机械分离器.pdf

一种机械分离器，具有：主框架、联结到主框架的盘框架、以及联结到盘框架的振动器，该振动器用来引入相对短周期的往复和/或轨迹运动。所述盘框架包括多个叉齿和一支撑横梁，所述叉齿优选在其近端处刚性联结到盘框架的一端，所述支撑横梁允许所述叉齿在承受动力激励时受束缚地运动。所述支撑横梁优选限定有孔，所述叉齿穿过这些孔，并且叉齿的远端优选自由移动，仅仅受支撑横梁的移动限制。所述盘框架优选地通过伸长构件悬挂于主框架，所述伸长构件还提供倾斜、提升以及振动隔离的特性。

1.  一种机械分离器，包括：
主框架；
联结到所述框架的盘，其中所述盘包括具有端壁的盘框架；
多个叉齿，每个所述叉齿均具有联接到所述端壁的近端以及未联结到任何结构的远端；以及
振动装置，其联结到所述主框架或所述盘中的一个，用于向所述多个叉齿引入动能。

2.  根据权利要求1所述的分离器，其中，所述盘通过多个伸长构件联结到所述主框架。

3.  根据权利要求2所述的分离器，其中，所述伸长构件中的至少一些允许分离器的使用者改变主框架和盘之间的相对距离。

4.  根据权利要求2所述的分离器，其中，所述多个伸长构件中的至少一些大致为刚性，并且在将所述主框架联结到盘时，构建其间大致刚性的连接。

5.  根据权利要求2所述的分离器，其中，所述多个伸长构件中的至少一些大致为弹性，并且在将所述主框架联结到盘时，构建其间大致弹性的连接。

6.  根据权利要求2所述的分离器，其中，所述盘的一部分枢转联结到主框架，所述盘的另一部分通过伸长构件联结到主框架。

7.  根据权利要求1所述的分离器，其中，所述多个叉齿的近端中的至少一些宽松地固定束缚于所述端壁处。

8.  根据权利要求1所述的分离器，还包括：第一和第二侧壁，所述第一和第二侧壁沿着端壁横向移位，并且沿着大致平行于所述多个叉齿的方向延伸。

9.  根据权利要求8所述的分离器，还包括支撑横梁，其将所述第一侧壁联结到第二侧壁，并且在叉齿的近端和远端之间的位置处支撑多个叉齿中的至少一些。

10.  根据权利要求9所述的分离器，其中，所述支撑横梁限定多个孔，相对应的多个叉齿延伸穿过所述孔。

11.  根据权利要求10所述的分离器，其中，所述孔中的至少一些具有圆形截面。

12.  根据权利要求10所述的分离器，其中，所述孔中的至少一些具有非圆形截面。

13.  根据权利要求10所述的分离器，其中，所述孔中的至少一些具有圆形截面，且所述孔中的至少另外一些具有非圆形截面。

14.  根据权利要求10所述的分离器，其中，在由所述振动装置所引入的竖直运动期间，所述孔中的至少一些引导相邻的叉齿相向或相背。

15.  根据权利要求9所述的分离器，其中，所述支撑横梁限定多个槽，在所述多个槽中驻留有相对应的多个叉齿。

16.  根据权利要求8所述的分离器，还包括支撑横梁装置，其用于将所述第一侧壁联结到第二侧壁，且用于在所述叉齿的近端和远端之间支撑多个叉齿中的至少一些。

17.  根据权利要求16所述的分离器，其中，所述支撑横梁装置限制由此支撑的所述多个叉齿中的至少一些的随机运动。

18.  根据权利要求16所述的分离器，其中，所述支撑横梁装置可拆卸地联结到所述第一和第二侧壁，并联结到所述多个叉齿中的至少一些。

19.  根据权利要求9所述的分离器，其中，所述支撑横梁可拆卸地联结到所述第一和第二侧壁，并联结到所述多个叉齿中的至少一些。

20.  根据权利要求9所述的分离器，其中，所述支撑横梁选择性地可沿着所述叉齿的纵向方向就位。

21.  根据权利要求9所述的分离器，其中，所述支撑横梁并不相对于所述多个叉齿中的至少一些正交定位。

机械分离器
发明背景
对包含混杂材料的组分进行机械分离已经成为年代久远的技术。这些分离作用已应用于食品，例如从谷壳分离出小麦；或已应用于矿物，例如从含有金的砂砾中分离出金。此类分离作用也已应用于从动物垫料中分离出动物粪便。尽管在一些地区存在丰富的廉价动物垫料，其中被脏污的垫料会被丢弃，但对于多数地区，通过将粪便分离出来，垫料被重复使用至少一次。
传统的用于实现此类将粪便从垫料中机械分离的方法依赖人力，并结合使用肥料叉或其他叉齿工具，肥料被扔进肥料桶或手推车。标准的马厩用肥料叉具有18个叉齿，叉齿间距约0.75英寸，从而使小于大约0.75英寸的粪便颗粒会与用过的垫料一起下落通过。据估计大约20％的粪便会残留下来。较新的叉子有所改进，其具有30个叉齿，叉齿间距约0.375英寸，但是据某些测量仍有大约15％的粪便留在其中，并且增加了执行所需分离作用的时间和精力。
尽管普遍进行了努力，但手持作业还是单调乏味且耗时。如果进展顺利，清理一个马厩的平均时间为15到20分钟。然而，如果人员被要求长时间清理许多马厩，手动的方法造成身体损伤，并会导致肘部发炎、腕管综合症以及慢性背痛。为了将这些手持作业的有害结果最小化，清洁工常把好的垫料随垃圾一起丢掉，或不能除去所有的垃圾。换句话说，节省时间就要以浪费垫料为代价，或者节省垫料就要以浪费时间为代价。
为解决这些不足，已经开发和使用了助力机械分离器。主要途径是仿效人工将粪便从垫料中机械分离的过程。在这方面，这些努力已经获得广泛成功。然而，在现有技术实现高效能辅助机械分离器的努力中始终存在局限，最明显的是，通过筛表面引入到垫料的动能量，以及此类设备随环境条件变化的适应性，例如相对湿度、温度，以及垫料的水分含量、粪便的水分含量、粪便的粘结、等等。
发明内容
本发明涉及一种机械分离器，其特别用于将动物垫料材料从动物粪便中分离出来。本发明的实施方案包括主框架、联结到该框架的盘、以及振动装置，该振动装置用来为所述盘提供相对短周期的往复和/或轨道运动。所述盘优选倾斜成在水平和竖直之间的一个角度，从而在所述盘振动期间放置在所述盘上的材料将会向一端移动，下文将对此进行详细描述。
本发明不同实施方案的主框架被构造来可枢转地或刚性地保持住所述盘，无论是否与之处于优选的悬垂关系。可以调整该框架以承接位于所述盘下方的容器，以在机械分离器运行期间保留从盘上落下的材料。另外，如果所述盘可枢转地联结到框架，该框架也可提供用于盘枢转间隙。对框架的加强，包括提供帮助该框架移动的轮，以及提供在框架的可邻接盘的部分上的防摩擦表面。
在本发明的悬挂实施方案中，伸长构件将所述盘的至少一部分联结到框架，从而使所述盘从框架竖直移位。在特定的实施方案中，所述盘的一端可枢转地附接到框架，同时相对一端悬挂于框架，而在其他实施方案中，所述盘通过伸长构件完全悬挂于框架。所述伸长构件可具有其上的多个附接点，用来在相对于框架的期望高程处承接所述盘。如果希望在框架和盘之间具有更高度的隔离，则一个或多个伸长构件可由诸如加强橡胶的柔性材料构成。
本发明的不同实施方案的盘包括盘框架，所述盘框架包括端壁和优选的两个从端壁伸出的侧壁。在一系列实施方案中，可选的侧壁附接到端壁，大致沿与之正交的方向延伸，以形成开口端或“U”形周界。所述盘进一步包括多个叉齿，每个叉齿具有与端壁的主轴大致正交的纵轴，尽管这样的布置对于成功实施本发明并非必需。至少一些且优选所有的叉齿在端壁处和/或在可选侧壁处连接到所述盘。所述连结可以是宽松的，也就是说，是受束缚连接而非刚性连接，也可以是刚性的，并且/或者可以是宽松的和刚性的组合，视位置而定。
如上文所提，叉齿与盘框架的关联可以采用许多形式且仍旧落在本发明的范围中。只要求叉齿与盘框架受束缚关联。因此，至少一些叉齿可以直接联结到端壁，或者可以通过横梁联结到侧壁。为优化本发明的运行，期望的是，使每个叉齿的一端或与之接近的部分联结到盘框架，无论是端壁还是侧壁。在优选系列的实施方案中，叉齿的端部刚性联结到盘框架的端壁。
所述叉齿进一步被支撑横梁支撑，该支承横梁置于联结端和相对端之间，并且自身联结到侧壁。该支撑横梁优选的特征在于具有形成于其中的多个孔，这些孔优选地但非必要线性对准。这些孔的直径大于叉齿的外径，因此叉齿自由地在孔内各方向上移动，而非轴向移动。本领域的技术人员将意识到，存在可替代的配置可以实现相同或相似结果，包括：在支撑横梁中形成的槽，其中所述槽的宽度尺寸大于叉齿的外径；成对相向或相背的槽，其使叉齿“留置”放置于其上的材料；以及根据使用情况可采用的许多其他几何形状。此外，支撑横梁不必束缚地保持住叉齿，而是可以竖直支撑并横向约束叉齿，例如在支承横梁形成为“U”或“L”形通道并对应开槽时。
在一系列优选实施方案中，支撑横梁并不位于或邻近叉齿的远端(与附接端或者说近端相对的一端)。由此，叉齿的一部分“自由”或悬垂。当所述盘振荡或另行导致摇荡或振动时，这种配置使叉齿的运动最大化。这种运动的相对自由度加强了该设备的分离作用，并进一步使置于叉齿上的材料的聚集块断裂分离，从而强化该装置的运行。
另外在一系列优选实施方案中，支撑横梁可拆卸地联结到侧壁。由此，支撑横梁可以相对容易地从叉齿脱离，从而便于叉齿清理，因为从连结端到自由端不存在阻隔结构。
本发明的实施方案进一步包括振动装置，其用来向所述盘引入相对短周期的往复和/或轨迹运动。这些装置可以手动操作，如通过使用者的手引入摇晃运动，或可包含附接到盘框架或主框架的电动振动器。
附图说明
图1是示出可变高程/倾斜度的机械分离器的本发明实施方案的立体图；
图2是图1所示实施方案的局部分解立体图；
图3是在从垫料材料机械分离肥料期间图1所示实施方案的局部截面的侧视图；
图4是为允许从侧壁拆卸横梁的侧壁与支撑横梁的界面的详细局部分解立体图；
图5A是在支撑横梁内且具有圆形孔的叉齿的竖直运动范围的详细截面正视图；
图5B是在图5A的支撑横梁内的叉齿的水平运动范围的大致沿线5B-5B截取的详细截面俯视图；
图6A是具有圆形孔的支撑横梁的局部正视图；
图6B是具有椭圆形孔的支撑横梁的局部正视图，其中所述椭圆形孔的椭圆主轴正交于叉齿轴线；
图6C是具有椭圆形孔的支撑横梁的局部正视图，其中所述椭圆形孔的椭圆主轴平行于叉齿轴线；
图6D是具有椭圆形孔的支撑横梁的局部正视图，其中所述椭圆形孔的椭圆主轴倾斜于叉齿轴线且与之成锐角；
图6E是具有大致三角形的孔的支撑横梁的局部正视图，其中三角形顶点向“上”指向；
图6F是具有大致三角形的孔的支撑横梁的局部正视图，其中三角形顶点向“下”指向；
图7A是用于大致保持多个叉齿的第一替换性支撑横梁的局部立体图；以及
图7B是用于大致保持多个叉齿的第二替换性支撑横梁的局部立体图。
具体实施方式
以下所呈现的论述意在使本领域的技术人员能够实施和使用本发明。针对优选实施方案的各种修改易于使本领域的普通技术人员明了，并且在不偏离附属权利要求书所限定的本发明精神和范围的情况下，在此的普遍原理可以应用于其他实施方案及用途。因此，本发明并不意在局限于所示的实施方案，而是旨在遵循与在此公开的原理和特征相一致的最宽范围。
然后转向多幅附图，其中相同的附图标记指代相同的部件，特别参照图1和图2，示出本发明的机械分离器实施方案。分离器10包括框架20、分离盘50以及振动器80。除非另外注明或者对于本领域技术人员是为显然，所有所描述的部件均由低碳钢构成，选择原因在于其耐用且易于生产。结构部件优选进行焊接，尽管其他替代性紧固装置也将允许技术人员再现所示实施方案。
尽管可以使用各种不同形式，框架20被示为具有纵轨22a和22b，以及大致竖直的支柱30a-d，纵轨22a和22b在水平面内与水平横梁24a和24b附接。当支柱30c和30d大致竖直时，支柱30a和30b远离分离盘而偏离竖直。这种几何结构在分离器10运行期间有利地提供针对分离盘50的合适间隔，并且进一步将质量中心朝向轮28a和28b略微移回，从而在将分离器定位于运输位置时减轻使用者的负担。另外，框架20尺寸设定为使其配合于最普遍的通道中，并且在所示实施方案中宽度选为28英寸。
如上所述，分离器10旨在便于运输，例如从一个马厩运输到另一马厩。与轴26转动连接的轮28a和28b提供了用于实现此一目标的装置，同时支柱30c和30d的依靠部分提供期望的对地接触，从而增强稳定性同时减轻重量。
通过经由弹性伸长构件40a-d来连接轨32a和32b，就提供了对分离盘50的支撑。由扶手36保持刚度，扶手36与连接轨32a和32b紧固联结并且优选包括弹性抓握表面，因为在其相对端没有相应的结构。附加的刚度由支撑横梁38a和38b提供。这些支撑横梁的相对高程和构造主要取决于分离盘50在所有运行位置间的刚度和间隔的需求，以及对分离盘50下方通路的需求。
分离盘50相对于框架20的相对位置和朝向主要由伸长构件40a-d控制。每个伸长构件40优选地由织物增强橡胶材料构成，这种材料提供足够的抗蠕变性能和足够的承重性能，还能有效地将分离盘的运动与框架隔离。此外，每个伸长构件40优选限定多个纵向对齐的孔，用于承接紧固件或其他安装装置，下文将对此作更详细的说明。
如图2最佳所示，每个构件40在多个安装位置之一处联结到连接轨32a或32b之一。尽管优选的联结方式采用螺栓和螺母紧固件，但技术人员将认知，可以采用替代的联结方式，包括使用从连接轨伸出的安装螺柱，与之形成对比的是在其中形成孔。因此，对于图示的实施方案而言，仅仅需要将伸长构件40a-b联结到框架20。交替的安装位置为使用者提供了关于设备质量中心的位置、分离盘对于框架的相对横向定位等方面的较大的灵活度。类似地，每个构件40联结到侧壁54a或54b之一。在所示实施方案中，螺柱从侧壁54a和54b的外部分凸出，随之突出的还有轴环68a和68b的一部分。
为了给分离盘50提供竖直和倾斜调节，由每个弹性伸长构件40限定多个形式为孔的交替安装位置。如图3清晰所示，可以通过改变在至少两个构件40与优选的侧壁54之间的联结点来改变分离盘50的倾斜度。由此，可以考虑改变诸如温度和湿度的环境条件，以及改变待分离材料的状况，而容易地改变分离器10的性能。
分离盘50优选地由不锈钢或类似抗腐蚀且耐用的材料构成，分离盘50包括框架52，框架52包括对置的侧壁54a和54b以及端壁58，端壁58用来连接侧壁54a和54b的末端。设置于侧壁54a和54b之间的是多个叉齿60。叉齿60通过通道62以及管状支撑54联结到框架52。
紧固附接到端壁58的通道62的尺寸适于承接叉齿60。在通道62的腹部中形成多个孔以承接叉齿60末端部分，在此处所述末端部分可以例如通过簧环或其他装置焊接或固定束缚于其中。这些孔尺寸可适于紧密配合叉齿末端，或者可使尺寸稍大，从而使叉齿宽松地固定于其中。替代性地，叉齿60可以焊接到通道62的一个或两个支脚。最终联结的选择取决于将在下文进行详细论述的几个方面。
管状支撑64优选可拆卸地连接到侧壁54a和54b，如图2和4最佳所示。轴环68a和68b(仅示出68g)优选分别在相应侧壁54a和54b的任一侧伸出，如图4最佳所示，从而有利地提供一种用于与伸长构件一起使用的联结装置。每个轴环68a和68b的内部分相应地包括用于承接连接销卡夹70的通孔69a和69b(仅示出69b)。每个轴环的内尺寸大小适于平移承接管状支撑64的端部，该端部也包括通孔65a和65b(仅示出65b)，并且保持选择性束缚于其中，如图所示。
管状支撑64特征在于，其作为大致管状的构件，具有多个尺寸适于宽松地容纳叉齿60的间隔分开的孔66。这种松配合允许每个叉齿60在孔66中进行材料竖直和水平移位，如图5A和5B最佳所示。这个范围受限的运动自由度使机械作用得到加强，有益于分离诸如动物粪便和垫料的聚集材料。
根据环境情况，期望的是在分离器10运行期间调整叉齿运动的质量和/或程度。为此，可以改变孔66的几何形状和尺寸从而改变叉齿运动的特性和/或叉齿运动的幅度。图6A-F图示替代性的孔的几何形状，孔的几何形状可以根据环境条件而专门迎合使用者的不同目的。图6A示出大致圆形的孔66A；图6B示出椭圆孔66B，其中椭圆的主轴处于竖直方向上；图6C示出椭圆孔66C，其中椭圆的主轴处于水平方向上；图6D示出成对的相背或相对(示分组而定)的孔66D；图6E示出大致三角形的孔66E，其中三角形的顶点处于向“上”方向；以及图6F示出倒置的三角形孔66F。如上文所提，叉齿运动的幅度也受到在孔的单个或多个方向上尺寸的极大影响。
本领域技术人员还将意识到，可以使用替代性的支撑构件，其包括开槽通道或销支承(pegged stack)，如图7A和7B所示，在此处，分别地，开槽通道164被示为与被支撑的叉齿60组合，而销支承264被示为与被支撑的叉齿60组合。然而，具体的优点发现于主要实施方案中，包括减小由于碎石积累产生的粘结并且没有暴露边缘。
除了上述情况外，附加的管状支撑可以被引入分离盘50以改变所示实施方案的分离效果。然而在这些实施方案中，并没有必要具有可拆卸的支撑或具有延伸于侧壁54a和54b外侧的轴环，尽管这也算不上错误。