ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНАЯ МАШИНА Российский патент 2004 года по МПК B07B1/28 A01F12/44 

Изобретение относится к зерноочистительным машинам и предназначено для очистки и сортирования семян сельскохозяйственных культур.

Известна зерноочистительная машина, включающая раму, решето, установленное с возможностью колебания для зерна, снабженное выпуклыми козырьками, прикрепленными к боковым кромкам решета. Машина снабжена валом, расположенным под углом к горизонтальной плоскости, поддоном для фракции прохода зерна и механизмом уравновешивания сил инерции и преобразования амплитуды колебания. Решето жестко связано с валом, поддон для фракции прохода зерна закреплен на валу посредством подшипниковых узлов и связан с решетом при помощи механизма уравновешивания сил инерции и преобразования амплитуды колебания, ось которого закреплена в раме. Двигатель выполнен асинхронным, трехфазным, одна из его обмоток соединена с сетью, а две другие, включенные последовательно, соединены с однофазным преобразователем частоты.

Недостатками известной зерноочистительной машины является сложность технической реализации из-за наличия в приводе однофазного преобразователя частоты (а.с. RU 2175273, МКИ 7 В 07 В 1/28, 1/38; а.с. СССР №889143, МКИ В 07 В 1/38, 1981; а.с. СССР №713613, МКИ В 07 1/28, 1978).

Целью изобретения является упрощение технической реализации привода зерноочистительной машины.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что зерноочистительная машина, содержащая раму, вал, расположенный под углом к горизонтальной плоскости, соединенный с рамой посредством подшипниковых узлов, поддон, закрепленный на валу посредством подшипниковых узлов, решето с прикрепленными к его боковым кромкам выпуклыми козырьками, жестко связанное с валом, соединяющий поддон и решето механизм уравновешивания сил инерции и преобразования амплитуды колебания, ось которого закреплена в раме, и двигатель, согласно изобретению снабжена двумя ограничителями движения поддона, выполненными в виде закрепленных на раме упругих пластин, фиксатором крайнего положения поддона, закрепленным на раме, причем двигатель выполнен асинхронным и однофазным, соединен с валом, а его рабочая обмотка соединена с сетью переменного тока.

Благодаря тому что в зерноочистительной машине используется привод в виде однофазного асинхронного двигателя без преобразователя частоты, происходит упрощение технической реализации привода зерноочистительной машины.

На фиг.1 и 2 представлены чертежи зерноочистительной машины в разных проекциях, на фиг.3 - распределение масс элементов машины и зерна в моменты времени начала пуска и после упругого удара; на фиг.4 - векторные диаграммы усилий, приведенных к точке удара в различные моменты времени работы зерноочистительной машины.

Зерноочистительная машина содержит раму, вал 9, расположенный под углом к горизонтальной плоскости, соединенный с рамой посредством подшипниковых узлов, поддон 2, закрепленный на валу посредством подшипниковых узлов 11, решето 3 с прикрепленными к его боковым кромкам выпуклыми козырьками 4, жестко связанное с валом, соединяющий поддон и решето механизм уравновешивания сил инерции и преобразования амплитуды колебания 5, ось которого 6 закреплена в раме. Зерноочистительная машина снабжена двумя ограничителями движения поддона 7, выполненными в виде закрепленных на раме упругих пластин, фиксатором крайнего положения поддона 8, закрепленным на раме, причем двигатель 1 выполнен асинхронным и однофазным, соединен с валом 9, а его рабочая обмотка соединена с сетью переменного тока.

Зерноочистительная машина работает следующим образом.

Зерновая смесь подается на решето 3. Поддон, решето, масса зерновой смеси, вал и двигатель начинают движение посредством освобождения поддона из фиксатора 8, расположенного на раме, под действием активного момента, приведенного к валу и возникающего от равнодействующей сил тяжести смещенного относительно оси OY поддона, решета и массы зерновой смеси (фиг.3а). Асинхронный однофазный двигатель 1 разгоняется до установившейся скорости и обеспечивает дальнейшее движение машины посредством существующих между валом 9 и решетом жестких связей 10. Поддону 2 движение от двигателя передается через решето 3 и механизм уравновешивания сил инерции и преобразования амплитуды колебания 5. Поддон поворачивается до своего крайнего положения и ударяется об ограничитель движения 7. При ударе часть кинетической энергии подвижных частей машины (поддона, решета, зерна, вала, двигателя) рассеивается в виде тепла, а часть кинетической энергии остается у подвижных частей машины. Скорость подвижных частей машины после удара меняет знак, скольжение асинхронного однофазного двигателя становится меньше единицы, к валу двигателя прикладывается приведенный момент от активных сил, направленных в противоположную сторону от ограничителя движения поддона, и двигатель начинает разгоняться в обратную сторону. В результате поддон 2 движется ко второму ограничителю движения 7, где вновь происходит упругий удар, и цикл работы машины повторяется.

Вследствие того что колебание решета и поддона для фракции прохода зерна происходят в противофазе, осуществляется уравновешивание сил инерции, возникающих при колебании. При этом из-за разности длин плеч L1 и L2 рычага механизма уравновешивания сил инерции и преобразования амплитуды колебания (фиг.2) колебание решета и поддона для фракции прохода зерна происходит с различной амплитудой. Зерновая смесь, попадая на козырьки 4, направляется ими обратно на решето, за счет чего происходит интенсивное перемешивание зерна. Зерновая смесь под действием колебаний и упругих ударов перемещается поперек решета 3, а за счет наклона

- вдоль решета 3. Часть зерна попадает сквозь отверстия решета 3 на поддон для фракции прохода зерна 2, а часть перемещается к сходовой кромке решета 3.

Вследствие того что привод начинает свое движение под воздействием активного момента сопротивления, а на раме, напротив торцов поддона, располагаются ограничители движения, формирующие условия движения при реверсе привода, однофазный асинхронный двигатель осуществляет колебательное движение поддона и решета, обеспечивая технологический цикл сепарации зерновой смеси. Пуск и изменение направления скорости движения двигателя, поддона и решета осуществляется без преобразователя частоты и пусковой схемы.

При таком использовании зерноочистительной машины упрощается техническая реализация ее привода.

Технологический цикл сепарации зерна зерноочистительной машины начинается с процесса пуска, высвобождения фиксатором поддона и сопровождается упругими ударами об ограничители движения поддона. При пуске и упругих ударах для двигателя формируются условия по скорости и усилиям, приложенным к валу, необходимые для дальнейшего движения асинхронного однофазного двигателя, не обладающего пусковым моментом, без дополнительной пусковой схемы.

На фиг.3а представлено распределение масс машины при пуске с указанием точек приложения сил тяжести поддона (Р_n), решета (Р_р) и фракции схода зерна (Р_фс). Оси симметрии поддона и решета в момент времени начала пуска смещены относительно оси симметрии машины OY, что определяет наличие начального момента от сил тяжести Р_n, Р_р, Р_фс. Приведение сил к точке удара (А) дает отрицательное результирующее усилие, направленное в сторону начала движения (вниз на фиг.3а):

где F_n, F_p и F_фс - приведенные силы к точке удара А, соответствующие силам тяжести поддона решета и фракции схода зерна (Р_n, Р_р и Р_фс) соответственно;

F_m - приведенная к точке удара А реактивная сила трения в подшипниковых опорах, возникающая с началом движения.

Численное значение силы, соответствующей весу фракции схода зерна, в неравенстве (1) взято по абсолютной величине, так как знак ее определяется при загрузке зерна в машину случайными факторами, а в (1) учитывается наихудший случай по условиям пуска. При пуске двигатель благодаря балансу сил на векторной диаграмме (фиг.4а) получает в соответствии со вторым законом Ньютона ускорение и начальную скорость. Вращающий момент однофазного асинхронного двигателя определяется двумя составляющими, соответствующими токам прямой и обратной последовательности:

где р - число пар полюсов;

ω ₀ - синхронная угловая скорость;

I/21

s=(ω ₀-ω ₁)/ω ₀ - скольжение;

ω ₁ - угловая скорость двигателя;

r/2

(Вольдек А.И. Электрические машины. - 3-е изд., перераб. - Л.: Энергия, 1978. - 832 с., ил.).

После запуска машины скорость двигателя ω ₁ растет от нуля, скольжение s становится меньшим единицы, момент двигателя, вызванный током прямой последовательности, возрастает, что, в свою очередь, вызывает дальнейший рост скорости. При завершении пуска скорость двигателя достигает установившегося значения.

Когда поддон подходит к своему крайнему положению, происходит упругий удар его об ограничитель движения поддона. Скорость поддона после удара вдоль линии удара AN (фиг.4б,в) рассчитывается:

u₁=-k· ν ₁, (3)

где ν ₁ и u₁ - линейные скорости поддона по линии удара AN (нормали) до удара и после него соответственно;

k - коэффициент восстановления.

Коэффициент восстановления характеризует убыль кинетической энергии тел в результате удара:

где m₁ - приведенная к точке удара масса поддона, решета, вала, двигателя и зерна.

Соотношения (3) и (4) получены в предположении, что ограничители движения поддона, закрепленные на раме, неподвижны до и после удара (ν ₂=0 и u₂=0), а масса второго соударяющегося тела (рамы и ограничителей движения поддона) равна бесконечности (m₂=∞ ). (Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - 3-е изд., перераб. - М.: Наука, 1965. - 848 с., ил.).

При 0<<k≤ 1, что соответствует упругому и не вполне упругому удару и обеспечивается упругими свойствами ограничителей движения поддона, линейная скорость поддона (u₁) по (3) не равна нулю и меняет знак. При ударе происходит перераспределение движущихся масс зерна фракции схода и прохода (фиг.3б) и диаграмма сил тяжести, приведенных к точке удара А, имеет вид, соответствующий либо фиг.4б, либо фиг.4в в зависимости от свойств зерновой массы (влажности, сортности и т.п.). Баланс сил, приведенных к точке удара А, способствует возобновлению движения после удара:

где M(s₁) - момент двигателя, рассчитанный по соотношению (2) при скольжении, соответствующей линейной скорости поддона в точке удара А после удара (u₁);

s_l=(ω ₀-ω ₁)/ω ₀ - скольжение двигателя после удара;

ω ₁=u₁·_{ρ- угловая скорость двигателя после удара;}

- радиус приведения:

L₁ и L₂ - плечи механизма уравновешивания сил инерции и преобразования амплитуды (фиг.2);

r - радиус решета (длина жестких креплений вала двигателя к решету);

F_фп - приведенная к точке удара А сила тяжести зерна фракции прохода Р_фп.

Соотношением (5) описывается наихудший случай сочетания знаков приведенных сил для продолжения движения (фиг.3в против фиг.3б), а выполнение неравенства (5) обеспечивается выбором двигателя по мощности.

Из (1)-(5) следует, что при пуске и после упругих ударов, происходящих в процессе сепарации, создаются условия по скорости поддона, решета, зерна и двигателя и силам, действующим на подвижную часть зерноочистительной машины, необходимые для продолжения движения. Поддон, решето и зерно зерноочистительной машины приводятся в движение двигателем как в момент пуска, так и после ударов в соответствии с технологическим циклом сепарации зерна.

Как показывает опыт эксплуатации подобной установки (Послеуборочная обработка семян зерновых культур: /ВАСХНИЛ. - М.: Агропромиздат, 1984. - 44 с.: ил. -б/ц), характер нагрузки остается активным во время всего цикла сепарации зерна и результирующий момент и приведенные силы в крайних положениях поддона направлены против движения. Упругий удар в соответствии с кинематической схемой и первым законом Ньютона отбрасывает часть зерна в направлении скорости прекратившегося движения по инерции, увеличивая активные составляющие момента, способствующие продолжению движения. Поэтому наиболее вероятным случаем распределения приведенных усилий после удара является вариант распределения приведенных усилий, представленный на фиг.4б. Это обстоятельство усиливает неравенство (5) и позволяет выбрать двигатель меньшей мощности. Изменение ускорения в результате упругого удара способствует эффективному перемешиванию, сходу и разделению зерна на фракции.

В соотношении (1) учитывается малость составляющей F_фс, препятствующей движению при пуске, так как центр тяжести зерна, засыпанного в машину для сепарации, первоначально расположен из-за высокой сыпучести зерновой массы близко к вертикали OY или на ней.

При достижении поддоном в результате движения своего крайнего положения соударяются ограничитель движения, соединенный с неподвижной рамой, и поддон, соединенный с решетом посредством механизмом уравновешивания сил инерции и преобразования амплитуды колебания и с двигателем посредством решета, вала и жестких связей. Поддон и решето наполнены зерном фракций прохода и схода соответственно. Так как поддон, решето, вал с двигателем имеют только одну степень свободы и все дополнительные составляющие скорости, кроме направленных по линии удара AN, будут отсутствовать, для нахождения мгновенной линейной скорости поддона после удара используются соотношения, полученные для случая прямого центрального удара:

где ν ₁ и u₁ - линейные скорости поддона по линии удара AN до удара и после него соответственно;

ν ₂=0 и u₂=0 - линейные скорости рамы по линии удара AN до удара и после него соответственно;

m₁ и m₂=∞ - приведенная к точке удара масса поддона, решета, вала, двигателя, зерна и масса закрепленной рамы соответственно;

k - коэффициент восстановления.

Численные значения начальной и конечной скорости рамы, а также ее массы объясняются ее жестким креплением. Убыль кинетической энергии тел в результате удара:

(Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - 3-е изд., перераб. - М.: Наука, 1965. - 848 с., ил.).

Соотношения (3) и (4) получены из (6) и (7) в результате подстановки значений скоростей до и после удара закрепленных ограничителей движения поддона и рамы (ν ₂=0 и u₂=0) и предельного перехода при m₂→_∞.

Вследствие того что в приводе отсутствуют частотный преобразователь и пусковая схема для однофазного асинхронного двигателя, упрощается техническая реализация привода зерноочистительной машины.

Изобретение относится к зерноочистительным машинам и предназначено для очистки и сортирования семян сельскохозяйственных культур. Техническим результатом является упрощение технической реализации привода зерноочистительной машины. Для этого машина содержит раму, вал, расположенный под углом к горизонтальной плоскости, соединенный с рамой посредством подшипниковых узлов, поддон, закрепленный на валу посредством подшипниковых узлов, решето с прикрепленными к его боковым кромкам выпуклыми козырьками, жестко связанное с валом, соединяющий поддон и решето механизм уравновешивания сил инерции и преобразования амплитуды колебания, ось которого закреплена в раме, и двигатель. Причем машина снабжена двумя ограничителями движения поддона, выполненными в виде закрепленных на раме упругих пластин, фиксатором крайнего положения поддона, закрепленным на раме. При этом двигатель выполнен асинхронным и однофазным, соединен с валом, а его рабочая обмотка соединена с сетью переменного тока. 4 ил.

Зерноочистительная машина, содержащая раму, вал, расположенный под углом к горизонтальной плоскости, соединенный с рамой посредством подшипниковых узлов, поддон, закрепленный на валу посредством подшипниковых узлов, решето с прикрепленными к его боковым кромкам выпуклыми козырьками, жестко связанное с валом, соединяющий поддон и решето механизм уравновешивания сил инерции и преобразования амплитуды колебания, ось которого закреплена в раме, и двигатель, отличающаяся тем, что она снабжена двумя ограничителями движения поддона, выполненными в виде закрепленных на раме упругих пластин, фиксатором крайнего положения поддона, закрепленным на раме, причем двигатель выполнен асинхронным и однофазным, соединен с валом, а его рабочая обмотка соединена с сетью переменного тока.