ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ КОРНЕЙ МЫЛЬНЯНКИ ЛЕКАРСТВЕННОЙ

Полезная модель относится к технологическим агрегатам периодического действия и предназначена для механической обработки путем измельчения технического растительного сырья - корней мыльнянки лекарственной с целью получения путем дальнейшей переработки (сушки, экстрагирования, настоя, отвара и т.д.) необходимого целевого продукта, который может быть использован в пищевой и фармацевтической промышленности.
Многолетнее травянистое растение мыльнянка лекарственная (Saponaria officinal L.) относится к семействам гвоздичных и является природным источником сапонинов - водорастворимого вещества, используемого при производстве шипучих вин, напитков, халвы, майонезов кремов. Экстракт из корней мыльнянки лекарственной является классическим пенообразователем, придающим изделию характерную структуру. Отвары и настои корней мыльнянки дают обильную пену, похожую на мыльную, откуда и происходит название растения.
Существующие конструкции измельчителей для механической обработки растительного сырья имеют различные варианты технической реализации, однако основными их элементами являются: опорная рама, корпус, блок измельчающего инструмента с приводным устройством, загрузочный бункер и разгрузочный лоток.
Технологический процесс измельчения корней мыльнянки лекарственной значительно отличается от процесса измельчения других видов технического сырья растительного происхождения и имеет свои характерные особенности. В частности, для получения в дальнейшем из измельченного корня в достаточном количестве качественного целевого продукта (сушеного корня, экстракта, настоя, отвара и т.д.) суммарная площадь поверхностей кусочков измельченного корня должна многократно превосходить их первоначальную площадь. Так, по данным исследований, проведенным в Тихоокеанском государственном экономическом университете (г.Владивосток), оптимальная кратность увеличения поверхности кусочков корня (К=Fразр/Fк) до и после измельчения составляет величину от 1,83 до 3,67 в зависимости от диаметра корней (d=6-2 мм) соответственно. Кроме того, плотность корней мыльнянки лекарственной изменяется в зависимости от диаметра стержня корней
и возрастает при увеличении этого диаметра, что в свою очередь требует изменения технологического режима измельчения, в частности увеличение режущего усилия измельчающего инструмента.
Увеличение суммарной площади поверхности кусочков корней обрабатываемого сырья очень важно для интенсификации тепло-массовых процессов, так как переработка твердых материалов растительного сырья в измельченном виде с отделением коры от сердцевины позволяет значительно ускорить экстрагирование веществ и тепловую обработку материалов, проведя эти процессы с незначительной потерей полезных веществ и относительно малым расходом тепловой энергии. Добиться желаемого эффекта измельчения корней мыльнянки лекарственной и интенсификации технологического процесса на измельчателях существующих конструкциях без их значительной реконструкции весьма затруднительно. Поэтому для этих целей требуется разработка специализированного механизма, что и было реализовано в представленной полезной модели измельчителя корней мыльнянки лекарственной.
Известен измельчитель марки «ИД 3/200М» для измельчения корней мыльнянки лекарственной, применяемой в составе технологической установки «УОМЛ-01.03» для обработки корней мыльнянки лекарственной, содержащей опорную раму, корпус, блок измельчающего инструмента с приводным устройством, загрузочный бункер и разгрузочный лоток («Установка для обработки корней мыльнянки лекарственной», техническое описание УОМЛ - 01.03.000 ТО, лист 3, схема установки «УОМЛ - 01.03.000», поз.3, «измельчитель», КБ НПО ОАО «Радуга», г.Новосибирск, 1996 г.).
Характеризуя указанную марку измельчителя, следует отметить сложность и несовершенство ее конструкции, большую металлоемкость, значительную долю ручного труда при обслуживании, большие удельные энергозатраты. Дисковые ножи блока измельчающего инструмента, приводимые в работу непосредственно от электродвигателя (установленного соосно с ножевым валом) имеют частоту вращения, равную частоте вращения приводного вала электродвигателя (n=2800 об/мин) и с большой скоростью отбрасывают измельченные кусочки корней в разгрузочный лоток. С целью предотвращения хаотичного разбрасывания измельченного сырья при поступлении его из разгрузочного лотка в приемную емкость на конце лотка посредством переходного патрубка смонтировано осадительное устройство - циклон. Такой дополнительный технологический узел увеличивает металлоемкость конструкции и значительно усложняет работу персонала, так как оператору, обслуживающему установку, приходится контролировать и регулировать работу каждого агрегата в отдельности. То обстоятельство, что приводной электродвигатель установлен на корпусе измельчителя соостно с ножевым валом, а на самом ножевом валу отсутствует маховик, для привода в действие блока измельчающего инструмента и обеспечения необходимого режима измельчения на агрегате установлен электродвигатель достаточно большой мощности (N=5 кВт), в результате чего увеличиваются удельные энергозатраты и как следствие -себестоимость выпускаемой продукции.
Наиболее близкой по совокупности признаков, технической сущности и достигаемому результату к заявленному техническому решению является измельчитель корней мыльнянки лекарственной типа «ИК-12/03», содержащий опорную раму, корпус, блок измельчающего инструмента с приводным устройством, загрузочный бункер и разгрузочный лоток («Измельчитель корней мыльнянки лекарственной «ИК-12/03», технический паспорт ИК-12.03.000ПС, лист 2, рис.1, КБ ЗАО «Технологический центр», г.Хабаровск, 1995 г).
Однако, данный измельчитель имеет ряд существенных недостатков конструктивного и эксплуатационного характера. К ним относятся: низкая производительность и качество выходящего продукта при относительно больших удельных энергозатратах, значительный нагрев подшипников ножевого вала, большая доля ручного труда при обслуживании, отсутствие возможностей регулировать режим работы блока измельчающего инструмента с целью многофункционального использования измельчителя.
Несовершенство конструктивного характера заключается в том, что корпус измельчителя выполнен неразъемным и когда периодически возникает необходимость в заточке дисковых ножей, приходится демонтировать боковую крышку корпуса и через образовавшийся проем извлекать блок измельчающего инструмента, а это - трудоемкая операция со значительными затратами технологического времени. Кроме того, блок измельчающего инструмента, состоящий из двух параллельных валов, на одном из которых (приводном) смонтированы дисковые ножи, а на другом - полый барабан с кольцевыми канавками для входа в них заостренных лезвий дисковых ножей, не может быть использован для измельчения (нарезки) корней на кусочки различной длины, так как расстояние между кольцевыми канавками полого барабана фиксировано и рассчитано на нарезку кусочков корней длиной 30 мм.
Низкая производительность при относительно больших удельных энергозатратах обусловлена теми обстоятельствами, что во-первых процесс загрузки сырья производится циклично, при этом электропривод ножевых валов на период загрузки сырья в бункер, а так же очистки кольцевых каналов полого барабана от застрявших кусочков сырья отключается, а во-вторых процесс активного измельчения осуществляется практически только дисковыми ножами, так как второй элемент блока измельчающего инструмента - полый барабан с прорезями фактически выполняет функцию питателя.
Определенные дополнительные энергозатраты (повышенная мощность электродвигателя) обусловлены тем обстоятельство, что на валах блока измельчающего инструмента отсутствуют маховики (своего рода аккумуляторы кинетической энергии), а измельчение корней осуществляется без орошения их водой, что могло бы значительно снизить нагрузку на режущие кромки дисковых ножей и, как следствие, на электродвигатель и подшипники, в которых установлены валы. Отсутствие на подшипниках принудительного охлаждения так же требует определенных затрат технологического времени на период остановки измельчителя с целью охлаждения подшипников (при длительной работе механизма), что соответственно снижает производительность. Кроме всего, измельчитель типа «ИК-12/03» не имеет возможности работать в режиме многофункционального использования из-за отсутствия возможности регулировки скорости вращения ножевого вала в зависимости от вида и характеристик обрабатываемого сырья, так как его электропривод не снабжен регулятором частоты вращения.
Все это усложняет обслуживание измельчителя, не позволяет объективно изменять режим технологического процесса и оперативно переходить от обработки одного вида сырья к другому, ухудшает качественные показатели выпускаемой продукции.
Задача полезной модели - улучшение конструктивных характеристик, повышение производительности, снижение удельных энергозатрат, увеличение ассортимента перерабатываемого сырья, улучшение качественных характеристик продукции, обеспечение оптимального решения технологического процесса, сокращение доли ручного труда.
Поставленная задача реализуется тем, что в известном измельчителе мыльнянки лекарственной, содержащем опорную раму, блок измельчающего инструмента с приводным устройством, загрузочный бункер и разгрузочный лоток согласно заявленного технического решения корпус выполнен разъемным, крышка которого шарнирно закреплена к нижней части корпуса с возможностью разворота относительной осей крепления, а загрузочный бункер смонтирован над корпусом посредством цилиндрических пружин свободно установленных в направляющих втулках крышки. Блок измельчающего инструмента, установленный внутри корпуса, выполнен в виде двух параллельных рабочих валов с закрепленными на них маховиками и дисковыми ножами с промежуточными шайбами и затяжными гайками, при этом промежуточные шайбы имеют равномерно расположенные по периметру внешней окружности двухгранные симметричные выступы и углубления. Кроме того, загрузочный бункер снабжен электровибратором, закрепленным к его продольной стенке, а на противоположной стенке смонтировано устройство для орошения измельчаемого сырья водой. Маховики, установленные на рабочих валах дисковых ножей, имеют спицы, конструктивно выполненные в виде плоских вентиляторных лопастей пропеллерного типа, развернутых под углом 45 градусов относительно осей вращения маховиков, а ведущий вал блока измельчающего инструмента снабжен реверсивным электроприводом с регулируемой частотой вращения.
Отличительный признак - корпус конструктивно выполнен разъемным, что позволяет, откинув на шарнирах крышку, иметь свободный доступ к блоку измельчающего инструмента для проведения профилактических работ, ремонта или извлечения рабочих валов с дисковыми ножами для последующей заточки последних. Перед откидыванием крышки, загрузочный бункер, расположенный над ней, достаточно быстро снимается, так как смонтирован посредством цилиндрических пружин, свободно установленных в цилиндрических втулках. Электровибратор, закрепленный на его продольной передней стенке, при работе передает колебательные движения загрузочному бункеру, что препятствует зависанию загруженного сырья в суженной полости бункера и способствует равномерному поступлению его к дисковым ножам, а орошение сырья водой устройством, смонтированным на противоположной стенке бункера, положительно влияет на процесс измельчения, уменьшая усилия резания и удельные энергозатраты.
Оба ножевых вала блока измельчающего инструмента имеют принудительное вращение, при этом дисковые ножи, вращаясь навстречу друг другу с различными скоростями, создают максимальный эффект резания при минимальном усилии на резательных кромках ножей. А конфигурация периметра внешней кромки промежуточных шайб, представляющая из себя двухгранные симметричные выступы и углубления, способствует тому, что измельченные кусочки корня мыльнянки лекарственной, отбрасываемые вращающимися дисковыми ножами с достаточно большой скоростью на внешние кромки промежуточных шайб, вторично подвергаются измельчению (дроблению), что повышает качество выходящего продукта.
Наличие закрепленных по обеим концам ножевых валов маховиков позволяет аккумулировать кинетическую энергию вращающихся ножевых валов (делая динамику удельных нагрузок более благоприятной), избежать или в достаточной мере снизить вибрационные явления при работе механизма, при этом спицы маховиков, конструктивно выполненные в виде вентиляторных лопастей, формируют при вращении воздушные потоки, омывающие измельчитель с обеих сторон, способствуя тем самым охлаждению его узлов и деталей. Наличие в блоке измельчающего инструмента реверсивного электропривода с регулируемой частотой вращения позволяет при необходимости плавно в нужном диапазоне регулировать скорость вращения ножевых валов, осуществляя измельчение исходного продукта в экономичном режиме.
Заявленный измельчитель корней мыльнянки лекарственной был реализован в конкретном варианте, изображенном на чертежах (фиг.1 и фиг.2).
На фиг.1 изображен измельчитель корней мыльнянки лекарственной, общий вид, поперечный разрез.
На фиг 2 изображен измельчитель корней мыльнянки лекарственной, разрез А-А.
Измельчитель корней мыльнянки лекарственной содержит опорную раму 1 на которой установлен разъемный корпус (конструктивно выполненный составным), крышка 2 которого шарнирно закреплена к его нижней части - поддону 3 с возможностью разворота относительно шарнирных осей крепления 4, при этом фиксация соединенных друг с другом частей корпуса осуществляется откидными болтами 5 с гайками-барашками 6 и боковой съемной крышкой 7. На крышке 2 корпуса установлен загрузочный бункер 8, смонтированный посредством опорных площадок 9 и цилиндрических пружин 10, свободно установленных в направляющих втулках 11, а в нижней зоне поддона 3 смонтирован разгрузочный лоток 12, под которым располагается емкость 13 для приемки измельченного корня. На продольной передней стенке загрузочного бункера 8 установлен электровибратор 14, а на противоположной - устройство 15, выполненное в виде распылительной форсунки и предназначенное для орошения измельчаемого сырья водой. Блок измельчающего инструмента состоит из двух параллельных ножевых валов 16 и 17, установленных в подшипниках 18, с закрепленными на них маховиками 19 и 20, дисковыми ножами 21 с промежуточными шайбами 22 и затяжными гайками 23., при этом промежуточные шайбы 22 имеют равномерно расположенные по периметру внешней окружности двухгранные симметричные выступы и углубления, образуя своеобразный зубчатый венец, предназначенный для дополнительного измельчения корня, а именно для его дробления с отделением коры от сердцевины. Длина нарезаемых корней мыльнянки лекарственной формируется в зависимости от расстояния между режущими кромками дисковых ножей 21, которая зависит от толщины промежуточных шайб 22 и может составлять от 10 до 20 мм.
На маховиках 19 по наружному периметру располагаются зубчатые ободы, которые входят в зацепление с зубьями паразитной шестерни 24, образуя зубчатую передачу, при этом число зубьев на ведущем маховике 19 несколько меньше, чем на сопрягаемом ведомом маховике, в результате чего последний вращается с некоторым отставанием от ведущего маховика, что значительно улучшает процесс резания корней растительного сырья. Последнему способствует и наличие по периметру режущей кромки дисковых ножей 21 треугольных симметричных зубцов, заточенных в виде двухгранного одностороннего клина. Спицы 25 всех маховиков конструктивно выполнены в виде плоских вентиляторных лопастей пропеллерного типа, развернутых под углом 45 градусов относительной осей вращения маховиков, что позволяет им выполнять функцию вентиляторов воздушного охлаждения механизма. Привод блока измельчающего инструмента состоит из реверсивного электродвигателя 26, установленного на опорной раме 1, имеющего в своей электрической схеме электронный (теристорный) регулятор частоты вращения ротора. На приводном валу электродвигателя 26 смонтирован ведущий шкив 27, соединенный с ведомым шкивом 28 посредством клиновых ремней 29.
Измельчитель корней мыльнянки лекарственной работает следующим образом.
Корни мыльнянки лекарственной, предварительно отчищенные от посторонних примесей помешают в загрузочный бункер 8, после чего на форсунку 15 оросительного устройства под избыточным давлением подается вода, которая выходя из сопла форсунки распыляется веером равномерно по всему объему загруженного сырья.
Далее включается электровибратор 14 и загруженный бункер 8 приводится в колебательное движение, в результате которого корни мыльнянки лекарственной приобретают текучесть и устремляются к рабочей зоне дисковых ножей 21, в основной массе ориентируясь стержнями перпендикулярно режущим кромкам дисковых ножей. После этого включается электродвигатель 26 и посредством шкивов 28 и клиновых ремней 29 приводится во вращение ножевой вал 17, а вместе с ним и дисковые ножи 21 с промежуточными шайбами 22. Паразитная шестерня 24, находящаяся в зубчатом зацеплении с зубчатыми ободами маховиков 19, передает усилие вращения ведомому валу 16, при этом сам ведомый вал с дисковыми ножами и промежуточными шайбами вращается навстречу ножевому валу 17. В результате этого дисковые ножи 21, вращающиеся навстречу друг другу своими режущими кромками с заточенными зубцами захватывают корни и режут их на мелкие кусочки определенной длины. Часть порезанного на кусочки корня проскакивает между дисковыми ножами и устремляется в приемную емкость 13 для сбора измельченного корня, однако значительная их часть (до 80%), двигаясь под действием центробежных сил с достаточно большой окружной скоростью, устремляется на зубчатые венцы промежуточных шайб 22 и соударяясь с элементами зубчатых венцов расщепляются на мелкие кусочки, при этом кора корней отделяется от их сердцевины, в результате чего увеличивается суммарная площадь поверхности обрабатываемого сырья, что значительно улучшает качественные характеристики целевого продукта. Так как в процессе переработки сырьевая масса корней подвергается орошению водой, то после измельчения (резки и дробления) кусочки корня достаточно плотно слипаются и при поступлении на разгрузочный лоток 12 и далее в приемную емкость 13 хаотичного их разбрасывания и пыления не образуется. Кроме того, использование воды в технологическом процессе измельчения дает положительный эффект, так как вода выполняет функцию жидкостной смазки между обрабатываемым сырьем и дисковыми ножами, а так же, образуя «водяной клин» (с большой скоростью сходящих с вращающихся дисковых ножей струй воды), способствует улучшению процесса измельчения, что уменьшает усилия резания и удельные энергозатраты, повышает производительность измельчителя.
Закрепленные на обоих концах ножевых валов 15 и 16 маховики 19 и 20 выполняют функцию аккумуляторов кинетической энергии вращающихся элементов блока измельчающего инструмента и его привода, делая динамику удельных нагрузок более благоприятной и позволяет избежать или в значительной мере снизить вибрационные явления при работе механизма. В процессе изменения, особенно при переработке исходного сырья с повышенной твердостью, происходит нагрев узлов и деталей (подшипников, корпуса и т.д.), что требует их принудительного охлаждения. Эту функцию выполняют спицы 25 маховиков 19 и 20, которые при вращении (за счет их геометрической конфигурации, выполненной в виде пропеллерных лопастей) формируют с двух сторон воздушные потоки, омывающие узлы и детали измельчителя, непрерывно охлаждая их.
При переходе на измельчение исходного растительного сырья других видов с различными структурно-механическими характеристиками соответствующим образом должен изменяться и технологический режим работы измельчителя, в частности частота вращения ножевых валов. Наличие в приводной системе блока измельчающего инструмента реверсивного электродвигателя 26 с регулируемой частотой вращения, позволяет в таких случаях плавно и в необходимом диапазоне регулировать частоту вращения ножей 21, уменьшая тем самым расход удельных энергозатрат за счет работы приводной системы в экономичном режиме. Для удаления трудноизвлекаемых кусков корней, застрявших между дисковыми ножами 21, производится переключение электродвигателя 26 на противоположное вращение приводного вала (реверсирование), после чего под действием центробежных сил застрявшие куски удаляются.
При необходимости демонтажа ножевых валов 16 и 17, например, при переналадке дисковых ножей 21, их заточки или для проведения профилактических работ, с крышки 2 демонтируется загрузочный бункер 8, затем отвинчиваются гайки-барашки 6 и шарнирные болты 5 отводятся в сторону, после чего крышка 2 разворачивается относительной осей 4 шарниров и отводится в сторону, открывая доступ к полости нижней части корпуса, после чего ножевые валы демонтируются.