ЗЕРНОУБОРОЧНЫЙ КОМБАЙН Российский патент 2009 года по МПК A01F12/18 A01D41/00 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к машинам для уборки зерновых колосовых культур для семеноводческих целей.

Известно молотильно-сепарирующее устройство, включающее снабженный бичами на подбичниках барабан и расположенную под ним прутково-планчатую деку, в котором хотя бы один бич на подбичнике снабжен механизмом индивидуальной регулировки его положения и установлен на большем удалении от оси вращения барабана по сравнению со смежными бичами, при этом механизм индивидуальной регулировки положения бича на подбичнике выполнен в виде резьбовой втулки с фланцем, причем последний установлен между бичом и подбичником, а втулка зафиксирована фасонной гайкой со стороны тыльной грани подбичника (RU, патент №2191237. С2. МПК⁷ A01F 12/18, A01F 12/20, А01F 12/22. Молотильно-сепарирующее устройство / О.А.Федорова (RU). - Заявка №2000105020/13; заявлено 29.02.2000; опубл. 20.04.2002).

В описанном молотильно-сепарирующее устройстве происходит обмолот зерна с большей долей вероятности на первой планке деки, нежели на последующих за ней планках. Выступающим бичом вращающегося барабана происходит удар о хлебную массу на первой планке и ее перетирание на последующих. Однако в существующих комбайнах вместе с хлебной массой подается выделенное ранее рабочими органами жатки и наклонной камерой биологически ценное полновесное зерно. Это зерно на первой планке деки получает наибольшее травмирование. В серийных комбайнах нет средств для разделения травмированных зерен от нетравмированных для семенного материала.

Наиболее близким аналогом к заявленному объекту относится зерноуборочный комбайн, включающий жатку, наклонную камеру, устройство предварительного обмолота зерна с расположенным под ним решетом, шнек, элеватор, молотильный аппарат, клавишный соломотряс, копнитель, решета очистки и бункеры для приема зерна, соответственно, от устройства для предварительного обмолота и молотильного аппарата, причем устройство для предварительного обмолота зерна установлено между жаткой и наклонной камерой, в котором устройство для предварительного обмолота зерна выполнено в виде расположенных в два яруса двух верхних и двух нижних вальцов, причем вальцы верхнего яруса подпружинены и снабжены механизмом регулировки зазоров между ними и вальцами нижнего яруса, которые установлены с возможностью вращения вальцов верхнего яруса, при этом шнек расположен под решетом устройства предварительного обмолота зерна (RU, патент №2202165. С2. МПК⁷ A01D 41/00, A01D 41/02, A01D 41/12, A01F 12/18. Зерноуборочный комбайн / А.Н.Цепляев, А.И.Ряднов, О.А.Федорова (RU). - Заявка №2000109659/13; заявлено 17.04.2000; опубл. 20.04.2003).

К недостаткам описанного средства относится то, что описанные вальцы круглого сечения не обладают сепарирующей способностью. Из 30% обмолоченного зерна рабочими органами жатки и наклонной камеры выделяется не более 2%. Оставшееся полноценное зерно поступает в молотилку зерноуборочного комбайна и подвергается существенному травмированию и дроблению.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - получение биологически ценного семенного зерна до обмолота молотильным аппаратом зерноуборочного комбайна.

Технический результат - снижение количества травмированных зерен в зерновом потоке с наибольшей массой 1000 штук для семеноводческих целей.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном зерноуборочном комбайне, включающем жатку, наклонную камеру, устройство предварительного обмолота зерна в виде расположенных в два яруса двух верхних и двух нижних вальцов с расположенными под ним решетом и шнеком для отвода зерна, приемный битер, молотильный аппарат, отбойный битер, соломотряс, ветрорешетную очистку, шнеки и элеваторы, бункеры для семенного и товарного зерна, копнитель, ходовую часть и двигатель, согласно изобретению имеющий привод вращения каждый валец снабжен лопастью из упруго-деформируемого материала, поперечному сечению лопасти придана форма логарифмической спирали, описываемой уравнением в полярных координатах:

ρ=ρ₀·q^φ/2π,

где ρ₀ - полярный радиус точки на поверхности лопасти;

q - коэффициент роста;

φ - угол поворота полярного радиуса из начального положения,

в каждой паре вальцов установлены лопасти с одинаковыми логарифмическими спиралями и вращающимися в противоположные стороны вокруг своих полюсов, совмещенных с центрами вращения вальцов и катящимися одна лопасть по другой без скольжения, кромкам лопастей вдоль их длинной стороны придана закругленная форма, в каждом каркасе вальца выполнен продольный паз, пересекающий наружную и внутреннюю поверхности каркаса для размещения и фиксации закругленной кромки лопасти, при этом осевое перемещение лопасти вдоль паза ограничено закрепленными на торцах каркаса фланцами, смонтированными на валу вальца.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена жатка с наклонной камерой и устройством предварительного обмолота зерна до подачи хлебной массы в молотилку зерноуборочного комбайна, продольно-вертикальный разрез.

На фиг.2 - поперечно-вертикальный разрез первой пары вальцов с лопастями из упруго-деформируемого материала.

На фиг.3 - поперечно-вертикальный разрез второй пары вальцов с лопастями, имеющими форму логарифмической спирали.

На фиг.4 показана правая ветвь логарифмической спирали.

На фиг.5 - сечение А-А на фиг.3, продольный разрез верхнего вальца первой пары вальцов устройства предварительного обмолота зерна.

На фиг.6 - сечение Б-Б на фиг.5, поперечное сечение каркаса вальца с продольным пазом и лопасти с закругленной кромкой в полости каркаса.

На фиг.7 представлена синхронизирующая передача привода вальцов и шнека для отвода полновесного зерна.

Зерноуборочный комбайн (см. фиг.1) включает жатку 1, наклонную камеру 2, устройство 3 предварительного обмолота зерна в виде расположенных в два яруса двух верхних вальцов 4 и 5 и двух нижних вальцов 6 и 7 с расположенными под ними решетом 8 и шнеком 9 для отвода зерна дополнительным элеватором. В силу широкой известности дополнительный элеватор, приемный битер, молотильный аппарат, отбойный битер, соломотряс, ветрорешетная очистка, шнеки и элеваторы молотилки, бункеры для семенного и товарного зерна, копнитель, ходовая часть и двигатель на прилагаемых чертежах не показаны.

Жатка 1, имеющая сварной каркас, снабжена мотовилом 10 с планками 11 и пружинными пальцами, режущим аппаратом 12 с открытыми пальцами, ленточным транспортером 13, шнековым транспортером 14 с пальчиковым механизмом 15, гидрофицированными опорными лыжами 16, гидроприводом 17 управления положения оси мотовила 10 над удлиненной платформой 18.

Наклонная камера 2 снабжена ротором 19.

Устройство 3 предварительного обмолота зерна размещено между наклонной камерой 2 и молотилкой зерноуборочного комбайна. Устройство 3 с молотилкой комбайна сопряжено шарнирами, выполненными с охватом ведущего вала 20.

На правом конце ведущего вала 20 установлены шкив 21 для привода ротора 19 в наклонной камере 2 и звездочкой для привода цепной передачей вальцов 4, 5, 6, 7 и шнека 9.

Имеющий привод вращения каждый валец 4-7 снабжен лопастью 22 из упруго-деформируемого материала, например, из листовой углеродистой стали (Сталь 65Г) толщиной от 3 до 5 мм. Поперечному сечению лопасти 22 придана форма логарифмической спирали 23 (см. фиг.2, 3 и 4). Форма логарифмической спирали 23 описывается уравнением в полярных координатах:

ρ=ρ₀·q^φ/2π,

где ρ₀ - полярный радиус точки на поверхности лопасти 22;

q - коэффициент роста;

φ - угол поворота полярного радиуса из начального положения.

Определение логарифмической спирали. Пусть прямая UV (фиг.4) равномерно вращается около неподвижной точки О (полюс), а точка D₃ движется вдоль UV, удаляясь от О со скоростью, пропорциональной расстоянию ОМ. Линия, описываемая точкой М, называется логарифмической спиралью.

Повороту прямой UV из любого ее положения на заданный угол ω(=∠М₀ОМ₁) отвечает одно и тоже отношение ОМ₁:ОМ₀ полярных радиусов. Иначе говоря: если пара точек М₀, M₁ логарифмической спирали видна из полюса под тем же углом, что и другая пара точек N₀, N₁ той же спирали, то треугольники OM₀M₁ и ON₀N₁ подобны.

Отношение q конечного полярного радиуса (ОА₁) к начальному (ОА_-1) при повороте прямой UV на угол +2π будем называть коэффициентом роста логарифмической спирали.

Правая и левая спирали. Если удаление точки М от полюса О сопровождается вращением прямой UV против часовой стрелки, то логарифмическая спираль называется правой; в противном случае - левой. Для правой спирали коэффициент роста q>1, для левой q<1. При q=1 спираль вырождается в окружность.

Правую и левую спирали, у которых коэффициент роста в произведении дает 1, можно совместить, но для этого надо лицевую сторону одной из них сделать оборотной.

Построение. Чтобы построить правую логарифмическую спираль с данным коэффициентом роста q, делим какую-либо окружность с центром О на n=2^k равных частей точками В₀, B₁, В₂, В₃…, следующими друг за другом в направлении, противоположном ходу часовой стрелки. Для определенности положим n=2⁴=16. На луче ОВ₀ берем произвольную точку А₀ и откладываем отрезок OA₁=qOA₀. На отрезке OA₁, как на диаметре, строим окружность О′ и проводим А₀K⊥OA₁ до пересечения с этой окружностью в точке K. Окружность радиуса ОK пересечет луч

OB₁₂ в точке D₁₂, принадлежащей искомой спирали; та же окружность пересечет луч OA₁ в некоторой точке L′. Проводим L′K′⊥OA₁ до пересечения с окружностью О′ в точке K′. Окружность радиуса ОK′ пересечет луч OB₁₈, в точке D₁₈, принадлежащей искомой спирали, а луч OA₁ - в некоторой точке L″. Через нее опять проводим L″K″⊥OА₁ и т.д. Таким образом получим точки D₁₂ и D₁₈.

Бесчисленное множество других точек спирали, лежащих на прямых B₀B₁₂, B₁B₁₃ и т.д., можно построить следующим образом. При точке D₁₂ строим угол ∠OD₁₂Q, равный углу OD₁₅D₁₄; в пересечении с лучом ОВ₁₃ получаем точку D₁₃ искомой спирали. При точке A₁ строим ∠OA₁Q′=OD₁₅A₁; в пересечении с лучом OB₁ получим точку E₁ и т.д.

Уравнение в полярных координатах (полюс совпадает с полюсом спирали; полярная ось проведена через произвольно взятую точку М₀ спирали):

где ρ₀=ОМ₀ - полярный радиус точки М₀, а q - коэффициент роста.

Обычно уравнение (1) записывают в виде

где k - параметр, выражающийся через коэффициент роста q так:

Обратно

Геометрический смысл параметра k прочитывается из соотношения

где α=∠OMT - угол между прямой ОМ и касательной МТ.

Для правых спиралей параметр k имеет положительные значения, для левых - отрицательные.

Особенности формы. При неограниченном количестве оборотов прямой UV против часовой стрелки (по часовой стрелке) точка М, описывающая правую (левую) спирали, неограниченно удаляется от полюса и описывает бесконечное число витков. При неограниченном количестве оборотов в противоположном направлении точка М неограниченно приближается к полюсу О, но ни при каком положении прямой UV не совпадает с О. Таким образом спираль делает бесконечное множество витков также около полюса. Однако длина дуги, описываемой при этом точкой М и отсчитываемой от некоторого начального положения А₀ точки М, хотя и возрастает, но не безгранично. Она стремится к некоторому пределу s, который называют длиной дуги ОА₀. Название это условно, так как точка о, строго говоря, не принадлежит логарифмической спирали.

Касательная и длина дуги. Угол α (∠OMT), на который надо повернуть прямую UV около точки М логарифмической спирали, чтобы эта прямая совпала с касательной МТ, одинаков для всех точек спирали. Отрезок МТ касательной от точки касания до пересечения с прямой OW, проведенной через полюс О перпендикулярно к полярному радиусу ОМ, имеет ту же длину s, что дуга спирали от точки М до полюса О:

где ρ - полярный радиус ОМ.

Длина любой дуги LM логарифмической спирали:

т.е. длина дуги пропорциональна разности полярных радиусов в ее концах. Чтобы построить отрезок той же длины, достаточно отложить на большем радиусе ОМ отрезок ОР, равный меньшему радиусу OL, и провести через Р прямую РН, перпендикулярную к ОМ. Она пересечет касательную МТ в некоторой точке Н. Отрезок МН - искомый.

Угол α выражается через коэффициент роста q формулой

Радиус и центр кривизны. Центр кривизны С, соответствующей точке М логарифмической спирали, лежит в пересечении нормали МС, проведенной через М, с прямой OW, проведенной через полюс перпендикулярно к полярному радиусу ОМ. Радиус кривизны:

Это равенство усматривается из треугольника СОМ.

Натуральное уравнение (т.е. уравнение, связывающее длину дуги и радиус кривизны):

Вытекает из (6) и (9); усматривается из треугольника СМТ.

Кинематическое свойство. На языке кинематики уравнение (10) выражает следующее свойство; если дуга логарифмической спирали катится (без скольжения) по прямой АВ, то центр кривизны, соответствующий точке касания, движется по прямой, наклоненной к АВ под углом

В каждой паре вальцов 4, 6 и 5, 7 лопасти 22 с одинаковыми логарифмическими спиралями 23 и вращающимися в противоположные стороны (ω₁, ω₂ - фиг.2 и 3) вокруг своих полюсов, совмещенных с центрами О (фиг.4) осей вращения вальцов 4-7 и катящимися одна лопасть 22 по другой без скольжения.

Кромкам 24 и 25 лопастей 22 вдоль их длинной стороны придана закругленная форма с радиусами r и R (см. фиг.2,3 и 6).

Каждый валец 4-6 (см. фиг.5 и 6) имеет холоднотянутый калиброванный вал 26 диаметром 25 мм из стали 30. Вал 26 размещен в самоустанавливающихся подшипниковых опорах 27. Опоры 27 установлены во фланцевых корпусах 28, закрепленных средствами крепления 29 на боковых стенках 30 устройства 3. На концах вала 26 размещены равновеликие звездочки 31 и 32. Звездочка 31 посредством цепной передачи соединена со звездочкой на шкиве 21 ведущего вала 20 устройства 3 (см. фиг.1). Звездочки 31 и 32 на концах вала 26 зафиксированы оппозитно установленными клиновыми шпонками 33 в пазах 34.

На вальце 26 посредством фланцев 35 установлен каркас 36 в виде отрезка стальной толстостенной трубы. Фланцы 35 средствами крепления 37 и установочными штифтами 38 закреплены на торцах каркаса 36. Каркас 36 с фланцами 35 с возможностью демонтажа смонтирован на валу 26 клиновыми шпонками 33 в пазах 34.

В каждом каркасе 36 вальцов 4,5,6 и 7 выполнен продольный паз 39 (см. фиг.5 и 6). Продольный паз 39 пересекает наружную поверхность 40 и внутреннюю поверхность 41 каркаса 36. Этим образуются привалочные плоскости 42 и 43 для сопряжения с лопастью 22. Продольный паз 39 предназначен для размещения и фиксации закругленной кромкой 24 с радиусом г лопасти 22. Осевое перемещение лопасти 22 вдоль паза 39 ограничено фланцами 35 на торцах каркаса 35. Таким образом с возможностью демонтажа каждая лопасть 22 смонтирована на валу 26 вальцов 4-6.

Описанная конструкция вальцов 4-6 позволяет унифицировать все детали и обойтись без выполнения лопастей 22 с левой и правой логарифмическими спиралями 23.

Синхронное вращение вальцов 4-6 и вала шнека 9 обеспечено замкнутым цепным контуром 44, установленным охватом звездочек 32 на концах валов 26 вальцов 4-7 и на звездочке 45 вала шнека 9 и натяжной звездочки 46 (см. фиг.7).

Зерноуборочный комбайн работает следующим образом.

При прямом комбайнировании граблинами и планками 11 мотовила 10 отделяется порция стеблей зерновых колосовых и подводится к режущему аппарату 12. Режущим аппаратом 12 стебли срезаются на высоте среза, заданной гидрофицированными опорными лыжами 16. Срезанные стебли укладываются на ленточный транспортер 13 и частично на витки шнека 14. Шнеком 14 стебли с колосьями сдвигаются на середину платформы 18 и пальчиковым механизмом 15 подаются в наклонную камеру 12. Ротором 19 наклонной камеры 12 стебли колосом вперед подаются в первую пару вальцов 4 и 5. Лопастями 22 вращающихся вальцов 4 и 6 поданный слой хлебной массы подвергается вертикальным перемещениям между верхним и нижним валами 26. Лопастями 22 слой хлебной массы подвергается перетряхиванию и перемещению к вальцам 5 и 7 второй пары. Размещение лопастей 22 в вальцах 5 и 7 таково, что размах амплитуды колебаний наибольший. Освободившееся зерно из слоя хлебной массы поступает на решето 8 и по нему скатывается в желоб шнека 9. Шнеком 9 и кинематически связанным с ним элеватором полновесное зерно без механического травмирования направляется в бункер для семенного зерна.

На выходе из второй пары вальцов 5, 7 слой хлебной массы направляется в молотилку. Приемным битером стебли подаются в молотильный аппарат и им обмолачиваются. Отбойным битером стебли подаются на соломотряс и собираются в копнителе. Обмолоченный ворох поступает на ветрорешетную очистку. Очищенное зерно поступает в бункер для товарного зерна.

Интенсивное перетряхивание лопастями 22 слоя стеблей в устройстве 3 без механического воздействия позволяет выделить полноценное зерно до подачи в молотильный аппарат. Этим достигается решение поставленной задачи.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению. Зерноуборочный комбайн включает жатку, наклонную камеру, устройство предварительного обмолота зерна, молотильный аппарат и ветрорешетную очистку. Устройство предварительного обмолота выполнено в виде расположенных в два яруса двух верхних и двух нижних вальцов. Под нижними вальцами расположены решето и шнек для отвода зерна. Каждый валец имеет привод вращения и включает лопасть из упругодеформируемого материала с поперечным сечением в форме логарифмической спирали. Вальцы в каждой паре вращаются в противоположные стороны, а их лопасти катятся одна по другой без скольжения. Кромки лопастей выполнены закругленной формы. Для фиксации лопастей каждый каркас вальца имеет продольный паз. Осевое перемещение лопасти вдоль паза ограничено закрепленными на торцах каркаса фланцами. Комбайн обеспечивает получение биологически ценного семенного зерна при снижении его травмирования. 7 ил.

Зерноуборочный комбайн, включающий жатку, наклонную камеру, устройство предварительного обмолота зерна в виде расположенных в два яруса двух верхних и двух нижних вальцов с расположенными под ними решетом и шнеком для отвода зерна, приемный битер, молотильный аппарат, отбойный битер, соломотряс, ветрорешетную очистку, шнеки и элеваторы, бункеры для семенного и товарного зерна, копнитель, ходовую часть и двигатель, отличающийся тем, что имеющий привод вращения каждый валец снабжен лопастью из упругодеформируемого материала, поперечному сечению лопасти придана форма логарифмической спирали, описываемой уравнением в полярных координатах:
ρ=ρ₀·q^φ/2π,
где ρ₀ - полярный радиус точки на поверхности лопасти;
q - коэффициент роста;
φ - угол поворота полярного радиуса из начального положения, в каждой паре вальцов установлены лопасти с одинаковыми логарифмическими спиралями и вращающимися в противоположные стороны вокруг своих полюсов, совмещенных с центрами осей вращения вальцов и катящимися одна лопасть по другой без скольжения, кромкам лопастей вдоль их длинной стороны придана закругленная форма, в каждом каркасе вальца выполнен продольный паз, пересекающий наружную и внутреннюю поверхности каркаса для размещения и фиксации закругленной кромки лопасти, при этом осевое перемещение лопасти вдоль паза ограничено закрепленными на торцах каркаса фланцами, смонтированными на валу вальца.