СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РИТМИЧЕСКОГО ГРАНУЛИРОВАНИЯ И БРИКЕТИРОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD AND DEVICE OF RHYTHMICAL PELLETISING AND BRIQUETTING OF AGRICULTURAL MATERIALS

Изобретение относится к области техники, основанной на ритмических (циклических, вибрационных) принципах, в частности к сельскому хозяйству при обработке сельскохозяйственных материалов ритмическим прессованием с целью получения гранул и брикетов, а также к оптимизации параметров и режимов работы грануляторов и прессов.
Известен способ оптимизации параметров, режимов работы устройств и технологий, основанных на ритмических принципах (патент РФ №2108029, МПК А01 J5/007, опубл. 1998.04.10).
Известны способы и устройства для пищевых производств, основанные на теоретических расчетах прессующих машин («Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств» под редакцией А.Я.Соколова. Пищепромиздат. М., 1960).
В качестве основных показателей критерия эффективности известных способов, устройств и режимов работы, использовались работы традиционных грануляторов путем уплотнения материалов между вращающимися матрицей и валками.
Недостатками известных способов и устройств является то, что в них отсутствует оптимальность выбранных параметров и режимов работы.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ гранулирования и брикетирования, включающий ударно-импульсное уплотнение, на прессующий материал (А.С. СССР №710124, МПК B01F 2/20, B30B 11/20, 1973). В этом способе не изучен интервал выбора первичного виброформирования корма скребками к интервалу вибрации прессующих валков, а также не учтены режимы и параметры момента осуществления окончательного прессования продукта.
Недостатком прототипа является то, что в нем не приводятся численные значения этого отношения как на стадии формирования продукта скребками, так и в момент прессования его валками. Этот способ также обоснован на экспериментальных исследованиях, традиционно представленных существующих рабочих органов машин и механизмов. Такое обоснование не обеспечивает гарантии получения оптимальных значений параметров и режимов работы перечисленных устройств и технологий.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа и устройства, обеспечивающих оптимальные энергоэкономические параметры и режимы работы ритмического гранулирования и брикетирования сельскохозяйственных материалов.
В результате использования предлагаемого изобретения повышается надежность работы предлагаемого устройства и способа, использующих взаимосвязанные ритмические (циклические и вибрационные) принципы. При этом: сокращаются затраты труда; энергия и материальные средства; повышается точность обоснованности рабочих параметров, режимов работы аналогичных устройств и технологий. Появляется возможность создания технических устройств, систем, а также технологических процессов, основанных на применении взаимосвязанных ритмических (циклических, вибрационных) принципов действия скребков и валков.
Вышеуказанный технологический результат достигается тем, что в предлагаемом способе ритмического гранулирования и брикетирования сельскохозяйственных материалов, включающем ударно-импульсное уплотнение на прессующий материал путем временной работы прессующих валков и скребков, осуществляют регулируемую взаимоувязанную вибрацию скребков и валков, при этом соотношение ритмического взаимоувязанного времени работы формирующих материал скребков и прессующих валков устанавливают равным золотой пропорции - отношение чисел Фибоначчи и составляющим 0,618, причем вибрацию скребков и валков осуществляют в режиме поочередного включения вправо или влево импульсов генератора с частотой от 0 до 150 Гц.
Технический результат достигается также тем, что в предлагаемом устройстве ритмического гранулирования и брикетирования сельскохозяйственных материалов, содержащем рабочие органы в виде скребков, прессующих валков и матрицу, форма исполнения скребков, рационально формирующих гранулируемый или прессуемый материал, выполнена по спирально расположенной образующей относительно матрицы, с возможностью установки параметров и режимов работы, соответствующих винтовым осям симметрии по золотому сечению, равным 0,618, при этом скребки и валки выполнены с возможностью регулирования зазора между скребками, валками и матрицей соответственно от 0,3 до 10 мм и от 0,1 до 6 мм.
Известны результаты фундаментальных исследований в области самоорганизации (синергетики, неравномерной термодинамики, динамики нелинейных систем), которые включают принципы подчинения синергетики (ППС) и принцип энергетической экстремальности самоорганизации и прогрессивной эволюции (ПЭЭС и ПЭ) (Свентицкий И.И. Энергосбережение в АПК и энергетическая энергоэкстремальность самоорганизации. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2007).
Например, наиболее важным параметром прессующих машин является отношение времени «цикла формирования» ко времени цикла «прессования продукта». По обобщающим данным это отношение по экспериментальным обоснованиям разных авторов находится в широких пределах от 1,0 до 0,23. Исходя из математических соображений, оптимальное значение этого отношения должно быть близким к среднему арифметическому (1,0-0,23)=0,615. Это значение близко к отношению чисел Фибоначчи (золотая пропорция), составляющему 0,618. Большое различие этого важного экспериментального параметра (почти в 5 раз) свидетельствует о низкой надежности существующего способа оптимизации режимов гранулирования и прессования, требующего больших затрат труда, времени и материальных средств.
Наиболее сильное влияние на способ вибропрессования в целом оказывает форма формирующих скребков и частота их колебаний, взаимосвязанная с частотой колебаний прессующих валков. Форма скребка выполнена в виде спирально расположенной образующей относительно матрицы, что подтверждает теорию чисел ряда Фибоначчи и использование структурной симметрии для описания симметрии бесконечных фигур.
Взаимосвязанная вибрация скребков и прессующих роликов обеспечивает энергоэкономный ритм (режим) работы предлагаемого способа и устройства. Этот ритм соответствует отношению чисел Фибоначчи (золотая пропорция). Благодаря взаимозависимому резонансу ритма вибрации скребков и прессующих роликов будет обуславливаться равномерное восприятие колебаний прессуемого материала, создается оптимальное его структурное формирование и активное прессование при оптимальных затратах энергии, обеспечивается надежность работы всего оборудования и повышается качество гранул, брикетов.
Сущность изобретения заключается в том, что при обосновании оптимальных параметров и режимов работы устройств прессования с/х продуктов и энергоэкономных технологий, основанных на взаимосвязанных ритмических (вибрационных) принципах, показатели (параметры) способа обработки и устройств устанавливаются исходя из золотой пропорции (отношение чисел Фибоначчи). Например, временное отношение рабочего цикла прессования материала роликами и скребка (выполненного по спирально расположенной образующей) принимают равным 0,618 или близким к этому значению.
Способ может быть использован при выборе оптимальных режимов, параметров и рабочих органов для прессования сельскохозяйственных материалов (зеленой массы, комбикормов и пр.), основанных на ритмических принципах взаимосвязанной работы прессующих элементов (скребков и роликов). Частота соотношения времени «цикла прессования» со временем «цикла формирования» продукта, которое обеспечивается наличием формирующих скребков, форма поверхности которых выполнена в виде спирально расположенных образующих относительно матрицы, обеспечивается за счет использования теории структурной симметрии для расчета и описания бесконечных фигур. Это соответствует теории Фибоначчи и золотому сечению (0,618). Поэтому возникает возможность повысить производительность прессующих машин, снизить энергоемкость и уменьшить износ рабочих органов. Обеспечить надежность работы и качество гранул.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1 и 2.
На фиг.1 представлена общая схема устройства ритмического гранулирования и брикетирования сельскохозяйственных материалов.
На фиг.2 представлены регулируемый скребок и генераторы импульсов.
Предлагаемое устройство содержит матрицу 1, валки 2 и скребки 3 с вибраторами 4 и регулируемыми электродами 5, генераторы импульсов 6, ножи 7.
Устройство работает следующим образом.
При вращении матрицы 1 подаваемый материал заклинивается между ее внутренней поверхностью и валками 2. В процессе его уплотнения и выдавливания через отверстия в матрице подвергаемые регулируемой вибрации с частотой 0-150 Гц валки 2 и скребки 3 воздействуют на материал ударно-импульсными усилиями. Готовые гранулы на выходе из матрицы срезаются ножами 7.
Усилие воздействия вибрирующих скребков 3 и валков 2 на материал осуществляется регулируемыми по высоте электродами 5, обеспечивающими зазор между скребками и матрицей от 0 до 10 мм, а между матрицей и валками - от 0,1 до 6 мм.
Вибрация обеспечивается в режиме поочередного включения (вправо или влево) от генераторов импульсов 6. В результате такого ударно-импульсного воздействия скребков и валков на материал при гранулировании (прессовании) осуществляется его равномерное распределение по внутренней поверхности матрицы и при этом снижается в 2,0-2,5 раза коэффициент трения.
Использование предлагаемого способа и устройства воздействия на материал вибрирующих скребков и валков при гранулировании (брикетировании) обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
- увеличение выпускаемой продукции на 20%;
- сокращение энергозатрат с 6,2 кВт·ч/т до 5 кВт·ч/т;
3
- получение гранул (брикетов) требуемой плотности (до 1,25 г/см);
достижение равномерного распределения скребком слоя прессуемого материала между валками и матрицей позволяет уменьшить износ рабочих органов от 0,4 до 0,6 мм вместо 0,6-0,9 мм.