Трехвальцовая плющилка зерна и зерновых смесей
THREE-ROLL FLATTENER OF GRAIN AND GRAIN MIXTURES

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству и может быть использовано для подготовки зерновых к скармливанию животным и птице, может быть использовано при производстве консервированной зерновой смеси для животноводства, а также в линии по производству комбикормов с плющеным зерном.
На сегодняшний день разработаны и применяются различные технологии и технические средства для производства плющеного зерна для разных групп сельскохозяйственных животных. Однако технология плющения до настоящего времени не нашла широкого применения на комбикормовых предприятиях из-за отсутствия надежного отечественного оборудования [1].
Известен одноступенчатый вальцовый станок Murska 700 S2 для плющения и консервирования зернового материала, состоящий из рамы, питательного бункера, устройства для улавливания магнитных примесей и регулировочной заслонкой, двух рифленых вальцов с очищающими ножами, вращающихся во встречных направлениях и образующих зону плющения и регулируемый зазор между ними, шнек и элеватор для выгрузки готового продукта.
Недостатком данного вальцового станка является то, что для улучшений условий захвата зерна применяют вальцы большого диаметра, это приводит к увеличению мощности, расходуемой на привод рабочих органов. Уменьшение зазора между вальцами с целью увеличения степени клейстеризации крахмальных зерен приводит к снижению производительности и перерасходу электроэнергии из-за плохих условий захвата зерна вальцами, что отрицательно влияет на себестоимость кормов. Рифли на поверхности вальцов вызывают сдвиговые деформации в зерновках, что приводит к образованию доли мелких частиц зерна [2].
Одним из способов повышения качества плющения зерна и улучшения условия захвата зерна вальцами является применение плющилок с внутренним контактом рабочих поверхностей.
Известна плющилка (патент №2399418 C1 В02В 3/04), включающая раму, электродвигатель и клиноременную передачу для вращения обечайки, посредством имеющегося на ее поверхности клинового паза. Обечайка вращается в подшипниковом узле. Внутри обечайки консольно установлен валец предварительного плющения и плющильный валец, которые вращаются на валах в подшипниках. Другими концами валы жестко закреплены на платформе, которая одним концом шарнирно закреплена на раме, а другим концом опирается на пружину, надетую на шпильку. Жесткость пружины может изменяться регулировочной гайкой, за счет перемещения ее по резьбе шпильки.
Мини-плющилка работает следующим образом: зерно из бункера поступает внутрь обечайки к вальцу предварительного плющения, сдавливается и растрескивается, после чего передвигается дальше к плющильному вальцу, которым сплющивается до установленной толщины.
Однако, производительность таких плющилок ограничена затруднениями подачи исходного зернового материала к зоне захвата вальцов [3]. При плющении влажного зерна происходит налипание на поверхность обечайки и вальца предварительного плющения, что приводит к уменьшению зазора между ними, а следовательно, к ухудшению условий захвата зерна
Известен плющильный станок (патент РФ №2477178, 2013 г., В02С 4/06), который может работать в одноступенчатом и двухступенчатом режимах. Для плющения зерна влажностью выше 28% станок настраивается на одноступенчатый режим. Для этого нижний валец вместе с криволинейным и нижним ножом и пружинами смещаются винтовым устройством на максимально допустимое расстояние от основного вальца. В этом случае плющение влажного зерна осуществляется основным и боковым вальцами, затем попадает в камеру смешивания, где смешивается с консервантами и выводится наружу для закладки на хранение.
Основным же недостатком при такой схеме работы станка является то, чтобы обеспечить ее производительность и качество готового продукта, исходное зерно необходимо калибровать по размеру. Так как условия захвата частиц определяются их размером, диаметром вальцов и зазором между ними. Крупные зерна, для которых в полной мере не выполняются условия захвата, валиком собираются над щелью, образованной вальцами, вращающимися на встречу друг другу и плохо затягиваются [4]. Увеличение щели между вальцами приводит к снижению качества готового продукта.
Для плющения зерна влажностью ниже 28% нижний валец, ножи и пружины смещают винтовым устройством к основному вальцу на технологически необходимое для второй ступени плющения расстояние от основного вальца. Процесс плющения осуществляется основными и боковым и основным и нижним вальцами, затем продукт попадает в камеру смешивания с консервантами и выводится наружу для закладки на хранение.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции, представляющей собой практически два вальцовых станка с приводом каждого вальца и индивидуальными очищающимися ножами. Рабочий процесс вальцов взаимосвязан, поэтому изменение настраиваемых параметров одной ступени неизбежно приводит к изменению параметров технологического процесса обеих ступеней, а следовательно, и к изменению качества готовой продукции. Поэтому конструкция не пригодна для плющения зерновой смеси с широким диапазоном размера и влажности частиц.
Наиболее близкими по технической сущности заявляемому является двухступенчатая плющилка зерна (патент РФ 2647916 С2 2016 г., В02С 4/06), включающая в себя привод и кинематически связанные с ним основной, боковой и нижний вальцы, установленные на раме с возможностью смещения относительно друг друга для регулирования зазоров между ними, питательный бункер с установленными в нем питающим вальцом и регулировочной заслонкой, криволинейную направляющую пластину, очищающие ножи для каждого вальца, направляющую пластину, установленную за очищающим ножом нижнего вальца, пластину со смонтированным на ней форсунками для подачи раствора консерванта.
Проведенные патентные исследования конструкции двухступенчатых вальцовых станков для плющения влажного зерна позволили выявить их основные недостатки: поверхность вальцов для плющения зерна используется только в точках контакта с зерном; после выхода зерна из первой ступени оно частично восстанавливает свои размеры, что вызывает ударные нагрузкам во второй ступени плющения и приводит к образованию доли мелких частиц; процесс созревания зерна в колосе на поле проходит неравномерно, отсюда следует, если первая ступень станка настроена для плющения зерна низкой влажности, а в потоке зерна, поступающего в бункер плющилки, будет находиться зерно с высокой влажностью, то производительность плющилки снизится, так как высоковлажное зерно значительно крупнее, чем зерно с низкой влажностью, поэтому оно не будет захватываться вальцами; если первая ступень настроена на плющение высоковлажного зерна, то это вызовет налипание продуктов плющения на рабочие органы станка, и в результате произойдет забивание пространства между цилиндрической поверхностью основного вальца и неподвижным криволинейным очищающим ножом, что приведет к прекращению подачи продукта ко второй зоне плющения. Конструкция станка также непригодна для плющения зерновой смеси с широким диапазоном размера частиц из-за сложных условий их захвата вальцами.
Задачей заявляемого изобретения является разработка конструкции трехвальцовой плющилки, обеспечивающей высокую надежность технологического процесса и качество получаемого продукта при плющении зерновой смеси различных культур с разной влажности.
Решение поставленной задачи достигается тем, что для реализации предложенного процесса плющения влажного фуражного зерна и зерновой смеси в вальцовой плющилке, содержащей питательный бункер с установленными в нем питающим вальцом и регулировочной заслонкой, очищающие ножи, форсунки для подачи раствора консерванта, камеру смешивания плющеного зерна и консерванта, привод и кинематически связанные с ним основной, боковой и нижний вальцы, установленные на раме с возможностью смещения бокового и нижнего вальцов относительно основного для регулирования зазоров между ними, при этом нижний и боковой вальцы связаны между собой бесконечной лентой, образуя ленточный транспортер с ведущим нижним, ведомым боковым вальцами и натяжным валиком. Верхняя лента транспортера огибает основной валец, образуя рабочие зоны, которые постепенно переходят друг в друга: зона приема и защемления и предварительного плющения зерна, зона мягкого режима плющения и зона основного плющения.
Отличительной особенностью предложенного устройства является создание рабочих зон, позволяющих лентой подвести зерновку к рабочей поверхности основного вальца, при этом в результате нормального давления последнего на зерновку поверхность ленты частично деформируется, обеспечивая этим надежное защемление зерновки между лентой и поверхностью основного вальца с последующей деформацией по мере продвижения ее к зоне основного плющения. Постепенная деформация зерновок поверхностью основного вальца и лентой позволяет осуществлять мягкий непрерывный режим плющения, который обеспечивая выравнивание зерен по толщине перед подачей их в зону основного плющения, позволяет значительно уменьшить ударные деформации зерна и расширить технические назначения предложенного устройства возможностью плющения, как фуражного зерна, так и зерновой смеси с различным гранулометрическим составом. При этом осуществляется непрерывный контакт исходного зерна с поверхностью основного вальца и ленты в течение всего цикла плющения.
На фиг. 1 представлен общий вид, разрабатываемой трехвальцовой плющилки, на фиг. 2 указаны рабочие зоны: А-Б - зона захвата и предварительного плющения зерна, Б-В - зона мягкого режима плющения зерна, В-Г - зона основного плющения зерна.
Трехвальцовая плющилка состоит из рамы 1, питательного бункера 2 с регулировочной заслонкой 3, питающего вальца 4, криволинейной, направляющей пластины 5, верхнего основного вальца 6, ленточного транспортера 7. Верхний основной валец 6 установлен на неподвижных опорах. Верхний боковой валец 8 и нижний 9 валец транспортера установлены на подвижных опорах для регулирования положения вальцов относительно основного вальца 6. Натяжное устройство ленты 10, установлено со стороны холостой ветви транспортера, очищающий нож 11 у поверхности основного вальца 6 и очищающий нож 12 у поверхности ленты. За очищающим ножом 12 установлена направляющая пластина. Привод верхнего основного вальца 6 и нижнего вальца 9 транспортера 7 осуществляется от электродвигателя 13, питающего вальца 4 - через цепную передачу от верхнего основного вальца 6. Линейное усилие давления поверхности ленты на продукт в зоне мягкого режима плющения поддерживается механизмом 14.
Плющильный станок работает следующим образом. Влажное зерно, например после термической обработки или зерновую смесь, собранную в фазу молочно-восковой спелости подают для плющения и консервирования в вальцовый станок, настроенный следующим образом: валец 8 транспортера 7 смещают устройством относительно верхнего основного вальца 6 на расстояние, обеспечивающее стабильный захват частиц самой крупной фракции зерновой смеси, а механизм 14, обеспечивающий необходимое линейное давление поверхности ленты на продукт настраивают в зависимости от влажности исходного зерна, с целью организовать непрерывную деформацию зерна при его движении к основной зоне плющения. Влажное зерно или зерновая смесь из питательного бункера 2 подается питающим вальцом 4 по криволинейной пластине 5 в зону приема (зазор между верхним основным вальцом 6 и лентой транспортера 7), в результате нормальной составляющей силы давления поверхности основного вальца на зерно происходит частичная деформация ленты, что приводит к увеличению силы трения - сцепления частиц с поверхность ленты, обеспечивая этим надежный захват и защемление частиц верхним основным вальцом 6 и полотном транспортера 7 с последующей деформацией их в зоне предварительного плющения. Далее частицы плавно переходят в зону мягкого плющения, где в зависимости от их крупности, деформируются, выравниваясь по толщине за счет нарастающего линейного давления на них поверхности ленты, регулируемого механизмом 14 и подаются в зону основного плющения, вальцом 6 и вальцом 9 через ленту транспортера 7, затем попадают в камеру смешивания (на рисунке она не указана), где смешивается с консервантом и выводится наружу для закладки на хранения.
Таким образом, использование предлагаемой трехвальцовой плющилки - решает поставленные перед изобретением задачи: обеспечивает стабильный захват и надежное защемление зерен и зерновой смеси в широком диапазоне их размера, за счет повышения сил трения сцепления частиц с поверхностью ленты; создание зоны мягкого режима плющения позволяет увеличить время воздействия сжимающих сил на зерновой материал, обеспечивая этим выравнивание частиц по толщине и повышение надежности процесса перехода деформированного продукта из зоны предварительного плющения в основную, исключая при этом ударные воздействия на частицы. Все это вместе позволяет повысит производительность трехвальцовой плющилки, качество готового продукта, а также использовать ее в комбикормовой промышленности и при производстве плющеной консервированной зерновой смеси для животных.
Источники информации
1. Афанасьев А., Остриков А., Василенко В. Линия но производству комбикормов с плющеным зерном // Комбикорма №11. 2013 г. С. 43-50.
2. Власов П.А. Результаты исследования вальцовой и дисковой плющилки зерна / П.А. Власов, В.В. Коновалов, В.П. Терюшков и др. // Вестник Всероссийского Научно-исследовательского института механизации животноводства. – 2014. - №4(16). - С. 226-229.
3. Рылякин Е.Г. Миниплющилка для личного подсобного хозяйства / 2-я Международная науч.-практ. конф. «Наука и инновации-2009» - Przemysl, Польша: Sp.Zo.o «Nauka i Studia», 2009. - С. 45-48.
4. Дешко В.И. Исследование и обоснование режимов плющения зерна после влаготепловой обработки // Автореф. на соиск. уч. степ. к.т.н. - 1978. С. 19.