БЛОК РАДИАЛЬНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ ОЧИСТКИ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА

Заявляемая полезная модель относится к области сельскохозяйственного машиностроения, а именно, к очисткам, преимущественно, самоходных зерноуборочных комбайнов.
Широко известны радиальные вентиляторы двухстороннего всасывания, применяемые в очистках зерноуборочных комбайнов [1, с.79-80, 85-86], содержащие корпус, в котором установлено лопастное рабочее колесо на валу, приводящееся во вращение кинематическими элементами с обеспечением, как правило, плавного изменения частоты его вращения. Воздушный поток, создаваемый такими вентиляторами, используется для продувки решет и перепадов между транспортирующими рабочими органами и решетами очистки с целью выноса воздушным потоком незерновых фракций мелкого вороха, поступающего на нее от предшествующих рабочих органов, за пределы очистки, улучшая тем самым выделение зерна из мелкого вороха, что способствует снижению потерь зерна за очисткой. Как правило, недостатком таких вентиляторов является большая неравномерность воздушного потока как по высоте, так и по ширине, в нагнетательном отверстии вентилятора [2, с.38-39, 59, 69; 3-5], которая передается на обдуваемые этим потоком рабочие органы очистки и приводит к увеличению потерь зерна за ней и, зачастую, также к увеличению засоренности зерна в бункере. Для снижения такого негативного влияния на процессы, протекающие в очистке, применяют целый ряд конструктивных усовершенствований вентиляторов, например, установку в выхлопном патрубке вентилятора различных направителей воздушного потока [3]. В этом устройстве направитель служит для снижения неравномерности воздушного потока как по высоте, так и по ширине устройства. Однако, как правило, эти меры не приносят существенного улучшения. Стесненное пространство в компоновочной схеме комбайна [2, с.60], в котором необходимо разместить радиальный вентилятор очистки, ограничено спереди мостом ведущих колес, снизу - нормируемым клиренсом, сверху - рабочими органами, транспортирующими мелкий ворох к решетам очистки, и молотильно-сепарирующим устройством, а сзади - решетами очистки. Особенно актуальна проблема уменьшения габаритов вентилятора при создании комбайнов высокой производительности, которая, как правило, основывается на использовании молотильно-сепарирующих рабочих органов увеличенного диаметра и на увеличении площади сепарации решет очистки. Применение же для снижения габаритов вентилятора простого цилиндрического кожуха вентилятора вместо спирального приводит к значительному снижению качества воздушного потока и, следовательно, к снижению эффективности работы очистки, а также к снижению производительности самого вентилятора (при одинаковой частоте вращения и одинаковых диаметрах их рабочих колес) и коэффициента его полезного действия [2, с.61, 62].
Для улучшения распределения воздушного потока по ширине очистки в последнее время применяют блоки из нескольких радиальных вентиляторов двухстороннего всасывания, рабочие колеса которых размещены на едином валу, параллельно работающих на общую сеть. При этом для обеспечения нормального поступления воздушного потока к всасывающим отверстиям этих вентиляторов, корпуса их устанавливают с зазором друг к другу, что обуславливает установку на нагнетательных отверстиях вентиляторов расширяющихся по ширине патрубков с малым углом расширения, обеспечивающим значительное снижение вредных завихрений потока, и с прямоугольным выходным отверстием для стыковки их между собой.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является радиальный вентилятор [4, с.46; 5, с.831, 834, 836, 906], который содержит несколько корпусов параллельно работающих радиальных вентиляторов двухстороннего всасывания, установленных с боковым зазором друг к другу. Корпуса снабжены спиральной периферийной рабочей поверхностью и параллельными плоскими боковинами со всасывающими отверстиями, между которыми расположены двухсторонние рабочие колеса на едином валу, приводимом во вращение клиноременным вариатором. К нагнетательным отверстиям вентиляторов присоединены нагнетательные патрубки с прямоугольным выходным отверстием и расходящимися плоскими боковыми стенками, угол между которыми ограничен возникновением вредных завихрений, ухудшающих качество потока.
Недостаток такого блока вентиляторов при неизменном диаметре рабочего колеса вентилятора заключается в том, что его габариты остаются значительными как по длине, так и по высоте, что ограничивает возможности удлинения сепарирующих органов очистки и увеличения диаметров молотильно-сепарирующих рабочих органов молотилки комбайна при неизменных габаритах молотилки, что приводит к снижению эффективности применения комбайна, в целом. Кроме того, неоправданно увеличивается длина рабочих органов очистки, транспортирующих мелкий ворох к решетам очистки.
Задачей заявляемого устройства, размещенного в стесненной зоне молотилки самоходного зерноуборочного комбайна, является уменьшение его габаритов по длине и высоте при неизменном диаметре его рабочих колес и сохранении качества воздушного потока в нагнетательном отверстии его.
Технический результат заключается в снижении потерь зерна за молотилкой самоходного зерноуборочного комбайна (или в повышении производительности комбайна при нормированной величине потерь зерна за его молотилкой) за счет увеличения длины, а следовательно, и площади сепарирующих рабочих органов очистки, а также за счет увеличения диаметров рабочих органов молотильно-сепарирующих устройств и, как следствие, увеличения площадей сепарации взаимодействующих с ними рабочих органов при неизменном диаметре рабочего колеса вентилятора и неизменных габаритах самой молотилки. Дополнительный эффект заключается в снижении удельной металлоемкости молотилки зерноуборочного комбайна.
Технический результат достигается тем, что периферийная рабочая поверхность каждого корпуса вентилятора, входящего в блок, с плавно нарастающим расстоянием от его двухстороннего рабочего колеса в сторону его вращения снабжена присоединенной касательно к ней цилиндрической поверхностью концентричной рабочему колесу со стороны, ближайшей к нагнетательному отверстию корпуса вентилятора, а сам корпус снабжен установленными снаружи параллельных боковин стенками, расположенными под острым углом к ним и соединенными с ними посредством плоских переходных элементов. Внутренние поверхности этих установленных под углом стенок располагаются в одной плоскости с внутренними поверхностями боковых стенок нагнетательного патрубка. Параллельные боковины корпуса частично или полностью соединены с периферийной рабочей поверхностью с нарастающим расстоянием от рабочего колеса, а концентричная рабочему колесу периферийная поверхность соединена с установленными под углом стенками. Наружные боковые стенки смежных нагнетательных патрубков на их выходе соприкасаются друг с другом. Боковые стенки корпуса, установленные под углом, снабжены криволинейными вырезами по кривой проекции наружного диаметра рабочего колеса на внутренние их поверхности и расположены симметрично относительно двухстороннего рабочего колеса вентилятора.
Плоская грань переходного элемента установлена под углом, не превышающим 5°, к боковине в направлении течения воздушного потока в этой зоне корпуса вентилятора и выполнена в виде треугольника, один угол которого расположен на пересечении параллельных боковин корпуса и периферийной рабочей поверхности с плавно нарастающим расстоянием от рабочего колеса, а второй - на наружной кромке выреза на боковой стенке корпуса, установленной под углом, а сам переходной элемент размещен выше оси приводного вала рабочих колес вентиляторов.
Боковые параллельные стенки корпуса вентилятора на участке от плоского переходного элемента до нагнетательного отверстия вентилятора выполнены в виде части кольцевой полосы, ограниченной с одной стороны максимальным диаметром рабочего колеса, а с другой стороны всасывающим отверстием, а сама кольцевая полоса соединена по наружному диаметру с боковой стенкой корпуса на уровне ее выреза цилиндрической поверхностью переменной ширины, на торцах которой установлены плоские полосы, одна из которых перекрывает зазор между переходным плоским элементом и боковиной, а вторая установлена параллельно внутренним боковым ребрам выходного отверстия нагнетательного патрубка с опорой на боковину.
Корпус вентилятора снабжен дополнительным нагнетательным патрубком с плоскими боковыми стенками, установленным своим основанием на основном нагнетательном патрубке на ширине, превышающей ширину проема между параллельными боковинами корпуса вентилятора так, что рабочее колесо частично размещено внутри этого патрубка, при этом боковые стенки дополнительного патрубка установлены под углом друг к другу симметрично рабочему колесу вентилятора и сопряжены с боковыми стенками основного патрубка под углом к ним, а ближайшая к рабочему колесу поперечная стенка дополнительного патрубка содержит прямолинейный участок, которым патрубок присоединен к плоской полосе, установленной на торце цилиндрической поверхности переменной ширины.
Верхняя часть внутренней стенки нагнетательного патрубка выполнена криволинейной, обращенной выпуклостью наружу патрубка, установлена с зазором к рабочему колесу вентилятора и соединена с более удаленной от этого колеса стенкой дополнительного нагнетательного патрубка по их кромкам.
Одноименные поперечные стенки дополнительных патрубков объедены между собой в единые стенки, а боковые стенки этих патрубков размещены между ними.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется следующими чертежами:
фиг.1 - конструкция блока вентиляторов, вид сверху;
фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
фиг.3 - вид по стрелке Б на фиг.1;
фиг.4 - сечение В-В на фиг.2.
фиг.5 - выносной элемент Г на фиг.2.
Заявляемая полезная модель содержит несколько корпусов 1 (фиг.1, 2) параллельно работающих радиальных вентиляторов 2 двухстороннего всасывания, каждый из которых содержит плоские боковины 3 (фиг.1-4), установленные параллельно друг другу со всасывающими отверстиями 4 (фиг.1, 2). Между плоскими боковинами 3 расположено двухстороннее рабочее колесо 5 (фиг.2) на едином для этих колес приводном валу 6 (фиг.1). Боковины 3 соединены полностью или частично с периферийной рабочей поверхностью 7 (фиг.1, 2), которая в направлении вращения рабочего колеса плавно удаляется от него. К вентилятору присоединен основной нагнетательный патрубок 8 (фиг.1) с расходящимися боковыми стенками 9 (фиг.2, 3) и прямоугольным выходным отверстием 10 (фиг.1, 2). Периферийная рабочая поверхность 7 соединена касательно с последовательно расположенной за ней цилиндрической поверхностью 11 (фиг.2), которая установлена концентрично рабочему колесу 5. Корпус 1 снабжен дополнительными боковыми стенками 12 (фиг.2, 3), которые установлены снаружи параллельных боковин 3 под острым углом к ним. Эти боковые стенки 12 соединены с цилиндрической поверхностью 11 и частично с периферийной поверхностью 7, если эта поверхность выходит за пределы плоских параллельных боковин 3, и установлены симметрично относительно рабочего колеса 5. Внутренние поверхности боковых стенок 12 и внутренние боковые поверхности стенок 9 лежат в одной плоскости, а стенки 9 смежных вентиляторов 1 соприкасаются между собой в прямоугольных выходных отверстиях 10 патрубков 8. Плоские параллельные боковины 3 корпуса 1 соединены с дополнительными боковыми стенками 12 переходным плоским элементом 13 (фиг.2-4), расположенным выше оси приводного вала 6 рабочих колес при вертикальном расположении прямоугольного выходного отверстия10 основного нагнетательного патрубка. Периферийная рабочая поверхность 7 своей длиной выходит за зону расположения плоского переходного элемента 13 для компенсации некоторого сужения ее в этой зоне при одновременном увеличении расстояния между боковыми стенками 12, начиная от этого переходного элемента. Боковые стенки 12 снабжены вырезами 14 (фиг.3) по кривой, полученной в результате проекции наружного диаметра рабочего колеса 5 на эти стенки вдоль его оси. Переходной плоский элемент 13 выполнен в виде треугольника, один угол которого расположен на пересечении параллельных боковин корпуса 3 и периферийной рабочей поверхности 7, а второй - на наружной кромке выреза 14 на боковой стенке корпуса и установлен под углом (фиг.4) к плоской боковине 3, не превышающим 5°. Боковины 3 корпуса вентилятора на участке от плоского переходного элемента до нагнетательного отверстия вентилятора выполнены в виде части кольцевой полосы 15 (фиг.2), которая ограничена с одной стороны всасывающим отверстием 4 в этой боковине, а с другой стороны - концентрично расположенным к этому отверстию вырезом 16, равным максимальному диаметру рабочего колеса. Эта кольцевая часть боковины по наружному диаметру соединена с вырезами 14 на боковых стенках 12 цилиндрической направляющей переменной ширины 17 (фиг.1, 3, 5). На торцах этой направляющей установлены полосы, одна из которых 18 (фиг.2), перекрывает зазор между переходным элементом 13 и боковиной 3, а вторая полоса 19 (фиг.3) установлена с опорой на боковину 3 параллельно выходному отверстию 10 (фиг.1) нагнетательного патрубка 8. Вентилятор снабжен дополнительным нагнетательным патрубком 20 (фиг.1, 2) с плоскими боковыми стенками 21 (фиг.3), который частично закреплен на корпусе вентилятора и частично на основном нагнетательном патрубке. Эти плоские боковины установлены под углом друг к другу симметрично рабочему колесу вентилятора, при этом своим основанием 22 (фиг.3, 5) они сопряжены непосредственно с боковыми стенками этого патрубка под углом к ним на ширине, превышающей ширину проема между параллельными боковинами корпуса вентилятора. Дополнительный нагнетательный патрубок установлен на корпусе вентилятора так, что рабочее колесо частично размещается в его корпусе, при этом верхняя стенка 23 (фиг.5) основного патрубка установлена с увеличенным зазором к рабочему колесу, и часть ее выполнена цилиндрической 24 (фиг.5), выпуклость которой направлена наружу патрубка. Более удаленная от рабочего колеса поперечная стенка 25 (фиг.5) дополнительного патрубка совмещена с верхней стенкой 23 основного патрубка по их кромкам 26 (фиг.5), а ближайшая к рабочему колесу поперечная стенка 27 содержит прямолинейный участок 28 (фиг.5), которым она присоединена к плоской полосе 19, установленной на цилиндрической направляющей 17. Одноименные поперечные стенки дополнительных патрубков объединены соответственно в единые стенки 29 (фиг.1) и 30 (фиг.3) между которыми размещены боковые стенки 21 этих патрубков. На приводном валу рабочих колес вентиляторов установлен ведомый шкив клиноременного вариатора 31 (фиг.1).
Заявляемая полезная модель работает следующим образом. Рабочие колеса 5, установленные на приводном валу 6, вращаются в корпусах 1 вентиляторов 2 между параллельными боковинами 3, соединенными с периферийной рабочей поверхностью 7, создавая воздушный поток в корпусе вентилятора. Воздушный поток попадает в корпус вентилятора через всасывающие окна 4, расположенные на противоположных боковинах, и поступает с обеих сторон к двухстороннему лопастному колесу, которое не только изменяет направление движения воздушного потока в корпусе вентилятора, но и под действием центробежных сил направляет его в пространство между рабочим колесом и последовательно соединенными периферийными рабочими поверхностями и затем через нагнетательное отверстие в нагнетательный патрубок 8 (фиг.1). В корпусе вентилятора и нагнетательном патрубке также преобразуется динамическое давление потока воздуха в статическое. При изменении частоты вращения приводного вала за счет использования, например, клиноременного вариатора 30 изменяются также и такие характеристики воздушного потока, как его скорость (расход) и давление. Изменения характеристик воздушного потока в очистке необходимо для приспосабливания рабочих органов очистки к оптимальным настройкам для уборки различных культур в различных условиях уборки. Большое значение при этом имеет не только качество воздушного потока поступающего в очистку, но и габариты вентилятора, напрямую и косвенно влияющие на потери убираемого продукта и производительность комбайна. При перемещении воздушного потока в пространстве, ограниченном рабочим колесом, периферийной рабочей поверхностью, с плавно нарастающим расстоянием от нее до рабочего колеса, и параллельными боковинами процесс в вентиляторе происходит обычным образом; при этом кожух постепенно накапливает перемещаемый объем воздуха. При достижении потоком воздуха переходных элементов 13 (фиг.2, 3), расположенных на противоположных боковинах 3, и дополнительных боковых стенок 12 поток воздуха несколько сужается вблизи периферийной рабочей поверхности, но расширяется в зоне, близкой к рабочему колесу; при этом благодаря тому, что периферийная рабочая поверхность 7 с плавным нарастанием удаления ее от рабочего колеса выходит за пределы расположения переходного элемента и сам переходной элемент установлен к боковинам под острым углом, не превышающим 5°, то перетекание воздушного потока в поперечном направлении в этой зоне происходит без значительного нарушения его плавности. В дальнейшем из-за того, что расстояние между рабочим колесом и началом цилиндрической периферийной поверхности 11 уже значительно и в дальнейшем остается постоянным, а боковые стенки установлены под углом друг к другу, то расширение потока происходит в стабильном режиме, обеспечивая достаточное качество потока в нагнетательном отверстии корпуса вентилятора. Кроме того, из-за расположения внутренних поверхностей боковых стенок 12 в одной плоскости с соответствующими внутренними поверхностями боковых стенок основного нагнетательного патрубка 9 не только сохраняется стабильным качество потока в прямоугольном выходном отверстии 10 вентилятора, но и сокращается длина самого патрубка из-за значительно более раннего начала расширения потока уже в самом корпусе вентилятора, что позволяет увеличить габариты сепарирующих рабочих органов очистки при тех же габаритах молотилки комбайна и диаметра рабочего колеса вентилятора. Одновременно с этим уменьшение габарита вентилятора по высоте за счет введения цилиндрической расширяющейся периферийной рабочей поверхности возникает возможность увеличения габаритов, в том числе и диаметров рабочих органов молотильно-сепарирующего устройства комбайна при тех же ее габаритах и высоком качестве воздушного потока, подаваемого в очистку комбайна.
Раннее расширение потока воздуха способствует также возможности уменьшения угла между смежными боковыми стенками основных нагнетательных патрубков и их установки с соприкосновением друг к другу при улучшении качества потока в камере очистки.
Воздушный поток, прежде чем попасть во всасывающие отверстия 4 вентилятора, в зоне расположения боковых стенок 9 (фиг.2) проходит через криволинейные вырезы 15 на этих стенках и по цилиндрическим направляющим 17 поступает к кольцевым полосам15 боковин 3 и лишь затем входит во всасывающие отверстия 4, расположенные по разные стороны корпуса вентилятора. Такое перемещение потока позволяет сгладить разнонаправленность его струй в каждом всасывающем отверстии прежде всего за счет переменной ширины цилиндрических направляющих, и тем самым улучшить условия входа потока в корпус вентилятора. Кольцевая полоса 15, кроме того, способствует снижению циркуляции воздушного потока из зоны повышенного давления в зону всасывания.
В дальнейшем происходит разделение воздушного потока на часть, входящую в дополнительный нагнетательный патрубок 20 для обдува дополнительных рабочих органов очистки, которые, как правило, уплотнены относительно этого дополнительного патрубка, и поэтому поперечные стенки 24, 26 (фиг.5) этого патрубка поименно объединены в единые стенки для всего блока и на часть потока, входящего в основной патрубок. Геометрия основного и дополнительного патрубков выбрана в соответствии с конкретным расположением обдуваемых объектов очистки, однако для возможности расположения дополнительного объекта еще и между этими патрубками часть верхней внутренней стенки основного патрубка выполнена цилиндрической для более рационального отвода воздушного потока к основным сепарирующим органам очистки. Часть воздушного потока, входящая в зазор между рабочим колесом и поперечной стенкой 25, по каналам, образуемым этой стенкой, боковыми стенками 21 и стенкой 27 дополнительного патрубка, направляется к его выходному отверстию. Часть рабочего колеса, размещенная внутри этого патрубка, активизирует воздушный поток проходящий внутри его.
Поскольку исполнение вентилятора по заявляемой полезной модели позволяет расширить основание дополнительного нагнетательного патрубка и выполнить его по ширине большим ширины проема и рациональным образом соединить его как с корпусом самого вентилятора, так и с его основным нагнетательным патрубком, то все это позволяет уменьшить угол расхождения его боковых стенок при той же длине патрубка и этим улучшить качество воздушного потока в выходном отверстии, а также снизить потери зерна за очисткой.
Литература
1. Морозов А.Ф. Зерноуборочные комбайны.- М.: Агропромиздат, 1991.
2. Турбин Б.Г. Вентиляторы сельскохозяйственных машин. -Л.: Машиностроение, 1968.
3. Патент RU 20173 83 Cl 5 A01F 12/48. Приор. 09.04.91.
4. Проспект Claas Lexion 670, 660, 650, 640, 630, 620, CLAAS КГаА мбх, п/я 1163, 33416 Харзевинкель, Германия.
5. CLAAS, Lexion 580. Спецификация запасных частей, Z5860-LEXION 580, 09/2010. - CLAAS KGaA mbh, Postfach 1163, 33426 Harsewinkel. - www.claas.com.