Способ получения лубяного волокна и устройство для его осуществления

Классификация по МПК: D01B

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2506353
Дата публикации: 
Понедельник, Февраль 10, 2014
Начало действия патента: 
Пятница, Декабрь 21, 2012

Изобретение относится к области первичной обработки лубяных растений, а именно к способам получения лубяного волокна и устройствам для их осуществления. Способ получения лубяного волокна включает подачу материала в зону обработки, разрушение конструкции стеблей и отделение костры от волокна за счет интенсивного скользящего изгиба-излома, последующее разделение лубяных волокон и костры. Подача материала в зону обработки осуществляется под действием воздушного потока с созданием вибрации материала в нем и уменьшением сил взаимодействия стеблей, их участков, волокнистых прядей. Разделение лубяных волокон и костры осуществляется в два этапа, на первом из которых осуществляется обогащение костроволокнистой массы за счет удаления костры, основанное на различиях аэродинамических свойств лубяных волокон и костры при взаимодействии со струей воздуха. Устройство состоит из последовательно установленных по ходу перемещения материала дезинтегратора двух узлов очистки. В центре ротора дезинтегратора установлен рассекатель в виде конуса. Первый узел очистки выполнен в виде горизонтального пластинчатого разгрузителя. Обеспечивается повышение качества волокна за счет уменьшения количества механических воздействий при его выделении из лубяного сырья, снижения энерго- и материалоемкости устройства для получения лубяного волокна. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области первичной обработки лубяных растений, а именно к способам получения лубяного волокна и устройствам для их осуществления, и может быть использовано для получения волокна из целых стеблей соломы или тресты, промятых или плющеных стеблей соломы или тресты, отходов трепания соломы или тресты, преимущественно льняных.

Одним из направлений повышения конкурентоспособности отечественного льняного волокна в настоящее время является снижение себестоимости его получения за счет упрощения технологии. К числу упрощенных технологий следует отнести технологии получения волокна из стеблей льняной соломы или тресты в виде однотипной волокнистой массы без разделения его на длинные и короткие фракции. Снижение себестоимости получаемого волокнистого продукта обусловлено исключением операций подсушки сырья перед механической переработкой, а также уменьшением энерго- и материалоемкости технологического оборудования за счет исключения некоторых операций технологического процесса и реализующих их узлов, уменьшения количества воздействий на материал (интенсивности обработки), а также применения более эффективных видов воздействий.

Не менее актуальной проблемой является разработка малогабаритных устройств для переработки лубяного сырья в условиях фермерских хозяйств и на предприятиях малой производственной мощности, устройств, позволяющих организовать «гибкий» технологический процесс переработки льна при изменении качества сырья или потребностей рынка.

Известен способ удаления у льна костры, включающий подачу массы льна и перемещение его захватывающими органами барабанной льномялки [1]. Лен подают в виде ориентированной массы на имеющиеся мяльные кромки, а после перемещения через зазоры имеющейся гребенки, подают через окружной зазор в тангенциальном направлении барабанной льномялки, а затем уже с частично удаленной кострой пропускают в осевом направлении через льномялку с устройством для тонкой очистки волокон с удлиненным ротором, на различных участках которого подвергают дальнейшей транспортировке и разрыхляющей обработке для отделения костры и очистки.

Известен способ получения лубяного волокна, включающий в себя подготовку стеблей, мятье на основе изгиба-излома с частичным по длине стеблей скользящим изгибом и трепание [2]. Отличительной особенностью этого способа является ориентирование стеблей вдоль направления перемещения слоя, обработка мятьем и трепанием с вершинных участков стеблей, постепенное увеличение на каждом из этапов процесса мятья величины скользящего изгиба, а также применение очистки костроволокнистой смеси после трепания путем циклического изменения ее объемной плотности и взаимного смещения волокон относительно друг друга. Указанный способ по своей сути наиболее близок к заявленному, поэтому принят в качестве прототипа.

К числу недостатков этого способа следует отнести наличие операции переориентирования участков стеблей после размотки рулона с помощью двух транспортеров. Известно, что лента стеблей, образующаяся при разматывании рулона, отличается неравномерной плотностью, существенной дезориентацией и спутанностью стеблей [3]. Поэтому в процессе переориентирования слоя высока вероятность дополнительного спутывания стеблей, образования неравномерных участков слоя, что в целом может вызвать нарушение протекания технологического процесса. По указанному способу стебли проминаются только при условии возникновения величины скользящего изгиба. В случае если такие условия не будут обеспечены, в дальнейшую обработку поступят целые неразрушенные стебли, что может ухудшить качественные характеристики получаемого лубяного волокна.

Технической задачей изобретения является разработка способа получения лубяного волокна, обеспечивающего снижение себестоимости готового волокнистого продукта и повышение его качества.

Техническим результатом изобретения является уменьшение затрат на получение лубяного волокна путем исключения операции промина из технологического процесса, снижения энерго- и материалоемкости устройства для получения лубяного волокна за счет исключения мяльной части, а также повышение качества волокна за счет уменьшения количества механических воздействий при его выделении из лубяного сырья.

На фиг.1 изображена схема реализации заявленного способа.

Материал (целые стебли соломы или тресты, промятые или плющеные стебли соломы или тресты, отходы трепания соломы или тресты) под действием воздушного потока, возникающего вследствие вращения ротора дезинтегратора 2 (дезинтегратор - устройство для получения короткого льняного волокна [4]), через входной патрубок попадают в зону обработки. Во избежание скручивания материала предусмотрено возникновение вибрации в нем и уменьшение сил взаимодействия стеблей, их участков, волокнистых прядей в результате удара о рассекатель, установленный в центре ротора. За счет интенсивного скользящего изгиба при взаимодействии фрагментов материала и рабочих кромок гарнитуры, расположенной внутри корпуса дезинтегратора, ударных воздействий и сил инерции происходит разрушение трубчатой структуры стеблей, разрушение древесины стебля, нарушение связей волокна и древесины, частичное отделение костры от волокна - образование костроволокнистой смеси. Под действием аэродинамических сил, возникающих в результате вращения ротора дезинтегратора, костроволокнистая смесь подается на двухступенчатую очистку. На первом этапе (позиция 3 на фигуре) происходит обогащение костроволокнистой смеси за счет удаления костры, свободно содержащейся в массе, основанное на различиях аэродинамических свойств лубяных волокон и костры при взаимодействии со струей воздуха, а также на различии сил инерции различных фракций (волокно, костра) костроволокнистой смеси, возникающих в процессе перемещения материала. На втором этапе (позиция 4 на фигуре) осуществляется разделение волокна и костры за счет сил инерции и сил тяжести, возникающих при механических воздействиях, например, встряхивающих. Это позволяет получить лубяное волокно, существенно очищенное от костры. Реализация заявленного способа позволяет получать распушенное, не зажгученное волокно в массе, которое готово к дальнейшей переработке в готовые изделия различного назначения или может быть подвергнуто прессованию для последующего транспортирования потребителям.

Минимальный набор операций, предусмотренных заявленным способом, позволяет реализовать его в устройствах различных типов. В частности, в условиях льноперерабатывающих предприятий с использованием этого способа могут работать стационарно установленные устройства, обеспеченные системами пневмотранспорта для отведения костры из рабочей зоны. В условиях фермерских хозяйств и различных сельхозпроизводителей льна возможна реализация этого способа с помощью машин, перемещающихся по полю. При этом возможны два варианта использования образующейся костры. Известно, что костра лубяных растений может использоваться в качестве экологически чистого и безопасного удобрения, а также при мульчировании почвы [5]. В этом случае при организации переработки лубяного сырья по заявленному способу непосредственно в поле, можно считать приемлемым разбрасывание костры по полю. По своему химическому составу костра лубяных растений является ценным сырьем для производства различных видов продукции, в том числе топливной. Учитывая тот факт, что доля костры в общей массе перерабатываемого сырья достигает 60-70%, следует считать целесообразным организацию сбора костры, например, в накопитель, установленный на машине, перемещающейся по полю, и дальнейшую ее переработку.

Известна машина для удаления у льна костры, содержащая раму, на которой установлены транспортирующее устройство, приемно-накопительное устройство, устройство для обработки льна и сборник волокна [1]. Устройство для обработки льна имеет по крайней мере две, с возможностью тангенциального выброса льна, роторные мялки, валы которых расположены параллельно в поперечной плоскости. У льномялок имеется невращающийся рабочий орган. Роторный рабочий орган передней льномялки выполнен в виде установленных на валу с зазором по оси вала относительно друг друга пластинчатых элементов, а у задней льномялки роторный рабочий орган и невращающийся рабочий орган расположены с радиальным зазором относительно один другого, при этом за задней льномялкой расположена роторная льномялка для тонкой очистки волокна, ротор которой расположен продольно и имеет несколько аксиальных осевых участков со средствами для транспортирования и разрыхляющими средствами отделения костры и очистки. К числу недостатков машины следует отнести наличие тонкой льномялки, в которой сравнительно тонкие волокна спрессовываются, проминаются и перетираются, поскольку это может привести к образованию пуховых волокон (коротких и тонких), приводящих к увеличению волокнистых потерь при дальнейшей переработке полученного волокнистого материала и ухудшающих его качество в целом. Также усложняет обслуживание машины необходимость подтягивания наружу ситовых сегментов во избежание скопления и недопущение нагрева волокон в полости кожуха между ситовыми сегментами и кожухом барабана.

Известен мобильный декортикатор льна, предназначенный для перемещения по полю, подъема льна, его декортикации (механическое отделение луба от стеблей) с последующим отделением волокна от массы отходов и формированием паковок волокна, пригодных для транспортировки [6]. Устройство представляет собой подвижную раму, на которой смонтировано оборудование, поднимающее стебли льна и направляющее их в дезинтегратор (устройство для раздробления и разрыхления волокнистого материала), после которого материал при помощи струи воздуха по трубопроводу направляется в декортикатор (устройство для механического отделения луба от стеблей). Затем костроволокнистая смесь поступает в пневматический циклон, в котором лубяные волокна отделяются от отходов (костры). Очищенное волокно проходит через верхний выпуск циклона и поступает в упаковывающее устройство, например, кипный пресс. В качестве недостатков мобильного декортикатора можно отметить следующие. Материал при обработке в декортикаторе может повреждаться, поскольку часть костры, образующейся в дезитеграторе, остается в материале в свободном состоянии, мигрирует в нем случайным образом, затрудняя при этом отделение участков древесины, плотно скрепленных с волокном. Другим недостатком является маленькая площадь живого сечения патрубка, выводящего костру из циклона, вследствие чего разделение лубяного волокна и отходов (костры) будет проходить не эффективно, и часть костры будет оставаться в волокне. Кроме этого, при попадании в циклон волокно перемещается по спиралеобразной траектории (такое движение обусловлено конструкцией циклона), под действием воздушных потоков, перемещающихся внутри циклона, оно прижимается к стенкам циклона, вследствие чего возникает трение волокна о стенки и зажгучивание волокна, которое существенно снижает качество готового продукта. Указанное устройство по сути наиболее близко к заявленному, поэтому принято в качестве прототипа.

Технической задачей изобретения является разработка устройства для получения волокна при переработке лубяного сырья различного исходного качества, преимущественно льняного.

Техническим результатом изобретения является снижение метало- и энергоемкости устройства за счет сокращения ряда технологических операций и узлов их реализующих, упрощения конструкции устройства в целом.

Порядок и взаимное расположение элементов заявленного устройства представлен на фиг.1, где 1 - основание устройства, 2 - дезинтегратор, 3 - первый узел очистки, 4 - второй узел очистки. Устройство функционирует следующим образом. Материал (целые стебли соломы или тресты, промятые или плющеные стебли соломы или тресты, отходы трепания соломы или тресты) под действием воздушного потока, возникающего вследствие вращения ротора дезинтегратора 2, через входной патрубок попадают в зону обработки. Во избежание скручивания материала предусмотрено появление вибрации в нем и ослабление сил взаимодействия стеблей, их участков, волокнистых прядей в результате удара о рассекатель, представляющий собой конический элемент, закрепленный в центральной части ротора. Воздушный поток, образованный вращающимся ротором дезинтегратора, перемещает костроволокнистую смесь, полученную при взаимодействии материала с рабочими органами дезинтегратора, в первый узел очистки, который представляет собой горизонтальный пластинчатый разгрузитель 3, например, конструкции И.Н. Левитского [7]. При проходе через такой разгрузитель волокна, содержащиеся в костроволокнистой смеси, не зажгучиваются [7]. В результате удара костроволокнистой смеси о пластины разгрузителя и действия воздушного потока костра, свободно содержащаяся в смеси, под действием сил инерции отводится из разгрузителя, а обогащенное волокно (обогащение происходит в результате удаления костры, свободно содержащейся в костроволокнистой смеси) под действием силы тяжести поступает во второй узел очистки 4, представляющий собой, например, трясильное устройство. В результате взаимодействия обогащенного волокна с рабочими органами трясильного устройства происходит дальнейшее отделение костры от волокна. Костра под действием силы тяжести выпадает в нижнюю трясильного устройства и отводится из зоны обработки. На выходе трясильной части образуется очищенное лубяное волокно в массе, пригодное для дальнейшей переработки в широкий ассортимент продукции. При необходимости транспортирования полученного лубяного волокна возможна установка узла прессования сразу после узла очистки 4, что позволит избежать ручного труда и сохранить полученное качество лубяного волокна за счет исключения операций снятия волокна с узла очистки, транспортирования волокна к месту прессования.

Перерабатываемый материал в заявленном устройстве перемещается в основном с помощью воздушных потоков, отвод костры из зоны обработки (из первого узла очистки и из-под второго узла очистки) может осуществляться также, при этом он может быть организованным или неогранизованным. В первом случае осуществляется выброс костры из воздуховода, установленного за первым узлом очистки 3, и из-под второго узла очистки. Более рациональным следует считать организованный сбор костры, когда костра, отделившаяся от костроволокнистой смеси в первом узле очистки 3, и костра, выпавшая из обогащенного волокна во втором узле очистки 4, по системе воздуховодов поступает в накопитель, установленный на основании 1 устройства в непосредственной близости со вторым узлом очистки 4.

Простота конструкции и компактность устройства позволяют изготовить его в стационарном виде для работы в условиях перерабатывающих предприятий. Тот факт, что элементы устройства смонтированы на одном основании 1, позволяют эксплуатировать заявленное устройство и непосредственно в поле - при закреплении его на машине, перемещающейся по полю.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Пат. № 2104625, Российская Федерация, МПК A01C1/00, D01B 1/18, D01B 1/22, A01D 45/06. Способ удаления у льна костры и машина для осуществления этого способа / Вальтер Шааль, Хорст Вайгельт; заявитель и патентообладатель Клаас Охг. - опубл. 20.02.1998.

2. Пат. № 2384656, Российская Федерация, МПК D01B 1/14. Способ получения лубяного волокна / Пашин Е.Л.; заявитель и патентообладатель Костром. гос. технол. ун-т. - опубл. 20.03.2010.

3. Круглий И.И. Повышение эффективности льняного комплекса АПК: Рекомендации / И.И. Круглий, Е.Л. Пашин. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007.

4. Внуков В.Г. Разработка и исследование технологических параметров дезинтегратора для получения короткого льняного волокна: дисс… канд. техн. наук / Внуков Владимир Геннадьевич. - Кострома: КТИ, 1989.

5. Грищенкова В.А. Утилизация и использование льняной костры и других отходов обработки льна / В.А. Грищенкова, Т.Н. Кудрявцева // Наука, сельское хозяйство и промышленность - пути развития и ожидаемые результаты. Тезисы докладов Международной научно-практической конференции. - Вологда, 2008. - С.173-175.

6. Mobile flax decorticator: Canadian patent 1093412 / Joseph A.M.; Domtar Inc.

7. Левитский И.Н. Создание экологически чистой обстановки на льно- и пенькозаводах / И.Н. Левитский. - Кострома: Обл. типография им. М.Горького, 1993.

Формула изобретения

1. Способ получения лубяного волокна, включающий подачу материала в зону обработки, разрушение конструкции стеблей и отделение костры от волокна за счет интенсивного скользящего изгиба-излома, последующее разделение лубяных волокон и костры, отличающийся тем, что подача материала в зону обработки осуществляется под действием воздушного потока с созданием вибрации материала в нем и уменьшением сил взаимодействия стеблей, их участков, волокнистых прядей, а разделение лубяных волокон и костры осуществляется в два этапа, на первом из которых осуществляется обогащение костроволокнистой массы за счет удаления костры, основанное на различиях аэродинамических свойств лубяных волокон и костры при взаимодействии со струей воздуха.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученное лубяное волокно подвергают прессованию для последующего транспортирования потребителям.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что он осуществляется с помощью машины, перемещающейся по полю, а костру используют в качестве экологически чистого и безопасного биоматериала, рассеиваемого по полю.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что он осуществляется с помощью машины, перемещающейся по полю, а образовавшуюся костру перемещают в накопитель, установленный на машине.

5. Устройство по п.1, состоящее из последовательно установленных по ходу перемещения материала дезинтегратора, двух узлов очистки, отличающееся тем, что в центре ротора дезинтегратора установлен рассекатель в виде конуса, а первый узел очистки выполнен в виде горизонтального пластинчатого разгрузителя.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит устройство прессования волокна.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит накопитель для костры.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что элементы устройства смонтированы на основании, которое закреплено на машине, перемещающейся по полю.