СПОСОБ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ТЮКА СТЕБЕЛЬЧАТЫХ МАТЕРИАЛОВ В БУНКЕРНОМ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕ И ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК A01F29/00 

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства и может быть использована при механизации трудоемких процессов на животноводческих фермах и комплексах для измельчения стебельчатых материалов (сено, солома) с целью использования в качестве корма или в качестве подстилки для сельскохозяйственных животных.

Известны способы одноступенчатого измельчения тюков сельскохозяйственных стебельчатых материалов в торцевой части приемной камеры бункерного измельчителя под действием вращающихся режущих и неподвижных противорежущих элементов (см., например, авторские свидетельства на изобретение SU № 793473, МПК А 01 F 29/00, БИ № 1, 1981, № 1618335, БИ № 1, 1991 и др.). Использование одной ступени измельчения спрессованных в тюк стеблей не обеспечивает получение однородной по размеру частиц стебельчатой массы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому способу измельчения является способ измельчения тюка стебельчатых материалов в бункерном измельчителе с постоянной вместимостью и объемом приемной и рабочей камер, включающий укладку тюка в бункер, разрыхление и предварительное измельчение тюка снизу в приемной камере измельчителя с последующим доизмельчением материала в рабочей камере измельчителя (см., например, способ измельчения, описанный при работе измельчителя по авторскому свидетельству на изобретение BG № 39472 МПК А 01 F 29/00, 1986 - ближайший аналог-прототип способа).

В известном способе при измельчении материала в неизменной по объему приемной и рабочей камерах возможно разрыхление нижней части не зафиксированного в продольном направлении тюка корма с послойным отделением стебельчатого материала от монолита тюка и обрушением материала в бункере, при котором возникает пульсирующий режим подачи материала в приемную камеру первой ступени измельчения, из-за которого количество материала в приемной камере может не соответствовать измельчающей способности режущих элементов приемной камеры и измельчающих элементов рабочей камеры. В этом случае возможен проход в избыточном количестве неизмельченного материала из приемной камеры в рабочую камеру с более энергоемкими измельчающими элементами ударного действия, что снижает однородность готового материала по фракционному составу частиц из-за ухудшения процесса измельчения, связанного со снижением скорости вращения измельчающих элементов при перегрузке.

Задачей предлагаемого способа измельчения является повышение равномерности измельчения и снижение энергоемкости процесса с достижением такого технического результата, при котором за счет реализации адаптивной технологии измельчения путем одновременного изменения объема приемной и рабочей камер с учетом интенсивности поступления при подаче материала в приемную камеру и использования объема рабочей камеры в качестве параметра, определяющего соответствие количества поступающего в нее материала пропускной способности рабочей камеры, исключается поступление материала в рабочую камеру в избытке со снижением при этом интенсивности измельчения из-за при перегрузки ротора и падением его оборотов, что повышает однородность готового материала по фракционному составу при стабилизации интенсивности воздействия на измельчаемый материал в условиях колебания подачи материала в приемную камеру измельчителя.

Решение поставленной технической задачи для способа измельчения достигается тем, что в способе измельчения тюка стебельчатых материалов в бункерном измельчителе, включающем укладку тюка в бункер, разрыхление и предварительное измельчение тюка снизу в приемной камере измельчителя и доизмельчение материала в его рабочей камере, измельчение тюка производят при переменном объеме указанных камер, при этом объем рабочей камеры изменяют обратно пропорционально, а приемной камеры - прямо пропорционально подаче в нее материала.

Измельчение тюка при переменном объеме приемной и рабочей камер обеспечивает регулировку поступления материала в рабочую камеру измельчителя с учетом величины подачи его в приемную камеру, что исключает перегрузку измельчающих элементов рабочей камеры и забивание ее материалом с последующим переизмельчением готового материала или недоизмельчением материала при снижении рабочей скорости измельчающих элементов из-за перегрузки измельчителя.

Прямо пропорциональное и обратно пропорциональное изменение объема соответственно приемной и рабочей камеры измельчителя в зависимости от интенсивности подачи материала в приемную камеру обеспечивает без использования средств автоматики адаптивный процесс измельчения с возможностью накопления избытка поступающего материала в приемной камере одновременно с исключением возможности прохода избытка материала в уменьшенную по объему рабочую камеру измельчителя, а также с возможностью восстановления объема рабочей камеры при снижении интенсивности подачи материала в приемную камеру измельчителя, что обеспечивает регулировку степени заполнения рабочей камеры материалом в соответствии с интенсивностью подачи разрыхленного материала тюка в приемную камеру.

В технике известны измельчители тюкованных кормов, содержащие бункер, днище которого образовано размещенным в кожухе с выгрузным окном диском с лопатками, на которых закреплены рыхлители, и две группы режущих элементов, одна из которых закреплена на диске по периферии, а другая с зазором на кожухе (см., например, авторское свидетельство на изобретение СССР № 1724082, МПК А 01 F 29/00, БИ № 13, 1992).

В устройстве такого вида измельчение стеблей возможно при гарантированном зазоре между режущими элементами диска и кожуха в пределах, меньших диаметра единичного стебля, т.к. при большем зазоре происходит энергоемкий процесс затирания материала между режущими элементами без измельчения стеблей, что при колебаниях поперечного размера стеблей, интенсивности подачи и влажности материала может вызвать заклинивание ротора измельчителя.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому устройству является бункерный измельчитель, включающий смонтированный на раме бункер, к нижней части которого прикреплен кожух с выгрузным окном, размещенный в кожухе на приводном валу диск, разделяющий полость кожуха на сообщаемые приемную и рабочую камеры, установленные с зазором две группы - режущих и противорежущих пластин для разрыхления и предварительного измельчения материала в приемной камере, первая из которых размещена по периферии на поверхности диска, обращенной в сторону бункера, а вторая размещена вдоль приводного вала на кожухе вокруг диска, и закрепленные на противоположной поверхности диска измельчающие элементы для доизмельчения материала в рабочей камере и вывода его через выгрузное окно (см. авторское свидетельство на изобретение BG № 39472, МПК А 01 F 29/00, 1986 - ближайший аналог-прототип устройства).

В известном устройстве необходимость продольной установки с гарантированным зазором между плоскостью режущих и противорежущих пластин требует точной регулировки величины зазора с учетом физико-механических свойств стеблей (влажность, плотность, коэффициент трения и т.п.), поэтому при колебаниях этих свойств материала в большую сторону возможно заклинивание ротора из-за затирания материала в зазоре между плоскостями вращающихся режущих и неподвижных противорежущих пластин.

Отсутствие на поверхности диска под бункером разрыхляющих элементов затрудняет процесс расслоения монолита тюка и заполнение материалом приемной камеры измельчителя с проходом разрыхленного материала в радиальном направлении в рабочую зону первой ступени измельчения, что приводит к накапливанию и затиранию неизмельченного материала на поверхности диска, забиванию приемной камеры измельчителя и снижению интенсивности процесса разрыхления материала тюка.

Использование жестко закрепленных ударных измельчающих элементов в рабочей камере может привести к заклиниванию измельчителя в условиях нестабильного поступления материала с избытком в рабочую камеру или при отсутствии заклинивания - к переизмельчению готового материала с несоблюдением заданной степени его измельчения, что не обеспечивает получение однородного по размерам частиц измельченного материала.

Работа бункерного измельчителя при постоянной вместимости приемной и рабочей камер в условиях колебаний интенсивности подачи материала в приемную камеру для последующего измельчения требует при пиковых нагрузках использования более энергоемкого привода и измельчающего аппарата с увеличенной инерцией ротора, что повышает энергоемкость и материалоемкость измельчителя.

Задачей предлагаемого измельчителя является предотвращение заклинивания ротора и повышение устойчивости его рабочего вращения в условиях колебания подачи материала в приемную камеру измельчителя с достижением такого технического результата, при котором для предотвращения заклинивания ротора измельчителя исключается затирание материала между режущими и противорежущими пластинами и на поверхности диска ротора в приемной камере измельчителя, а также изменение скорости вращения ротора при колебаниях нагрузки.

Для решения поставленной технической задачи в измельчителе тюка, включающем бункер, к нижней части которого прикреплен кожух с выгрузным окном, размещенный в кожухе на приводном валу диск, разделяющий полость кожуха на сообщаемые приемную и рабочую камеры, установленные с зазором две группы режущих пластин для разрыхления и предварительного измельчения материала в приемной камере, одна из которых со стороны бункера закреплена по периферии на поверхности диска, а другая - вдоль приводного вала на кожухе вокруг диска, и связанные с приводным валом измельчающие элементы, установленные с противоположно указанной стороны диска для доизмельчения материала в рабочей камере и вывода его через выгрузное окно, режущие пластины диска распределены по его поверхности под бункером, а периферийные - установлены в плоскости диска перпендикулярно к противорежущим пластинам кожуха с расположением рабочей грани под острым углом к окружности диска, а в кожухе с зазором к первому диску в рабочей камере установлен второй диск, связанный с первым по периферии посредством осей, на которых шарнирно установлены измельчающие элементы, при этом второй диск зафиксирован на приводном валу, а измельчающие элементы и первый диск установлены с возможностью подпружиненного продольного смещения в сторону второго диска.

В измельчителе также первый диск подпружинен посредством размещенных в радиальной плоскости с изгибом между дисками гибких стержней, у которых концы закреплены на дисках, а изогнутый участок обращен в сторону приводного вала; рабочие грани пластин выполнены зубчатыми.

Распределение режущих пластин измельчителя по поверхности диска исключает задержку материала в центральной части диска, способствует его разрыхлению и свободной радиальной подаче в рабочую зону первой ступени измельчения материала периферийными режущими пластинами диска при противодействующей опоре материала на неподвижные режущие пластины кожуха.

Установка периферийных режущих пластин в плоскости диска перпендикулярно к режущим пластинам кожуха в принципе исключает возможность затирания и заклинивания стебельчатого материала в зазоре между указанными пластинами, т.к. этот зазор ограничен поверхностью неподвижных пластин 11 и режущей гранью 10 вращающихся пластин 9, что исключает заклинивание ротора измельчителя в условиях переменной интенсивности поступающего в приемную камеру потока материала при изменении ее объема.

Расположение рабочей грани периферийных режущих пластин под острым углом к окружности диска обеспечивает резание стеблей со скольжением при уменьшенной силе резания в условиях продольного смещения пластин диска относительно режущих пластин кожуха при осевом смещении первого диска для изменения объема приемной и рабочей камер кожуха, что снижает технологическое сопротивление процессу резания стеблей и соответственно энергоемкость рабочего процесса.

Установка в рабочей камере с зазором к первому диску второго диска, связанного с первым по периферии посредством осей, на которых установлены измельчающие элементы, ограничивает продвижение материала в обход рабочей зоны измельчающих элементов в осевом направлении и его контакт с днищем кожуха, что повышает качество доизмельчения материала в рабочей камере измельчителя и также исключает затормаживание ротора из-за затирания неизмельченного материала между днищем бункера и вторым диском.

Установка измельчающих элементов и первого диска с возможностью подпружиненного продольного смещения в сторону закрепленного второго диска обеспечивает соотношение объемов приемной и рабочей камер измельчителя, регулируемое в зависимости от интенсивности потока поступающего в приемную камеру материала и его давления на первый диск, а также обеспечивает регулировку удельной нагрузки ротора на измельчающие элементы в рабочей камере с учетом изменения количества поступления материала в приемную камеру измельчителя.

Подпружинивание первого диска посредством размещенных в радиальной плоскости с изгибом между дисками гибких стержней, у которых концы закреплены на дисках, а изогнутый участок обращен в сторону приводного вала, исключает возможность перекоса первого диска и его торможения из-за трения при смещении на приводном валу и повышает чувствительность подпружинивающего первый диск упругого элемента к изменению давления материала на первый диск.

Выполнение рабочих граней пластин зубчатыми обеспечивает измельчение стеблей в режиме распиливания, что снижает технологическое сопротивление материала и энергоемкость рабочего процесса измельчителя.

Сущность предлагаемых технических решений поясняется графическими материалами, где:

на фиг.1 представлен продольный разрез измельчителя;

на фиг.2 - вид на измельчитель в плане;

на фиг.3 - рабочая зона измельчения материала;

на фиг.4 - рабочая зона при поступлении в избытке материала в приемную камеру;

на фиг.5 - второй пример конструктивного исполнения элементов для подпружинивания первого диска при его смещении относительно второго диска;

на фиг.6 - зона измельчения материала в рабочей камере при использовании второго примера конструктивного исполнения элементов для подпружинивания первого диска.

Измельчитель для осуществления способа измельчения тюка стебельчатых материалов в бункерном измельчителе содержит открытый сверху прямоугольный бункер 1, к нижней части которого прикреплен цилиндрический кожух 2 с выгрузным окном 3. В кожухе 2 установлен приводной вал 4, на котором установлен первый диск 5, разделяющий полость кожуха 2 на приемную камеру 6, размещенную между бункером 1 и диском 5 и сообщаемую с полостью бункера 1, и рабочую камеру 7, размещенную между диском 5 и днищем кожуха 2.

На диске 5 на его поверхности, обращенной к бункеру 1, закреплена первая группа режущих пластин 8, из которых периферийные пластины 9 размещены в плоскости диска 5 с расположением рабочей грани 10 под острым углом к окружности диска 5, а пластины 8 под бункером закреплены с наклоном к поверхности диска 5.

На кожухе 2 вокруг диска 5 закреплена вторая группа режущих пластин 11, своей плоскостью установленных вдоль приводного вала 4 перпендикулярно к пластинам 10. В наиболее предпочтительном для менее энергоемкого измельчения варианте исполнения пластины 8, 9 и 11 выполнены с зубчатой рабочей гранью.

В рабочей камере 7 на приводном валу 4 с зазором к первому диску 5 установлен второй диск 12, связанный с первым по периферии посредством закрепленных на диске 5 осей 13, на которых шарнирно установлены измельчающие элементы 14, например молотки, при этом второй диск 12 жестко закреплен на приводном валу 4, а первый диск 5 на валу 4 и измельчающие элементы 14 на осях 13 установлены с возможностью продольного смещения в сторону диска 12 и возврата в исходное положение, для чего диск 5 подпружинен упругим элементом, например, в виде надетой на приводной вал 4 между дисками 5 и 12 пружины сжатия 15, а элементы 14 подпружинены, например, с использованием разрезных пружинных шайб 16, надетых на оси 13 в зазорах между элементами 14 и дисками 5, 12 и самими элементами 14.

В рабочей камере 7 кожуха 2 с зазором к измельчающим элементам 14 неподвижно установлены стопорные пластинчатые элементы 17 для затормаживания материала в момент взаимодействия с измельчающими элементами 14.

Во втором примере конструктивного исполнения упругий элемент для подпружинивания первого диска 5 выполнен в виде гибких стержней 18 (например, полоса из упругой стали или прорезиненной ткани), размещенных с изгибом между дисками 5, 12 в радиальной плоскости, при этом концы стержней 18 закреплены на дисках 5 и 12, а изогнутый участок обращен в сторону приводного вала 4.

Способ измельчения тюка стебельчатых материалов в бункерном измельчителе осуществляется следующим образом.

Тюк спрессованных стебельчатых материалов укладывается в бункер измельчителя, в котором производится разрыхляющее воздействие на нижнюю часть тюка с заполнением разрыхленным материалом приемной камеры бункера, откуда материал проходит в рабочую камеру бункера, где производится его доизмельчение с последующей выгрузкой из рабочей камеры потока измельченного материала.

При подаче материала в приемную камеру в избытке (например, при разрушении монолитности тюка и его расслоении) производят увеличение объема приемной камеры измельчителя и одновременно уменьшение объема рабочей камеры измельчителя пропорционально увеличению массы материала в приемной камере с учетом осевого давления материала на ротор измельчителя, что ограничивает количество поступающего к измельчающим элементам ротора материала в рабочей камере, т.к. при уменьшении объема рабочей камеры количество поступающего в него материала соответственно уменьшается. Это исключает взаимодействие измельчающих элементов с избытком материала в рабочей камере, исключает перегрузку ротора с падением его оборотов и снижением степени измельчения материала в рабочей камере измельчителя, а также обеспечивает более длительное и интенсивное воздействие на материал, заполняющий в избытке увеличенную по объему приемную камеру измельчителя, что обеспечивает частичное измельчение материала в процессе его разрыхления.

При уменьшении поступления материала в приемную камеру пропорционально снижению подаче материала производят уменьшение объема приемной камеры одновременно с увеличением объема рабочей камеры измельчителя, что увеличивает силовое воздействие на уменьшенное количество материала в уменьшенной по объему приемной камере при его разрыхлении при снижении нагрузки на измельчающие элементы в увеличенной по объему рабочей камере, что исключает перегрузку ротора с падением его оборотов.

Изменение объемов приемной и рабочей камер бункерного измельчителя при осуществлении способа может быть проведено с использованием известных технических средств, например с использованием подвижных в осевом направлении стенок кожуха измельчителя или механизма осевого смещения габаритных элементов ротора под действием управляющих команд датчика плотности материала, устанавливаемого в приемной камере измельчителя. Однако более простым в практической реализации и более надежным и эффективным в эксплуатации является заявляемое устройство для осуществления способа измельчения тюка с использованием специальной конструкции ротора, в котором применены нежесткие кинематические связи в сочетании с конструктивными элементами, чувствительными к изменению подачи материала в приемную камеру измельчителя и оказываемому давлению материала на ротор в осевом направлении.

Работа заявляемого измельчителя по осуществлению способа измельчения производится следующим образом.

Вращением приводного вала 4, например, с помощью электродвигателя или вала отбора мощности трактора приводятся во вращение диски 5, 12 вместе с осями 13 и измельчающими элементами 14, что под действием пластин 8, 9 элементов 14 и осей 13 вызывает формирование воздушного потока, проходящего через полость бункера 1, кожух 2 с выходом его через окно 3.

При укладке тюка в бункер под действием веса тюка подвижный диск 5 и измельчающие элементы 14 смещаются в сторону диска 12, при этом устанавливается исходная вместимость и исходный объем приемной и рабочей камер 6 и 7.

Под действием пластин 8 происходит разрыхление нижней части монолита тюка, при этом разрыхленный материал в радиальном направлении смещается к периферии диска 5 и задерживается пластинами 11, что обеспечивает разрезку стеблей материала зубчатой рабочей гранью 10 периферийных режущих пластин 9 и проход через зазоры между пластинами 9, 11 разрезанных стеблей вместе с воздухом в рабочую камеру 7 на доизмельчение.

В рабочей камере 7 стебли доизмельчаются ударным способом элементами 14 при совместной работе со стопорными элементами 17, а готовый измельченный материал выводится через выгрузное окно 3 вместе с воздушным потоком, создаваемым при вращении пластин 8,9 элементов 14 и осей 13.

В случае резкого увеличения поступления материала в приемную камеру 5 при частичном обрушении монолита тюка под действием давления материала в соответствии с его подачей в приемную камеру 6 диск 5 смещается в сторону диска 12 с одновременным смещением в сторону диска 12 на своих осях 13 и измельчающих элементов 14, что вызывает увеличение вместимости и объема приемной камеры 5 и пропорциональное уменьшение вместимости и объема рабочей камеры 7, благодаря чему избыток материала задерживается в приемной камере 5 и с большей интенсивностью взаимодействует с пластинами 8, 9 и 11, а прошедшая в рабочую камеру часть материала более плотным потоком доизмельчается при соответственно меньшей вместимости рабочей камеры, что исключает ее забивание материалом и заклинивание вала 4, а также вывод через окно 3 материала в недоизмельченном виде.

В случае снижения подачи материала, поступающего из бункера в приемную камеру 5, например, из-за локального уплотнения массы тюка, а также в процессе уменьшения его массы при измельчении, под действием упругих элементов 15 и 16 (фиг.3, 4) или 18 и 16 (фиг.5, 6) диск 5 и измельчающие элементы 14 удаляются от диска 12, что обеспечивает пропорциональное уменьшение объема приемной камеры 5 до исходного значения и соответственно пропорциональное увеличение объема рабочей камеры 7, при этом при уменьшенной подаче материал задерживается в уменьшенной по объему приемной камере 5, что обеспечивает более интенсивное воздействие на материал пластин 8, 9 и 11 для исключения прохода в рабочую камеру неизмельченных стеблей, а работа элементов 14 по доизмельчению стеблей в менее интенсивном потоке в большей по объему рабочей камере 7 происходит при меньших технологических нагрузках, что также исключает возможность заклинивания вала 4 и выход через окно 3 материала в недоизмельченном виде.

Предлагаемые технические решения обеспечивают самоадаптивный управляемый процесс измельчения тюка стебельчатых материалов с учетом возможных колебаний интенсивности потока материала, поступающего в приемную камеру, что оптимизирует рабочий процесс измельчителя с получением однородного по фракционному составу частиц готового материала при минимальном энергопотреблении и исключении возможности заклинивания измельчающего аппарата из-за перегрузки.

Изобретения относятся к сельскохозяйственному машиностроению и могут быть использованы для измельчения стебельчатых материалов. Способ включает укладку тюка в бункер с его разрыхлением и предварительным измельчением снизу в приемной камере измельчителя и доизмельчением материала в его рабочей камере. Измельчение тюка производят при переменном объеме приемной и рабочей камер с изменением объема рабочей камеры обратно пропорционально, а приемной камеры - прямо пропорционально подаче поступающего в нее материала. Измельчитель включает бункер с размещенным в кожухе на приводном валу диском, установленные с зазором две группы режущих пластин и связанные с приводным валом измельчающие элементы. Диск разделяет полость кожуха на приемную и рабочую камеры. В кожухе с зазором к первому диску в рабочей камере установлен зафиксированный на приводном валу второй диск, связанный по периферии посредством осей со вторым диском. Первый диск и установленные на осях измельчающие элементы установлены с возможностью подпружиненного продольного смещения в сторону второго диска, что обеспечивает повышение равномерности измельчения и снижение энергоемкости процесса измельчения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ измельчения тюка стебельчатых материалов в бункерном измельчителе, включающий укладку тюка в бункер, разрыхление и предварительное измельчение тюка снизу в приемной камере измельчителя и доизмельчение материала в его рабочей камере, отличающийся тем, что измельчение тюка производят при переменном объеме указанных камер, при этом объем рабочей камеры изменяют обратно пропорционально, а приемной камеры - прямо пропорционально подаче поступающего в нее материала.2. Измельчитель, включающий бункер, к нижней части которого прикреплен кожух с выгрузным окном, размещенный в кожухе на приводном валу диск, разделяющий полость кожуха на сообщаемые приемную и рабочую камеры, установленные с зазором две группы режущих пластин для разрыхления и предварительного измельчения материала в приемной камере, одна из которых со стороны бункера закреплена по периферии на поверхности диска, а другая - вдоль приводного вала на кожухе вокруг диска, и связанные с приводным валом измельчающие элементы, установленные с противоположно указанной стороны диска для доизмельчения материала в рабочей камере и вывода его через выгрузное окно, отличающийся тем, что режущие пластины диска распределены по его поверхности под бункером, а периферийные установлены в плоскости диска перпендикулярно к противорежущим пластинам кожуха с расположением рабочей грани под острым углом к окружности диска, а в кожухе с зазором к первому диску в рабочей камере установлен второй диск, связанный с первым по периферии посредством осей, на которых шарнирно установлены измельчающие элементы, при этом второй диск зафиксирован на приводном валу, а измельчающие элементы и первый диск установлены с возможностью подпружиненного продольного смещения в сторону второго диска.3. Измельчитель по п.2, отличающийся тем, что первый диск подпружинен посредством размещенных в радиальной плоскости с изгибом между дисками гибких стержней, у которых концы закреплены на дисках, а изогнутый участок обращен в сторону приводного вала.4. Измельчитель по п.2, отличающийся тем, рабочие грани пластин выполнены зубчатыми.