устройство для разделения кормового материала на фракции
Классы МПК: | B07B1/20 неподвижные барабаны с перемещающимися внутри них мешалками |
Автор(ы): | Агеев Ю.Д., Богатырев С.А., Дворкин Б.З., Рудик Ф.Я. |
Патентообладатель(и): | Агеев Юрий Дмитриевич, Богатырев Сергей Аркадьевич, Дворкин Борис Зямович, Рудик Феликс Яковлевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-10-19 публикация патента:
20.12.1999 |
Изобретение предназначено для разрыхления, вспушивания и сепарации предварительно измельченных кормовых продуктов, например, зерностержневой смеси, полученной из кукурузных початков. Устройство содержит перфорированный неподвижный барабан с регулируемым углом наклона и расположенный в барабане ротор с лопастями. Барабан выполнен в виде решета с квадратными отверстиями, расположенными в шахматном порядке, с длиной сепарирующей поверхности, определяемой из математического выражения. Угол между горизонтальной плоскостью и осью барабана находится в пределах 0-10°, а рабочие плоскости лопастей и оси отверстий совпадают с направлением равнодействующих сил инерции. Изобретение расширяет технологические и функциональные возможности устройства. 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
Устройство для разделения кормового материала на фракции, содержащее перфорированный неподвижный барабан с регулируемым углом наклона и расположенный в барабане ротор с лопастями, отличающееся тем, что барабан выполнен в виде решета с квадратными отверстиями, расположенными в шахматном порядке, с длиной сепарирующей поверхности L, равной длине лопасти и определяемой по формуле![устройство для разделения кормового материала на фракции, патент № 2142858](/images/patents/329/2142858/2142858-9t.gif)
где Qн - масса сепарируемого материала, поступающая на входе барабана в единицу времени, кг/с;
Qк - масса частиц материала на сходе барабана в единицу времени, кг/с;
![устройство для разделения кормового материала на фракции, патент № 2142858](/images/patents/329/2142026/956.gif)
при этом угол между горизонтальной плоскостью и осью барабана находится в пределах 0 - 10o, а рабочие плоскости лопастей и оси отверстий совпадают с направлением равнодействующих сил инерции.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к разделению на фракции зерностержневой смеси из кукурузных початков и других сыпучих материалов и продуктов с помощью неподвижных барабанов и перемещающихся внутри них мешалок и может быть использовано в кормопроизводстве, перерабатывающей и других отраслях промышленности. Известно устройство для выделения твердых частиц из суспензий, включающее наклонно установленный вращающийся перфорированный барабан, выполненный в виде усеченного конуса и установленный меньшим основанием в сторону выгрузки (А.с. N 780901, МКИ B 07 B 1/18, опубл. 23.11.80, бюл. N 43). Недостатком данного устройства является низкая производительность и малая полезная площадь решета. Применение грохота для разделения гидросмеси зернистых материалов на мелкие и крупные продукты с использованием лопастей и вращающегося цилиндрического сита (а.с. N 441043, МКИ B 07 B 1/16, опубл. 30.08.74, бюл. N 32) неприемлемо для зерностержневой смеси из-за быстрого износа деталей машины и вредного воздействия вибраций на организм человека. Повторное же доизмельчение до 4 мм консервированной крупноизмельченной зерностержневой смеси перед скармливанием свиньям на линиях заготовки корнажа (Технология приготовления кормов из кукурузы/Под ред. Л.В. Погорелого. - М. : Агропромиздат, 1987, с. 114) экономически нецелесообразно из-за энергоемкости процесса. Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для просеивания сыпучих материалов, например, муки, содержащее ситовый неподвижный барабан и расположенный в барабане ротор с лопастями, рабочие кромки которых выполнены закругленными. Устройство также снабжено приспособлением для регулирования угла наклона просеивающего барабана (а.с. N 1613200, МКИ B 07 B 1/20, опубл. 15.12.90, бюл. N 46 - прототип). Однако известное устройство невозможно использовать для разделения на фракции по размерам частиц материалов для приготовления кормосмесей из-за нежесткой конструкции барабана, состоящего из каркаса, обтянутого мелкоячеистой сеткой, а также отсутствия подтвержденных расчетами и экспериментами численных параметров устройства, влияющих на его работоспособность. Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение технологических и функциональных возможностей устройства за счет оптимизации угла наклона и длины сепарирующего барабана. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве, содержащем перфорированный неподвижный барабан с регулируемым углом наклона и расположенный в барабане ротор с лопастями, барабан выполнен в виде решета с квадратными отверстиями, расположенными в шахматном порядке, с длиной сепарирующей поверхности L, равной длине лопасти и определяемой по формуле![устройство для разделения кормового материала на фракции, патент № 2142858](/images/patents/329/2142858/2142858-2t.gif)
где Qн - масса сепарируемого материала, поступающая на входе барабана в единицу времени, кг/с;
Qк - масса частиц материала на сходе барабана в единицу времени, кг/с;
![устройство для разделения кормового материала на фракции, патент № 2142858](/images/patents/329/2142026/956.gif)
при этом угол между горизонтальной плоскостью и осью барабана находится в пределах 0 - 10o, а рабочие плоскости лопастей и оси отверстий совпадают с направлением равнодействующих сил инерции. При превышении установленного экспериментальным путем верхнего предела изменения угла наклона оси барабана резко уменьшается сила трения между частицами кормового материала и внутренней поверхностью барабана, вследствие чего происходит увеличение скорости скольжения частиц, их непопадание в сепарирующие отверстия и недопустимый сход значительного количества мелких частиц в окно, предназначенное для выгрузки крупной фракции. Наличие в предлагаемом устройстве изобретения доказывается тем, что отсутствуют подобные высокопроизводительные и доступные устройства для выделения из зерностержневой смеси, полученной после измельчения кукурузных початков, частиц с размером от 2 до 5 мм для скармливания свиньям, способствующих лучшей усваиваемости кормосмесей, выполненные с помощью предлагаемого устройства и обладающие более высокой универсальностью по сравнению с существующими устройствами за счет расширения функциональных возможностей и обеспечения зоотехнических требований к качеству кормов. Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что длина сепарирующей части барабана задается в зависимости от предельно допустимого схода крупных частиц в конце барабана. Устройство поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1, совмещенный со схемой распределения зерностержневой смеси по внутренней поверхности решета; на фиг. 3 - убывающая кривая, характеризующая процесс уменьшения количества частиц в сепарируемом слое по мере приближения к концу решета; на фиг. 4 представлены расположение и форма отверстий на сепарирующей поверхности. Устройство для разделения кормового материала на фракции содержит горизонтально установленный цилиндрический перфорированный барабан 1 (фиг. 1), закрепленный в корпусе 2, с вращающимися внутри шнеком 3 и лопастным ротором 4, состоящего из вала 5 и лопастей 6, в стенках корпуса 2, снабженного воронкой 7, выполнены окно 8 для выгрузки мелкой фракции кормосмеси и окно 9 для выгрузки крупной фракции. Барабан 1, выполненный в виде решета, имеет сепарирующую часть длиной L с расположенными в шахматном порядке квадратными отверстиями 10 (фиг. 4). Угол наклона
![устройство для разделения кормового материала на фракции, патент № 2142858](/images/patents/329/2142029/945.gif)
![устройство для разделения кормового материала на фракции, патент № 2142858](/images/patents/329/2142858/2142858-3t.gif)
где Sотв - площадь отверстий решета, м2;
S - общая площадь решета, м2. Коэффициент сепарации, являющийся вероятностью просеивания частиц на 1 м пути осевого перемещения, определяется по формуле
![устройство для разделения кормового материала на фракции, патент № 2142858](/images/patents/329/2142858/2142858-4t.gif)
где K - вероятность прохождения частиц через кольцевой слой смеси за один оборот лопатки;
v - скорость перемещения смеси в осевом направлении, м/с;
t - период оборота мешалки, с. Графически процесс уменьшения количества частиц в слое по мере приближения к концу решета можно изобразить в виде экспоненты (фиг. 3). По оси ординат откладываются масса частиц, поступающая в единицу времени на входе решетки от шнека Qн, и сход частиц в конце барабана Qк. По оси абсцисс - длина сепаратора L. За бесконечно малый промежуток времени dt смесь переместится по решету в осевом направлении на расстояние dl. За это время вероятность просеивания частиц составит
![устройство для разделения кормового материала на фракции, патент № 2142858](/images/patents/329/2142026/956.gif)
![устройство для разделения кормового материала на фракции, патент № 2142858](/images/patents/329/2142026/956.gif)
![устройство для разделения кормового материала на фракции, патент № 2142858](/images/patents/329/2142858/2142858-5t.gif)
![устройство для разделения кормового материала на фракции, патент № 2142858](/images/patents/329/2142858/2142858-6t.gif)
После интегрирования и преобразований имеем
![устройство для разделения кормового материала на фракции, патент № 2142858](/images/patents/329/2142858/2142858-7t.gif)
Откуда
![устройство для разделения кормового материала на фракции, патент № 2142858](/images/patents/329/2142858/2142858-8t.gif)
Задавая исходя из зоотехнических требований к структуре кормосмеси предельно допустимый сход крупных частиц в конце барабана Qк, получим численное значение длины цилиндрического решета L. Длину цилиндрического решета можно уменьшить за счет уменьшения подачи кормосмеси на входе Qн или увеличения вероятности просеивания частиц
![устройство для разделения кормового материала на фракции, патент № 2142858](/images/patents/329/2142026/956.gif)
![устройство для разделения кормового материала на фракции, патент № 2142858](/images/patents/329/2142029/945.gif)
![устройство для разделения кормового материала на фракции, патент № 2142858](/images/patents/329/2142029/945.gif)
1. Устройство для разделения кормового материала на фракции, благодаря выявленной аналитической зависимости длины сепарирующей поверхности решета от подачи исходного продукта на входе и сходе крупных частиц на выходе, позволяет просеивать не только сыпучие материалы, но и получать высококачественный корм для свиней и крупного рогатого скота в соответствии с зоотехническими требованиями к силосной массе, в которой должно быть не менее 80% частиц размером от 2 до 5 мм. 2. Устройство за счет наличия ротора с лопастями обеспечивает расслоение исходного вороха, состоящего из измельченного зерна, стержней, кусочков обертки кукурузы. 3. Наличие регулируемого угла наклона оси ротора и решета, а также расположение лопастей и сепарирующих отверстий заданной формы в строгом соответствии с направлением действия сил инерции позволяет использовать устройство для сортирования кормовых культур, обладающих недостаточной сыпучестью и влажностью более 15%. Реализация потенций предлагаемого изобретения благодаря обоснованной длине сепарирующей поверхности позволит использовать устройство для разделения измельченной кормосмеси на две фракции соответственно свиньям и крупному рогатому скоту без повторного энергоемкого доизмельчения.
Класс B07B1/20 неподвижные барабаны с перемещающимися внутри них мешалками