Вопрос 3. Конструкции и работа основных типов измельчающих машин

Все измельчающие машины делятся на дробилки и мельницы. Дробилки применяют для крупного и среднего дробления, мельни­цы — для среднего, мелкого, тонкого и коллоидного измельчения.

Основные измельчающие машины подразделяются на следую­щие типы: щековые дробилки, гирационные, молотковые и дро­билки ударного действия; протирочные машины; валковые мель­ницы и бегуны, шаровые и стержневые мельницы, кольцевые, вибрационные, коллоидные мельницы.

Резательные машины бывают пластинчатыми, дисковыми, ро­торными, струнными и др.

Ко всем измельчающим машинам предъявляют общие требова­ния: равномерность кусков измельченного материала; удаление измельченных кусков из рабочего пространства; сведение к мини­муму пылеобразования; непрерывная и автоматическая разгрузка; возможность регулирования степени измельчения и легкой смены быстро изнашивающихся частей; небольшой расход энергии на единицу продукции.

Щековые дробилки измельчают материал путем раздавливания и раскалывания в конической камере, образованной неподвижной и подвижной плитами, которые периодически сближаются. Раздавленный материал выпадает из дробилки во время обратного хода подвижной плиты.

Конструкция дробилки показана на рис. 25.4. Щеки дробилки снабжены съемными ребристыми плитами из износостойкой ста­ли. Подвижная щека установлена на неподвижной оси и приво­дится в колебательное движение от эксцентрикового вала при по­мощи шатуна, шарнирно связанного рычагами 12 с этой щекой и регулировочными клиньями 8 и 11. Перемещением клиньев при помощи болтов регулируют ширину выпускной щели и, следова­тельно, степень измельчения материала. С помощью тяги 13 и пружины 9 обеспечивается обратное движение щеки. Коленчатый рычаг, образуемый шатуном и распорными плитами, является ос­новой конструкции дробилки и позволяет создавать очень боль­шие давления.

Рис.4. Щековая дробилка:

(12)

(13)

Расход энергии принимают равным 400…1500 Вт на 1 т/ч производительности дробилки.

Гирационные (конусные) дробилки применяют для крупного, среднего и мелкого измельчения. Измельчение происходит путем непрерывного раздавливания и излома кусков материала между конической дробящей головкой и корпусом, который имеет фор­му усеченного конуса (рис.5). Дробящая головка установлена в корпусе дробилки с эксцентриситетом, в результате чего она со­вершает эксцентричное вращательное движение. Когда дробящая головка приближается к одной стороне корпуса, измельченный материал выпадает с противоположной стороны через расширяю­щуюся в это время кольцевую щель между корпусом и головкой.

Молотковые дробилки применяют, например, для измельчения костей при производстве кормов. Молотковая мельница представ­ляет собой машину ударного действия, снабженную быстровращающимся диском с шарнирно прикрепленными к нему молотками (рис. 6). Материал поступает в дробилку через бункер и измель­чается дробящими молотками, а также за счет ударов о броневые плиты. Измельченный материал удаляется через колосниковую решетку. Размеры отверстий колосниковой решетки определяют размеры измельченного материала.

В дезинтеграторах и дисмембраторах на дисках по концентри­ческим окружностям расположены пальцы-била. Каждый ряд пальцев одного диска расположен с небольшим зазором между двумя рядами пальцев другого диска (рис.7).

Материал поступает в машину через загрузочный бункер и из­мельчается под действием ударов вращающихся пальцев. Измель­ченный материал высыпается через разгрузочную воронку, распо­ложенную в нижней части машины. Частота вращения дисков 200... 1200 мин^-1. Производительность таких машин колеблется от 0,5 до 20 т/ч.

Дисмембраторы в отличие от дезинтеграторов укомплектованы одним вращающимся диском. Роль второго диска выполняет крышка мельницы, на внутренней поверхности которой по концентрическим окружностям расположены ряды неподвижных пальцев.

Рис.7. Схема дезинтегратора:

1, 6— валы; 2, 3 — диски; 4— пальцы-била; 5 — загрузочная воронка; 7—разгрузочная воронка

Рис.8. Измельчающая машина для фруктов и ягод:

1—воронка; 2— патрубок для мезги; 3 — корпус; 4— ротор; 5 —двигатель; 6— патрубок для выхода сока; 7—вал; 8— измельчающий диск; 9— корзина

Дисковые мельницы применяют для мелкого и тонкого дробления зерна, солода, жмыха, сухарей и др. Рабочими органами дисковых мель­ниц служат два вертикальных рифле­ных диска, один из которых неподвижный, а другой вращается на горизонтальном валу. Измельчае­мый материал подается непрерывно в зазор между дисками, где и измельчается. Степень измельчения регулируется величиной зазо­ра между дисками. Окружная скорость дисков при помоле зерна составляет 7...8 м/с.

Молотки, плиты, диски и решетку изготовляют из износоус­тойчивой марганцовистой или углеродистой стали, на которую наплавляют твердый сплав.

Для измельчения фруктов и ягод и последующего отделения сока от полученной массы применяют дисковые измельчающие машины, скомбинированные с центрифугой. Конструкция одной из них представлена на рис.8.

Внутри корпуса на валу установлена дисковая терка, которая приводится во вращение коническим ротором. Сырье загружается через загрузочную воронку в корзину, сетчатые стенки которой выполняют роль фильтрующей поверхности. Измельченная масса под действием центробежной силы разделяется на сок и мезгу. Сок фильтруется через сетчатые стенки вращающейся корзины и попадает в кольцевое пространство, из которого через выпускной патрубок сливается из измельчителя.

Мезга поступает в пространство под крышкой и оттуда выгру­жается через патрубок.

Протирочные машины, предназначенные для разделения проти­раемой массы на полуфабрикат и отходы, применяют, например, в производстве томатного сока и пасты, протирания овощей и фруктов.

Протирочные машины должны обеспечивать высокую произ­водительность, минимальное количество отходов, низкий расход энергии, однородный и тонкий дисперсный состав протертого по­луфабриката, максимальную степень протирания.

К недостаткам таких машин относятся невысокая эксплуатаци­онная надежность, неравномерный износ и быстрый выход из строя сеток; низкая удельная протирочная способность. Перспек­тивными конструкциями протирочных машин являются машины с вращающимся ситчатым барабаном и неподвижными бичами.

Протирочная машина с вращающимися бичами показана на рис.09.

Отделение сока от мезги происходит за счет протирания массы через протирочные сита.

Протирочная машина состоит из одной или нескольких проти­рочных камер. Камера представляет собой цилиндрический кор­пус, внутри которого расположена перфорированная металличес­кая решетка, установленная таким образом, что между ней и кор­пусом образуется кольцевой канал. По оси корпуса расположен ротор с насаженными на него протирающими бичами. Между ло­патками и решеткой имеется зазор, в котором и происходит из­мельчение материала за счет удара и истирания, а протирание происходит за счет давления, создаваемого лопатками ротора.

В машинах с двумя протирочными камерами достигается более высокая степень измельчения сырья благодаря установке во вто­рой камере решетки с меньшими проходными размерами.

Протирочные машины классифицируют по числу барабанов, по принципу действия — бичевые и безбичевые, по форме бараба­нов — цилиндрические или конические, по назначению, по спо­собу регулирования производительности.

Рис. 10. Схемы протирочных машин:

Регулирование может осуществляться изменением частоты вра­щения ротора, зазора между бичами и барабаном и угла опереже­ния бичей.

На рис. 10 показаны две схемы протирочных машин.

Сырье поступает в загрузочную воронку, попадает на ситовый барабан и протирается вращающимися бичами через отверстия в барабане. Протертый продукт поступает в конический бункер и выводится из машины. Непротертое сырье выводится через ци­линдрический патрубок.

Валковые мельницы, предназначенные для среднего, мелкого и тонкого измельчения, применяют в пищевой промышленности для дробления и помола зерна, солода, плодов, жмыха и т. д. Рабо­чими органами валковой мельницы служат горизонтальные валки. Дробилка может быть снабжена одним валком, вращающимся вокруг горизонтальной оси параллельно неподвижной рабочей щеке, либо двумя. В первом случае материал раздавливается между неподвижной щекой и вращающимся валком. Парные валки вращаются навстречу один другому, и раздавливание происходит между валками. Поверхность валков может быть гладкой, рифленой и зубчатой.

На рис. 11 представлена схема валковой мельницы. Под­шипники валка 5 неподвижны, а валка 3— подвижны и удержива­ются при помощи пружины 2, что позволяет валку 3 смещаться при попадании в мельницу твердых инородных тел. Размер кусков продукта определяется шириной щели между валками. Мельницу загружают непосредственно из бункера.

Рис.11. Валковая мельница:

Куски материала захватываются вращающимися валками и раз­давливаются. Для того чтобы кусок был захвачен валками и раздавливался, необходимо выполнение следующего условия:

(14)

или

(15)

Из выражения (15) следует, что для захвата кусков материала гладкими валками необходимо, чтобы угол захвата был меньше угла трения материала φ (α < φ).

Учитывая, что угол β = 2α, дроблению материала удовлетворяет условие β = 2φ.

В валковых дробилках угол захвата обычно составляет 18º.

Наибольший размер измельченных кусков в 20...25 раз меньше диаметра валков.

Предельная частота вращения валков (мин^-1), исходя из усло­вия исключения проскальзывания кусков материала по поверхно­сти валков,

(16)

Бегуны (рис.12) состоят, как правило, из двух жерновов (катков) и чаши, в которую загружается зерно. Жернова закрепле­ны на вертикальном валу и вращаются вместе с ним. Кроме того, жернова одновременно вращаются вокруг горизонтальных осей за счет трения между их поверхностью и материалом, находящимся в чаше. Зерно измельчается раздавливанием и истиранием при на­бегании на него жерновов.

Рис.12. Бегуны:

Бегуны бывают с неподвижной чашей и вращающимися от привода катками; с вращающейся от привода чашей и свободно вращающимися катками.

Бегуны с вращающейся чашей более быстроходны (20...50 мин^-1).

Измельченный материал выгружается автоматически под дей­ствием центробежной силы.

Шаровые и стержневые мельницы, в которых продукт обрабаты­вается шарами или стержнями, находящимися вместе с ним в по­лом вращающемся барабане, покрытом изнутри бронированными плитами, применяют для тонкого измельчения.

Шаровая мельница (рис.13) загружается шарами и материа­лом одновременно. Шары изготовляют из стали, диабаза, фарфора и других твердых материалов. Размер шаров зависит от размеров измельчаемого материала. Диаметр стальных шаров 35...175 мм. Корпус мельницы заполняют шарами на 30...35 % его объема.

Наряду с шарами используют также цилиндрические стержни, оси которых располагают параллельно оси корпуса мельницы. В шаровых мельницах материал измельчается под действием ударов падающих шаров или стержней и путем истирания его между ша­рами или стержнями и внутренней поверхностью корпуса мельни­цы.

Рис.13. Шаровая мельница:

При вращении шаровой мельницы вследствие трения между стенкой мельницы и шарами последние поднимаются в направле­нии вращения до того момента, пока угол подъема не превысит угла их естественного откоса, после чего скатываются вниз.

С увеличением скорости вращения мельницы возрастает цент­робежная сила и соответственно увеличивается угол подъема ша­ров до тех пор, пока составляющая силы веса шаров не превысит центробежную силу. При нарушении этого условия шары падают, описывая при падении некоторую параболическую кривую. При дальнейшем возрастании скорости вращения мельницы центро­бежная сила может настолько увеличиться, что шары будут вра­щаться вместе с мельницей.

Предельная частота вращения мельницы, при которой шары не будут падать,

(19)

(20)

Кольцевые мельницы измельчают материал путем раздавлива­ния и истирания роликами или шарами, катящимися по внутрен­ней поверхности кольца. Ролики или шары прижимаются к по­верхности кольца центробежной силой или пружинами. В зависи­мости от этого различают центробежные и пружинные мельницы.

Вибрационные мельницы, предназначенные для тонкого измель­чения материала, представляют собой барабан, заполненный при­мерно на 70 % измельчающими телами, например шарами. Внутри барабана установлен вибратор, который сообщает вибрацию ша­рам и измельчаемому материалу. Интенсивность работы такой мельницы зависит от частоты и амплитуды колебаний. Как прави­ло, частота колебаний составляет 1500...2500 мин^-1 при амплитуде 2...4 мм.

Коллоидные мельницы используют для очень тонкого измельче­ния суспензий, которое проводят мокрым способом. Основные части коллоидной мельницы: корпус с коническим гнездом и ро­тор. Между конической поверхностью корпуса и поверхностью ротора имеется зазор, равный долям миллиметра. Ротор вращается с окружной скоростью 30... 120 м/с. В зазоре между корпусом и ро­тором твердые частицы суспензии измельчаются истиранием.

Рамная центробежная свеклорезка (рис.14) служит для изрезывания свеклы в стружку для извлечения из нее сахарозы.

Принцип действия свеклорезки заключается в следующем. Свекла загружается в свеклорезку через загрузочный бункер, увле­кается вращающейся улиткой и под действием центробежной силы прижимается к режущей кромке ножей, которыми изрезыва­ется в стружку. Свекловичная стружка через проемы ножевых рам выпадает в пространство между корпусом свеклорезки и кожухом и затем через люк поступает на дальнейшую переработку.

Для замены ножей ножевую раму поднимают и заменяют глу­хой рамой без ножей. Ножи очищают продувкой паром или сжа­тым воздухом.

Вертикальные овощерезки ис­пользуют для разрезания овощей на ломтики, кубики, соломку и т. д. Овощерезка состоит из загру­зочной воронки, измельчающей камеры и привода. Режущим инст­рументом служит горизонтальный диск, насаженный на вертикальный вал, который приводится во вращение электродвигателем. Машину изготовляют из высококачественного цветного металла, покрытого слоем полиамида.

Размеры и форма нарезанных овощей зависят от конфигурации ножей.

На рис.15 показаны некоторые конструкции режущих дис­ков.

Рис. 14. Рамная центробежная свеклорез­ка:

1 — загрузочный бункер; 2 — трехлопастная улит­ка; 3 — люк; 4—днище; 5— корпус; 6— ножевая рама

Измельчитель мяса — куттер (рис.16) работает следующим об­разом. Мясо из корыта автоматически загружается во вращающую­ся чашу, изготовленную из нержавеющей стали, и режется инстру­ментом, выполненным в виде фрезы и установленным в чаше.

Скорость резания 130 м/с. Процесс проводят под вакуумом. Материал корпуса и крышки куттера делает процесс резания практически бесшумным. Фарш выгружается периодически при помощи автоматической наклонной заслонки, которая вытесняет его из чаши в приемное корыто. Уплотнение крышки и корпуса достигается с помощью специальных полимерных прокладок. Для смены режущего инструмента требуется не более 3 мин.

Рис.15. Режущие диски овощерезки:

Рис.16. Измельчитель (куттер) мяса: