройства для сепарации зерна показали, что повреждение поверхности зерна, его зародыша, образование внутренних и внешних трещин в теле зерновых произошли за счет ударного воздействия зерна с перфорированной поверхностью.
Процесс разрушения зерна ударом о перфорированную поверхность оказывает существенное влияние на образование в них трещин, то есть на величину коэффициента восстановления.
Аналогичная зависимость наблюдается и для других видов зерна.
Исследования работы устройства, при которой начинаются структурные изменения в зерне, позволяют более правильно подобрать режим работы устройства для сепарации зерна.
Кроме того, механизм привода вращательно-колебательного движения снижает надежность сепаратора в эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является сепаратор сыпучих материалов, включающий цилиндрический барабан с отверстиями и установленный в его полости приводной ротор с закрепленными на роторе прутками, расположенными рядами, параллельными оси, так, что между концами прутков и поверхностью барабана имеются зазор и приспособления для загрузки материала и для отвода продуктов разделения. Ось барабана наклонена к горизонтальной плоскости, барабан установлен с возможностью вращения вокруг своей геометрической оси и имеет индивидуальный привод, отверстия в барабане выполнены круглыми, при этом прутки выполнены из упругого материала и в диаметральном сечении барабана имеют S-образную форму, величина зазора между концами прутков и поверхностью полости барабана уменьшается в направлении от загрузочного приспособления к приспособлениям для отвода продуктов разделения, а величина расстояний между прутками в каждом ряду превышает величину диаметра отверстий в барабане (RU 2130343, 20.05.1999).
Однако указанный сепаратор сыпучих материалов обладает существенным недостатком, так как при поступлении продукта из загрузочного приспособления на поверхность перфорированной поверхности через ее отверстия могут пройти длинномерные (соломистые) частицы. В состав мелкой фракции могут попасть длинномерные крупные частицы, что снижает эффективность разделения продукта на фракции. Из-за недостаточной подвижности частиц продукта на перфорированной поверхности образуется свод слоя продукта, т.е. некоторые мелкие частицы могут быть унесены вместе с крупными. Кроме того, в сепараторе из продукта не отделяются легкие частицы и в отверстиях перфорированной сетки могут застрять крупные частицы.
Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в создании такой конструкции барабанного скальператора сыпучих материалов, которая учитывала бы указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в повышении эффективности разделения зернового материала при обработке различных культур с обеспечением максимальной сохранности биологической ценности семян за счет плавного воздействия пластин в процессе разрыхления материала и доступа мелких частиц к отверстиям.
Указанный технический результат достигается в барабанном скальператоре для разделения зерна и других сыпучих материалов, содержащем корпус, в котором внутри жестко зафиксирован к стойке корпуса цилиндрический барабан с перфорированной поверхностью и горизонтальной осью вращения, при этом под перфорированной поверхностью барабана и на его концах установлены профильные кольца, причем на торцевой части каждого профильного кольца располагаются сквозные отверстия для установки валиков.
Валики установлены вместе с пластинами и выполнены с возможностью свободного вращения вокруг своей оси под действием фрикционных сил при взаимодействии концов валиков со сплошной обрезиновой поверхностью профилированного кольца, жестко закрепленного в неподвижном состояний на П-образном кронштейне.
Валики представляют собой прутки и содержат пластины высотой 8 см, расположенных параллельными рядами к оси цилиндрического барабана с возможностью образования между прутками с пластинами и перфорированной поверхностью цилиндрического барабана зазора.
Величина зазора между прутками с пластинами и перфорированной поверхностью цилиндрического барабана в направлении от загрузочного приспособления к приспособлениям для отвода продуктов разделения имеет одинаковое значение, а величина расстояния между валиками в каждом ряду превышает величину диаметра отверстий (dc) в перфорированной поверхности барабане с шагом dc (7÷10).
Предельное напряжение, при котором происходит разрушение деформируемого тела, характеризует периметр площади контакта "зерно-перфорированная сетка".
Снизить повреждения семян удалось путем плавного вращения перфорированной поверхности и улучшения разрыхления материала за счет установленных под сеткой свободно вращающихся прутков с пластинами. Это позволяет обеспечить "мягкий" режим движения, в первую очередь, необходимый для обработки таких легко травмируемых культур, как зернобобовые и крупяные.
При увеличении частоты вращения цилиндрического барабана с перфорированной сеткой наблюдается рост частоты испытания, несколько падают величины пределов выносливости и число циклов до разрушения зерен. Уменьшение частоты приводит к повышению пределов выносливости. Имеются два фактора, которые могут способствовать этому явлению. Во-первых, долговечность связана с величиной пластической деформации в процессе каждого цикла изменения нагружения, а при низких частотах вращения перфорированного барабана 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.
Сущность изобретения заключается в том, что установлены во внутренней полости, на концах, под перфорированной поверхностью цилиндрического барабана профильные кольца, жестко фиксированного к стойке корпуса барабанного скальператора. К корпусу приварены три стойки, имеющие опорные пластины с отверстиями для крепления машины к перекрытию болтами. На одной торцевой стенке корпуса с внешней стороны приварен П-образный кронштейн, служащий для установки подшипниковых опор приводного вала и узлов привода.
На торцевой части профильного кольца располагаются сквозные отверстия для установки валиков (прутков), свободно вращающихся вокруг своей оси под действием фрикционных сил при непосредственном взаимодействий трением концов валика со сплошной обрезиновой поверхностью кольца, закрепленного жестко в неподвижном состояний на П-образном кронштейне. Валики состоят из прутка и пластины высотой 8 см, расположенных рядами, параллельными оси так, что между прутками с пластинами и перфорированной поверхностью барабана имеется зазор и приспособления для загрузки материала и для отвода продуктов разделения. Ось барабана наклонена к горизонтальной плоскости, барабан установлен с возможностью вращения вокруг своей геометрической оси и имеет индивидуальный привод, отверстия в барабане выполнены круглыми или прямоугольными, при этом прутки выполнены из упругого материала. Величина зазора между вращающимися валиками с пластинами и поверхностью полости перфорированной поверхности барабана в направлении от загрузочного приспособления к приспособлениям для отвода продуктов разделения имеет одинаковое значение, а величина расстояний между валиками в каждом ряду превышает величину диаметра отверстий (dc) в перфорированной поверхности барабана с шагом dc (7÷10).
Прутки с пластинами во внутренней полости цилиндрического перфорированного решета способствуют интенсификации просеивания проходовых фракций через внутреннюю рабочую поверхность решета, т.е. для предотвращения накапливания материала внутри цилиндра.
Стабилизация плотности обрабатываемого в рабочей поверхности решета зернового потока, входящего во внутреннюю полость перфорированной поверхности через загрузочное устройство, достигается тем, что при встрече зернового потока с пластиной во внутренней полости барабана основная часть зерна без повреждения зернового материала задерживается его лобовой поверхностью и опускается на перфорированную поверхность, распределяясь слоем, близким по плотности поступающему из загрузочного устройства на участок сетки до прутка с пластиной и тем самым предотвращая задержку материала внутри перфорированной поверхности цилиндрического барабана.
Эффективность работы барабанного скальператора сыпучих материалов, устойчивость показателей качества процесса сепарации, надежность технологического процесса и получения биологически ценных семян со сведением их механических повреждений к достижимому минимуму и сохранением морфологической и физиологической зрелости при обработке зерновых материалов различных культур обеспечиваются рациональными соотношениями, связывающими основные параметры высоты пластин и их размещения во внутренней полости цилиндрического перфорированного решета.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид барабанного скальператора; на фиг.2 - общий вид цилиндрического барабана; на фиг.3 - поперечный разрез цилиндрического барабана по фиг.2; на фиг.4 - общий вид прутика с пластиной по фиг.1.
Скальператор содержит корпус 1 сварной конструкции, изготовленный из листовой стали и представляющий собой полузакрытую сверху и снизу рабочую камеру для размещения цилиндрического барабана 2 с перфорированной поверхностью 8, жестко закрепленного на валу 3 посредством вертикальных стоек 4, которые имеют опорные пластины 5 с отверстиями для крепления скальператора к перекрытию болтами, перпендикулярных валу 3. На обеих торцевых сторонах стенок корпуса 1 с внешней стороны приварены П-образные кронштейны 6, служащие для установки подшипниковых опор 7, приводного вала и узлов привода.
Во внутренней полости, под перфорированной поверхностью 8 цилиндрического барабана 2, установлены профильные кольца 9, изготовленные из листовой стали, жестко фиксированные к опорной пластине 5.
На торцевой части профильного кольца 9 располагаются сквозные отверстия для установки валиков, свободно вращающихся вокруг своей оси под действием фрикционных сил при непосредственном взаимодействии трением концов валика со сплошной обрезиновой поверхностью 11 кольца 24, закрепленного жестко в неподвижном состоянии на П-образном кронштейне 6. Валики представляют собой прутки 10 с пластинами 12 высотой 8 см, расположенными рядами, параллельно оси так, что между прутками 10 с пластинами 12 и перфорированной поверхностью 8 барабана 2 образуется зазор.
Над перфорированной поверхностью 8 цилиндрического барабана 2 со смещением от его центра расположено загрузочное устройство 13. Загрузочное устройство 13 состоит из рассекателя 14, регулирующего разделение зерна и равномерность распределения материала в загрузочное устройство 13, и клапана потока 15. Равномерность зернового потока регулируется при помощи противовесов 16.
Ниже вала 3 со стороны, противоположной загрузочному устройству 13, установлен приемник 17 мелких частиц, а под перфорированной поверхностью 8 цилиндрического барабана 2 ближе к центру установлен приемник 18 крупных частиц и далее смещенный от центра цилиндрического барабана 2 приемник 19 более крупных частиц.
Привод скальператора осуществляется мотор-редуктором 20 с частотным преобразователем 21 или вариатором.
Для очистки перфорированной поверхности 8 от застрявших в ней зерен предусмотрена система очистки сит 22. Во время вращения барабана кольца системы очистки сит катятся по перфорированной поверхности 8 цилиндрического барабана 2 и проталкивают застрявший материал внутрь.
Изменение наклона барабана происходит при помощи рукоятки 23 регулировки барабана 2.
Рабочий процесс осуществляется следующим образом.
Поступление зерна в барабан 2 происходит через загрузочное устройство 13.
При помощи рассекателя 14 регулируются разделение потока и равномерное распределение зерна в загрузочном бункере 13. При помощи клапана потока 15 зерно образует равномерный поток (завесу). Равномерность зернового потока регулируется при помощи противовесов 16.
Барабан 2 приводится во вращательное движение мотором-редуктором 20 с частотным преобразователем 21 или вариатором.
Регулировку оборотов цилиндрического барабана 2 осуществляют потенциометром на блоке частотного преобразователя 21.
Увеличение скорости вращения цилиндрического барабана 2 с перфорированной поверхностью 8 и вращающимися прутками 10 с пластинами 12 позволяет пропускать большее количество зерна и увеличивает его текучесть, а центробежная сила ускоряет просеивание зерна через перфорированную поверхность 8.
Скорость вращения барабана 2, а также вращения прутков 10 с пластинами 12 увеличивает эффективность просеивания. Чтобы увеличить производительность, можно увеличить скорость вращения барабана 2 и соответственно прутков 10 таким образом, чтобы последние зерна начинали выходить в отходы.
Скорость вращения должна быть ограничена 20-ю оборотами в минуту.
Частицы, находящиеся в материале под действием свободно вращающихся вокруг своей оси прутков 10 с пластинами 12, приводящихся в движение под действием фрикционных сил при непосредственном взаимодействии трением концов прутка 10 со сплошной обрезиновой поверхностью 11 кольца 24, закрепленного жестко в неподвижном состояний на П-образном кронштейне 6, распределяются по перфорированной поверхности 8 цилиндрического барабана 2.
Прутки 10 с пластинами 12 во внутренней полости перфорированного решета способствуют интенсификации просеивания проходовых фракций через внутреннюю рабочую поверхность решета.
При вращении барабана 2 установленные на профильных кольцах 9 прутки 10 с пластинами 12, свободно вращающихся в отверстиях торцевой части профильного кольца 9, способствуют стабилизации плотности обрабатываемого в рабочей поверхности решета зернового потока, что достигается посредством того, что при встрече зернового потока с пластиной 12 во внутренней полости барабана 2 основная часть зерна без повреждения зернового материала задерживается лобовой поверхностью барабана 2 и опускается на перфорированную поверхность 8, распределяясь слоем, близким по плотности слою зернового материала, поступающему из загрузочного устройства 13 на участок сетки до прутка 10 с пластиной 12, и тем самым предотвращая задержку материала внутри перфорированной поверхности 8 цилиндрического барабана 2.
Мелкие отходы и битое зерно просыпаются через перфорированную поверхность 8, мелкой перфорацией, смещенную от его центра, где расположено загрузочное устройство 13, и попадают в приемник 17, а зерно калибруется на следующей перфорированной поверхности 8 находящегося по центру вращения цилиндрического барабана 2 и попадает приемник 18. Крупные отходы не просыпаются через перфорированную поверхность 8, а проходят через весь цилиндрический барабан 2 и высыпаются в последний приемник 19.
Для очистки перфорированной поверхности 8 от застрявших в них зерен предусмотрена система очистки сит 22. Щетка-очиститель 22 с пружинами расположена сверху вдоль перфорированной поверхности 8 цилиндрического барабана 2 и закреплена в держателе. Во время вращения барабана 2 щетка-очиститель 22 системы очистки сит катится по перфорированной поверхности 8 цилиндрического барабана 2 и проталкивает застрявшие зерна внутрь.
Грязные и влажные зерна менее сыпучи. Чтобы не терять производительность при просеивании такого зерна, необходимо увеличить наклон барабана 2 при помощи регулировки барабана рукоятки 23.
Но в общем случае увеличение наклона барабана эффективно только для предварительной очистки зерна и его повышенной влажности (до сушки).
Для большинства других операций, где необходимо добиться хорошего качества сепарации, наклон должен оставаться по минимуму, почти горизонтально.
Оптимальные условия работы барабанного скальператора сыпучих материалов, обеспечивающие надежность технологического процесса и получения биологически ценных семян, обеспечиваются сведением механических повреждений к достижимому минимуму при обработке зерновых материалов различных культур и рациональными соотношениями, связывающими основные параметры высоты пластин и их размещения во внутренней полости перфорированной поверхности.
Предлагаемое изобретение позволяет значительно повысить эффективность разделения зернового материала при обработке различных культур с обеспечением максимальной сохранности биологической ценности семян за счет улучшения разрыхления материала и доступа мелких частиц к отверстиям.