цилиндрический сепаратор

Формула изобретения

1. Цилиндрический сепаратор, состоящий из ячеистого цилиндра, загрузочно-распределительного шнека, верхнего и нижнего лотков с выводящими шнеками, отличающийся тем, что внутри цилиндра под нижним лотком установлено транспортерное устройство с гибкими лопастями, снабженное ведущим, ведомым валиками и направляющими пластинами, при этом цилиндр снабжен кукольными и/или овсюжными ячейками.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что кукольные ячейки расположены своей осью симметрии под углом =20° к направлению вращения цилиндра.

3. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что транспортерное устройство дополнительно снабжено натяжным и прижимными валиками.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемый сепаратор относится к зерноочистительным машинам, применяемым для очистки зерна от коротких и длинных примесей в хозяйствах и на зерноперерабатывающих предприятиях агропромышленного комплекса.

Известен цилиндрический триер для выделения длинных примесей конструкции А.Ф.Григоровича и Е.Г.Лукьянова (см. Соколов А.Я. Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна. - М: Колос, 1984 .- С.106-107).

Триер А.Ф.Григоровича и Е.Г.Лукьянова предназначен для очистки зерна короткой фракции (пшеницы) от длинных примесей (овсюга), обеспечивает подачу исходного материала на 2/3 длины цилиндра. Зерна пшеницы западают в ячейки цилиндра и выносятся в лоток триера, а зерновки длинной фракции (овсюга) располагаются в ячейках неустойчиво, выпадают ниже кромки передней стенки лотка и возвращаются периодически в слой обрабатываемого материала, обогащая его от начальной концентрации, равной обычно 3% в начале цилиндра, до 100% в конце на выходе из него. При этом скорость продольного перемещения регулируют (увеличивают) посредством системы из одиннадцати наклонных пластин-плужков, накопление овсюга и других длинных засорителей в конце цилиндра увеличивает вероятность их выноса ячейками в лоток, что снижает эффективность очистки зерна. Стандартная ячейка имеет емкость в 2-3 зерна, что создает условие для западания и расположения зерновки овсюга в ячейке под зерном пшеницы, следовательно, его выноса и выпадения в лоток, что вызывает дополнительное снижение эффективности очистки. В результате этот триер не обеспечивает достаточной эффективности очистки зерна, не находит широкого применения на предприятиях. Кроме этого, обработка исходного зернового слоя в цилиндре триера длительная из-за продолжительности процесса расслоения, прохождения зерновок короткой фракции к поверхности и заполнения ячеек.

Установлено, что время полного расслоения слоя обрабатываемого материала и осаждения (прохождения) частиц коротких примесей к ячеистой поверхности цилиндра почти в сотни раз больше времени одного полного западания частицы в ячейку. Это положение является основной причиной того, что при 3% содержании коротких примесей (куколя) в исходном материале много времени приходится тратить на смешивание слоя вращением внутри цилиндра, чтобы обеспечить полное извлечение коротких или длинных примесей ячейками из слоя обрабатываемого материала, и что триеры имеют все еще низкую производительность и необходимо дальнейшее совершенствование технологии очистки зерна от примесей при малой исходной концентрации (см. Урханов Н.А., Козлов Д.А. и Бужгеев А.С. Совершенствование технологии очистки зерна от примесей при малой исходной концентрации в сепараторах. Сб. науч. тр. ВСГТУ: Технология, биотехнология и оборудование пищевых и кормовых производств, вып.11. - Улан-Удэ, 2005. С.77-82). Этот существенный недостаток характерен для всех производственных триеров, применяемых для очистки зерна в сельском хозяйстве страны и за рубежом.

Известен цилиндрический триер - овсюгоотборник, снабженный продолговатыми ячейками для выноса зерновок овсюга в лоток и устройством в виде наклонной плоскости, образующей угол с горизонталью в поперечном сечении цилиндра, на которой перпендикулярно установлены направляющие пластины, образующие угол с горизонталью в продольном сечении. Направляющие пластины ускоряют продольное перемещение зерен вдоль цилиндра к выходу. Обрабатываемый материал с наклонного направляющего устройства попадает на гребенчатое решето, которое способствует расширению слоя и зоны заполнения ячеек в нижней правой части окружности цилиндра, (см. патент RU №2182046, МПК В07в 13/02. Цилиндрический триер - овсюгоотборник. Урханов Н.А., Урханов В.Н., Козлов Д.А., Бужгеев А.С. Опубл. 2002, Б.И. №13).

Однако расширение слоя и зоны заполнения ячеек в указанном триере недостаточно повышает его производительность: не обеспечивает интенсивную технологию разделения и очистки обрабатываемого материала с одновременным выносом зерен короткой и длинной фракции в отдельные лотки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является цилиндрический кукольный триер конструкции А.Ф.Григоровича, включающий ячеистый цилиндр, загрузочно-распределительный шнек, верхний и нижний лотки с выводящими шнеками (см. Соколов А.Я. Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна. - М.: Колос, 1984, с.105-106).

Недостатком известного производственного кукольного триера является низкая эффективность очистки зерна в связи с тем, что подаваемый по длине цилиндра исходный материал образует на его поверхности неустойчивую и ограниченную зону скольжения зернового слоя, в результате чего не создается условие для западания и нормального расположения частиц короткой фракции (куколя) в ячейках и, следовательно, их четкого выпадения в верхний лоток. Движение слоя обрабатываемого материала на ячеистой поверхности цилиндра при этом не обеспечивает необходимые процессы расслоения и прохождения частиц короткой фракции (куколя) к поверхности и заполнения ими ячеек. В результате в потоке слоя зерна длинной фракции, направляемого с поверхности в нижний лоток, остается часть зерновок короткой фракции (примесей). Это снижает эффективность очистки зерна длинной фракции (пшеницы) и является существенным недостатком кукольного триера конструкции А.Ф.Григоровича.

Известный цилиндрический триер-овсюгоотборник (см. патент №2182046) благодаря новой конструкции ячеек для овсюга, обеспечивает устойчивое западание зерновок длинной фракции и их вынос в лоток, а зерна короткой фракции (пшеницы) при этом периодически возвращаются в слой обрабатываемого материала, перемещаясь ускоренно слоем вдоль цилиндра к выпускному патрубку. Этот овсюгоотборник, существенно улучшая конструкцию триера А.Ф.Григоровича и Е.Г.Лукьянова и изменяя технологию очистки зерна от овсюга, значительно повышает его производительность. Однако возможности увеличения производительности триера полностью не использованы. Периодическое возвращение зерновок длинной фракции в слой обрабатываемого материала в триере А.Ф.Григоровича и Е.Г.Лукьянова или зерен основной фракции в слой в триере по патенту №2182046 снижает коэффициент использования ячеистой поверхности и соответственно производительность триера.

Необходимо обеспечить расширение зоны устойчивого заполнения ячеек зерновками коротких или длинных примесей путем оптимизации толщины слоя и величины относительной скорости движения обрабатываемого материала по ячеистой поверхности цилиндра, чтобы все зерновки засорителей (куколя и/или овсюга), составляющие обычно около 3% от содержания в исходном материале, успели из слоя запасть в ячейки для их выноса в верхний лоток. В связи с тем, что разработана конструкция ячейки для выноса зерновок овсюга в верхний лоток, предлагаемое изобретение предназначено для очистки зерна от примесей по длине и названо цилиндрическим сепаратором, снабженным ячеистыми цилиндрами для извлечения зерновок (примесей) из слоя обрабатываемого материала в верхний лоток, направляя при этом зерно основной фракции с ячеистой поверхности в нижний лоток.

Таким образом, технической задачей предлагаемого изобретения является разработка цилиндрического сепаратора для очистки зерна от примесей по длине путем выноса зерновок коротких или длинных примесей ячейками в верхний лоток и схода зерен основной фракции тонким слоем с ячеистой поверхности в нижний лоток, обеспечиваемых расширением зоны устойчивого заполнения ячеек зерновками примесей и поддержанием параметров подачи и режима тонкослойного движения обрабатываемого материала на ячеистой поверхности с помощью специального транспортерного устройства.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении производительности очистки зерна от коротких и длинных примесей в цилиндрическом сепараторе.

Указанный технический результат достигается тем, что в цилиндрическом сепараторе, состоящем из ячеистого цилиндра, загрузочно-распределительного шнека, верхнего и нижнего лотков с выводящими шнеками, согласно изобретению внутри цилиндра под нижним лотком установлено транспортерное устройство с гибкими лопастями, снабженное ведущим и ведомым валиками и направляющими пластинами, при этом цилиндр снабжен кукольными и/или овсюжными ячейками.

Указанный технический результат достигается также тем, что кукольные ячейки расположены своей осью симметрии под углом =20° к направлению вращения цилиндра.

Указанный технический результат достигается также тем, что транспортерное устройство дополнительно снабжено натяжным и прижимными валиками.

Отличительными признаками заявляемого устройства являются наличие нового конструктивного элемента, а именно транспортерного устройства с гибкими лопастями, а также новая форма выполнения ячеистого цилиндра, снабженного одновременно кукольными и овсюжными ячейками. Кроме того, отличительной особенностью заявляемого сепаратора является расположение кукольных ячеек под углом =20° к направлению вращения цилиндра.

Наличие транспортерного устройства с гибкими лопастями обеспечивает расширение зоны западания зерновок примесей в ячейки путем поддержания их скорости V₀ относительного движения со слоем по ячеистой поверхности цилиндра, вращающегося со скоростью V. Оптимальное значение относительной скорости V ₀ слоя при этом определяется с учетом условия устойчивого западания зерновки в ячейку по уравнениям, полученным в работе - см. Урханов Н.А. Интенсификация послеуборочной обработки и очистки зерна от примесей по длине, Улан-Удэ, изд. ВСГТУ, 1999 г., 318 с. Условие западания зерна в ячейку определяется значением предельной скорости V¹ его движения, выше которой исключено устойчивое западание зерна. При этом значение относительной скорости V₀ зерна определяется отставанием транспортера, движущегося со скоростью V _т, от скорости V вращения ячеистой поверхности, т.е. V ₀=V-V_т. При значении относительной скорости V₀<V¹ происходит устойчивое западание зерновок примесей в ячейки и освобождение ячеек от неустойчиво запавших зерен основной фракции в слое, движение которого поддерживается транспортером. При свободном движении слоя на внутренней поверхности цилиндра относительная скорость V₀ движения зерна под слоем меняется в пределах от максимальной величины, равной скорости вращения цилиндра V в верхнем и нижнем краях расположения слоя (абсолютное скольжение, когда V=V₀ и абсолютная скорость зерна V_a=0), до минимальной, равной примерно 0,1 V в середине поверхности слоя на цилиндре.

При этом V¹=(0.3...0,9) V в зависимости от конструкции ячейки и длины зерновки примеси. Например, V¹ =0,3V для существующих кукольного и овсюжного триеров и V ¹=0.9V для триера - овсюгоотборника снабженного ячейками для выноса овсюга (по патенту №2182046). Значение V ¹ практически определяет соответствующую величину зоны заполнения ячеек зерном под вращающимся слоем обрабатываемого материала. Если рассмотреть длину дуги поверхности цилиндра в поперечном сечении, на которой происходит заполнение ячеек зерновками примесей, то она различна и в процентах к общей длине дуги сектора, занимаемого слоем обрабатываемого материала на цилиндрической поверхности рассмотренных триеров, составляет примерно следующие величины 30% и 90%. Поэтому предлагаемое транспортерное устройство обеспечивает не только расширение зоны заполнения ячеек зерновками примесей, но и увеличивает зону движения зерна тонким слоем, совмещая границы зоны заполнения с границей (краями) расположения зернового слоя под транспортером в цилиндре. При этом создано условие для благоприятного заполнения ячеек зерновками примесей, устранен участок минимальных относительных скоростей зерна, обеспечена скорость поточного движения и разделения зерна в сепараторе, следовательно, увеличена производительность очистки зерна от примесей по длине при малой исходной концентрации.

Расчетная скорость V_т транспортера обеспечивается вращением ведущего валика от приводного вала сепаратора известным способом. При этом транспортерное устройство практически не имеет сопротивления, потому что оно поддерживается вращением ячеистой поверхности цилиндра через слой обрабатываемого материала, выполняя свое назначение по стабилизации оптимального относительного движения зернового слоя и созданию необходимого условия для технологического процесса в сепараторе.

Расположение кукольных ячеек своей осью симметрии под углом =20° к направлению вращения цилиндра способствует выходу зерна пшеницы поворотом из ячейки при воздействии гибкой лопасти отстающего от ячеистой поверхности транспортерного устройства. При использовании в предлагаемом сепараторе ячеек, установленных как в известных устройствах, по ходу вращения цилиндра зерно пшеницы опирается на заднюю стенку и его выход из ячейки затруднен: давление на передний кончик зерна, расположенный на кромке передней стенки, воспринимает давление от лопасти транспортерного устройства в осевом направлении на заднюю стенку и при этом затруднен выход зерна из-за сопротивления транспортерного устройства.

В совокупности конструктивные особенности цилиндрического сепаратора и его транспортерного устройства обеспечивают оптимальные параметры движения зернового слоя, зоны заполнения ячеек зерновками примесей, условия их выпадения в верхний лоток и одновременного схода зерен основной фракции с ячеистой поверхности в нижний лоток, интенсифицируя технологический процесс очистки зерна от примесей по длине.

Таким образом, новая совокупность перечисленных конструктивных особенностей и элементов, находящихся во взаимосвязи друг с другом, приводит к усилению технического свойства конструкции цилиндрического сепаратора, выражающегося в изменении существующей технологии и создании энергосберегающего технологического процесса очистки зерна от примесей по длине в сепараторе и повышении его производительности в 2 и более раза при существующей скорости вращения цилиндра согласно результатам нашего исследования.

Сравнение предлагаемого цилиндрического сепаратора с другими известными техническими решениями из уровня техники по патентной и научной технической документации позволило установить, что авторами не выявлены решения, включающие совокупность признаков, сходных или эквивалентных заявляемым. Это позволяет сделать вывод о соответствии предложения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Сущность предлагаемой конструкции цилиндрического сепаратора поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен поперечный разрез цилиндрического сепаратора, на фиг.2 - угол отклонения оси симметрии ячейки кукольного цилиндра от направления его вращения в плане.

Предлагаемый цилиндрический сепаратор включает ячеистый цилиндр 1, загрузочно-распределительный шнек 2 питающего патрубка, нижний 3 и верхний 4 лотки с выводящими шнеками 5 и 6 соответственно, при этом верхняя часть задней стенки лотка 4 имеет изогнутую форму в соответствии с траекторией движения зерновки после отрыва от ячейки (см. фиг.1). Внутри цилиндра 1 под нижним лотком 3 установлено транспортерное устройство 7 (в частности, ленточный транспортер) с гибкими (прорезиненными) лопастями 8, снабженное ведущим 9 и ведомым 10 валиками, а также направляющими пластинами 11 и 12. Транспортерное устройство 7 дополнительно может быть снабжено натяжным 13 и прижимными 14, 15 валиками. Цилиндр 1 может иметь одновременно и кукольные (позиция «К» на фиг.1) и овсюжные (позиция «О» на фиг.1) ячейки, а также, или кукольные, или овсюжные ячейки. Кукольные ячейки расположены своей осью симметрии под углом =20° к направлению вращения цилиндра 1 (см. фиг.2).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Исходный зерновой материал, подлежащий очистке от коротких (куколя) и/или длинных (овсюга) примесей, через загрузочно-распределительный шнек 2 питающего патрубка подают в ячеистый цилиндр 1. Шнек 2 равномерно тонким слоем распределяет исходный материал по всей длине цилиндра 1. Поток слоя исходного материала захватывается транспортерным устройством 7 с гибкими прорезиненными лопастями 3, обеспечивающими поддержание оптимальной скорости движения зернового слоя на ячеистой поверхности и условия для устойчивого заполнения ячеек зерновками примесей, относительного смещения зерен основной фракции по поверхности для освобождения незаполненных ячеек для зерновок примесей, и перехода примесей из слоя к ячеистой поверхности и интенсивного заполнения ячеек. Ведущий валик 9 транспортерного устройства, натянутого с помощью системы: натяжного 13, ведомого 10 и прижимных валиков 14 и 15, направляющих пластин 11 и 12, обеспечивает ей скорость V_т. Транспортерное устройство своими гибкими прорезиненными лопастями обеспечивает слою обрабатываемого материала относительное движение (отставание) на движущейся со скоростью V ячеистой поверхности цилиндра 1. При этом относительная скорость движения зерна определяется как разность между скоростями вращения цилиндра V и движения транспортера V₀=V-V_т и является практически постоянной, обеспечивающей наилучшие условия и интенсивность заполнения ячеек зерновками. Абсолютная скорость V _a зернового слоя, равная скорости транспортера V _т, обеспечивает производительность поточного разделения и очистки зерна от примесей по длине, т.е. V_т =V_a=V-V₀.

Поточное движение тонкослойного обрабатываемого материала на ячеистой поверхности в предлагаемом цилиндрическом сепараторе начинается под транспортным устройством 7 с гибкими лопастями 8 в месте расположения его ведущего валика 9, пересечения горизонтальной оси его окружности с поверхностью цилиндра 1. Это место практически совпадает с горизонтальной осью окружности цилиндра, т.е. угол начала движения слоя и зоны заполнения ячеек зерновками равен нулю. Движение слоя с транспортерным устройством 7 продолжается до места расположения ведомого валика 10, т.е. протяженность слоя и зоны заполнения ячеек зерновками, начиная от 0°, составляет примерно 190° и расположена между концами транспортерного устройства 7.

При свободном расположении и движении зернового слоя радиус цилиндра, проведенный в нижний край зернового слоя, образует угол около 80° с горизонтальной осью окружности цилиндра при вращении по ходу часовой стрелки. Это означает, что в этой четверти окружности цилиндра зона расположения зернового слоя и заполнения ячеек зерновками под ним увеличивается почти в 8 раз.

Кроме этого, при свободном расположении и движении зернового слоя в этой (правой нижней) I-й четверти зерновки в нем начинают движение с абсолютного скольжения, когда V _a=0 или V₀=V и величина относительной скорости V₀ практически больше величины предельной скорости V¹, т.е. V ₀>V¹ и почти не обеспечивается условие устойчивого западания зерновок в стандартные ячейки. При движении слоя, поддерживаемого транспортерным устройством, обеспечивается условие западания и заполнения ячеек под слоем на всем участке I-й четверти: везде V₀=(V-V _т)<V¹. Благоприятная зона заполнения ячеек зерновками примесей под слоем продолжается в левой нижней 2-й четверти окружности цилиндра: движение зернового слоя поддерживается транспортерным устройством 7 до места расположения ее ведомого валика 10, ось которого совпадает с кромкой нижнего лотка 3. Зерна основной фракции (пшеницы), которые не вмещаются в ячейки по своим размерам, сходят с ячеистой поверхности в нижний лоток 3, откуда выводятся шнеком 5 из сепаратора. Выпадение зерна основной фракции в нижний лоток 3 обеспечивается тем, что ведомый валик 10 транспортерного устройства установлен центром своей окружности на кромке нижнего лотка 3 и расположен в левой части цилиндра выше горизонтальной оси его окружности на 10°, т.е. выше максимального угла выпадения неустойчиво расположенного на ячеистой поверхности зерна основной фракции (позиция «П» на фиг.1).

Расположение кукольных ячеек под =20° к направлению вращения цилиндра способствует выходу зерна пшеницы поворотом из ячейки при воздействии гибкой лопасти отстающегося от ячеистой поверхности транспортерного устройства. Зерновки примесей, запавших в ячейки и устойчиво расположенных в них, выносятся ячейками в верхний лоток 4, откуда выводятся шнеком 6 из цилиндра 1 (позиции «К» и «О» на фиг.1).

Таким образом, предлагаемый цилиндрический сепаратор, рабочий цилиндр 1 которого снабжен ячейками для коротких (куколя) и длинных (овсюга) примесей в совокупности с транспортерным устройством 7 с гибкими лопастями 8, нижним лотком 3 для зерна основной фракции и верхним 4 для зерновок коротких и длинных примесей обеспечивает создание интенсивного и энергосберегающего технологического процесса унифицированного триера, обеспечивающего очистку зерна от коротких и длинных примесей, содержание каждой из которых составляет около 3%, а в общем - 6%, путем выноса зерновок примесей в верхний лоток, а зерен основной фракции в нижний лоток.

Предлагаемый цилиндрический сепаратор позволяет снабжать ячеистую поверхность одновременно ячейками для выноса куколя и овсюга. В этом случае зерновки куколя и овсюга устойчиво западают и ложатся только в свои ячейки, выносятся ячейками в верхний лоток, а зерна пшеницы - в нижний лоток. Количество ячеек будет достаточное для зерновок куколя и овсюга, так как их количество в общем составляет всего 6%. При этом вероятность их западания в свои ячейки достаточная и обеспечивается относительным движением зерновок по ячеистой поверхности в тонком слое. Такой вариант изготовления и использования ячеистой поверхности позволяет цилиндрическому сепаратору заменить работу двух триеров - кукольного и овсюжного, обеспечивает увеличение производительности и экономию электроэнергии в два и более раза. Однако эффективность очистки при этом на 1...2% ниже, чем для случая, когда цилиндрический сепаратор снабжен сменными цилиндрами для очистки зерна от куколя и/или овсюга, обеспечивает высокую производительность и эффективность очистки зерна.

Предлагаемое изобретение обеспечивает не только рациональный технологический процесс очистки зерна от коротких (куколя) и длинных (овсюга) примесей, но и значительное увеличение производительности, эффективности очистки зерна и снижение энергоемкости сепаратора путем равномерной подачи и тонкослойного движения исходного материала по всей длине цилиндра, когда увеличение зоны расположения обрабатываемого материала и заполнения ячеек зерновками примесей обеспечивается параметром конструкций и движения транспортерного устройства в два и более раза, когда верхний лоток предназначен для зерновок примесей и нижний для зерна основной фракции. Применение изобретения не требует больших затрат на переоборудование существующих триеров или изготовление цилиндрического сепаратора, позволит повысить эффективность очистки зерна продовольственного и семенного назначений от таких трудноотделимых примесей, как татарская гречишка и овсюг в условиях Сибири, в частности, в зоне Забайкалья.