СПОСОБ ОБМОЛОТА ПОЧАТКОВ КУКУРУЗЫ Российский патент 1994 года по МПК A01F11/06 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам обмолота початков кукурузы, и применяется в аппаратах для обмолота початков кукурузы, в частности семенной кукурузы в селекции и первичном семеноводстве.

Известен способ обмолота початков кукурузы за счет удара и деформации. Этот способ реализуется в молотильных аппаратах зерноуборочных комбайнов СК-5 "Нива", Дон-1500. Недостатком известного способа является высокий уровень травмирования зерен, обусловленный тем, что по мере прохождения початка через зазор между барабаном и подбарабаньем действие на него радиальных нагрузок, а также степень его деформации снижается незначительно. Однако, согласно данным американских ученых (Mahmoud Ali R., Buchele W.F. Distribution of shelled corn throughput and mechanical damage in a combine cylinder. "Trans. ASAE", 1975, 18, N 3, 448...452 (англ.)) воздействие значительных радиальных нагрузок на початок эффективно лишь до тех пор, пока из него не выделяется 1-2 продольных ряда зерен, после чего целесообразно резко снизить радиальные и увеличить касательные нагрузки на початок, чтобы удалять зерна с початка за счет изгиба и разрыва связи зерновых ножек со стержнем початка. Иначе излишнее радиальное воздействие на початок будет повышать степень травмирования зерен.

Известен также способ обмолота початков кукурузы, в котором из початка первоначально удаляется один или несколько продольных рядов зерен за счет удара и деформации, а затем большая часть зерен удаляется при вышелушивании между двумя перемещающимися поступательно относительно друг друга поверхностями, постоянно сжимающими початок (патент США N 3856022, кл. А 01 F 11/06). Недостатком этого способа является достаточно высокий уровень травмирования зерен, обусловленный тем, что в результате предложенной операции вышелушивания початка между двумя перемещающимися поступательно относительно друг друга поверхностями, постоянно сжимающими початок, зерновые ножки у зерен, находящихся на початке, будут в большей степени вдавливаться в стержень початка, чем отрываться от него за счет изгиба. Следовательно, будет иметь место высокий уровень травмирования зерновых ножек, что неприемлемо для семенного зерна.

Известен способ обмолота початков на семена, основанный на сочетании ударного воздействия и дальнейшего вышелушивания зерна за счет трения початков друг о друга. Этот способ реализуется в широко распространенных молотилках типа МКП-30, ШКГ-4 (Г.И. Креймерман. Обмолот початков кукурузы. М. : Колос, 1966, с. 8-20). Самым существенным недостатком этого способа является неудовлетворительная полнота обмолота семенного зерна. Это связано с тем, что, когда на початке осталось уже мало необмолоченного зерна и его первоначальная форма претерпела значительные изменения, интенсивность обмолота каждого отдельного початка будет существенно варьировать в зависимости от специфики его контакта с другими початками, т.е. у части початков полнота обмолота будет недостаточной.

Известен способ обмолота зерновых культур с помощью вибрации деки и барабана (а. с. СССР N 1259976, кл. А 01 D 91/00, А 01 F 12/18). Причем максимальную амплитуду колебаний барабану придают в направлении его оси, а деке - в направлении к барабану. Недостатком известного способа является то, что интенсификация процесса обмолота початков происходит за счет увеличения радиальных нагрузок на початок на всем пути его движения вдоль молотильного зазора между декой и барабаном, что приводит к излишнему травмированию зерен, так как значительные радиальные нагрузки на початок эффективны лишь до тех пор, пока из него не выделяется 1-2 продольных рядов зерен.

Известны способы обмолота початков кукурузы, имитирующие ручной обмолот. В этих способах обмолот производится за счет поочередного отделения зерен от початка с изгибом зерновой ножки под действием сил трения, возникающих на поверхности зерен в результате воздействия рабочих органов (а.с. СССР N 432882, кл. А 01 F 12/18, а.с. СССР N 682443, кл. А 01 F 11/06, патент США N 4201887, кл. А 01 F 11/OF). Недостатком этого способа является крайне низкая производительность, что вызвано поштучным поочередным отделением зерен от початка.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ, включающий помещение початка кукурузы на пару вращающихся вальцов, установленных параллельно друг другу, и прижатие початка к ним, в результате чего происходит одновременное отделение от початка целых групп зерен [1], в котором початок помещают на пару вращающихся вальцов, установленных параллельно друг другу, причем по крайней мере один из вальцов снабжен винтовой навивкой, и прижимают початок к вальцам силой инерции, возникающей за счет вращения пары вальцов вокруг одной общей внешней оси. При этом сила инерции, прижимающая початок к вальцам, в процессе обмолота убывает прямо пропорционально уменьшению массы початка.

Недостатком этого способа является то, что при низком уровне макро- и микроповреждений зерен полнота обмолота початков значительно варьирует и часто лежит вне пределов агротехнических требований, установленных государственным стандартом.

Начало обмолота в данном случае обусловлено отделением группы зерен от початка в результате действия нескольких факторов. Во-первых, в результате действия силы инерции, прижимающей початок к вальцам, в результате чего расположенные на початке зерна в момент их контакта с вальцами перемещаются к центру початка, как клинья, выдавливая у него соседние зерна, расположенные по дуге между зернами, контактирующими с вальцами. Причем при перекатывании початка по поверхностям вращающихся вальцов происходит постоянная смена зерен, контактирующих с вальцами. Те зерна, которые в момент их контакта с вальцами вдавливались в початок, выдавливая соседние зерна, выходят из состояния контакта с вальцами и начинают выдавливаться соседними зернами, которые вместо них входят в состояние контакта с вальцами. Во-вторых, под действием сил трения, возникающих между наружными поверхностями вальцов и веpхушками зерен. Силы трения изгибают зерновые ножки, отрывая зерна от стержня початка. В-третьих, под действием центробежных сил, действующих на зерна при вращении початка вальцами вокруг оси, проходящей через центр тяжести початка.

Ввиду того, что наружная поверхность початка кукурузы имеет неправильную форму, представляющую сложное сочетание большого количества выступов, образованных верхушками зерен, и впадин, образованных зазорами между краями верхушек соседних зерен, а также ввиду того, что початок кукурузы может быть значительно изогнут по длине, существует вероятность того, что при прижатии початка к паре вращающихся вальцов он будет проявлять склонность к заклиниванию между этими вальцами. В этом случае початок будет скользить по наружной поверхности вальцов без перекатывания. В данном случае обмолот початка кукурузы становится проблематичным.

Целью изобретения является повышение интенсивности процесса обмолота початков семенной кукурузы на вращающихся вальцах, расположенных параллельно друг другу, улучшение качественных показателей процесса обмолота.

Цель достигается тем, что в способе обмолота початков кукурузы путем механических воздействий, включающем помещение початка на пару вращающихся вальцов и прижатие его к ним прижатие початка осуществляют с периодическим удалением его от оси вращения по крайней мере одного из вальцов при перемещении початка по наружной поверхности этого вальца, принудительным отрывом початка от этой поверхности и возвратом его на поверхности обоих вальцов.

Благодаря отличительным признакам способа, т.е. прижатию початка с периодическим удалением его от оси вращения по крайней мере одного из вальцов при перемещении початка по наружной поверхности этого вальца, принудительному отрыву початка от этой поверхности и возврату его на поверхности обоих вальцов, обеспечивается то, что в момент принудительного отрыва початка от поверхности по крайней мере одного из вальцов заклинивание початка между двумя вальцами прекратится и он начнет перекатываться по вращающейся поверхности другого вальца. Помимо этого изменение направления ускорения початка в процессе удаления его от оси вращения по крайней мере одного из вальцов и в процессе принудительного отрыва початка от поверхности этого вальца и при последующем возвращении початка в состояние контакта с обоими вальцами приводит к появлению интенсивных знакопеременных нагрузок, действующих на зерна, находящиеся на початке, следовательно, происходит интенсификация процесса обмолота.

Анализ свойств совокупности признаков заявляемого способа и свойств совокупности признаков обнаруженного прототипа и аналогов показал, что совокупность признаков заявляемого способа проявляет усиленное свойство прототипа - обеспечивает более качественный вымолот зерен за счет предотвращения заклинивания початка между вальцами, более быстрое протекание технологического процесса обмолота за счет создания интенсивных знакопеременных нагрузок на зерна вращающегося на вальцах початка при периодическом удалении его от оси вращения одного из вальцов при перемещении початка по наружной поверхности этого вальца и последующем принудительном отрыве початка от этой поверхности и возвращением его в состояние контакта с поверхностями обоих вальцов.

На фиг. 1 изображена схема обмолота початка семенной кукурузы; на фиг. 2 - момент защемления не полностью обмолоченного початка между вальцами; на фиг. 3 - фаза контакта початка с поверхностями обоих вальцов, во время которой прижатие початка к вальцам осуществляется с удалением его от оси вращения по крайней мере одного из вальцов при перемещении початка по наружной поверхности этого вальца; на фиг. 4, 5 - фазы принудительного отрыва початка от поверхности этого вальца и возвращения початка в состояние контакта с поверхностями обоих вальцов. Причем выступ (не менее одного) на поверхности одного из вальцов должен состоять по крайней мере из двух участков: участка, обеспечивающего выдавливание початка из зазора между вальцами в случае заклинивания початка, и участка, обеспечивающего отрыв початка от поверхности выступа. Высота выступа h определяет амплитуду падения початка, а частота вращения вальцов и ω_в1,ω_в2- частоту колебаний початка.

Вращающиеся вальцы сообщают початку некоторую угловую скорость в его вращении вокруг продольной оси, проходящей через его центр тяжести ввиду непрерывного изменения характера контакта початка с вальцами ω_п≠ const. Сила прижатия початка F_пр действует в направлении зазора между вальцами.

Способ был реализован в специальной молотильной установке, которая состояла из неподвижного корпуса, установленного в нем на подшипник качения барабана, а также из привода. На барабане симметрично по отношению к оси его вращения были установлены в подшипниковых опорах две пары вальцов. Вальцы и барабан приводились во вращение от одного и того же электродвигателя, но частота их вращения регулировалась независимо друг от друга. У пары вальцов, обмолачивающих початок, один имел гладкую наружную цилиндрическую поверхность, а на гладкой цилиндрической поверхности другого вальца с целью создания периодического принудительного отрыва початка от этой поверхности был установлен выступ параллельно оси этого вальца. Выступ имел в направлении вращения вальца гладкую выпуклую поверхность, плавно переходящую в цилиндрическую поверхность вальца, а другая сторона выступа имела форму уступа в направлении вращения этого вальца. Початки прижимались к вальцам силой инерции, возникавшей при вращении барабана.

Экспериментальные исследования, проведенные с помощью этой установки на разных гибридах кукурузы, показали, что в зависимости от сортовых особенностей обмолачиваемых початков семенной кукурузы и их влажности удельная сила прижатия початков к вальцам в расчете на 1 г массы початка должна регулироваться в пределах 0,23-1,59 н/г. За пределами нижнего уровня рассматриваемого интервала не обеспечивается устойчивого прижатия початка к вальцам, а за пределами верхнего уровня возникающая прижимающая сила способна в процессе обмолота нарушить целостность початка в тот момент, когда его обмолот еще не завершен, что существенно ухудшает процесс обмолота. Было также установлено, что в том случае, если линейная скорость вращения вальцов находится в пределах 5,1-17,5 м/с, а связанная с ней частота принудительных колебаний початка находится в пределах 22-74 Гц, недомолот зерна отсутствует, а его качество соответствует требуемому при обмолоте семенной кукурузы.

Экономическую эффективность заявляемого способа можно определить исходя из снижения потерь зерна при обмолоте початков кукурузы на семена.

Экономическая эффективность для единичного молотильного аппарата, используемого в селекции и первичном семеноводстве кукурузы, в котором может быть реализован заявляемый способ Ф_э определяется из условия
Ф_э= (к₁-к₂) ˙р ˙М, руб, где к₁ - коэффициент потерь зерна в результате обмолота початков семенной кукурузы существующими способами и последующей выбраковки некондиционного зерна;
к₂ - коэффициент потерь зерна в результате обмолота початков семенной кукурузы заявляемым способом и последующей выбраковки некондиционного зерна;
р - стоимость 1 кг зерен семенной кукурузы, руб/кг;
М - масса зерен кукурузы, обмолоченных одной селекционной молотилкой за один сезон уборки (1 год), кг.

Из опыта получения семенного зерна кукурузы в Краснодарском НИИСХ им. П. П. Лукьяненко следует, что к₁=0,05-0,09 (т.е. 5-9%), р=1-2 руб/кг (в ценах 1990 г), М=6500-8000 кг.

Экспериментальные исследования показали, что для заявляемого способа к₂=0,01-0,02 (т.е. 1-2%) за счет микроповреждений зерен.

Принимают к₁=0,07; к₂=0,015; р=1,5 руб/кг; М=7200 кг.

В этом случае
Ф_э=(0,07-0,015) ˙1,5 ˙7200 = 594 руб.

Экономическая эффективность повышается вследствие того, что молотильные аппараты, использующие данный способ обмолота, конструктивно проще традиционных молотилок, а обладают меньшей металлоемкостью и энергоемкостью.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам обмолота початков кукурузы. Цель изобретения - повышение интенсивности процесса обмолота початков семенной кукурузы на вращающихся вальцах и одновременное улучшение качественных показателей процесса обмолота. Для этого в способе, в котором початок кукурузы помещают на пару вальцов, установленных параллельно друг другу, и прижимают початок к ним, прижатие початка осуществляют с периодическим удалением его от оси вращения по крайней мере одного из вальцов при перемещении початка по наружной поверхности этого вальца, принудительным отрывом початка от этой поверхности и возвратом его на поверхности обоих вальцов. 5 ил.

СПОСОБ ОБМОЛОТА ПОЧАТКОВ КУКУРУЗЫ путем механических воздействий, включающий помещение початка на пару вальцов и прижатие его к ним, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсивности процесса обмолота и полноты обмолота, прижатие початка осуществляют с периодическим удалением его от оси вращения по крайней мере одного из вальцов при перемещении початка по наружной поверхности этого вальца, принудительным отрывом початка от этой поверхности и возвратом его на поверхности обоих вальцов.