устройство для извлечения семян из кедровых шишек

Формула изобретения

1. Устройство для извлечения семян из кедровых шишек, содержащее приемный бункер, наружный неподвижный и внутренний подвижный барабаны, решетный стан и привод, отличающееся тем, что наружный неподвижный барабан выполнен из прутков с равным шагом между ними, расположенных относительно оси внутреннего барабана по кривой с радиусами R₁ > R₂ > R₃, и имеет загрузочное и отвальное окна, а внутренний подвижный барабан выполнен сплошным с желобом и продольными, равномерно расположенными относительно друг друга, скругленными выступами по цилиндрической поверхности, переходящей в спираль Архимеда.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что прутки наружного неподвижного барабана имеют круглое сечение и расположены на расстоянии, равном максимальной длине кедрового ореха, а расстояние между скругленными выступами на поверхности внутреннего подвижного барабана в 1,3 раза больше.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина желоба на внутреннем подвижном барабане равна максимальному диаметру кедровой шишки, а его глубина равна разности максимального диаметра кедровой шишки и зазора между наружного неподвижного барабана, расположенными на расстоянии R₁ от оси вращения внутреннего подвижного барабана и скругленными выступами на его цилиндрической поверхности.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зазор между прутками наружного неподвижного барабана, расположенными на расстоянии R₃ от оси вращения внутреннего барабана, и скругленными выступами на его цилиндрической поверхности является минимальным и равен максимальной длине ореха.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что решетный стан шарнирно соединен с нижним концом рычага, на верхнем конце которого находится ролик, подпружиненный к кулачку, посаженному на вал внутреннего подвижного барабана, где R₁, R₂, R₃ - радиусы кривой наружного неподвижного барабана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для обработки лесных семян, а именно к устройствам для извлечения семян (ореха) из кедровых шишек. Устройство может быть применимо как в труднодоступных лесных массивах, так и на перерабатывающих предприятиях.

Известно устройство для извлечения семян из шишек (авт. свид. СССР N 1463212, кл. А 23 N 5/00), содержащее расположенные под углом друг к другу основание и рабочий орган в виде обращенных одна к другой П-образных пластин с выступами на поверхностях, ручной привод в виде П-образного стержня и загрузочный бункер. Устройство снабжено кронштейном, шарнирно закрепленным на основании. Ручной привод в середине соединен с кронштейном, а концами с рабочим органом, а его улучшенный вариант (авт. свид. N 1711794, кл. A 23 N 5/00) снабжен механизмом регулирования зазора между основанием и нижней частью рабочего органа.

Вышеописанные устройства просты, но малопроизводительны, процесс разрушения шишек трудоемкий, а полученная смесь (шелуха и орех) требует дальнейшей обработки для извлечения из нее чистого ореха. Устройства применяются в лесных массивах, но нерентабельны на перерабатывающих предприятиях.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению являются выпускаемые отечественными предприятиями устройства:

1. Машина МК-1, Брянский завод "Лесхозмаш", переносная, массой 50 кг.

2. Машина МИС-0,4, Якшинский завод "Лесхозмаш", стационарная, массой 320 кг - прототип (см. каталог "Сельскохозяйственная техника", том 2, "Информагротех", М., 1991 г., с. 283).

Основные узлы: наружный и внутренний барабаны, станина, решетный стан, загрузочный барабан, привод.

Наружный барабан представляет собой цилиндр, на внутренней поверхности которого расположены конусные 4-гранные зубья, внутренний барабан имеет аналогичные зубья на наружной поверхности, приводится во вращение от двигателя. В верхней части крепится загрузочный бункер. Решетный стан, состоящий из сит, подвешенных на тягах, получает колебательное движение от двигателя. Шишки из загрузочного бункера, поступают в пространство между двумя барабанами, при вращении внутреннего барабана зубья двух цилиндров разрушают шишки, и масса поступает на решетный стан для отделения семян (орех) от примеси.

Чистота готовой продукции составляет 90%, а повреждение орехов не превышает 0,3%.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что подача шишек в рабочее пространство между барабанами нерегулируемая, в результате переполнения рабочего пространства повышается энергоемкость процесса разрушения шишек, к тому же шишки, вовлекаясь в межбарабанное пространство зубьями и далее проталкиваясь между ними, разрываются и разрушаются, травмируя скорлупу ореха, снижая тем самым качество ореха. Травмируемый орех в процессе хранения подвергается гниению и порче. Кроме того, высока трудоемкость изготовления поверхностей с зубьями, а значительная масса устройства затрудняет их использование в труднодоступных лесных массивах.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - создать устройство, обеспечивающее: 100%-ное извлечение ореха; его цельность, чистоту; возможность применения в труднодоступных лесных массивах, т.е. меньшие энергоемкость и вес, а также более низкую трудоемкость изготовления.

Технический результат - создано устройство для извлечения семян из кедровых шишек, обладающее меньшей трудоемкостью изготовления, с возможностью применения как переносным в труднодоступных лесных массивах, так и стационарным - на перерабатывающих предприятиях, позволяющее получать 100%-ный выход нетравмированного чистого ореха.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для извлечения семян из кедровых шишек, содержащем загрузочный бункер, наружный неподвижный и внутренний подвижный барабаны, решетный стан и привод, имеются следующие особенности:

1. Наружный неподвижный барабан выполнен из прутков с равным шагом между ними, расположенных относительно оси вращения внутреннего подвижного барабана по последовательным дугам с радиусами R₁ > R₂ > R₃, и имеет загрузочное и отвальное окна, а внутренний барабан выполнен сплошным с желобом и продольными равномерно расположенными относительно друг друга скругленными выступами по цилиндрической поверхности, переходящей в кривую, построенную по принципу спирали Архимеда.

Таким образом, исполнение наружного неподвижного барабана не сплошным, а из прутков позволяет орехам постепенно, по мере вышелушивания из шишек, не проходя всю рабочую зону, вместе с мелкими остатками шишек проваливаться между прутьями, попадая на решетный стан, уменьшая тем самым усилие на протаскивание массы по рабочей зоне между барабанами и снижая энергоемкость устройства. Геометрия исполнения поверхностей барабанов позволяет разрушать шишки путем постепенного увеличения деформации за счет уменьшения зазора между барабанами до S₃ и перекатывания их между прутками и ребристой поверхностью без травмирования ореха, как это имеет место в аналогах. Все это позволяет получить 100%-ный выход орехов из шишек, не травмируя скорлупу и ядра орехов.

2. Прутки наружного неподвижного барабана имеют круглое сечение и расположены на расстоянии, равном максимальной длине кедрового opexa (t), a расстояние между скругленными выступами на поверхности внутреннего подвижного барабанах в 1,3 раза больше (1,3 t).

Такие формы вышеуказанных элементов поверхностей (по сравнению с четырехгранными зубьями в устройстве-прототипе) и заявленное соотношение расстояний между прутками и скругленными выступами (создается условие несовпадения одновременно всех прутков и скругленных выступов при вращении внутреннего барабана) предотвращает травмирование ореха и уменьшает крутящий момент на валу.

3. Минимальная ширина желоба (В), выполненного в виде усеченной пирамиды на внутреннем подвижном барабане, равна максимальному диаметру кедровой шишки (D_max), а его глубина (H) равна разности максимального диаметра шишки (D_max) и зазора (S₁) между прутками наружного неподвижного барабана, расположенными на расстоянии R₁ от оси вращения внутреннего подвижного барабана и скругленными выступами на его цилиндрической части поверхности, т.е. H= D_max-S₁.

Ширина желоба позволяет загрузить в рабочее пространство между барабанами оптимальную порцию шишек, а глубина рассчитана так, чтобы шишки вовлекались в рабочее пространство. Все это создает благоприятные условия для разрушения шишек без запрессовки их и заклинивания в рабочей зоне. В результате орехи не повреждаются механически, снижается крутящий момент на валу подвижного барабана, следовательно, уменьшаются энергозатраты.

4. Зазор S₃ между прутками наружного неподвижного барабана, расположенными на расстоянии R₃ от оси внутреннего подвижного барабана и скругленными выступами на его цилиндрической поверхности, является минимальным и равным максимальной длине кедрового ореха.

Данное положение является обязательным для 100%-ного выхода ореха из шишки. Если вышеуказанное расстояние будет больше, то орех может остаться в шишке, если меньше - создается условие для травмирования ореха.

5. Решетный стан шарнирно соединен с нижним концом рычага, на верхнем конце которого находится ролик, подпружиненный к кулачку, посаженному на вал внутреннего подвижного барабана.

Это позволило механизировать процесс отделения орехов от шелухи за счет приведения в колебательное движение решетного стана одновременно с вращением внутреннего барабана, что особенно важно при работе в лесных массивах.

При исследовании отличительных признаков описываемого устройства не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся использования конструкции ранее созданных устройств для извлечения семян из кедрового ореха.

Проведенный заявителем анализ конструкций устройств для извлечения семян из кедровых шишек, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволяет установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличными от прототипа признаками. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:

- дополнение известного устройства какими-либо известными частями, присоединенными к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;

- замена каких-либо частей известного устройства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

- исключение какой-либо части (элемента) устройства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;

- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в устройстве таких элементов;

- создание устройства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом результат обусловлен только известными свойствами частей этого устройства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественных признаков, представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображено устройство для извлечения семян из кедровых шишек; на фиг. 2 изображен механизм разрушения шишек в вертикальном разрезе.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. Устройство для извлечения семян из кедровых шишек (см. фиг. 1) состоит из механизма разрушения шишек 1, сверху к нему присоединен приемный бункер 2, снизу на подвесках 3 крепится решетный стан 4, который шарнирно соединен с нижним концом рычага 5, на верхнем конце рычага 5 находится ролик 6, поджатый к кулачку 7 пружиной 8, кулачок 7 посажен на вал 9, под решетным станом 4 расположен вентилятор 10.

Механизм разрушения шишек 1 состоит из наружного неподвижного барабана 11 и внутреннего подвижного барабана 12, причем подвижный барабан 12 вращается на двух подшипниковых опорах 13, закрепленных на боковых стенках 14 неподвижного барабана 11, при этом боковые стенки подвижного барабана 12 расположены заподлицо в отверстиях стенок неподвижного барабана 11, с зазором ~2,0 мм. Боковые стенки 14,15 подвижного и неподвижного барабанов выполнены в одной плоскости и являются одновременно боковой стенкой механизма разрушения, что позволило сократить металлоемкость и обеспечить компактность механизма разрушения.

Наружный неподвижный барабан 11 выполнен из прутков 16 круглого сечения, которые расположены:

- относительно друг друга - на расстоянии t, равном максимальной длине кедрового ореха;

- относительно оси вращения внутреннего барабана по кривой с радиусами R₁ > R₂ > R₃, образуя тем самым между барабанами 11, 12 разные зазоры от максимального S до минимального S₃ (между наружным и внутренним барабаном). Зазор S₁ является максимальным и имеет размер несколько меньше размера кедровой шишки, что создает первые небольшие деформирующие усилия для разрушения шишки. В рабочей зоне с зазором S₂ шишки подвергаются большей деформации, чем в предыдущей зоне. Зазор S₂ является промежуточным и равен половине суммы зазоров S₁ и S₃, т.е. S = 0,5(S₁+S₃). Зазор S₃ является минимальным и равен максимальной длине кедрового ореха, что создает условие полного разрушения шишек при сохранении целостности самого кедрового ореха. Наружный барабан 11 имеет загрузочное окно 17 и отвальное окно 18.

Внутренний подвижный барабан 12 на двух подшипниковых опорах 13 посажен на вал 9. Его поверхность выполнена сплошной с продольными скругленными выступами 19, расположенными с шагом, равным 1,3 шага t между прутками 16 наружного барабана 11, имеет цилиндрическую часть Ц, переходящую в часть поверхности А, выполненной по спирали Архимеда, и желоб 20, выполненный по всей длине внутреннего барабана 12. Ширина (В) желоба равна максимальному диаметру кедровой шишки (D_max), а его глубина (H) равна разности максимального диаметра шишки (D_max) и зазора S₁, между прутками наружного неподвижного барабана 11, расположенными на расстоянии от оси вращения внутреннего подвижного барабана 12 и скругленными выступами на его цилиндрической поверхности.

Устройство для извлечения семян из кедровых шишек работает следующим образом. Шишки засыпаются в приемный бункер 2, оттуда через загрузочное окно 17 в наружном барабане 11 попадают в рабочий зазор между барабанами 11, 12, причем внутренний барабан 12 приводится во вращение либо вручную, либо от электро- или бензомотора. Поскольку зазор S между наружным барабаном 11 и внутренним барабаном 12 меньше максимального диаметра шишки, последние попадают в рабочую зону только при помощи захватывающего желоба 20, который таким образом обеспечивает в каждый оборот внутреннего барабана 12 порционную подачу шишек в рабочую зону между барабанами 11,12. В рабочей зоне шишки подвергаются постепенно увеличивающейся деформации за счет плавного уменьшения зазора вследствиe вступившего в процесс разрушения шишки участка поверхности А внутреннего барабана 12, выполненного по принципу спирали Архимеда. Далее, увлекаясь ребристой поверхностью внутреннего барабана 12, благодаря переменному уменьшающемуся зазору между барабанами, шишки сначала разминаются, а затем частично разрушаются, а на последней стадии (где расстояние S минимальное) происходит полное их разрушение. Извлеченный орех и мелкая фракция шелухи по мере их образования выпадают в зазоры между прутками 16, попадая на решетный стан 4, а крупная фракция шишек (в том числе и остов) попадает туда же через отвальное окно 18.

На решетном стане 4 происходит отделение семян (ореха) от основной массы шелухи за счет колебательного движения решетного стана 4, которое он получает при обкатывании роликом 6 кулачка 7, вращающегося с валом 9, при этом ролик 6 постоянно поджат к кулачку 7 пружиной 8. Ролик 6, обкатываясь по выполненному в виде многоугольника кулачку 7, сообщает рычагу 5 колебательное движение, которое он в свою очередь передает решетному стану 4. Причем крупная фракция шишек сбрасывается в отвал при колебательном движении с верхнего сита решетного стана, часть шелуши от шишек просеивается в отвал через второе нижнее сито.

После решетного стана 4 масса ореха с оставшейся в ней шелухой (мелкая фракция) проходит через воздушный поток, образуемый вентилятором 10, в котором от ореха отделяется мелкая фракция шелухи, а чистый орех попадает в установленную емкость.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства для извлечения семян из кедровых шишек следующей совокупности условий:

- устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в лесной и перерабатывающей промышленности для получения чистого ореха (семян);

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность осуществления изготовления с помощью известных средств и методов;

- устройство, воплощающее заявленное изобретение, при его осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, что подтверждено испытаниями опытного образца устройства, вес которого составил около 10 кг.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".