УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ ОТ ПРИМЕСЕЙ Российский патент 2005 года по МПК A01D33/08 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к рабочим органам корнеклубнеуборочных машин.

Известно устройство для отделения корнеклубнеплодов от камней и комков почвы, содержащее транспортер с бесконечным полотном, имеющим рабочую поверхность с эластичными пальцами, над которым расположен установленный на валу отбойный валик с наружной поверхностью, выполненной в виде щетки (Петров Г.Д. Картофелеуборочные машины. М., “Машиностроение”, 1972, с.254-255).

Однако известное устройство не обеспечивает необходимого качества отделения корнеклубнеплодов от примесей, что обуславливается одинаковым силовым воздействием ворса щетки как на корнеклубнеплоды, так и на камни и комки почв.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для отделения корнеклубнеплодов от примесей, содержащее наклонный пальчиковый транспортер и размещенный в его верхней части отбойный валик (SU 755238, кл. А 01 D 33/08, 15.08.1980).

Схемно-конструктивое решение устройства направлено на повышение эффективности разделения компонентов клубненосного вороха от примесей.

Однако отсутствие возможности избирательного выбора режима силового поля воздействия отбойного валика на объемную массу картофельного вороха в значительной степени снижает эксплуатационно-технологические возможности устройства.

Задача предлагаемого изобретения - повышение эффективности работы устройства путем организации вибрационно-колебательных процессов эластичных элементов отбойного валика и оптимально возможного назначения кинематического режима их воздействия на картофельный ворох в зависимости от физико-механических свойств и фракционного состава его компонентов.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для отделения корнеклубнеплодов от примесей, содержащее наклонный пальчиковый транспортер и размещенный в его верхней части отбойный валик, согласно изобретению отбойный валик размещен на валу и выполнен в виде набора эластичных дисков, установленных наклонно к оси вала, с возможностью их колебаний в направлении оси вала и изменения угла наклона дисков посредством дополнительного привода. При этом вал отбойного валика выполнен в виде трубы, а привод колебаний эластичных дисков расположен во внутренней ее полости и выполнен в виде двух конических шестерен, ведущая из которых связана с дополнительным приводом отбойного валика, а ведомая снабжена эксцентрично установленным пальцем, кинематически связанным посредством шатуна с коленчатыми элементами дисков.

На фиг.1 изображена схема устройства, вид сбоку; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - отбойный валик с наклонными дисками и приводами, разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - кинематическая схема активного рабочего органа - диска.

Устройство для отделения корнеклубнеплодов от примесей содержит разделительную горку 1, выполненную в виде наклонного транспортера, бесконечная транспортерная лента которого имеет рабочую 2 и обратную 3 ветви с упругими пальцами 4, транспортер загрузки 5 картофельного вороха и транспортер выгрузки 6 корнеклубнеплодов. В верхней части горки над головным барабаном наклонного транспортера расположен отбойный валик 7, который выполнен в виде набора дисков 8 и размещен на приводном валу 9, при этом вал 9 выполнен полым в виде трубы и кинематически связан с приводом его вращения (через звездочку 10), а диски снабжены коленчатыми элементами 11. Диски 8 установлены наклонно к оси приводного вала 9 с возможностью их колебаний в направлении оси вала и изменения угла наклона дисков посредством дополнительного привода. Дополнительный привод включает звездочку 12, вал 13, пару конических шестерен 14 и 15 с эксцентрично установленным на шестерне 15 пальца 16, кинематически связанным посредством шатуна 17 с коленчатыми элементами 11 дисков 8. Диски отбойного валика выполнены из эластичного материала, например резины, при этом каждый диск содержит фланцы 18, соединенные между собой посредством крепежных элементов.

Устройство работает следующим образом. Картофельный ворох, включающий клубни, комки почвы, ботву и растительные остатки, транспортером 5 подается на разделительную горку 1. При падении клубней и комков почвы на наклонную поверхность горки благодаря различным значениям упругих и фрикционных свойств компонентов, коэффициента трения качения, размеров и удельного веса, на рабочей ветви 2 пальчикового полотна происходит процесс сепарации картофельного вороха, то есть процесс отделения клубней от почвенных комков и примесей. При этом основная масса клубней скатывается по поверхности пальчиков 4 на выгрузной транспортер 5 устройства, а примеси удерживаются пальчиками полотна и поднимаются вверх к отбойному валику 7. Часть клубней с удерживающей их ботвой также пальчиковым полотном горки 1 подается к валику 7. Перед выбросом примесей непосредственно на поле последние (комки почвы, камни и растительные остатки) вступают в контакт с наклонными дисками 8 отбойного валика 7, вал 9 которого от привода (не показан) через звездочку 10 получает вращательное движение. Звездочка 11 через вал 13, шестерни 14 и 15, палец 16 и шатун 17 приводит в быстрое колебательное движение диски 8. Таким образом, возникает непрерывное переменное изменение угла наклона дисков 8 относительно вала 9.

В процессе вращения вала 9 диски совершают круговые движения по сложной пространственной траектории, в результате чего каждый из дисков торцевой и боковой поверхностями воздействует на поступающую массу картофельного вороха. Амплитудно-частотный характер угловых колебаний дисков 8 и силовое поле их воздействия способствуют формированию и развитию объемных сдвиговых деформаций в структурно-агрегатных образованиях компонентов картофельного вороха, что позволяет существенно увеличить сепарирующий эффект устройства за счет отделения ботвы от удерживающихся на ней клубней. При этом клубни скатываются вниз по наклонному полотну горки 1 на транспортер 6 выгрузки корнеклубнеплодов, а почвенные комки, не прошедшие в рабочий зазор между пальчиковой поверхностью горки 1 и отбойным валиком 7, разрушаются дисками 8 и мелкой фракцией выносятся за пределы уборочной машины на поле.

Вследствие непрерывно изменяющего положения плоскостей дисков 8 последние осуществляют одновременно и очистку пальчикового 4 полотна от примесей. При взаимодействии наклонных дисков 8 отбойного валика 7 с эластичными пальчиками 4 последние изгибаются, а пройдя диски 8, вследствие упругости резко разгибаются и совершают затухающие колебания. При резких колебаниях пальчиков 4 примеси, попадая на них, не задерживаются, не зависают и не скапливаются в зоне отбойного валика 7, при этом часть набившихся в пространстве между пальчиками 4 примесей стряхивается с пальчикового полотна при огибают головного барабана горки 1. Взаимодействие наклонных дисков 8 с пальчиками 4 при наличии влажной почвы создает исключительную возможность для непрерывной взаимной очистки пространства между пальчиками 4 с одной стороны и пространства между дисками 8 с другой стороны и непрерывного поддержания таким образом устройства в работоспособном состоянии.

Из кинематической схемы (фиг.4) закон движения рабочего органа - диска отбойного валика имеет вид:

где Y - осевое перемещение отдельно взятой точки диска; R - радиус диска; ϕ _ср - среднеустановочный угол наклона дисков; Δ ϕ - амплитудный угол колебания диска относительно ϕ _ср, n - число колебаний диска за один оборот вала дополнительного привода, n=(ω ₂-ω ₁)/ω ₁; ω ₂ - частота вращения вала дополнительного привода; ω ₁ - частота вращения вала с наклонно установленными дисками; α ₀ - фазовый (начальный угол).

В данном случае диск испытывает воздействие двух гармонических колебаний, которые накладываются друг на друга. Первый вид гармонических колебаний характеризуется дифференциальным уравнением

,

решением которого получаем закон движения диска:

Такие гармонические колебания диска будут наблюдаться при вращении горизонтального вала отбойного валика.

Второй вид гармонических колебаний будет исходить из самого механизма колебания диска. При этом уравнением его движения является функция вида:

,

где А₂=R sin ϕ ₀ - амплитуда колебаний.

Тогда

В процессе работы устройства два гармонических колебания диска будут накладываться друг на друга. Суммарный колебательный процесс можно описать уравнением

С использованием соотношения n уравнение (5) приобретает форму (1).

При этом мы можем получать различные по своему характеру и характеристикам колебательные процессы в зависимости от соотношений:

A₁ и А₂; ω ₁ и ω ₂; α ₀₁ и α ₀₂.

Если разность начальных фаз Δ α =(α ₀₁-α ₀₂)=0, то при A₁=А₂ - суммарное отклонение Y удваивается, а при А₁≠_{А2 - суммируется. Если Δ α =π и A1=А2, то оба колебания взаимно уничтожаются. Отсюда следует, что для получения наибольших ускорений и сил инерции первым условием такого колебательного процесса должно быть: Δ α =0; А1=А2. Отношение частот ω 1 и ω 2 колебаний учитывается соотношением n. Чем больше n, тем с большей суммарной частотой будет колебаться диск. При ω 2=2ω 1, то есть n=1, суммарное число колебаний диска будет удваиваться, а характер колебательного процесса останется прежним - гармоническим с тем же периодом. А при ω 1≠ω 2 и n=2, 3... наблюдается биение с периодом}

Т=2π /(ω ₁-ω ₂).

При увеличении n(n>3) колебательная система подвергает картофельный ворох большим инерционным цикличным и реверсивным нагрузкам. За счет сообщения наклонным дискам отбойного валика пространственных угловых колебаний, реализующих приложение нагрузок к структурно-агрегатным компонентам картофельного вороха по различным периодически меняющимся направлениям, увеличивается вероятность воздействия их контурных поверхностей на объемную массу материала в направлении, наиболее благоприятном для полного отделения клубней от ботвы и растительных примесей (в т.ч. и отрыва клубней от столонов связной ботвы) при минимально-необходимом выборе усилия раздавливания почвенных комков и снижении при этом повреждаемости клубней.

Такой кинематический режим работы отбойного валика предпочтителен при работе картофеля на уплотненных суглинистых почвах, а также сильно засоренных полях и достаточно эффективен, поскольку позволяет устранить забивание просветов между эластичными дисками мелкими клубнями, землей и твердыми предметами (комки, камни и т.п.), в том числе и растительными остатками при работе в условиях влажных почв.

Путем изменения переменных величин:

ϕ _ср; Δ ϕ ; n; ω ; R; ω t; α ₀

можно получить различные по форме колебательные процессы. Это позволяет при выполнении технологической операции отделения клубней от примесей назначать оптимально возможные кинематические режимы работы устройства в зависимости от физико-механических свойств поступающего картофельного вороха и фракционного состава его компонентов, от количества почвенных комков и растительных примесей, их взаимного соотношения, что немаловажно для работы устройства в различных почвенно-климатических условиях.

Предлагаемое конструктивное решение устройства по сравнению с базовым объектом, принятым за прототип, позволяет повысить эффективность отделения корнеклубнеплодов от комков почвы и растительных остатков, снизить количество повреждений клубней, что, в свою очередь, будет способствовать снижению косвенных потерь клубней при уборке.

Использование изобретения улучшает эксплуатационно-технологические характеристики устройства для отделения корнеклубнеплодов от примесей.

Описанный рабочий орган конструктивно прост, обладает малой энергоемкостью и надежен в работе.

Устройство содержит наклонный пальчиковый транспортер и размещенный в его верхней части отбойный валик. Отбойный валик размещен на валу и выполнен в виде набора эластичных дисков, установленных наклонно к оси вала, с возможностью их колебаний в направлении оси вала и изменения угла наклона дисков посредством дополнительного привода. Повышается эффективность работы устройства. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для отделения корнеклубнеплодов от примесей, содержащее наклонный пальчиковый транспортер и размещенный в его верхней части отбойный валик, отличающееся тем, что отбойный валик размещен на валу и выполнен в виде набора эластичных дисков, установленных наклонно к оси вала, с возможностью их колебаний в направлении оси вала и изменения угла наклона дисков посредством дополнительного привода.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вал отбойного валика выполнен в виде трубы, а привод колебаний эластичных дисков расположен во внутренней ее полости и выполнен в виде двух конических шестерен, ведущая из которых связана с дополнительным приводом отбойного валика, а ведомая снабжена эксцентрично установленным пальцем, кинематически связанным посредством шатуна с коленчатыми элементами дисков.