Молотильно-сепарирующее устройство и способ обмолота и сепарации зерновой или масличной культуры

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МОЛОТИЛЬНО-СЕПАРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОБМОЛОТА И СЕПАРАЦИИ ЗЕРНОВОЙ ИЛИ МАСЛИЧНОЙ КУЛЬТУРЫ(71) Заявитель Усов Петр Петрович(72) Автор Усов Петр Петрович(73) Патентообладатель Усов Петр Петрович(57) 1. Молотильно-сепарирующее устройство, включающее смонтированный в корпусе барабан, молотильные элементы с торцевыми рабочими поверхностями и валами, механизм вращательно-колебательного движения, установленный в полости барабана и связанный с валами молотильных элементов, а также охватывающую барабан деку,имеющую трубчатую форму, с установленными на ее внутренней поверхности по винтовой линии направляющими планками и привод, связанный с валом механизма вращательно-колебательного движения, отличающееся тем, что барабан установлен неподвижно и содержит молотильную и сепарирующую части, лопастной питатель, виброэлемент и возбудитель колебаний, при этом сепарирующая часть барабана выполнена меньшего диаметра, чем молотильная часть барабана, молотильные элементы размещены рядами по образующей молотильной части барабана, виброэлемент установлен в продольном пазу, выполненном в верхней сепарирующей части барабана, и посредством 18164 1 2014.04.30 шарнира связан с барабаном, возбудитель колебаний установлен внутри барабана и связан с виброэлементом с возможностью придания ему угловых колебаний вокруг шарнира, механизм вращательно-колебательного движения выполнен реверсивным, обеспечивающим вращательно-колебательное движение молотильным элементам с различными угловыми скоростями в одном или в противоположном направлении движению потока растительной массы, лопастной питатель установлен перед барабаном и снабжен приводом вращения, а дека установлена в корпусе посредством опор качения и имеет привод вращения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сепарирующая часть барабана выполнена в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием в сторону молотильных элементов. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сепарирующая часть барабана выполнена в виде цилиндра. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что виброэлемент выполнен в виде пластины с дугообразной или изогнутой верхней поверхностью и отогнутыми вниз бортами. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что возбудитель колебаний выполнен в виде эксцентрикового механизма и связан с валом механизма вращательно-колебательного движения. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что возбудитель колебаний выполнен кулачковым, или кривошипно-шатунным, или пневматическим, или электромагнитным. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что лопастной питатель посредством подшипниковой опоры установлен на валу механизма вращательно-колебательного движения. 8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что приводы вращения деки и лопастного питателя выполнены реверсивными. 9. Способ обмолота и сепарации зерновой или масличной культуры молотильносепарирующим устройством по любому из пп. 1-8, при котором подают растительную массу на обмолот в зазор между барабаном и декой, перемещают растительную массу по винтовой линии вдоль неподвижного барабана, прилагают нажимное усилие к растительной массе по всему кольцевому пространству зазора установленными рядами по образующей молотильной части барабана молотильными элементами путем придания торцевым рабочим поверхностям молотильных элементов в зависимости от вида и состояния обмолачиваемой культуры вращательно-колебательного движения с различными угловыми скоростями в одном или в противоположном направлении движению потока растительной массы и дополнительно осуществляют сепарацию зерна из обмолоченной массы за счет вспушивания ее в полости, образованной уменьшением диаметра выходной части барабана, и встряхивания ее виброэлементом, установленным в верхней выходной части барабана, путем придания ему различных по частоте и амплитуде колебательных движений,направленных вдоль продольной оси барабана, при этом растительную массу подают в молотильный зазор с торца заборной части деки лопастным питателем, движение растительной массы по винтовой линии создают за счет вращательного движения деки, имеющей на своей внутренней поверхности направляющие планки, а сепарацию зерна из обмолоченной массы осуществляют через отверстия деки. Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и может быть использовано при проектировании новых конструкций комбайнов или их молотильносепарирующих устройств. Известно молотильно-сепарирующее устройство, включающее смонтированный в корпусе барабан с молотильными элементами в виде рифленых бичей, а также охватывающую барабан деку, имеющую трубчатую форму, с установленными на ее внутренней поверхности по винтовой линии направляющими планками, и привод, также известен 2 18164 1 2014.04.30 способ обмолота и сепарации зерновой или масличной культуры, осуществляемый известным молотильно-сепарирующим устройством, включающий подачу растительной массы на обмолот в зазор между барабаном и декой, приложение к растительной массе нажимного усилия установленными и вращающимися вместе с барабаном молотильными элементами - бичами и сепарацию зерна из обмолоченной массы через отверстия деки 1. При осуществлении данного способа обмолота известным молотильно-сепарирующим устройством растительная масса подается в молотильный зазор между барабаном и трубчатой декой лопастями крыльчатки, установленными на передней (входной) части барабана, и, увлекаясь вращающимся барабаном, приобретает перемещение относительно неподвижной деки по винтовой линии, и одновременно растительная масса подвергается многократным ударным воздействиям бичей, установленных на барабане. За счет ударов бичей происходит отделение зерна из колоса и выделение зернового вороха в нижней части деки. Так как скорость бичей в несколько раз выше скорости движения стеблей, растительная масса в процессе перемещения в молотильном зазоре подвергается многократным ударным воздействиям. Использование в устройстве высокоскоростного вращающего барабана предопределяет высокую энергоемкость процесса обмолота, что приводит к повреждению зерна. В связи с тем, что растительная масса слабо изменяет свою структуру при перемещении по винтовой линии, что, в свою очередь, приводит к недостаточной сепарирующей способности обмолачиваемой массы, вследствие чего вымолоченное зерно длительное время находится в молотильном зазоре, длина которого, как правило, превышает 3000 мм. Существенным недостатком известного устройства, реализующего данный способ обмолота и сепарации, являются сильные ударные нагрузки на все рабочие органы, большая энергоемкость процесса обмолота, механическое повреждение зерна, недостаточная сепарирующая способность, большая длина устройства. Известно также молотильно-сепарирующее устройство, включающее смонтированный в корпусе барабан, молотильные элементы с торцевыми рабочими поверхностями и валами, механизм вращательно-колебательного движения, установленный в полости барабана и связанный с валами молотильных элементов, а также охватывающую барабан деку,имеющую трубчатую форму, с установленными на ее внутренней поверхности по винтовой линии направляющими планками и привод, связанный с валом механизма вращательно-колебательного движения, также известен способ обмолота и сепарации зерновой или масличной культуры, осуществляемый известным молотильным устройством, при котором подают растительную массу на обмолот в зазор между барабаном и декой, перемещают растительную массу в молотильном зазоре по винтовой линии, прилагают нажимное усилие к растительной массе торцевыми рабочими поверхностями молотильных элементов путем придания им вращательно-колебательного движения и сепарацию зерна из обмолоченной массы через отверстия деки 2. При осуществлении данного способа молотильно-сепарирующим устройством растительная масса подается транспортирующим устройством в молотильный зазор и, увлекаясь вращающимся барабаном, приобретает перемещение вдоль неподвижной деки и одновременно подвергается многократным ударным воздействиям бичей и нажимным усилиям вращающихся молотильных элементов, при этом зерно из обмолоченной массы сепарируется через отверстия деки. Если раньше главным образом присутствовало только ударное воздействие бичей на обмолачиваемый материал, то теперь добавилось и нажимное воздействие на материал, главным результатом которого является вышелушивание зерна из колоса, при котором зерна сохраняют свою механическую целостность. Вместе с тем устройство сохранило часть недостатков, присущих изобретению - высокую энергоемкость процесса обмолота и повреждение зерна бичами вращающего барабана. В связи с тем, что растительная масса недостаточно изменяет свою структуру при перемещении по винтовой линии, а это, в свою очередь, приводит к недостаточной сепарирующей способ 3 18164 1 2014.04.30 ности обмолачиваемой массы, вследствие чего вымолоченное зерно длительное время находится в молотильном зазоре и повреждается. Недостатками молотильно-сепарирующего устройства, реализующего данный способ обмолота и сепарации, остаются высокие ударные нагрузки на рабочие органы, большая энергоемкость процесса обмолота, повреждение зерна и недостаточная сепарирующая способность при большой длине устройства. Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, - устранение высоких ударных нагрузок на рабочие органы, уменьшение энергоемкости процесса обмолота, повышение качества обмолота и обеспечение более полной сепарации зерна путем интенсификации воздействий на обрабатываемую массу, а также сокращение длины устройства. Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом молотильно-сепарирующем устройстве, включающем смонтированный в корпусе барабан, молотильные элементы с торцевыми рабочими поверхностями и валами, механизм вращательно-колебательного движения, установленный в полости барабана и связанный с валами молотильных элементов, а также охватывающую барабан деку, имеющую трубчатую форму, с установленными на ее внутренней поверхности по винтовой линии направляющими планками и привод,связанный с валом механизма вращательно-колебательного движения, согласно изобретению, барабан установлен неподвижно и содержит молотильную и сепарирующую части,лопастной питатель, виброэлемент и возбудитель колебаний, при этом сепарирующая часть барабана выполнена меньшего диаметра, чем молотильная часть барабана, молотильные элементы размещены рядами по образующей молотильной части барабана,виброэлемент установлен в продольном пазу, выполненном в верхней сепарирующей части барабана, и посредством шарнира связан с барабаном, возбудитель колебаний установлен внутри барабана и связан с виброэлементом с возможностью придания ему угловых колебаний вокруг шарнира, механизм вращательно-колебательного движения выполнен реверсивным, обеспечивающим вращательно-колебательное движение молотильным элементам с различными угловыми скоростями в одном или противоположном направлении движению потока растительной массы, лопастной питатель установлен перед барабаном и снабжен приводом вращения, а дека установлена в корпусе посредством опор качения и имеет привод вращения, кроме того, сепарирующая часть барабана выполнена в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием в сторону молотильных элементов, сепарирующая часть барабана выполнена в виде цилиндра, виброэлемент выполнен в виде пластины с дугообразной или изогнутой верхней поверхностью и отогнутыми вниз бортами, возбудитель колебаний выполнен в виде эксцентрикового механизма и связан с валом механизма вращательно-колебательного движения, возбудитель колебаний выполнен кулачковым, или кривошипно-шатунным, или пневматическим, или электромагнитным, лопастной питатель посредством подшипниковой опоры установлен на валу механизма вращательно-колебательного движения, приводы вращения деки и лопастного питателя выполнены реверсивными, а в способе обмолота и сепарации зерновой или масличной культуры, реализуемом молотильно-сепарирующим устройством, при котором подают растительную массу на обмолот в зазор между барабаном и декой, перемещают растительную массу по винтовой линии вдоль неподвижного барабана, прилагают нажимное усилие к растительной массе по всему кольцевому пространству зазора установленными рядами по образующей молотильной части барабана молотильными элементами путем придания торцевым рабочим поверхностям молотильных элементов в зависимости от вида и состояния обмолачиваемой культуры вращательно-колебательного движения с различными угловыми скоростями в одном или противоположном направлениях движению потока растительной массы и дополнительно осуществляют сепарацию зерна из обмолоченной массы за счет вспушивания ее в полости, образованной уменьшением диаметра выходной части барабана, и встряхивания ее виброэлементом, установленным в верхней выходной части барабана, путем придания ему различных по частоте и амплитуде 4 18164 1 2014.04.30 колебательных движений, направленных вдоль продольной оси барабана, при этом растительную массу подают в молотильный зазор с торца заборной части деки лопастным питателем, движение растительной массы по винтовой линии создают за счет вращательного движения деки, имеющей на своей внутренней поверхности направляющие планки, а сепарацию зерна из обмолоченной массы осуществляют через отверстия деки. Сопоставление заявляемого технического решения с известными из уровня техники техническими решениями показывает, что новыми существенными признаками молотильно-сепарирующего устройства являются барабан установлен неподвижно и содержит молотильную и сепарирующую части, лопастной питатель, виброэлемент и возбудитель колебаний, при этом сепарирующая часть барабана выполнена меньшего диаметра, чем молотильная часть барабана, молотильные элементы размещены рядами по образующей молотильной части барабана, виброэлемент установлен в продольном пазу, выполненном в верхней сепарирующей части барабана, и посредством шарнира связан с барабаном,возбудитель колебаний установлен внутри барабана и связан с виброэлементом с возможностью придания ему угловых колебаний вокруг шарнира, механизм вращательноколебательного движения выполнен реверсивным, обеспечивающим вращательно- колебательное движение молотильным элементам с различными угловыми скоростями в одном или противоположном направлении движению потока растительной массы,лопастной питатель установлен перед барабаном и снабжен приводом вращения, а дека установлена в корпусе посредством опор качения и имеет привод вращения, а новыми существенными признаками способа обмолота и сепарации зерновой или масличной культуры молотильно-сепарирующим устройством является то, что при обмолоте и сепарации барабан не вращают, а нажимное усилие к растительной массе прилагают по всему кольцевому пространству зазора установленными рядами по образующей молотильной части барабана молотильными элементами путем придания торцевым рабочим поверхностям молотильных элементов в зависимости от вида и состояния обмолачиваемой культуры вращательно-колебательного движения с различными угловыми скоростями в одном и том же или в противоположном направлении движению потока растительной массы, и дополнительно осуществляют сепарацию зерна из обмолоченной массы за счет вспушивания ее в полости, образованной уменьшением диаметра выходной части барабана, и встряхивания ее виброэлементом, установленным в верхней выходной части барабана, путем придания ему различных по частоте и амплитуде колебательных движений, направленных вдоль продольной оси барабана, при этом растительную массу подают в молотильный зазор с торца заборной части деки дополнительным лопастным питателем, а движение растительной массы по винтовой линии создают за счет вращательного движения деки,имеющей на своей внутренней поверхности направляющие планки, а сепарацию зерна из обмолоченной массы осуществляют через отверстия деки, при этом одновременно достигается поставленная цель - устранение ударных нагрузок на рабочие органы, уменьшение энергоемкости процесса обмолота, повышение качества обмолота и обеспечение более полной сепарации зерна путем интенсификации воздействий на обрабатываемую массу, а также сокращение длины устройства, что явно невозможно при существующем уровне техники. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию новизна. Молотильно-сепарирующее устройство и способ обмолота и сепарации зерновой или масличной культуры соответствует критерию изобретательский уровень, так как достигается результат, удовлетворяющий существующую потребность, попытки которого до настоящего времени не удавались специалистам, а именно устранение ударных нагрузок на рабочие органы, уменьшение энергоемкости процесса обмолота, повышение качества обмолота и обеспечение более полной сепарации зерна путем интенсификации воздействий на обрабатываемую массу, а также уменьшение длины устройства. Этот результат достигается за счет того, что барабан в устройстве не вращают и при обмолоте и сепара 5 18164 1 2014.04.30 ции используется несколько видов механического воздействия на обмолачиваемый материал - нажимное усилие торцевыми рабочими поверхностями молотильных элементов,приводящее к вышелушиванию зерна из колоса, вспушивание его в полости, образованной уменьшением диаметра сепарирующей части барабана и встряхиванием его виброэлементом, установленным в верхней сепарирующей части барабана, и осевое движение растительной массы по винтовой линии создается не барабаном, а вращающейся декой. Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными позволяют получить технический результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны заявляемого объекта. Изложенная сущность заявляемого изобретения поясняется фигурами фиг. 1 - общий вид молотильно-сепарирующего устройства для осуществления предлагаемого способа обмолота и сепарации зерновой и масличной культуры фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1. Молотильно-сепарирующее устройство включает смонтированный в корпусе 1 барабан 2, молотильные элементы 3 с торцевыми рабочими поверхностями 4 и валами 5, механизм 6 вращательно-колебательного движения, установленный в полости барабана 2 и связанный с валами 5 молотильных элементов 3. Молотильно-сепарирующее устройство также включает охватывающую барабан 2 деку 7, имеющую трубчатую форму, с установленными на ее внутренней поверхности по винтовой линии направляющими планками 8 и привод 9, связанный с валом 10 механизма 6 вращательно-колебательного движения. Барабан 2 установлен неподвижно и содержит молотильную 11 и сепарирующую 12 части,лопастной питатель 13, виброэлемент 14 и возбудитель колебаний 15. Сепарирующая часть 12 барабана 2 выполнена меньшего диаметра, чем молотильная часть 11 барабана 2. Молотильные элементы 3 размещены рядами по образующей молотильной части 11 барабана 2. Виброэлемент 14 установлен в продольном пазу, выполненном в верхней сепарирующей части 12 барабана 2, и посредством шарнира 16 связан с барабаном 2. Возбудитель колебаний 15 установлен внутри барабана 2 и связан с виброэлементом 14 с возможностью придания ему угловых колебаний вокруг шарнира 16. Механизм 6 вращательно-колебательного движения выполнен реверсивным, обеспечивающим вращательноколебательное движение молотильным элементам 3 с различными угловыми скоростями в одном или противоположном направлении движению потока растительной массы. Лопастной питатель 13 установлен перед барабаном 2 и снабжен приводом вращения 17. Дека 7 установлена в корпусе 1 посредством по крайне мере трех опор качения,расположенных по периметру окружности деки 7 - опорных катков 19 и снабжена приводом вращения 20. На наружной поверхности деки 7 закреплен жесткий обруч в виде кольцевого швеллера 21 с радиально направленными полками 22 и 23. Полка 22 служит беговой дорожкой для катков 19, полка 23 представляет собой ведомый элемент, например звездочку для втулочно-роликовой цепи или зубчатого ремня 24, передающий вращательное движение деки 7 втулочно-роликовой цепью или зубчатым ремнем 24 от привода вращения 20. Сепарирующая часть 12 барабана 2 выполнена в виде усеченного конуса,обращенного большим основанием в сторону молотильных элементов 3. Сепарирующая часть 12 барабана 2 может быть выполнена в виде цилиндра. Виброэлемент 14 выполнен в виде пластины с дугообразной или изогнутой верхней поверхностью и отогнутыми вниз бортами. Возбудитель колебаний 15 выполнен в виде эксцентрикового механизма и связан с валом механизма вращательно-колебательного движения. Возбудитель колебаний 15 может быть выполнен кулачковым, или кривошипно-шатунным, или пневматическим, или электромагнитным. Лопастной питатель 13 посредством подшипниковой опоры установлен на валу 10 механизма 6 вращательно-колебательного движения. Приводы вращения деки 7 и лопастного питателя 13 выполнены реверсивными. Указанные приводы могут быть осуществлены любыми известными способами. 18164 1 2014.04.30 В передней стенке корпуса 1 имеется загрузочное окно 25 с пристыкованным к нему транспортером 26. Лопастной питатель 13 выполнен в виде обращенного большим основанием к барабану 2 усеченного конуса с лопастями 27 и валом 28 и установлен на валу 10 механизма 6 вращательно-колебательного движения. Входной кожух 18 выполнен в виде усеченного конуса и связан с корпусом 1 большим основанием. Основание входного кожуха 18 введено внутрь заборной части деки 7 и в сочетании с наружным диаметром барабана 2 образует кольцевой зазор. В нижней части корпуса под трубчатой декой расположены транспортеры зернового вороха любой конструкции (на фигурах не показаны). Молотильное устройство работает следующим образом. Растительная масса подается транспортером 26 в полость входного кожуха 18, где она подхватывается лопастным питателем 13 и поступает в зазор между вращающейся декой 7 и барабаном 2. Взаимодействуя с направляющими планками 8 вращающейся деки 7, растительная масса перемещается по винтовой линии вдоль неподвижного барабана 2. Молотильные элементы 3, получая вращательно-колебательное движение от механизма 6,своими торцевыми рабочими поверхностями 4, перекатываясь по стеблевому слою, вымолачивают 100 зерна, при этом в молотильной части 11 через отверстия деки 7 сепарируются около 80 зерна. Оставшиеся 20 зерна из обмолоченной массы выделяются через отверстия деки 7 в сепарирующей части 12 за счет вспушивания ее в полости, образованной уменьшением диаметра выходной части барабана 2, и встряхивания ее виброэлементом 14, установленным в верхней выходной части барабана 2. В результате безударного нажимного усилия торцевыми рабочими поверхностями 4 молотильных элементов 3 обеспечивается мягкое (щадящее) воздействие на зерно, а в результате продольных качаний виброэлемента 14 с увеличивающейся к выходу амплитудой достигается полная степень сепарации зерна через отверстия деки 7 по всему углу охвата барабана 2 декой 7, равному 360. Качающийся виброэлемент 14, интенсивно встряхивая соломистый ворох, выполняет роль соломотряса. В зависимости от вида и состояния растительной массы она обмолачивается молотильными элементами 3 по всему кольцевому пространству зазора на разных уровнях интенсивности. Для этого механизмом 6 вращательно-колебательного движения придают молотильным элементам 3 различные угловые скорости в одном или противоположном направлении движению потока растительной массы, при этом выделение зерна из обмолоченной массы также осуществляют на разных уровнях интенсивности. Для этого виброэлементу 14 придают различные по частоте и амплитуде колебательные движения,направленные вдоль продольной оси барабана 2. В ходе обмолота и сепарации вымолоченное зерно с мелким ворохом просыпается через отверстия деки 7 на транспортер зернового вороха (не показан), а солома через выгрузное окно выводится из устройства. Предложенный способ обмолота и сепарации зерновой или масличной культуры,осуществляемый молотильно-сепарирующим устройством, позволяет уменьшить ударные нагрузки на рабочие органы, энергоемкость процесса обмолота, повысить качество обмолота и обеспечить более полную сепарацию зерна, а также уменьшить длину устройства за счет повышенной интенсивности воздействия - безударного нажимного усилия, обеспечивающего мягкое (щадящее) на колос вспушивание соломистого вороха в сепарирующей части и вытряхивание из него зерна качающимся виброэлементом, а также движение растительной массы. Заявляемое техническое решение пригодно к осуществлению промышленным способом при производстве молотильно-сепарирующих устройств на машиностроительных предприятиях на основе существующего оборудования и технологии производства. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию промышленно применимое. 7 18164 1 2014.04.30 Источники информации 1. А. с. СССР 1017213, 1983. 2. Патент Республики Беларусь 10836, 2007. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8