СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПРЕССОВАНИЯ ДЛИННОСТЕБЕЛЬНОГО РАСТИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА
METHOD AND DEVICE FOR PRESSING LONG-STALKED PLANT MATERIAL

Область техники к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу прессования длинностебельного растительного материала, согласно которому загружают длинностебельной растительный материал в используемый для этого компрессионный элемент и осуществляют прессование длинностебельного растительного материала, после чего упаковывают спрессованный длинностебельной растительный материал в транспортные единицы для транспортировки, при этом при загрузке длинностебельного растительного материала в компрессионный элемент осуществляют контроль количества длинностебельного растительного материала в зависимости от его массы.
Настоящее изобретение также относится к устройству прессования длинностебельного растительного материала, включающему в себя компрессионный элемент, который содержит компрессионную камеру и транспортер для подачи длинностебельного растительного материала в компрессионную камеру, при этом компрессионная камера снабжена расположенным за транспортером приемным отверстием для загрузки длинностебельного растительного материала, компрессионный элемент содержит также пуансон, который установлен с возможностью перемещения между положением покоя, в котором пуансон отведен от компрессионной камеры для загрузки длинностебельного растительного материала в компрессионную камеру, и рабочим положением для прессования длинностебельного растительного материала в компрессионной камере в соответствии с заданными формой и размером.
Уровень техники
В настоящее время в сельском хозяйстве для формования такого растительного материала, как сено или солома используется прессование тюков, во время которого уплотнение скошенных растений производится с помощью заранее установленного механического сопротивления. Например, растения спрессовываются в прямоугольные тюки, при этом сила сжатия прилагается через поршень механического действия. У известного способа, применяемого в течение многих лет, есть свои ограничения, когда требуется прессовать растения с длинным и жестким стеблем, например мискантус. Когда в канале сжатия формовочного пресса находятся длинностебельные растения, они действуют как механический пуансон, в результате чего поток растений проходит через канал без сильного сжатия. Тем самым, не достигается нужная степень прессования. В конце концов, зеленая масса не спрессовывается должным образом, а транспортные мощности не используются в полной мере, вследствие чего понижается экономичность всей цепи переработки при получении растений, применяемых в качестве биомассы и энергоносителей.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа и устройства прессования срезанных или скошенных растений с длинными и грубыми стеблями (т.е. длинностебельного растительного материала), обеспечивающих более качественное и эффективное прессование и повышенную экономичность переработки растений в биомассу в сравнении с известными из уровня техники способами и устройствами.
Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении эффективности, качества, удобства, скорости, контролируемости, экономичности заполнения устройства прессования и процесса прессования с одновременным уменьшением габаритности устройства прессования.
Для достижения вышеуказанного технического результата предложен способ прессования длинностебельного растительного материала, включающий использование компрессионного элемента, загрузку длинностебельного растительного материала в компрессионный элемент и его прессование с последующей упаковкой спрессованного длинностебельного растительного материала в транспортные единицы, при этом контролируют количество длинностебельного растительного материала при его загрузке в компрессионный элемент в зависимости от массы длинностебельного растительного материала.
Особенное преимущество настоящего изобретения состоит в том, что вместо регулируемой компрессии, производимой с помощью механического сопротивления, спрессовывается определенное количество растений, полученное на основании массы растительного материала (зеленой массы). Благодаря этому каждый раз спрессовывается и упаковывается одинаковое количество растений. Расположение длинностебельных растений в компрессионном элементе не влияет на степень прессования. Это обеспечивает постоянную и достаточную степень прессования длинностебельных растений, что повышает экономичность переработки растений и оптимизирует транспортные расходы, поскольку отгружается постоянно большое количество по объему зеленой массы.
Основная идея настоящего изобретения заключается в обеспечении равномерной степени заполнения компрессионного элемента и в равномерной степени прессования, а также в увеличении указанных степеней. В отличие от используемых в настоящее время способов, реализованных на основе сопротивления потока, в способе согласно настоящему изобретению растения в определенном количестве (объеме) спрессовываются и упаковываются на основании их массы.
Согласно частному случаю осуществления способа по настоящему изобретению могут осуществлять непрерывное определение массы длинностебельного растительного материала при его загрузке в компрессионный элемент, а при достижении и/или превышении заданной массы длинностебельного растительного материала могут прерывать загрузку. Преимущество указанного этапа заявленного способа заключается в том, что непрерывное определение массы обеспечивает регулярный и частый контроль процесса заполнения. Согласно заявленному способу массу растений могут определять непрерывно, а также при выполнении следующей операции (цикла) в регулярные или нерегулярные промежутки времени.
Согласно частному случаю осуществления способа по настоящему изобретению могут определять массу длинностебельного растительного материала при его загрузке в компрессионный элемент (причем используют такой компрессионный элемент, который состоит из по меньшей мере одной части) посредством датчиков, при этом могут определять общую массу по меньшей мере одной части компрессионного элемента и содержащегося в ней длинностебельного растительного материала, а затем могут вычитать из полученной общей массы заранее известную массу по меньшей мере одной части компрессионного элемента. Преимущество указанного этапа заявленного способа заключается в том, что массу длинностебельных растений в компрессионном элементе можно определить с высокой степенью точности посредством обычных датчиков, например, датчиков веса/массы. Компрессионный элемент, который взвешивается вместе с растениями полностью или частично, имеет известную обусловленную конструкцией собственную массу (массу тары). Эту массу можно легко вычесть из общей массы, определяемой датчиком, для получения значения массы (нетто) длинностебельных растений, находящихся в компрессионном элементе. Заданную массу длинностебельных растений, находящихся в компрессионном элементе, можно определить легко и без больших затрат. Необходимую (заданную) массу можно задать как постоянную или зависящую от каких-либо параметров, например, сорт растения, содержание влаги и иных данных, важных для определения массы. Например, заданная масса для заполнения растениями с более высокой остаточной влажностью может быть выше по сравнению с растениями с низкой остаточной влажностью.
Согласно частному случаю осуществления способа по настоящему изобретению могут осуществлять прессование длинностебельного растительного материала в компрессионном элементе в соответствии с заданным объемом и/или заданной длиной прессования. Преимущество указанного этапа заявленного способа заключается в том, что происходит прессование согласно заранее определенным объему или длине при известном поперечном разрезе, в результате чего формируется всегда одинаковый брикет (транспортная единица), который благодаря его форме можно адаптировать к условиям транспортировки. Например, длину, ширину и высоту прямоугольного брикета можно подогнать под форму прицепа, полуприцепа или морского контейнера. Кроме того, появляется возможность оптимально использовать имеющийся транспорт и заметно снизить расходы на перевозку. Кроме того, при постоянной массе и при всегда постоянной форме у брикета сохраняется постоянная плотность. Это является преимуществом особенно при переработке растений в биомассу.
Сжатие при прессовании растений не зависит от силы или сопротивления. Более того: прессование производится в зависимости от расположения и количества (объема). Возникающие при этом силы варьируются в зависимости от расположения растений в компрессионном элементе. В частности, высокая сила сжатия появляется тогда, когда требуется спрессовать и согнуть стебель в продольном направлении.
Согласно частному случаю осуществления способа по настоящему изобретению могут осуществлять предварительное прессование или уплотнение длинностебельного растительного материала перед его загрузкой в компрессионный элемент. Преимущество указанного этапа заявленного способа заключается в том, что благодаря предварительному прессованию (уплотнению) загрузка ускоряется. В то же время можно уменьшить объем компрессионного элемента, если в него загружать предварительно уплотненные растения. Благодаря этому уменьшается размер используемого устройства в целом, например, мобильного пресса, используемого в сельском хозяйстве.
Согласно частному случаю осуществления способа по настоящему изобретению могут отрезать часть содержащегося в компрессионном элементе (но выступающего из него) длинностебельного растительного материала после загрузки компрессионного элемента, но отрезать перед прессованием, после чего могут начинать прессование оставшегося в компрессионном элементе длинностебельного растительного материала, при этом отрезанный длинностебельной растительный материал могут располагать при прессовании вне компрессионного элемента. Преимущество указанного этапа заявленного способа заключается в том, что процесс прессования лучше управляется благодаря разделению растений. Не происходит неконтролируемого движения концов длинностебельных растений. Отделенные и не спрессованные растения могут загружаться и прессоваться при следующей операции (цикле).
Согласно частному случаю осуществления способа по настоящему изобретению могут осуществлять последовательную загрузку длинностебельного растительного материала в компрессионный элемент и его прессование, при этом могут прерывать загрузку компрессионного элемента при прессовании. Преимущество указанного этапа заявленного способа заключается в том, что параметры процесса и степень сжатия легко управляются и настраиваются. Практика показала, что возможны колебания размера и массы транспортных единиц, не превышающие 5%. Во время испытаний была достигнута воспроизводимая точность от 1 до 2%.
Для достижения вышеуказанного технического результата также предложено устройство прессования длинностебельного растительного материала, включающее компрессионный элемент, содержащий компрессионную камеру и транспортер для подачи длинностебельного растительного материала в компрессионную камеру, при этом компрессионная камера снабжена расположенным за транспортером приемным отверстием для загрузки длинностебельного растительного материала, причем компрессионный элемент содержит пуансон, установленный с возможностью перемещения между положением покоя, в котором он отведен для загрузки длинностебельного растительного материала в компрессионную камеру, и рабочим положением для прессования длинностебельного растительного материала в компрессионной камере в соответствии с заданными формой и размером.
Особое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что благодаря подвижному пуансону (рабочему органу заявленного устройства) управление прессованием длинностебельных растений становится контролируемым. Поэтому можно отказаться от прессования длинностебельных растений, которое зависит от прилагаемой силы и осуществляется известными из уровня техники устройствами. Расположение стеблей растений в компрессионном элементе заявленного устройства не оказывает никакого влияния или влияет несущественно на степень прессования и на конечный объем транспортных единиц. Соответственно, у транспортных единиц заранее известный постоянный размер и масса. Перевозка транспортных единиц становится существенно экономичнее.
Привод пуансона может быть гидравлическим или пневматическим. Возможен механический привод, в частности можно предусмотреть подъемный шпиндель или цепной привод.
Согласно частному случаю осуществления устройство по настоящему изобретению может включать в себя блок определения массы, взаимодействующий с компрессионным элементом, состоящий из по меньшей мере одной части, и выполненный с возможностью определения общей массы по меньшей мере одной части компрессионного элемента и длинностебельного растительного материала, содержащегося в компрессионной камере компрессионного элемента. Преимущество включения блока определения массы в конструкцию заявленного устройства заключается в том, что массу длинностебельных растений, находящихся в компрессионной камере компрессионного элемента можно определить легко и с высокой степенью точности. По желанию заказчика при определении массы можно учитывать влажность растений, в результате чего будут прессоваться постоянное количество растений и формироваться брикеты одного размера. В частности, определение массы по меньшей мере одной части компрессионного элемента (или всего заявленного устройства) и находящихся в нем длинностебельных растений проще, чем механическое определение массы (нетто) загруженных в компрессионный элемент длинностебельных растений.
Согласно частному случаю осуществления устройство по настоящему изобретению может включать разделительный блок, снабженный разделителем, расположенный за приемным отверстием компрессионной камеры и выполненный с возможностью отрезания в зоне приемного отверстия выступающих из компрессионной камеры частей длинностебельного растительного материала. Преимущество включения разделительного блока в конструкцию заявленного устройства заключается в том, что разделение будет производиться непосредственно перед прессованием загруженных в компрессионную камеру длинностебельных растений. Процесс упрощается, когда разделительный блок с лезвием находится рядом с приемным отверстием компрессионной камеры.
Краткое описание чертежей
Ниже более подробно раскрываются примеры осуществления настоящего изобретения со ссылками на чертежи:
на Фигуре 1 приведена блок-схема, иллюстрирующая последовательность этапов выполнения способа согласно настоящему изобретению;
на Фигуре 2 приведена принципиальная схема устройства согласно настоящему изобретению при загрузке предварительно спрессованных длинностебельных растений в компрессионный элемент с пуансоном, находящимся в положении покоя; и
на Фигуре 3 показан компрессионный элемент согласно Фигуре 2 при прессовании длинностебельных растений с пуансоном, находящимся в рабочем положении.
Осуществление изобретения
Способ прессования длинностебельного растительного материала 9 согласно Фигуре 1 вначале предусматривает этап срезания в нижней части стебля или скашивания выросшего на поле длинностебельного растения посредством подходящего режущего инструмента (операция 100). Далее в рамках переработки и получения биомассы срезанные дпинностебельные растения собираются и предварительно спрессовываются или уплотняются (операция 200). Предварительно спрессованные растения загружаются в компрессионный элемент 1 (первая часть операции 300). Загрузка компрессионного элемента 1 производится через приемное отверстие 6. Частью процесса загрузки компрессионного элемента 1 является определение массы загруженного длинностебельного растительного материала 9 (объемная масса или масса нетто) с помощью подходящих датчиков, в частности с помощью датчиков веса/массы (вторая часть операции 300). Как только в компрессионный элемент 1 загружается заданное количество длинностебельного растительного материала 9, выступающий из компрессионного элемента 1 длинностебельной растительный материал 9 ил и его части отрезают в зоне приемного отверстия 6 (операция 400). После отрезания находящиеся в компрессионном элементе 1 длинностебельной растительный материал 9 спрессовывается в соответствии с заданным объемом и/или длиной (операция 500). Наконец, после прессования длинностебельной растительный материал 9 упаковываются в транспортные единицы (операция 600).
Предварительное прессование длинностебельного растительного материала 9 во время операции 200 производится по желанию заказчика. Тем самым, от операции 200 можно отказаться. Также по желанию заказчика производится отделение (отрезание) выступающих из компрессионного элемента 1 растений во время операции 400. Например, от операции 400 можно полностью отказаться. Также возможно сделать процесс отрезания (операция 400) составной частью процесса прессования (операция 500). В этом случае с помощью прессовального инструмента (пуансон 7) выступающий из компрессионного элемента 1 длинностебельной растительный материал 9 отрезается во время одной операции и спрессовываются.
Заявленное устройство согласно Фигуре 2 состоит из компрессионного элемента 1, блока 2 определения массы и разделительного блока 3. Компрессионный элемент 1 содержит компрессионную камеру 5, окруженную перегородками (стенками) корпуса 4. Компрессионная камера 5 снабжена приемным отверстием 6 и контропора 8. Пуансон 7 может являться как частью компрессионного элемент 1 в целом, так и частью компрессионной камеры 5. Перегородки корпуса 4 ограничивают прямоугольную компрессионную камеру 5. С торца расположены приемное отверстие 6 и напротив него контропора 8. В зоне приемного отверстия 6 закреплен пуансон 7, изображенный на Фигуре 2 в положении покоя.
Блок 2 определения массы предусмотрен в сочетании с перегородкой корпуса 4 компрессионного элемента 1. Блок 2 определения массы сконструирован таким образом, чтобы с его помощью определялась масса перегородок корпуса 4, контропоры 8 и длинностебельных растений 9, находящихся в компрессионной камере 5. Блоком 2 определения массы можно определить массу всего загруженного в компрессионную камеру 5 длинностебельного растительного материала 9 и массу всего или части компрессионного элемента 1. Определение массы пуансона 7, находящегося в положении покоя, не является обязательным в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
В зоне приемного отверстия 6 находится разделительный блок 3 с разделителем 10, например, в виде ножа. Нож может использоваться для отрезания выступающего из компрессионной камеры 5 длинностебельного растительного материала 9 в направлении резки, отмеченном стрелкой 11.
После срезания стеблей растения подаются транспортером (не изображен на Фигурах) в направлении компрессионной камеры 5 компрессионного элемента 1. Для этой цели можно предусмотреть подающий валик или цепной/желобковый транспортер или конвейер. Длинностебельной растительный материал 9 загружается через приемное отверстие 6 в компрессионную камеру 5. Положение покоя (основное положение) пуансона 7 выбирается таким образом, чтобы обеспечить простоту загрузки компрессионной камеры 5. С помощью блока 2 определения массы при загрузке последовательно определяется масса загруженного в компрессионную камеру 5 длинностебельного растительного материала 9. При достижении заданного значения массы загрузка компрессионной камеры 5 прерывается. Для этой цели транспортер останавливается или выводится из зацепления. Затем разделительным блоком 3 отрезаются растения или их части, находящиеся в зоне приемного отверстия 6 и выступающие из него. После того, как выступающий длинностебельной растительный материал 9 отрезается ножом, а нож выводится из зацепления, т.е. отводится, осуществляется компрессия в направлении, отмеченном стрелкой 12, посредством введения пуансона 7 в рабочее положение. Пуансон 7 проникает в компрессионную камеру 5 и спрессовывает находящийся в ней длинностебельной растительный материал 9. При этом растет давление на перегородки 4 и в частности на контропору 8, которая ограничивает компрессионную камеру 5 на торцевой стороне, находящейся напротив пуансона 7.
На Фигуре 3 показан пуансон 7 в рабочем положении, т.е. в положении прессования, в котором длинностебельной растительный материал 9 спрессовывается до минимальной длины, отмеченной стрелкой 13. Управление процессом прессования длинностебельного растительного материала 9 является контролируемым, а не основано на приложении обыкновенной силы/давления, как это сегодня распространено. После того, как длинностебельной растительный материал 9 спрессовывается до минимальной длины, полученный таким образом прямоугольный брикет может упаковываться в транспортную единицу и выниматься из компрессионной камеры 5: контропора 8 отводится в направлении, отмеченном стрелкой 14, и брикет в результате следующего движения пуансона 7 вперед выводится из компрессионной камеры 5.
В то время, как пуансон 7 выводится из положения покоя в рабочее положение, от определения массы посредством блока 2 определения массы можно отказаться.
Массу можно определить посредством подходящих датчиков веса/массы, имеющихся в продаже. Транспортер, блок 2 определения веса, исполнительный элемент (не изображен), закрепленный за пуансоном 7, а также разделительный блок 3 могут функционировать через общий блок управления (не изображен). Кроме того, блок управления может приводить в действие блок предварительного прессования (опция), который предварительно спрессовывает длинностебельной растительный материал 9, подаваемый в компрессионную камеру 5 компрессионного элемента 1.
Альтернативное исполнение настоящего изобретения предусматривает контропору 8 в виде жестко закрепленной контропоры. Выгрузка спрессованного длинностебельного растительного материала 9 может производиться через отдельное разгрузочное отверстие или через приемное отверстие 6.