RU2245011C1

RU2245011C1 - Device for separating root and tuber crops from impurities

Info

Publication number: RU2245011C1
Application number: RU2003113825/12A
Authority: RU
Inventors: С.Н. Борычев (RU); С.Н. Борычев; Г.К. Рембалович (RU); Г.К. Рембалович; И.А. Успенский (RU); И.А. Успенский
Original assignee: Рязанская государственная сельскохозяйственная академия имени проф. П.А. Костычева
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2005-01-27

Abstract

FIELD: agricultural engineering.

SUBSTANCE: proposed device contains inclined finger conveyor and beater arranged in its upper part. Beater is mounted on shaft and made up of set of elastic disks installed with inclination relative to shaft axis for oscillating in direction of shaft axis and changing angle of disk tilting by means of additional drive.

EFFECT: increased efficiency of device in operation.

2 cl,4 dwg

Description

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к рабочим органам корнеклубнеуборочных машин.The invention relates to agricultural machinery, in particular to the working bodies of root-harvesting machines.

Известно устройство для отделения корнеклубнеплодов от камней и комков почвы, содержащее транспортер с бесконечным полотном, имеющим рабочую поверхность с эластичными пальцами, над которым расположен установленный на валу отбойный валик с наружной поверхностью, выполненной в виде щетки (Петров Г.Д. Картофелеуборочные машины. М., “Машиностроение”, 1972, с.254-255).A device is known for separating root crops from stones and lumps of soil, containing a conveyor with an endless web having a working surface with elastic fingers, above which a jack roller mounted on the shaft with an external surface made in the form of a brush is located (Petrov G.D. Potato harvesters. M ., "Engineering", 1972, S. 254-255).

Однако известное устройство не обеспечивает необходимого качества отделения корнеклубнеплодов от примесей, что обуславливается одинаковым силовым воздействием ворса щетки как на корнеклубнеплоды, так и на камни и комки почв.However, the known device does not provide the necessary quality of separation of root crops from impurities, which is caused by the same force effect of the brush pile on both root crops and soil stones and lumps.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для отделения корнеклубнеплодов от примесей, содержащее наклонный пальчиковый транспортер и размещенный в его верхней части отбойный валик (SU 755238, кл. А 01 D 33/08, 15.08.1980).The closest in technical essence to the proposed one is a device for separating root crops from impurities, containing an inclined finger conveyor and a pick roller located in its upper part (SU 755238, class A 01 D 33/08, 08/15/1980).

Схемно-конструктивое решение устройства направлено на повышение эффективности разделения компонентов клубненосного вороха от примесей.The circuit-constructive solution of the device is aimed at increasing the efficiency of separation of the components of the tuberous heap from impurities.

Однако отсутствие возможности избирательного выбора режима силового поля воздействия отбойного валика на объемную массу картофельного вороха в значительной степени снижает эксплуатационно-технологические возможности устройства.However, the inability to selectively select the force field mode of the impact of the breaker roller on the bulk mass of the potato pile significantly reduces the operational and technological capabilities of the device.

Задача предлагаемого изобретения - повышение эффективности работы устройства путем организации вибрационно-колебательных процессов эластичных элементов отбойного валика и оптимально возможного назначения кинематического режима их воздействия на картофельный ворох в зависимости от физико-механических свойств и фракционного состава его компонентов.The objective of the invention is to increase the efficiency of the device by organizing vibrational-vibrational processes of the elastic elements of the breaker roller and the optimal possible assignment of the kinematic mode of their impact on the potato heap, depending on the physicomechanical properties and fractional composition of its components.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для отделения корнеклубнеплодов от примесей, содержащее наклонный пальчиковый транспортер и размещенный в его верхней части отбойный валик, согласно изобретению отбойный валик размещен на валу и выполнен в виде набора эластичных дисков, установленных наклонно к оси вала, с возможностью их колебаний в направлении оси вала и изменения угла наклона дисков посредством дополнительного привода. При этом вал отбойного валика выполнен в виде трубы, а привод колебаний эластичных дисков расположен во внутренней ее полости и выполнен в виде двух конических шестерен, ведущая из которых связана с дополнительным приводом отбойного валика, а ведомая снабжена эксцентрично установленным пальцем, кинематически связанным посредством шатуна с коленчатыми элементами дисков.The problem is achieved in that in a device for separating root crops from impurities, containing an inclined finger conveyor and a pick roller located in its upper part, according to the invention, the pick roller is placed on the shaft and made in the form of a set of elastic disks mounted obliquely to the axis of the shaft, with the possibility their oscillations in the direction of the axis of the shaft and changes in the angle of inclination of the disks by means of an additional drive. In this case, the shaft of the jack roller is made in the form of a pipe, and the vibration drive of the elastic disks is located in its internal cavity and is made in the form of two bevel gears, the drive of which is connected to the additional drive of the jack roller, and the follower is equipped with an eccentrically mounted finger kinematically connected by means of a connecting rod with cranked disc elements.

На фиг.1 изображена схема устройства, вид сбоку; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - отбойный валик с наклонными дисками и приводами, разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - кинематическая схема активного рабочего органа - диска.Figure 1 shows a diagram of a device, side view; figure 2 - a view of figure 1; figure 3 - breaker roller with inclined disks and drives, section bB in figure 2; figure 4 is a kinematic diagram of an active working body - disk.

Устройство для отделения корнеклубнеплодов от примесей содержит разделительную горку 1, выполненную в виде наклонного транспортера, бесконечная транспортерная лента которого имеет рабочую 2 и обратную 3 ветви с упругими пальцами 4, транспортер загрузки 5 картофельного вороха и транспортер выгрузки 6 корнеклубнеплодов. В верхней части горки над головным барабаном наклонного транспортера расположен отбойный валик 7, который выполнен в виде набора дисков 8 и размещен на приводном валу 9, при этом вал 9 выполнен полым в виде трубы и кинематически связан с приводом его вращения (через звездочку 10), а диски снабжены коленчатыми элементами 11. Диски 8 установлены наклонно к оси приводного вала 9 с возможностью их колебаний в направлении оси вала и изменения угла наклона дисков посредством дополнительного привода. Дополнительный привод включает звездочку 12, вал 13, пару конических шестерен 14 и 15 с эксцентрично установленным на шестерне 15 пальца 16, кинематически связанным посредством шатуна 17 с коленчатыми элементами 11 дисков 8. Диски отбойного валика выполнены из эластичного материала, например резины, при этом каждый диск содержит фланцы 18, соединенные между собой посредством крепежных элементов.A device for separating root crops from impurities contains a dividing slide 1 made in the form of an inclined conveyor, the endless conveyor belt of which has a working 2 and reverse 3 branches with elastic fingers 4, a load conveyor 5 for a potato pile and an unload conveyor 6 for root crops. In the upper part of the slide above the head drum of the inclined conveyor there is a breaker roller 7, which is made in the form of a set of disks 8 and placed on the drive shaft 9, while the shaft 9 is hollow in the form of a pipe and kinematically connected to the drive of its rotation (through an asterisk 10), and the disks are equipped with cranked elements 11. The disks 8 are mounted obliquely to the axis of the drive shaft 9 so that they can oscillate in the direction of the axis of the shaft and change the angle of inclination of the disks by means of an additional drive. The additional drive includes a sprocket 12, a shaft 13, a pair of bevel gears 14 and 15 with an eccentric mounted on the gear 15 of the pin 16 kinematically connected by means of a connecting rod 17 with the cranked elements 11 of the disks 8. The disks of the jack roller are made of an elastic material, such as rubber, each the disk contains flanges 18, interconnected by means of fasteners.

Устройство работает следующим образом. Картофельный ворох, включающий клубни, комки почвы, ботву и растительные остатки, транспортером 5 подается на разделительную горку 1. При падении клубней и комков почвы на наклонную поверхность горки благодаря различным значениям упругих и фрикционных свойств компонентов, коэффициента трения качения, размеров и удельного веса, на рабочей ветви 2 пальчикового полотна происходит процесс сепарации картофельного вороха, то есть процесс отделения клубней от почвенных комков и примесей. При этом основная масса клубней скатывается по поверхности пальчиков 4 на выгрузной транспортер 5 устройства, а примеси удерживаются пальчиками полотна и поднимаются вверх к отбойному валику 7. Часть клубней с удерживающей их ботвой также пальчиковым полотном горки 1 подается к валику 7. Перед выбросом примесей непосредственно на поле последние (комки почвы, камни и растительные остатки) вступают в контакт с наклонными дисками 8 отбойного валика 7, вал 9 которого от привода (не показан) через звездочку 10 получает вращательное движение. Звездочка 11 через вал 13, шестерни 14 и 15, палец 16 и шатун 17 приводит в быстрое колебательное движение диски 8. Таким образом, возникает непрерывное переменное изменение угла наклона дисков 8 относительно вала 9.The device operates as follows. Potato heap, including tubers, lumps of soil, tops and plant residues, is conveyed by conveyor 5 to the separation hill 1. When tubers and lumps of soil fall on the inclined surface of the hill due to different values of the elastic and frictional properties of the components, rolling friction coefficient, sizes and specific gravity, on the working branch 2 of the finger web, the process of separation of potato heaps occurs, that is, the process of separating tubers from soil lumps and impurities. In this case, the bulk of the tubers rolls along the surface of the fingers 4 to the unloading conveyor 5 of the device, and the impurities are held by the fingers of the web and rise up to the breaker roller 7. Some of the tubers with their tops also holding the finger blade of the slide 1 is fed to the roller 7. Before the impurities are released directly onto the latter field (soil lumps, stones and plant debris) come into contact with the inclined disks 8 of the breaker roller 7, the shaft 9 of which from the drive (not shown) through the sprocket 10 receives a rotational movement. The sprocket 11 through the shaft 13, gears 14 and 15, pin 16 and connecting rod 17 drives the disks 8 in rapid oscillatory motion. Thus, a continuous alternating change in the angle of inclination of the disks 8 relative to the shaft 9 occurs.

В процессе вращения вала 9 диски совершают круговые движения по сложной пространственной траектории, в результате чего каждый из дисков торцевой и боковой поверхностями воздействует на поступающую массу картофельного вороха. Амплитудно-частотный характер угловых колебаний дисков 8 и силовое поле их воздействия способствуют формированию и развитию объемных сдвиговых деформаций в структурно-агрегатных образованиях компонентов картофельного вороха, что позволяет существенно увеличить сепарирующий эффект устройства за счет отделения ботвы от удерживающихся на ней клубней. При этом клубни скатываются вниз по наклонному полотну горки 1 на транспортер 6 выгрузки корнеклубнеплодов, а почвенные комки, не прошедшие в рабочий зазор между пальчиковой поверхностью горки 1 и отбойным валиком 7, разрушаются дисками 8 и мелкой фракцией выносятся за пределы уборочной машины на поле.In the process of rotation of the shaft 9, the discs make circular motions along a complex spatial path, as a result of which each of the discs with the end and side surfaces acts on the incoming mass of the potato heap. The amplitude-frequency nature of the angular vibrations of the disks 8 and the force field of their influence contribute to the formation and development of volumetric shear deformations in the structurally aggregate formations of the components of the potato heap, which can significantly increase the separating effect of the device due to the separation of the tops from the tubers held on it. In this case, the tubers slide down the inclined sheet of the hill 1 to the root crop unloading conveyor 6, and soil lumps that do not pass into the working gap between the finger surface of the hill 1 and the pick roller 7 are destroyed by the disks 8 and are transported out of the harvesting machine into the field with a fine fraction.

Вследствие непрерывно изменяющего положения плоскостей дисков 8 последние осуществляют одновременно и очистку пальчикового 4 полотна от примесей. При взаимодействии наклонных дисков 8 отбойного валика 7 с эластичными пальчиками 4 последние изгибаются, а пройдя диски 8, вследствие упругости резко разгибаются и совершают затухающие колебания. При резких колебаниях пальчиков 4 примеси, попадая на них, не задерживаются, не зависают и не скапливаются в зоне отбойного валика 7, при этом часть набившихся в пространстве между пальчиками 4 примесей стряхивается с пальчикового полотна при огибают головного барабана горки 1. Взаимодействие наклонных дисков 8 с пальчиками 4 при наличии влажной почвы создает исключительную возможность для непрерывной взаимной очистки пространства между пальчиками 4 с одной стороны и пространства между дисками 8 с другой стороны и непрерывного поддержания таким образом устройства в работоспособном состоянии.Due to the continuously changing position of the planes of the disks 8, the latter simultaneously carry out the cleaning of the finger 4 web from impurities. When the inclined disks 8 of the breaker roller 7 interact with the elastic fingers 4, the latter bend, and after passing the disks 8, due to elasticity, they sharply bend and make damped oscillations. With sharp fluctuations of the fingers 4, the impurities, falling on them, do not linger, do not hang and do not accumulate in the zone of the pick roller 7, while part of the impurities that have accumulated in the space between the fingers 4 is shaken off the finger web when the head drum is bent around 1. Interaction of inclined disks 8 with fingers 4 in the presence of moist soil creates an exceptional opportunity for continuous mutual cleaning of the space between fingers 4 on the one hand and the space between the disks 8 on the other hand and continuous maintenance Thus, the device is in working condition.

Из кинематической схемы (фиг.4) закон движения рабочего органа - диска отбойного валика имеет вид:From the kinematic scheme (figure 4), the law of motion of the working body - the disk of the jack roller has the form:

где Y - осевое перемещение отдельно взятой точки диска; R - радиус диска; φ _ср - среднеустановочный угол наклона дисков; Δ φ - амплитудный угол колебания диска относительно φ _ср, n - число колебаний диска за один оборот вала дополнительного привода, n=(ω ₂-ω ₁)/ω ₁; ω ₂ - частота вращения вала дополнительного привода; ω ₁ - частота вращения вала с наклонно установленными дисками; α ₀ - фазовый (начальный угол).where Y is the axial displacement of a single point on the disk; R is the radius of the disk; φ _av is the average installation angle of the disks; Δ φ is the amplitude angle of oscillation of the disk relative to φ _cf , n is the number of disk vibrations per revolution of the shaft of the auxiliary drive, n = (ω ₂ -ω ₁ ) / ω ₁ ; ω ₂ - shaft speed of the auxiliary drive; ω ₁ - shaft speed with inclined discs; α ₀ - phase (initial angle).

В данном случае диск испытывает воздействие двух гармонических колебаний, которые накладываются друг на друга. Первый вид гармонических колебаний характеризуется дифференциальным уравнениемIn this case, the disk experiences two harmonic vibrations that overlap each other. The first type of harmonic oscillations is characterized by a differential equation

,

решением которого получаем закон движения диска:whose solution we obtain the law of motion of the disk:

Такие гармонические колебания диска будут наблюдаться при вращении горизонтального вала отбойного валика.Such harmonic oscillations of the disk will be observed during the rotation of the horizontal shaft of the jack roller.

Второй вид гармонических колебаний будет исходить из самого механизма колебания диска. При этом уравнением его движения является функция вида:The second type of harmonic oscillations will come from the very mechanism of oscillation of the disk. Moreover, the equation of its motion is a function of the form:

,

где А₂=R sin φ ₀ - амплитуда колебаний.where A ₂ = R sin φ ₀ is the amplitude of the oscillations.

Тогда

Then

В процессе работы устройства два гармонических колебания диска будут накладываться друг на друга. Суммарный колебательный процесс можно описать уравнениемDuring the operation of the device, two harmonic oscillations of the disk will overlap each other. The total oscillatory process can be described by the equation

С использованием соотношения n уравнение (5) приобретает форму (1).Using the relation n, equation (5) takes the form (1).

При этом мы можем получать различные по своему характеру и характеристикам колебательные процессы в зависимости от соотношений:At the same time, we can obtain oscillatory processes that are different in nature and characteristics, depending on the ratios:

A₁ и А₂; ω ₁ и ω ₂; α ₀₁ и α ₀₂.A ₁ and A ₂ ; ω ₁ and ω ₂ ; α ₀₁ and α ₀₂ .

Если разность начальных фаз Δ α =(α ₀₁-α ₀₂)=0, то при A₁=А₂ - суммарное отклонение Y удваивается, а при А₁≠ А₂ - суммируется. Если Δ α =π и A₁=А₂, то оба колебания взаимно уничтожаются. Отсюда следует, что для получения наибольших ускорений и сил инерции первым условием такого колебательного процесса должно быть: Δ α =0; А₁=А₂. Отношение частот ω ₁ и ω ₂ колебаний учитывается соотношением n. Чем больше n, тем с большей суммарной частотой будет колебаться диск. При ω ₂=2ω ₁, то есть n=1, суммарное число колебаний диска будет удваиваться, а характер колебательного процесса останется прежним - гармоническим с тем же периодом. А при ω ₁≠ ω₂ и n=2, 3... наблюдается биение с периодомIf the initial phase difference is Δ α = (α ₀₁ -α ₀₂ ) = 0, then for A ₁ = A _{2 the} total deviation Y doubles, and for A ₁ ≠ A _{2 it} is summed. If Δ α = π and A ₁ = A ₂ , then both vibrations are mutually annihilated. It follows that to obtain the greatest accelerations and inertia forces, the first condition for such an oscillatory process should be: Δ α = 0; A ₁ = A ₂ . The ratio of the frequencies ω ₁ and ω ₂ oscillations is taken into account by the ratio n. The larger n, the higher the total frequency the disk will oscillate. When ω ₂ = 2ω ₁ , that is, n = 1, the total number of disk vibrations will double, and the nature of the oscillation process will remain the same - harmonic with the same period. And for ω ₁ ≠ ω ₂ and n = 2, 3 ... a beating is observed with a period

Т=2π /(ω ₁-ω ₂).T = 2π / (ω ₁ -ω ₂ ).

При увеличении n(n>3) колебательная система подвергает картофельный ворох большим инерционным цикличным и реверсивным нагрузкам. За счет сообщения наклонным дискам отбойного валика пространственных угловых колебаний, реализующих приложение нагрузок к структурно-агрегатным компонентам картофельного вороха по различным периодически меняющимся направлениям, увеличивается вероятность воздействия их контурных поверхностей на объемную массу материала в направлении, наиболее благоприятном для полного отделения клубней от ботвы и растительных примесей (в т.ч. и отрыва клубней от столонов связной ботвы) при минимально-необходимом выборе усилия раздавливания почвенных комков и снижении при этом повреждаемости клубней.With an increase in n (n> 3), the oscillatory system exposes the potato heap to large inertial cyclic and reverse loads. By informing the inclined disks of the chipper roller of spatial angular vibrations that realize the application of loads to the structurally aggregate components of the potato heap in various periodically changing directions, the likelihood of their contour surfaces affecting the bulk material in the direction most favorable for the complete separation of tubers from tops and vegetable impurities (including the separation of tubers from stolons of connected tops) with the minimum necessary choice of soil crushing force s clots and reducing at the same time damage the tubers.

Такой кинематический режим работы отбойного валика предпочтителен при работе картофеля на уплотненных суглинистых почвах, а также сильно засоренных полях и достаточно эффективен, поскольку позволяет устранить забивание просветов между эластичными дисками мелкими клубнями, землей и твердыми предметами (комки, камни и т.п.), в том числе и растительными остатками при работе в условиях влажных почв.This kinematic mode of operation of the pick roller is preferable for potatoes to work on compacted loamy soils, as well as highly clogged fields and is quite effective, since it eliminates clogging of the gaps between the elastic disks with small tubers, soil and solid objects (lumps, stones, etc.), including plant residues when working in wet soils.

Путем изменения переменных величин:By changing the variables:

φ _ср; Δ φ ; n; ω ; R; ω t; α ₀ φ _avg ; Δ φ; n; ω; R; ω t; α ₀

можно получить различные по форме колебательные процессы. Это позволяет при выполнении технологической операции отделения клубней от примесей назначать оптимально возможные кинематические режимы работы устройства в зависимости от физико-механических свойств поступающего картофельного вороха и фракционного состава его компонентов, от количества почвенных комков и растительных примесей, их взаимного соотношения, что немаловажно для работы устройства в различных почвенно-климатических условиях.it is possible to obtain oscillatory processes of various shapes. This allows you to assign the optimum possible kinematic modes of operation of the device during the technological operation of separating tubers from impurities, depending on the physicomechanical properties of the incoming potato heap and the fractional composition of its components, on the number of soil lumps and plant impurities, their mutual ratio, which is important for the operation of the device in various soil and climatic conditions.

Предлагаемое конструктивное решение устройства по сравнению с базовым объектом, принятым за прототип, позволяет повысить эффективность отделения корнеклубнеплодов от комков почвы и растительных остатков, снизить количество повреждений клубней, что, в свою очередь, будет способствовать снижению косвенных потерь клубней при уборке.The proposed constructive solution of the device compared with the base object adopted for the prototype, allows to increase the efficiency of separation of root crops from lumps of soil and plant debris, to reduce the amount of damage to tubers, which, in turn, will reduce indirect losses of tubers during harvesting.

Использование изобретения улучшает эксплуатационно-технологические характеристики устройства для отделения корнеклубнеплодов от примесей.The use of the invention improves the operational and technological characteristics of a device for separating root crops from impurities.

Описанный рабочий орган конструктивно прост, обладает малой энергоемкостью и надежен в работе.The described working body is structurally simple, has low energy consumption and is reliable in operation.

Claims

1. A device for separating root crops from impurities, containing an inclined finger conveyor and a jack roller located in its upper part, characterized in that the jack roller is placed on the shaft and made in the form of a set of elastic disks mounted obliquely to the axis of the shaft, with the possibility of oscillations in the direction of the axis of the shaft and changing the angle of inclination of the discs through an additional drive.

2. The device according to claim 1, characterized in that the shaft of the jack roller is made in the form of a pipe, and the vibration drive of the elastic disks is located in its internal cavity and is made in the form of two bevel gears, the leading one of which is connected with an additional drive of the jack roller, and the driven equipped with an eccentrically mounted finger kinematically connected by means of a connecting rod with cranked disc elements.