Смеситель семян мелкосеменных культур

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к устройствам для смешивания семян мелкосеменных культур, и может быть использована на предприятиях для подготовки высококачественных посевных смесей.
Возделывание смесей сельскохозяйственных растений имеет важное значение в процессе повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий. Особую ценность смешанные посевы имеют в кормопроизводстве, когда требуется получить высококачественный растительный корм, сбалансированный по основным питательным веществам. Вместе с тем, процесс смешивания посевного материала для смесей довольно трудоемок и зачастую выполняется вручную, что требует разработки эффективных и конструктивно доступных смесителей. Наибольшую сложность представляет смешивание семян мелкосеменных культур, в частности кормовых травосмесей, отличающихся незначительными размерами, и вследствие чего меньшими по весу, но большими по количеству нормами высева, что предъявляет более высокие требования к качеству приготовленной для посева смеси.
Известен ряд смесителей, предназначенных для смешивания сыпучих материалов (А.с. СССР №919889, кл. В28С 3/00, 1980; Ах. СССР №1579545, кл. B01F 3/00, 1990; патент на ПМ №130518, B01F 7/16, 2013; патент РФ №2616709, B01F 7/16, 2016), содержащих корпус с загрузочными и разгрузочным патрубками, установленный в нем с возможностью вращения смешивающий рабочий орган и привод вращательного движения рабочего органа.
Известные технические решения направлены на повышение качества получаемой смеси, сокращение времени смешивания, снижение энергозатрат и упрощение конструкции. К основным недостаткам известных смесителей применительно к приготовлению смеси семян мелкосеменных культур следует отнести зачастую невысокое качество смешивания семян, обусловленное конструкцией смешивающего рабочего органа, и периодический режим работы смесителя, вызванный невозможностью самоочистки корпуса смесителя по окончании технологического цикла смешивания партии семян, особенно при перемешивании их малых порций, следствием чего являются невысокая его производительность и значительные энергетические затраты на единицу массы перерабатываемого сыпучего материала.
Известен смеситель семян мелкосеменных культур (А.с. СССР №900845, кл. B01F 7/16, 1980), содержащий основание, вертикально установленный конический корпус с загрузочными и разгрузочным патрубками, установленный в нем наклонно с возможностью вращения относительно своей оси и вертикальной оси корпуса шнек и привод вращательного движения. С целью обеспечения полной самоочистки корпуса от приготовленной смеси конический корпус выполнен из двух частей - нижней и верхней, при этом нижняя часть соединена с верхней посредством направляющих и подпружинена относительно нее, на верхней части смонтирован рычаг для отвода нижней части.
Недостатками известного смесителя семян мелкосеменных культур является сложность конструкции, обусловленная совокупностью применяемых конструктивных элементов смесителя вследствие разных углов естественного откоса у различных семян сельскохозяйственных растений, и вытекающие отсюда периодический режим его работы и избыточные энергетические затраты на единицу массы перерабатываемого семенного материала. Кроме того, следует отметить невысокое качество перемешивания семян мелкосеменных культур, обусловленное конструкцией перемешивающего рабочего органа.
Наиболее близким по конструкции к заявленному является смеситель (патент РФ №2544681, кл. B01F 7/16, 2013, прототип), содержащий основание, вертикально установленный конический корпус с загрузочными и разгрузочным патрубками, установленный в нем наклонно с возможностью вращения относительно своей оси и вертикальной оси корпуса рабочий орган, и привод вращательного движения. Рабочий орган выполнен в виде витой цилиндрической пружины растяжения-сжатия, внутренний диаметр пружины равен внутреннему диаметру разгрузочного патрубка, к которому жестко прикреплены нижние витки пружины, верхние витки пружины смонтированы на цилиндрическом фланце диаметром, равным наружному диаметру пружины, фланец установлен с возможностью свободного вращения относительно оси рабочего органа, приводной вал которого выполнен изогнутым, причем верхняя часть вала соосна с коническим корпусом, а нижняя часть вала перпендикулярна образующей конического корпуса.
Известный смеситель предназначен для смешивания сыпучих материалов с целью усреднения готовых партий сыпучих материалов, имеющих вероятностное распределение характерных свойств, с целью получения общей серии с усредненными, однородными свойствами в объеме всей серии и может быть использован в сельскохозяйственном производстве, пищевой, комбикормовой, химической промышленности, производстве строительных материалов. При использовании данного смесителя для смешивания семян сельскохозяйственных растений, в частности мелкосеменных культур, следует отметить невысокое качество перемешивания семян мелкосеменных культур из-за хаотичного и непредсказуемого движения пружинного шнека в ходе работы, изменяемое в зависимости от характеристик перемешиваемой массы. Низкое качество перемешивания семян мелкосеменных культур является неприемлемым условием при подготовке поливидовых смесей, следствием чего является неравномерность распределения семян поливидовых смесей по поверхности поля и пространственного размещения растений, невысокая урожайность и качество полученной продукции. Невозможность самоочистки корпуса смесителя из-за разных углов естественного откоса у различных сыпучих материалов после окончания технологического цикла смешивания вызывает необходимость подготовки смесителя к следующему технологическому циклу, в основе которого лежит периодический режим его работы, что снижает производительность смесителя.
Задачей полезной модели является создание смесителя семян мелкосеменных культур, обеспечивающего равномерное смешивание посевного материала с самоочисткой корпуса смесителя от подготовленной поливидовой смеси по окончании технологического цикла.
Технический результат от решения поставленной задачи заключается в качественной подготовке поливидовых смесей к посеву. Результат проявляется в повышении урожайности и качества продукции смешанных посевов мелкосеменных культур вследствие более эффективного пространственного размещения растений. Благодаря самоочистке смесителя мелкосеменных культур от подготовленной в нем поливидовой смеси, исключены необходимость периодического режима работы смесителя, что повышает его производительность, а также избыточные энергетические затраты на единицу массы перерабатываемого семенного материала, что снижает себестоимость производимой продукции.
Поставленная полезной моделью задача решена тем, что заявлен смеситель семян мелкосеменных культур, содержащий вертикально установленный на основании корпус в виде усеченного конуса с загрузочными и разгрузочным патрубками, установленную в нем наклонно с возможностью вращения относительно своей оси и вертикальной оси корпуса витую цилиндрическую пружину, нижние витки которой установлены в разгрузочном патрубке, верхние ее витки жестко закреплены на цилиндрическом фланце диаметром, равным наружному диаметру пружины и установленном на приводном валу с возможностью свободного вращения относительно оси витой цилиндрической пружины, при этом приводной вал витой цилиндрической пружины выполнен изогнутым, причем его верхняя часть соосна с коническим корпусом, а нижняя часть приводного вала перпендикулярна образующей конического корпуса, и привод. Сквозь витую цилиндрическую пружину пропущен поддерживающий трос, длина которого L равна:
L=2(R+r),
где R - радиус большего основания усеченного конуса, в виде которого выполнен корпус смесителя;
r - радиус меньшего основания усеченного конуса, в виде которого выполнен корпус смесителя,
при этом верхний конец поддерживающего троса жестко закреплен на цилиндрическом фланце. Разгрузочный патрубок выполнен в виде цилиндрического корпуса, в нижней части жестко соединенного с выгрузным конусом, образующая которого параллельна образующей конической поверхности корпуса смесителя, при этом цилиндрический корпус и выгрузной конус разделены между собой днищем, по оси симметрии которого установлен двухрядный самоустанавливающийся подшипник закрытого типа, на котором посредством конического кожуха закреплены нижние витки цилиндрической пружины и нижний конец поддерживающего троса, причем днище снабжено разгрузочными окнами и регулирующей их размер заслонкой. Угол наклона образующей конической поверхности корпуса смесителя к нижнему его основанию равен 138°, а ведомая звездочка, установленная на приводном валу витой цилиндрической пружины с поддерживающим тросом, выполнена в форме эллипса. Корпус смесителя снабжен прозрачным уровнемером, выполненным на его боковой поверхности параллельно образующей конического корпуса. Привод вращательного движения рабочего органа снабжен предохранительной муфтой.
Заявленный смеситель семян мелкосеменных культур обеспечивает равномерное смешивание посевного материала, благодаря конструкции рабочего органа, выполненного в виде витой цилиндрической пружины с протянутым сквозь нее поддерживающим тросом определенной длины L, равной L=2(R+r), где R - радиус большего основания усеченного конуса, r - радиус меньшего его основания, в виде которого выполнен корпус смесителя. Наличие поддерживающего троса в конструкции рабочего органа позволяет осуществлять не только интенсивное, но и контролируемое перемешивание семян мелкосеменных культур.
Форма ведомой звездочки в виде эллипса, установленной на приводном валу рабочего органа - витой цилиндрической пружины с поддерживающим тросом, позволяет сообщать ему дополнительный рывковый импульс при ее вращении, что встряхивает перемешиваемую массу, способствуя ее равномерному перемешиванию и самоочистке корпуса смесителя от подготовленной в нем поливидовой смеси.
Нижний подвижный узел рабочего органа, выполненный в виде двухрядного самоустанавливающегося подшипника закрытого типа, установленного в днище, позволяет увеличить колебательную амплитуду воздействия витой цилиндрической пружины на семенной материал, создавая дополнительные усилия при смешивании семенного материала и повышая при этом качество выполнения технологического процесса его смешивания, особенно при перемешивании их малых порций.
В основе осуществления процесса самоочистки корпуса смесителя, выгрузного конуса и других поверхностей рабочих органов смесителя заложен принцип максимального угла естественного откоса семян, равного для мелкосеменных культур 42° (НТП 16-93 Нормы технологического проектирования предприятий послеуборочной обработки и хранения продовольственного фуражного зерна и семян зерновых, зернобобовых, масличных культур и трав. Дата введения: 1.01.1994).С учетом данного принципа разработана конструкция корпуса смесителя, выгрузного конуса и конического кожуха.
Оптимальное взаимное конструктивное решение рабочего органа смесителя, его корпуса, выгрузного патрубка и приводного вала с ведомой звездочкой позволяет создать смеситель мелкосеменных культур, обеспечивающий равномерное смешивание посевного материала при любых порциях его компонентов с возможностью самоочистки корпуса смесителя от подготовленной в смесителе поливидовой смеси по окончании технологического цикла.
Полезная модель иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 изображен смеситель семян мелкосеменных культур, общий вид, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1.
Смеситель семян мелкосеменных культур состоит из корпуса 1, представляющего собой вертикально установленный усеченный конус меньшим основанием вниз. В верхнем основании корпуса 1 установлена крышка 2 с загрузочными патрубками 3 и приводом 4 вращательного движения рабочего органа с предохранительной муфтой 5. Привод 4, на оси которого установлена ведущая звездочка (не показано), при помощи цепной передачи соединен с ведомой звездочкой 6 через конический редуктор (не показано), выполненной в форме эллипса, что дает дополнительный рывковый импульс на рабочий орган при ее вращении, позволяющий встряхивать перемешиваемую массу. Ведомая звездочка 6 установлена на приводном валу 7 рабочего органа. Приводной вал 7 выполнен изогнутым, причем верхняя часть его соосна с коническим корпусом 1, а нижняя часть приводного вала 7 перпендикулярна образующей 8 конического корпуса 1, что позволяет максимально использовать объем корпуса 1 смесителя. Верхняя часть приводного вала 7 установлена в подшипниках 9 крепления вала, нижняя часть приводного вала 7 - на втулке однорядного подшипника 10, установленного на цилиндрическом фланце 11. Образующая 8 конического корпуса 1 равно как боковая стенка корпуса 1 смесителя составляет с нижним его основанием угол 138°, который задан, исходя из условия максимального угла естественного откоса, равного для мелкосеменных культур 42° (НТП 16-93 Нормы технологического проектирования предприятий послеуборочной обработки и хранения продовольственного фуражного зерна и семян зерновых, зернобобовых, масличных культур и трав. Дата введения: 1.01.1994), что обеспечивает полную очистку стенок корпуса 1 от семенной смеси и чистовую выгрузку даже самых малых порций семенного материала. Корпус 1 смесителя снабжен прозрачным уровнемером 12, выполненным на его боковой поверхности параллельно образующей 8 конического корпуса.
В нижней части конического корпуса 1 по оси его симметрии установлен сопряженный с ним разгрузочный патрубок 13, имеющий цилиндрический корпус, и жестко соединенный с ним выгрузной конус 14, образующая 15 которого параллельна образующей 8 конической поверхности корпуса 1. Разгрузочный патрубок 13 и выгрузной конус 14 разделены между собой днищем 16, установленным на опорах (не показано), по оси симметрии которого установлен двухрядный самоустанавливающийся подшипник закрытого типа 17. Известно, что особенность конструкции такого подшипника обеспечивает самоустанавливаемость подшипника, позволяя ему воспринимать угловые перекосы вала относительно корпуса. Такие подшипники особенно удобны в узлах, где возможны значительные изгибы вала или различные перекосы. Кроме того, самоустанавливающиеся шарикоподшипники имеют самый низкий коэффициент трения из всех подшипников качения, благодаря чему они слабо подвержены нагреву даже при вращении с высокими скоростями (ru.wikipedia.org. Подшипник). Днище 16 снабжено разгрузочными окнами 18 и регулирующей их размер заслонкой 19 с рычагом 20.
Рабочий орган смесителя выполнен в виде витой цилиндрической пружины (далее пружина) 21, снабженной поддерживающим тросом 22, протянутым сквозь пружину 21. Длина L поддерживающего троса 22 равна:
L=2(R+r),
где R - радиус большего основания усеченного конуса, в виде которого выполнен корпус 1 смесителя;
r - радиус меньшего основания усеченного конуса, в виде которого выполнен корпус 1 смесителя,
получена расчетным путем и подтверждена экспериментально, учитывая максимальный угол естественного откоса для мелкосеменных культур 42°, что положено в основу создания конструкции корпуса 1 смесителя, и условия движения поддерживающего троса 22 с охватывающей его витой цилиндрической пружиной 21 по траектории, отстоящей от боковых стенок корпуса 1 не менее радиуса витка пружины 21 с целью исключения травмирования семенного материала.
Верхние витки пружины 21 и верхняя часть поддерживающего троса 22 закреплены на цилиндрическом фланце 11, который установлен на нижнем конце изогнутого вала 7 посредством однорядного подшипника 10. Нижние витки пружины 21 и нижняя часть поддерживающего троса 22 закреплены внутри конического кожуха 23, который установлен на втулке двухрядного самоустанавливающегося подшипника закрытого типа 17.
Такое крепление рабочего органа в виде витой цилиндрической пружины 21 с поддерживающим тросом 22 позволяет совершать ему сложное движение: вращательное движение вокруг собственной оси и вращательное движение вокруг оси симметрии конического корпуса 1. А выполнение ведомой звездочки 6 в форме эллипса дает дополнительный рывковый импульс на рабочий орган при ее вращении, позволяющий встряхивать перемешиваемую массу. Корпус 1 смесителя установлен на основании 24.
Смеситель семян мелкосеменных культур работает следующим образом.
При закрытых разгрузочных окнах 18 корпус 1 смесителя через загрузочные патрубки 3 заполняют семенами мелкосеменных культур. Визуальный контроль осуществляют через прозрачный уровнемер 12. При включении привода 4 вращательного движения с предохранительной муфтой 5 при помощи цепной передачи и ведомой звездочки 6 приводится во вращение приводной вал 7 рабочего органа. Дугообразно изогнутая витая цилиндрическая пружина 21 с поддерживающим тросом 22 начинает совершать сложное движение: вращательное вокруг собственной оси симметрии и вращательное вокруг оси симметрии конического корпуса 1. Кроме того, она получает дополнительный рывковый импульс при вращении ведомой звездочки 6, позволяющий встряхивать перемешиваемую массу. Благодаря сквозному вращательному прохождению пружины 21 с поддерживающим тросом 22 сквозь тело загруженной семенной массы, обеспечивается интенсивное перемешивание семенного материала. В процессе вращения вследствие большего сопротивления в верхних слоях пружина 21 может поддаваться незначительному раскручиванию, но не растягиванию, благодаря поддерживающему тросу 22. В результате продолжается равномерное и интенсивное перемешивание семенного материала без изменения силы воздействия на него со стороны пружины 21. Поддерживающий трос 22, благодаря его расчетной длине, контролирует траекторию движения пружины 21, обеспечивая упорядоченное ее движение без травмирования семенного материала и ослабления силы воздействия на него.
Нижний подвижный узел рабочего органа, выполненный посредством двухрядного самоустанавливающегося подшипника закрытого типа 17, установленного в днище 16, позволяет увеличить колебательную амплитуду воздействия пружины 21 на семенной материал, создавая дополнительные усилия при смешивании семенного материала и повышая при этом качество выполнения технологического процесса его смешивания. Частота вращения рабочего органа, выполненного в виде пружины 21 с поддерживающим тросом 22, для разных семян может регулироваться как посредством выбора режима работы привода 4, так и за счет установки на приводном валу 7 разных по количеству зубьев ведомых звездочек 6. Выполнение ведомой звездочки 6 с разным количеством зубьев в форме эллипса дает более интенсивное перемешивание семенной массы с переменной амплитудой встряхивания. В случае уплотнения семенной массы ввиду повышенной влажности материала или иных причин, вызывающих избыточное сопротивление рабочему органу смесителя, срабатывает предохранительная муфта 5 привода 4, препятствуя разрушению рабочего органа.
После завершения процесса перемешивания производится выгрузка смеси семян из разгрузочного патрубка 13 через окна 18, размер которых регулируется заслонкой 19 посредством рычага 20. Собираясь в общий поток в выгрузном конусе 14, смесь семян направляется в мешкотару. Семенная масса беспрепятственно сходит со стенок корпуса 1 смесителя, конического кожуха 23 и выгрузного конуса 14, обеспечивая полную очистку смесителя от семенной массы и чистовую выгрузку даже самых малых порций семенного материала, благодаря выполнению всех скользящих поверхностей рабочих органов смесителя под углом, учитывающим максимальный угол естественного откоса семян, равный 42°.
Контроль за смешиванием осуществляется визуально через прозрачный уровнемер 12, а также осуществляется инструментально при помощи литровой пурки, для чего перед началом смешивания проводят определение натуры семян (ГОСТ 10840-2017) смешиваемых культур. Расчет натуры хорошо перемешанной массы семян производят следующим образом. Для приготовления клеверо-тимофеечной смеси определяют натуру входящих в поливидовую смесь семян: - клевера лугового 800 г, тимофеевки луговой 700 г, после чего суммируют размеры определенных показателей натуры семян и делят на число компонентов смеси: (800+700):2=750 (г/л). Таким образом, натура хорошо перемешанной массы семян должна быть в пределах 750 г/л.
Заявленный смеситель семян мелкосеменных культур промышленно осуществим. Изготовлен его промышленный образец и испытан на базе кафедры технологических и транспортных машин и комплексов инженерного факультета Тверской ГСХА. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили рациональные параметры элементов конструкции заявленного смесителя и доказали, что предложенная конструкция является работоспособной, причем отличается высокой эксплуатационной надежностью. Применение заявленного смесителя обеспечивает равномерное смешивание семян мелкосеменных культур и тем самым способствует улучшению качества распределения поливидовых смесей в процессе посева по поверхности засеваемой площади. В частности, исследования с клеверо-тимофеечной смесью показали, что в результате контроля полученной в заявленном смесителе клеверо-тимофеечной смеси при помощи литровой пурки, натура ее отвечав! хорошо перемешанной массе семян. Равномерность распределения по поверхности поля семян при рядовом посеве смеси, приготовленной в данном смесителе, на 19-22% выше в сравнении с ручным перемешиванием, что обеспечило повышение урожайности на 30%, кроме того, значительно улучшилось качество полученной продукции вследствие более эффективного пространственного размещения растений. Установлена возможность эффективного использования смесителя при смешивании семян как при выращивании многолетних, так и однолетних кормовых культур. Благодаря смешиванию семян мелкосеменных культур и самоочистке смесителя от подготовленной в нем поливидовой смеси в одном технологическом цикле, исключены необходимость периодического режима работы смесителя, что повышает его производительность, а также избыточные энергетические затраты на единицу массы перерабатываемого семенного материала, что снижает себестоимость производимой продукции.
Заявленный смеситель семян мелкосеменных культур можно рекомендовать для использования в условиях предприятий для подготовки высококачественных посевных смесей.