МАШИНА ДЛЯ УБОРКИ КОРНЕЙ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ Российский патент 2001 года по МПК A01D31/00 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к машинам для уборки корней и корневищ дикорастущих растений в качестве лекарственного сырья.

Известна машина для добычи корней солодки, содержащая раму, подрезающий и извлекающий рабочие органы, в которой смонтированный на дополнительной раме извлекающий рабочий орган выполнен в виде ротора с радиально направленными клыками, при этом ротор кинематически связан с редуктором привода замкнутым контуром силовой передачи, который снабжен механизмом силового нагружения кинематической цепи и торсионным валом, размещенными на выходных концах ведомого вала редуктора; замкнутый контур силовой передачи привода ротора извлекающего рабочего органа выполнен в виде конического редуктора, ведущий вал которого соединен карданным телескопическим валом с валом отбора мощности агрегатируемого трактора, а ведомый вал редуктора снабжен двумя выходными шлицевыми цапфами, одна из которых соединена с валом ведущей звездочки многорядной цепной передачи, смонтированной в левой продольной трубе дополнительной рамы, при этом кинематическая цепь связана ведомыми звездочками на левой и правой цапфах ротора, а ведомая звездочка на правой цапфе соединена ветвями замкнутой многорядной цепной передачи, ведущая звездочка и цапфа ее вала, смонтированные в правой продольной трубе дополнительной рамы, связаны с второй выходной шлицевой цапфой конического редуктора посредством механизма силового нагружения кинематической цепи; механизм силового нагружения кинематической цепи привода ротора извлекающего рабочего органа выполнен в виде двух соосных сопрягаемых втулок, одна из которых своим концом охватывает другую, при этом на одной из них в месте взаимного сопряжения размещены ведущие радиально направленные упоры с обращенными в сторону ведущих упоров резьбовыми втулками и со штоками в них, полусферические головки которых сопряжены с углублениями на лобовых гранях ведущих упоров; торсионный вал выполнен в виде пакета радиально направленных пластин, концы которых закреплены в пазах на торцах оппозитно установленных шлицевых втулок (см. RU, патент N 2125785. C1. МПК⁶ A 01 D 25/02. Машина для добычи корней солодки //Салдаев А.М., Колганов А.В., Бородычев И.В. Заявлено 19.12.1997, опубликовано 10.02.1999).

В острозасушливые периоды года переплетенный корнями растений пласт земли превращается в монолитный блок. Воздействия одного вращающегося ротора явно недостаточно для извлечения корней. Получается технологическое противоречие: для извлечения корней необходимо увеличить частоту вращения ротора и тем самым увеличить как энергозатраты, так и снизить качество добываемых корней из-за механического повреждения пробкового и лубяного слоев.

Известно также устройство для выкопки лакричного корня, содержащее раму на опорных колесах и подкапывающий лемех, в котором оно снабжено вертикально установленными дисковыми ножами, приводным извлекающим рабочим органом и сепаратором, при этом установленный на раме за подкапывающим лемехом извлекающий рабочий орган выполнен в виде корпуса с радиально направленными клыками и размещенный за ним сепаратор имеет форму полого усеченного конуса с наклоненной к горизонту осью вращения, большее основание которого охватывает извлекающий рабочий орган, а дисковые ножи смонтированы спереди стоек подкапывающего лемеха; привод извлекающего рабочего органа и сепаратора снабжен последовательно установленными в кинематической цепи карданным телескопическим валом, блоком ведущих звездочек на ведущем валу, делящими поток мощности на два параллельных русла замкнутыми контурами цепных передач, одна из них связана с ведомой звездочкой и промежуточным валом с угловым коническим редуктором привода корпуса с радиально направленными клыками, а второй контур охватывает ведомую звездочку на промежуточном валу, свободный конец которого соединен универсальным шарниром с ведущим валом звездочек цепочной передачи, шины которой размещены на поверхности сепаратора (см. RU, патент N 2127506. C1. МПК⁶ A 01 D 25/02. Устройство для выкопки лакричного корня //Салдаев А. М., Колганов А.В., Бородычев В.В. Заявлено 20.01.1998, опубликовано 20.03.1999).

Описанное устройство хорошо себя зарекомендовало при работе на легких и малосвязанных почвах. При добыче корневой массы солодки на тяжелых почвах остаются неразрушенными комья и глыбы почвы. Последними извлеченные корни солодки практически полностью засыпаются.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении степени извлечения корневой массы лакрицы, эффективности очистки и снижении энергоемкости.

Эффект и технический результат, которые могут быть получены при осуществлении изобретения, выражаются в повышении полноты выборки корней и корневищ лекарственных растений, технологичности при уборке, снижении повреждаемости корневой массы клыками роторов извлекающего рабочего органа и сепаратора, а также обеспечении простыми средствами механизированной добычи наибольшей выемки лекарственного сырья из корнесодержащего пласта.

Указанный эффект и технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной машине для уборки корней лекарственных растений, содержащей раму на опорных колесах, подкапывающий лемех с наклонными подъемниками, приводные извлекающий рабочий орган в виде ротора и сепаратор, согласно изобретению сепаратор выполнен в виде ротора с горизонтальной осью вращения и клыками, центр окружности вершин которых смещен относительно оси ротора, а ротор извлекающего рабочего органа снабжен лопастями, центр окружности периферийных кромок лопастей смещен относительно оси ротора в противоположную сторону относительно оси ротора сепаратора; периферийные кромки клыков сепаратора снабжены шаровыми элементами; лопасти выполнены полыми, в сечении имеют Δ-образную форму и с корпусом ротора сопряжены радиально ориентированными ребрами жесткости и полками сопряжений лопасти; оси роторов сепаратора и извлекающего рабочего органа размещены в плоскости, совмещенной с плоскостью, образующими которой служат верхние грани наклонных подъемников; ротор сепаратора и ротор извлекающего рабочего органа выполнены взаимозаменяемыми; ротор сепаратора и ротор извлекающего рабочего органа имеют синхронный привод.

За счет того, что ротор сепаратора снабжен клыками с шаровыми элементами на периферийных кромках, а ротор извлекающего рабочего органа имеет Δ -образные полые лопасти, закругленные вершины которых смещены относительно оси ротора, достигается указанный выше технический результат.

Проведенный заявителями анализ уровня технологий (способов) и техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителями не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Предложенные ближайшие аналоги устройства позволили выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителями техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявители провели дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от ближайшего аналога признаками заявленного изобретения. Результаты проверки показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня технологии и техники, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются известные преобразования.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Изобретение поясняется фиг. 1-6.

На фиг. 1 изображена машина для уборки корней лекарственных растений, вид сбоку.

На фиг. 2 - то же, вид в плане.

На фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2, последовательное размещение наклонных подъемников, ротора извлекающего рабочего органа и ротора сепаратора.

На фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2, поперечное сечение ротора извлекающего рабочего органа.

На фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 4, диаметральный разрез ротора извлекающего рабочего органа.

На фиг. 6 показаны геометрические параметры поперечного сечения ротора извлекающего рабочего органа.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного технического решения, заключаются в следующем.

Машина для уборки корней лекарственных растений (см. фиг. 1 и 2) содержит раму 1, опорные колеса 2 и 3, кронштейны навески 4, 5 и 6, подкапывающий лемех 7 с наклонными подъемниками 8, приводные извлекающий рабочий орган в виде ротора 9, сепаратор 10, опоры 11 и 12.

Рама 1 выполнена сварной конструкции из двух труб 13 и 14 и листового металла. Каждая пара листов образует боковины 15 и 16. В полостях боковин 15 и 16 размещены замкнутые контуры зубчатых приводных цепей. Натяжное устройство 17 правого цепного контура 18 привода ротора 9 извлекающего рабочего органа показано на фиг. 1. На нижней трубе 14 размещена плита 19 для установки редуктора 20. Приемный вал редуктора 20 снабжен карданным телескопическим валом 21, которым соединяют ВОМ агрегатируемого трактора. Выходной вал редуктора 20 обеспечивает синхронный привод замкнутых зубчатых приводных цепей в боковинах 15 и 16 рамы 1. Посредством левой зубчатой приводной цепи обеспечивают привод ротора сепаратора 10. Синхронный привод ротора 9 извлекающего рабочего органа 6 достигают правой зубчатой приводной цепью. Таким образом, от ВОМ трактора ротор сепаратора 9 и ротор 10 извлекающего рабочего органа имеют синхронный привод с надлежащей частотой вращения.

Опорные колеса 2 и 3 посредством кронштейнов 22 размещены на нижней трубе 14. С помощью колес 2 и 3 дискретно изменяется глубина подрезания корнесодержащего пласта.

Кронштейн 4 навески размещен на середине верхней трубы 13. Кронштейны навески 5 и 6 образованы парами листов боковин 15 и 16. В кронштейнах 4-6 установлены пальцы, посредством которых соединены тяги навесной системы агрегатируемого трактора.

Подкапывающий лемех 7 имеет U-образную форму, фронтальная часть лемеха 7 снабжена износостойкой режущей кромкой. На горизонтальной части лемеха 7 с равным шагом установлены наклонные подъемники 8. Оси роторов сепаратора 10 и извлекающего рабочего органа 9 размещены в плоскости, совмещенной с плоскостью, образующими которой служат верхние грани 23 наклонных подъемников 8. След этой плоскости I-I показан на фиг. 1 и 3.

Извлекающий рабочий орган 9 выполнен в виде ротора с горизонтальной осью вращения. Его ротор содержит корпус 24, фланцы 25, шлицевые цапфы 26, лопасти 27, 28, 29, 30, 31 и соответственно ребра жесткости 32, 33, 34, 35, 36 (см. фиг. 1-5).

Центр окружности O₁ периферийных кромок лопастей 27-31 смещен относительно оси ротора O₂ (см. фиг. 3, 5 и 6). Лопасти 27-31 выполнены полыми. Каждая лопасть 27-31 имеет Δ -образную форму. Отбортовки ребер жесткости 32-36 сопряжены с внутренними поверхностями лопастей 27-31 и с внешней поверхностью корпуса 24. Наклонные сопрягаемые грани лопастей 27-31 закруглены по дуге окружности радиусом r. Смещение центров O₁ и O₂ на величину e₁ позволяет в конструкции ротора извлекающего рабочего органа добиться того, что радиусы лопастей 27 - R₁, 28 - R₂, 29 - R₃, 30 - R₄, 31 - R₅ уменьшаются с наибольшего радиуса (R₁) до наименьшего радиуса (R₃) а затем вновь возрастает с R₄ и R₅ до R₁. Углы α_1-2, α_2-3, α_3-4, α_4-5 и α_5-1 между радиус-векторами O₁ - 1, O₁ - 2, O₁ - 3, O₁ - 4 и O₁ - 5 могут быть как равными, так и с отклонениями в любую сторону. Представленный извлекающий рабочий орган ротора 9 на фиг. 6 имеет разновеликие лопасти 27, 28, 29, 30 и 31. Ротор 9 извлекающего рабочего органа, показанный на фиг.4, имеет пары равновеликих лопастей 27, 28 и 29, 31. Поперечное сечение ротора 9 с представленными лопастями 27-31 имеет ось симметрии, которая проходит через геометрические центры O₂ и O₁, соответственно внешней окружности корпуса 24 и окружности с радиусом ρ₁ (см. фиг. 3 и 4).

Сепаратор 10 выполнен в виде ротора с горизонтальной осью вращения и клыками 37, 38, 39, 40 и 41, установленных в пакетах 42, 43, 44, 45, 46 и 47 (см. фиг. 1 и 2). Ротор сепаратора 10 имеет корпус 48, фланцы 49 и шлицевые цапфы 50 (см. фиг. 3). Ротор сепаратора 10 и ротор извлекающего рабочего органа 9 выполнены взаимозаменяемыми. Периферийные кромки клыков 37, 38, 39, 40 и 41 ротора сепаратора 10 снабжены шаровыми элементами 51 (см. фиг. 1-3). Углубления шаровых элементов 51 являются местом сопряжений периферийных концов клыков 37-41.

Центр окружности вершин клыков 37-41 O₃ смещен относительно геометрической оси O₄ ротора сепаратора 10 на величину e₂ (см. фиг. 3). Центр O₁ окружности периферийных кромок лопастей 27-31 ротора 9 извлекающего рабочего органа смещен в противоположную сторону относительно центров геометрических осей O₂ и O₄ роторов 9 и 10 извлекающего рабочего органа и сепаратора по сравнению с центром O₄ периферийных кромок клыков 37-41 ротора сепаратора 10. Это положение лопастей 27-31 и клыков 37-41 изображено на фиг. 3. Положение центров O₁ и O₃ при работе роторов сепаратора 10 и извлекающего рабочего органа 9 изменяется синхронно.

Машина для уборки корней лекарственных растений работает следующим образом.

После навешивания рамы 1 машины на тяги агрегатируемого трактора и соединения карданного телескопического вала 21 с ВОМ механизатор проверяет нормальную работу всех приводных узлов и техническое состояние деталей и узлов, выполняющих технологические операции. Окончательные регулировки производят в полевых условиях с учетом конкретного вида лекарственного растения и особенностей корневой системы.

При установившемся движении опорные колеса 2 и 3 выдерживают заданную глубину хода горизонтальной части и U-образного подрезающего лемеха 7. Режущие кромки фронтальной части лемеха 7 подрезают корнесодержащий пласт сечением 0,5 х 1,1 м². Подрезанный пласт за счет тягового усилия трактора и подпора со стороны неподрезанного слоя поступает на наклонные подъемники 8. С верхних граней 23 подъемников 8 пласт перемещается в направлении лопастей 27-31 вращающегося ротора 9 извлекающего рабочего органа.

За счет существенной разницы удаления периферийных кромок лопастей 27-31 от оси вращения ротора 9 пласт подвергается интенсивной деформации. В этих деформациях превалируют изгибающие моменты над величиной удара со стороны лопастей 27-31 на нижнюю плоскость среза. При встрече пласта с лопастью 30 край пласта плавно приподнимается над верхними гранями 23 наклонных подъемников 6. Лопасть 29 имеет больший радиус (R₂ > R₁, фиг. 4), нежели лопасть 30. По этой причине окружная скорость V₂ лопасти 29 увеличивается при постоянной угловой скорости ω_p1 ротора 9 извлекающего рабочего органа. Так как окружная скорость V₃ лопасти 28 в 3-5 раз больше поступательной скорости трактора, подрезанная часть пласта подвергается изгибу, а направление перемещения пласта изменяется вверх. В этом положении частично деформированный пласт поддерживает лопасть 27.

Дальнейший поворот оси ротора на угол α₄ приводит к тому, что пласт под своим весом и реакции упругих деформаций падает на закругленную вершину r лопасти 31. Скорость V₅ воздействия периферийной кромки лопасти 31 уменьшилась на величину разницы радиусов R₃ и R₅[(R₃-R₅)ω]. Дальнейшее уменьшение радиуса R₁ лопасти 30 приводит к тому, что пласт разгибается почти до исходного состояния. Разнонаправленные прилагаемые моменты на подрезанный пласт приводят к тому, что почвенные агрегаты и комья отделяются от крупных, скелетных корней, но крепко удерживаются мелкими корневищами. С поверхности ребер 23 наклонных подъемников 8 пласт лопастями 27-31 ротора 9 извлекающего рабочего органа перемещается к шаровым элементам 51 вращающихся клыков 37-41 сепаратора 10. Шаровыми элементами 51 клыков 37-41 с переменной скоростью наносятся серии ударов на предварительно деформированный пласт в направлении снизу вверх. Комья грунта и почвенные агрегаты за счет серии ударов шаровых элементов 51 разрушают до агрономически ценных размеров. Сосущие и скелетные корни, а также корневища добываемого лекарственного растения отделяются от них. Почва и грунт оседают в канаву. Сферическая поверхность шаровых элементов 51 сводит до минимума повреждение поверхности корневой массы. Одновременно с этим вращающимися клыками 37-41 и шаровыми элементами 51 на их периферийных участках отделенная от почвы корневая масса укладывается на поверхность обработанной полосы. Выполнение клыков 37-41 с увеличивающимся радиусом позволяет дифференцированно воздействовать на корни и почвенные комья. Это позволяет с наименьшими энергозатратами эффективно отделить почву и грунт от корней растений, сохранив качественные показатели добываемого корня.

Представленный выше привод роторов 9 и 10 соответственно извлекающего рабочего органа и сепаратора обеспечивают высокую эффективность работы машины при добыче лекарственного сырья в периоды сезона работы для почвенных условий с низкой относительной влажностью почвы (до 7-14% в период июля-сентября для условий юга Российской Федерации) и до 30% и выше при работе в период первой декады октября до устойчивых морозов (последняя декада ноября).

Последовательно установленные в конструктивно-технологической схеме машины для уборки корней лекарственных растений пассивные и активные рабочие органы обеспечивают достижение технического результата.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения совокупности условий: машина предназначена для использования в сельском хозяйстве при промышленной заготовке лекарственного сырья в естественных дикорастущих зарослях, например, солодки голой, девясила высокого, алтея и др. или на их плантациях; возможность осуществления изобретения достигается с помощью известных методов и средств; предлагаемая машина обладает исключительно высокой эффективностью, достигаемой на всех стадиях выполнения технологического процесса: подрезания корнесодержащего пласта вместе с почвой и грунтом; подъема над канавой; деформации почвы и грунта на почвенные агрегаты и комья; отделение скелетных корней; сепарация почвы и укладка ее на дно канавы; извлечение корневой массы и ее укладка на поверхность обработанной полосы; технический результат предложенной машины достигается при простоте конструкции, высокой технической и эксплуатационной надежности съемного и U-образного лезвия, взаимозаменяемости роторов и использования разновеликих лопастей и клыков, высокой степени защищенности узлов привода. Предложенная машина характеризуется широкими возможностями.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Машина содержит раму (1) на опорных колесах (2, 3), подкапывающий лемех (7) с наклонными подъемниками (8), приводные извлекающий рабочий орган в виде ротора (9) и сепаратор (10). Сепаратор (10) выполнен в виде ротора с горизонтальной осью вращения и клыками (37-41). Центр окружности вершин клыков (37-41) смещен относительно оси ротора. Ротор (9) извлекающего рабочего органа снабжен лопастями (27-31). Центр окружности периферийных кромок лопастей (27-31) смещен относительно оси ротора (9) в противоположную сторону относительно оси сепаратора (10). Повышается полнота выборки корней и корневищ лекарственных растений и снижается повреждаемость корневой массы. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Машина для уборки корней лекарственных растений, содержащая раму на опорных колесах, подкапывающий лемех с наклонными подъемниками, приводные извлекающий рабочий орган в виде ротора и сепаратор, отличающаяся тем, что сепаратор выполнен в виде ротора с горизонтальной осью вращения и клыками, центр окружности вершин которых смещен относительно оси ротора, а ротор извлекающего рабочего органа снабжен лопастями, центр окружности периферийных кромок лопастей смещен относительно оси упомянутого ротора в противоположную сторону относительно оси сепаратора. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что периферийные кромки клыков сепаратора снабжены шаровыми элементами. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что лопасти выполнены полыми, в сечении имеют Δ-образную форму и с корпусом ротора сопряжены радиально ориентированными ребрами жесткости и полками сопряжений лопасти. 4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что оси роторов сепаратора и извлекающего рабочего органа размещены в плоскости, совмещенной с плоскостью, образующими которой служат верхние грани наклонных подъемников. 5. Машина по п.1, отличающаяся тем, что ротор сепаратора и ротор извлекающего рабочего органа выполнены взаимозаменяемыми. 6. Машина по п.1, отличающаяся тем, что ротор сепаратора и ротор извлекающего рабочего органа имеют синхронный привод.