Способ разделения сыпучих материалов по массе и устройство для его осуществления

 

Использование: в вибрационной технике и в различных отраслях, разделяющие сыпучие материалы на фракции. Сущность изобретения: способ разделения сыпучих материалов включает подачу материала в емкость с ротором, сообщение материалу вращения и колебания в горизонтальной и вертикальной плоскостях, причем в вертикальной плоскости с большей частотой, чем частота в горизонтальной плоскости, разделение материала на фракции. Устройство для разделения сыпучих материалов включает кожух, охватывающий емкость с ротором и на дне которого смонтированы отсеки с разгрузочными лотками. Вращение и колебание сыпучего материала в горизонтальной и вертикальной плоскостях сообщается посредством вибровозбудителя с вертикальным приводным валом, выполненного в виде корпуса с крышкой, закрепленной на торце верхнего конца приводного вала выполненного в виде раздвоенной вилки, внутри корпуса вибровозбудителя размещен дебалансный вал, установленный посредством опор в раздвоенной вилке приводного вала перпендикулярно ему и с пересечением его оси вращения, уравновешенный относительно этой оси вращения и сопряженный с приводным валом планетарной зубчатой передачей, сателлит которой установлен на дебалансном валу, а центральное колесо скреплено с корпусом вибровозбудителя. Ротор установлен на дебалансном валу между его опорами и размещен в емкости, которая присоединена к крышке корпуса вибровозбудителя и выполнена в виде улитки с центральным загрузным патрубком и наклонным периферийным разгрузочным патрубком. Корпус вибровозбудителя установлен на фундаментной раме посредством амортизатора. Частота вращения приводного вала может регулироваться. При работе сыпучий материал подается в емкость-улитку, где он подхватывается лопастями ротора и выводится через периферийный патрубок по окружности ротора и выводится через периферийный патрубок по окружности относительно вертикальной оси, при этом круговой поток материала разделяется по массе. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано для разделения сыпучих материалов в различных отраслях хозяйств, преимущественно в старательских и фермерских.

Широко известно падди-машина, состоящая из стола с емкостью, в которой параллельно продольным стенкам образованы каналы зигзагообразной формы в три яруса. В каждом ярусе по десяти каналов, Общей протяженностью 39,6 м. Стол снабжен механизмом наклона к горизонту и для прямолинейного возвратно-поступательного движения с максимальным ускорением 9,97 м/сек² кривошипношатунным механизмом. (Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна./ Под ред. А. Д. Соколова. М. Колос, 1984, с. 348).

Процесс разделения смеси на фракции осуществляется в каналах под воздействием инерционных сил на основе различия между плоскостью и коэффициентом трения сортируемых частиц. При этом наиболее легкие частицы перемещаются по уклону вверх, а тяжелые вниз.

Производительность и эффективность работы падди-машин являются относительно недостаточными. На предприятии с суточным выпуском 200 240 т крупы падди-машин имеется до 16 штук, которые занимают значительную производственную площадь.

Известен сепаратор с избирательным воздействием водяной струи на сыпучий материал (Наука-техника-Бизнес, 1992, N 22, с. 6).

В водоструйном сепараторе сортировка осуществляется в несколько приемов в резервуаре, поделенном на отсеке-секции. Основной принцип разделения на фракции основан на том, что примеси либо всплывают, либо опускаются на дно, либо находятся во взвешенном состоянии.

Однако, водоструйное воздействие не везде оправдано, т. к. сопряжено с наличием воды, дополнительными работами по сушке фракций, обработке шлама.

Устройство для просеивания сыпучих материалов (авт.св. СССР N 1146103, кл. B 07 B 1/40), сообщающее просеивающей поверхности сложные колебания дебалансом, вращаемым относительно двух взаимноперпендикулярных осей. Недостатком устройства является недостаточная производительность и эффективность сепаратора горизонтальными элементами из-за недостаточного разрыхления сыпучего материала по сравнению с процессом истечения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению относится семеочистительная машина (авт.св. СССР N 240376, кл. B 07 B 9/00), имеющая зернопровод, распределитель семян, вертикальный ротор с несколькими сепарирующими секциями, образующая поверхность каждой секции имеет переменный радиус относительно оси ротора, блок кольцевых вибротранспортеров и два вентилятора. Ротор через подшипники закреплен на эксцентриках вала вибровозбудителя.

При работе семенная смесь равномерно подается в секции ротора. Под воздействием центробежных сил вращательного движения ротора, круговых колебаний и воздушных напоров частицы смеси прижимаются к просеивающей поверхности секций для истечения и вывода по определенным траекториям в зависимости от удельного веса и аэродинамических свойств.

Отличительной особенностью известных виброцентробежных машин, осуществляющих разделения сыпучих материалов по массе, является то, что под воздействием вращательного движения ротора, круговых колебаний в горизонтальной плоскости и воздушных напоров вентиляторов сыпучий материал выводится через сепарирующую поверхность, что уменьшает эффективность и производимость разделения сыпучих материалов.

Основной закон динамики ma=F устанавливает, что мерой инерции материальной точки является ее масса, так как две разные точки при действии одной и той же силы получают одинаковые ускорения только тогда, когда будут равны их массы; если же массы будут разные, то точка, масса которой больше (т. е. инертная), получает меньшее ускорение и наоборот. (Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. М. Ф.-М. 1961, с. 224).

Целью изобретения является повышение эффективности и производительности разделения сыпучих материалов.

Цель достигается тем, что сыпучему материалу дополнительно сообщают колебания и вращение в вертикальной плоскости при этом с большей частотой, чем частота в горизонтальной плоскости и тем, что верхний конец приводного вала выполнен в виде раздвоенной вилки, причем вибровозбудитель выполнен в виде корпуса с крышкой, закрепленной на торце раздвоенной вилки, внутри корпуса вибровозбудителя размещен дебалансный вал, установленный посредством опор в стойках раздвоенной вилки приводного вала перпендикулярно ему и с пересечением его оси вращения, уравновешенный относительно этой оси вращения и сопряженный с приводным валом планетарной зубчатой передачей, сателлит которой установлен на дебалансном валу, а центральное колесо скреплено с корпусом вибровозбудителя, при этом ротор установлен на дебалансном валу между его опорами и размещен в емкости, которая присоединена к крышке корпуса вибровозбудителя и выполнена в виде улитки с центральным и наклонным периферийным патрубками, а корпус вибровозбудителя установлен на фундаментной раме посредством амортизатора и тем, что оно снабжено механизмом изменения частоты вращения приводного вала.

При анализе известных решений не обнаружено признаков, сходных с признаками предлагаемого изобретения.

Предлагаемый способ разделения сыпучих материалов по массе и устройсттво для его осуществления позволяет повысить эффективность и производительность по сравнению с известными решениями за счет дополнительного сообщения частицам сыпучего материала колебания и вращения в вертикальной плоскости, при этом с большей частотой в горизонтальной плоскости. Это позволяет воздействовать переносной и поворотной кориолисовыми силами на частицы вводимого потока сыпучего материала, что доказывает соответствие технического решения критерию "существенное отличие".

На фиг. 1 изображен общий вид устройства для разделения сыпучих материалов по массе, осуществляющего способ разделения сыпучих, материалов по массе; на фиг. 2 разрез А-А (фиг. 1); на фиг. 3 и 4 метатель вибрационный в проекциях; на фиг. 5 и 6 приводной и дебалансный валы в сборе; на фиг. 7 и 8 приводной вал; на фиг. 9 и 10 схемы формы колебания устройства и воздействия сил на частицу, условно обозначенные материальными точками M и M'; на фиг. 11 принципиальная схема устройства.

Устройство для разделения сыпучих материалов по массе состоит из кожуха 1, в котором размещен вибровозбудитель 2, установленный на амортизаторе 3, и фундаментной рамы 4. Дно кожуха 1 выполнено под углом α на котором смонтированы цилиндрические отсеки 5, 6, 7 и 8 с бортами различной высоты для приема фракций I, II, III и IV и их разгрузочными лотками 9, 10, 11 и 12, соответственно. Количество отсеков определяется числом фракций.

Вибровозбудитель 2 состоит из корпуса 13, приводного вала 14, установленного в опорах 15 и 16. Верхний конец приводного вала выполнен в виде раздвоенной вилки для размещения емкости 17, опор 18 и 19, дебалансного вала 20, на котором размещен ротор 21 с лопастями 22 и сателлит 23 планетарной зубчатой передачи 24, центральное колесо 25, ось которого совмещена с осью вращения приводного вала и скрепленное с корпусом 13.

Емкость 17 состоит из корпуса 26 и крышки 27, в центре цилиндрический впускной 28 и на периферии под углом b к горизонту выпускной 29 патрубки, выходящие за пределы крышки 30 вибровозбудителя 2, прикрепленной к торцу раздвоенной вилки. Дебалансный вал 20 выполнен совместно с дебалансом массой m с центром тяжести на расстоянии от оси его вращения на величину R. Стойки вилки приводного вала выполнены с опорой на диск, заканчивающихся шипом.

Приводной и дебалансный валы в сборе уравновешены относительно оси вращения приводного вала массой хвостовика 31 дебалансного вала. Для проведения монтажных работ узел оснащен рым-болтами 32.

На фундаментной раме 4 установлен двигатель 33 с вариатором, сопряженный с приводным валом 14 ременной передачей 35. С помощью вариатора представляется возможным изменять частоту вращения приводного вала, например, в 2,5 раза путем изменения расстояния L вращения винта 36.

Центральное колесо 25 планетарной передачи 24 имеет число зубьев Z₁, а сателлит 23 Z₂. Передаточное число: i Z₁ Z₂.

Крутящий момент двигателя 33 через вариатор 34 и ременную передачу передается приводному валу 14 с угловой и линейной скоростями: где n число оборотов приводного вала; D_ср средний диаметр ротора.

Сателлит 23, обкатывается относительно центрального колеса 25, вращает дебалансный вал 20 с массой m и ротором 21 с лопастями 22 с угловой и линейной скоростями: где n₁ in число оборотов дебалансного вала 20.

В результате вибрационного воздействия генерируются силы в горизонтальной и вертикальной плоскостях, которые являются составляющими суммарного вектора: P_o= mω²R+mω²₁R, где R расстояние центра тяжести массы m до центра координат.

Суммарный вектор P_o, вращаясь относительно центра координат хОyz, колеблет устройство по осям на величины амплитуд: x=±a; y=±b; z=±c.

При этом устройство перемещается со скоростью V₁, ускорением j по осям X, Y, Z с переносной скоростью ω_e относительной скоростью ω_iz и ускорениями a_e, a₁₂, а также ускорением Кориолиса a_c:

где R_o расстояние от центра координат до центра тяжести точки M.

Вибрационные ускорения являются геометрическими составляющими суммарного ускорения a_o устройство массой M, взаимодействующей с сыпучим материалом, проходящим через емкость 17:

по вращательным воздействиям. Вращением ротора 21 с угловыми скоростями ω и ω₁ материальная точка M' перемещается от пункта B k A и при достижении диаметральной плоскости происходит ее отрыв от лопасти 22 с ускорениями: переносные касательное и нормальное

относительные

кориолисовое ω_кор= 2ω_перv_1отн
Переносные и относительные векторы суммируются в равнодействующие векторы ω_e и ω_iz а также с векторами a_e и a₁₂, соответственно и ω_кор с a_c, так как колебания и вращения осуществляются одновременно от одного источника.

В основном уравнение динамики ma=F вместо абсолютного ускорения, в данном случае, массы M' частицы сыпучего материала, запишем ее ускорение:

Величина является переносной Кориолисовой силой;
Величина является поворотной Кориолисовой силой.

Создаваемые устройством величины переносной и поворотной Кориолисовых сил позволяет, например, нешелушенное гречневое зернышко отделить от шелушенных ядриц, т.е. с весовой разницей материальной точки M' с точностью до 0,0005 гр.

Режим работы устройства для разделения сыпучего материала по массе может быть, например, 850 об/мин проводного вала, что соответствует n. Частота вращения дебалансного вала с ротором:
n₁=in; n₁=5,5·850=4720 об/мин
Угловые скорости, 1/рад. ω 98,8; w₁ 493,9.

Параметры работы устройства обеспечивают работу в широком диапазоне режимов, в данном случае, получение амплитуд по осям, мм
x=±0,6; y=±0,6; z=±1,35.

Линейные скорости перемещения в плоскостях, м/сек. горизонтальной 8; вертикальной 44,6.

При работе двигателя 33, например, продукт шелушения гречневого зерна подается по зернопроводу 37, патрубку 28 в емкость 17, где ротором 21 сообщаются ему линейные скорости с ускорениями и выводится через периферийный патрубок 29 по окружности относительно вертикальной оси (фиг. II), при этом круговой поток продукта разделяется по массе: относительно тяжелые частицы по массе осаждаются в секцию 5, а в секции 6, 7 и 8 в зависимости от степени дробления, и выводятся разгрузочными лотками 9, 10, 11 и 12. Шелуха и кормовая мучка выносится через вентиляционный канал 38.

Необходимо заметить, что сыпучий материал в емкости и на дне кожуха находится в подвижном состоянии, что уменьшает трение и мощность двигателя.

Отличительная особенность способа разделения сыпучих материалов по массе и устройства для его осуществления заключается в том, что сыпучему материалу дополнительно сообщают колебание и вращение в вертикальной плоскости, при этом с большей частотой, чем частота в горизонтальной плоскости и тем, что верхний конец приводного вала выполнен в виде раздвоенной вилки, причем вибровозбудитель выполнен в виде корпуса с крышкой, закрепленной на торце раздвоенной вилки, внутри корпуса вибровозбудителя размещен дебалансный вал, установленный посредством опор в раздвоенной вилке приводного вала перпендикулярно ему с пересечением его оси вращения, уравновешенный относительно этой оси вращения и сопряженный с приводным валом планетарной зубчатой передачей, сателлит которой установлен на дебалансном вале, а центральное колесо скреплено с корпусом вибровозбудителя, при этом ротор установлен на дебалансном вале между его опорами и размещен в емкость, которая присоединена к крышке корпуса вибровозбудителя и выполнена в виде улитки с центральным и наклонным периферийным патрубками, а корпус вибровозбудителя установлен на фундаментной раме посредством амортизатора и тем, что устройство снабжено механизмом изменения частоты вращения приводного вала.

Использование способа разделения сыпучих материалов по массе и устройства для его осуществления в различных отраслях хозяйств обеспечит повышение эффективности и производительности за счет дополнительного колебания и вращения в вертикальной плоскости, т. е. воздействия поворотной Кориолисовой силы. При этом повышается универсальность для разделения различных сыпучих материалов по массе, обеспечивается компактность.

Возможно широкое использование в сельском хозяйстве для подработке зерна на токах, зерновых элеваторах, крупохлебоприемных комбинатах, старательскими артелями по добыче драгоценных металлов, так как при разделении дробленного горного материала не требуется вода.

Формула изобретения

1. Способ разделения сыпучих материалов по массе, включающий подачу материала в емкость с ротором, сообщение материалу вращения и колебания в горизонтальной плоскости, разделение на фракции и вывод выделенных фракций, отличающийся тем, что сыпучему материалу дополнительно сообщают вращение и колебание в вертикальной плоскости с большей частотой, чем частота в горизонтальной плоскости.

2. Устройство для разделения сыпучего материала по массе, включающее вибровозбудитель с вертикальным приводным валом, емкость, кожух, охватывающий емкость с ротором, на дне которого смонтированы отсеки с разгрузочными лотками, планетарную зубчатую передачу и фундаментную раму, отличающееся тем, что верхний конец приводного вала выполнен в виде раздвоенной вилки, причем вибровозбудитель выполнен в виде корпуса с крышкой, закрепленной на торце раздвоенной вилки, внутри корпуса вибровозбудителя размещен дебалансный вал, установленный посредством опор в раздвоенной вилке приводного вала перпендикулярно ему и с пересечением его оси вращения, уравновешенный относительно этой оси вращения и сопряженный с приводным валом планетарной зубчатой передачей, сателлит которой установлен на дебалансном валу, а центральное колесо скреплено с корпусом вибровозбудителя, при этом ротор установлен на дебалансном валу между его опорами и размещен в емкости, которая присоединена к крышке корпуса вибровозбудителя и выполнена в виде улитки с центральным и наклонным периферийным патрубками, а корпус вибровозбудителя установлен на фундаментной раме посредством амортизатора.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено механизмом изменения частоты вращения приводного вала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11