КАТУШЕЧНЫЙ МНОГОЗАХОДНЫЙ ВИНТОВОЙ ВЫСЕВАЮЩИЙ АППАРАТ
SPOOL MULTISTART SCREW SEEDING UNIT

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к катушечным высевающим аппаратам посевных агрегатов.
Известны высевающие аппараты в виде катушек с ребрами и муфтами, подпружиненных клапанов и розеток с прорезями (Карпенко А.Н., Халанский В.М. Сельскохозяйственные машины. - М.: Колос, 1983; АС SU №1746920, A01C 7/04, 15.07.1992). Однако такие аппараты дают пульсирующий поток высевающего материала, не обеспечивают непрерывную подачу семян, повреждают семена, что снижает стабильность высева.
Известен катушечный высевающий аппарат АС RU №55826, кл. A01C 7/12 от 31.10.1939 г. в виде катушки, состоящей из двух частей, образующих винтовую канавку. Однако одна винтовая канавка не может обеспечить ни норму, ни равномерность высева любого материала, и потому такая конструкция не нашла применения до настоящего времени.
Известен катушечный высевающий аппарат по патенту на изобретение RU №2343676, A01C 7/12 от 20.01.2009 г., отличающийся тем, что желобки катушки выполнены попеременно сходящимися и расходящимися на ширину желобка в левой и правой частях катушки. Такая конструкция не может создать равномерного активного слоя семян, так как такие желобки ступенчатые и создают пульсирующий поток семян, скопления зерен чередуются с пропусками.
Известен высевающий аппарат по патенту на изобретение RU №2384040, A01C 7/12 от 20.03.2010 г., желобки (ребра) катушки которого выполнены по винтовой линии под углом 18…22° к осевой линии катушки. Размещение желобков под таким углом несколько снижает пульсирующий поток зерна, но не исключает его и потому не обеспечивает равномерности и непрерывности дозирования. При этом параметры желобков винтовой кривой (шаг, форма, размер ребер, количество заходов и др.) не приводятся, а изготовить под углом 18…22° к осевой линии катушки можно только прямые желобки (ребра), но при этом мы получим широко известную желобчатую катушку с наклонными зубьями (желобками), которой присущ пульсирующий поток и неравномерность распределения семян в поле.
Известен высевающий аппарат по АС RU №685180, A01C 7/12 от 15.09.1979 г., включающий катушку с наклонными желобками. Выступы желобков катушки охватываются муфтой, выполненной в виде заслонки. Недостаток такого высевающего аппарата - отсутствие клапана, потери семян в виду самопроизвольного их истечения, неравномерное распределение семян по площади посева.
Известен катушечный высевающий аппарат по АС RU №2231247, кл. A01C 7/04 от 20.01.2004 г. с катушкой, имеющей на своей поверхности конусообразные углубления для подачи семян от катушки к приемному окну, и эластичным отражателем, размещенным под острым углом к цилиндрической поверхности катушки. Конусообразные углубления на поверхности катушки не позволили исключить неравномерность высеваемого потока семян, а эластичный отражатель способствует скоплению семян и их порче.
Известен катушечный высевающий аппарат по АС RU №2797464, A01C 7/12 от 07.06.1981 г. с желобками катушки, выполненными на ее поверхности треугольной формы. Подобные желобки (цилиндрические углубления) на поверхности катушки раскрыты и в полезной модели RU №82083, A01C 7/04, 20.04.2009 г. В обеих конструкциях нет механизма, исключающего неравномерность высева семян, и потому такие устройства не работоспособны.
Известен высевающий аппарат (АС СССР №1313370, A01C 7/12 от 30.05.1987 г. и №1477280 от 07.05.1989 г.), содержащий корпус с размещенными в нем соосно муфтой с ребром, желобчатой катушкой, розеткой и установленное под ними донышко (клапан), шарнирно соединенное со стороны розетки с заслонкой, имеющей паз. В паз входит водило, прикрепленное к муфте. Водило и заслонка с пазом образуют кулисный механизм, позволяющий автоматически изменять геометрию донышка при осевом перемещении катушки. К недостаткам данного высевающего аппарата можно отнести неравномерное распределение высеваемого материала (преимущественно удобрений) по площади рассева за счет пульсирующего высева, а также сложность в изготовлении и эксплуатации высевающего аппарата, низкую надежность работы. Все это ведет к снижению урожайности сельскохозяйственных культур.
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому технологическому результату (прототип) является свидетельство на полезную модель RU №85789, A01C 7/12, 20.08.2009 г., в которой желобки катушки имеют профиль в виде параболы и выполнены по винтовой линии, нанесенной на диаметр катушки с правыми винтами, а на боковой грани катушки расположена проточка для выхода семенного материала. Винтовая линия с правыми винтами, размещенными на наружном диаметре катушки, может улучшить качественные показатели высева семян, но отсутствие ее параметров и режимов, небольшой, судя по чертежу, шаг однозаходной винтовой линии будет способствовать нестабильному перемещению семян в одну сторону к кольцевой проточке, где они будут скапливаться и травмироваться витками и торцами катушки.
Предлагаемый катушечный многозаходный винтовой высевающий аппарат позволит устранить вышеизложенные недостатки путем:
1) повышения качества посева зерновых культур за счет повышения равномерности распределения семян по площади питания и исключения их травмирования для более полного использования их генетического потенциала;
2) установки на аппарат сменной дозирующей катушки в двух вариатнах:
а) для посева семян зерновых культур;
б) для локального ленточного внесения гранулированных минеральных удобрений.
2
Поставленная задача создания аппарата для высева семян зерновых культур достигается путем размещения на наружной цилиндрической поверхности дозирующей катушки левых или правых винтовых многозаходных скошенных лопастей шнека с шагом не менее 500 мм, размещенных на ее диаметре не менее 50 мм, с числом винтовых лопастей от 12 до 16 заходов, образующих профильные криволинейные зубья высотой 6…12 мм и желобки объемом, кратным размеру (объему) высеваемых семян с площадью поперечного сечения не менее 20 мм.
2
В отличие от конструкции вышесказанной дозирующей катушки для посева зерновых культур, дозирующая катушка для локального ленточного внесения минеральных удобрений имеет число винтовых лопастей-заходов от 10 до 15, высоту зубьев - 10…15 мм, площадь поперечного сечения желобков - 50-80 мм.
Криволинейная форма желобков формирует связанный активный слой посевного материала, благодаря которому обеспечивает формирование непрерывного равномерного потока зерна или удобрений. Применение многозаходных винтовых скошенных лопастей шнека позволяет сформировать криволинейные желобки заданных параметров, определяемых размерами семян, гранулированных удобрений и нормой их высева. Порча высеваемого материала предотвращается постоянным управляемым зазором между торцами катушки и муфты, имеющими одинаковый наружный диаметр, а также желобообразными идентичными профилями, установленными на дозирующей катушке и розетке.
Для повышения равномерности высева семян или внесения удобрений гладкая поверхность подпружиненного клапана выполнена по антифрикционной кривой-трактрисе, размещается под острым углом к вертикали, что позволяет увеличить толщину активного слоя семян под катушкой и, таким образом, увеличить уплотнение (подпор) семян или удобрений на клапане, что позволит увеличить равномерность их высева и снизить их повреждаемость.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен многозаходный катушечный винтовой высевающий аппарат.
На фиг.2 - конструктивная схема многозаходных ленточных витков шнека.
На фиг.3 - катушка многозаходного катушечного винтового аппарата для высева семян зерновых культур и конструктивная схема желобка.
На фиг.4 - катушка многозаходного катушечного винтового аппарата для внесения минеральных удобрений и конструктивная схема желобка.
На фиг.5 - механизм удержания минимального зазора между торцами катушки муфты.
На фиг.6 - розетка высевающего аппарата.
На фиг.7 - подпружиненный клапан высевающего аппарата.
На фиг.8 - антифрикционная кривая-трактриса рабочей поверхности подпружиненного клапана.
Катушечный многозаходный винтовой высевающий аппарат (далее аппарат) состоит (фиг.1) из правого 1 и левого 2 стальных нержавеющих корпусов, стянутых винтами 3, внутри которых установлены дозирующая многозаходная сменная винтовая высевающая катушка 4, изготовленная из полимерного материала (далее катушка), уплотнительная муфта 5, розетка 6 с установочной шайбой 7, рычаг 8 с осью, проставка 9, шибер 10, пружина 11 с шайбой 12, упорные втулки 13 со стопорными болтами 14, приводной вал 15, спецболты и винты 16 и 17, шип 18.
к
к
Геометрические размеры и количество зубьев катушки 4 определяются изготовлением по заданным параметрам (см. выше) многозаходных витков (ребер), зубьев, желобков, в основе которых заложен принцип проектирования лопастей многозаходных шнеков (фиг.2), где шаг винтовой линии S определяет кривизну желобков и зубьев, а расстояние между зубьями (желобками) на катушке t определяется диаметром катушки D, длиной окружности L=πD и шагом , где z - количество зубьев на катушке.
(в-1)
2
к
f
к
ж
Катушка для высева семян зерновых культур 4 с шипом 18, со скошенными многозаходными лопастями (зубьями) шнека 19 с шагом S≥500 мм, числом заходов (зубьев) от 12 до 16 (фиг.3), образующими U-образные криволинейные желобки, выполненных по кривой y=x/(b+1) (y и x - оси координат, b - размер семян в поперечном направлении), с закругленными, сопряженными вершинами зубьев по радиусу R, под углом α к вертикали катушки 4, диаметр катушки D=t·ctg 180°/z, где t - шаг зубьев, диаметр впадин желобков катушки D=0,8 t/(sin180°/z), длина катушки L - const, выбирается конструктивно, угол отклонения зубьев от вертикали α=360/z, площадь желобков катушки S≥30 мм.
ж
с
a
2
Катушка для ленточного внесения минеральных гранулированных удобрений 4 (фиг.4) с шипом 18 и со скошенными многозаходными лопастями (зубьями) шнека 20 отличается от вышеописанной катушки для высева зерновых культур числом заходов (зубьев) от 10 до 14, образующих U-образные криволинейные желобки катушки высотой h=10…15 мм, площадью S≥35 мм, радиусом впадин желобков R=1,5b-1 (b - размер гранул минеральных удобрений) и радиусами R и R образующих криволинейный желобок.
d
Диаметр делительной окружности D=0,9 t/(sin 180°/z) с шагом t.
Такие конструкции катушек позволяют равномерно сбрасывать в семяпровод и тукопровод семена зерновых культур и удобрения, что и обеспечивает высокое качество расстановки растений и наилучшие условия их роста.
Механизм удержания минимального зазора между торцами сменной катушки 4 и муфты 5 (фиг.5) включает пружину 11 с шайбой 12, которая, находясь в гнезде катушки, постоянно прижимает катушку 4 к муфте 5. Катушка 4 и муфта 5 фиксируются на приводном валу 15 упорными втулками 13 со стопорными винтами 14. Такая конструкция установки катушки 4 и муфты 5 позволяет им плотно прижиматься друг к другу (торцы Т), не допуская попадания между ними посевного материала и его повреждения.
С другой стороны высевающая катушка 4 уплотняется розеткой 6, установленной в специальном гнезде на внутренней (периферийной) поверхности левого корпуса 2. Розетка 6 имеет выступы, повторяющие контур желобков высевающей катушки 4 (фиг.6).
В верхней части корпуса на специальных болтах 16 (фиг.1) установлена проставка 9, в пазу которой размещен шибер 10. Шибер 10 служит для прекращения или регулировки подачи семенного материала или гранул удобрения из бункера (на чертеже не показан).
1
к
2
к
3
к
В нижней части аппарата (фиг.1 и 7) на оси 21 установлен винтами 23 на плоской пружине 25 подпружиненный клапан 26 с гладкой рабочей поверхностью, обращенной вогнутостью к катушке 4, и размещенный в исходном положении так, чтобы точка пересечения оси катушки у-у с подпружиненным клапаном К (зона активной работы катушки) отстояла от оси катушки 4 на расстояние l=0,5 D+Δ, а точка C - конец гладкой поверхности клапана 26 (зона сброса активного слоя зерна или удобрений) отстоял от центра катушки на расстояние l=(0,4…0,5), где D - диаметр катушки, Δ - толщина активного слоя, зависящая от высеваемого материала, регулируется рычагом 8 и l=(0,38-0,42)D.
Гладкая рабочая поверхность подпружиненного клапана 26 выполнена по антифрикционной кривой-трактрисе (фиг.8), касательная к которой в любой ее точке всегда постоянна и находится под острым углом φ. Такая конструкция исполнения клапана исключает самопроизвольное истечение материала в зазор Δ между гладкой поверхностью клапана и катушкой, создает наилучшие условия для равномерного, сплошного, непрерывного истечения материала в семяпровод или тукопровод сеялки.
К нижнему фланцу корпуса высевающего аппарата присоединяется семяприемник с семяпроводом или тукопроводом (на чертеже не показаны), через которые семена поступают к сошнику.
Катушечный многозаходный высевающий аппарат работает следующим образом (фиг.7): семена или удобрения, поступающие по семяпроводу или тукопроводу из емкости сеялки в пространство вокруг катушки 4, установленной в корпусе аппарата, которая вращается с угловой скоростью ω и перемещает активный слой материала Δ, размещенный между зубьями с желобками катушки 4 и подпружиненным клапаном 26, сбрасывает его в конце клапана 26 плавно и непрерывно в воронку благодаря многозаходным скошенным винтовым лопастям (ребрам) шнека, образующим криволинейные желобки объемом, кратным размеру высеваемого материала.
Травмирование семян или гранул удобрения предотвращается отсутствием зазора между торцами катушки 4 и муфты 5 с одной стороны, незначительными зазорами между рабочими поверхностями желобков катушки 4 и выступами розетки 6, входящими в желобки катушки, и острым углом наклона β кривой клапана 26 к горизонтальной оси высевающего аппарата.
Изменение нормы высева может осуществляться следующими способами:
а) изменением рабочей длины катушки 4 при совместном перемещении катушки 4 и муфты 5 вдоль оси приводного вала 15;
б) изменением частоты вращения приводного вала 15;
в) изменением зазора между наружной поверхностью катушки 4 и рабочей поверхностью клапана 26.
Применение данного катушечного винтового высевающего аппарата позволяет снизить трудоемкость регулировочных работ, осуществить качественный высев материала с равномерным и точным распределением по площади питания и со снижением их травмирования, тем самым создавая возможность экономно использовать семенной материал, полностью использовать генетический потенциал каждого семени и получить высокие урожая, снижая при этом себестоимость возделываемых культур.