Шпиндельный узел хлопкоуборочной машины (варианты) и шпиндель узла хлопкоуборочной машины

(51) 01 46/18 (2010.01) 01 46/16 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ от ведомой шестерни по направлению к внешнему концу, чтобы уменьшить вес шпинделя и создать резервуар для смазки внутри шпинделя. Поперечные отверстия проходят от слепого отверстия через опорную поверхность шпинделя. Смазка из шпиндельных перегородок подается в отверстие, где она сохраняется и распределяется в зоны смазки через небольшие калиброванные отверстия. Сальник с очень низким трением расположен между внешней втулкой и противопыльной манжетой, он запрессован в шпиндельную гайку и внутренним кольцом соприкасается с хромированной полированной поверхностью шпинделя. Сальник позволяет малому объему смазки проходить от втулок,таким образом ограничивая проникновение пыли внутрь по направлению к втулкам.(72) Геринг Кевин ДжекобСтаек Скотт Ф.(54) ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ХЛОПКОУБОРОЧНОЙ МАШИНЫ(ВАРИАНТЫ) И ШПИНДЕЛЬ УЗЛА ХЛОПКОУБОРОЧНОЙ МАШИНЫ(57) Шпиндельный узел включает шпиндель со слепым отверстием, вытянутым вдоль оси шпинделя Настоящее изобретение относится к хлопкоуборочной машине и, в частности, к шпинделю для такой хлопкоуборочной машины. Предшествующий уровень техники. Обычный сборщик хлопка содержит множество вращающихся шпинделей, имеющих зубчатую поверхность, которая выступает в зону поступления хлопка. Уборочный барабан содержит множество вертикальных перегородок, каждая из которых удерживает колонну вращающихся шпинделей. Каждый шпиндель вытянут и содержит ведомую шестерню, которая приводится в движение, чтобы вращать шпиндель вокруг его оси, при этом его зубчатая поверхность извлекает хлопок. Хлопок накручивается вокруг шпинделя и затем снимается с него с помощью съемного механизма,включающего множество гибких съемников,при этом каждый ряд шпинделей обслуживается одним съемником. Хлопкоуборочные машины обычно содержат от двух до шести уборочных аппаратов, расположенных впереди машины, при этом каждый уборочный аппарат содержит пару вертикальных барабанов, имеющих от двенадцати до шестнадцати перегородок. Каждая перегородка, в свою очередь, поддерживает до двенадцати шпинделей. Поэтому, каждый барабан содержит несколько сотен шпинделей, извлекающих в процессе их вращения хлопок из большой массы хлопковых кустов. Скорость вращения шпинделей составляет 4000 оборотов в минуту, поэтому возникает значительный гироскопический эффект,добавляющийся к силам, генерируемым устройством. Уборочные аппараты имеют сравнительно большой вес, который приводит к сдвигу вперед центра тяжести уборочной машины. Вес шпинделей приводит к увеличению сил, воздействующих на приводы. Типичный шпиндель представляет жесткое тело,изготовленное из закаленной хромированной стали,образующей твердую гладкую поверхность. Такие шпиндели имеют высокую плотность и добавляют значительный вес к приводам уборочного аппарата. Скорость привода барабанного устройства и,таким образом, производительность уборочной машины ограничена общим весом вращающихся шпинделей. Маслопровод служит для подачи через перегородку масла, предназначенного для смазки конической зубчатой передачи и зоны шеек шпинделей. Масло через перегородки поступает через регулярные интервалы, чтобы обеспечивать необходимым объемом смазки зоны шеек шпинделей. Если интервалы между подачами масла слишком велики, это приводит к недостатку смазки и преждевременному износу и выходу из строя шпинделей. Большая часть монтировок шпинделей не предусматривает установку сальников,что приводит к вытеканию масла, особенно, когда перегородки переполнены маслом, чтобы обеспечить необходимую смазку шпинделей. Вытекание масла смывает пыль из устройства, что уменьшает загрязнение в перегородке. Если интервалы между подачей масла слишком велики, пыль удаляется 2 недостаточно и увеличивается износ шпинделей. В патенте США 4757671 раскрыто сальниковое устройство, предназначенное для уменьшения потерь масла в зоне смазки шпинделя и уменьшения загрязнения в зоне шестерен и шейки шпинделя. Первое кольцо сальника контактирует и закрывает внешнюю поверхность шпинделя. Второе кольцо сальника, расположенное над первым кольцом,прилегает к неподвижным частям устройства. Хотя сальниковое устройство уменьшает загрязнение и количество потерь масла, сальник заметно тормозит вращение шпинделя, что приводит к значительному увеличению мощности, требуемой для вращения шпинделей в каждом барабане. Значительное увеличение мощности, требуемое для вращения шпинделей, делает такое сальниковое устройство непрактичным. Краткое описание изобретения. Поэтому, задачей настоящего изобретения является создание улучшенного сальникового устройства и шпинделя для хлопкоуборочной машины. Следующей задачей настоящего изобретения является создание такого сальникового устройства и шпинделя, которое уменьшает вес и массу, находящуюся в движении, и увеличивает интервал, время жизни и сохранения масла в шпиндельном узле без существенного увеличения торможения шпинделя. Дальнейшей задачей настоящего изобретения является создание улучшенного шпиндельного узла,которое улучшает качество смазки и уменьшает частоту подачи смазки в перегородку шпиндельного узла. Другой задачей настоящего изобретения является создание такого шпиндельного узла, которое снабжено сальником с относительно небольшим торможением. Шпиндельный узел включает шпиндель со слепым отверстием, вытянутым вдоль оси шпинделя от ведомой шестерни по направлению к его внешнему концу. Поперечные отверстия вытянуты от слепого конца отверстия через опорную поверхность шпинделя. Смазка от шпиндельных перегородок поступает в отверстие, где оно сохраняется и распределяется к зонам шеек через отверстия. Шпиндельные отверстия уменьшают массу шпинделей, что позволяет увеличить скорость сбора хлопка. Уменьшение массы шпинделя приводит к уменьшению гироскопического эффекта, силы, приложенные к зубчатой передаче, и требованиям, предъявляемые к мощности уборочной машины. Центральное отверстие определяет емкость для хранения масла,предназначенного для непрерывной смазки трущихся узлов. Его емкость дает возможность увеличить интервалы между подачей масла. Отверстия сконструированы таким образом, чтобы обеспечить непрерывное достаточное смазывание втулок в промежутках между подачами масла, таким образом, увеличивая продолжительность службы втулок. Вращение барабана заставляет масло поступать в емкость, а вращение шпинделя заставляет масло поступать к трущимся поверхностям. Сальник, обладающий очень низким трением между внешней поверхностью втулки и противопылевой манжетой,впрессован в шпиндельную гайку, а внутренняя поверхность сальника прилегает к полированной хромированной поверхности шпинделя. Область контакта поверхности шпинделя и сальника очень узкая, поэтому мала сила контакта, что уменьшает торможение. Сальник сконструирован таким образом, чтобы уменьшить количество масла,вытекающего наружу от втулок, в то же время,ограничивается доступ пыли к втулкам. Сальник существенно уменьшает расход масла без значительного увеличения торможения. Эти и другие задачи, свойства и преимущества станут очевидными для специалистов в данной области после ознакомления с подробным описанием рисунков устройства. Краткое описание рисунков. На фиг. 1 приведен вид сбоку с частью поперечного сечения шпиндельного узла сборщика хлопка. На фиг. 2 приведен вид сбоку шпинделя из шпиндельного узла, представленного на фиг. 1. На фиг. 3 приведено увеличенное поперечное сечение части шпиндельного узла фиг. 1,включающей сальник. На фиг. 4 приведено увеличенная часть сальника шпиндельного узла фиг. 1. Описание предпочтительного осуществления изобретения. На фиг. 1 изображен шпиндельный узел 10,включающий ребристый шпиндель 12 сборщика хлопка с осью вращения 12 а, помещенный в гайку шпинделя 14. Гайка шпинделя 14 имеет нарезку и вмонтирована в вертикальную перегородку сборщика хлопка, часть которой показана как 15. Шпиндель 12 включает коническую шестерню 16,которая сцеплена с подобной шестерней (не показанной), для приведения во вращение внутри перегородки сборщика 15. Дальнейшие детали узла перегородки и приводного механизма можно найти в патенте США 4463543. Узел 10 включает первую или внутреннюю втулку 18, запрессованную в цилиндрическое отверстие 20 внутри шпиндельной гайки 14. Вторая или внешняя втулка 22 запрессована в отверстие 20 на противоположном конце гайки 14, и она смещена относительно внешнего конца втулки 18 для создания кольцевой полости 20 с, окружающей цилиндрическую область шейки или тела 23 шпинделя 12. Масляный сальник 24 расположен аксиально за внешней втулкой 22 в кольцевой полости 26. Противопылевая манжета 28,расположенная на теле 23 шпинделя 12 за примыкающим к ней сальником 24, вставлена в кольцевую выточку 32 на дальнем конце шпиндельной гайки 14. Противопылевая манжета 28 имеет внутреннюю фаску 28, смещенную относительно внешнего конца втулки 22 для создания кольцевой полости 26. Сальник 24 сконструирован так, что он сводит к минимуму торможение шпинделя и противопылевой манжеты и позволяет вытекать только незначительному объему масла от втулки 22 мимо противопылевой манжеты 28,расположенной в кольцевой выточке 32, тем самым,устраняя попадание во внутрь пыли и других загрязнений,которые проникают через противопылевую манжету 28. Как показано на рисунках, сальник 24 представляет кольцевое главное тело 34,предпочтительно изготавливаемое из такого материала, как нитрил. Тело сальника 34 имеет внутренний радиус 2, немного превышающий внешний радиус 1 тела шпинделя 23, и внешний радиус 3 приблизительно равен радиусу отверстия 20, чтобы обеспечить точную подгонку к гайке шпинделя 14, когда сальник запрессовывается в полость 26. Так как внутренний радиус 1 больше чем радиус тела, главное тело сальника 34 не тормозит шпиндель 12. Как можно оценить из рисунков, которые воспроизводят реальный масштаб устройства, область контакта сальника со шпинделем очень мала. Скошенная кромка сальника 40 расположена вдоль и за главным телом 34 сальника вдоль его оси, и радиально внутрь к очень узкой кромке контактной области 44 на поверхности тела 23. Сальник 24 сконструирован таким образом, что кромка обеспечивает минимальную силу, направленную против вращения шпинделя. Различные средства могут быть обеспечены, чтобы свести к минимуму торможение на поверхности шпинделя и ограничить расход масла. Как показано,-образный желоб 46, расположенный на наружной стенке 48 сальника 24, обеспечивает гибкость части 40 сальника и помогает поддерживать небольшой наклон части 40 по направлению к контактной области 44 на поверхности тела. Могут быть использованы другие конфигурации сальника,чтобы минимизировать контактную область на поверхности тела и ограничить контактную силу шпинделя, чтобы уменьшить торможение. Верхняя часть 50, расположенная выше желоба 46, вытянута вдоль оси наружу на расстояние,немного превышающее положение внешнего края части 40 сальника. Внешняя поверхность 50 верхней части 50 не контактирует с противопылевой манжетой 28, тем самым, понижая трение между неподвижным сальником и противопылевой манжетой 28, вращающейся вместе со шпинделем. Противопылевая манжета 28 предохраняет сальник 24 от повреждения хлопковой массой. Сальник 24 включает внутреннюю фаску 24 , которая примыкает к внешней фаске втулки 22. Часть 40 сальника скошена радиально внутрь и вдоль, что ограничивает количество масла, которое может вытекать наружу между противопылевой манжетой 28 и гайкой шпинделя 14. Кроме того, скошенная часть 40 сальника,скошенная радиально внутрь и вдоль, эффективно предохраняет от проникновения загрязняющих веществ к втулкам 22 и 18. Как видно из фиг. 1, внутренняя втулка 18 включает желобок 60, который вытянут от увеличенного внутреннего конца 18 а втулки 18 через полость 20 с, выполненную между втулками 18 3 и 20. Масло из перегородки 15 направляется по каналу 18 в полость 20 с для смазки втулок 18 и 22. Чтобы уменьшить вес шпинделя 12 и обеспечить маслом резервуар или полость 70, конец шпинделя 12 выполнен пустотелым. Слепое отверстие 72,центрированное относительно оси шпинделя 12 а,проходит через коническую шестерню 16 к положению, определяемому внешним концом внешней втулки 22. Диаметр отверстия 72 немного больше, чем половина диаметра шпиндельной шейки 23, что значительно уменьшает вес шпинделя 12 по сравнению с обычным сплошным шпинделем. Масло из маслопровода, расположенного в шпиндельной перегородке 15, поступает в полость за счет центробежной силы, развиваемой при вращении уборочного барабана, и калиброванные поперечные отверстия 76 вытянуты радиально от проточки к центральной части внешней втулки 22,чтобы направить масло к втулке 22 за счет центробежной силы шпинделя, вращающегося вокруг оси 12 а. Дополнительные отверстия 76 Ь,пересекаясь с отверстием 72, образовывают канал для поступления масла в другие области втулок и/или полость 20 с. В процессе смазки масло сначала поступает в шпиндельную перегородку под давлением,создаваемым в системе. Как только уборочный аппарат начинает действовать, масло начинает течь вертикально через перегородку 15 сборщика под действием гравитации. Масло протекает в поперечном направлении и в резервуар 70 шпинделя за счет центробежной силы,создаваемой при вращении перегородки сборщика вокруг барабана сборщика. Поскольку шпиндель 12 вращается вокруг оси 12 а шпинделя, масло поступает через калиброванные отверстия 76, также за счет центробежных сил. Отверстия 76 калибруют,чтобы обеспечить поступление необходимого объема масла к трущимся поверхностям. После ознакомления с предпочтительным вариантом изобретения становится очевидным, что могут быть сделаны различные модификации, не отступая за рамки изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Шпиндельный узел сборщика хлопка,включающий опору шпиндельного узла, имеющую обычно отверстие цилиндрической формы, первую или внутреннюю втулку и вторую или внешнюю втулку,смещенную аксиально наружу относительно внутренней втулки и, таким образом, создавая зону хранения масла,внутренняя втулка,предназначенная для установки внутри отверстия, в одном конце которой имеется сальник для ограничения утечки масла и предохранения втулки от загрязнения,шпиндель,имеющий вал цилиндрической формы, установленный внутри втулок для вращения вокруг оси шпинделя, и имеющий ведомый конец и конец для сбора хлопка,отличающийся тем, что шпиндель включает 4 проточку для смазочного масла, вытянутую от ведомого конца по направлению к концу для сбора хлопка, и смазочные отверстия, проходящие радиально от проточки к поверхности вала, а сальник содержит скошенную кромку и средства для сведения к минимуму воздействия контактной силы скошенной кромки на шпиндель для ограничения торможения шпинделя. 2. Шпиндельный узел сборщика хлопка,включающий опору шпиндельного узла, имеющую обычно отверстие цилиндрической формы, первую или внутреннюю втулку и вторую или внешнюю втулку,смещенную аксиально наружу относительно внутренней втулки и, таким образом, создавая зону хранения масла,внутренняя втулка,предназначенная для установки внутри отверстия, в одном конце которой имеется сальник для ограничения утечки масла и предохранения втулки от загрязнения,шпиндель,имеющий вал цилиндрической формы, установленный внутри втулок для вращения вокруг оси шпинделя, и имеющий ведомый конец и конец для сбора хлопка,отличающийся тем, что шпиндель включает проточку для смазочного масла, вытянутую от ведомого конца по направлению к концу для сбора хлопка, и смазочные отверстия,проходящие радиально от проточки к поверхности вала, при этом сальник втулки содержит скошенную кромку и средства для сведения к минимуму воздействия контактной силы скошенной кромки на шпиндель,для ограничения торможения шпинделя, а вал шпиндельного узла имеет радиус 1 и проточка для смазки центрирована относительно оси шпинделя и имеет радиус, по меньшей мере, равный половине радиуса 1, кроме того, проточка для смазки имеет одинаковую длину со втулкой. 3. Шпиндельный узел по п.п. 1, 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно из отверстий открыто в зону хранения масла и масло направляется из проточки в зону хранения за счет центробежной силы, создаваемой вращением шпинделя вокруг его оси. 4. Шпиндельный узел сборщика хлопка,включающий шпиндельную гайку с цилиндрическим отверстием, внутреннюю втулку,запрессованную в цилиндрическое отверстие на одном конце гайки,внешнюю втулку,запрессованную в цилиндрическое отверстие на противоположном конце гайки, кольцевую выточку,выполненную аксиально наружу от внешней втулки,на внутренней втулке имеется сальник,расположенный в кольцевой полости, шпиндель с цилиндрической шейкой, имеющей радиус 1,противопылевую манжету, расположенную на цилиндрической шейке снаружи от сальника,отличающийся тем, что противопылевая манжета выступает в кольцевую выточку и имеет внутреннюю фаску, смещенную наружу от внешней фаски втулки, чтобы создать кольцевую полость, в которой сальник включает средства для сведения к минимуму торможение шпинделя и для ограничения утечки масла от внешней втулки через противопылевую манжету, одновременно уменьшая или полностью устраняя проникновение пыли и других загрязнителей, которые проходят через противопылевую манжету, при этом сальник не контактирует с противопылевой манжетой, и включает радиально скошенную узкую кромку,контактирующую с узкой областью цилиндрической шейки. 5. Шпиндельный узел по п.4, отличающийся тем, что сальник включает кольцеобразное основное тело, имеющее внутренний радиус 2, немного превышающий внешний радиус 1 шпиндельной шейки, и внешний радиус 3, приблизительно равный радиусу отверстия,чтобы точно соответствовать шпиндельной гайке при запрессовке сальника в полость. 6. Шпиндельный узел по п.5, отличающийся тем, что основное тело сальника смещено радиально наружу от шпинделя, а узкая скошенная кромка смещена радиально внутрь от основного тела сальника, обеспечивая узкий контакт с шейкой шпинделя. 7. Шпиндельный узел по п.6, отличающийся тем, что узкая скошенная кромка выполнена под углом наружу от внешней втулки. 8. Шпиндельный узел по п.7, отличающийся тем, что шпиндель включает ведомый конец,имеющий коническую шестерню,и противоположный внешний конец, и слепое отверстие, вытянутое аксиально через коническую шестерню по направлению к внешнему концу,чтобы уменьшить вес шпинделя и создать емкость для масла, открытую через коническую шестерню. 9. Шпиндельный узел по п.8, отличающийся тем, что включает калиброванные отверстия,выполненные радиально от слепого отверстия через тело шпинделя, в котором смазка поступает в необходимом объеме из емкости для масла к поверхности шпинделя за счет центробежной силы,создаваемой вращением шпинделя вокруг своей оси. 10. Шпиндельный узел по п.9, отличающийся тем, что отверстия открываются к внешней втулке. 11. Шпиндельный узел по п.10, отличающийся тем, что слепое отверстие имеет радиус, по меньшей мере, составляющий половину радиуса 1. 12. Шпиндель сборщика хлопка для шпиндельного узла, в котором шпиндель включает ось вращения,ведомый конец,имеющий коническую шестерню,центрированную относительно оси вращения, внешний конец,противоположный ведомому концу, шпиндель,включающий цилиндрическую часть, имеющую внешнюю опорную поверхность, предназначенную для вращения внутри опорных втулок,отличающийся тем, что в шпиндельном узле выполнено слепое отверстие, вытянутое аксиально от ведомого конца и через цилиндрическую часть по направлению к внешнему концу, и проходящее через коническую шестерню, чтобы уменьшить вес шпинделя и определенное для хранения смазки, и имеются отверстия, выполненные от центрального отверстия к внешней несущей поверхности. 13. Шпиндель сборщика хлопка для шпиндельного узла по п.12, отличающийся тем,что цилиндрическая часть имеет радиус 1 и отверстие имеет радиус, по меньшей мере,составляющий половину радиуса 1. 14. Шпиндель сборщика хлопка для шпиндельного узла по п.12, отличающийся тем,что отверстие обычно имеет одинаковую длину с внешней опорной поверхностью. 15. Шпиндель сборщика хлопка для шпиндельного узла по п. 12, отличающийся тем,что поперечные отверстия представляют калиброванные отверстия, вытянутые радиально через цилиндрическую часть, служащие для пропуска определенного объема смазки за счет центробежной силы во время вращения шпинделя.