ЗЕРНОУБОРОЧНЫЙ КОМБАЙН
COMBINE HARVESTER

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к зерноуборочным комбайнам, предназначенным для уборки зерновых и иных зерносодержащих культур.
Известен зерноуборочный комбайн, содержащий бичевой молотильный барабан и решетчатое подбарабанье, лопастный отбойный битер и клавиши соломотряса, у которых каскад секций формируется уклоном их поверхностей относительно корпуса поворотом против направления вращения коленчатого вала [1].
Недостатком такого комбайна является то, что при увеличении производительности возникает непреодолимое препятствие, связанное с ограниченной пропускной способностью клавишного соломотряса. Увеличение высоты слоя соломы на соломотрясе приводит не только к существенному увеличению потерь зерна в соломе, но и невозможности транспортирования самой соломы из-за нарушения оптимальных режимов виброперемещения грубого вороха [6, 7]. Особенность работы клавишного соломотряса состоит в том, что зерно довольно быстро проходит верхний уровень слоя соломы, накапливаясь в нижнем. Верхний освободившийся от зерна слой соломы продолжает воздействовать на поток, создавая препятствия оптимальным режимам сепарации зерна из нижнего уровня слоя за счет увеличения плотности в нижнем уровне слоя соломы.
Недостатком указанного зерноуборочного комбайна является нерациональное использование воздушного потока, создаваемого вращением молотильного барабана и отбойного битера. Воздушные потоки вокруг барабана и битера создают препятствие захвату хлебной массы бичами молотильного барабана и лопастями отбойного битера будучи направленными не вовнутрь, а вокруг молотильного барабана и отбойного битера.
Недостатком указанного зерноуборочного комбайна является нерациональное устройство молотильного канала между бичами молотильного барабана и решетчатым подбарабаньем. Молотильный канал выполнен сужающимся от начала к концу его, и растаскивание потока происходит по ходу движения массы в молотильном канале, что приводит к заклиниванию хлебной массы в этом канале, дроблению зерен и излишнему перебиванию соломы, а также к ухудшению сепарации зерна через решетку подбарабанья, особенно при больших подачах.
Недостатком указанного зерноуборочного комбайна является нерациональное устройство клавиш соломотряса. Наличие каскада ступеней, имеющих направленность к выходу из молотилки, с углом наклона их поверхности более 20 к линии горизонта уменьшает скорость движения потока соломы и удерживает полову во впадинах между секциями почти до полного просыпания ее на очистку.
Известно подбарабанье, выполненное в виде установленной перед барабаном единичной пластины [4, 5].
Недостатком этого подбарабанья является то, что барабан не используется для сепарации зерна, вымолоченного на единичной пластине, что приводит к перегрузке соломосепаратора, установленного после барабана.
Известны предложения по активизации работы клавишного соломотряса с помощью ворошителей и транспортирующих систем, как, например, [2, 3].
Ворошители или, как их называют авторы из КЛААС ЗЕЛЬБСТФАРЕНДЕ ЭРНТЕМАШИНЕН ГМБХ (DE), транспортирующие системы с перемещающими пальцами, устанавливаемые на комбайнах «KLAAS» [2, 3], предназначены не столько для ворошения, сколько для ускоренного продвижения соломы по соломотрясу к выходу из молотилки.
Недостатком указанных транспортирующих систем является то, что, проникая перемещающими пальцами на всю глубину слоя соломы, они нарушают оптимальный режим работы клавишного соломотряса, и не только в зоне их расположения. Кроме того, такое расположение и действие перемещающих пальцев поднимает солому, а с ней и зерно вверх, перечеркивая ранее выполненную работу по сегрегации зерна вниз.
Техническим результатом является увеличение пропускной способности зерноуборочного комбайна.
Технический результат достигается тем, что в зерноуборочном комбайне, содержащем питающее устройство в виде транспортера наклонной камеры или приемного битера, бичевой молотильный барабан с крылообразными пластинами на передней части бичей или подбичников, решетчатое подбарабанье с прутковой решеткой, поперечными планками и единичной пластиной, установленной в начале подбарабанья, лопастный отбойный битер, отражающие щитки между барабаном и питающим устройством, между барабаном и отбойным битером, клавиши соломотряса со ступенчатым каскадом секций и транспортирующую систему с перемещающими пальцами, установленную над соломотрясом.
Отражающий щиток, установленный между молотильным барабаном и питающим устройством, выполнен в виде выпуклого свода над барабаном по всей ширине молотилки и направляет воздушную струю во внутреннюю полость решетчатого барабана на входе молотильного канала, а отражающий щиток, установленный между молотильным барабаном и отбойным битером, выполнен в виде выпуклого свода над отбойным битером по всей ширине молотилки и направляет воздушную струю во внутреннюю полость отбойного битера решетчатой конструкции на выходе молотильного канала.
Крылообразные пластины на передней части бичей или подбичников отклонены относительно осевой плоскости барабана на 15..45° в сторону против его вращения, при этом эффективная ширина пластин находится в интервале от 50 мм до 0,5 внешнего радиуса молотильного барабана.
Бичи молотильного барабана могут иметь стандартную рифленую форму или гладкую, по крайней мере в зоне контакта их с рабочими гранями поперечных планок подбарабанья, при этом на смежных участках бичей гладкой формы, особенно в передней части, могут быть поперечные, продольные или сетчатые рифления различной глубины и формы.
В передней части подбарабанья поперечные планки расположены на уровне прутков (не выступают над ними), а в задней части подбарабанья поперечные планки выступают над продольными прутками, при этом единичная пластина, установленная в передней части подбарабанья, выступает над прутковой решеткой с возможностью регулирования величины выступа, смены или снятия этой пластины.
Рабочая грань единичной пластины, установленной в начале передней части подбарабанья, выполнена в виде цилиндрического стержня вдоль рабочей грани пластины или в виде пилообразных выступов призматической, пирамидальной, конической или иной формы.
Смежные пластинчатые лопасти отбойного битера установлены с открытыми промежутками и формируют открытый проницаемый решетчатый барабан с шириной лопастей в интервале от 0,1 до 0,4 внешнего диаметра отбойного битера с отклонением рабочей поверхности лопастей от радиального направления в интервале 15-45° против направления вращения битера.
Рабочей поверхностью клавиш является решетка, на которой расположены поперечные пластины высотой до 100 мм, установленные ребром на решетке с расстоянием между пластинами до 400 мм, при этом поперечные пластины могут быть установлены перпендикулярно решетке с наклоном их в направлении или против движения потока и с возможностью регулирования угла наклона по всей длине клавиши или на ее отдельных участках.
Решетка клавиш выполнена из продольных прутьев.
Клавиши могут быть выполнены ступенчатыми, в том числе с поперечными пластинами, установленными ребром на решетчатой поверхности клавиши, при этом каскад секций клавиш соломотряса формируется поворотом их поверхностей на некоторый угол в направлении вращения коленчатого вала соломотряса так, что начало каждой секции располагается выше конца предыдущей секции, при этом высота перепадов между смежными секциями не превышает 3 радиусов кривошипа коленчатого вала соломотряса, а длина секций больше высоты перепада между смежными секциями.
Транспортирующее устройство может быть выполнено в виде четырехзвенного кривошипно-шатунного паралелограмного механизма по типу клавишного соломотряса с граблинами из перемещающих пальцев, установленными на шатунах в сторону слоя соломы, в виде транспортера с планками из перемещающих пальцев, снабженного на конце соломосъемным устройством, в виде нескольких расположенных последовательно барабанов с эксцентриковым механизмом привода граблин из перемещающих пальцев по типу эксцентрикового мотовила жатки, в виде нескольких последовательно расположенных барабанов с вращающимся или неподвижным цилиндрическим кожухом и перемещающими пальцами, которые могут располагаться неподвижно относительно защитного кожуха или периодически скрываться вовнутрь вращающегося или неподвижного кожуха, за счет эксцентричного расположения оси вращения перемещающих пальцев и оси кожуха в специальных отверстиях или щелях, при этом минимальное расстояние от конца перемещающих пальцев в нижнем их положении до поверхности клавиш в верхнем их положении больше 2 радиусов кривошипа коленчатого вала, линейная скорость перемещающих пальцев больше, чем скорость кривошипа коленчатого вала соломотряса, а расстояние от перемещающих пальцев до поверхности клавиш может быть одинаковым по всей длине или уменьшается от начала к концу транспортирующего устройства.
Зерноуборочный комбайн должен содержать по крайней мере один из указанных выше отличительных признаков.
Перечень фигур
Фиг.1 - схема продольного разреза молотилки зерноуборочного комбайна с транспортирующим устройством в виде паралелограмного механизма и указанием положения новых решений;
Фиг.2 - схема продольного разреза молотилки зерноуборочного комбайна с транспортирующим устройством в виде планчатого транспортера и указанием положения новых решений;
Фиг.3 - схема продольного разреза молотилки зерноуборочного комбайна с транспортирующим устройством в виде последовательно расположенных барабанов и указанием положения новых решений
Фиг.4 - схема молотильного аппарата;
Фиг.5 - трехмерная модель молотильного барабана;
Фиг.6 - трехмерная модель подбарабанья;
Фиг.7 - единичная пластина с пилообразными выступами призматической формы;
Фиг.8 - единичная пластина с пилообразными выступами пирамидальной формы;
Фиг.9 - единичная пластина с пилообразными выступами конической формы;
Фиг.10 - трехмерная модель отбойного битера решетчатой конструкции;
Фиг.11 - трехмерная модель клавиши соломотряса с обратной направленностью ступеней секций;
Фиг.12 - схема продольного разреза клавиши соломотряса;
Фиг.13 - трехмерная модель транспортирующего устройства в виде паралелограмного механизма.
Перечень обозначений.
1 - зерноуборочный комбайн;
2 - молотильный аппарат с бичевым молотильным барабаном, решетчатым подбарабаньем и отбойным битером решетчатой конструкции;
3 - клавиши соломотряса;
4 - транспортирующее устройство;
5 - молотильный барабан;
6 - решетчатое подбарабанье;
7 - отбойный битер решетчатой конструкции;
8 - отражающий щиток куполообразной формы у отбойного битера;
9 - отражающий щиток у молотильного барабана;
10 - питающий транспортер;
11 - вал молотильного барабана;
12 - диск молотильного барабана;
13 - бич;
14 - подбичник;
15 - крылообразная пластина, установленная впереди бича или подбичника;
16 - боковая щека подбарабанья;
17 - поперечные планки, выступающие над прутковой решеткой;
18 - планки, расположенные на одном уровне с прутковой решеткой;
19 - прутковая решетка;
20 - единичная пластина;
21 - лопасть отбойного битера решетчатой конструкции;
22 - средний диск отбойного битера;
23 - крайний диск отбойного битера;
24 - ступица отбойного битера;
25 - вал отбойного битера;
26 - корпус клавиши;
27 - поверхность секции;
28 - грань ступени;
29 - коленчатый вал транспортирующего устройства;
30 - шатун;
31 - граблина с перемещающими пальцами.
В зерноуборочном комбайне 1 молотильный барабан 5, подбарабанье 6, отбойный битер 7 и клавишный соломотряс 3 устанавливаются на те же посадочные места, что и в известных комбайнах, работают в тех же режимах, но имеют измененную конструкцию согласно вышеизложенному. Транспортирующее устройство 4 устанавливается на подшипниках, вмонтированных в боковины молотилки комбайна, или на собственной раме, присоединяемой к боковинам молотилки.
Зерноуборочный комбайн работает следующим образом. Перед началом работы в хлебном массиве рабочие органы комбайна разгоняются до оптимальных режимов. Барабан молотильного аппарата 5 вращением вокруг оси создает воздушный поток вокруг барабана и разрежение внутри барабана. Пластины 15, установленные впереди бичей, усиливают эффект вентилятора, чем увеличивают расход воздуха и скорость воздушной струи. Куполообразный отражающий щиток 9 формирует центр завихрения и направляет воздушную струю во внутреннюю полость решетчатого барабана, в результате чего в месте входа хлебной массы в молотильный канал создается разрежение, и воздух вместе с соломой устремляется к молотильному барабану, тем самым усиливая захватывающую способность бичей 13. При наличии всасывающего воздушного потока и минимального зазора между бичами и единичной пластиной 20 на входе молотильного канала растаскивание потока хлебной массы происходит не в молотильном канале, а перед ним, что существенно снижает возможность заклинивания и расход мощности и увеличивает интенсивность сепарации зерна. Наличие воздушной струи, направленной вовнутрь решетчатого молотильного барабана на входе молотильного аппарата, позволяет обеспечить надежный захват хлебной массы даже при использовании гладких бичей.
Во взаимодействии бичей 13 с хлебной массой в зоне единичной пластины 20, установленной с минимальным зазором относительно бичей, происходит вымолот ударом более 90% зерен. Отсутствие выступающих планок над прутковой решеткой в передней части подбарабанья 6 обеспечивает почти беспрепятственное прохождение соломы в молотильном канале и интенсивную сепарацию зерна на этом участке. На второй половине подбарабанья 6 происходит домолот оставшихся зерен вытиранием во взаимодействии бичей барабана с выступающими планками 17 и частичная сепарация зерен.
Поскольку на выходе молотильного канала установлен отбойный битер решетчатой конструкции 7 и куполообразний отражательный щиток 8, то в передней части отбойного битера создается всасывающий воздушный поток, прижимающий обмолоченную массу к отбойному битеру, и это способствует более интенсивному отводу потока соломы от молотильного барабана, формированию более рыхлого слоя на соломотрясе и эффективному отражению зерен в сторону соломотряса при их соударении с лопастями отбойного битера.
Клавиши соломотряса 3, могут быть выполнены с поперечными пластинами без каскада секций или с каскадом секций, имеющих обратную направленность с почти горизонтальным расположением их поверхностей. Такая конструкция клавиш обеспечивает более высокую скорость продвижения соломы к выходу из молотилки, что способствует уменьшению высоты слоя соломы на соломотрясе, улучшению сепарации зерна и уменьшению прохода соломистой массы на очистку.
1
2
При максимальном повышении пропускной способности молотильного аппарата предлагаемой конструкции с потоком соломы не справятся не только ранее известные, но и предлагаемые клавиши, поэтому работе клавишного соломотряса необходима помощь, но такая, которая не нанесет ущерба оптимальным режимам соломотряса. Для этого, по крайней мере, над второй половиной соломотряса должно быть применено любое транспортирующее устройство с перемещающими пальцами при условии, что оно будет воздействовать не более 1/2 высоты слоя соломы. Наиболее подходящим транспортирующим устройством является грабельный механизм с четырехзвенным паралелограмным приводом, как показано на фиг.1 поз.4. Транспортирующий механизм должен воздействовать сверху на глубину не более / высоты слоя. При этом при малых подачах транспортирующий механизм может быть невостребован и может работать «вхолостую».
Несмотря на то, что предлагаемое изобретение относится к обмолоту хлебной массы и сепарации грубого вороха, положительный эффект распространяется и на очистку, так как в этом случае на нее поступает ворох с существенно меньшим содержанием соломистых примесей.
Применение в отдельности каждого из пунктов предлагаемого изобретения дает гарантировано некоторый положительный результат, однако наибольший эффект будет получен при совместном применении предлагаемых технических решений для молотильного аппарата, отбойного битера, клавиш соломотряса и транспортирующего устройства.
Ожидаемым положительным результатом может быть увеличение производительности предлагаемого зерноуборочного комбайна в сравнении с прототипом [1] в полтора-два раза.
Из научных знаний [5] известно, что при взаимодействии бичей барабана с единичной пластиной, при отсутствии планок перед пластиной и после нее и минимальном зазоре (10 мм) вымолот зерна достигает 95% и более. Применение гладких бичей снижает степень повреждения зерен почти в 5 раз.
Однако одна пластина не обеспечивает полного вымолота и необходимо найти рациональное сочетание эффекта ударного вымолота на единичной пластине с необходимостью вымолота вытиранием на нескольких планках. Для этого нужно разъединить в пространстве и времени вымолот ударами на единичной пластине с вымолотом вытиранием на нескольких планках, что и сделано в предлагаемом техническом решении. В данном техническом решении разъединение ударного и терочного процесса выполнено применительно к одному барабану. Наличие пилообразных выступов на единичной пластине способствует смягчению ударного воздействия бичей на зерна, выравниванию и дозированию хлебной массы, а также снижению дробления зерен и перебивания соломы.
Попытки использования эффекта вымолота на единичной пластине, установленной в начале подбарабанья, ранее предпринимались, в частности, в комбайне «Енисей» Красноярского комбайнового завода. Эффект первого удара был подтвержден, однако общий положительный результат не был достигнут по той причине, что единичная пластина не была отделена в пространстве от остальных планок, поэтому не было разделения ударного и терочного процесса во времени. Первая, но не единичная, выступающая пластина присоединялась непосредственно к первой планке подбарабанья или устанавливалась вместо нее без изменения общей конструкции подбарабанья.
Анализ работы различного рода ворошителей показал, что на эффективность сепарации зерна они практически не влияют. Дело в том, что при объективно положительном эффекте ворошители ухудшают работу клавишного соломотряса, нарушая оптимальное соотношение упругих свойств вороха и механических воздействий, так что положительный эффект, сложенный с отрицательным, не дает никакого эффекта и в этом не раз убеждались как сельские рационализаторы, так и опытные конструкторы.
Согласно теории соломотряса [6, 7] и многолетним экспериментальным данным различных авторов скорость движения потока соломы по клавишному соломотрясу обратно пропорциональна углу наклона его рабочей поверхности к линии горизонта. Критический угол наклона 30-35°. При таких значениях угла наклона прекращается движение потока соломы, а движение потока мелких частиц прекращается при наклоне 25°. Прототип (клавиша комбайна «Дон») имеет угол наклона к линии горизонта по выступам секций около 12°, а угол наклона поверхности секций - примерно 26° и это близко к критическому значению для потока соломы и критическое для потока мелких частиц - половы. Прототип не теряет работоспособности потому, что фактическим углом наклона для слоя соломы устанавливается некоторое усредненное значение между 12 и 26 градусами, ориентировочно 17°. Если оставить угол наклона по выступам секций 12°, как у прототипа, и установить поверхности секций с противоположной направленностью по предлагаемой схеме (примерно 0° к линии горизонта), то усредненное значение угла будет находиться между значениями 0 и 12 градусов, ориентировочно 6°, и это приведет к увеличению скорости движения потока соломы в полтора раза. Кроме того, благодаря расположению поверхности секций с обратной направленностью, близкому к горизонтальному, повышается эффективность влияния сил гравитации на сепарацию зерна из слоя соломы. Если у прототипа поток движется вверх по клавишам «опускаясь» со ступени на ступень, то с клавишами с обратной направленностью секций поток движется, «поднимаясь» со ступени на ступень, что принципиально отличает предлагаемую конструкцию клавиш со ступенями секций от прототипа. Задача состоит в том, чтобы не превысить критическое значение высоты ступени (перепада), которая должна быть меньше высоты отрыва потока соломы от поверхности секции. Для современных конструкций и режимов работы клавишных соломотрясов критическое значение высоты перепада для предлагаемой конструкции находится в интервале 100-150 мм, около 3 значений размера радиуса кривошипа коленчатого вала.
Библиография
1. Песков Ю.А. и др. «Зерноуборочные комбайны «Дон», М.: Агропромиздат, 1986, с.54.
7
2. Хайдян Франц и другие (DE). «Уборочная машина и транспортирующий барабан для нее». Патент РФ №2245016, МПК A01F 12/30 от 04.05.2000 г.
3. Патент ФРГ GB 1259734.
4. Кленин Н.И., Лачуга Ю.Ф. «Молотильно-сепарирующее устройство». АС 323102, М.кл. A01f 12/18. Бюллетень №1 за 1971.
5. Лачуга Ю.Ф. «Исследование процесса обмолота хлебной массы на входе в молотильное пространство». Дис.…кан-та техн. наук. - М., 1972.
6. Василенко И.Ф. «Теория соломотряса». Сборник трудов по земледельческой механике. М.: Сельхозиздат, 1961, Т.6, с.67-92.
7. Зубков В.И. «Клавишный соломотряс». Издательство РИСХМ, г.Ростов-на-Дону, 1987 г.