СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B27L11/00 A01G23/00 

Изобретение относится к способу и устройству для отделения древесной зелени (хвои, листвы) от срубленных ветвей и может быть использовано на лесозаготовительных предприятиях и в лесных хозяйствах.

Известен способ отделения древесной зелени путем измельчения ветвей в щепу и пневмосепарации с использованием кинетической энергии броска щепы, полученной при измельчении. Однако в этом способе не оговаривается величина скорости резания ветвей, от которой зависит скорость выброса щепы из измельчителя ветвей и ее начальная скорость при пневмосепарации. В то же время известно, что в барабанных рубительных машинах, наиболее пригодных для измельчения ветвей, скорость резания чрезмерно велика (колеблется от 16,9 м/с до 38,5 м/с) для использования ее в процессе сепарации. Высота (Н) броска частиц щепы при ее метании ножами барабанной рубительной машины вверх через тангенциально расположенный выходной патрубок, без учета сопротивления воздуха будет H= V²/2g, где V - скорость резания, примерно равная скорости выброса щепы через выходной патрубок; g - ускорение свободного падения.

В результате расчетов получаем, что при V = 16,9 - 38,5 м/с H=14,6 - 75,5 м. Очевидно, что при использовании таких скоростей движения щепы в процессе сепарации не удастся создать пневмосепаратор, по габаритам приемлемый в производственных условиях. Ясно, что и известное изобретение возникло в связи с необходимостью интенсифицировать процесс пневморасслоения быстродвижущихся частиц щепы, для чего было предложена поперечная продувка потока щепы.

Отказ от способа пневмоинерционной сепарации щепы в неподвижном воздухе в связи с разницей скоростей торможения воздухом частиц, наблюдаемый в известном изобретении и применение поперечной продувки щепы приведет к необходимости создания системы рециркуляции или очистки запыленного воздуха, что вызовет усложнение процесса, увеличение его энерго- и металлоемкости.

Известно также, что при повышенных скоростях резания древесины резко увеличивается количество мелкой фракции щепы, просеиваемой через сито с отверстиями диаметром 5 мм. Например, при измельчении мерзлой древесины увеличение скорости резания с 9,7 до 25,2 м/с увеличиваем массу мелкой фракции щепы с 3,8 до 10,4. Данный эффект должен отрицательно сказываться на эффективности пневмосепарации древесной зелени из щепы, т.к. скорости витания мелких древесных частиц равны или меньше, чем у частиц древесной зелени, и обычно мелкая фракция щепы целиком попадает в отделенную пневмосепаратором древесную зелень.

На основании изложенного сделан вывод, что при пневмосепарации зеленой щепы с использованием кинетической энергии ее выброса из рубительной машины скорость резания ветвей должна быть меньше, чем у серийных машин.

Известный способ отделения древесной зелени осуществляется устройством, включающим корпус, ножевой ротор, щепопровод и узел пневмосепарации. В известном устройстве не определены размеры подножевых впадин при использовании барабанного ножевого ротора; выходной патрубок корпуса и щепопровод выполнены в виде прямолинейного трубопровода постоянного сечения; узел пневмосепарации установлен в стороне от ножевого ротора и имеет приемные карманы для двух фракций: древесной зелени и щепы.

Опыт показывает, что глубина подножевой впадины имеет существенное значение, если барабанный ротор рубительной машины используется также в качестве металла щепы. Авторами были проведены испытания реконструированной барабанной рубительной машины ЛО-51 с целью определения возможности метания щепы ее ротором. Было установлено, что часть щепы рециркулирует внутри рубительной машины, не успевая выходить из подножевых впадин за время их нахождения у выходного патрубка. Обнаруженный эффект обьясняется тем, что глубина подножевых впадин, измеренных от радиусов, проведенных через режущие кромки ножей, превышает 90 мм.

При использовании известной формы выходного патрубка и щепопровода, траектории движения частиц, последние сходящие с ножей ротора, пересекаются со стенками выходного патрубка и щепопровода под большими углами, что приводит к торможению этих частиц от ударов о стенки и к неравенству начальных скоростей частиц. Это отрицательно сказывается на эффективности процесса пневмосепарации.

Известно, что отделение древесной зелени в один прием возможно только при измельчении ветвей не в щепу, а в дробленку, которую получают при резании ветвей под углом примерно 90^o. При резании ветвей под острым углом и получении обычной щепы с углом среза 30-60^o необходимо применять двухступенчатую пневмосепарацию или разделять щепу на три фракции: древесную зелень, технологическую щепу и среднюю фракцию. Последнюю направляют на повторную пневмосепарацию, и она многократно рециркулирует в пневмосепараторе до полного разделения на древесную зелень и щепу.

Целью изобретения является повышение эффективности отделения древесной зелени за счет совершенствования процессов и оборудования для измельчения ветвей с пневмосепарацией измельченного материала.

Поставленная цель достигается тем, что измельчение ветвей производят при скорости резания 7,5 - 13,0 м/с.

Ограничение скорости указанными пределами позволит понизить расчетную высоту броска до 2,0 - 8,6 метров; уменьшить количество мелкой фракции в зеленой щепе и тем самым повысить качество древесной зелени и щепы; уменьшить габариты узла пневмосепарации до приемлемых для производства габаритов; снизить энерго- и металлоемкость процесса. Отрицательное влияние снижения скорости резания на производительность может быть легко скомпенсировано увеличением количества ножей рубительной машины.

Новым, по сравнению с прототипом, в предлагаемом способе является ограничение скорости резания ветвей 7,5 - 13,0 м/с против обычно применяемых 20-30 м/с.

Поставленная цель по предлагаемому техническому решению достигается устройством, в котором подножевые пазухи режущего ротора имеют глубину 0,6 - 0,8 максимального диаметра измельченных ветвей, измеренную от радиальных линий, проведенных через режущие кромки ножей; выходной патрубок корпуса измельчителя выполнен расширяющимся, а щепопровод сегментной формы; узел пневмосепарации установлен над ножевым ротором, имеет приемные карманы для трех фракций и снабжен лотком для возврата средней фракции к ножевому ротору.

Ограничение глубины подножевой пазухи позволит улучшить процесс схода частиц зеленой щепы с ножей ротора при выбросе щепы ножами через выходной патрубок рубительной машины.

Раскрывающаяся форма выходного патрубка и сегментная форма щепопровода уменьшают углы пересечения траекторий частиц со стенками щепопровода, что способствует созданию более равномерного поля скоростей частиц зеленой щепы на выходе из щепопровода и повышению эффективности пневмосепарации.

Наличие трех приемных карманов в узле пневмосепарации, расположение его над ножевым ротором и установка лотка для подачи средней фракции зеленой щепы к ножевому ротору позволяет осуществить рециркуляцию средней фракции внутри устройства с многократной ее пневмосепарацией, что также положительно влияет на эффективность пневмосепарации зелени.

Новым по сравнению с прототипом в предлагаемом устройстве являются ограничение верхнего предела глубины подножевой пазухи 0,6 - 0,8 максимального диаметра измельчаемых ветвей; раскрывающаяся форма выходного патрубка измельчителя и сегментная форма щепопровода; расположение узла пневмосепарации над ножевым ротором, наличие в узле карманов для трех фракций щепы и лотка для возврата средней фракции к ножевому ротору.

На фиг. 1 изображена схема устройства для отделения древесной зелени; на фиг. 2 изображены траектории движения в выходном патрубке и щепопроводе частиц щепы, последними сходящие с ножей ротора; на фиг. 3 дана схема определения глубины "а" подножевой пазухи ротора.

Схема на фиг. 2 показывает, что в предлагаемом устройстве частицы щепы, последними сходящие с ножей, не встречаются со стенкой выходного патрубка и прямолинейной стенкой щепопровода или встречаются под более острым углом. Следовательно, предлагаемая форма патрубка и щепопровода снижает отрицательное влияние столкновений частиц со стенками на поле начальных скоростей частиц у входа их в сепарирующий бункер.

Из схемы на фиг. 3 видно, что ограничение глубины подножевой пазухи позволяет беспрепятственно удалить из нее щепу за короткое время движения ее у входного патрубка, поскольку прилегающая к ножу часть подножевой пазухи приобретает форму лопасти обычного центробежного метателя.

Устройство для осуществления способа состоит из барабанной рубительной машины и узла пневмосепарации. Рубительная машина включает подающий транспортер 1, прижимной валок 2, барабанный ножевой ротор 3 и корпус с выходным патрубком 4. Узел пневмосепарации состоит из щепопровода 5, сепарирующего бункера 6 и лотка 7 возврата средней фракции на рециркуляцию. В сепарирующем бункере 6 верхняя стенка является плавным продолжением щепопровода 5; в нижней части бункера 6 имеется верхний карман для приема щепы, нижний карман для приема древесной зелени и средний карман для приема средней фракции.

Устройство работает следующим образом. Ветви деревьев или тонкомерные деревья накладывают на транспортер 1 вручную или манипулятором. Транспортер 1 с помощью прижимного валка 2 подает сырье под ножи вращающегося ротора 3, который отрезает частицы древесины и побегов заданной длины. Под действием центробежных сил ротор 3 выбрасывает образовавшуюся зеленую щепу через выходной патрубок 4 корпуса рубительной машины. Далее зеленая щепа через щепопровод 5 поступает в сепарирующий бункер 6. В процессе движения частиц зеленой щепы вдоль криволинейных поверхностей щепопровода 5 и бункера 6 имеющие меньшие массу и скорости витания частицы древесной зелени (хвоя, охвоенные побеги, листья) затормаживаются воздухом быстрее, чем древесные частицы. Поэтому древесная зелень выпадает в нижний карман бункера 6, а щепа в верхний карман. В средний карман попадают частицы и древесной зелени, и щепы. Те частицы, которые попадают в средний карман по случайным причинам в связи с взаимодействием этих частиц в процессе движения, при последующей их рециркуляции в устройстве через лоток 7 попадают в верхний или нижний карман. Те же частицы древесины и древесной зелени, которые попадают в средний карман из-за совпадения их скоростей витания и массы, при рециркуляции их через установку испытывают доизмельчение ножами ротора и попадают в карман для древесной зелени вследствие уменьшения их размеров. Таким образом, выделение и рециркуляция средней фракции зеленой щепы в процессе ее пневмосепарации на предлагаемой установке позволяет исключить влияние случайных факторов на процесс.

По сравнению с прототипом, в предлагаемом техническом решении повышается эффективность отделения древесной зелени, что вызвано:
- уменьшением количества древесной мелочи в щепе из-за понижения скорости резания ветвей, положительно влияющим на компонентный состав древесной зелени;
- улучшением условий для продвижения зеленой щепы от ножей до сепарирующего бункера вследствие оптимизации форм подножевых впадин ротора, выходного патрубка корпуса рубительной машины и щепопровода;
- более качественным разделением зеленой щепы при ее пневмосепарации в связи с выделением средней фракции и ее доочисткой в процессе рециркуляции через рубительную машину и сепаратор.

Повышение эффективности отделения древесной зелени достигается в устройстве меньших габаритов по сравнению с прототипом вследствие уменьшения высоты и расстояния броска зеленой щепы рубительной машиной при пониженной скорости резания, а также из-за расположения узла пневмосепарации над рубительной машиной. Устройство меньших габаритов имеет соответственно меньшую металлоемкость, а при пониженных скоростях резания и в отсутствие вентиляторов и пониженную энергоемкость. Уменьшению массы и габаритов устройства способствует также отсутствие вентиляторного оборудования, циклонов, воздуховодов для рециркуляции воздуха. Поскольку запыленный воздух неподвижен и замкнут в объеме сепарирующего бункера, а вентиляторы отсутствуют, то предлагаемое устройство лучше в экологическом плане вследствие уменьшения пылевых загрязнений и уровня шума.

Использование: на лесозаготовительных предприятиях, в лесных хозяйствах. Сущность изобретения: измельчение ветвей производят при скорости резания 7,5 - 13,0 м/с. В устройстве для осуществления способа ротор выполнен с подножевыми пазухами. Подножевые пазухи имеют глубину 0,6 - 0,8 максимального диаметра измельчаемых ветвей, измеренную от проходящих через режущие кромки ножей радиальных линий. Патрубок корпуса выполнен расширяющимся, щепопровод - сегментной формы, а узел пневмосепарации установлен над ножевым ротором, имеет приемные карманы для трех фракций и лоток для возврата средней фракции к ножевому ротору. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ отделения древесной зелени путем измельчения ветвей в щепу и пневмосепарации с использованием кинетической энергии броска щепы, полученной при измельчении ветвей, отличающийся тем, что измельчение ветвей производят при скорости резания 7,5-13,0 м/с. 2. Устройство для отделения древесной зелени, включающее корпус с выходным патрубком, ножевой ротор, щепопровод и узел пневмосепарации, отличающееся тем, что ротор выполнен с подножевыми пазухами, причем подножевые пазухи имеют глубину 0,6-0,8 максимального диаметра измельчаемых ветвей, измеренную от проходящих через режущие кромки ножей радиальный линий. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что патрубок корпуса выполнен расширяющимся, а щепопровод - сегментной формы. 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что узел пневмосепарации установлен над ножевым ротором, имеет приемные карманы для трех фракций и лоток для возврата средней фракции к ножевому ротору.