НЕТРАДИЦИОННЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН
Режущие аппараты
3 настоящее время известны следующие способы резания: механический (резание лезвием), гидродинамический (резание струей жидкости под большим давлением), химический (за счет взаимодействия со стеблем химически активных веществ) и термический (пережигание стеблей раскаленной проволокой, лучом лазера и др.). Исследовался и внедрялся только механический способ, остальные не прошли еще стадию патентования, об'их разработке и исследованиях сведений не имеется.
В последнее время привлекают внимание ротационные режущие аппараты, так как при их работе не возникают знакопеременные силы инерции, например шнековые. Их преимущества заключаются в отсутствии знакопеременных сил инерции и в возможности увеличивать скорость резания, что делает их работоспособными при рабочих скоростях машины до 20 км/ч. Однако им присущи недостатки, которые являются общими для всех шнековых механизмов: сложность изготовления и эксплуатации (сложность смены режущих элементов, заточки и др.); трудность центрирования и невозможность работы с большой частотой вращения, особенно при большой длиие; невозможность копирования рельефа почвы.
Выполнение режущего аппарата со спирально-винтовым (безвальным) рабочим органом [87] позволяет получить высокопроизводительный режущий аппарат, способный копировать рельеф почвы. Общий вид аппарата изображен на рис. 25. Он состоит из пальцевого бруса 1, пальцев 2, режущего подвижного элемента 3, опорных подшипников 4, механизма привода. Режущий подвижный элемент.(нож) выполнен в виде спирали и расположен над пальцами 2. Для Крепления ножа 3 концы спиралей прикреплены к кольцам Или дискам 5, установленным во внутренних обоймах подшипников 4, расположенных по концам режущего аппарата. Для лучшего поддержания зазора между лезвием ножа и пальцами по ширине захвата могут быть установлены опорные кольца 6, аналогичные подшипникам 4, Известно, что спирали (например у спиральных транспортеров) могут Работать при значительном изгибе. Поэтому для копировали микрорельефа почвы или для придания необходимой фор - ^ ножу необходимо сделать пальцевый брус способным к из' РИбу."
Г
Спиральный нож может быть выполнен различной формы в „сечении. Одной из форм ножа в сечении может быть треугольной или в виде сегментов, обращенных основанием (плоской стороной) наружу, ь пальцам.
Режущий аппарат работает следующим образом: при движении машины спиральный нож вращается и при защемлении растений между его кромкой и пальцами срезает их. Так как спирально-винтовой механизм, как установлено опытами, может работать с частотой вращения значительно большей, чем шнековый, то его производительность будет значительно больше, чем у шнекового режущего аппарата.
Возможен и другой вариант выполнения режущего аппарата (рис. 26), когда пружина 2 (спираль) является неподвижным противорежущим элементом, а внутри нее находится нож [88.3. Режущий аппарат монтируется на внутреннем 1 и наружном А башмаках, которые соединены брусом 8. На этих башмаках имеются цилиндричес - - кие бобышки 5>, и 9, иа Рис.25. Спирально - вин - К0Т0рых установлены зксценг тозой режущий аппарат риковые втулки 6. На наруж
Ных цилиндрических поверхностях втулок 6 закреплен про- тиворежущий элемент - жесткая пружина 2, внутри которой размещен нож, состоящий из вала 7 и косых шайб 3. При - зод вала осуществляется от конической передачи 10.
При движении косилки вперед травостой разделяется вит' ками протизорежущего элемента 2 и попадает под режущие
Рис.26. Ротационньй режущий аппарат косилки со спирально-винтовым протнворежуїгрім элементом
Кромки шайб 3, вращающихся вместе с валом 7. Скошенная трава переваливается через режущий аппарат к соединитель - ; ный брус и укладывается в прокос. По мере износа режущих кромок с помощью поворота эксцентриковых втулок 6, установленных на бобышках 5 и 9, регулируется зазор между внутренней поверхностью противорежущего элемента и режущими кромками косых шайб 3. Витки проволоки, из которой выполнен противорежущий элемент, могут иметь треугольное или трапецеидальное сечение, острым углом обращенное наружу. Такое сечение проволоки способствует лучшему подводу убираемой культуры к режущим элементам, выполненным з виде косых шайб 3.
2.5. Использование спирально-винтовых рабочих органов в уборочных машинах
2,5.1. Зерноуборочные комбайны
В схемах зерноуборочных комбайнов спирально-винтовые Рабочие органы 'могут найти разнообразное применение, tlx можно использовать с учетом ранее сказанного для различных целей. Они могут хорошо взаимодействовать с коническими барабанами, осуществляя равномерную загрузку Массы в них и производя предварительный обмолот и выделение зерна [89]
Схема такого молотильного аппарата приведена на Рис. 27. Он состоит из безвального винтового транспорта 1, внутреннего барабана 2, наружного решетчатого
I
Барабана 3, зала 4, кронштейнов 5, опорных подшипников вала 6, кожуха 7, корпуса транспортера 8, швырялки 9 и механизмов привода и регулировки.
Безвальный винтовой транспортер 1 может располагаться, например, в наклонной камере, если устанавливать такой аппарат на комбайнах существующей схемы. Внутренний барабан 2 выполнен в виде конуса, в частности-с криволинейной образующей для лучшего захватывания и распределения массы. На поверхности барабана могут быть установлены бичи, а на участке, примыкающем к вершине, - винтовые выступы. Наружный решетчатый барабан может выполняться неподвижным с возможностью перемещения в осевом направлении для регулировки зазора, а также с дополнительным приводом во вращение. Внутренний барабан жестко закреплен на приводном валу 4, который установлен в подшипниках 6. С целью уменьшения вылета вала 4 один из подшипников сдвинут к вершине барабана с помощью кронштейна 5. Особенностью примененного транспортера является его сочленение с молотильной камерой, выполненное в виде жестко закрепленного к винтовому транспортеру кожуха 7, опирающегося через подшипник на корпус и вращающегося вместе с транспортером.
Молотильный аппарат работает следующим образом. Масса поступает в винтовой транспортер 1; в процессе транспортирования она размещается равномерно по окружности, частично обмолачивается, сепарируется и поступает к вершине внутреннего барабана равномерным кольцевым слоем. Внутри кожуха 7масса дополнительно выравнивается, . чему, кроме всего прочего, может способствовать разность оборотов транспортера н барабанов. При движении в зазоре. между барабанами 3 и 4 масса окончательно обмолачивается. В связи с тем, что путь массы, а значит, и время обмолота значительно больше, чем в обычном барабане, то обмолачивающая и сепарирующая способность такого устройства будет значительно выше, чем у существующего. Зерновая Часть при зтом будет выделяться через отверстия наружного барабана 3, соломистая - через зазор между основаниями барабанов 2 и 3. Для лучшего отвода массы внутренний барабан может иметь швырялку 9. Применение безвальиого винтового транспортера в данной схеме будет также способствовать предварительному выделению наиболее спелых зерен. Если кожух 8 выполнен в воде решета, эти зерна могут быть выделены до попадания иа конический барабан. Та - ким образом, молотильный аппарат, выполненный по данной схеме, может осуществлять обмолот при постепенно возрастающем воздействии на ворох и полную сепарацию зерна.
Следует отметить, что применение конических барабанов потребует измельчения стеблей перед обмолотом, так как известным недостатком их, хотя и редко упоминаемым, является плохая транспортирующая способность, что объяс няется различными скоростями рабочего органа по длине стебля, находящегося в молотильном аппарате. Эти скорое ти возрастают на выходе из аппарата с увеличением радиуса барабана, поэтому стебель как бы тормозится той частью, которая находится ближе к началу барабана. Такое язление обусловливает скольжение стебля - по поверхности рабочего органа, увеличенные растягивающие усилия, повышает энергоемкость процесса и снижает транспортирующую способность устройства,
Предлагаемая схема молотильного аппарата позволяет легко установить в нем ножи, производящие предварительное измельчение стеблей. Спирально-винтовая пружина может быть использована в качестве одного из основных элементов - бича - в конструкции молотильного барабана, {9(| . Такой барабан 1 (рис. 28) содержит вал 8 (или цапфы) с фланцами 2, на которых посредством пальцев 7 закреплены концы 3 и 6 бичей, выполненных в виде спирально - винтовых пружин 5. Бичи размещены с небольшим зазором в - полуцилиндрических выемках эластичных подбичников 4.
-.Под барабаном установлена дека 9.
Хлебная масса в процессе вращения барабана 1 перемещается в зазоре между барабаном 1 н декой 9. При этом спирально-винтовые бичи активно воздействуют на массу:
Рис.28. Молотильный барабан с пружинными бичами
За один оборот барабана 1 они сжимаются и растягиваются в выемках подбичяиков, приходят в состояние вынужденных колебаний. Колебания бичей производят вибра, ционное воздействие на массу, интенсифицируют обмолот и сепарацию зерна через деку 9. При этом травмирование зерна снижается.
За рубежом и у нас в стране разрабатываются молотиль- но-сепарирукяцие устройства с аксиальной подачей. Они используются в схеках роторных комбайнов. Цилиндрические молотильно-сепарирующие устройства просты по конструкции, обладают высокой удельной производительностью и устойчиво работают на сухом незасоренном ворохе. Эти преимущества в сочетании с простотой и компактностью постоянно привлекают к ним внимание ученых и конструкторов. Однако с повышением влажности вороха и его засоренности молотильно-сепарирующие устройства не обеспечивают необходимую полноту выделения зерна из соломы из-за залипання сепарирующей решетки и недостаточного перетряхивания соломы.
Устранение указанных недостатков может быть достигнуто активизацией цилиндрической поверхности: приданием ей подвижности не только в тангенциальном, но и в аксиальном направлении. Такая активная поверхность может. быть выполнена в виде винтовой спиральной поверхности. Вращение ее обеспечивает активность в тангенциальном, а возможность деформации витков (их колебаний) - в осевом и дополнительно в тангенциальном направлениях. Молотилъ - во-сепарирукаций рабочий орган с активной поверхностью представлен на рис. 29 [91J.
Винтовой безвальный рабочий орган (спираль) 1 (рис. 29а) расположен внутри цилиндрического решета 2. Решето 2 охватывается снаружи кожухом 3, жестко с ним : соединенным. В передней части конец спирали 1 крепится изнутри к приемнику массы 4, выполненному в виде жесткого цилиндра с раструбом на переднем конце. Внутри приемника под углом к его оси расположены лопатки. Они служат для захватывания массы, обмолота ударом и создания вентиляторного эффекта. Наружная поверхность приемника 4 может быть выполнена в виде шкива 6, или иа ней могут быть выполнены клнавки под приводной клиновидный ремень. Для опоры приемника вокруг него расположены-опорные ролики 7, оси которых закреплены на раме.
В данном устройстве спираль 1 выполняет функцию об-
. Рис,29. Спирально-винтовое молотильно~сепарирующее устройство
Молачивагсщего, сепарирующего и транспортирующего рабочего органа. Для усиления воздействия на обрабатываемую массу может быть установлена вторая спираль (показана пунктиром). В принципе возможно выполнение рабочего органа одно-, двух - и многозаходным. На рис. 296 представлено поперечное сечение аппарата с цилиндрической спн - ральюу на рис. 29в поперечный профиль спирали выполнен не круглым - для усиления воздействия на обрабатываемый материал.
Цилиндрическое решето 2 может быть выполнено из спирали с малым шагом между ее витками." В этом случае оно может изгибаться и молотильную часть можно размещать в начале наклонной камеры.
При работе обмолачиваемая масса подается внутрь приемника 4. Лопатки 5, расположенные под углом внутри при" емника, захватывают массу, способствуют ее передвижению и производят первоначальный обмолот ударом. Затем масса
Попадает под воздействие витков спирали 1, перемещается ими к выходу, и одновременно обмолачивается. Зерна и мелкий ворох под действием центробежных сил выделяются из массы, проходят через решето 2 и могут подаваться в зависимости от схемы машины в бункер, на дальнейшую обработку или в транспортные средства. Солома покидает аппарат через кольцо н также в зависимости от схемы машины может направляться в копнитель и т. п.
Такое молотильно-сепарирукхцее устройство будет иметь высокую производительность благодаря многократному воздействию витков спирали на обрабатываемый ворох. Его сепарирующая способность достаточно велика из-за большого живого сечения и колебаний витков при работе (типа автоколебаний) . Эти колебания эффективнее, чем колебания жесткого решета, так как при этом изменяется расстояние между витками, а у жесткого решета размеры отверстий 1 постоянны. Все изложенное свидетельствует, что такое устройство может эффективно работать в условиях повышенной влажности. Кроме того, его использование, значительно изменяет структурную схему комбайна, упрощает ее. Интересно отметить,' что рабочий орган такой же схемы может использоваться в качестве режущего аппарата и транспортеров. Поэтому, особенно для получения невейки, в комбайне можно использовать рабочие органы одной схемы - спирально-винтовые.
Небольшие конструктивные изменения в предложенных позже аналогичных МСУ касались, в основном, формы спирали [92] , шага ее витков [93] , снабжения спирали механизмом для придания ей дополнительных осевых вибраций [94, 95]..
В устройствах для уборки зерновых культур спирально- винтовые элементы находят, кроме перечисленных, и другое применение, например в устройствах для очеса семенников сельскохозяйственных культур на корню [9б] . Устройство > (рис, 30) содержит очесывающий барабан 1 с очесывающими гребенками 3, каждая из которых выполнена в виде спиральной цилиндрической пружины. На каждом витке спирали в одной плоскости закреплены очесывающие пальцы 4, рабочая ширина которых равна диаметру поперечного сечения витка. Бокозины 2 очесывающего барабана закреплены на залу посредством пригодных муфт 7 и 12, а также сферических ■ шарниров 13 и контактируют с направляющими, За счет этого изменяют угол отклонения боковин и тем самым зазор
1
З
Рис. ЗО. Очесывающее устройство зерноуборочной машины
В
)
.между пальцами на входе в стеблестой и выходе в зоне ■транспортера 10. Боковины связаны с вибраторами 8 и 11 в виде гидроцилиндра.
При движении машины очесывающие пальцы входят в стеблестой с максимальным зазором между ними, что обеспечивает беспрепятственное проникновение и хороший захват стеблей. При дальнейшем вращении барабана боковины 2 и 5, взаимодействуя с упорами гидроцилиндров 8 и 11, сходятся, поворачиваясь на сферических шарнирах "6 и 13. При этом пружина сжимается и уменьшает зазор между очесываю-' щими пальцами 4 до необходимого значения, вплоть до нулевого . Использование устройства направлено на повышение качества очеса и исключение при этом потерь зерна.
Имеются предложения использовать безвальные спирально-винтовые (БСВ) элементы в качестве соломосепарато - ров. Они сочетают технологические преимущества гибких соломосепараторов со значительным упрощением устройства. Это объясняется тем, что БСВ-разделяющая поверхность имеет значительную жесткость и не нуждается в жестком облегающем ее цилиндре. Ее необходимо закрепить концами в барабанах, и получится активный трубопровод-сепаратор. Для нейтрализации центробежных сил, действующих на обрабатываемый зерносоломйстый ворох (для образования участков обратной кривизны), могут использоваться различные устройства.
На рис. 31 приведены некоторые схемы таких конструкций. Соломосепаратор (рис.31а) состоит из корпуса (не показан) с установленным в нем шкивом 2, к которому > жестко присоединена винтовая спираль 1, опирающаяся на
Рис.31v Спиральио-винтовые соломосепараторы
Ролики 4. С внешней стороны винтовой спирали установлен анек 3, витки которого выполнены в виде гребенки и имеют навивку с направлением, обратным направлению витков винтовой спирали 1. Шаг витков шнека равен шагу витков спирали. Такое выполнение позволяет шнеку вращаться на встречу винтовой спирали и своими витками заходить между витками последней. Шнеков может быть установлено несколько. Для уменьшения травмирования зерна, находящегося
В ворохе, витки шнеков и винтовую спираль можно снабдить эластичным покрытием.
Зерносоломистый ворох подается от молотильного барабана внутрь вращающейся винтовой спирали и под действием центробежных сил перемещается по внутренней ее поверхности. Витки шнека 3, находящиеся внутри винтовой спирали 1, способствуют разрыхлению зернового вороха и выделению из него зерна, которое проходит между витками спирали 1 и выводится из сепаратора в нижней части. Солома выводится из сепаратора с торцевой стороны посредст вом винтовой спирали и шнеков [97] , Установка сепарато ра на зерноуборочный комбайн позволит увеличить пропуск ную способность последнего и уменьшить потери зерна с соломой.
Для повышения сепарирующей способности устройства и уменьшения травмирования зерна, оно дополнительно макет содержать нагнетательный воздуховод 2 (рис.316), устанЬв ленный за шнеком по ходу вращения винтовой спирали 1 таким образом, что его сопла расположены по касательной к окружности, образованной витками шнека 4. Воздуховод соединен с вентилятором 3.
Рабочий процесс в сепараторе такой же, как и в вышейз ложеином. Но для сепарации зерна из соломистой части вороха создаются лучшие условия за счет воздействия на ворох воздушного потока. Кроме того, создается возможность подавать в зону сепарации теплоті воздух для подсушивания ■мэссы, что крайне важно при уборке влажного хлебостоя [98] .
Более компактным представляется устройство, в котором воздуховод и шнек объединены в один узел. Такой сепаратор (рис. 31 в) содержит цилиндрический корпус с установленной в нем на валиках винтовой спиралью 3, с внешней стороны которой размещен шнек 4, механизм привода и вентилятор 2. Вал шнека 1 - полый, а в его витках выполнены радиальные каналы, соединенные с полостью вала [99] . ''
Использование изобретения Позволяет более эффективно выделять зерно из вороха и уменьшать его травмирование.
Указанные устройства имеют один общий недостаток - механическое воздействие на зерносоломистый ворох, которое ведет в любом случае к травмированию зерна, что особенно нежелательно при получении семенного зерна. Этот недостаток пытаются устранить выполнением активи - ззтора в виде надувного элемента или самой спирали - иэ гибкого материала, чтобы, как и у рассмотренных в раз - , деле 1, можно было образовывать участки обратной кривизны, или использованием только воздушного потока.
В соломосепграторе (рис. 31г) разделение грубого вороха происходит только под воздействием воздушного потока [ЮО] .
Зерносоломистый ворох молотильным аппаратом и битером подается внутрь вращающейся винтовой спирали 3, которая перемещает ворох вдоль своей оси. Рыхлители 1 захватывают воздух и подают его на внутреннюю поверхность спирали. Поток воздуха на участке ВА отделяет от спирали соломистые частицы и таким образом разрыхляет ворох. Благодаря этому зерна, находящиеся в ворохе, лучше выделяются, проходят между витками спирали 3 и попадают в приемное устройство (не поКазано). Кроме того, поток воздуха перемещает соломистые частицы вдоль оси спирали, тем самым улучшая ее транспортирующую способность. Отделенная на участке ВА соломистая часть вороха падает вниз и при встрече с витками спирали из-за разности скоростей снова разрыхляется. На участке АВ (в нижней части сепаратора) поток воздуха не действует на ворох за счет того, что при вращении спирали 3 палец держателя 4 взаимодействует с раскрывателем 5. При этом палец поворачивается на некоторый угол против вращения спирали и поворачивает держатель 4, который, скользя по внутренней поверхности козырька 2, поворачивает рыхлитель и выводит его выходное отверстие за пределы винтовой спирали. Таким образом, прекращается действие воздушного потока на ворох, находящийся внутри спирали. Но вместе с тем поток воздуха, создаваемый повернутыми рыхлителями 1, действует на зерно, просыпавшееся через 'Витки спирали 3, выдувая из него мелкие частицы.
Изменение расхода воздуха осуществляется заслонкой, •корость воздушного потока зависит также и от частоты ''Ращения винтовой спирали 3.
Представляет интерес спирально-винтовой соломосепа- Ратор, активизирующий осевое перемещение грубого вороха '[101] . Соломосепаратор (рис. 32) состоит из безвальных
(
Кнвов 1, жестко связанных со спирально-винтовой разде-? яющей поверхностью 2, выполненной в виде навитого по йарапи прутка, расположенного внутри корпуса 4. Шкивы опираются на опорные ролики 7; витки спирали 3 уста-
Л
3. Под спиралями размещено решето 2. Такое выполнение соломосепаратора позволяет максимально использовать разрыхляющие и транспортирующие возможности винтовой спирали и улучшить выделение зерна из вороха. ^
2.5.2. Устройства для уборки корнеклубнеплодов, и овощей
Рис.32. Спирально-виитовой соломос епаратор с активной поверхностью
Устройство для выкапывания картофеля [103] содержит копающий и сепарирующий рабочие органы (рис. 34). Копа-
Новлены внутри полого гибкого вала 5, поверхность которого образована нитями, расположенными вдоль витков спирали 3. Нити проходят сквозь равноудаленные от оси витка отверстия в шайбах, установленных на витках спирали 2 с возможностью вращения. Для предотвращения уменьшения длины гибкого вала 5 из-за возможного сближения шайб между ними установлены ограничительные втулки» Нити связаны неподвижно с крайними шайбами 8, имеющими зубчатый венец. Шайбы 8 находятся в зубчатом зацеплении с центральными зубчатыми колесами 6, установленными соос - но спирально-винтовой поверхности 3 и жестко связанными1' с корпусом 4. Чтобы' повысить сепарирующую способность 1 такого сепаратора, нити пропущены через отверстия эксцентрично установленных на витках спирали шайбах (а. с. СССР № 695724).
Улучшению выделения зерна из грубого вороха должен, по мнению изобретателей, способствовать соломосепара - тор, показанный на рис. 33 §02]. 0и имеет несколько продольно установленных винтовых спиралей 1 с приводом
Рис.33..Соломосепаратор с без - вальными спирально-винтовыми элементами
Рис. 34, Устройство для выкапывания картофеля
Ющий рабочий орган состоит из лемеха 3, который может быть выполнен или трубчатой конической формы, как это показано на рисунке, или в виде многозаходной винтовой спирали, концы которой закреплены в корпусе подшипника и соединены с приводом вращения. На торцевой кромке Лемеха выполнены зубья 1, а на большом диаметре по периметру закреплены прутки 4 сепарирующей решетки, которая Может быть выполнена в виде спирали. На наружной поверхности конического трубчатого лемеха закреплена по спирали Полоса 2 треугольного сечения. Внутри лемеха и соосно ему расположен транспортирующий элемент в виде Конической спирали 6, колец которой закреплен на приводе ее вращения. ,
При движении вдоль рядка лемех зубьями подрезает слой почвы по радиусу'и подает его к транспортирующему элементу 6. По расширяющемуся корпусу лемеха клубни с при-, месями рыхлятся и перемещаются к пруткам сепарирующей решетки, где клубни отделяются от примесей. Использование спиральных элементов в описанной конструкции способствует повышению качества отделения клубней от примесей и снижению энергетических затрат.
В устройстве-для извлечения корнеплодов иэ почвы [і 04] рыхлитель выполнен из имеющих общую ось вращения двух спиралей, закрепленных консольно своими задними концами на элементе привода. Одна спираль выполнена цилиндрической, а другая - с увеличивающимся к закрепленному концу наружным диаметром, В процессе работы вращающиеся спирали разрушают выкапываемый лемехом пласт' почвы, способствуя улучшению ее просеивания через сепарирующую решетку и очищению корнеплодов от почвы.
В машине для уборки корнеклубнеплодов [і 05] комко- разрушающее устройство выполнено в виде двух установленных на отдельной рамке и расположенных продольно над решетом грохота конических спиралей, имеющих увеличивающиеся по ходу технологического Процесса шаг и диаметр витков. При этом ось витков спиралей наклонена к плоскости решета под острым углом, направленным к выходной зоне решета.