СПОСОБ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ОБМОЛОТА КОЛОСЬЕВ И МОЛОТИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR PNEUMATIC THRESHING OF HEADS AND THRESHING DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, в частности к способам обмолота зерновых колосовых культур и молотильно-сепарирующим устройствам для обмолота отдельных колосьев при селекционных работах.
Из уровня техники известны способы обмолота колосьев зерновых культур, заключающиеся в том, что барабан молотильного устройства, вращаясь, своими рабочими органами, например бичами, ударяет по колосьям, захватывает их и протягивает в зазоре между барабаном и подбарабаньем (декой), в результате чего происходит выделение зерен из колосьев, которые проходят через решетку подбарабанья, а сепарация половы производится путем воздействия на нее потока воздуха, создаваемого вентилятором.
Недостатком этих способов обмолота колосьев является высокий уровень травмирования зерен, обусловленный непосредственным ударным воздействием на них рабочих органов барабана молотильного устройства.
Для преодоления указанного выше недостатка были предложены известные из уровня техники различные способы обмолота, исключающие непосредственное ударное воздействие рабочих органов на зерна. Эти способы обмолота включают загрузку колосьев в молотильную камеру, создание в ней вихревого воздушного потока, вращение колосьев воздушным потоком, вызывающее их соударение о внутреннюю поверхность молотильной камеры и друг о друга и контактное взаимодействие, приводящее к выделению из колосьев зерен, а также сепарацию зерна и половы.
В частности, известен способ обмолота колосьев (патент на изобретение SU 1160986 А, заявл. 19.08.83, опубл. 15.06.85), включающий их подачу в обмолачивающий орган и отбор легких и тяжелых продуктов обмолота, причем, с целью интенсификации технологического процесса и снижения травмирования зерна, в качестве обмолачивающего органа используют вихревую трубу, в которой создают вращающийся пневмопоток.
Недостатком данного способа обмолота является высокий уровень травмирования зерна в результате ударных воздействий при столкновении зерен с внутренней поверхностью корпуса молотильной камеры и друг с другом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению в части способа является способ обмолота и очистки зерна (патент на изобретение RU 2269887, заявл. 26.01.2004, опубл. 20.02.2006), включающий подачу исходного материала в вихревую трубу, вращение его воздушным потоком и обмолот в вихревой трубе, очистку зерна и отвод побочных продуктов обмолота, отличающийся тем, что загрузку исходного материала, обмолот, очистку зерна и отвод побочных продуктов обмолота осуществляют непрерывно в течение технологического процесса, причем подачу исходного материала в вихревую трубу производят с начальной скоростью, близкой по направлению к скорости подаваемого в вихревую трубу воздушного потока, а полный обмолот зерна осуществляют посредством циркуляции материала в вихревой трубе с разделением на составные части материала обмолота по скорости витания.
Недостатком данного способа обмолота является высокий уровень травмирования зерна вследствие ударных воздействий при столкновении зерен с внутренней поверхностью корпуса молотильной камеры и друг с другом, и частичное дробление зерен, причиной чего служит явление каскадного ударного дробления зерен в результате серии их последовательных соударений на высокой постоянной скорости.
Из уровня техники известны молотильные устройства для обмолота колосьев ударным воздействием рабочих органов.
В частности, известно молотильно-очистительное устройство для селекционных работ (патент на изобретение RU 2668424, заявл. 15.12.2017, опубл. 01.10.2018), включающее загрузочный лоток, молотильную камеру, разгрузочную камеру, пневмосепарирующий канал, осадочную камеру, вентилятор, лотки для сбора разделенных фракций. Оно снабжено остеотделителем и устройством очистки отработанного воздуха, в пневмосепарирующем канале, разделенном на очистительную и сортировальную секции, размещена наклонная поддерживающая сетка, а осадочная камера разделена на секции выделенных примесей и отсортированных семян.
Недостатком данного изобретения является достаточно высокий уровень травмирования зерен, обусловленный непосредственным ударным воздействием на них подвижных рабочих органов в молотильной камере устройства.
Для преодоления указанного выше недостатка были предложены известные из уровня техники различные газодинамические (пневматические) молотильные устройства, в которых рабочим органом является ротор с лопастями, создающий поток воздуха, воздействующий на колосья и вызывающий их соударение о внутреннюю поверхность молотильной камеры и друг о друга, приводящее к выделению зерен.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению в части устройства является молотильное устройство для селекционных работ (патент на полезную модель RU 195355, заявл. 12.08.2019, опубл. 23.01.2020), включающее цилиндрический корпус, в котором установлены лопасти с возможностью вращения, образуя зазор с корпусом, причем профиль внутренней боковой поверхности цилиндрического корпуса представляет собой периодическое чередование выступов и впадин, а зазор между краем лопасти и выступом внутренней боковой поверхности цилиндрического корпуса 15…25 мм.
Достоинством данной полезной модели является значительное снижение травмирования зерен в результате замены ударного действия на них рабочих органов на контактное воздействие, заключающееся в перекатывании колоса по поверхности деки молотильного устройства под действием повышенного давления воздуха, создаваемого лопастями ротора, выполняющего функцию вентилятора.
Недостатком данной полезной модели является травмирование части зерен в результате ударного воздействия при случайном соприкосновении с вращающимися лопастями ротора, создающими воздушный поток. Таким образом, это техническое решение не обеспечивает полной замены травмирующего ударного воздействия на колос и содержащиеся в нем зерна на не-травмирующее контактное.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение травмирования зерен и предотвращение их дробления при обмолоте колосьев зерновых культур в ходе селекционных работ.
Для решения поставленной задачи предлагается молотильное устройство, характеризующееся тем, что включает цилиндрический корпус, на внутренней боковой поверхности которого размещена дека, поверхность которой имеет волнообразный профиль, ротор с лопастями, загрузочный бункер и решето, расположенное в нижней части цилиндрического корпуса, под которым расположена разгрузочная камера с выгрузным отверстием для зерна, при этом ротор с лопастями размещен вне цилиндрического корпуса, с которым соединен посредством воздуховода, совмещенного с загрузочным бункером, а на участке воздуховода между цилиндрическим корпусом и загрузочным бункером расположен блок заслонок, при этом воздуховод на участке от блока заслонок до цилиндрического корпуса разделен находящимися на равном расстоянии друг от друга вертикальными стенками на каналы, а блок заслонок состоит из расположенной на равном расстоянии от его боковых стенок вертикальной стенки и двух вращающихся заслонок, каждая их которых состоит из вертикальной оси и жестко закрепленных на ней трех заслонов, которые имеют форму, совпадающую с формой сечения каналов.
Для решения поставленной задачи предлагается также способ пневматического обмолота колосьев, реализуемый с использованием молотильного устройства, включающий непрерывно осуществляемые подачу колосьев в молотильную камеру в направлении и со скоростью, совпадающими с направлением и скоростью воздушного потока, вращение их воздушным потоком и обмолот посредством циркуляции в молотильной камере, выделение зерна и отвод побочных продуктов обмолота, при этом скорость вращающегося воздушного потока в молотильной камере изменяют посредством открытия и закрытия каналов в воздуховоде, а обмолот колосьев производят их контактным взаимодействием с волнистой поверхностью деки в ходе циркуляции в молотильной камере.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 показана схема реализации способа пневматического обмолота колосьев посредством молотильного устройства.
На фиг. 2 показан общий вид молотильного устройства.
На фиг. 3 показан фронтальный вид молотильного устройства.
На фиг. 4 показан внешний вид совмещенного с загрузочным патрубком воздуховода молотильного устройства.
На фиг. 5 показан внутренний вид совмещенного с загрузочным патрубком воздуховода молотильного устройства.
На фиг. 6 показан внутренний вид молотильной камеры молотильного устройства.
На фиг. 7 показана схема работы блока заслонок, совмещенного с загрузочным патрубком воздуховода молотильного устройства.
Молотильное устройство для осуществления предлагаемого способа пневматического обмолота колосьев включает цилиндрический корпус 1, содержащий молотильную камеру 2 и ротор 3 с лопастями, в качестве которого использован радиальный нагнетательный вентилятор, размещенный вне цилиндрического корпуса 1 (фиг. 1, 2, 3). Ротор 3 и цилиндрический корпус 1 сообщаются через воздуховод 4, совмещенный с загрузочным патрубком.
Воздуховод 4, совмещенный с загрузочным патрубком, сообщается с загрузочным бункером 5, снабженным заслонкой 6 для регулирования поступления в него колосьев (фиг. 2, 3).
Воздуховод 4 имеет прямоугольное сечение (фиг. 2, 3). На участке воздуховода 4 между цилиндрическим корпусом 1 и загрузочным бункером 5 расположен блок заслонок 7. Воздуховод 4 на участке от блока заслонок 7 до цилиндрического корпуса 1 (фиг. 1, 2) разделен находящимися на равном расстоянии друг от друга вертикальными стенками 8 на четыре канала 9 (фиг. 4, 5).
Блок заслонок 7 включает расположенную на равном расстоянии от его боковых стенок вертикальную стенку 10 и две вращающиеся заслонки 11 (фиг. 5, 7). Вращающаяся заслонка 11 состоит из вертикальной оси 12 и жестко закрепленных на ней трех заслонов 13. Заслоны 13 имеют форму, совпадающую с формой сечения каналов 9. Заслоны 13 размещены на вертикальной оси 12 таким образом, что один из них образует с двумя соседними угол 90°, а каждый из остальных образует с одним из соседних угол 90°, а с другим - 180° (фиг. 7). Каждая из вращающихся заслонок 11 повернута относительно другой на 90°. Вертикальные оси 12 вращающихся заслонок 11 размещены на равном расстоянии от боковых стенок блока заслонок 7 и вертикальной стенки 10. Выступающие из воздуховода 4 части вертикальных осей 12 вращающихся заслонок 11 соединены с ведомыми звездочками 14, являющимися частью цепной передачи 15 (фиг. 4). Частью цепной передачи 15 является вал 16, на концах которого размещены звездочки 17, одна из которых является ведущей для цепной передачи 15, а другая - ведомой для цепной передачи (на фиг. не показана), передающей вращательный момент от вала 18 мотор-редуктора 19.
На внутренней боковой поверхности цилиндрического корпуса 1 размещена дека 20, изготовленная из полимерного материала. Поверхность деки 20 имеет волнообразный профиль.
Внутри цилиндрического корпуса 1 в молотильной камере 2 на горизонтальной оси 21 установлено мотовило 22 с возможностью вращения (фиг. 1, 2, 6). Мотовило 22 образовано шестью планками 23, которые прикреплены к фланцам 24 при помощи лучей 25, закрепленных на горизонтальной оси 21 (фиг. 2, 6). Мотовило 22 образует зазор с цилиндрическим корпусом 1 и декой 20. На выступающей из цилиндрического корпуса 1 части горизонтальной оси 21 установлен шкив ременной передачи, оснащенной тормозом (на фиг. не показаны).
Верхняя часть цилиндрического корпуса 1 имеет загрузочный патрубок, совмещенный с воздуховодом 4 (фиг. 2, 3). В нижней части цилиндрического корпуса 1 под молотильной камерой 2 установлено решето 26 (фиг. 1), под которым находится разгрузочная камера 27 для сбора обмолоченного зерна, оканчивающаяся выгрузным отверстием для зерна 28. На боковой стороне цилиндрического корпуса 1, противоположной деке 19, имеется выгрузная горловина для побочных продуктов обмолота 29.
Цилиндрический корпус 1, ротор 3 и другие узлы молотильного устройства размещены на станине 30.
Предлагаемый способ пневматического обмолота колосьев осуществляют в следующей последовательности (фиг. 1). Срезанные колосья непрерывно загружают в молотильную камеру 2 молотильного устройства в направлении и со скоростью, совпадающими с направлением и скоростью воздушного потока. В молотильной камере воздушный поток и перемещаемые им колосья приобретают вращательное направление движения. Скорость вращающегося воздушного потока и перемещаемых им колосьев в молотильной камере изменяют посредством открытия и закрытия заслонками каналов в воздуховоде. Обмолот колосьев производят их контактным взаимодействием с волнистой поверхностью деки 20 в ходе циркуляции в молотильной камере 2. При увеличении скорости воздушного потока происходит контактное взаимодействие колосьев с волнистой поверхностью деки 20, а при уменьшении скорости - их отдаление от нее. В результате происходит выделение зерен из колосьев. Затем при помощи воздушного потока выполняют отвод побочных продуктов обмолота из молотильной камеры.
Молотильное устройство работает следующим образом (фиг. 1). Срезанные колосья зерновых культур поступают в загрузочный бункер 5, из которого под действием силы тяжести транспортируются в загрузочный патрубок, служащий также воздуховодом 4, где подхватываются создаваемым ротором 3 воздушным потоком, приобретая его скорость и направление. Количество загружаемых в загрузочный патрубок 4 колосьев регулируется изменением положения заслонки 6 бункера 5. Попадающие по воздуховоду 4 в блок заслонок 7 колосья направляются потоком воздуха в один из открытых в данный момент каналов 9 воздуховода 4.
Блок заслонок 7 работает следующим образом. Вал 18 мотор-редуктора 19 через закрепленную на его конце звездочку посредством цепной передачи приводит во вращение верхнюю звездочку 17 вала 16, который передает вращение на нижнюю звездочку 17 (фиг. 4). Звездочка 17 приводит в движение цепную передачу 15, которая через свои ведомые звездочки 14 вращает вертикальные оси 12 вращающихся заслонок 11. Благодаря этому изменение положения вращающихся заслонок 11 выполняется синхронно. При вращении вертикальной оси 12 поворачиваются и жестко закрепленные на ней заслоны 13 (фиг. 7). Вращение вращающихся заслонок 11 производится против часовой стрелки. При вращении вертикальной оси 12 заслоны 13, имеющие форму, совпадающую с формой сечения каналов 9, периодически открывают или закрывают каналы 9 воздуховода 4 таким образом, что в данный момент времени открыт один канал, а остальные три закрыты. Порядок открытия каналов 9 воздуховода 4 следующий (фиг. 7): I-III-II-IV. При открытии и закрытии каналов 9 происходит периодическая пульсация воздушного потока, под действием которой в молотильной камере 2 происходит сближение колосьев с декой 20 и их отдаление от нее (фиг. 1).
Из открытого канала 9 воздуховода 4, совмещенного с загрузочным патрубком, колосья с потоком воздуха попадают в молотильную камеру 2, где воздушный поток приобретает вращательное направление движения в соответствии с формой цилиндрического корпуса 1 (фиг. 1). Колосья увлекаются потоком воздуха во вращательное движение вдоль внутренней боковой поверхности цилиндрического корпуса 1, на которой размещена дека 20.
Обмолот колосьев происходит при их периодическом контактном взаимодействии с декой 20, осуществляемом под действием пульсирующего потока воздуха, создаваемого при периодическом открытии и закрытии каналов 9 воздуховода 4 вращающимися заслонками 11. Движущийся воздушный поток создает повышенное давление воздуха, под действием которого колосья прижимаются к деке 20, одновременно передвигаясь вдоль нее. При этом происходит контактное взаимодействие колоса с волнообразной поверхностью деки 20, в результате которого происходит разрушение связей зерен с колосом и выделение их из него. При периодическом закрытии каналов 9 воздуховода 4 происходит снижение давления воздуха и скорости воздушного потока. При снижении давления воздуха и скорости воздушного потока колосья отдаляются от поверхности деки 20. Периодическое чередование действия повышенного и пониженного давления воздуха на колосья и изменение скорости воздушного потока при движении колосьев вдоль деки 20, сопровождающееся, соответственно, их периодическим контактным взаимодействием с декой 20 и отдалением от нее, приводит к разрушению колоса и выделению из него всех зерен. Вымолоченное зерно под действием воздушного потока и силы тяжести перемещается на решето 26 и через его отверстия под действием силы тяжести самотеком поступает в разгрузочную камеру 27, а затем в выгрузной патрубок 28, по которому выводится за пределы молотильного устройства.
Воздушный поток, воздействуя на планки 23, приводит во вращательное движение мотовило 22 (фиг. 1). Благодаря тому, что горизонтальная ось 21 мотовила 22 через размещенный на ней шкив соединена с оснащенной тормозом ременной передачей (на фиг. не показаны), обеспечивается вращение мотовила 22 с постоянной скоростью. Мотовило 22 своим вращательным движением стабилизирует воздушный поток, обеспечивая перемещение колосьев вдоль деки 20 с достаточной для выделения зерен скоростью и препятствуя отдалению не полностью обмолоченных колосьев от деки 20 и их преждевременному попаданию на решето 26 (фиг. 1).
Образующиеся при обмолоте колосьев побочные продукты под действием воздушного потока и силы тяжести перемещаются в нижнюю часть молотильной камеры 2. Планки 23 мотовила 22 и поток воздуха перемещают их вдоль решета 26 в выгрузную горловину 29, по которой они вместе с воздушным потоком выводятся за пределы молотильного устройства, где осаждаются в рукавном фильтре (на фиг. не показан).
Благодаря предусмотренной согласно предлагаемому способу подаче колосьев в молотильную камеру в направлении и со скоростью, совпадающими с направлением и скоростью воздушного потока, повышается эффективность обмолота, так как не требуется время на разгон колосьев до необходимой скорости, благодаря чему процесс обмолота может быть начат сразу же после поступления колоса в молотильную камеру.
Снижение травмирования зерен и предотвращение их дробления при обмолоте колосьев согласно предлагаемому способу достигается тем, что благодаря периодическому уменьшению скорости воздушного потока предотвращается возникновение явления каскадного ударного дробления зерен в результате серии их последовательных соударений, имеющего место при высокой постоянной скорости вихревого воздушного потока.
Снижение травмирования зерен при обмолоте колосьев согласно предлагаемому способу достигается также тем, что движущиеся в молотильной камере колосья и содержащиеся в них зерна соприкасаются не с гладкой, а с волнистой внутренней поверхностью корпуса, что снижает ударное воздействие.
Снижение травмирования зерен при обмолоте колосьев в предлагаемом молотильном устройстве достигается тем, что исключается непосредственное травмирующее ударное воздействие на них рабочих органов, в данном случае лопастей ротора, во время их нахождения в молотильной камере.
Размещение ротора с лопастями, создающими воздушный поток, вне молотильной камеры предлагаемого устройства обосновано тем, что это предотвращает повреждение зерен в результате ударного воздействия при их случайном контакте с движущимися лопастями. В отличие от лопастей ротора, планки мотовила имеют значительно меньшую площадь, а само мотовило вращается со значительно меньшей скоростью, в результате чего случайные столкновения зерен с планками мотовила происходят значительно реже и не приводят к их травмированию.
В конструкции предлагаемого молотильного устройства разделение совмещенного с загрузочным патрубком воздуховода на каналы, снабженные вращающимися заслонками, обосновано тем, что благодаря этому создается пульсация воздушного потока, вызывающая периодическое изменение его скорости и обеспечивающая эффективное периодическое контактное взаимодействие колоса и деки, приводящее к выделению из него зерен.
Применение предлагаемого изобретения позволит снизить травмирование и исключить дробление зерен колосовых культур при обмолоте отдельных колосьев, что особенно важно при селекционных работах, так как позволит увеличить выход ценного семенного материала.