ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ПЛЮЩИЛКА ДЛЯ ЗЕРНА Российский патент 1998 года по МПК B02C4/42 B02C9/00 

Изобретение относится к устройствам для плющения зерна и может быть использовано в сельском хозяйстве, зерноперерабатывающей и комбикормовой промышленности.

Известна вальцовая плющилка для фуражного зерна (см., например, а.с. N 1301487, B 02 C 9/00), содержащая раму с укрепленным на ней приводным вальцом, механизм привала и отвала с кронштейном с возможностью поворота и соединенный с подвижным вальцом дозирующий шнек, причем на раме установлен ролик, кинематически соединенный с дозирующим органом и фрикционно связанный со шкивом подвижного вальца, при этом в положении привал оси вращения кронштейна, ролика и шкива расположены в одной плоскости.

Недостатком существующей конструкции является низкое качество получаемой продукции.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для обработки кормового зерна (см. , например, а.с. N 1782526, A 23 N 17/00, B 02 C 4/42), включающее привод, два кинематически связанных вальца, установленных друг над другом с зазором, при этом продольные оси вальцов лежат в разных вертикальных плоскостях, а для повышения качества корма оно снабжено установленными внутри вальцов нагревательными элементами, а зазор между вальцами составляет 0,2-1 мм, при этом диаметры вальцов имеют соотношения 0,8 - 1,5, а передаточное отношение кинематической связи вальцов составляет 0,9 - 1,1.

Недостатком известного устройства является невозможность переработки зерен, различных по крупности, например пшеницы и на том же устройстве сои. Ввиду того, что строго заданные параметры обеспечивают только захват, защемление и плющение только зерна пшеницы, это же устройство не способно перерабатывать более крупные зерна (например, зерно сои), т.е. для каждого зерна нужно свое устройство.

Чем крупнее зерно, тем больше громоздкость устройства из-за принятого неэффективного способа захвата зерна наружными поверхностями вращающихся вальцов.

Большой расход энергии на разогрев вальцов и низкий коэффициент ее использования также являются крупным недостатком.

Задачей является создание малогабаритной плющилки, обеспечивающей переработку зерна различных сельскохозяйственных культур (пшеницы, сои, гороха, гречки и т.д.) и обеспечивающей каждому виду зерна индивидуальную технологию переработки с получением продукта повышенного качества с минимальным расходом энергии. Поставленная задача решается следующим образом.

- Плющильное устройство выполнено обечайкой внутреннего плющения, термоизолированно смонтированной на диске привода, внутри обечайки установлен валец.

Данное техническое решение обеспечивает минимальные размеры плющильного устройства на зернах различных по крупности ввиду того, что "захват" и "защемление" зерна ведется в сужающемся канале. Термоизоляция обечайки от привода снижает расход тепловой энергии на разогрев обечайки и позволяет поддерживать необходимую температуру в заданном режиме по технологии переработки зерна.

- Валец внутри обечайки установлен консольно, а корпус подшипника вальца посредством плоской пружины (рессоры) закреплен на раме.

Данное техническое решение обеспечивает размещение вальца в объеме обечайки в строго заданном месте, что обеспечивает надежный "захват" зерна, плющение и выдачу плющенного зерна.

Крепление подшипника вальца посредством рессоры, закрепленной на раме, обеспечивает строгое перемещение только в одной плоскости с сохранением необходимого регулированного зазора между вальцом и внутренней рабочей поверхностью обечайки, что обеспечивает качество переработки любого зерна.

- Для регулирования зазора между рабочей поверхностью вальца и внутренней поверхностью обечайки имеется клин, перемещаемый винтовой парой по направляющим, выполненным в корпусе подшипника вальца, и направляющим для клина, выполненным на выступе, жестко закрепленном на раме.

Данное техническое решение позволяет плавно перемещать валец путем изгиба рессоры, обеспечивая строго заданный зазор между вальцом и внутренней поверхностью обечайки, что повышает качество переработки зерна.

Перемещение клина винтовой парой позволяет строго фиксировать положение клина, обеспечивая минимальную трудоемкость регулировки зазора плющилки, упрощает технологию обслуживания.

- Нагревательный элемент смонтирован в кожухе снаружи обечайки.

Данное техническое решение позволяет снизить расход тепловой энергии, обеспечить разогрев обечайки, что повысит качество обработки зерна, уменьшить габариты устройства, создать безопасные условия по обслуживанию плющилки.

Сущность предлагаемого технического решения.

Зерно зажимается и раздавливается в сходящемся канале, образованном внутренней поверхностью обечайки и наружной поверхностью вальца. Размеры зазора между рабочими поверхностями обечайки и вальцом плавно регулируются и жестко фиксируются, что обеспечивает качественную переработку зерна различных сельскохозяйственных культур.

Рабочая поверхность обечайки нагревается свыше 100^oC.

Во время раздавливания зерна на горячей поверхности происходит мгновенное испарение воды, находящейся в зерне, что ведет к вещественному изменению состава зерна и изменению физического состояния. Так как обработка зерна ведется при температуре выше 100^oC, то при этом, как показали исследования, уничтожается до 97% патогенной микрофлоры, что существенно улучшает санитарное состояние получаемого термообработанного продукта.

В зависимости от размеров зерна, его вещественного состава, способа дальнейшего использования плющенного зерна, определяется режим плющения, т.е. температура разогрева обечайки, время воздействия, величина плющения.

Предлагаемая плющилка обеспечивает регулируемое воздействие выше указанных параметров, что и позволяет получить качественное плющение зерна. Наряду с механическим воздействием существенное влияние оказывает температурное воздействие, поэтому в названии плющилки содержится термин "термомеханическая" плющилка для зерна.

Пример выполнения термомеханической плющилки для зерна показан на чертежах.

На фиг. 1 - принципиальная схема термомеханической плющилки для зерна, вертикальная проекция;
на фиг.2 - то же, в плане.

Термомеханическая плющилка для зерна состоит из рамы 1 (фиг.1, 2), электродвигателя 2, через клиноременную передачу 3 соединенного с валом 4, установленным в подшипниковом узле 5. На валу 4 установлен диск 6, к которому термоизолировано жестко присоединена обечайка 7 внутреннего плющения с рабочей поверхностью 8. Внутри обечайки 7 консольно установлен валец 9, корпус подшипника 10 которого посредством плоской рессоры 11 закреплен на раме 1. Чем больше жесткость рессоры, тем надежнее будет закреплен корпус подшипника 10, и тем стабильнее будет работа плющилки. Валец 9 обечайки 7 установлен с зазором между рабочей поверхностью 8 обечайки 7 и рабочей поверхностью 12 вальца 9.

В зависимости от размеров зерна, технологии переработки величина зазора "h" может быть равна 0,05 - 3 мм и более. Для плавного регулирования зазора имеется клин 13, перемещаемый винтовой парой 14 по направляющим, выполненным в выступе 15, жестко закрепленном на раме 1.

На корпусе подшипника 10 также выполнены направляющие для клина 13. При его перемещении корпус подшипника 10 отклоняется в ту или другую сторону за счет изгиба рессоры 11.

При постройке плющилки зазор "h" изменяется от 0,05 до 6 мм, не более.

Конструкция плющилки позволяет перемещать клин на 30 - 50 мм. Расстояние от рамы 1 до места, где происходит соприкосновение вальца 9 с обечайкой 7, составляет 200 - 500 мм. При таких условиях жесткость рессоры 11 может быть очень высокой, что и обеспечивает надежность закрепления корпуса подшипника 10.

При перемещении корпуса подшипника 10 перемещается валец 9, т.е. изменяется величина зазора "h".

На клине 13 может быть установлена стрелка, а на выступе 15 - шкала с делениями, отградуированными в величинах зазора "h". Причем может быть несколько шкал для различных температур работы плющилки, т.е. с учетом изменения размеров обечайки 7 и вальца 9 при нагревании.

Рессора 11 при монтаже устанавливается "поджатой" для обеспечения стабильности перемещения вальца 9 при перемещении клина 13.

Обечайка 7 с наружной стороны покрыта теплоизоляционным кожухом 16, в котором размещены нагревательные элементы 17.

В качестве нагревательных элементов могут быть электрические, газовые и паровые. Контроль за температурой ведут по встроенной термопаре "t". Для подачи зерна имеется бункер 18, снабженный зернораспределительным устройством 19 в виде желобов. Движение зерен в желобах осуществляется вальцом 9.

Плющенное зерно скребком 20 выдается через патрубок 21. Через него возможен также отсос плющенного зерна. Для обеспечения стабильной работы при тонком плющении зерна валец 9 вращается от электродвигателя 2, для чего к клиноременному шкиву жестко прикрепляется эластичная муфта 22 (показано пунктирными линиями).

Эластичная муфта 22 соединена с валом отбора мощности 23, установленным в подшипниках 24.

Вал отбора мощности 23 посредством дополнительной клиноременной передачи 25 соединен с валом вальца 9, установленного в корпусе подшипника 10.

Клиноременная передача 25 позволяет обеспечивать вращение вальца 9 с необходимым для технологии переработки зерна числом оборотов. Для обеспечения безаварийной работы при наличии в объеме зерна твердых включений путем автоматического увеличения зазора выступ 15 с клиновым устройством может быть выполнен с противоположной стороны относительной оси вальца 9 (по сравнению с изображенным вариантом на фиг.1).

В этом случае рессора 11 при монтаже должна обеспечивать в поджатом состоянии нулевой зазор, а введение клина 13 отгибает рессору 11, обеспечивая необходимый зазор. Жесткость рессоры 11 в данном варианте ограничена, и должна быть равной величине усилия, при котором она изгибается, если через зазор "h" проходят твердые включения. Этот вариант обеспечивает безаварийную работу при наличии в объеме зерна твердых включений, но в то же время снижает качество получаемого продукта. В большинстве случаев более рациональным является исключение твердых включений до плющения и использования первого варианта, изображенного на фиг.1.

Термомеханическая плющилка зерна работает следующим образом.

Предварительно очищенное от примесей зерно пшеницы влажностью 17 - 18% засыпают в приемный бункер 18. Включают нагревательные элементы и разогревают обечайку 7 до температуры 240-260^oC; наблюдение ведут во встроенной термопаре "t".

Для обеспечения надежного безаварийного запуска клин 13 выводят, увеличивая зазор до двух-трех миллиметров.

Включают в работу электродвигатель 2. Вращающий момент через клиноременную передачу 3 приводит во вращение диск 6 и прикрепленную к ней обечайку 7. Из бункера 18 отдельные просыпавшиеся зерна вращающейся обечайкой 7 вовлекаются в зазор "h" и расклиниваются между неподвижным вальцом 9 и обечайкой 7. За счет расклинивания начинает вращаться валец 9, подсыпая новые зерна; уменьшается проскальзывание вальца 9 относительно обечайки 7. Валец 9 набирает скорость и начинает синхронно вращаться с обечайкой 7. Посредством винтовой пары 14 перемещается клин 13 и устанавливается на заданную по технологии переработки данного зерна величину зазора "h".

Зерно захватывается между движущимися рабочими поверхностями 8 и 12, и по мере их сближения сдавливается, производится интенсивный прогрев зерна до 140 - 160^oC.

Находящаяся в зерне вода вскипает, идет интенсивный процесс парообразования, повышается давление внутри клетчатки зерна, начинается активный процесс преобразования.

Как показали исследования, наиболее глубокие изменения в зерне пшеницы во время термомеханической обработки происходят в углеводном комплексе путем преобразования крахмальных зерен в декстрины, мальтозу, сахарозу. Содержание сахаров возрастает в 2 - 3 раза в сравнении с дробленым зерном. Уровень накопления сахаров зависит от режима плющения и степени увлажнения зерна. Максимальный уровень сахара достигается на толщине зерновой пластинки 0,05 - 0,10 мм при влажности зерна 18 - 20%, температуре нагретых поверхностей 240 - 250^oC, время экспозиции (воздействия) 0,03 - 0,25 секунды. Для других культур значение параметров термомеханического воздействия другое, технические возможности предлагаемой конструкции обеспечивает получение этих воздействий. Готовый продукт представляет собой сухие хлопья, по внешнему виду напоминающие хлопья пенопласта с сильно развитой микроструктурой и с незначительным содержанием мучной фракции.

После плющения пластинки зерна скребком 20 направляются в патрубок 21 и выдаются из плющилки. Патрубок 21 может быть присоединен к отсасывающему устройству.

Для обеспечения стабильной работы при тонком плющении зерна валец 9 вращается от электродвигателя 2 через эластичную муфту 22 вала отбора мощности 23. Двухстороннее "проталкивающее" воздействие обеспечивает перемещение зерновой пластинки в минимальном зазоре без разрывов, а также увеличивает производительность плющения. Для обеспечения безаварийной работы при наличии в зерне твердых включений выступ 15 располагается с правой стороны. Рессора 11 при монтаже обеспечивает в поджатом состоянии нулевой зазор между рабочей поверхностью 12 вальца 9 и рабочей поверхностью 8 обечайки 7. Зазор "h" обеспечивается клином. При прохождении через зазор твердых включений отжимается валец 9, изгибая рессору 11. После прохождения твердого включения за счет упругих свойств рессоры 11 валец 9 возвращается в исходное состояние, ограниченное клином.

Обработка зерна ведется при температуре свыше 100^oC на внутренне-точной макроструктуре, при этом, как показали проведенные исследования, уничтожается до 97% патогенной микрофлоры, что существенно улучшает санитарное состояние получаемого продукта.

Таким образом, предлагаемая термомеханическая плющилка зерна обеспечивает переработку зерна различных сельскохозяйственных культур и обеспечивает каждому виду зерна индивидуальную технологию переработки с получением продукта повышенного качества и с минимальным расходом энергии.

Использование: в сельском хозяйстве, зерноперерабатывающей и комбикормовой промышленности. Сущность изобретения: термомеханическая плющилка для зерна содержит раму, привод, выполненное в виде термоизолированной обечайки внутреннего плющения, смонтированной на диске привода, плющильное устройство с нагревательным элементом. Внутри обечайки консольно установлен валец, корпус подшипника которого посредством рессоры закреплен на раме. Для регулирования зазора между рабочей поверхностью вальца и внутренней поверхностью обечайки установлен клин, перемещаемый винтовой парой по направляющим, выполненным в корпусе подшипника вальца, и направляющим, выполненным на выступе, жестко закрепленном на раме. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Термомеханическая плющилка для зерна, включающая раму, привод, плющильное устройство с нагревательным элементом, отличающаяся тем, что плющильное устройство выполнено в виде термоизолированной обечайки внутреннего плющения, смонтированной на диске привода, внутри обечайки консольно установлен валец, корпус подшипника которого посредством рессоры закреплен на раме, причем для регулирования зазора между рабочей поверхностью вальца и внутренней поверхностью обечайки установлен клин, перемещаемый винтовой парой по направляющим, выполненным в корпусе подшипника вальца, и направляющим, выполненным в выступе, жестко закрепленном на вале. 2. Термомеханическая плющилка по п.1, отличающаяся тем, что вал вальца через клиноременную передачу и вал отбора мощности кинематически соединен с приводом вращения обечайки.