Устройство для измельчения органических субстанций - RU2248735C2

Чертежи

Показать все 14 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к устройству для измельчения органических субстанций, в частности для измельчения фруктов, которое имеет вращающийся вокруг своей оси диск с двигателем, который приводит его во вращение, причем на торцевой стороне диска находятся измельчающие элементы, а также средства для подачи органических субстанций к торцевой стороне диска.

Машина барабанного типа для резки, в частности для нарезания сахарной свеклы ломтиками, известна из патента US-A-4584919 (Биттнер). Она имеет несколько фиксаторов, расположенных по окружности барабана на равном удалении друг от друга и проходящих по существу параллельно оси барабана. Между каждой парой фиксаторов крепится ножевая коробка, режущая кромка которой проходит по существу в направлении окружности.

Для измельчения фруктов уже известны различные варианты выполнения барабанных мельниц такого типа, например Central Bucher-Guyer AG, Niederweningen, Швейцария. Такая барабанная мельница включает тело барабана, изготовленное в виде одной детали, по всей окружности которой на небольшом расстоянии друг от друга установлены фиксаторы для измельчающих ножей. В готовом к работе положении барабан такой мельницы образует по существу закрытую полость с отверстием, проходящим по оси с одной стороны, через которое с помощью шнека можно подавать подлежащие измельчению фрукты.

Такие барабанные мельницы имеют ряд недостатков:

- фрукты, циркулирующие с большой скоростью в барабане, в частности яблоки, создают большие дебалансные силы. Вся мельница трясется и создает много шума. Дебалансные силы влияют также отрицательно на срок службы используемой опоры барабана;

- несмотря на изменения в распределении зубьев ножей можно лишь совсем незначительно влиять на структуру получающейся плодово-ягодной мезги. Эта структура, однако, влияет на выход плодово-ягодной мезги/производительность при последующих процессах прессования, которая не может улучшиться в результате оптимизации процесса;

- инородные тела, попадающиеся вместе с фруктовым материалом, например камни, создают относительно большой дисбаланс и сильно повреждают измельчающие ножи;

- уминающее устройство для фруктов и мельничный барабан вращаются с одинаковой скоростью. Мельница не работает с максимальной производительностью, так как практически не происходит предварительного уминания. При слишком малом количестве подаваемых фруктов доля мелких фракций в плодово-ягодной мезге будет очень высока. Это отрицательно сказывается на производительности при последующем прессовании и ведет к засорению фильтров, предназначенных для разделения твердой и жидкой фракций;

- кожух мельничного барабана с необходимыми прорезями для выхода плодово-ягодной мезги требует больших затрат при изготовлении.

Кроме того, из патента US-A-4683790 (Биттнер) уже известна машина для резки с диском, в частности для нарезания сахарной свеклы на ломтики. Эта машина включает станину и режущий диск с опорой и приводом. Режущий диск имеет плоскую поверхность и равномерно распределенные пропускные отверстия для нарезанного продукта, которые расположены предпочтительно продольно в радиальном направлении. Приемные отделения для режущих ножей находятся около пропускных отверстий.

У машины для резки с диском известного типа режущий диск состоит в большинстве случаев из стальной пластины с прямоугольными пропускными отверстиями для нарезанного продукта. В таких дисковых мельницах обнаружены следующие недостатки:

- низкая производительность, так как задействована только часть диска;

- уминающий шнек, подающий продукт, либо вообще отсутствует, либо движется с той же скоростью, что и диск, причем получается нежелательный эффект закупорки;

- слишком большой ход винтовой линии червяка уминающего шнека приводит к перегрузке или блокировке;

- функция дисковой мельницы плохо подходит к типу измельчаемого материала;

- продукт, выходящий из машины для резки, не пригоден в качестве прессуемого материала для выжимания сока.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков известных устройств для измельчения органических субстанций благодаря новому выполнению.

Согласно изобретению эта задача решается с помощью устройства указанного типа следующим образом: имеются средства для подачи органических субстанций в виде уминающего устройства с приводным двигателем, а производительность уминающего устройства и производительность вращающегося диска при измельчении регулируются независимо друг от друга.

Уминающее устройство включает предпочтительно винтовой шнековый транспортер, ось которого находится по существу в продолжении оси диска. Выгодным образом уминающее устройство подает органические субстанции по существу ко всей торцевой поверхности диска через цилиндрический корпус, выход которого находится на некотором удалении напротив торцевой поверхности, а цилиндрический корпус включает направляющие элементы, которые препятствуют вращению подаваемых органических субстанций. При этом измельчающие элементы, находящиеся на торцевой стороне диска, выполнены в виде нескольких укрепленных с возможностью замены измельчающих планок с пилообразными краями, проходящих по существу в радиальном направлении, а на торцевой стороне диска, прямо около измельчающих планок, проходящих в радиальном направлении, по меньшей мере на одной их стороне выполнен желоб, открытый с наружного края диска и предназначенный для отведения измельченных органических субстанций.

Выгодная работа устройства возможна благодаря чувствительным средствам в виде датчиков для определения крутящего момента, эффективного при приведении во вращение вращающегося диска, а также благодаря связанному с датчиками средству управления для настройки производительности уминающего устройства на величину, соответствующую заданному значению этого крутящего момента.

Прочие варианты устройства приведены в формуле изобретения.

Примеры выполнения изобретения описаны ниже более подробно и представлены на чертежах, где

фиг.1 - схематичное изображение поперечного сечения измельчающей мельницы для фруктов с заявленным устройством для измельчения;

фиг.2 - поперечное сечение желоба, имеющего прямоугольный профиль и расположенного с одной стороны измельчающего элемента во вращающемся диске измельчающей мельницы согласно фиг.1;

фиг.3 - поперечное сечение желоба, расположенного с двух сторон измельчающего элемента во вращающемся диске измельчающей мельницы согласно фиг.1;

фиг.4 - поперечное сечение желоба с круглым профилем, расположенного с одной стороны измельчающего элемента во вращающемся диске измельчающей мельницы согласно фиг.1;

фиг.5 - поперечное сечение желоба со скошенным профилем, расположенного с одной стороны измельчающего элемента во вращающемся диске измельчающей мельницы согласно фиг.1;

фиг.6 - поперечное сечение кожуха цилиндрического корпуса уминающего устройства для подачи продукта в измельчающую мельницу согласно фиг.1;

фиг.7 - вид вращающегося диска измельчающей мельницы согласно фиг.1;

фиг. 8а, 8b, 8с - два радиальных продольных сечения и радиальное поперечное сечение опоры вращающегося диска измельчающей мельницы согласно фиг.1 посредством распорного болта в различных положениях на оси;

фиг.9 - фрагмент сменного изнашивающегося кольца на цилиндрическом корпусе уминающего устройства для подачи продукта согласно фиг.1 в поперечном сечении перпендикулярно оси корпуса;

фиг.10 - фрагмент согласно фиг.9 в поперечном сечении параллельно оси корпуса;

фиг.11 - радиальное сечение фрагмента с перемещающимся по оси изнашивающимся кольцом на цилиндрическом корпусе уминающего устройства для подачи продукта согласно фиг.1 для изменения размера мелющей щели между изнашивающимся кольцом и вращающимся диском измельчающей мельницы согласно фиг.1;

фиг.12 - вид в радиальном направлении на деталь согласно фиг.11 и

фиг.13 - схема регулировочного устройства с элементами управления для измельчающей мельницы согласно фиг.1 для выбора структуры измельчаемого продукта.

Как показывает схематично изображенное поперечное сечение измельчающей мельницы для фруктов с заявленным измельчающим устройством согласно фиг. 1, эта измельчающая мельница содержит вращающийся вокруг горизонтальной оси 1 диск 2 вместе с двигателем 3, предназначенным для приведения его (диска) в действие. На торцевой стороне диска 2, как показывает более точно фиг. 7, в радиальном направлении установлены несколько измельчающих элементов 4. Продолжением оси 1 является ось 5 винтового шнекового транспортера 6 уминающего устройства 7 для подачи органических субстанций для измельчения. Винтовой шнековый транспортер б находится в цилиндрическом корпусе 8, который имеет впускное отверстие 9 и выпускное отверстие 10, находящееся напротив торцевой стороны диска 2. Для приведения в действие винтового шнекового транспортера 6 около корпуса 8 установлен двигатель 11.

Диск 2 и винтовой шнековый транспортер 6 вращаются выгодным образом в противоположном направлении. Скорость вращения диска 2 значительно выше скорости вращения винтового шнекового транспортера 6. Диск 2 вместе со своим двигателем 3 установлен на панели с бортами 12, причем соединение последней с корпусом 8 является разъемным. Конструктивный узел, состоящий из двигателя 3, панели с бортами 12 и диска 2, при помощи поворотного приспособления 13 может отклоняться от корпуса 8 и поворачиваться в вертикальное положение оси 1. Благодаря этому торцевая сторона диска 2 с измельчающими элементами 4 является хорошо доступной для чистки и смены деталей. Выход 10 корпуса 8 выдается вперед, как показывает фиг. 1, и диск 2 оказывается заключенным в открытом с одной стороны кольцевом канале 14, к которому снизу подсоединен бункер 15, куда вываливаются измельченные органические субстанции.

Для лучшего отвода органических субстанций, отделенных и размельченных с помощью диска 2, корпус 8 по меньшей мере в области диска 2 образует с плоскостью диска острый угол. Как видно точнее на фиг. 1 и фиг. 6, внутри на кожухе цилиндрического корпуса 8 находятся расположенные параллельно оси четыре планки 16, которые действуют как блокираторы вращения органических субстанций, подаваемых винтовым шнековым транспортером 6.

Эти блокираторы вращения предотвращают или уменьшают совместное вращение измельчаемого материала и винтового шнекового транспортера 6. Целью является попадание к диску фруктов, например яблок, в виде нерасчлененной массы. Слишком сильное движение яблок относительно друг друга увеличивает долю мелких фракций в измельчаемом материале. Измельченная плодово-ягодная мезга отбрасывается с диска 2 в кольцевой канал 14 корпуса 8. При этом структура плодово-ягодной мезги должна претерпеть как можно меньшие разрушения. Благодаря наклонному положению корпуса 8 в области диска 2 выгодным образом достигается угол столкновения плодово-ягодной мезги порядка 15-75°. Плодово-ягодная мезга вываливается затем из бункера 15 наружу.

Кроме планок 16 на фиг. 1 и 6 виден на выходе 10 корпуса 8 еще один блокиратор вращения 17 с опорной пластиной 18. Измельчающие элементы 4 имеют для улучшения эффекта измельчения края как у пилы, в которые блокиратор вращения 17 входит встречными зубьями для удаления волокон при работе измельчающей мельницы. Между диском 2 и выходом 10 корпуса 8 находится мелющая щель 19. Мелющая щель 19 определяет вместе с крупностью шага зацепления пилообразных краев измельчающих планок 4 и скоростью вращения диска 2 по существу структуру измельчаемого материала.

Как показывает подробно фиг.8а, размер мелющей щели 19 в варианте выполнения согласно фиг.1 может изменяться во время простоя устройства. Для этого диск 2 жестко крепится на валу 20 при помощи зажимного бандажного кольца 21 посредством распорного болта 22 в поводковом патроне 23. Благодаря введению по меньшей мере двух распорных болтов 22 в сверленые отверстия на разной глубине в поводковый патрон 23 можно изменять расстояние между диском 2 и поводковым патроном 23 и тем самым размер мелющей щели 19. Фиг.8с показывает сечение согласно фиг.8а вертикально относительно вала 20 вдоль линии С-С. Плоскость сечения фиг.8а дана на фиг.8с по линии А-А. Плоскость сечения фиг.8b показана на фиг.8с по линии В-В. На фиг.8b видно, что в показанные здесь в сечении сверленые отверстия в поводковом патроне 23 не вставлены распорные болты 22 согласно фиг.8а, однако они (сверленые отверстия) выполнены глубже в поводковом патроне 23, чем это показано на фиг.8а. Зажимное бандажное кольцо 21 действует из центра на сменные измельчающие планки 4, установленные в радиальном направлении на торцевой стороне диска 2 с фиксирующими выступами 24 и тем самым на диск 2.

Если диск 2 поворачивается при помощи поворотного приспособления 13, то измельчающие планки 4 можно просто менять путем отвинчивания зажимного бандажного кольца 21. Как показывает фиг.1, при этом является выгодным конечное положение двигателя 3, повернутого на 90°. Измельчающие планки 4 в этом положении не могут выпасть из диска 2 даже при отсутствии зажимного бандажного кольца 21.

Для поворота двигателя 3 освобождается резьбовое соединение или быстродействующий затвор между панелью с бортами 12 и цилиндрическим корпусом 8, и с помощью поворотного приспособления 13, расположенного по обе стороны двигателя 3, конструктивный узел, состоящий из двигателя 3, панели с бортами 12, диска 2, поворачивается. После прохождения самого высокого положения 25 этот конструктивный узел занимает положение 26. В этом положении 26 часть поворотного приспособления 13 разъединяется, двигатель 3 поворачивается на 90° вверх и в повернутом положении снова фиксируется.

Фиг.2 показывает поперечное сечение одной из измельчающих планок 4, расположенных в радиальном направлении на торцевой стороне диска 2 согласно фиг.1. Вследствие вращения диска 2 совершается движение измельчающих планок 4 в направлении стрелки 30 вниз. При этом часть измельчающей планки 4, выступающей на высоте 31 над торцевой стороной диска 2, вырывает части 32 из плода 33, который уминается винтовым шнековым транспортером 6. Эти части 32 выводятся по желобу 34, имеющему прямоугольный профиль и расположенному с одной стороны в направлении стрелки 30 перед измельчающей планкой 4 в диске 2. Желоб 34 открыт по окружности диска 2, так что здесь части 32 могут попадать в кольцевой канал 14 и бункер для вываливания 15. Важно, чтобы мезга непосредственно после отделения от яблока как можно меньше подвергалась механическому воздействию, чтобы ее структура не изменилась.

Под процессом “изгрызания” здесь понимается частично комбинированный эффект, получаемый при резке и измельчении. При этом цель такова, чтобы “выгрызанные” из плода 33 части 32 имели по возможности большие свободные поверхности, чтобы многие клетки плода оставались открытыми. Так, большая часть клеточного сока может свободно стекать, и следующий за этим процесс выжимания сока и прессования “изгрызанного” продукта облегчается.

Представленное на фиг.3 поперечное сечение соответствует поперечному сечению фиг.2, однако согласно фиг.3 по обеим сторонам измельчающей планки 4 располагается по одному желобу 35 и 36. Такое расположение выгодно тем, что из плода 33 согласно фиг. 2 “выгрыванные” части 32 при работе диска 2 отводятся в обоих направлениях вращения. Измельчающие планки 4 могут, таким образом, применяться с обеих сторон. Измельчающие планки 4 притупляются всегда лишь там, где на них согласно направлению движения 30 диска 2 идет нагрузка. Если одна сторона тупая, то путем изменения направления вращения можно удвоить срок службы измельчающих планок 4. Желобы 35,36 имеют закругления с радиусом 37. Благодаря этому стебли и зерна плодов 33 меньше застревают и защемляются в желобах 35, 36.

Представленное на фиг.4 поперечное сечение соответствует тому, что изображено на фиг.2, однако согласно фиг.4 желоб 34' имеет полностью закругленную форму. Благодаря этому можно еще лучше избежать нежелательного застревания или защемления частей плодов 33.

Изображенное на фиг.5 поперечное сечение соответствует представленному на фиг.2, однако согласно фиг.5 желоб 34'' скошен, благодаря чему также предотвращается застревание твердых фракций в желобе 34''.

На фиг.6 показано поперечное сечение А-А согласно фиг.1 цилиндрического корпуса 8 измельчающей мельницы перпендикулярно оси. Видны три из четырех планок 16, которые установлены в виде блокираторов вращения по длине корпуса 8. Кроме того, блокиратор вращения 17 изображен с опорной пластиной 18, которая проходит на выходе 10 корпуса 8 согласно фиг.1 по большей аксиальной области. Блокиратор вращения 17, имеющий или не имеющий встречных относительно измельчающих планок 4 зубьев, выполняет две функции: останавливает плоды 33 перед измельчающими планками 4 путем замедления движения качения с получением лучшей структуры мезги, сбрасывает волокна, повисшие на измельчающих планках 4 и не сброшенные. Структура плодово-ягодной мезги становится более однородной, а мощность приводных двигателей 3 и 11 используется без потерь и целенаправленно.

Фиг.7 показывает вид с торца на вращающийся диск 2 согласно фиг.1 с измельчающими планками 4 и примыкающими непосредственно с одной стороны желобами 34 для отвода продукта. Измельчающие планки 4 расположены радиально, а их продолжения оказываются в центре вращения 1 диска 2. Возможно также выполнение, при котором направления измельчающих планок 4 не указывают на центр вращения 1. Число измельчающих планок 4 составляет выгодным образом приблизительно от 4 до 40.

Измельчающие планки 4 могут иметь также различную длину. Желобы 34 - если смотреть в направлении вращения - находятся перед измельчающими планками. Плодово-ягодная мезга выходит из желобов 34 с радиальной скоростью 40 и окружной скоростью 41, из которых складывается скорость 42 с углом поворота потока 43.

На фиг.9 показан фрагмент сменного изнашивающегося кольца 50 на цилиндрическом корпусе 8 уминающего устройства для подачи продукта согласно фиг.1 в поперечном сечении перпендикулярно оси корпуса, фиг.10 показывает тот же самый фрагмент в поперечном сечении параллельно оси корпуса. Оба поперечных сечения проходят через крепежный болт 51, который входит через изнашивающееся кольцо 50 внутрь планки 16. На фиг.10 видно также продолжение 8' корпуса 8 в направлении кольцевого канала 14 согласно фиг.1.

Так как вместе с некоторым измельчаемым материалом в измельчающую мельницу возможно попадание инородных тел, край корпуса 8 около мелющей щели 19 согласно фиг.1 подвергается сильному износу. В связи с этим можно заменять изнашивающееся кольцо 50 на кожухе корпуса 8 с резьбовым соединением 51. Изнашивающееся кольцо 50 изготовлено выгодным образом из высококачественной стали, достаточно стойкой к износу.

Фиг.11 показывает радиальное сечение фрагмента перемещающегося по оси изнашивающегося кольца 50' на цилиндрическом корпусе 8 уминающего устройства для подачи продукта согласно фиг.1. Размер мелющей щели 19 можно регулировать также во время работы и автоматически. Фиг.12 показывает радиальный вид в направлении стрелок В-В согласно фиг.11, причем плоскость сечения фиг.11 на фиг.12 обозначена стрелками С-С. По окружности изнашивающегося кольца 50' находятся на корпусе 8 несколько параллельных его оси прорезей 51, через которые в изнашивающееся кольцо 50' вкручиваются болты 52. Внутренняя камера корпуса 8 имеет наружное уплотнение в виде двух O-образных колец 53, вставленных в изнашивающееся кольцо 50'.

Болты 52 входят, кроме того, через проходящие наискось шлицы 54 в регулирующее кольцо 55, надетое снаружи на корпус 8. Регулирующее кольцо 55 имеет на буртике 56 зубчатый венец 57, который приводится в действие шестерней 59, приводимой в движение двигателем 58. Двигатель 58 укреплен на кожухе корпуса 8 при помощи фланца 60. В зависимости от направления вращения двигателя 58 мелющая щель 19 увеличивается или уменьшается.

Фиг.13 показывает схему регулировочного устройства с элементами управления для измельчающей мельницы согласно фиг.1 для выбора структуры измельчаемого материала. Одни и те же элементы имеют на фиг.1 и фиг.13 одинаковые обозначения. Для определения истинного состояния измельчающей мельницы на фиг.13 представлены следующие чувствительные элементы: датчик потребления мощности привода 3 диска 2 с сигнальным проводом 70, датчик определения ускорения при вибрациях измельчающего устройства с сигнальным проводом 71, датчик перемещений изнашивающегося кольца для измерения мелющей щели 19 с сигнальным проводом 72 и датчик потребления мощности привода 11 винтового шнекового транспортера 6 с сигнальным проводом 73.

Сигнальные провода 70, 71, 72, 73 соединены, как показывает фиг.13, с регулятором 75. В зависимости от истинного состояния и от заданных извне по проводу 76 величин регулятор 75 задает для измельчающей мельницы значения скорости вращения привода 3 диска 2 - по проводу 77, скорости вращения привода 11 винтового шнекового транспортера 6 - по проводу 78 и настраивает серводвигатель 58 для мелющей щели 19 - по проводу 79.

С помощью описанных измерительных и регулируемых параметров устройство для измельчения органических субстанций выполняет следующие функции регулирования и управления:

- автоматическое регулирование крутящего момента привода диска 2. При этом задается неизменная скорость вращения диска 2. Крутящий момент привода диска измеряют опосредованно через потребление мощности по проводу 70. Эта величина измерения “крутящий момент” поддерживается постоянной благодаря изменению скорости вращения винтового шнекового транспортера 6 в виде регулирующей переменной. С увеличением скорости шнекового транспортера возрастает потребность крутящего момента привода диска;

- влияние на структуру плодово-ягодной мезги. На эту структуру влияют путем регулировки во время работы измельчающей мельницы следующих параметров: скорости вращения диска 2, размера мелющей щели 19 и потребления мощности привода 3 диска 2.

В соответствии с задачей с помощью описанного устройства достигаются следующие преимущества:

- благодаря отведению плодово-ягодной мезги в желобы 34 диска 2 и в кольцевой канал 14 корпуса 8 ее структура не меняется или не нарушается из-за эффекта подпирания. В мезге появляется некоторая доля мельчайших фракций, из-за которой при прессовании фруктов засоряется фильтр и снижается производительность пресса;

- благодаря присутствию в структуре плодово-ягодной мезги разных фракций - от мелких до очень крупных - измельчение можно оптимально привести в соответствие с прессуемостью и свойствами фруктового материала. Очень мягкие плоды можно, таким образом, измельчать очень крупно, а очень твердые плоды - очень мелко;

- в отличие от указанного уровня техники мельница с предложенным устройством для измельчения работает очень тихо и с незначительной вибрацией. Такую мельницу очень просто сделать герметичной, если необходимо перерабатывать очень мокрые продукты или продукты при помощи избыточного давления. Тогда нет потерь сока и давления. Очень полезно сделать мельницу герметичной при переработке продуктов в присутствии летучих растворителей;

- при переработке волокнистых продуктов в большинстве случаев отделенные волокна стряхиваются с зубьев измельчающих планок 4. Волокна не забиваются во впадины между зубьями. Производительность измельчения и структура плодово-ягодной мезги остаются неизменными;

- изнашивающиеся детали мельницы очень просты и недороги в изготовлении. При попадании инородных тел, например камней, досок и т.д., повреждения незначительны.

Варианты описанной конструкции и применение устройства для измельчения органических субстанций понятны специалисту. Так можно автоматически непрерывно делать оптимальной структуру измельчаемого продукта при помощи указанных средств регулирования и управления в расчете на оптимальную производительность и выход готового продукта в последующих процессах прессования.

Реферат

Изобретение относится к устройствам для измельчения фруктов. Устройство снабжено вращающимся диском с измельчающими элементами и уминающим устройством с винтовым шнековым транспортером для подачи фруктов к диску. Между уминающим устройством и диском имеется щель, ширину которой можно регулировать. Измельчающие элементы выполнены в виде планок, которые укреплены с возможностью замены. Планки проходят в радиальном направлении и имеют пилообразные края. На торцевой стороне диска около измельчающей планки, по меньшей мере, на одной ее стороне, выполнен желоб для отведения измельченных органических субстанций, открытый на наружном краю диска. Изобретение позволяет достичь желаемой структуры измельчаемого продукта при оптимальной производительности устройства. 19 з.п. ф-лы, 15 ил.

Формула