Способ подготовки древесной коры к использованию
METHOD FOR PREPARING TREE BARK FOR USE

Изобретение относится к переработке отходов коры, а именно к технологии отжима и измельчения коры, используемой в лесоперерабатывающей промышленности.
Известны способы подготовки древесной коры к использованию, которые осуществляют в две стадии: обезвоживание коры; измельчение обезвоженной коры. (Цывин М.М. Использование древесной коры. - М.: Лесн. пром-ть, 1973. С. 94. Житков А.В. Утилизация древесной коры. - М.: Лесн. пром-ть, 1985. С. 135).
Недостатками известных способов является последовательное использование двух типов оборудования в виде короотжимных прессов и измельчителей коры, что снижает производительность процесса за счет необходимости передачи коры с одного на другой вид оборудования.
Известен способ подготовки древесной коры и мелких древесных отходов путем механического обезвоживания коры и измельчения обезвоженной коры на мелкую однородную дробленку, осуществляемый в короотжимных экструдерах и измельчителях различных типов (Использование древесной коры в народном хозяйстве. Д.Е. Веретеник. - М.: Лесн. пром-ть, 1976. С. 120. См. глава IV, с. 47) - прототип.
Недостатками прототипа являются: использование отдельного специализированного оборудования для выполнения операций обезвоживания и измельчения коры; необходимость использования значительных производственных площадей; необходимость наличия грузоподъемного оборудования для межоперационной передачи предмета труда. Кроме того, осуществление способа по прототипу, при использовании короотжимного оборудования любого известного типа, не позволяет достичь конечной влажности коры ниже 55% при механическом воздействии на изначально крупные куски коры.
Технический результат предлагаемого изобретения - осуществление операций механического обезвоживания и измельчения коры в одном универсальном устройстве; уменьшение влажности конечного продукта до величины ниже 55%; уменьшение потребных производственных площадей; повышение производительности труда за счет отказа от межоперационного перемещения предмета труда; расширение области применения отходов окорки; снижение себестоимости производства конечной продукции.
Технический результат достигается тем, что в способе подготовки древесной коры к использованию, включающем операции загрузки исходной коры, механического обезвоживания коры отжимом до влажности 55%, измельчения коры и выгрузки готовой продукции, процесс механического обезвоживания и измельчения коры осуществляется в одном универсальном устройстве, операцию механического обезвоживания коры проводят в два этапа, когда на первом этапе отжимают кору до влажности 55%, затем проводят операцию измельчения предварительно обезвоженной отжимом коры с возможностью регулирования конечных размеров частиц коры, после чего проводят второй этап механического обезвоживания измельченной коры до влажности ниже 55%, при этом окончательную величину измельченных частиц регулируют, изменяя частоту вращения ножей режущего механизма.
Предлагаемое техническое решение имеет следующие отличия от прототипа:
- процесс механического обезвоживания и измельчения коры осуществляется в одном универсальном устройстве;
- операцию механического обезвоживания коры проводят в два этапа, и на первом этапе отжимают кору до влажности 55%;
- операцию измельчения предварительно обезвоженной отжимом коры проводят с возможностью регулирования конечных размеров частиц коры;
- проводят второй этап механического обезвоживания измельченной коры до влажности ниже 55%;
- окончательную величину частиц на этапе измельчения регулируют, изменяя частоту вращения ножей режущего механизма.
Сопоставительный анализ заявляемого способа и прототипа выявляет наличие отличительных признаков у заявляемого способа по сравнению с наиболее близким аналогом, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».
Поскольку при исследовании объекта изобретения по патентной и научно-технической литературе не выявлено решений, содержащих признаки заявляемого изобретения, отличные от прототипа, следует сделать вывод, что заявляемое изобретение соответствует критерию «существенные отличия».
Наличие отличительных признаков дает возможность получить положительный эффект, выражающийся в создании нового способа подготовки древесной коры к использованию, при применении которого возможно:
- осуществление операций механического обезвоживания и измельчения коры в одном универсальном устройстве;
- уменьшение влажности конечного продукта до величины ниже 55%;
- уменьшение потребных производственных площадей;
- повышение производительности труда за счет отказа от межоперационного перемещения предмета труда;
- расширение области применения отходов окорки;
- снижение себестоимости производства конечной продукции.
Возможность использования способа по заявляемому изобретению в лесоперерабатывающей отрасли обеспечивает ему соответствие критерию «промышленная применимость».
На чертежах представлено универсальное устройство, поясняющее осуществление способа:
Фиг. 1 Схема универсального устройства подготовки древесной коры к использованию.
Фиг. 2 Разрез А-А по фиг. 1
Универсальное устройство включает конический перфорированный корпус 1 с загрузочной воронкой 2, шнек 3, вращающийся от привода (на фиг. 1 условно не показан), ножи, выполненные за одно с кольцевой обоймой 4, свободно вращающейся на валу шнека 3 и снабженной зубчатым венцом по наружной поверхности, пружину 5, контр нож 6 в виде перфорированной пластины, жестко связанной с корпусом 1, ведущую шестерню 7, находящуюся в зацеплении с зубчатым венцом кольцевой обоймы 4 и вращающуюся от привода 8, емкость 9, приемный транспортер 10 и соединительные скобы 11.
Способ осуществляется следующим образом:
В загрузочную воронку 2 универсального устройства подают кору с естественной влажностью и продвигают ее приводным шнеком 3 в направлении ножей кольцевой обоймы 4. В период продвижения коры в указанном направлении осуществляется первый этап ее обезвоживание отжимом до влажности 55%.
Отжатая кора поступает в механизм измельчения выполненный в виде соосных со шнеком ножей, жестко соединенных с кольцевой обоймой 4, на внешней поверхности которой выполнен зубчатый венец, входящий в зацепление с ведущей шестерней 7, вращение которой осуществляется отдельным приводом 8, обеспечивающим бесступенчатое регулирование числа оборотов ведущей шестерни, а значит и вращение ножей кольцевой обоймы 4. При этом, за счет усилия пружины 5, ножи находятся в плотном контакте с плоскостью контр ножа 6, выполненного в виде стационарной перфорированной пластины.
По выходу уже измельченной коры из механизма измельчения проводят второй этап обезвоживания коры до влажности ниже 55% за счет ее уплотнения и отжима в коническом перфорированном корпусе 1 при перемещении на отрезке пути от механизма измельчения к выходному отверстию устройства.
Выгрузка коры осуществляется на транспортер 10. Отжатая влага поступает в емкость 9.
Соединительные скобы 11 позволяют осуществлять разъем и последующую сборку корпуса 1, необходимые для извлечения кольцевой обоймы 4 с ножами и контр ножа 6 для их заточки.
Таким образом, при осуществлении предлагаемого способа возможно в одном универсальном устройстве подготовить к использованию более сухую по сравнению с прототипом корьевую массу, влажность и крупность частиц которой возможно регулировать.
Поясняя возможность предлагаемого способа снизить величину конечной влажности коры по отношению к ее величине при способе обработки, изложенной в прототипе, следует отметить, что в заявляемом способе обезвоживание коры отжимом производят дважды - до и после измельчения. При этом при втором отжиме обрабатывается не крупно кусковая масса коры, а ее измельченная масса, что априори приводит к интенсификации истечения влаги при отжиме.
Конечная величина влажности готового продукта может быть величиной регулируемой, например, при использовании известного технического решения по установке в просвете выходного отверстия корпуса 1 регулятора размера выходного отверстия (Использование древесной коры в народном хозяйстве. Д.Е. Веретеник. - М.: Лесн. пром-ть, 1976. С. 120. См. с. 49, рис 8, поз. 3).
Поясняя проведение операции измельчения коры, следует отметить, что используя дополнительный привод 8 и обеспечив свободное вращение ножей, жестко закрепленных в кольцевой обойме 4, можно вращать их с частотой вращения равной или как угодно большей, чем частота вращения шнека 3. Увеличивая число оборотов ножей, а значит и скорость резания, можно уменьшить подачу на нож, что, как следствие, пропорционально уменьшит и величину частиц коры, вырабатываемых механизмом резания. Вышеизложенное подтверждается анализом известной формулы [Технология и оборудование лесных складов и лесообрабатывающих цехов: учебник / под. Ред. В.И. Патякина. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. - з84 с. С. 55, формула (2.30)]:
z
U=Ut: V,
z
где U - подача на нож, м; U - скорость подачи обрабатываемого материала, м/сек; t - шаг ножей режущего инструмента, м; V - скорость резания, м/сек.
z
Очевидно, что при увеличении V снижается величина U, а значит и уменьшается величина измельченных частиц коры. Проведенные эксперименты показали, что предлагаемым способом возможно измельчить конечный продукт до размеров корьевой пыли.
Кора, подготовленная к использованию предлагаемым способом, найдет применение в лесной промышленности для производства королита, высококачественных топливных брикетов, а так же в сельском хозяйстве для приготовления компостов и добавок в кормовые продукты.
АКТ
испытаний опытной установки измельчения коры, изготовленной в соответствии с ее конструктивным описанием, изложенным в заявке на изобретение «Способ подготовки древесной коры к использованию», авторы изобретения Бирман А.Р., Тамби А.А., Бухарин А.И.
Испытания проведены в ноябре 2021 года в лаборатории кафедры Технологии лесозаготовительных производств (ТЛЗП) Санкт-Петербургского лесотехнического университета им. С.М. Кирова.
Испытуемый материал - кора березовая с влажностью 55-60%. Размеры исходных частиц коры: длина 40-60 мм, ширина 12-15 мм, толщина 4-5 мм.
Цель испытаний - установление работоспособности опытной установки и определение параметров (крупности) частиц измельченной коры.
Результаты испытаний сведены в таблицу.
Результаты испытаний
Выводы.
1. Установка работоспособна.
2. Размер частиц измельченной коры уменьшается с увеличением частоты оборотов ножей.