Совершенствование конструкции устройства для шелушения зерна

АННОТАЦИЯ

В статье приведена усовершенствованная конструкция устройства для шелушения зерен пшеницы при подготовке сортового помола в мельнице. Способ и принцип работы устройства направлены на снижение разрушения зерна и повышение производительности. Увеличение производительности устройства обусловлено увеличением скорости шелушения зерен пшеницы.

ABSTRACT

The article presents an improved design of a device for peeling wheat grains during the preparation of high-quality grinding in the flour production. The method and principle of operation of the device are aimed at reducing grain destruction and increasing productivity. The increase in productivity of the device is due to an increase in the rate of peeling of wheat grains.

Ключевые слова: зерна, шелушение, пшеница, устройства, производительность, конструкция, разрушения.

Keywords: grain, peeling, wheat, device, performance, design, destruction.

Зерна пшеницы, очищенные от посторонних примесей, еще не подготовлены к помолу, так как на поверхности отдельных зерен находится значительное количество минеральной пыли и микроорганизмов. При переработке такого зерна качество муки ухудшается, а в некоторых случаях мука может оказаться непригодной к употреблению. Повышенное содержание микроорганизмов в муке при ее длительном хранении вызывает плесневение и даже самосогревание. Наличие в муке частиц оболочек, зародыша и бородки также отрицательно влияет на ее качество.

Оболочки ухудшают цвет муки и понижают питательную ценность, так как они не усваиваются человеческим организмом. Зародыш является основной причиной прогорклости муки при хранении в неблагоприятных условиях, так как его жиры под влиянием тепла и влаги легко разлагаются. Бородка зерна должна быть удалена потому, что в ней скапливаются пыль и микроорганизмы.

Целью совершенствования устройства для шелушения зерна является увеличение производительности процесса шелушения и повышения качественных показателей шелушения [4, с. 2; 3, с. 3–4].

Плодовые оболочки зерна пшеницы составляют 4–6 % от массы зерна, семенные – 2–2,5 %, при этом алейроновый слой составляет 7 %, а субалейроновый – 8–11 %. Эндосперм содержит весь крахмал зерна, количество которого составляет 78–82 % от массы эндосперма; 2 % сахарозы; 0,1–0,3 % редуцирующих сахаров; 13–15 % белков, преимущественно глиадина и глютена, образующих клейковину. В малом количестве содержится в эндосперме золы – 0,3–0,5 %, жира – 0,5–0,8 %; пентозанов – 1–1,5 %; клетчатки – 0,07–0,12 % [2, с. 1; 1, с. 2–3].

Предлагаемое устройство для шелушения зерна состоит из рамы с боковинами, на которых закреплен большой перфорированный цилиндрический корпус с размещенным внутри большим рабочим барабаном с набором пил, дисков с пазами и металлощеточных дисков на полый вал с пазами (шлицами). Над малым перфорированным корпусом установлен полый вал с наружными шлицами, на который установлен набор пил, дисков с пазами и металлощеточных дисков, причем они выполнены в виде дисков с круглыми отверстиями в центре, которые по контуру имеют прямоугольные выступы под шлицы полого вала.

Большой перфорированный корпус установлен на подшипниках боковин, который вращается навстречу вращению рабочего барабана, что способствует зацеплению с зубчатыми колесами, установленными на осях подшипников, размещенных в боковинах, а вращение рабочего барабана осуществляется теми же двумя зубчатыми звездочками, что и (большой) перфорированный корпус, только контакт осуществляется в нижней части звездочки. Малый перфорированный корпус установлен на верхний вал вращения и вращается с ним в одну сторону. Привод обеспечивает вращение перфорированных цилиндрических корпусов в одну сторону и навстречу рабочему барабану.

Предварительно на верхний вал вращения установлен и закреплен малый перфорированный цилиндрический корпус, на внешней поверхности которого закреплены винтовые зубцы вдоль его оси, которые могут быть с переменным шагом. Малый рабочий барабан состоит из набора пил, дисков с пазами и металлощеточных дисков и установлен на внутренний вал вращения. Малый перфорированный цилиндрический корпус находится над малым рабочим барабаном с набором пил, дисков с пазами и металлощеточных дисков.

Устройство для шелушения содержит загрузочную воронку и верхний и внутренний валы вращений, причем во внутреннем вале со стороны подачи зерна установлена винтовая лопасть, а на выходе шелухи закреплены два винта на внутренней поверхности вдоль оси, электродвигатель передает вращение ременной передачей и шестеренчатой парой на зубцы внутренней поверхности (большого) перфорированного цилиндрического корпуса, на котором расположены винтовые зубцы по его оси, а на его концевых частях закреплены зубчатые колеса с внутренними зацеплениями.

Привод дает возможность вращения навстречу рабочим барабанам в обоих перфорированных цилиндрических корпусах, что позволяет ускорить вращательное движение и перемешивание зерен в зоне внутренней поверхности перфорированного корпуса, а зубцы дополнительно обеспечивают шелушение и ускоряют процесс взаимодействия при движении зерен между собой. За счет вращения перфорированного корпуса на шелуху дополнительно действует центробежная сила, которая ускоряет процесс ее удаления через отверстия.

Перфорированные корпусы вовлекают зерна во вращательное движение, одновременно отталкивая зерна от стенок корпуса посредством удара зубцами о зерна, что обеспечивает свободный доступ шелухи к перфорационным отверстиям. Тем самым в кольцевом слое зерна двигаются относительно друг друга и одновременно сжимаются центробежными силами. В результате трения зерна о зерно происходит их интенсивное шелушение без повреждения эндоспермы.

В предлагаемой конструкции устройства для шелушения зерен выполнены отверстия с пазами по контуру у пил, дисков с пазами и металлощеточных дисков, которые установлены на полый вал с продольными пазами и обеспечивают установку под ним малого перфорированного корпуса с кожухом, во внутрь которого можно установить малый рабочий барабан с набором чередующихся пил, дисков с пазами и металлощеточных дисков на внутренний вал вращения. Вращение малого перфорированного цилиндрического корпуса с зубцами по винтовой линии с переменным шагом на внутренней поверхности навстречу рабочему барабану позволяет осуществить интенсивное перемешивание зерен и взаимодействие между ними по винтовой линии и исключает образование застойной зоны во внешней поверхности перфорированного корпуса, обеспечивает повышение качества обработки.

Благодаря наличию зубцов по винтовой линии, которые могут быть с переменным шагом, на внутренней поверхности (большого) перфорированного цилиндрического корпуса и вращению навстречу рабочему барабану также осуществляется интенсивное перемешивание зерен. А взаимодействие между зернами по винтовой линии исключает образование застойной зоны на внутренней поверхности перфорированного цилиндрического корпуса и увеличивает качество шелушения.

Установка винтовой лопасти на внутренней поверхности вала со стороны подачи зерна позволяет обеспечивать подачу достаточного количества зерна в зону шелушения, а два винта, установленные на выходе шелухи, обеспечивают ей своевременное удаление.

Рисунок. Устройство для шелушения зерна

На рисунке представлен общий вид устройства в продольном разрезе. Предлагаемое устройство состоит из рамы 1, боковины 2, внутреннего вала вращения 3, электродвигателя 4, шкивов 5, 6, 13, 21, 38, ремня 7 и перфорированных цилиндрических корпусов 8 и 12. Корпус 8 размещен в кожухе 9 на подшипниках 10 на боковинах 2. Боковины 2 установлены на верхний вал вращения 28 на подшипниках 34, 37. На внутренней поверхности перфорированного корпуса 8 с двух сторон (торцов) закреплены зубчатые колеса 11 с внутренними зубцами. Внутри корпуса 8 на валу 28 расположен большой рабочий барабан 57, выполненный в виде полого цилиндра с продольными пазами, который установлен на фланцы с торцов и закреплен резьбой дисками 39. На барабан 57 установлен набор чередующихся между собой пил 14 и дисков 15 с пазами, а затем набор металлощеточных дисков 16. Рабочий барабан 57 крепится к фланцам 29, 30 по торцам резьбой. Боковина 2 установлена на подшипниках 34, 37 на вал 28. Боковина 2 установлена на подшипниках 27, 35 и осях 23, 50, соответственно на них зубчатые колеса 20, 26. Оси 23, 50 установлены на боковинах на подшипниках 27, 35. На валу 28 установлены два фланца 29, 30, на которых нарезаны зубцы вблизи боковины 2, которые контактируют с зубчатыми колесами 19, 26. На валу 3 закреплены пилы 14, диски 15 и щеточные диски 16 с торцов резьбой дисками 31. На фланцах 29, 30 с торцов зубцы контактируют соответственно с зубчатыми колесами 19 и 26. На внешней поверхности корпуса 8 установлена винтовая лопасть 56. Между кожухом 9 и перфорированным корпусом 8, в зоне выхода зерен из рабочей зоны, установлены кольца 55, 58 для предотвращения попадания шелухи, различных оболочек в очищенное зерно. Зерно 45 загружается через воронку 44, закрепленную на раме 1 стяжкой 54, и поступает во внутреннюю полость вала 3, откуда винтовыми лопастями 60 подает зерно 45 через два крестообразных отверстия во внутреннюю полость перфорированного корпуса 8, в зону большого и малого рабочих барабанов. Верхний вал 28 состоит из двух частей, и посередине на него установлены перфорированный корпус 12 и фланцы 29, 30.

При вращении валов 3 и 28 за счет центробежных сил зерна 45 перемещаются во внутреннюю поверхность перфорированного корпуса 8 и 12, а также на зубцы пил 14, 36, диски с пазами 15, 42 и металлощеточные диски 16, 46, откуда поступают на шелушение в пространство между перфорированными корпусами 8 и 12 и большими и малыми рабочими барабанами. Вращение перфорированного корпуса 8 осуществляется от электродвигателя 4 через шкивы 6, 21 и вала 28 и внутренним зубчатым зацеплением колес 22 с колесами 20, 19, 26 и внутренним зацеплением колес 11. А вращение перфорированного корпуса 12 осуществляется ремнем 7, шкивами 6 и 21 и валом 28, на котором он закреплен.

На внутреннюю поверхность перфорированного цилиндрического корпуса 8 установлены винтовые зубцы 18. А на внешней поверхности перфорированного цилиндрического корпуса 12 установлены и закреплены винтовые зубцы 18. На кожухе 9 имеются отверстия 51 и 52 для удаления шелухи и очищенного зерна. На перфорированном цилиндрическом корпусе 8 имеются отверстия для удаления шелухи 61. Также имеются отверстия на перфорированном цилиндрическом корпусе 12 для удаления шелухи. Отверстия имеются на валу 3 в зоне рабочего барабана также для удаления шелухи через его внутреннюю полость.

В зоне крепления перфорированного цилиндрического корпуса 12 на валах 3 и 28 имеются крестообразные отверстия для удаления шелухи из зоны шелушения малого рабочего барабана. Кожух 9 установлен на раме 1. В пространство между кожухом 9 и перфорированным цилиндрическим корпусом 8 установлены прокладки 55 и 58 для того, чтобы шелуха 61 не попала туда, где находится зерно 45. Для защиты привода на боковину 2 со стороны электродвигателя 4 установлен кожух 59.

Устройство для шелушения зерна работает следующим образом.

При включении электродвигателя 4 вращение передается через шкив 6, ремень 7 к шкиву 21, установленному на валу 28. От вала 28 передается через зубчатые колеса 17, 38, шкивы 13 и 37, колеса 19, 26, 11 к перфорированному цилиндрическому корпусу 8. Также от вала 28 передается вращение через зубчатые колеса 22, 20, 19, 26 к зубцам фланцев 29, 30 и к большому рабочему барабану. Перфорированный корпус 12 с кожухом 32 боковинами 25, 33 по торцам закреплен на вал 28.

Вращение перфорированных корпусов 8, 12 осуществляется вращением навстречу большого и малого рабочих барабанов. Из воронки 44 через полость вала 3 зерно 45 поступает во внутренний перфорированный корпус 8 через два крестообразных отверстия, где за счет вращения перфорированных корпусов 8, 12 и подпора зерна под действием центробежных сил распределяются по внутренней поверхности и попадают под пилы 14, 36, диска 15, 42, затем под щеточные диски 16, 46 и затем высыпаются в зону сброса. Для удаления шелушенного зерна в перфорированном корпусе имеется отверстие 52. Шелуха 61, отделенная от зерна, удаляется через отверстия 51. Зерно 45 через полость вала 3 поступает во внутреннюю полость перфорированного корпуса 8 и малого перфорированного корпуса 12, где за счет вращения большого и малого барабана и перфорированного корпуса 12 под действием центробежных сил распределяется под внутренние пилы 14, 36, пазы дисков 15, 42, затем щетины дисков 16, 46, далее высыпается в зону сброса, где для удаления шелушенного зерна во фланце 30 имеются отверстия, далее имеется на кожухе 9 отверстие 52. Шелуха 61 через отверстия попадает во внутреннюю полость перфорированного корпуса 12, затем винтовые лопасти 43 при вращении вытягивают шелуху в зону удаления. Далее при вращении вала 3 с винтами 53 шелуха 61 попадает через крестообразные отверстия в его внутреннюю полость и удаляется наружу. Также шелуху 61 из полости между кожухом 9 и перфорированным корпусом 8 помогает удалить винтовая лопасть 56 при вращении корпуса 8.

При вращении большого и малого рабочих барабанов и перфорированных корпусов 8, 12 навстречу друг другу зерна вовлекаются активной поверхностью рабочих барабанов и винтовых зубцов 18 и обеспечивается равномерное перемешивание зерен.

Благодаря наличию винтовых зубцов 18 и устройству, установленному под углом к горизонтали, зерно 45 приобретает вращательную и продольную скорость движения за счет винтовых зубцов относительно их осей от перфорированных слоев в сторону кольцевого слоя зерен. За счет вращения перфорированных корпусов 8, 12 навстречу большому и малому рабочим барабанам скорость движения зерен внутри кольцевой зоны относительно друг друга увеличивается, что позволяет осуществить интенсивное перемещение зерен, вследствие чего повышается интенсивность шелушения зерна внутри кольцевой зоны и одновременно уменьшаются износ и нагревание стенок корпуса.

В результате соударений зерен о зубцы 18 перфорированных корпусов 8, 12, приводящих в движение зерна в направлении зоны перемешивания, за счет трения их между собой происходит отделение оболочки у зерен 45. Отделенная шелуха 61 от зерен 45 при контакте с большим и малым рабочими барабанами за счет центробежных сил перемещается к внутренней поверхности перфорированного корпуса 8, откуда удаляется через отверстия 51. Шелуху 61 вытягивают винтами 53 при вращении вала 3 через полости перфорированного корпуса 12, вала 3, и она удаляется наружу.

За счет работы двух рабочих барабанов с дисками пил, дисками с пазами и щеточными дисками и двух перфорационных корпусов резко увеличивается производительность шелушения. В предлагаемой конструкции обеспечивается одинаковый кольцевой слой зерен и режим шелушения улучшается, повышается качество. За счет вращения перфорированных корпусов 8, 12 с винтовыми лопастями и зубцами на внутренней и внешней поверхности и возможности регулирования угла наклона устройства снижается бой зерен, повышается скорость процесса шелушения, удаления шелухи и увеличивается производительность.

Технико-экономическая эффективность от использования рассмотренного устройства заключается в повышении производительности и качества шелушения зерна, в уменьшении устройства для шелушения зерна, в возможности шелушения различного вида зерна, в расширении функциональных возможностей устройства для шелушения зерна.

Список литературы:
1. Брасалин С.Н. Оценка технологической эффективности шелушения зерна в крупяном производстве // Хлебопродукты. – М., 2014. – № 9. – С. 60–62.
2. Глубокая переработка зерна пшеницы / В.Н. Невзоров, И.В. Мацкевич, Е.Н. Олейникова [и др.] // Проблемы современной аграрной науки: мат-лы междунар. заоч. науч. конф. – Красноярск, 2017. – С. 40–43.
3. Устройство для шелушения зерна. Патент UZ FAP 00724. 2012. Бюл. № 5 / Балтабаев У.Н., Турсунходжаев П.М., Хусанов И.Н., Цой Г.Н.
4. Устройство для шелушения зерна. Патент UZ IAP 04179. 2010. Бюл. № 6 / Норматов А.Н., Турсунходжаев П.М., Муталов А.М., Гафурова Д.А.