RU227371U1 - Измельчитель растительных материалов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к средствам малой механизации и может наиболее эффективно использоваться в индивидуальном хозяйстве, в уходе за парками, садами и огородами для утилизации обрезанных веток кустарников и деревьев, а также стеблей однолетних культур, типа кукурузы, подсолнечника и т.п. Измельчители позволяют существенно уменьшить объем обрабатываемых растительных материалов. Техническим результатом полезной модели является создание устройства, обеспечивающего эффективное использование механической энергии при измельчении растительных материалов. Измельчитель обеспечивает однородное измельчение растительных материалов и веток диаметром до 50 мм, без использования дополнительных измельчающих элементов, устройств подачи и выгрузки измельченной массы, тем самым достигается уменьшение энергоемкости технологического процесса, снижение стоимости изготовления измельчителя за счет простоты устройства. Поставленный технический результат достигается тем, что предлагается устройство, содержащее жесткий корпус, корпус с установленным горизонтальным валом, рабочий орган в виде металлического массивного диска, режущие ножи, загрузочную горловину, выгрузное отверстие, ременную передачу, электродвигатель, а также опорные колеса для перемещения, диаметр рабочего диска превышает максимальный диаметр измельчаемого материала не менее чем в 5 раз, масса рабочего диска превышает не менее чем в 14,5 раза соотношение квадрата максимального диаметра измельчаемых веток к квадрату диаметра диска. Предлагаемый измельчитель веток обладает уникальной конструкцией, которая позволяет эффективно использовать механическую энергию. Техническое решение обеспечивает эффективное использование механической энергии рабочего органа, позволяющее качественно и равномерно измельчать ветви диаметром до 50 мм. Простота конструкции рабочего органа, корпуса и привода обеспечивает повышенную работоспособность измельчителя. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к средствам малой механизации и может наиболее эффективно использоваться в индивидуальном хозяйстве, в уходе за парками, садами и огородами для утилизации обрезанных веток кустарников и деревьев, а также стеблей однолетних культур, типа кукурузы, подсолнечника и т.п. Измельчители позволяют существенно уменьшить объем обрабатываемых растительных материалов.

Известен измельчитель растительных материалов (Патент на полезную модель RU № 177952, Российская Федерация, B27L 11/06, G05D 17/00 Измельчитель древесно-растительных отходов, А.В. Капитонов; 19.03.2018 Бюл. № 8). Содержит жесткую раму, на которой размещен режущий узел, соединенный с двигателем, передающим крутящий момент, с загрузочным бункером и выходным патрубком. Загрузочный бункер снабжен направляющим устройством, при этом режущий узел содержит корпус с установленными на нем вращающимся валом, двумя неподвижными опорами и сито, установленное между режущим узлом и выходным патрубком.

Недостатком данного измельчителя является то, что он имеет много этапов измельчения и не способен измельчать ветки диаметром более 30 мм.

Известен измельчитель древесно-растительных отходов (Патент на полезную модель RU № 111967, Российская Федерация, A01F 29/00 Измельчитель древесно-растительных отходов, Е.Г. Лумисте, Т.В. Панова, М.В. Панов, С.Н. Шмигирилов, К.О. Лумисте; 10.01.2012 Бюл. № 1), выполненный из двух секций с единым приводным валом, в котором одна секция с режущим аппаратом в виде зубчатого валка, предназначенного для измельчения веток, вторая - с режущим аппаратом в виде ножей, закрепленных на штифтах и непосредственно на валу, предназначенных для измельчения волокнистого растительного материала.

Недостатком данного измельчителя является то, что он состоит из двух секций и требует разделения по видам растительного сырья, а также расположение режущих аппаратов в различных секциях делает процесс измельчения недостаточно эффективным.

В патенте FR 2795661 описывается другой измельчитель растительных отходов и другого материала, содержащий зону подачи и зону выброса переработанных отходов, между которыми расположена камера измельчения, снабженная ротором. На этом роторе установлены с чередованием режущие и раскалывающие органы, что дает возможность улучшить эффективность резки.

Недостаток данного устройства заключается в том, что он также имеет много этапов измельчения и не способен измельчать ветки диаметром более 30 мм, нередко качество резки неудовлетворительно, и размеры частиц на выходе могут существенно различаться в зависимости от характеристик (в особенности от твердости материалов), размеров и диаметра вводимых растительных материалов.

В качестве прототипа выбран измельчитель растительных материалов патент 2512309, A01F29/00, опубл. 10.04.2014, который содержит загрузочный желоб, камеру с режущим устройством и разгрузочную зону. Ротор измельчителя прототипа содержит два набора лезвий, расположенных на двух сторонах диска. На первой стороне расположено одно или несколько лезвий, которые могут резать растительный материал, введенный через зону подачи, в то время как на другой стороне расположены лезвия, обеспечивающие второй уровень резания и имеющие такую форму, которая обеспечивает создание потока воздуха для выброса мелких обрезков.

Недостаток прототипа заключается в наличии набора из нескольких ножей, сложной геометрии лезвий и устройства рабочего органа в целом, что влияет на повышение себестоимости производства измельчителя и негативно сказывается на надежности, также недостатком устройства заключается в том, что в некоторых ситуациях качество резки неудовлетворительно, особенно при измельчении твердых древесных пород диаметром больше 30 мм.

Техническим результатом полезной модели является создание устройства, обеспечивающее эффективное использование механической энергии при измельчении растительных материалов. Измельчитель обеспечивает однородное измельчение растительных материалов и веток диаметром до 50 мм, без использования дополнительных измельчающих элементов, устройств подачи и выгрузки измельченной массы, тем самым достигается уменьшение энергоемкости технологического процесса, снижение стоимости изготовления измельчителя за счет простоты устройства.

Поставленный технический результат достигается тем, что предлагается устройство, содержащее жесткий корпус с загрузочной горловиной и выгрузным отверстием, смонтированные на корпусе подшипники, в которых установлен горизонтальный вал, с закрепленным рабочим органом, выполненным в виде металлического массивного диска, имеющим прямоугольные пазы, в которых установлены режущие ножи, привод рабочего диска от электродвигателя посредством шкивов и ременной передачи, при этом корпус измельчителя и электродвигатель смонтированы на платформе, имеющей опорные колеса, диаметр рабочего диска превышает максимальный диаметр измельчаемого материала не менее чем в 6 раз и составляет 300 мм, а масса рабочего диска превышает не менее чем в 14,5 раза соотношение квадрата максимального диаметра растительного материала к квадрату диаметра диска и составляет 9 кг.

Техническое решение обеспечивает эффективное использование механической энергии рабочего органа, позволяющее качественно и равномерно измельчать ветви диаметром до 50 мм.

Общими признаками с прототипом является то, что рабочий орган содержит диск, режущие элементы и отверстия для вывода щепы.

Отличительными признаками от прототипа является то, что диаметр рабочего диска превышает максимальный диаметр измельчаемого материала не менее чем в 6 раз, составляя 300 мм, а масса рабочего диска превышает не менее чем в 14,5 раза соотношение квадрата максимального диаметра измельчаемых веток к квадрату диаметра диска и составляет 9 кг.

Устройство представлено графически где:

Фиг. 1 измельчитель растительных материалов; Фиг. 2 рабочий орган, выполненный в виде диска; Фиг. 3 режущие ножи.

Конструктивно измельчитель (фиг. 1) состоит из загрузочной горловины 1, выгрузного отверстия 7, на корпусе 3 смонтированы подшипники 12, в которых установлен горизонтальный вал 5, на валу закреплен рабочий орган (фиг. 2). Привод осуществляется от электродвигателя 2 через ременную передачу 14 и шкивы 4, электродвигатель и измельчитель монтируются на платформе 6, имеющей опорные колеса 15 для перемещения. Рабочий орган (фиг. 2) выполнен в виде диска, имеющий радиально ориентированные прямоугольные пазы 8, в которых устанавливаются режущие ножи 13 (фиг. 3) под углом к плоскости диска.

Рабочий орган выполнен из металлического массивного диска 9 (Фиг. 2). Диск крепится к горизонтальному валу 5 и имеет сквозные щели 10 для отвода щепы (их число соответствует числу режущих ножей - 2 шт.), наклоненные по ходу вращения к радиусу диска. В прямоугольных пазах 8, расположенных над сквозными щелями 10, устанавливаются ножи 13. Необходимый запас кинетической энергии обеспечивается массивным диском 9. Подшипники 12 горизонтального вала 5 установлены в чугунных разъемных корпусах 11, закрепленных на корпусе 3 измельчителя. Загрузочная горловина 1 служит для подачи древесины к режущим ножам 13. Загрузочная горловина 1 наклонена к горизонтальной плоскости, проекция оси отверстия развернута относительно оси вала 5. Корпус 3 служит в качестве ограждения и является направляющим каналом для потока щепы.

Работа измельчителя растительных материалов заключается в следующем: (Фиг. 1, 2, 3) измельчаемый материал через загрузочную горловину 1 подают под вращающиеся режущие ножи 13 диска 9, привод которого осуществляется от электродвигателя 2 через ременную передачу 14. Каждый нож отрезает от измельчаемого материала слой толщиной, равной выпуску режущих ножей 13 над плоскостью диска 9. Отрезаемая древесина распадается на отдельные элементы, которые проходят через сквозные щели 10 на приводную сторону диска и удаляются из машины через выгрузное отверстие 7.

1. Рабочий орган как маховик накопителя механической энергии:

Рабочий орган измельчителя выполняет роль маховика, который способен накапливать и сохранять механическую энергию. Это особенно важно для эффективной работы устройства, поскольку ветки и виноградные лозы могут различаться по жесткости и диаметру. Маховик позволяет уровнять неравномерности в подаче материала и обеспечивает стабильность процесса измельчения.

2. Энергосберегающий механизм:

Важной характеристикой является способность маховой массы накапливать и расходовать энергию в зависимости от потребностей процесса. Во время измельчения веток и виноградной лозы, когда требуется высокий момент для перерезания, маховик расходует накопленную кинетическую энергию. Снижение частоты вращения вала в этот момент компенсируется использованием части накопленной энергии, что позволяет использовать двигатель меньшей мощности. Это снижает энергопотребление и делает устройство более эффективным.

3. Восстановление энергии в паузах:

В период пауз между рубкой веток маховая масса позволяет восстановить частоту вращения вала и повторно накопить кинетическую энергию. Это оптимизирует работу измельчителя, так как он готов к следующему циклу измельчения без длительных задержек на зарядку.

4. Минимизация мощности двигателя:

Благодаря способности маховой массы накапливать и расходовать энергию, устройство может работать с двигателем меньшей мощности. Это снижает энергопотребление и экономит ресурсы.

5. Применение при рубке веток максимального диаметра:

Существующие конструкции измельчителей растительных материалов обычно содержат режущий механизм с лезвиями, предназначенный для измельчения материалов, имеющих максимальный диаметр 30-35 мм. Поскольку предлагаемый измельчитель может использовать энергию более эффективно, он способен обрабатывать ветки диаметром до 50 мм без перегрузки двигателя.

Пример реализации

Предлагаемая конструкция измельчителя растительных материалов может получить широкое применение в малых и средних сельских хозяйствах, в частных виноградарских и садоводческих предприятиях, т.к. за период эксплуатации садов и виноградников производится большое количество обрезанных ветвей и лозы, которые предприниматели вынуждены утилизировать, вывозить на мусор или сжигать. Малые и средние сельскохозяйственные предприятия заинтересованы в серийном производстве и внедрении таких машин, т.к. они отличаются простотой в обслуживании, относительно низкой стоимостью, мобильностью, высокой производительностью и способностью измельчать ветки диаметром до 50 мм, в отличие от существующих конструкций измельчителей, представленных на рынке с. х. техники. Применение предлагаемой конструкции измельчителя позволит осуществить вторичную переработку отходов производства (в виде веток, лозы и др. растительных материалов). Щепа, полученная в результате измельчения, может использоваться для формирования компоста или мульчи для покрытия некоторых участков с целью сокращения роста сорняков (мульчирование), изготовления топливных брикетов, строительных материалов и пр.

Масса рабочего органа (диска) рассчитывается с учетом следующих соотношений:

Угловая скорость:

где η - частота вращения - 2300 оборотов в минуту,

Полная кинетическая энергия вращающегося твердого тела равна сумме кинетических энергий всех его материальных точек:

где J- момент инерции диска;

m - масса диска, m - 9 кг;

где D - диаметр диска, D=0,3 м.

Работа дискового рабочего органа на перерезание ветки - это произведение средней силы удара на пройденное расстояние, что в свою очередь равняется изменению кинетической энергии. Т.е. для обеспечения перерезания ветки диаметром более 50 мм запас кинетической энергии должен превышать количество энергии для выполнения этой работы.

Работа резания W, Дж, производимая одним ножом при перерезании ветки определяется как произведение удельной силы резания Р на площадь срезаемой части A, м²

Необходимую силу найдем из предела прочности на перерезание плодовых пород древесины, которая находится в пределах 15 - 35 МПа [5], соответственно усилие для перерезания ветвей диаметром 50 мм должно составлять:

где N - предел прочности на перерезание, МПа;

A - площадь сечения ветки,

где d - диаметр ветки.

Выразим необходимую массу диска через уравнения (2) и (3):

Таким образом, масса диска в 9 кг соответствует необходимому условию (5) и обеспечивает непрерывную стабильную работу измельчителя при измельчении веток диаметром 50 мм.

Диаметр диска превышает диаметр измельчаемого материала в 6 раз.

Конструкция измельчителя, где рабочий орган выполняет роль маховика, позволяет оптимизировать эффективность и энергопотребление устройства при измельчении веток, виноградных лоз и др. растительных материалов, делая его надежным и экономически выгодным.

Конструкция рабочего органа, выполненного из массивного диска, обеспечивает высокий крутящий момент для накопления энергии вращения, что препятствует остановке рабочего органа при измельчении более грубых растительных материалов и позволяет качественно измельчать ветки диаметром до 50 мм.

Простота конструкции рабочего органа, корпуса и привода обеспечивает повышенную работоспособность измельчителя.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию «существенные отличия» и обеспечивает достижение положительного эффекта, обозначенного целью полезной модели.

Claims (1)

1. Измельчитель растительных материалов, содержащий жесткий корпус с загрузочной горловиной и выгрузным отверстием, смонтированные на корпусе подшипники, в которых установлен горизонтальный вал, с закрепленным рабочим органом, выполненным в виде металлического массивного диска, имеющим прямоугольные пазы, в которых установлены режущие ножи, привод рабочего диска от электродвигателя посредством шкивов и ременной передачи, при этом корпус измельчителя и электродвигатель смонтированы на платформе, имеющей опорные колеса, отличающийся тем, что диаметр рабочего диска превышает максимальный диаметр измельчаемого материала не менее чем в 6 раз и составляет 300 мм, а масса рабочего диска превышает не менее чем в 14,5 раза соотношение квадрата максимального диаметра растительного материала к квадрату диаметра диска и составляет 9 кг.