Измельчитель-разбрасыватель соломы зерноуборочного комбайна
STRAW SHREDDER-SCATTERER OF GRAIN COMBINE HARVESTER

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к измельчителям соломы, устанавливаемым на зерноуборочных комбайнах.
Известен измельчитель-разбрасыватель соломы к зерновому комбайну, выполненный из барабана с ножами, установленными от середины к концам барабана по винтовым линиям противоположного направления, между рядов которых расположены винтовые лопасти того же направления (Авторское свидетельство СССР №404443, A01F 12/40; A01F 29/00, опубл. 1973 [1]).
Недостатком данного устройства является невысокая его эффективность, вследствие несущественной высоты лопастей, ограничиваемой длиной выступающих противорежущих элементов. Этим регламентировано снижение окружной скорости рабочих поверхностей лопастей по отношению к окружной скорости торцов ножей и связанная с этим недостаточная мощность создаваемого воздушного потока. Кроме того, наличие лопастей на барабане измельчителя способствует захвату соломы в образованные карманы и протаскиванием ее, минуя растворы режущих пар "нож-противорез", что влечет нарушение технологического процесса измельчения. Также применение такого технического решения обусловливает значительные конструктивные изменения, возможные лишь в условиях специализированных производств.
Известен подборщик-измельчитель соломы, содержащий раму, на которой смонтированы подборщик, питатель, противорежущее устройство с неподвижными ножами выпуклой криволинейной формы, измельчающий ножевой барабан с ножами и лопастями, отклоненными в сторону, противоположную вращению барабана (Патент РФ №2335885, A01F 29/00; A01F 29/02, опубл. 2008 [2]).
Данное устройство позволяет снизить энергоемкость рабочего процесса и улучшить равномерность распределения соломенной резки по поверхности поля, за счет создания процесса наклонного резания волокон соломенной массы и обеспечения требуемого воздушного потока. Однако, вследствие использования выпуклой формы противорежущих ножей, увеличивается угол защемления разрезаемого материала в зазоре режущей пары, от начала к концу режущих поверхностей, что резко снижает эффективность процесса измельчения и производительность измельчителя.
Известен нож для резательных устройств, режущая кромка которого выполнена по форме логарифмической спирали, полюс которой расположен на оси вращения ножа (Авторское свидетельство СССР №1286409, B26D 1/25; B23D 35/00, опубл. 1987 [3]).
Свойство логарифмической спирали, заключающееся в постоянстве угла между радиусом и касательной к спирали по всей ее длине, обеспечивает постоянство направления вектора максимального градиента деформации разрезаемого материала. Реализация заявленных принципов работы при безподпорном резании не позволяет, однако, выполнить одно из важных положений теории подпорного резания, а именно - постоянство угла защемления материала в любой точке раствора режущей пары. Это объясняется тем, что выпуклая форма режущей кромки ножа при его вращении вокруг оси не способствует сохранению угла между касательной к спирали и лезвием контрножа от начала к концу режущей кромки.
Известен нож соломоизмельчителя, с выполненной в его передней части лопастью, расположенной перпендикулярно плоскости ножа (Патент США № US 2004/0259611, A01F 12/40, опубл. 2004 [4]).
Недостатком такого ножа является формируемый им воздушный поток, направление которого, как и траектория движения измельченных частиц при сходе с ножей измельчителя, строго параллельны оси симметрии комбайна. Это обусловливает невысокую степень равномерности распределения измельченной соломы по ширине зоны разбрасывания.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является измельчительное устройство для измельчения стеблевидного материала с примыкающим к нему разбрасывателем и способ измельчения стеблевидного материала, в котором измельчительное устройство с разбрасывателем содержит корпус, в котором установлен вращающийся ротор с закрепленными маятниковым образом, или жестко попарно, или по отдельности на крепежных серьгах, расположенными на расстоянии друг от друга скрученными измельчительными ножами, а также неподвижные, взаимодействующие с измельчительными ножами контрножи и примыкающий к выходному отверстию корпуса разбрасыватель с направляющими листами (Патент РФ №2467553, A01F 12/00; A01F 12/40, опубл. 2012 [5]).
Недостаток изобретения состоит в том, что скрученная форма ножей увеличивает общую площадь их поперечного (лобового) сечения. В свою очередь, это ведет к уменьшению рабочего зазора между ножами и неподвижными контрножами и созданию условий для забивания измельчителя, особенно при увеличенных подачах соломы. Кроме того, поворот плоскости ножа влечет изменения геометрии поперечного сечения режущей кромки из-за кинематической трансформации угла заточки лезвия, а также увеличение сопротивлений материала в рабочем зазоре режущей пары за счет действия сил трения. Все это обусловливает нарушение технологического режима измельчения.
Задачей изобретения является реализация возможностей для равномерного распределения измельченной соломы по ширине зоны разбрасывания измельчителем комбайна и снижение потребляемой при этом энергии, а также создание условий для повышения эффективности процесса резания и увеличения производительности устройства.
Технический результат состоит в достижении веерного разбрасывания измельченных частиц за счет придания им направленных импульсов удара и воздушного потока, а также обеспечении постоянного угла защемления в режущей паре "нож-противорез", на всей длине лезвия, при увеличении длины последнего, без изменения габаритных размеров ножа.
Поставленная задача и технический результат решены тем, что в измельчителе-разбрасывателе соломы зерноуборочного комбайна, состоящем из корпуса с заключенным в нем вращающимся ротором, имеющим попарно или по отдельности установленные маятниковые или жестко закрепленные с помощью крепежных серег измельчительные ножи, выполненные с монтажными отверстиями и режущими кромками и взаимодействующие с неподвижными контрножами, выполненными с режущей кромкой, и примыкающим к корпусу разбрасывателем, оснащенным направляющими листами, согласно изобретению измельчительные ножи выполнены с лопастями, расположенными между монтажным отверстием и режущей кромкой и установленными под углом к плоскости измельчительного ножа. Для каждой пары измельчительных ножей одного подвеса измельчительные ножи, расположенные со стороны периферии ротора, имеют угол установки лопасти меньше 90°, а измельчительные ножи, расположенные со стороны центра ротора, имеют угол установки лопастей больше 90° При этом лопасти пары измельчительных ножей любого подвеса расположены в единой плоскости, ориентированной от центра ротора к его периферии, за исключением измельчительных ножей подвесов, размещенных по центру ротора, для каждого из которых угол установки лопасти, по отношению к плоскости измельчительного ножа меньше 90°, причем плоскости лопастей симметричны друг другу и ориентированы в сторону от центра ротора. Кроме того, режущая кромка неподвижных контрножей выполнена вогнутой, в форме логарифмической спирали, полюс которой расположен на оси вращения ротора.
Суть заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан измельчитель-разбрасыватель соломы зерноуборочного комбайна, вид сбоку, разрез; на фиг. 2 - вид в плане на измельчитель-разбрасыватель, согласно фиг. 1, со схемой расстановки подвесов маятниковых ножей; на фиг. 3 - сечение А-А с фиг. 1 подвеса измельчительных ножей, устанавливаемых в зонах А и С ротора; на фиг. 4 - сечение А-А с фиг. 1 подвеса измельчительных ножей, устанавливаемых в зоне В ротора; на фиг. 5 - выносной вид I с фиг. 1, со схемой взаимодействия измельчительного ножа и неподвижного контрножа с вогнутой режущей кромкой в форме логарифмической спирали, полюс которой расположен на оси вращения ротора.
Измельчитель-разбрасыватель соломы зерноуборочного комбайна состоит из заключенного в корпус 1 ротора 2 с попарно или по отдельности установленными на нем с помощью крепежных серег 3 маятниковыми или жестко закрепленными измельчительными ножами 4, взаимодействующими с неподвижными контрножами 5, и разбрасывателя 6, оснащенного направляющими листами 7. Измельчительные ножи 4 имеют в передней части, между монтажным отверстием 11 и режущей кромкой 12, лопасть 8, расположенную под углом α к плоскости 9 измельчительного ножа 4. При этом для каждой пары измельчительных ножей 4 одного подвеса измельчительные ножи 4, расположенные со стороны периферии ротора 2, в зонах А и С, имеют угол установки лопасти 8 α>90°, а измельчительные ножи 4, расположенные со стороны центра ротора 2, в зоне В - угол установки лопасти 8 α<90°. Лопасти 8 каждой пары измельчительных ножей 4, установленных в зонах А и С ротора 2, расположены в единой плоскости, ориентированной от центра ротора 2 к его периферии, за исключением пар измельчительных ножей 4, установленных по центру ротора 2, в зоне В, плоскости лопастей 8 которых ориентированы в сторону, от центра ротора 2 для каждого из измельчительных ножей 4 пары, таким образом, являясь зеркальным отражением друг друга.
Использование формы логарифмической спирали с полюсом, расположенным на оси вращения ротора 2 для вогнутой режущей кромки 10 неподвижного контрножа 5, позволяет достичь следующего положительного результата.
Благодаря известному свойству логарифмической спирали, угол β между радиус-вектором , проведенным от центра вращения ротора 2 к любой точке М на линии режущей кромки 10 неподвижного контрножа 5 и касательной N-N к линии режущей кромки 10 в этой же точке, одинаков.
Так как продольная ось измельчительного ножа 4 расположена радиально, по отношению к оси вращения ротора 2 и параллельна радиус-вектору , угол χ защемления, между режущей кромкой 12 измельчительного ножа 4 и касательной к режущей кромке 10 неподвижного контрножа 5 в любой ее точке, также будет одинаков.
Измельчитель-разбрасыватель соломы зерноуборочного комбайна работает следующим образом.
Поступающая в соломоизмельчитель незерновая часть урожая захватывается маятниковыми или жестко установленными измельчительными ножами 4 и при взаимодействии с неподвижными контрножами 5 измельчается и с помощью направляющих листов 7 разбрасывателя распределяется по полю. Повышение эффективности процесса резания и увеличение производительности измельчителя достигается тем, что благодаря вогнутой режущей кромке 10 неподвижных контрножей 5, выполненной в форме логарифмической спирали, с полюсом, расположенным на оси вращения ротора 2, угол χ защемления материала в растворе режущей пары остается постоянными на всей длине режущей кромки 10 неподвижного контрножа 5. Это способствует обеспечению равного кинематического режима резания в начальной и конечной стадии процесса. Увеличенная длина криволинейной поверхности режущей кромки 10 неподвижного контрножа 5, кроме того, способствует более полному использованию технологического потенциала режущей пары.
Лучшее распределение измельченной соломы за комбайном достигается тем, что лопасти 8 маятниковых или жестко закрепленных измельчительных ножей 4, ориентирование плоскостей которых направлено в сторону от центра ротора 2 формируют направленные воздушные потоки, которые в сочетании с направляющими листами 7 разбрасывателя 6 способствуют равномерной укладке измельченной массы по всей ширине полосы.
Предлагаемый измельчитель-разбрасыватель соломы зерноуборочного комбайна обеспечивает следующие преимущества перед известным оборудованием:
- снижается степень неравномерности распределения измельченной соломы без нарушения кинематики процесса резания;
- снижаются затраты энергии на разбрасывание измельченной соломы, за счет формируемых мощных воздушных потоков направленного действия;
- повышается эффективность процесса резания, что дает возможность повысить производительность измельчителя, при любом способе крепления измельчительных ножей;
- предлагаемое техническое решение не влечет серьезных изменений конструкции, а доработка его рабочих органов возможна в условиях любой механической мастерской и не требует дополнительных материалов.