СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ ПО МАССЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B07B7/08 B07B13/10 

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+mω21

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.

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.

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.