АГРЕГАТ ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИМПУЛЬСНОГО ИНЪЕКТИРОВАНИЯ ЖИДКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВУ И ИНЪЕКТОР ЖИДКИХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 1995 года по МПК A01C23/02 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к машинам для внесения в почву жидких веществ.

Известно устройство, содержащее трактор, емкость жидких веществ, источник высокого давления, трубопроводы, рабочие органы, каждый из которых имеет инъектор, и распределительный механизм, связанный с приводом трактора. В известном устройстве жидкость под высоким давлением через трубопроводы поступает в инъектор, теряя по дороге к инъектору часть энергии первоначального давления в его источнике.

Известен также инъектор жидких веществ, содержащий корпус с отверстием для подачи в его полость жидкости, в котором размещен подпружиненный стержень, взаимодействующий с входным отверстием насадка. В известном инъекторе процесс импульсного инъектировнаия может быть реализован только с помощью специального внешнего распределительного механизма.

Задачей изобретения является обеспечение его работоспособности, возможности регулирования доз инъекции и возможности вариантного изготовления для разных потребителей путем обеспечения простой, надежной и долговечной конструкции преобразования постоянного низкого давления подачи жидкости в инъектор в импульсы высокого давления непосредствен- но в корпусе инъектора.

Для решения этой задачи предлагается агрегат, который от известного устройства, содержащего трактор с источником низкого давления, приводом и емкостью жидких веществ, трубопроводы низкого давления и органы, каждый из которых имеет инъектор, отличается тем, что его рабочие органы смонтированы с образованием модулей, снабженных приводным валом, установленным в подшипниковых узлах и соединенным с приводными валами соседних модулей карданной муфтой, кожухом, закрепленным на подшипниковых узлах и связанным с кожухами соседних модулей силовыми элементами, и автономной емкостью жидких веществ, соединенной трубопроводами низкого давления с инъекторами и с емкостями соседних модулей, причем каждый рабочий орган содержит цилиндрический кулачок с одним или более рабочими пазами, два подшипниковых узла, два цилиндра со сдвоенными поршнями, два конических ролика и три дополнительных инъектора, все инъекторы закреплены боковыми патрубками попарно в каждом подшипниковом узле на расстоянии от оси приводного вала, равном четверти расстояния между парами инъекторов на соседних подшипниковых узлах, при этом в боковых патрубках установлены с возможностью поворота цилиндры с прорезями в стенках, сдвоенные поршни цилиндров выполнены по длине из двух частей, в хвостовиках которых, выполненных в виде ползунов с несквозными прорезями, шарнирно закреплена установленная через прорезь в стенке цилиндра плоская поперечина оси конического ролика, размещенного в пазу кулачка и закрепленного на своей оси с помощью шаровой опоры, на корпусе конического ролика установлено с возможностью вращения вокруг его оси кольцо, срединная плоскость которого размещена на оси шаровой опоры, на подшипниковых узлах закреплены самоориентирующиеся упоры, взаимодействующие с кольцами конических роликов, а кулачки установлены на приводном валу со смещением по фазе относительно друг друга. Кроме того, для обеспечения возможности регулирования единичных доз в случае применения цилиндрического кулачка с двумя рабочими пазами, агрегат содержит установленный на поверхности каждого цилиндра ползун с прорезью, взаимодействующей с осью конического ролика, а торец ползуна соединен с тягой при помощи вращательной пары, например зубчатой, зафиксированной относительно ползуна в продольном направлении, причем тяга закреплена в подшипниковых узлах рабочего органа с возможностью продольного перемещения и вращения вокруг своей оси и связана с приводом управления, при этом на кожухе внутри каждого рабочего органа установлены щеки для выставки оси каждого конического ролика в середине прорези ползуна перед заведением ролика в один или другой рабочий паз кулачка. Емкость центрального модуля снабжена горловиной с фильтром, соединенной трубопроводом низкого давления с источником низкого давления трактора. Приводной вал кинематически связан с приводом при помощи карданного вала и редуктора, установленного на центральном модуле и обеспечивающего одинаковость направления вращения приводного вала и опорных колес. Центральный модуль соединен с трактором двумя парами тяг, а каждый другой модуль регулируемой тягой. Каждый модуль содержит обтекатель для предотвращения травмирования растений выступающими деталями и ступни человека струей жидкости, установленный своей нижней плоскостью в зоне нижних торцов инъекторов.

Задачей изобретения инъектора жидких веществ является надежное обеспечение самим инъектором мощных струйных импульсов высокой частоты (9 Гц) чрезвычайно малой длительности (0,003 с) и стабильности единичных доз путем устранения всех возможных турбулизаторов потока жидкости при инъектировании и повышения быстродействия обратного клапана.

Для решения этих задач предлагается инъектор жидких веществ, который от известного инъектора, содержащего корпус с отверстием для подачи в его полость жидкости, в котором размещен стержень, взаимодействующий с входным отверстием насадка, отличается тем, что инъектор снабжен подпружиненным плунжером, выполненным пустотелым с переливными отверстиями, штуцером, снабженным обратным клапаном, упором с отверстиями для стержня и перелива жидкости, предназначенным для взаимодействия с верхним торцом плунжера и выполненным в виде перегородки в канале инъектора или в виде донышка обратного клапана, и каналом подачи жидкости высокого давления, дно которого размещено за каналом инъектора, при этом насадок выполнен с цилиндрическим участком относительной длиной не менее четырех диаметров и с антикавитационной проточкой на нижнем торце, а стержень, взаимодействующий дополнительно с запорным элементом обратного клапана, коаксиально закреплен в плунжере, корпус которого имеет снаружи проточку в зоне канала подача жидкости высокого давления и внутренний скос стенки у нижнего торца, причем горизонтальные переливные отверстия инъектора выполнены: в обратном клапане с минимальным диаметром при условии превышения их суммарной площади над площадью минимального проходного сечения штуцера, в корпусе инъектора в виде сегментных зазоров между каналом подачи жидкости и наружной поверхностью плунжера с площадью не менее половины площади канала внутри плунжера, и в стенке плунжера в зоне проточки в виде перфорации с превышением суммарной площади более чем в два раза над площадью канала внутри плунжера, при этом вертикальные переливные отверстия в верхнем торце плунжера выполнены в виде расширяющихся кверху конусов с суммарной площадью на 1.1,5 порядка меньше площади канала инъектора, объем которого между нижним торцом плунжера и входным отверстием насадка превышает более чем в четыре раза максимальный разовый расход жидкости. Кроме того, обратный клапан выполнен, например, шариковым, а корпуса плунжера и стержня выполнены из неметаллического материала или алюминиевого сплава.

На фиг. 1 изображен предлагаемый агрегат, вид сзади; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 вид по стрелке В на фиг. 2; на фиг. 5 разрез Г-Г на фиг. 3; на фиг. 6 разрез Д-Д на фиг. 3; на фиг. 7 разрез Е-Е на фиг. 3; на фиг. 8 разрез Ж-Ж на фиг. 7.

Агрегат прицеплен к трактору и имеет опорные колеса 1 между модулями, каждый из которых содержит по два рабочих органа 2, приводной вал 3 с установленной на нем карданной муфтой 4 (кроме центрального модуля муфта установлена на левых концах валов 3 во всех правых модулях и на правых концах валов во всех левых модулях). Общий кожух 5 модуля приварен, например контактной электросваркой, по контуру подшипниковых узлов 6 рабочих органов 2 с обеспечением герметичности по нижней и боковым сторонам узлов 6. В каждом рабочем органе 2 в кожухе 5 выполнен люк с силовой крышкой, в объем залита смазка. На каждом модуле установлен автономный бак 7, соединенный трубопроводами 8, 9 и 10 соответственно с автономными баками соседних модулей, инъекторами 11 своего модуля и/или с насосом, или с компрессором (баллоном) трактора. Кроме того, верхние точки баков 7 связаны друг с другом трубопроводами низкого давления, а на баке центрального модуля установлены горловина с фильтром и кран выпуска воздуха. Каждый рабочий орган 2 содержит цилиндрический кулачок 12 с двумя рабочими пазами, два подшипниковых узла 6 с установленными в них четырьмя инъекторами 11, в боковых патрубках которых установлены с возможностью поворота два цилиндра 13 с прорезями в стенках, причем оси инъекторов установлены в одной плоскости с валом 3 на расстоянии от оси вала 3, равном четверти расстояния между осями пар инъекторов на соседних подшипниковых узлах. Установленные в цилиндрах сдвоенные поршни 14 состоят каждый из двух частей, хвостовики которых выполнены в виде ползунов 15, в несквозных прорезях которых установлена плоская поперечина оси 16 конического ролика 17. Поперечина оси 16 закреплена шарнирно в ползуне 15 с помощью штифтов 18, установленных в середине ползунов 15. Конический ролик 17 закреплен на своей оси 16 с помощью шаровой опоры 19, центр сферы которой расположен в срединной плоскости 20 кольца 21, установленного на коническом ролике 17 с возможностью вращения вокруг его оси 16. Кольцо 21 контактирует во время работы с упором 22, закрепленным на подшипниковых узлах с возможностью самоориентации путем качания вокруг осей двух болтов крепления. На поверхности цилиндров 13 установлены ползуны 23, прорези 24 которых взаимодействуют с осями 16 конических роликов 17, соединенных через прорези в стенках цилиндров 13 с поршнями 14. В варианте с двухпазовым кулачком в зоне торца на ползунах 23 закреплены шестеренчатые сектора, на тягах 25 закреплены ответные шестеренчатые сектора, вместе составляющие зубчатую пару 26, в которой сектора зафиксированы друг относительно друга в продольном направлении. Тяги 25 установлены в отверстиях подшипниковых узлов 6 и имеют возможность продольного перемещения и поворота. На кожухе 5 в каждом рабочем органе установлены щеки 27. Кожухи 5 своими торцами связаны друг с другом силовыми элементами рычагами 28 и 29. В месте соединения друг с другом рычаг 28 выполнен в виде шарового узла, размещенного над осью карданной муфты 4, а рычаг 29 в виде вилки. На нижних торцах инъекторов 12 в каждом модуле установлен обтекатель 30. Агрегат прицеплен к навесному устройству 31 трактора 32 с помощью узла прицепа 33, к которому прицеплен с помощью двух тяг 34 центральный модуль, и с помощью одной регулируемой тяги 35 каждый другой модуль. В агрегате тяги 34 и 35 закреплены на подшипниковых узлах 6. Вал 36 отбора мощности трактора связан с приводным валом 3 центрального модуля с помощью карданного вала 37 и редуктора 38, который обеспечивает направление вращения вала 3 такое же, что и у опорных колес 1. Инъектор жидких веществ 12 содержит корпус с установленными в нем вверху штуцером 39, соединенным с трубопроводом 9, и шариковым клапаном 40, внизу насадком 41, между ними плунжером 42 со стержнем 43 и переливными отверстиями 44 и 45. В корпусе инъектора имеется канал 46 подачи жидкости высокого давления и перегородка 47. Между перегородкой 47 и плунжером 42 установлена пружина 48. Стержень 43 плунжера взаимодействует попеременно с входным отверстием насадка и шариком 49 обратного клапана 40. Переливные отверстия: горизонтальные 50 обратного клапана, горизонтальные 51 канала 46 ( в виде сегментов). Плунжер со стержнем могут быть изготовлены из фарфора, капролактама, сплава АМг6 и других легких материалов.

Агрегат работает следующим образом.

Трактор движется с расчетной скоростью, при этом опорные колеса агрегата, благодаря карданным муфтам 4 безотрывно отслеживают профиль почвы. Вращение вала отбора мощности 36 передается на приводной вал 3, который вращает цилиндрический кулачок 11. Находящиеся в его пазах конические ролики 17, благодаря взаимодействию кольца 21 с упором 22, совершают возвратно-поступательное движение вместе со сдвоенными поршнями 14. Последние попеременно гонят жидкость в инъекторы 12, через штуцеры 39 которых в инъекторы подается жидкость с постоянным давлением порядка 5.12 атм. В начале хода поршня плунжер 42 поднимается и своим стержнем 43 толкает шарик 49 на закрытие клапана 40. В инъекторе создается высокое давление (в зависимости от диаметра отверстия в насадке до 450 атм) и через открывшееся отверстие насадка выдавливается доза жидкости в виде струи, проникающей в почву. После остановки при обратном движении поршня 14 жидкость под действием низкого давления через штуцер 39 открывает клапан 40, опускает плунжер 42, который своим стержнем 43 закрывает входное отверстие насадка, а жидкость заполняет объем, освобождаемый поршнем, и т.д. Сила, возникающая на коническом ролике 17, раскладывается в центре сферы шаровой опоры 19 на горизонтальную и вертикальную составляющие, последняя воспринимается упором 22 через кольцо 21. Горизонтальная составляющая, в свою очередь, раскладывается на усилие, передающееся на поршень 14, и усилие, действующее вдоль оси 16. Как показывают расчеты, через ползун 15 на стенку цилиндра 13 в сторону прорези действует усилие, в 3.5 раз меньшее, чем в ту сторону стенки, где нет прорези. Во время работы в каждом рабочем органе 2 возникает реактивный крутящий момент, который через подшипниковые узлы 6 передается на кожух 5. С торца кожуха одного модуля на торец кожуха другого модуля с помощью рычагов 28 и 29 передается только крутящий момент. Накапливание крутящего момента с каждой стороны агрегата завершается на подшипниковых узлах 6 центрального модуля, где суммарные крутящие моменты с левой и правой сторон агрегата сдаются в виде двух пар сил на две пары тяг 34. Расчет показывает, что карданный вал 37 дает момент на центральный модуль, в том числе в вертикальной плоскости. Эта составляющая момента старается оторвать от земли одно опорное колесо, при этом другое опорное колесо прижимается к земле, получая таким образом дополнительную нагрузку. Направление вращения вала 3 в ту же сторону, что и у опорных колес 1, обеспечиваемое редуктором 38, создает суммарные нагрузки, которые стараются оторвать от земли оба опорных колеса центрального модуля. Благодаря этому опорные колеса центрального модуля разгружаются, что позволяет, например, увеличить емкость автономного бака центрального модуля. Переключение роликов 17 из одного в другой паз кулачка 11 обеспечивается тягой 25 следующим образом. Тягу 25 поворачивают на угол 90^о, переводя ролик 17 из рабочего положения в положение 17а на фиг. 3, затем тягу 25 перемещают вдоль, переводя ролик 17 в зону другого паза кулачка, поворачивают тягу 25 еще на угол 90^о, заводя ролик 17 между щеками 27, которые вынуждают ролик 17 переместиться в середину паза 24 ползуна 23, тем самым устанавливая ролик напротив средней плоскости рабочего паза кулачка 11, затем поворачивают тягу 25 обратно на угол 180^о, заводя ролик 17 в рабочий паз кулачка 11. При этом ролик заходит в паз кулачка благодаря возможности его перемещения в прорези 24 ползуна 23 в зависимости от положения фазы рабочего паза. Кольцо 21 садится на упор 22 при повороте тяги 25. Наличие двух рабочих пазов цилиндрического кулачка 11, разных по своим ходовым размерам, а также возможность выключать из работы один из двух цилиндров, позволяет получать в предлагаемом агрегате путем сочетания доз пять вариантов расхода жидкости по площади (с учетом того, что инъекторы двух цилиндров рабочего органа 2, расположенные по направлению движения трактора один за другим, находятся на расстоянии половины шага инъекции один от другого и импульс инъекции в одном из них происходит через половину времени цикла, то при расчетной скорости трактора, обеспечивающей инъекции из одного инъектора с интервалом в шаг инъекции, оба указанных инъектора будут обеспечивать инъекции в одни и те же точки на почве). Обтекатель 30 предохраняет растения от повреждения выступающими деталями и предотвращает случайное попадание ступни человека под струю инъекции.

Использование: в сельскохозяйственном машиностроении, в частности в машинах для внесения в почву жидких удобрений. Сущность изобретения: рабочие органы агрегата смонтированы с образованием модулей, каждый из которых содержит кожух, карданную муфту на конце приводного вала и расходный бак, связанный трубопроводами низкого давления с инъекторами и соседними баками. Рабочий орган содержит цилиндрический кулачок с одним или двумя рабочими пазами, два подшипниковых узла, четыре инъектора, закрепленных в узлах боковыми патрубками, в которых установлены с возможностью поворота два цилиндра со сдвоенными поршнями, соединенные через прорези в стенках цилиндров с осями конических роликов, размещенных в пазу кулачка, два упора, установленных на подшипниковых узлах, и два кольца, установленных на роликах с возможностью вращения вокруг осей. На последних ролики закреплены с помощью шаровых опор, центры сфер которых расположены в срединных плоскостях колец. Кожух закреплен по контуру подшипниковых узлов и соединен с соседними кожухами по торцам с помощью рычагов, а сдвоенный поршень выполнен из двух частей, в их хвостовиках-ползунах имеются несквозные прорези, в которых установлена и закреплена шарнирно штифтами плоская поперечина оси конического ролика. Кулачки установлены на приводном валу агрегата со смещением по фазе друг относительно друга. При применении кулачка с двумя пазами на цилиндре установлен ползун с прорезью, взаимодействующей с осью конического ролика. Ползун связан или с рычагом, или при помощи вращательной пары с тягой, установленной в отверстиях подшипниковых узлов. Внутри кожуха установлены щеки для выставки конического ролика в середине прорези ползуна перед заведением ролика в середине прорези ползуна перед заведением ролика в один из двух пазов кулачка. Инъектор жидких веществ содержит корпус с каналом подачи жидкости высокого давления, насадок, близкий по форме к коноидальному с цилиндрическим участком, штуцер с шариковым обратным клапаном, подпружиненный плунжер с переливными отверстиями и центральным стержнем и упор между шариком клапана и верхним торцом плунжера. При этом все омываемые поверхности корпуса инъектора и его деталей имеют размеры и форму, обеспечивающие вытеснение воздуха в систему подачи жидкости низкого давления, исключение возможностей турбулизации потока жидкости высокого давления в зоне входного отверстия насадка и разрежения в потоке низкого давления. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Агрегат для бесконтактного импульсного инъектирования жидких веществ в почву, содержащий трактор с источником низкого давления, приводом и емкостью жидких веществ, трубопроводы низкого давления и рабочие органы, каждый из которых имеет инъектор, отличающийся тем, что его рабочие органы смонтированы с образованием модулей, каждый из которых снабжен приводным валом, установленным в подшипниковых узлах и соединенным с приводными валами соседних модулей карданной муфтой, кожухом, закрепленным на подшипниковых узлах и связанным с кожухами соседних модулей силовыми элементами, и автономной емкостью жидких веществ, соединенной трубопроводами низкого давления с инъекторами и емкостями соседних модулей, а каждый рабочий орган содержит цилиндрический кулачок с одним или более рабочими пазами, два подшипниковых узла, два цилиндра со сдвоенными поршнями, два конических ролика и три дополнительных инъектора, причем инъекторы закреплены боковыми патрубками попарно в каждом подшипниковом узле на расстоянии от оси приводного вала, равном четверти расстояния между парами инъекторов на соседних подшипниковых узлах, при этом в боковых патрубках установлены с возможностью поворота цилиндры с прорезями в стенках, сдвоенные поршни цилиндров выполнены по длине из двух частей, в хвостовиках которых, выполненных в виде ползунов с несквозными прорезями, шарнирно закреплена установленная через прорезь в стенке цилиндра плоская поперечина конического ролика, размещенного в пазу кулочка и закрепленного на своей оси с помощью шаровой опоры, центр которой размещен в срединной плоскости кольца, установленного на корпусе конического ролика с возможностью вращения вокруг его оси и взаимодействующего с самоориентирующимся упором, закрепленным на подшипниковых узлах, а кулачки установлены на приводном валу со смещением по фазе относительно друг друга. 2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что цилиндрический кулачок содержит два рабочих паза и установленный на поверхности каждого цилиндра ползун с прорезью, взаимодействующей с осью конического ролика, а торец ползуна соединен с тягой при помощи вращательной пары, например зубчатой, зафиксированной относительно палзуна в продольном направлении, причем тяга закреплена в подшипниковых узлах рабочего органа с возможностью продольного перемещения и вращения вокруг своей оси и связана с приводом управления, при этом на кожухе внутри каждого рабочего органа установлены щеки для выставки оси каждого конического ролика в середине прорези ползуна перед заведением ролика в один или другой рабочий паз кулачка. 3. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что автономная емкость центрального модуля снабжена горловиной с фильтром, соединенной трубопроводами низкого давления с источником низкого давления трактора. 4. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что приводной вал кинематически связан с приводом при помощи карданного вала и редуктора, установленного на центральном модуле и обеспечивающего одинаковое направление вращения приводного вала и опорных колес. 5. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что центральный модуль соединен с трактором двумя парами тяг, а каждый другой модуль регулируемой тягой. 6. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что каждый модуль содержит обтекатель для предотвращения травмирования растений выступающими деталями и ступни человека струей жидкости. 7. Инъектор жидких веществ, содержащий корпус с отверстием для подачи в его полость жидкости, в котором размещен стержень, взаимодействующий с входным отверстием насадка, отличающийся тем, что он снабжен подпружиненным плунжером, выполненным пустотелым с переливными отверстиями, штуцером, снабженным обратным клапаном, упором с отверстиями для стержня и перелива жидкости, предназначенным для взаимодействия с верхним торцом плунжера и выполненным в виде перегородки в канале инъектора или в виде донышка обратного клапана, и каналом подачи жидкости высокого давления, дно которого размещено за каналом инъектора, при этом насадок выполнен с цилиндрическим участком относительной длиной не менее четырех диаметров и с антикавитационной проточкой на нижнем торце, а стержень, взаимодействующий дополнительно с запорным элементом обратного клапана, коаксиально закреплен в плунжере, корпус которого имеет снаружи проточку в зоне канала подачи жидкости высокого давления и внутренний скос стенки у нижнего торца, причем горизонтальные переливные отверстия инъектора выполнены в обратном клапане с минимальным диаметром при условии превышения их суммарной площади над площадью минимального проходного сечения штуцера, в корпусе инъектора в виде сегментных зазоров между каналом подачи жидкости и наружной поверхностью плунжера с площадью не менее половины площади канала внутри плунжера и в стенке плунжера в зоне проточки в виде перфорации с превышением суммарной площади более чем в два раза над площадью канала внутри плунжера, при этом вертикальные переливные отверстия в верхнем торце плунжера выполнены в виде расширяющихся кверху конусов с суммарной площадью, на 1 1,5 порядка меньшей площади канала инъектора. 8. Инъектор по п.7, отличающийся тем, что обратный клапан выполнен шариковым. 9. Инъектор по п.7, отличающийся тем, что корпуса плунжера и стержня выполнены из неметаллического материала или алюминиевого сплава.