СПОСОБ ОБМОЛОТА КОЛОСЬЕВ И СЕПАРАЦИИ ЗЕРНА И МОЛОТИЛЬНО-СЕПАРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
METHOD OF THRESHING HEADS AND SEPARATING GRAIN AND THRESHING-SEPARATING DEVICE

Область техники
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам и устройствам для отделения зерновой массы от колосьев.
Уровень техники
Известно устройство для разделения зерновых смесей (МПК В07В 13/02, Авт.свид. №1785750. Сепаратор, бюл. изобр. №1 от 07.01.1993 г.). Устройство содержит жесткий цилиндр, в котором расположены бесконечная лента с участком обратной кривизны, загрузочное и разгрузочное устройства, источник силового воздействия, выполненный в виде отсасывающего воздухопровода и установленный против участка ленты с обратной кривизной в зоне между первым по ходу вращения цилиндра прижимным роликом и нажимным валиком или за точкой перегиба направляющей кривой эластичной бесконечной ленты.
Отсасывающее устройство служит для удаления частиц легкой фракции зерновой смеси с поверхности ленты на участке, имеющем кривизну, обратную кривизне сопрягаемой с круговой цилиндрической поверхностью сепаратора. Радиус кривизны в любой точке на этом участке существенно различен, кроме того, и знакопеременен в точке перегиба. Поэтому при одной и той же линейной скорости ленты в этих точках существенно различно и ускорение.
В связи с этим на частицы с различными массами, транспортируемыми лентой, действуют центробежные силы инерции различной интенсивности, зависящие от изменения радиуса кривизны ячеистой поверхности.
В этих условиях создать поток отсасывающего воздуха, который бы отделял на этом участке с поверхности ленты только частицы легкой фракции, и при этом зерновки оставались на рабочей поверхности ленты до зоны С инерционного выделения, никак невозможно. Отсасывающий воздушный поток не обладает в этих условиях избирательными свойствами. Поэтому разделение зерновой смеси происходит недостаточно четко: существенная доля зерна выделяется с легкими примесями, а вместе с зерном выделяется недопустимо большое количество легких примесей. В результате не обеспечивается требуемая эффективность разделения.
Таким образом, способ сепарации, реализуемый установкой отсасывающего устройства против участка ленты с обратной кривизной (а.с. №1785750), является неэффективным и нецелесообразным.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является принимаемый за прототип «Способ обмолота колосьев и сепарации зерна и молотильно-сепарирующее устройство» (патент №2048735, МКИ A01F 12/18, бюл. №33 от 27.11.1995 г.). Способ осуществляется путем подачи колосовой массы к молотильным органам, ее безударного обмолота и сепарации зерна внутрь одного из молотильных органов, а его выделение происходит в направлении, обратном подаче, при этом отбор легких частиц осуществляют пневмомеханическим воздействием щеточным отражателем.
Устройство, реализующее этот способ, содержит молотильно-сепарирующие органы. Один из них - наружный - выполнен в виде гибкой замкнутой вращающейся поверхности с расположением ячеек на ее внутренней стороне, второй молотильно-сепарирующий орган - внутренний - установлен с возможностью вращения в одном направлении с наружным органом с окружной скоростью, большей, чем у внешнего органа, при этом имеется щеточный отражатель.
Щеточный отражатель осуществляет заключительную операцию сепарации частиц путем пневмомеханического воздействия, складывающегося из удара щеток отражателя по продуктам обмолота (зернового вороха) и выдувания легких примесей потоком воздуха, образуемым теми же щетками.
2
Недостатком этого способа является необходимость сообщения щеточному отражателю значительных окружных скоростей - до 30…35 м/с при окружной скорости гибкой ячеистой поверхности до 15 м/с. При этом центробежные силы, действующие на продукты обмолота, в 70 и более раз превышают действие веса частиц. В этих условиях при максимально допустимой жесткости элементов щеточного отражателя 110 Н·мм они не способны сбрасывать с ячеистой поверхности крупные компоненты легкой фракции (стержни колосьев). При большей жесткости щеток на указанных режимах происходит травмирование зерновок, а сами щетки подвергаются интенсивному изнашиванию, что приводит к снижению надежности устройства в целом.
Недостатком устройства также является то, что щеточный отражатель создает сложный вихревой воздушный поток, беспорядочно раздувающий легкие компоненты зернового вороха, включая пыль. Ими заполняется внутреннее пространство молотильно-сепарирующего устройства, засоряются ячейки, предназначенные для зернового компонента, вследствие чего ухудшаются условия для эффективного обмолота и сепарации. Кроме того, часть легких примесей попадает в приемник очищенного зерна и засоряет его, что также снижает эффективность сепарации.
Таким образом, реализация данного способа и устройства приводит к существенному снижению возможного технологического эффекта: увеличению энергозатрат и повреждения зерна, снижению надежности и производительности.
Сущность изобретения
Заявляемое изобретение направлено на устранение вышеотмеченных недостатков. При его использовании может быть получен следующий технический результат: значительное повышение производительности за счет создания условий для увеличения рабочей окружной скорости замкнутой гибкой цилиндрической поверхности, повышения эффективности сепарации зерновой массы, снижение металло- и энергоемкости рабочего процесса, снижение повреждений и дробления зерна, существенное упрощение конструкции и повышение надежности работы молотильно-сепарирующего устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что способ обмолота колосьев и сепарации зерна включает подачу колосовой массы к молотильно-сепарирующим органам - наружному и внутреннему, безударный обмолот и разделение зернового вороха на фракции в поле центробежных сил, при этом в зоне обмолота осуществляют подачу зерна внутрь наружного молотильно-сепарирующего органа и его выделение производят в направлении, обратном подаче, а отбор легких частиц осуществляют пневмомеханическим воздействием, причем отделение незерновой части вороха осуществляют дополнительным силовым воздействием отсасывающим воздушным потоком на участке постоянного центростремительного ускорения наружного рабочего органа.
Указанный технический результат достигается тем, что молотильно-сепарирующее устройство содержит вращающиеся в одном направлении молотильно-сепарирующие рабочие органы, один из которых - наружный - выполнен в виде замкнутой цилиндрической поверхности, имеющей участок обратной кривизны, внутри которого расположен другой молотильно-сепарирующий рабочий орган и образующий с наружным рабочим органом зону обмолота и сепарации зерна с регулируемым зазором, рабочие органы для подачи колосовой массы к молотильно-сепарирующим рабочим органам и вывода фракций продуктов обмолота и сепарации, причем на внутренней поверхности наружного молотильно-сепарирующего рабочего органа выполнены ячейки, а окружная скорость внутреннего рабочего органа больше, при этом между зоной обмолота и началом участка обратной кривизны замкнутой цилиндрической поверхности установлен конфузор, присоединенный к отсасывающему воздуховоду.
Указанный технический результат достигается также тем, что
1) конфузор выполнен в виде повернутого желоба и состоит из сопряженных между собой нижней и верхней продольных боковин и двух торцовых стенок, одна из которых содержит отверстие;
2) внутри конфузора установлен гаситель скорости крупных компонентов незерновой фракции продуктов обмолота;
3) гаситель скорости выполнен в виде полого тонкостенного валика, установленного с возможностью вращения и образующего с внутренней ячеистой поверхностью наружного молотильно-сепарирующего рабочего органа зазор, не превышающий среднюю толщину крупных компонентов незерновой фракции продуктов обмолота.
Из изложенного следует, что совокупности существенных признаков предлагаемого изобретения находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом, т.е. интенсифицируется процесс обмолота и сепарации и значительно повышается производительность за счет создания условий для увеличения рабочих скоростей молотильно-сепарирующих рабочих органов, повышается эффективность сепарации, снижаются повреждения и дробление зерна, а также металло- и энергоемкость, существенно упрощается конструкция и повышается надежность работы.
На чертеже изображено молотильно-сепарирующее устройство.
Способ отделения зерновой части от колосьев осуществляется следующим образом.
1
1
2
При подаче колосовой массы на ячеистую поверхность (на участке А) она увлекается в сторону молотильного зазора S. Здесь колосья под действием сил трения молотильно-сепарирующих рабочих органов затягиваются в начало молотильного зазора. При этом происходит обжатие колосьев и в результате разности окружных скоростей V, V рабочих органов осуществляется действие сил сжатия, сдвига, растяжения и изгиба, приводящее к интенсивному разрушению связей зерна с колосом и сепарации семян западанием в ячейки при одновременном действии центробежных сил инерции.
Разделение продуктов обмолота на фракции осуществляется при последующем воздействии на незерновые компоненты отсасывающим воздушным потоком на участке В постоянного центростремительного ускорения наружного рабочего органа и инерционным выделением зерна из ячеек на участке С обратной кривизны ячеистого рабочего органа.
Молотильно-сепарирующего устройство содержит жесткий перфорированный барабан 1 с обечайками 2 по краям, установленный с возможностью вращения на опорных роликах 10. Внутри барабана 1 размещены подающий, молотильно-сепарирующие и транспортирующие рабочие органы. Рабочий орган 3 выполнен в виде замкнутой эластичной (гибкой) поверхности с ячейками изнутри и имеет участок обратной кривизны, образованной валиком 4. Валик 4 установлен на неподвижных подшипниковых опорах.
Под участком обратной кривизны рабочего органа 3 смонтирован транспортирующий рабочий орган 5, выполненный в виде шнека и установленный внутри приемника 6 зерновой фракции. Ниже приемника 6 расположен рабочий орган 7, выполненный в виде шнека, для подачи колосьев внутрь молотильно-сепарирующего устройства. Он размещен внутри кожуха 8, имеющего по всей длине выходное отверстие.
Выходное отверстие содержит клапан 9 для регулирования подачи колосовой массы на ячеистую поверхность рабочего органа 3. Справа от кожуха 8 смонтирован второй молотильный рабочий орган - вращающийся терочный барабан 11, выполненный в виде эластичного цилиндра из резины или полиуретана. Барабан 11 герметично закреплен на торцовых дисках 12, которые также герметично установлены на валу 13. В одном из торцов вала 13 просверлено отверстие, снабженное ниппелем для подачи воздуха и создания внутри барабана 11 регулируемого избыточного давления.
1
Поверхность терочного барабана 11 образует с поверхностью рабочего органа 3 зазор S, величина которого близка к минимальной толщине зерновок колосьев. Он регулируется в зависимости от технологических свойств, колосовой массы: влажности, крупности семян, прочности их связи с колосом и др.
2
1
2
1
Рабочие органы 3 и 11 вращаются в одну сторону, причем окружная скорость V терочного барабана 11 в 1,3-1,5 раза больше окружной скорости V ячеистой поверхности рабочего органа 3. Отношение V/V регулируется также в зависимости от физико-механических свойств обмолачиваемых колосьев.
Над терочным барабаном установлен конфузор 14 для аспирации (отсасывания) незерновой фракции продуктов обмолота с ячеистой поверхности рабочего органа 3. Конфузор 14 состоит из сопряженных между собой двух продольных боковин 17 и 18 и двух торцовых стенок, одна из которых 15 содержит отверстие 16 для присоединения к отсасывающему воздухопроводу, включающему дроссельный клапан и вентилятор (последние на чертеже не показаны).
Верхняя продольная стенка 18 конфузора 14 установлена перед точкой К начала участка обратной кривизны рабочего органа 3.
Между нижней 17 и верхней 18 продольными боковинами, охватывающими цилиндрический участок радиуса R рабочего органа 3, образуется рабочая зона В конфузора. На участке ячеистой поверхности в этой зоне все частицы обмолоченного зернового вороха имеют одинаковое центростремительное ускорение.
2
Внутри конфузора 14 над его нижней боковиной 17 установлен гаситель 19 скорости незерновой части обмолоченных колосьев. Он выполнен в виде тонкостенного трубчатого обрезиненного валика, опирающегося на подшипниках с возможностью вращаться от воздействия на него компонентов крупной фракции незерновой части (преимущественно стрежней колосьев с неоторванными оберточками), транспортируемой ячеистой поверхностью 3 в сторону ее вращения. Для надежного функционирования гасителя 19 он образует с ячеистой поверхностью 3 регулируемый зазор S, размер которого не превышает среднюю толщину крупных компонентов незерновой фракции.
Предлагаемое молотильно-сепарирующее устройство работает следующим образом.
Жесткий перфорированный барабан 1, опирающийся на ролики 10 и приводимый во вращение от механизма привода 20, в свою очередь, приводит во вращение вложенный внутрь него гибкий рабочий орган 3. Совместное вращение барабана 1 и гибкого рабочего органа 3 (за исключением участка обратной кривизны на нем) обеспечивается силами трения между ними, вызываемыми их упругим взаимодействием и в большой степени центробежными силами инерции, действующими на гибкий рабочий орган на его цилиндрической поверхности радиуса R.
От механизма привода 20 приводится во вращение и терочный барабан 11.
Шнек 7, вложенный внутрь кожуха 8, транспортирует колосовую массу вдоль оси молотильно-сепарирующего устройства и через отверстие под клапаном 9 в зоне А подает ее на ячеистую поверхность рабочего органа 3 равномерно по всей длине.
1
2
1
Вращающиеся в одном направлении рабочие органы 3 и 11 колосовую массу сжимают и затягивают в молотильный зазор S. Здесь из-за разности окружных скоростей рабочих органов (V>V) колосья подвергаются одновременному действию упругих сил сжатия, сдвига, растяжения и изгиба, в результате чего происходит интенсивное разрушение связей зерна с колосом, т.е. обмолот. Зерна освобождаются от колоса и упругой поверхностью терочного барабана 11 втираются в ячейки или западают в них под действием центробежных сил инерции; происходит их сепарация и транспортирование ячейками из зоны обмолота в зону С инерционного выделения очищенного зерна на участке обратной кривизны гибкого рабочего органа. Очищенное зерно поступает в желоб 6 и выводится наружу шнеком 5.
Конфузор 14 создает разрежение воздуха в зоне В отсасывающим воздушным потоком. При этом незерновая (легкая) фракция обмолоченной колосовой массы, состоящей из стержней колосьев, оборванных остей и оберточек зерна и пыли, полностью отделяется от ячеистой поверхности рабочего органа 3 и через отверстие торцовой стенки 15 транспортируется наружу отсасывающим воздухопроводом. Интенсивность отсасывающего воздушного потока регулируется дроссельной заслонкой или изменением частоты вращения крылача вентилятора. Скорость воздуха подбирают так, чтобы легкие частицы, запавшие в ячейки, выдувались из них, а зерна, имеющие в сравнение с ними многократно большую индивидуальную массу и минимальный коэффициент парусности, оставались в состоянии относительного покоя. Такая возможность усматривается из следующего очевидного выражения:
кр
где V - критическая скорость отсасывающего воздуха в зоне действия конфузора;
ω, R - угловая скорость и радиус цилиндрической ячеистой поверхности рабочего органа 3;
g - ускорение свободного падения;
α - центральный угол, определяющий положение частицы над горизонтальным диаметром цилиндрической поверхности;
n
K - коэффициент парусности частицы.
2
Стрежни колосьев и их фрагменты имеют большой коэффициент парусности. Поступая в зону В, они задевают поверхность валика гасителя 19, теряют окружную скорость и при одновременном воздействии отсасывающего воздуха отделяются от ячеистой поверхности. Затем они, как и мелкие легкие примеси, поступают в отверстие стенки 15 и транспортируются наружу отсасывающим воздухопроводом. Интенсивность отделения стрежней колосьев также зависит от зазора S, который регулируется перемещением опор валика гасителя 19.