Сельскохозяйственный уборочный комбайн

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и может быть использовано для уборки травы на корм животным. Сельскохозяйственный уборочный комбайн включает установленные в корпусе шнек с противорежущими ножами и кольцом, диск с режущими ножами и лопатками и кормопровод. Шнек и диск установлены на цельном валу. Концы вала смонтированы в подшипниковых опорах. На конце витка шнека со стороны диска жестко закреплены противорежущие ножи и кольцо. На диске со стороны шнека неподвижно установлены радиально или под углом к радиусу режущие ножи. Уборочный комбайн обеспечивает снижение энергоемкости процесса измельчения. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к комбайнам для уборки зеленой травы на корм животным.

Известен сельскохозяйственный уборочный комбайн (патент Российской Федерации №2102855). Комбайн содержит раму со сницей, ротор с ножами, кормопровод, установленную в корпусе швырялку, цилиндрический шнек с конической насадкой с уменьшенным по сравнению с цилиндрической частью шагом витков горловины, выполненной в виде подвижного противорежущего ножа в форме кольца и пластины, причем внутренний диаметр кольца равен выходному диаметру насадки, а пластина расположена в кольце радиально, и концы ее прикреплены к нему жестко, к пластине также жестко с плавным переходом прикреплен вал шнека и торец его витка, при этом на полостях швырялки со стороны горловины установлены режущие ножи. У комбайна ножи лопастей выполнены больше диаметра горловины, а частота вращения шнека и швырялки соотносятся как 1:3.

Недостатками комбайна являются неравномерность процесса резания и низкая производительность, возможность повышения производительности ограничена отношением диаметра шнека к диаметру швырялки как 1:4. Это приводит при подборе валка из подвяленной массы к работе на пониженных передачах, что существенно снижает производительность и приводит к нецелесообразности использовать машины этого типа на данной операции.

Известен сельскохозяйственный уборочный комбайн (патент Российской Федерации №2214083), являющийся прототипом заявляемого технического решения. Комбайн содержит раму со сницей, ротор с ножами, шнек, на витках которого со стороны швырялки смонтированы жестко противорежущие ножи с противорежущим кольцом, швырялку в виде диска, на который закреплены жестко режущие ножи и швыряющие лопасти, беговую дорожку, опорные ролики, корпус швырялки и кормопровод.

Недостатками уборочного комбайна являются относительно высокая энергоемкость, сложность конструкции и недостаточная универсальность.

Техническая задача изобретения - снижение энергоемкости процесса, упрощение конструкции и повышение универсальности применения.

Техническая задача решается тем, что в уборочном комбайне, содержащем ротор с ножами, установленные в корпусе цилиндрический шнек с противорежущими ножами и кольцом и диск с режущими ножами и лопатками и кормопровод так, что диск и шнек установлены на цельном валу, причем шнек установлен подвижно в подшипниковых опорах, на конце витка шнека со стороны диска жестко закреплены противорежущий нож и кольцо, при этом диск установлен неподвижно на цельном валу, на котором со стороны шнека также неподвижно установлены радиально или под углом к радиусу режущие ножи.

Кроме этого техническая задача решается также тем, что шнек выполнен многозаходным, причем концы витков шнека при их приближении к противорежущим ножам и противорежущие ножи со стороны диска наклонены к радиусу шнека под углом γ, а режущие ножи на диске наклонены к радиусу диска под углом α, при этом режущие и противорежущие ножи являются прямолинейными, а их длины определяются из выражений

- для режущих ножей,

- для противорежущих ножей,

где R - наружный радиус камеры измельчения, м,

r - внутренний радиус камеры измельчения, равный

где: V_рез - скорость резания, при которой затраты энергии на предварительное сжатие измельчаемого материала близки нулю, м/с,

n - частота вращения режущих ножей, мин^-1,

n_n - частота вращения противорежущих ножей, мин^-1,

знак "+", для случая вращения режущих и противорежущих ножей навстречу друг другу,

знак "-", для случая вращения режущих и противорежущих ножей в одном направлении,

причем задний угол установки плоскости режущих ножей отвечает условиям:

где h_ш - шаг витков шнека, м,

r_тек - текущий радиус точки резания, м.

В измельчающем устройстве предлагаемого кормоуборочного комбайна вместо прямолинейных ножей могут также использоваться ножи, отличные от прямолинейной формы.

Техническая задача решается также тем, что на противорежущем кольце со стороны витков шнека жестко смонтированы винтовые лопатки, одни концы которых по направлению вращения диска выступают за наружный его диаметр, а вторые, располагающиеся против направления вращения, доходят до внутреннего диаметра противорежущего кольца.

Использование многозаходного шнека, обеспечивающего подачу в зону резания измельчаемой массы более тонкими слоями и монтаж его на одном цельном валу с измельчающим диском, а также использование прямолинейных режущих и противорежущих ножей и их установка под углом к наружному радиусу камеры измельчения позволяет существенно упростить конструкцию уборочного комбайна по сравнению с аналогом и обеспечить снижение энергозатрат на измельчение (Горячкин В.П. «Сборник сочинений», т 3. - М.: Колос, 1965, - с 70).

Используя теорему синусов (фиг.1), после некоторых преобразований получим формулу для расчета длины Ln противорежущих ножей 1

Аналогично получим формулу для расчета длины L режущих ножей 2

Они могут располагаться как радиально, так и под некоторым углом к радиусу R.

На фиг.2 показано взаимное расположение противорежущих 1 и режущих 2 ножей, а также измельчаемого материала 3 в момент резания в плоскости, перпендикулярной плоскости резания.

Установка режущих ножей на диске под углом γ₃, отвечающим требованиям выражения

позволит снизить затраты энергии на измельчение и увеличить «живое» сечение камеры измельчения, значительно повысив производительность уборочного комбайна.

Изготовление камеры измельчения с внутренним радиусом r, отвечающим требованиям выражения

обеспечит резание измельчаемого материала без затрат энергии на предварительное сжатие

На фиг.3 схематично изображен кормоуборочный комбайн.

На фиг.4 схематично показана камера измельчения в продольном разрезе, а на фиг.5 - в поперечном разрезе.

Комбайн, фиг.3, 4, 5, содержит раму 4 со сницей 5, ротор 6 с ножами ротора 7, шнек 8 с противорежущими ножами 1, диск измельчающий 9, ножи режущие 2, кольцо противорежущее 10, цельный вал 11, смонтированный на подшипниковых опорах 12, швыряющие лопатки 13, лопатки винтовые 14, сужающий конус 15, корпус измельчителя 16, кормопровод 17 и энергосредство 18.

Сельскохозяйственный уборочный комбайн, фиг.3, работает следующим образом. Энергосредство 18 перемещает комбайн по подвяленным валкам или по стеблестою растений таким образом, что ротор 6 с ножами 7 забирает растения и, частично измельчая их, подает на шнек 8. Шнек 8 с помощью сужающего конуса 15 перемещает листостебельчатую массу на винтовые лопатки 14, которые сужают поток и заводят его в зону противорежущего кольца 10, проходя которое, листостебельчатая масса попадает на противорежущие 1 и режущие 2 ножи, где она окончательно измельчается и под действием центробежной силы отбрасывается на швыряющие лопатки 13, которые выбрасывают ее в кормопровод 17, направляющий измельченную массу в транспортное средство.

Рассмотрим пример расчета длины измельчения листостебельчатой массы.

Для этого установим следующие допущения: перемещение шнеком листостебельчатой массы осуществляется без проскальзывания, при резании нет протаскивания массы через зазор между противорежущими и режущими ножами, а также противорежущим кольцом. Примем значения конструктивно-технологических параметров:

R - наружный радиус камеры измельчения - 0,3 м,

h_ш - шаг витков шнека - 0,6 м,

m - количество противорежущих ножей (число заходов витков шнека) - 2 шт.,

n - частота вращения режущих ножей шнека - 1500 мин^-1,

ε - угол наклона витков шнека - 63°,

k - количество режущих ножей - изменяется от 9 до 45 шт.,

n_n - частота вращения противорежущих ножей или шнека - изменяется от 200 до 700 мин^-1.

Вращение режущих и противорежущих ножей осуществляется навстречу друг другу.

Для заявляемого технического решения длина отрезаемых частиц определяется выражением

Подставим принятые значения параметров в выражение, проведем расчет и получим, что длина резки при k=9 шт. изменяется от 22 мм до 61 мм, при k=18 изменяется от 12 до 30 мм, при k=27 изменяется от 8 до 23 мм, при k=36 изменяется от 6 до 16 мм и при k=45 изменяется от 5 до 14 мм.

Таким образом, устанавливая различные количества режущих ножей и меняя частоту вращения шнека, можно получать различные длины резки листостебельчатой массы.

1. Сельскохозяйственный кормоуборочный комбайн, содержащий установленные в корпусе цилиндрический шнек с противорежущими ножами и кольцом, диск с режущими ножами и лопатками и кормопровод, отличающийся тем, что шнек и диск установлены на цельном валу, причем шнек установлен подвижно в подшипниковых опорах, на конце витка шнека со стороны диска жестко закреплены противорежущие ножи и кольцо, при этом диск установлен неподвижно на цельном валу, а на диске со стороны шнека также неподвижно установлены радиально или под углом к радиусу режущие ножи.

2. Комбайн по п.1, отличающийся тем, что шнек выполнен многозаходным, причем витки с противорежущими ножами со стороны диска наклонены к радиусу шнека под углом γ, а режущие ножи на диске наклонены к радиусу диска под углом α, при этом режущие и противорежущие ножи являются прямолинейными, а их длины определяются из выражений

- для режущих ножей,

- для противорежущих ножей,

где R - наружный радиус камеры измельчения, м;

r - внутренний радиус камеры измельчения, равный

где V_рез - скорость резания, при которой затраты энергии на предварительное сжатие измельчаемого материала близки нулю, м/с;

n - частота вращения режущих ножей, мин^-1;

n_n - частота вращения противорежущих ножей, мин^-1;

знак «+», если режущие и противорежущие ножи вращаются навстречу друг другу;

знак «-», если режущие и противорежущие ножи вращаются в одном направлении,

причем задний угол установки плоскости режущих ножей отвечает условию

где h_ш - шаг витков шнека, м;

r_тек - текущий радиус точки резания, м.

3. Комбайн по п.1 или 2, отличающийся тем, что на противорежущем кольце со стороны витков шнека жестко смонтированы винтовые лопатки, одни концы которых по направлению вращения диска выступают за его наружный диаметр, а вторые концы, располагающиеся против направления вращения, доходят до внутреннего диаметра противорежущего кольца.