Устройство для разделения кормового материала на фракции

 

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.

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 где Q_н - масса сепарируемого материала, поступающая на входе барабана в единицу времени, кг/с; Q_к - масса частиц материала на сходе барабана в единицу времени, кг/с; μ - коэффициент сепарации, м^-1, при этом угол между горизонтальной плоскостью и осью барабана находится в пределах 0 - 10^o, 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 α (фиг. 1) оси барабана 1 по отношению к горизонтальной плоскости регулируется подкладками 11 и составляет 0 - 10^o.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно измельченная зерностержневая смесь подается в воронку 7, откуда шнеком 3 направляется в барабан 1. Разрыхление и вспушивание сепарируемого продукта производится лопастями 6. За счет центробежных сил инерции F_и (фиг. 2), многократно превышающих силу тяжести G кормового продукта, зерностержневая смесь разделяется по всему периметру решета. Мелкие частицы (менее 5 мм) продавливаются через квадратные отверстия 10 размером 5х5 мм и через окно 8 попадают на транспортирующее устройство. Более крупные частицы за счет наклона решета 1 идут на сход в окно 9.

Вероятность просеивания частиц через отверстия решета определяется по формуле где S_отв - площадь отверстий решета, м²; S - общая площадь решета, м².

Коэффициент сепарации, являющийся вероятностью просеивания частиц на 1 м пути осевого перемещения, определяется по формуле
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 Q_н, и сход частиц в конце барабана Q_к. 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 μdl, так как μ есть вероятность просеивания, отнесенная к единице осевого перемещения продукта. Учитывая, что вероятность просеивания частиц на пути dl будет также равна , получим
После интегрирования и преобразований имеем

Откуда

Задавая исходя из зоотехнических требований к структуре кормосмеси предельно допустимый сход крупных частиц в конце барабана Q_к, получим численное значение длины цилиндрического решета L.

Длину цилиндрического решета можно уменьшить за счет уменьшения подачи кормосмеси на входе Q_н или увеличения вероятности просеивания частиц μ через кольцевой слой за счет интенсивного перемешивания, разрыхления смеси и очистки от забивания отверстий.

При частоте вращения ротора 360 мин^-1, подаче исходной зерностержневой смеси 10 кг/с, сходе крупных частиц в конце решета 1 кг/с, диаметре решета 0,6 м, скорости перемещения смеси в осевом направлении 0,1 м/с, периоде оборота мешалки 0,16 с, коэффициенте сепарации 1,56 м^-1 длина сепарирующей поверхности решета должна составлять 1,5 м.

Как показали результаты испытаний опытного образца устройства, максимальный угол наклона α оси ротора к горизонту для зерна и стержней кукурузы, находящейся на стадии восковой спелости, должен составлять 10^o. Величина угла α зависит от влажности зерностержневой смеси, составляющей 30 - 40%, и регулируется с помощью набора подкладок.

Таким образом, использование изобретения позволяет достичь следующих результатов:
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.

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

где Q_н - масса сепарируемого материала, поступающая на входе барабана в единицу времени, кг/с;
Q_к - масса частиц материала на сходе барабана в единицу времени, кг/с;
μ - коэффициент сепарации, м^-1,
при этом угол между горизонтальной плоскостью и осью барабана находится в пределах 0 - 10^o, а рабочие плоскости лопастей и оси отверстий совпадают с направлением равнодействующих сил инерции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4