RU2360399C1

RU2360399C1 - Rotary implement

Info

Publication number: RU2360399C1
Application number: RU2007141547/12A
Authority: RU
Inventors: Алексей Александрович Копченов (RU); Алексей Александрович Копченов
Original assignee: Алексей Александрович Копченов
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2009-07-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to agricultural machinery and can be used harvesters. The proposed rotary implement comprises interacting working members fitted on the shaft with its axis not crossing the surfaces of fixed elements. The element working surface shape allows a constant angle between tangent lines to the said surfaces at the point of their intersection. The shape of curvilinear working surfaces of one of the elements interacting with rectilinear working surfaces of the other elements represent a curve defined by the equation

where r is the radius of a circle with its centre aligned with the axis of rotation of the shaft, φ is the current angle of the turn with radius r, γ is the angle formed by tangent lines to the surfaces of interacting elements at the point of their intersection, e is the base of natural logarithm.

EFFECT: elimination of material jam between interacting working elements.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности сельскохозяйственного машиностроения, например к машинам для уборки и переработки сельскохозяйственных культур, а также может быть использовано в других областях, где применяются ротационные рабочие элементы, взаимодействующие с неподвижными элементами, для транспортировки и обработки сырья и материалов.The invention relates to the field of engineering, in particular agricultural engineering, for example, machines for harvesting and processing crops, and can also be used in other areas where rotary work elements are used, interacting with fixed elements, for transportation and processing of raw materials.

Известна конструкция подборщика сельскохозяйственных культур (А.С. 1750479, МПК A01D 89/00, СССР, 1992), рабочая поверхность пальцев которого включает два участка: криволинейный, выполненный по эвольвенте окружности, и прямолинейный. Скаты подборщика включают прямолинейную и сопряженную с ней криволинейную часть, выполненную по укороченной эвольвенте окружности. Прямолинейные концы пальцев взаимодействуют с криволинейной частью скатов. Часть рабочей поверхности пальцев, имеющей криволинейный профиль, взаимодействует с прямолинейным участком скатов. Сочетание прямолинейных и криволинейных поверхностей позволяет пальцу в момент подбора захватывать стебли без их относительного скольжения по прямолинейному концу пальца, затем транспортировать по прямолинейной части ската стебли, скользящие по криволинейной части пальца.A known design of a crop picker (A.S. 1750479, IPC A01D 89/00, USSR, 1992), the working surface of the fingers of which includes two sections: curved, made according to the involute of a circle, and rectilinear. The pick-up slopes include a rectilinear and conjugate curvilinear part made on a shortened involute of a circle. The rectilinear ends of the fingers interact with the curved part of the slopes. Part of the working surface of the fingers, having a curved profile, interacts with a rectilinear section of the slopes. The combination of rectilinear and curved surfaces allows the finger at the time of selection to capture the stems without their relative sliding along the rectilinear end of the finger, then transport the stems sliding along the curved part of the finger along the rectilinear part of the slope.

Однако такое исполнение пальцев способствует захвату камней и других предметов нерастительного происхождения с поверхности почвы в момент подбора валка. Последовательное (по ходу движения обрабатываемого материала) исполнение скатов прямолинейными и криволинейными не полностью совпадает с траекторией движения слоя обрабатываемого материала, что приводит к изгибным деформациям материала, разрыву его слоя и, как следствие, к потерям обрабатываемого материала и нарушению технологического процесса. Кроме того, выполнение профиля криволинейной поверхности по «укороченной эвольвенте» окружности не дает абсолютного постоянства угла между касательными к рабочим поверхностям взаимодействующих элементов. В частности, установлено, что при увеличении текущего угла поворота радиуса окружности, входящего в формулу для определения координат «укороченной эвольвенты», от π/8 до 7 π/8 ошибка в расчетной координате составляет от 1,7 до 11,0% [Копченов А.А. Улучшение технологического процесса и обоснование параметров барабанного подборщика с равномерно вращающимися пальцами //Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Челябинск, 1991. - С.68].However, this execution of the fingers contributes to the capture of stones and other objects of plant origin from the surface of the soil at the time of selection of the roll. The sequential (along the movement of the processed material) execution of slopes in a straight and curved manner does not fully coincide with the trajectory of the layer of the processed material, which leads to bending deformation of the material, rupture of its layer and, as a result, to losses of the processed material and disruption of the technological process. In addition, performing a profile of a curved surface along a “shortened involute” of a circle does not give absolute constancy of the angle between the tangents to the working surfaces of the interacting elements. In particular, it was found that when the current angle of rotation of the radius of the circle included in the formula for determining the coordinates of the “shortened involute” increases from π / 8 to 7 π / 8, the error in the calculated coordinate is from 1.7 to 11.0% [Kopchenov A.A. Improvement of the technological process and substantiation of the parameters of a drum pick-up with evenly rotating fingers // The dissertation for the degree of candidate of technical sciences. - Chelyabinsk, 1991. - P.68].

Наиболее близким по технической сущности является ротационный рабочий орган (Патент РФ 2056090, МПК A01D 89/00), который содержит смонтированные с возможностью взаимодействия между собой рабочие элементы, одни из которых установлены на валу, ось которого не пересекает поверхность неподвижных элементов. Причем одни элементы выполнены криволинейной, а другие - прямолинейной формы, криволинейные и прямолинейные элементы расположены с возможностью обеспечения постоянного угла между касательными, проведенными к рабочим поверхностям криволинейных элементов в точке их пересечения с прямолинейными элементами, и прямолинейными элементами.The closest in technical essence is a rotary working body (RF Patent 2056090, IPC A01D 89/00), which contains working elements mounted with the possibility of interaction with each other, one of which is mounted on a shaft whose axis does not intersect the surface of the stationary elements. Moreover, some elements are made curvilinear, while others are of a rectilinear shape, curvilinear and rectilinear elements are located with the possibility of providing a constant angle between the tangents drawn to the working surfaces of the curvilinear elements at the point of intersection with the rectilinear elements, and rectilinear elements.

Недостатком данного рабочего органа является невозможность точного задания формы поверхности рабочих элементов устройства, а также невозможность обеспечения надежности технологического процесса, в частности, в условиях непостоянства действия сил взаимодействия обрабатываемого материала и рабочих элементов. Именно при движении материала по криволинейной поверхности в результате изменения направления действия силы тяжести величины силы инерции либо воздействия внешних по отношению к рассматриваемой системе (рабочий орган - обрабатываемый материал) сил изменяется направление и абсолютная величина равнодействующей сил трения обрабатываемого материала и рабочих элементов. В результате обрабатываемый материал скользит по поверхности одного из элементов, например подвижного криволинейного, и не может транспортироваться по прямолинейной поверхности неподвижного элемента.The disadvantage of this working body is the impossibility of accurately specifying the surface shape of the working elements of the device, as well as the inability to ensure the reliability of the technological process, in particular, under conditions of inconsistency of the interaction forces of the processed material and working elements. It is when the material moves along a curved surface as a result of a change in the direction of gravity of the magnitude of the inertia force or the influence of external forces relative to the system under consideration (the working body is the material being processed), the direction and absolute value of the resultant friction forces of the processed material and work elements change. As a result, the material being processed slides along the surface of one of the elements, for example, a movable curved one, and cannot be transported along the rectilinear surface of a fixed element.

Целью изобретения является повышение надежности технологического процесса за счет точного определения координат точек рабочей поверхности путем использования аналитической зависимости координат от параметров кривизны рабочих поверхностей, определяемых свойствами обрабатываемого материала, исключения защемления обрабатываемого материала различной структуры и свойств при его транспортировании и оптимизации траектории движения материала.The aim of the invention is to increase the reliability of the process by accurately determining the coordinates of the points of the working surface by using the analytical dependence of the coordinates on the curvature parameters of the working surfaces, determined by the properties of the processed material, eliminating pinching of the processed material of various structures and properties during its transportation and optimizing the trajectory of the material.

Изобретение содержит смонтированные с возможностью взаимодействия между собой рабочие элементы, одни из которых установлены на валу, ось которого не пересекает поверхность неподвижных элементов, с обеспечением постоянства угла между касательными к рабочим поверхностям элементов в точке их пересечения.The invention comprises working elements mounted with the possibility of interaction between each other, one of which is mounted on a shaft whose axis does not intersect the surface of the stationary elements, ensuring a constant angle between the tangents to the working surfaces of the elements at their intersection.

Профиль рабочей поверхности криволинейных элементов выполнен по кривой, являющейся логарифмической разверткой эвольвенты и определяемой уравнениемThe profile of the working surface of curvilinear elements is made along a curve that is a logarithmic scan of the involute and defined by the equation

где r - радиус окружности с центром, лежащим на оси вращения вала;where r is the radius of the circle with the center lying on the axis of rotation of the shaft;

φ - текущий угол поворота радиуса г,φ is the current angle of rotation of radius r,

γ - угол, образованный касательными к поверхностям взаимодействующих элементов в точке их пересечения;γ is the angle formed by the tangents to the surfaces of the interacting elements at their intersection;

е - основание натурального логарифма.e is the base of the natural logarithm.

В зависимости от условий работы и свойств обрабатываемого материала подвижные и неподвижные рабочие элементы состоят из нескольких участков с рабочей поверхностью прямолинейной и (или) криволинейной формы, располагающихся в различной последовательности и попарно сочетающихся с участками соответственно неподвижных и подвижных элементов с криволинейной и прямолинейной формой рабочей поверхности.Depending on the working conditions and properties of the material being processed, movable and stationary working elements consist of several sections with a working surface of a rectilinear and (or) curved shape, arranged in different sequences and pairwise combined with sections of respectively stationary and moving elements with a curved and rectilinear shape of the working surface .

Исполнение профиля рабочей поверхности одних из рабочих элементов прямолинейным, а других криволинейным с обеспечением постоянства угла между касательными, проведенными к рабочим поверхностям элементов в точке их пересечения, позволяет исключить защемление обрабатываемого материала между взаимодействующими элементами.The execution of the profile of the working surface of one of the working elements is rectilinear, and the other curved, ensuring a constant angle between the tangents drawn to the working surfaces of the elements at the point of intersection, eliminating pinching of the processed material between the interacting elements.

Исполнение профиля рабочих поверхностей криволинейных элементовExecution of the profile of the working surfaces of curved elements

по логарифмической развертке эвольвенты, задаваемой аналитическим выражениемby the logarithmic scan of the involute specified by the analytical expression

позволяет поддерживать постоянство величины угла между касательными к рабочим поверхностям элементов в точке их пересечения. Причем величина данного утла в зависимости от условий работы и свойств обрабатываемого материала может принимать любые значения из диапазона 0…180°. Тем самым соблюдаются условия взаимодействия рабочих поверхностей каждого из элементов с обрабатываемым материалом на всем их протяжении, что позволяет применять ротационный рабочий орган для обработки материалов различной структуры и свойств.allows you to maintain a constant angle between the tangents to the working surfaces of the elements at the point of intersection. Moreover, the value of this scrap depending on the working conditions and properties of the processed material can take any values from the range 0 ... 180 °. Thus, the conditions for the interaction of the working surfaces of each of the elements with the material to be processed along their entire length are observed, which allows the use of a rotating working body for processing materials of various structures and properties.

Исполнение рабочих элементов, содержащих отдельные участки, позволяет обеспечить оптимальное воздействие подвижных и неподвижных элементов на обрабатываемый материал, гарантировать стабильность и безотказность технологического процесса. Последовательное сочетание прямолинейных и криволинейных, а также только прямолинейных или только криволинейных участков рабочей поверхности элемента позволяет оптимизировать траектории движения материалов различных свойств.The design of work elements containing separate sections allows to ensure the optimal impact of moving and stationary elements on the processed material, to guarantee the stability and reliability of the process. The sequential combination of rectilinear and curvilinear, as well as only rectilinear or only curvilinear sections of the working surface of the element allows you to optimize the motion paths of materials of various properties.

Возможность исполнения профиля рабочей поверхности участков как неподвижных, так и подвижных элементов криволинейным в сочетании с прямолинейностью профиля рабочей поверхности соответствующих участков противоположных элементов позволяет при определенных параметрах кривизны достичь наиболее рациональной траектории движения обрабатываемого материала и исключить его защемление на всем протяжении взаимодействующих поверхностей, приводящее к нарушению процесса обработки.The ability to execute the profile of the working surface of sections of both stationary and moving elements curved in combination with the straightness of the profile of the working surface of the corresponding sections of opposite elements allows, for certain parameters of curvature, to achieve the most rational trajectory of movement of the processed material and to prevent pinching it over the entire length of the interacting surfaces, leading to a violation processing process.

Исполнение профиля рабочих поверхностей криволинейных участков по логарифмической развертке эвольвенты, задаваемой аналитическим выражениемExecution of the profile of the working surfaces of curvilinear sections according to the logarithmic scan of the involute specified by the analytical expression

позволяет избежать ошибок в расчете координат и поддерживать постоянство величины угла между касательными к рабочим поверхностям элементов в точке их пересечения, тем самым обеспечивая гарантированное перемещение обрабатываемого материала без заклинивания и непрерывность технологического процесса, не известно и не следует явным образом из уровня техники, что доказывает соответствие технического решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».avoids errors in the calculation of coordinates and maintains the constancy of the angle between the tangents to the working surfaces of the elements at the point of intersection, thereby ensuring guaranteed movement of the processed material without jamming and the continuity of the process, is not known and does not follow explicitly from the prior art, which proves compliance technical solutions to the criteria of "novelty" and "inventive step".

На фиг.1 изображен рабочий орган, состоящий из подвижных элементов ПЭ и неподвижных элементов НЭ. Каждый из элементов состоит из участков, ограниченных окружностями 1…5. Профиль рабочей поверхности криволинейных участков неподвижных элементов выполнен по логарифмической развертке эвольвенты, задаваемой аналитическим выражениемFigure 1 shows the working body, consisting of movable elements of PE and stationary elements of the NE. Each of the elements consists of sections bounded by circles 1 ... 5. The profile of the working surface of the curvilinear sections of the fixed elements is made by the logarithmic scan of the involute specified by the analytical expression

В пределах каждого из участков профиль поверхностей подвижных элементов ПЭ и неподвижных элементов НЭ выполнен либо прямолинейным (например, участки подвижных элементов ПЭ, ограниченные окружностями 1 и 2, 3 и 4), либо криволинейным (например, участки подвижных элементов ПЭ, ограниченные окружностями 2 и 3, 4 и 5), причем прямолинейный участок одного элемента сочетается с криволинейным участком противоположного элемента. Последовательность сочетаний участков в пределах каждого из элементов и параметры кривизны их криволинейных поверхностей заданы исходя из условий технологического процесса и свойств обрабатываемого материала.Within each of the sections, the surface profile of the moving PE elements and the fixed NE elements is made either straight-line (for example, sections of the moving PE elements bounded by circles 1 and 2, 3 and 4), or curved (for example, the sections of the moving PE elements bounded by circles 2 and 3, 4 and 5), moreover, the straight section of one element is combined with the curved section of the opposite element. The sequence of combinations of sections within each of the elements and the curvature parameters of their curved surfaces are set based on the process conditions and the properties of the processed material.

На фиг.2 изображен ротационный рабочий орган, состоящий из подвижных и неподвижных элементов, причем подвижные элементы состоят из нескольких последовательно расположенных участков с рабочей поверхностью прямолинейной формы, ограниченных окружностями 2, 3 и 4. Этим участкам подвижных элементов соответствуют криволинейные участки неподвижных элементов, ограниченные теми же окружностями. Профиль криволинейных участков рабочей поверхности неподвижных элементов выполнен по логарифмической развертке эвольвенты, задаваемой аналитическим выражениемFigure 2 shows a rotational working body, consisting of movable and fixed elements, and the movable elements consist of several successive sections with a working surface of a rectilinear shape, limited by circles 2, 3 and 4. These sections of the moving elements correspond to curved sections of the fixed elements, limited the same circles. The profile of the curved sections of the working surface of the stationary elements is made according to the logarithmic scan of the involute specified by the analytical expression

На фиг.3 изображен ротационный рабочий орган, состоящий из подвижных и неподвижных элементов, причем неподвижные элементы состоят из нескольких последовательно расположенных участков с рабочей поверхностью прямолинейной формы, ограниченных окружностями 2, 3 и 4. Этим участкам неподвижных элементов соответствуют криволинейные участки подвижных элементов, ограниченные теми же окружностями. Профиль рабочей поверхности криволинейных участков подвижных элементов выполнен по логарифмической развертке эвольвенты, задаваемой аналитическим выражениемFigure 3 shows a rotational working body, consisting of movable and fixed elements, and the fixed elements consist of several successive sections with a working surface of a rectilinear shape, limited by circles 2, 3 and 4. These sections of the fixed elements correspond to curved sections of the movable elements, limited the same circles. The profile of the working surface of the curvilinear sections of the moving elements is made by the logarithmic scan of the involute specified by the analytical expression

Для участка подвижного элемента, ограниченного окружностями 3 и 4 (фиг.3), криволинейная форма профиля рабочей поверхности задается радиусом-вектором R=AB, рассчитываемым по формулеFor the portion of the movable element bounded by circles 3 and 4 (Fig. 3), the curvilinear profile profile of the working surface is defined by the radius vector R = AB, calculated by the formula

где радиус r равен радиусу производящей окружности (окружность 3 с центром, лежащим на оси вращения вала), угол φ отсчитывается от точки пересечения производящей окружности и кривой профиля рабочей поверхности, угол γ, образованный касательными к поверхностям взаимодействующих элементов в точке их пересечения, постоянен на данном участке.where the radius r is equal to the radius of the generating circle (circle 3 with the center lying on the axis of rotation of the shaft), the angle φ is counted from the point of intersection of the generating circle and the profile curve of the working surface, the angle γ formed by the tangents to the surfaces of the interacting elements at their intersection is constant at this site.

Ротационный рабочий орган осуществляет технологический процесс следующим образом. При вращении относительно оси О в направлении, обозначенном стрелкой, подвижные элементы ПЭ ротационного рабочего органа захватывают порцию материала, который транспортируется по неподвижной поверхности элементов НЭ. Подвижные элементы ПЭ в процессе поворота и транспортирования материала взаимодействуют с неподвижными элементами, причем прямолинейный участок одного из элементов взаимодействует с криволинейным участком другого. Величина угла γ между касательными к рабочим поверхностям элементов в точке их пересечения постоянна на каждом участке, что обеспечивается взаимным сочетанием прямолинейных и криволинейных поверхностей, причем профиль криволинейных поверхностей выполнен по логарифмической развертке эвольвенты, задаваемой аналитическим выражением

и позволяет исключить защемление обрабатываемого материала между взаимодействующими элементами при его транспортировании. При переходе обрабатываемого материала с участка на участок неподвижного элемента в зависимости от наклона участка к горизонтали изменяется направление действия силы тяжести, которая способствует защемлению материала между рабочими поверхностями элементов при его подъеме (например, участки неподвижных элементов НЭ, ограниченные окружностями 1 и 2, 2 и 3), либо высвобождению при опускании (например, участки неподвижных элементов НЭ, ограниченные окружностями 3 и 4, 4 и 5). Вследствие указанной причины величина угла γ между касательными к рабочим поверхностям элементов в точке их пересечения на каждом из этих участков будет различной, поскольку различны углы наклона к горизонтали участков неподвижных элементов НЭ, следовательно, различны и углы подъема и опускания движущегося по их поверхности обрабатываемого материала. Профиль рабочей поверхности неподвижных элементов выбирается из условия обеспечения траектории движения материала с минимальным изгибом его слоя. В результате минимизации изгибных деформаций слоя материала исключается разрыв слоя, что приводит к снижению потерь материала, способствует стабилизации нагрузки на рабочие элементы, снижению энергоемкости процесса обработки материала.Rotational working body implements the technological process as follows. When rotating about the O axis in the direction indicated by the arrow, the movable elements of the PE rotary working body capture a portion of the material that is transported along the fixed surface of the elements of the NE. The movable elements of PE in the process of turning and transporting the material interact with the stationary elements, and the straight section of one of the elements interacts with the curved section of the other. The angle γ between the tangents to the working surfaces of the elements at the point of intersection is constant in each section, which is ensured by the mutual combination of rectilinear and curved surfaces, and the profile of curved surfaces is made by the logarithmic scan of the involute specified by the analytical expression

and eliminates the pinching of the processed material between the interacting elements during its transportation. When the material being processed is transferred from site to site of a fixed element, depending on the inclination of the site to the horizontal, the direction of gravity changes, which contributes to pinching of the material between the working surfaces of the elements when it is lifted (for example, sections of stationary elements of the NE limited by

circles

1 and 2, 2 and 3), or release during lowering (for example, sections of stationary elements of the NE, limited by

circles

3 and 4, 4 and 5). For this reason, the angle γ between the tangents to the working surfaces of the elements at the point of intersection at each of these sections will be different, since the angles of inclination to the horizontal of the sections of the stationary elements of the NE are different, therefore, the angles of raising and lowering the processed material moving along their surface are different. The profile of the working surface of the fixed elements is selected from the condition of ensuring the trajectory of the material with a minimum bend of its layer. As a result of minimizing the bending deformations of the material layer, rupture of the layer is eliminated, which leads to a decrease in material losses, helps to stabilize the load on the working elements, and reduces the energy intensity of the material processing process.

Для транспортирования сено-соломистых материалов величина угла γ на участке неподвижного элемента, по которому осуществляется скольжение материала вниз, т.е. опускание (участки, ограниченные окружностями 3 и 5), принимается меньшей или равной суммарному углу трения обрабатываемого материала о материал, из которого изготовлены неподвижные и подвижные элементы, что для кондиционной влажности соответствует примерно 70°. На участке подъема материала (участки, ограниченные окружностями 1 и 3) величина угла γ принимается большей или равной 80° для кондиционной влажности материала (фиг.1). Подвижные элементы установлены на валу, ось которого совпадает с центром концентрических окружностей 1…5. Максимальный вылет рабочей поверхности подвижного элемента за рабочую поверхность неподвижного равен половине разности диаметров окружностей 1 и 5.For transporting hay-straw materials, the angle γ in the area of the fixed element along which the material glides down, i.e. lowering (sections bounded by circles 3 and 5) is assumed to be less than or equal to the total angle of friction of the material being processed on the material from which the fixed and movable elements are made, which for conditional humidity corresponds to about 70 °. At the site of lifting the material (areas bounded by circles 1 and 3), the angle γ is taken to be greater than or equal to 80 ° for the conditioned humidity of the material (Fig. 1). Moving elements are mounted on a shaft, the axis of which coincides with the center of concentric circles 1 ... 5. The maximum departure of the working surface of the movable element beyond the working surface of the stationary one is equal to half the difference between the diameters of the circles 1 and 5.

Использование ротационного рабочего органа, профиль криволинейных рабочих поверхностей элементов которого выполнен по логарифмической развертке эвольвенты, задаваемой аналитическим выражениемThe use of a rotary working body, the profile of the curved working surfaces of the elements of which is made by the logarithmic scan of the involute specified by the analytical expression

с исполнением элементов, состоящих из нескольких участков, позволяет повысить надежность технологического процесса обработки материала, исключить защемление обрабатываемого материала между взаимодействующими элементами при его транспортировании и оптимизировать траекторию движения материала.with the execution of elements consisting of several sections, it allows to increase the reliability of the technological process of processing the material, to eliminate pinching of the processed material between the interacting elements during its transportation and to optimize the trajectory of the material.

Claims

1. A rotary working body, containing working elements mounted with the possibility of interaction with each other, one of which is mounted on a shaft, the axis of which does not intersect the surface of the stationary elements, ensuring a constant angle between the tangent lines drawn to the working surfaces of the curvilinear elements at the point of intersection with the rectilinear elements , and rectilinear elements, characterized in that the profile of the curved section is made along a curve that is a logarithmic scan of the involute and divided by the equation:

where r is the radius of the circle with the center lying on the axis of rotation of the shaft;
φ is the current angle of rotation of radius r,
γ is the angle formed by tangents to the surfaces of the interacting elements at their intersection;
e is the base of the natural logarithm.

2. The rotary working body according to claim 1, characterized in that, depending on the working conditions and properties of the material being processed, the movable and stationary working elements consist of several sections with a working surface of a rectilinear and / or curvilinear shape, arranged in different sequences and combined in pairs with sections respectively of fixed and movable elements with a curved and rectilinear shape of the working surface.