Машина для тукосмешивания и биомодификации гранулированных твердых минеральных удобрений
MACHINE FOR FERTILIZER MIXING AND BIOMODIFICATION OF GRANULAR SOLID MINERAL FERTILIZERS

Изобретение относится к машинам по механизации агрохимического обслуживания сельского хозяйства и предназначена для перемешивания сыпучих гранулированных твердых минеральных удобрений в заданных пропорциях с одновременной биомодификацией их, а также может применяться для протравливания семян зерновых и технических культур защитно-стимулирующими препаратами с использованием прилипателей и биологически активных веществ (модификаторов), наносящих штаммы вирусных полезных бактерий на кристаллическую основу гранул.
Известны винтовые транспортирующие трубы (Спиваковский О.А., Дьячков В.К. «Транспортирующие машины: Учебное пособие для машиностроительных вузов», издательство «Машиностроение», 1983 г.) [1], (Макаров Ю.И. «Аппараты для смешивания сыпучих материалов»,  издательство «Машиностроение», 1973 г.) [2], вращающиеся на установленных на некотором расстоянии друг от друга парных роликах. Внутри технологической трубы на внутренней поверхности стенки закреплены винтовые витки. При вращении трубы насыпной груз, поданный к ней с одного конца, постепенно пересыпаясь под действием силы тяжести по образуемому витками винтовому желобу, продвигается вдоль оси трубы и высыпается с другого конца.
Такие трубы являются технологическими агрегатами, служащими для выполнения тех или иных технологических процессов, например: обжига, сушки, агломерирования, смешивания и т.д. Винтовые транспортирующие трубы устанавливаются горизонтально или с небольшим уклоном в сторону выгрузки материала.
Прототипом изобретения является устройство для приготовления и смешивания гранул твердых минеральных удобрений с биомодифицированными добавками (патент RU 160948, кл. МПК А01С 17/00, 2015.
Устройство выполнено в виде двух спаренных концентрически закрытых полигональных (многоугольных) барабанов в форме усеченных пирамид, установленных в подшипниковых парных опорах, расположенных на наружной поверхности кожуха винтового конвейера и смонтированных на общей раме с приводом вращения барабанов, винтового конвейера, а также расходного бункера с дозатором биологически активных препаратов, производит смешивание компонентов смеси за счет одновременно вращающихся транспортных равнонаправленных потоков материала, образующихся на внутренних поверхностях полигональных барабанов, обращенных большими основаниями навстречу друг к другу и выгрузка готовой продукции осуществляется одним и тем же винтовым конвейером.
Перемещение по полигональным барабанам материала в осевом направлении определяет период времени, в течение которого материал должен находиться для завершения технологической операции по смешиванию многокомпонентных смесей.
2
Существенным недостатком конструкции является отсутствие возможности регулирования времени нахождения в барабанах смешиваемых многокомпонентных твердых гранул минеральных удобрений и биологических препаратов, которое определяется уклоном полигональных барабанов в сторону выгрузки. Так угол наклона при выгрузке компонентов из внешнего большого барабана увеличивается с одновременным уменьшением угла наклона полигонального барабана, расположенного во внутренней части большого барабана, что влияет на скорость разнонаправленных потоков материала, движущегося по внутренним поверхностям барабанов, а при V=0 движение частиц компонентов из малого барабана в большой может прекратиться, процессы сегрегации гранул удобрений, имеющих склонность к нарушению прочности их при линейных скоростях в районе 1 м/с и более предполагают десантирование твердых гранул с верхней точки барабана в нижнюю часть по наклонным поверхностям, уменьшающих скорость потоков смесей и жесткого столкновения частиц друг с другом.
Задачей изобретения является повышение качества, однородности перемешивания в заданных дозированных соотношениях гранул твердых минеральных удобрений и специальных биологических препаратов (биомодификаторов) в тонких слоях с одновременным повышением кратности перестройки этих слоев при непрерывности технологического процесса смешивания для получения качественных тукосмесей, позволяющих повышать усвоение питательных веществ из удобрений в легкодоступной для употребления форме, снижение трудо- и энергозатрат, а также механизации и автоматизации технологических процессов.
Вышеуказанный технический результат достигает тем, что машина для тукосмешивания и биомодификации твердых гранулированных удобрений, содержащая технологическую трубу с приводом, установленную на общую раму с парными опорными роликами, загрузочный шнек-питатель и выгрузной шнек, соединенные между собой общим валом, врезанный в смесительную камеру дозатор подачи биомодификатора с приемным бункером и опудривающим устройством, согласно изобретению, она снабжена технологической трубой, посаженной на корпус шнеков с гарантированным зазором, обеспечивающим свободное вращение трубы, лопатками прямой и обратной выгрузки, расположенными на внутненней ее стенке,  прямой горкой, закрепленной в верхней части корпуса шнеков и связанной с ней обратной горкой, имеющих угол наклона поверхностей к горизонту не менее 45°, желобом загрузки компонентов выгрузными лопатками таврового сечения, расположенными в торцевой часть трубы 15 в зоне выгрузки.
П
Сущность гравитационного способа смешивания изложена в [2] с. 181 и в предлагаемом изобретении соединены преимущества лоткового и бункерного смесителей, где перестройку потока в лотковом смесителе с учетом физико-механических свойств материала частиц и стенок лотка, высоты падения частиц до лотка, угла наклона лотка к горизонту α и его длины l величина кратности К может быть рассчитана по формуле
, где
λ – коэффициент мгновенного трения частиц материала о лоток;
μ – коэффициент ослабления влияния гравитационного ускорения, учитывающий трение смеси о поверхность лотка и угол наклона его к горизонту α;
o
W – скорость частиц, покидающих лопатки в см/с;
2
g – ускорение силы тяжести в см/с.
Выпускное отверстие внизу обратной горки представляет собой по аналогии часть конического бункера с частью выпускного отверстия растянутых вдоль оси перемещения компонентов в сторону выгрузки, а величина зазора выходного отверстия снизу обратной горки определяет эффективность пересыпания определяемого кратностью циркуляции (пересыпания) материала внутри горки. Компоненты смешиваются в результате неравномерного движения частиц по стенкам обратной горки.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена общая конструктивная схема машины для смешивания и биомодификации твердых минеральных удобрений; на фиг. 2 разрез «А-А» изображена технологическая труба с конструктивными элементами лопаток и горок; на фиг. 3 разрез «Б-Б» изображен желоб загрузки компонентов удобрений на лопатки; на фиг. 4 разрез «В-В» изображен узел выгрузки компонентов из технологической трубы; на фиг. 5 изображен узел затаривания и фасовки готовой тукосмеси; на фиг. 6 изображена кинематическая схема машины.
Машина для смешивания для биомодификации твердых минеральных удобрений состоит из опорной рамы 1 с закрепленным на ней приводом 2, установленной на регулировочных винтовых опорах 3, приваренных к раме стоек 4 крепления корпуса 5 винтового шнека-питателя 6 и винтового отгрузочного шнека 7, соединенных общим валом 8, приемной течки шнека 9, имеющей смесительную камеру 10, в которую врезан дозатор 11 подачи биомодификатора, винто-пружинный механизм 12, бункер 13 и опудривающее устройство 14 технологической трубы 15, установленной на парных роликовых опорах 16 , имеющих винтовые механизмы регулировки 17, установленных на двух жестких кронштейнах 18, приваренные к технологической трубе 15 бандажи 19, на внутренней стенке трубы 15 расположены лопатки  прямой 20 и  обратной 21 загрузки компонентов. К корпусу 5 шнека 6 в его верхней части крепится прямая горка 22, скрепленная с обратной горкой 23, а также желоб 24 для загрузки компонентов из питателя 6 на лопатки 20 и 21. Торцевая часть трубы 15 в зоне выгрузки компонентов содержит выгрузные лопатки 25 таврового сечения, расположенные над зоной выгрузки 26.
Выгрузная часть шнека 7 узла фасовки при непрерывном режиме работы содержит поворотный секторный шиберный затвор 27, двухрукавный трубопровод 28 отгрузки тукосмесей в мягкие контейнеры 29 и вентилятора 30 для раздува контейнеров типа биг-бэг перед их загрузкой.
Кинематическая схема машины содержит мотор-вариатор ТМВ или мотор-редуктор с частотным управлением 31, закрепленный на раме 1, на выходном валу мотора-вариатора жестко закреплена приводная звездочка 32, цепной передачи 33, соединяющей ось вращения звездочки 32 с двухрядным блоком звездочек 34, жестко сидящем на общем валу 8. Звездочка 35 через цепную передачу 36 соединяется с групповым блоком звездочек 37, сидящим на шлицевом валу 38 и имеющим возможность перемещения вдоль оси вала 38 с целью многоступенчатой регулировки скорости вращения вала 38 за счет перебрасывания цепи 36 на одну из звездочек группового блока 37. На противоположном конце вала 38 посредством жестко сидящей звездочки 39 с помощью цепной передачи 40 вращение передается венцовой звездочке 41, жестко закрепленной на торцевом фланце барабана 15.
Таким образом от единого привода осуществляется вращение общего вала 8 с питающим шнеком 6 и отгрузочной части шнека 7, а также вращение барабана 15.
Работает предлагаемая машина следующим образом.
Включается привод машины с помощью мотор-вариатора 31, приводящий в движение питательный шнек 6 и шнек 7, соединенных общим валом 8, а также технологическую трубу 15.
Многокомпонентные смеси твердых минеральных удобрений, отдозированные в необходимых заданных пропорциях, подаются скребковым или винтовым конвейером в приемную течку 9 машины непрерывным потоком в виде тонко-рассеяной ленты, проходящей через смесительную камеру 10, в которой происходит обработка потока модификатором в аэрозольном облаке, образующемся при подаче модификатора с помощью дозатора 11 и опудривающего устройства 14.
Удобрения, обработанные биомодификатором, подаются питательным шнеком 6 на желоб 24, закрепленный на корпусе 5 в технологическую трубу 15, установленную на парных роликовых опорах 16, закрепленных жестко на двух кронштейнах 18 и имеющих винтовые механизмы регулировки.
На внутренней стенке трубы расположены лопатки 20 прямой загрузки и лопатки 21 обратной загрузки компонентов. К корпусу 5 шнека 6 в его верхней части крепится прямая горка 22, скрепленная с обратной горкой 23. При вращении трубы 15 компоненты удобрений с помощью желоба 24 загружаются в нижней части трубы на лопатки 20 и 21, осуществляющих перемещение смешиваемых компонентов в верхнюю часть технологической трубы, при этом лопатки 20 прямой загрузки осуществляют просыпание компонентов на правую часть горки 22, а лопатки 21 на левую часть прямой горки 22, в результате просыпания удобрений с наклонных поверхностей прямой горки попадают на внутреннюю часть обратной горки 23.
Наклонные поверхности горок 22 и 23 расположены под углом 45° к горизонту, который больше угла естественного откоса α смешиваемых компонентов, чем обеспечивается их свободное перемещение в нижнюю часть трубы, причем горки вместе с корпусом 5 располагаются с небольшим уклоном (1° – 3°) в сторону выгрузки тукосмесей из трубы.
При просыпании компонентов удобрений с прямой горки 22 на обратную горку 23 осуществляется конвективно-диффузный способ перемешивания их, а при просыпании удобрений по наклонным поверхностям обратной горки, вследствие изменения вектора направления скорости на противоположный,  происходит перетасовка материала в тонких слоях, движущихся в сторону наклона технологической трубы.
В зоне выгрузки перемешиваемых компонентов твердых гранулированных удобрений и биомодификатора торцевая часть трубы содержит выгрузные лопатки 25 таврового сечения, расположенные над зоной выгрузки 26, выполненной в приемной части отгрузочного шнека 7, с помощью которого тукосмесь перемещается в зону фасовки.
Непрерывный режим работы машины обеспечивается наличием поворотного секторного шиберного затвора 27, установленного на двухрукавном  трубопроводе 28, который позволяет разъединить операции по фасовке от транспортных операций по перемещению затаренных в мягкие контейнеры 29 типа биг-бэг тукосмесей на склад готовой продукции, а вспомогательные операции по наддуву контейнеров вентилятором 30 и их крепление к трубопроводам осуществляется в основное технологическое время при заполнении одного из двух контейнеров.
В результате использования предлагаемого изобретения становится возможным процесс интеграции биомодификатора в многокомпонентные сложные смеси твердых гранулированных минеральных удобрений в технологических трубах, классифицирующихся по способу установки как стационарные, по характеру протекающего процесса смешивания непрерывного действия, прямоточные, по скорости вращения перемешивающего органа как тихоходная, по способу воздействия на смесь – гравитационная, по механизму процесса смешивания – конвективно-диффузионная, по конструктивному признаку с вращающейся технологической трубой с механизированной разгрузкой готовой продукции при полуавтоматическом ручном управлении.
Работа машины в линии приготовления сложных, многокомпонентных смесей гранулированных твердых минеральных удобрений, а также биомодификаторов позволяет организовать промышленное производство тукосмесей в крупных масштабах с использованием существующих способов хранения, механизации погрузочно-разгрузочных работ и транспортно-складских работ (ПРТС) с использованием возвратной тары – мягких, полиэтиленовых эластичных контейнеров (МКР) типа биг-бэг, что улучшает условия промежуточного и долговременного хранения сухих тукосмесей, а также использование автомобильного, железнодорожного и морского видов транспорта.
Грузовые операции с использованием мягких контейнеров (МКР) позволяют долговременное хранение в рыхлом виде смеси, способствующие процессам  истекания удобрений из контейнеров, ввиду герметичности контейнеров влажность тукосмесей находится в допустимых пределах, предотвращающих слеживаемость смесей при длительном хранении.