Machine agricole
La présente invention concerne une machine agricole du genre généralement connu sous le nom de a moissonneuse fourragère > dans laquelle on utilise des rotors de coupe rotatifs, comprenant des bras de coupe pivotes en des points régulièrement répartis à la périphérie d'un rotor central de support. Une telle machine est en général prévue pour être fixée à un tracteur dont l'arbre de commande entraîne le rotor.
Lorsqu'on ne limite pas le mouvement de projection vers l'extérieur des bras de coupe, ces derniers sont maintenus dans la position de coupe par la force centrifuge qui résulte de la rotation du rotor et c'est l'énergie cinétique résultante emmagasinée dans chaque bras qui fournit la force de coupe de ce bras. Toutefois, lors de la rencontre avec la matière à couper, une partie de cette énergie est absorbée par la résistance de cette matière et, du fait de cette résistance, le bras de coupe pivote vers l'arrière par rapport au rotor jusqu'à ce que l'on atteigne un équilibre entre la force qui résulte de cette partie de l'énergie et la force de réaction provenant de la résistance de la matière. La coupe a alors lieu sous 1'effet de la force correspondant au reste de l'énergie cinétique du bras de coupe.
Une telle absorption d'énergie a donc pour résultat une réduction de la force de coupe avec une perte dont on pourrait autrement disposer ; c'est pourquoi l'invention a pour but de diminuer ou même de supprimer une telle perte.
A cet effet, la machine agricole selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend pour chaque élément de coupe un organe permettant un mouvement de pivotement de l'élément dans une direction opposée au sens de rotation du rotor et limitant son mouvement de projection vers l'extérieur de façon à ce qu'une ligne longitudinale passant sensiblement par l'axe de pivotement et par le centre de gravité de l'élément rencontre une ligne transversale passant par cet axe de pivotement et par l'axe de rotation du rotor.
Le dessin représente, à titre d'exemple, un mode d'exécution de la machine agricole, objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation et en coupe de la machine.
La fig. 2 est une vue en plan.
La fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la fig. 1.
La fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la fig. 3.
La fig. 5 est un schéma montrant la disposition des éléments de coupe.
La fig. 6 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la fig. 4.
La fig. 7 est une vue de droite de la fig. 6.
Les fig. 8 et 9 sont des diagrammes des forces intervenant au cours du fonctionnement de la machine.
Un rotor de coupe 11 est monté par l'intermédiaire de roulements à billes dans des paliers 12 solidaires d'un châssis 13 monté en pivotement sur l'axe d'une paire de roues 14 qui sont montées librement sur un essieu 15. Un attelage 16 fixé sur le châssis 13 sert à rattacher la machine à un tracteur, non représenté sur les figures, par l'intermédiaire d'une articulation 17. Le cylindre 11 est entraîné, par l'intermédiaire de courroies en V 18 et d'une boîte de vitesses 19, à partir de l'arbre de commande du tracteur qui est relié à l'arbre d'entrée 21 de la boîte 19.
Un vérin hydraulique 22 est monté à pivotement en un point 23 sur le châssis 13 et il contient un piston 24 monté à pivotement en un point 26 sur l'essieu 15 ; ce vérin 22 et son piston 24 permettent d'élever ou d'abaisser à volonté le rotor 11 en faisant pivoter le châssis 13 autour de l'axe des roues 14.
Le rotor 11 comprend un tube central 27 présentant des fusées 28 et 29 par lesquelles il est monté dans les paliers 12. Une série de chapes 31 en forme de U sont soudées sur le tube 27, le pied de ces chapes 31 présentant une forme concave de façon à s'adapter sur la périphérie du tube 27. Les chapes 31 portent des axes 33 sur lesquels sont pivotes des éléments de coupe 34 régulièrement espacés suivant la périphérie et suivant l'axe du tube, la répartition suivant la périphérie des éléments 34 successifs étant telle que l'ensemble du rotor est pratiquement équilibré dynamiquement.
Les éléments 34 sont disposés conformément au schéma de la fig. 5 : ils portent les références 101 à 118 suivant leur ordre dans la direction de l'axe, et leur position suivant la périphérie correspond aux angles indiqués sur le schéma. Les paliers 12 présentent des joues 36 qui enveloppent les roulements à billes et s'opposent ainsi d'une façon importante à l'introduction des morceaux de matière coupée.
Les éléments de coupe présentent chacun une lame amovible 35 fixée sur l'élément 34 par un boulon 30, ces lames étant en un acier d'une résistance à la traction suffisamment élevée.
Ainsi que le montrent de façon plus détaillée les fig. 6 et 7, chaque élément de coupe 34 présente en saillie une chape 37 qui porte un axe 38 sur lequel est pivotée une tige de traction 39 ; celle-ci traverse une fente 41 ménagée dans une oreille 42 soudée à la périphérie du tube 27, la fente 41 permettant un mouvement latéral de la tige 39 lors d'un mouvement axial de cette dernière au moment où l'élément de coupe est amené à se déplacer dans une direction opposée au sens de rotation du rotor 11 sous l'effet d'une résistance excessive. Le mouvement de projection vers l'extérieur de chaque élément de coupe se trouve limité par un tampon 43 et un écrou 44 vissé sur la tige de traction 39.
Le tampon 43 est en caoutchouc de façon à absorber les chocs lorsque l'élément de coupe est projeté vers l'extérieur à partir de sa position de repos ou après qu'il a été ramené vers l'arrière du fait d'un obstacle au cours de la rotation.
Le diamètre de coupe du rotor 11 peut varier suivant les machines sur lesquelles il est monté et qui sont destinées à moissonner des produits différents ; on constate toutefois qu'un diamètre de 56 cm est avantageux pour réaliser un certain nombre d'opérations différentes telles que la fenaison, la récolte des ensilages et la coupe de la paille. Avec ce diamètre, la vitesse du rotor peut varier considérablement pour les différentes opérations, par exemple elle est de 1000 tours/mn ou plus pour la fenaison, 1500 tours/mn ou plus pour la récolte des ensilages et jusqu'à 2000 tours/mn ou plus pour la coupe de la paille.
Il faut noter que, bien que l'on ait mentionné les opérations de récoltes carac téristiques ci-dessus, on peut utiliser la machine pour d'autres usages, tels que le broyage des fanes de pommes de terre, l'étêtage des betteraves et le débroussaillage.
Lorsque la machine est en cours de fonctionnement, les produits de récolte coupés sont projetés contre une tôle de guidage 44 et dans une goulotte d'évacuation 45 à l'intérieur de laquelle est disposé un déflecteur pivotant 46 commandé par un levier 47 et une tige 48. Ce déflecteur 46 permet donc de tasser les produits coupés sur toute la largeur du rotor 11 jusqu'à une dimension égale à la moitié de cette largeur, de façon à ce que la partie de la récolte coupée au cours d'une passe puisse être déposée sur seulement la moitié de la surface sur laquelle a lieu la coupe.
Au cours d'une seconde passe, on peut faire pivoter le déflecteur 46 à l'aide d'un levier de commande 49 de façon à ce qu'on puisse déposer la partie de la récolte coupée au cours de cette seconde passe côte à côte avec la partie précédemment coupée. En variante, en faisant fonctionner d'une façon convenable le déflecteur 46 ainsi que la machine, on peut déposer une seconde couche des produits moissonnés sur celle déjà déposée au cours d'une passe précédente.
Comme le montrent les dessins, les bords de coupe des couteaux 35 sont disposés parallèlement à l'axe de rotation du rotor. II faut toutefois noter que ces bords peuvent faire un certain angle avec cet axe de façon à obtenir si on le veut un biseautage des produits moissonnés.
On prévoit dans la réalisation et le montage des éléments de coupe 34 un certain jeu pour le diamètre de coupe du rotor, ce qui permet de régler chaque couteau de façon précise en association avec une tige de coupe, non représentée sur les figures, lorsqu'on utilise une telle tige, par exemple pour la coupe de la paille, la fente 41 permettant le mouvement latéral nécessaire de la tige de traction 39 pour un tel réglage. L'axe de la tige 39 doit normalement passer par le centre de gravité de l'élément de coupe 34 lorsque ce dernier se trouve dans sa position moyenne de réglage.
On peut déterminer expérimentalement ou mathé- matiquement ou encore des deux façons l'angle d'équi- libre des éléments 34 ; ainsi qu'il a été mentionné plus haut, la position initiale des éléments 34 est, pour que l'on arrive à de meilleurs résultats, telle que l'on obtienne l'angle d'équilibre ; il faut toutefois noter que l'on peut obtenir de bons résultats avec une certaine variation de cet angle.
La force de coupe Ft résulte de la force centrifuge
F, et elle est appliquée au bord du couteau 35 suivant une direction tangente au cercle de coupe et avec un bras de levier R égal à la distance du point de pivotement A (voir fig. 8) à la tangente d'application de la force ; la force centrifuge F,. agit suivant la direction d'une ligne passant par le centre de rotation C du rotor et par le centre de gravité G de l'élément 34.
L'équilibre des forces autour du point de pivotement A se traduit par l'équation :
FtR = FeD,
d'ou
F=-
R
R
D étant la distance du point de pivotement A à la ligne d'action de la force centrifuge.
Il s'ensuit donc que, jusqu'à ce que la résistance R,. de la matière à couper soit égale à la force de coupe
Ft, l'élément de coupe 34 exerce une force de coupe maximale bien qu'il soit libre de pivoter vers l'arrière pour le cas où il heurte des objets solides tels que des pierres.
Ainsi que le montrent les diagrammes de force des fig. 8 et 9, les forces qui interviennent ainsi que décrit ci-dessus ont également pour effet de soulager les axes 33 d'une partie notable de la charge à laquelle ils seraient soumis du fait de la force centrifuge si les éléments de coupe 34 étaient suspendus librement sur ces axes 33 ; cette partie de la charge est représentée dans le présent mode de réalisation par la traction des tiges 39. Ainsi, d'après les diagrammes, la traction P de la tige 39 résiste au couple de rotation de l'élément 34 autour du point de pivotement A qui est égal à F, D,
d'où FD = Px FeD
ou encore P =-,
x x étant la distance entre le point de pivotement A et la tige de traction 39.
La charge appliquée aux axes 33 par la force centrifuge est par conséquent représentée par la force L qui agit suivant une ligne passant par le point de pivotement A et par le centre de gravité G de l'élé- ment de coupe 34. Le diagramme de forces de la fig. 9 montre bien que la force L est notablement inférieure à la force centrifuge F,.
Agricultural machinery
The present invention relates to an agricultural machine of the kind generally known under the name of a forage harvester> in which rotary cutting rotors are used, comprising cutting arms pivoted at points regularly distributed around the periphery of a central support rotor. . Such a machine is generally designed to be attached to a tractor whose control shaft drives the rotor.
When the outward projection movement of the cutting arms is not restricted, the latter are held in the cutting position by the centrifugal force which results from the rotation of the rotor and it is the resulting kinetic energy stored in each arm that provides the cutting force for that arm. However, when encountering the material to be cut, some of this energy is absorbed by the resistance of that material and, due to this resistance, the cutting arm pivots backward relative to the rotor until that a balance is achieved between the force which results from this part of the energy and the reaction force which comes from the resistance of matter. The cutting then takes place under the effect of the force corresponding to the remainder of the kinetic energy of the cutting arm.
Such energy absorption therefore results in a reduction in cutting force with a loss which might otherwise be available; this is why the object of the invention is to reduce or even eliminate such a loss.
To this end, the agricultural machine according to the invention is characterized in that it comprises for each cutting element a member allowing a pivoting movement of the element in a direction opposite to the direction of rotation of the rotor and limiting its movement of projection outwards so that a longitudinal line passing substantially through the pivot axis and through the center of gravity of the element meets a transverse line passing through this pivot axis and through the axis of rotation of the rotor.
The drawing represents, by way of example, an embodiment of the agricultural machine, object of the invention.
Fig. 1 is an elevational view in section of the machine.
Fig. 2 is a plan view.
Fig. 3 is a sectional view taken along line 3-3 of FIG. 1.
Fig. 4 is a sectional view taken along line 4-4 of FIG. 3.
Fig. 5 is a diagram showing the arrangement of the cutting elements.
Fig. 6 is a view on a larger scale of part of FIG. 4.
Fig. 7 is a right view of FIG. 6.
Figs. 8 and 9 are diagrams of the forces occurring during the operation of the machine.
A cutting rotor 11 is mounted by means of ball bearings in bearings 12 integral with a frame 13 pivotally mounted on the axis of a pair of wheels 14 which are freely mounted on an axle 15. A coupling 16 fixed on the frame 13 serves to attach the machine to a tractor, not shown in the figures, by means of an articulation 17. The cylinder 11 is driven, by means of V-belts 18 and a gearbox 19, from the tractor control shaft which is connected to the input shaft 21 of the gearbox 19.
A hydraulic cylinder 22 is pivotally mounted at a point 23 on the frame 13 and it contains a piston 24 pivotally mounted at a point 26 on the axle 15; this jack 22 and its piston 24 allow the rotor 11 to be raised or lowered at will by causing the frame 13 to pivot around the axis of the wheels 14.
The rotor 11 comprises a central tube 27 having stub axles 28 and 29 by which it is mounted in the bearings 12. A series of U-shaped yokes 31 are welded to the tube 27, the foot of these yokes 31 having a concave shape. so as to adapt to the periphery of the tube 27. The yokes 31 carry axes 33 on which are pivoted cutting elements 34 regularly spaced along the periphery and along the axis of the tube, the distribution along the periphery of the elements 34 successive being such that the whole rotor is practically dynamically balanced.
The elements 34 are arranged according to the diagram of FIG. 5: they bear the references 101 to 118 in their order in the direction of the axis, and their position along the periphery corresponds to the angles indicated in the diagram. The bearings 12 have cheeks 36 which surround the ball bearings and thus significantly oppose the introduction of the pieces of cut material.
The cutting elements each have a removable blade 35 fixed to the element 34 by a bolt 30, these blades being made of a steel of sufficiently high tensile strength.
As shown in more detail in Figs. 6 and 7, each cutting element 34 has a projecting yoke 37 which carries an axis 38 on which a traction rod 39 is pivoted; the latter passes through a slot 41 formed in an ear 42 welded to the periphery of the tube 27, the slot 41 allowing lateral movement of the rod 39 during an axial movement of the latter when the cutting element is brought in to move in a direction opposite to the direction of rotation of the rotor 11 under the effect of excessive resistance. The outward projection movement of each cutting element is limited by a buffer 43 and a nut 44 screwed onto the draw rod 39.
The buffer 43 is made of rubber so as to absorb shock when the cutting element is thrown outward from its rest position or after it has been returned rearwardly due to an obstacle in the way. during the rotation.
The cutting diameter of the rotor 11 may vary depending on the machines on which it is mounted and which are intended to harvest different products; however, it is found that a diameter of 56 cm is advantageous for carrying out a number of different operations such as haymaking, harvesting silage and cutting straw. With this diameter, the rotor speed can vary considerably for different operations, for example it is 1000 rpm or more for haymaking, 1500 rpm or more for harvesting silage and up to 2000 rpm or more for cutting straw.
It should be noted that, although the characteristic harvesting operations have been mentioned above, the machine can be used for other purposes, such as crushing potato haulms, topping beets and brush clearing.
When the machine is in operation, the cut crop products are projected against a guide plate 44 and into a discharge chute 45 inside which is arranged a pivoting deflector 46 controlled by a lever 47 and a rod 48. This deflector 46 therefore makes it possible to compact the products cut over the entire width of the rotor 11 up to a dimension equal to half of this width, so that the part of the crop cut during one pass can be deposited on only half of the surface on which the cut takes place.
During a second pass, the deflector 46 can be pivoted using a control lever 49 so that the part of the crop cut during this second pass can be placed side by side. with the part previously cut. As a variant, by properly operating the deflector 46 as well as the machine, a second layer of the harvested products can be deposited on that already deposited during a previous pass.
As shown in the drawings, the cutting edges of the knives 35 are disposed parallel to the axis of rotation of the rotor. It should however be noted that these edges can form a certain angle with this axis so as to obtain, if desired, a beveling of the harvested products.
There is provided in the construction and mounting of the cutting elements 34 a certain clearance for the cutting diameter of the rotor, which makes it possible to adjust each knife precisely in association with a cutting rod, not shown in the figures, when such a rod is used, for example for cutting straw, the slot 41 allowing the necessary lateral movement of the traction rod 39 for such an adjustment. The axis of the rod 39 must normally pass through the center of gravity of the cutting element 34 when the latter is in its average adjustment position.
The angle of equilibrium of the elements 34 can be determined experimentally or mathematically or in both ways; as was mentioned above, the initial position of the elements 34 is, in order to achieve better results, such that the angle of equilibrium is obtained; however, it should be noted that good results can be obtained with a certain variation of this angle.
The cutting force Ft results from the centrifugal force
F, and it is applied to the edge of the knife 35 in a direction tangent to the cutting circle and with a lever arm R equal to the distance from the pivot point A (see fig. 8) to the tangent of application of the force ; the centrifugal force F ,. acts in the direction of a line passing through the center of rotation C of the rotor and through the center of gravity G of the element 34.
The balance of forces around the pivot point A results in the equation:
FtR = FeD,
from where
F = -
R
R
D being the distance from the pivot point A to the line of action of the centrifugal force.
It therefore follows that, until the resistance R ,. of the material to be cut is equal to the cutting force
Ft, the cutting element 34 exerts maximum cutting force although it is free to pivot backwards in the event that it hits solid objects such as stones.
As shown by the force diagrams of Figs. 8 and 9, the forces involved as described above also have the effect of relieving the pins 33 of a significant part of the load to which they would be subjected due to the centrifugal force if the cutting elements 34 were suspended. freely on these axes 33; this part of the load is represented in the present embodiment by the traction of the rods 39. Thus, according to the diagrams, the traction P of the rod 39 resists the torque of the element 34 around the pivot point. A which is equal to F, D,
hence FD = Px FeD
or P = -,
x x being the distance between the pivot point A and the draw rod 39.
The load applied to the axes 33 by the centrifugal force is therefore represented by the force L which acts along a line passing through the pivot point A and through the center of gravity G of the cutting element 34. The diagram of forces of fig. 9 clearly shows that the force L is notably lower than the centrifugal force F i.