ЗЕРНОУБОРОЧНЫЙ КОМБАЙН
GRAIN COMBINE

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к машинам для уборки зерновых колосовых культур для семеноводческих целей.
7
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. МПК 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.
7
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. МПК 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:
0
φ/2π
ρ=ρ·q,
0
где ρ- 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:
0
φ/2π
ρ=ρ·q,
0
где ρ- полярный радиус точки на поверхности лопасти 22;
q - коэффициент роста;
φ - угол поворота полярного радиуса из начального положения.
3
Определение логарифмической спирали. Пусть прямая UV (фиг.4) равномерно вращается около неподвижной точки О (полюс), а точка Dдвижется вдоль UV, удаляясь от О со скоростью, пропорциональной расстоянию ОМ. Линия, описываемая точкой М, называется логарифмической спиралью.
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
Повороту прямой UV из любого ее положения на заданный угол ω(=∠МОМ) отвечает одно и тоже отношение ОМ:ОМ полярных радиусов. Иначе говоря: если пара точек М, M логарифмической спирали видна из полюса под тем же углом, что и другая пара точек N, N той же спирали, то треугольники OMM и ONN подобны.
1
-1
Отношение q конечного полярного радиуса (ОА) к начальному (ОА) 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.
k
4
0
1
2
3
0
0
1
0
1
0
1
Построение. Чтобы построить правую логарифмическую спираль с данным коэффициентом роста q, делим какую-либо окружность с центром О на n=2 равных частей точками В, B, В, В…, следующими друг за другом в направлении, противоположном ходу часовой стрелки. Для определенности положим n=2=16. На луче ОВ берем произвольную точку А и откладываем отрезок OA=qOA. На отрезке OA, как на диаметре, строим окружность О′ и проводим АK⊥OA до пересечения с этой окружностью в точке K. Окружность радиуса ОK пересечет луч
12
12
1
1
18
18
1
1
12
18
OB в точке D, принадлежащей искомой спирали; та же окружность пересечет луч OA в некоторой точке L′. Проводим L′K′⊥OA до пересечения с окружностью О′ в точке K′. Окружность радиуса ОK′ пересечет луч OB, в точке D, принадлежащей искомой спирали, а луч OA - в некоторой точке L″. Через нее опять проводим L″K″⊥OА и т.д. Таким образом получим точки D и D.
0
12
1
13
12
12
15
14
13
13
1
1
15
1
1
1
Бесчисленное множество других точек спирали, лежащих на прямых BB, BB и т.д., можно построить следующим образом. При точке D строим угол ∠ODQ, равный углу ODD; в пересечении с лучом ОВ получаем точку D искомой спирали. При точке A строим ∠OAQ′=ODA; в пересечении с лучом OB получим точку E и т.д.
0
Уравнение в полярных координатах (полюс совпадает с полюсом спирали; полярная ось проведена через произвольно взятую точку М спирали):
0
0
0
где ρ=ОМ - полярный радиус точки М, 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.
0
0
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 А точки М, хотя и возрастает, но не безгранично. Она стремится к некоторому пределу s, который называют длиной дуги ОА. 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
1
2
В каждой паре вальцов 4, 6 и 5, 7 лопасти 22 с одинаковыми логарифмическими спиралями 23 и вращающимися в противоположные стороны (ω, ω - 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.