МАШИНА ДЛЯ ДОБЫЧИ КОРНЕЙ Российский патент 2001 года по МПК A01D31/00 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к машинам для промышленной заготовки лекарственного сырья предпочтительно в виде многолетних корней и корневищ, располагающихся на значительной глубине в дикорастущей форме и на культурных плантациях.

Известна машина для выкопки солодкового корня, содержащая раму на опорных колесах, подкапывающих лемех, в которой, с целью снижения нагрузок на ходовую систему трактора и увеличения производительности, она снабжена двумя закрытыми кожухами-редукторами, каждый из которых имеет вал с двумя параллельными крестовинами, который установлен на подшипниках, расположенных на раме корпусов с неподвижными коническими шестернями, при этом валы редукторов установлены параллельно друг другу и соединены между собой посредством зубчатых колес, которые образуют пару противоположного вращения, причем каждая ось крестовины вала имеет установленную у ее центра с возможностью вращения на ней коническую шестерню, на корпусе которой со стороны большого основания расположена цилиндрическая шестерня, сопряженная с цилиндрической шестерней соседней крестовины этого же вала, при этом каждая из неподвижных шестерен сопряжена со всеми коническими шестернями одной крестовины, все конические и цилиндрические шестерни имеют соответственно одинаковый диаметр, а последние из них снабжены дебалансными грузами (SU, авторское свидетельство N 1824049. A1. МПК⁵ A 01 C 11/00. Машина для выкопки солодкового корня//П.И.Ежак, А.А. Ханазаров, А.Х.Абидов, Х.Т.Давранбеков и Е.К.Косаев. Заявлено 09.01.1991, опубликовано 30.06.1993).

К причинам, препятствующим достижению нижепоставленной технической задачи применительно к добыче корней и корневищ девясила высокого, имеющего высокие фармацевтические и лекарственные показатели, относятся большие энергозатраты, низкая степень отделения почвы от корней и корневищ, малая производительность и сложность конструкции редукторов.

Наиболее близким техническим решением по своей сущности и по количеству совпадающих признаков является машина для извлечения корнеотпрысковых сорняков, содержащая раму, копирующее колесо, лемех, элеватор, сепаратор с ротором и бункер, в которой, с целью повышения эффективности в работе, ротор выполнен подпружиненным и снабжен молотками и контрмолотками с гребенчатыми полозьями, причем контрмолотки смонтированы на роторе при помощи осевого стержня, при этом сепаратор установлен с возможностью плоскопараллельного движения; полозья закреплены в контрмолотках на различной длине, причем последняя уменьшается в направлении от продольной оси машины; полозья выполнены из эластичного материала; ротор установлен на раме с возможностью регулирования его положения в вертикальной и горизонтальной плоскостях (RU, патент N 2017372. C1. М.кл.⁵ A 01 D 25/02, 91/02. Способ извлечения корневищ корнеотпрысковых сорняков и машина для их извлечения // М.Р.Алшинбаев, А.А.Ибдиминов, Ж. С. Садыков, Т. С. Сейтменбетов. Заявлено 25.02.1991, опубликовано 15.08.1994).

К недостаткам этой машины, принятой в качестве ближайшего аналога, относятся большие габариты, низкая маневренность, большая металлоемкость и неудовлетворительное качество добываемого сырья. При добыче корней девясила ротором, полозьями, элеватором, сепаратором и контрмолотками травмируется от 80 до 95% корней и корневищ. Корневая масса, добытая этой машиной, не представляет интереса для фармацевтической и химической промышленности. Поврежденные корневища и корни могут послужить лишь в качестве кормовой добавки на корм животных.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение выхода товарной фракции добываемого сырья в виде корней и корневищ девясила и сохранение качества.

Технический результат - повышение производительности, снижение энергоемкости процесса и материалоемкости конструкции.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной машине для добычи корней девясила высокого, включающей раму на опорах, подкапывающий лемех, элеватор, сепаратор с ротором и его привод, согласно изобретению ротор выполнен двухлопастным, каждая из лопастей образована предпочтительно круглого сечения парой полых элементов, установленных параллельно геометрической оси ротора и соединенных с корпусом ротора клыками, выполненными в виде обтекаемых полых корпусов и связанных с полыми элементами посредством монтажных штифтов, при этом концы каждой пары полых элементов снабжены смонтированными в полостях концевых участков полых элементов фигурными дугообразными кронштейнами; фигурные дугообразные кронштейны соединены монтажными штифтами с обтекаемыми полыми корпусами; каждая опора выполнена в виде кронштейна с отверстиями и широкой лыжи, смонтированной с возможностью переустановки на боковине подкапывающего лемеха; на каждой боковине подкапывающего лемеха выполнены с заданным шагом по вертикали отверстия для фиксирования кронштейна лыжи; привод ротора выполнен последовательно установленными в кинематической цепи карданным телескопическим валом с шарнирами Гука на концах, установленным симметрично на раме коническим редуктором, соединенным одним концом с ведомым валом упомянутого редуктора и снабженным на другом конце ведущим многоручьевым шкивом клиноременной передачи, промежуточным валом, многопрофильным клиновым ремнем и ведомым шкивом, смонтированным на цапфе ротора; рама образована полой балкой круглого или квадратного сечения и смонтированными на ее концах плоскими продольными брусьями; пальцы навески рамы размещены на передних концах продольных брусьев; подкапывающий лемех и ротор смонтированы на продольных брусьях рамы; элеватор выполнен в виде пакета плоских криволинейных ребер, вогнутые грани которых обращены в сторону полой балки рамы.

За счет того, что ротор выполнен двухлопастным с обтекаемым контуром, достигается вышеуказанный технический результат.

Проведенный заявителями анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителями не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

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

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательского уровня" заявители провели дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от ближайшего аналога признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителями, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

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

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена в рабочем положении машина для добычи преимущественно корней и корневищ девясила высокого, вид слева (без агрегатируемого трактора).

На фиг. 2 - то же, вид спереди.

На фиг. 3 - то же, вид в плане.

На фиг. 4 показан ротор машины, вид в плане.

На фиг. 5 - проекция ротора при повороте на угол 90^o.

На фиг. 6 - сечение А-А на фиг. 5, диаметральное сечение корпуса, клыка и полых элементов, взаимно зафиксированных монтажными штифтами.

На фиг. 7 - сечение Б-Б на фиг. 6, сопряжение фигурных дугообразных кронштейнов на концах и в полостях полых элементов одной лопасти ротора.

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

Машина (фиг. 1-3) для добычи корней девясила высокого Inula Helenium L. содержит раму 1 на опорах 2 и 3, подкапывающий лемех 4, элеватор 5, сепаратор с ротором 6 и его привод.

Рама 1 машины образована полой балкой 7 круглого или квадратного сечения и смонтированными на ее концах плоскими продольными брусьями 8 и 9. Брусья 8 и 9 выполнены из гнутых C-образных профилей. Пара профилей образует брус 8(9). В брусьях 8 и 9 выполнен ряд технологических отверстий для сопряжения с необходимыми деталями. Передние концы брусьев 8 и 9 сварными замкнутыми швами соединены с концами полой балки 7. Балка 7 и брусья 8 и 9 на виде в плане раме 1 придают П-образную форму. Средняя часть полой балки 7 снабжена кронштейном 10 для размещения конического редуктора 11 и парой оппозитно установленных стоек 12 и 13. Стойки 12 и 13 охватывают нижними концами полую балку 7. Загнутые верхние концы стоек 12 и 13 взаимно сопряжены П-образным кронштейном 14. Консольные участки стоек 12 и 13 с П-образным кронштейном 14 вместе с быстроразъемным пальцем 15 образуют узел для соединения с центральной верхней тягой навески трактора.

Присоединительный треугольник для навески на тяги навесной системы агрегатируемого трактора образуют пальцы 16 и 17. Пальцы 16 и 17 навески рамы 1 размещены на передних концах продольных брусьев 8 и 9.

Подкапывающий лемех 4 и ротор 6 смонтированы на продольных брусьях 8 и 9 рамы 1.

Подкапывающий лемех 4 имеет на виде спереди U-образную форму. Подкапывающий лемех 4 содержит левую боковину 18, горизонтальный нож 19 и правую боковину 20. Подкапывающий лемех 4 выполнен одной деталью. Фронтальная часть лемеха снабжена режущей кромкой 21.

Каждая опора 2(3) выполнена в виде кронштейна 22 с отверстиями и широкой лыжи 23. Кронштейн 22 лыжи 23 смонтирован с возможностью переустановки на боковине 20(18) подкапывающего лемеха 4. На каждой боковине 18(20) подкапывающего лемеха 4 выполнены с заданным шагом по вертикали отверстия для фиксирования рабочего положения кронштейна 22 лыжи 23.

Элеватор 5 выполнен в виде пакета плоских криволинейных ребер. Вогнутые грани ребер обращены в сторону полой балки 7 рамы 1. Нижние концы ребер сварными швами закреплены на горизонтальном ноже 19. Шаг расстановки ребер элеватора 5 на ноже 19 - 200-250 мм.

Ротор 6 (фиг. 1-7) выполнен двухлопастным. Каждая из лопастей образована предпочтительно круглого сечения парой полых элементов 24. Полые элементы 24 установлены параллельно геометрической оси ротора 6. Полые элементы 24 с корпусом 25 ротора 6 соединены клыками 26. Клыки 26 выполнены в виде обтекаемых полых корпусов. Клыки 26 связаны с полыми элементами 24 посредством монтажных штифтов 27. Корпус каждого клыка 26 образован двумя штампованными половинками. Одна половинка корпуса клыка 26 является зеркальным отражением другой половинки. Половинки корпуса взаимно соединены замкнутым сварным швом. Швы зачищены. Клыки 26 имеют ряд отверстий. Центральное отверстие клыка 26 охватывает поверхность корпуса 25 ротора 6 и с ним соединено сварным швом. Концы каждой пары полых элементов 24 снабжены фигурными дугообразными кронштейнами 28. Кронштейны 28 смонтированы в полостях концевых участков полых элементов 24. Фигурные дугообразные кронштейны 28 соединены монтажными штифтами 29 с обтекаемыми полыми корпусами клыков 26 и концами полых элементов 24. Корпус 25 ротора 6 имеет шлицевые цапфы 30. Цапфы 30 корпуса 25 смонтированы на оси и ведомом валу привода ротора 6. Последние размещены посредством подшипниковых опор и стаканов с крышками на продольных плоских брусьях 8 и 9 рамы 1.

Привод ротора 6 выполнен последовательно установленными в кинематической цепи карданным телескопическим валом 31 с шарнирами Гука на концах, установленным симметрично на раме 1 коническим редуктором 11, соединенным одним концом с ведомым валом 32 упомянутого редуктора 11 и снабженным на другом конце ведущим многоручьевым шкивом 33 клиноременной передачи, промежуточным валом 34, многопрофильным клиновым ремнем 35 и ведомым шкивом 36, смонтированным на валу привода ротора 6. Натяжение ремня 35 обеспечивает ролик 37, соединенный с левой боковиной 8 посредством рычага 38 силового механизма.

Машина для добычи корней девясила высокого работает следующим образом.

Машину к работе готовят в следующей последовательности. Нижние тяги и центральную верхнюю тягу навески трактора соединяют надлежащим образом с пальцами 15, 16 и 17 рамы 1. Схема навески - трехточечная. Нижние тяги навески трактора блокируют цепями крест на крест. Вал отбора мощности (ВОМ) трактора соединяют с первым шарниром Гука карданного вала 31. Затем раму 1 переводят в транспортное положение. Под горизонтальный нож 19 подрезающего лемеха 4 подкладывают деревянные прокладки толщиной не менее 5 см, опускают раму и начинают проверку технического состояния быстроизнашивающихся деталей. Одновременно с этим проводят необходимые технические уходы. После проверки крепежных элементов и подвижных узлов на малых оборотах включают ВОМ трактора. При включенном ВОМ проверяют нормальную работу вращающихся узлов машины. Затем увеличивают частоту вращения ротора 7 до номинальных значений.

Опоры 2 и 3 на боковинах 18 и 20 устанавливают на такой высоте от горизонтального ножа 19, чтобы обеспечить заданную глубину копки корнесодержащего пласта.

На обработанном почвенном массиве без растений раму 1 машины после переезда опускают на поверхность поля (участка) и проезжают в заглубленном состоянии лемеха 4 5-6 м пути. На этом участке U-образный подкапывающий лемех 4 заглубляется на заданную глубину. Эту глубину ограничивают лыжи 23 опор 2 и 3. Стойки 12 и 13 должны быть в строго вертикальном положении. Несоответствие этой установки устраняют регулировкой длины центральной верхней тяги.

Девясил высокий Inula Helenium L. семейства сложноцветковых Compositae - довольно редкое в лесостепных районах Самарской, Саратовской и Волгоградской областей растение. В народе девясил называют оман, сомнит, амаус луговой, желтый пуговальник.

Девясил высокий - многолетнее травянистое растение до 1-1,5 м высотой. Корневище толстое, мясистое, снаружи темно-бурое, с длинными толстыми корнями. Стебли прямые, угловатые, кверху косматые. Листья очередные. Прикорневые листья - черешковые, продолговато-эллиптические, стеблевые - стеблеобъемлющие. Цветки в крупных пазушных корзинках, желтые, краевые язычковые, внутренние трубчатые. Обертки корзинок многолистные с оттопыренными наружу листочками. Плод - семянка. Цветет с июля по сентябрь. Девясил высокий в фармацевтической промышленности заменяет импортную сенегу.

Лекарственным сырьем является корневище с корнями (Rhizoma seu Radix Helenii). Корневища собирают осенью, очищают от земли, промывают в холодной воде, разрезают на кусочки, высушивают в хорошо проветриваемом помещении. Корневище девясила мясистое, внутри беловатое, толстое (толщиной в палец). Корневище длиной до 50 см и больше с многочисленными отходящими от него корнями.

Действующими началами девясила являются инулин, геленин, эфирное масло, содержащее алантолактон и изоалантолактон, а также горькие вещества, полисахариды и сапонины.

На юге Российской Федерации встречаются заросли девясила британского (Inula britanica L. ) и девясила изолистного (Inula salicina L.). Реже встречается девясил большой (Inula macrophylla kar. et kir.). Корни сушат в тени. Диаметр корней 1-8 см. Вкус корней пряный, жгучегорький и своеобразный, сильный, ароматный. Собирают (заготавливают) на второй год жизни растений корни с корневищами в октябре.

Химический состав девясила высокого: корни и корневища содержат 2-3% эфирного масла, в состав которого входит геленин - кристаллическое вещество, состоящее из смеси трех сесквитерпеновых лактионов (алантолактон, дигидроалантолактон и изоалантолактон). Кроме того, в состав лактонов входит алантоновая кислота, алантол и проазулен. В корнях содержатся большое количество инулина (44%), псевдоинулина, инуленина, витамина E от 25,5 до 31,75 мг/%, сапонины, смолы, слизи и пигменты. Листья содержат эфирное масло (до 3%), пикрин, фолевую кислоту и витамин E.

После уборки надземных побегов девясила высокого технологический процесс добычи корней осуществляют следующим образом.

В качестве агрегатируемого трактора используют энергетические средства класса тяги 3 (ДТ-75М, ДТ-175С "Волгарь", ВТ-130, ВТ-100, Т-150, Т-150 К и др.). На естественных зарослях девясил убирают полосами. При ширине убранных полос 1,2-1,5 м оставляют в качестве резервации растений девясила для сохранения вида растений необработанные полосы шириной 0,4-0,5 м. При движении агрегата с рабочей скоростью не выше 1,0 м/с режущая кромка 19 U-образного подрезающего лемеха 4 срезает пласт сечением 0,35 х 1,5 м². Подрезанный пласт вместе с корнями и многоглавым корневищем девясила поступает на элеватор 5. По криволинейным ребрам элеватора 5 пласт плавно перемещается с горизонтального ножа 19, а в направлении лопастей ротора 6 резко отрывается от дна прямоугольной канавы. Полыми элементами 24 каждой лопасти ротора 6 пласт подхватывается, интенсивно деформируется, а освободившийся от почвы корень поднимается и выбрасывается с некоторым удалением от корпуса 25 ротора 6 на поверхность убранной полосы. Комья почвы и деформированные почвенные агрегаты (размер комочков 1-1,5 см) укладываются вновь на дно и в емкость канавы. Фигурные дугообразные кронштейны 28 лопастей поддерживают корнесодержащий пласт с боков. Встречающиеся корни и корневища ими ориентируются при сбрасывании на среднюю часть обработанной полосы. Закругленная поверхность корпуса каждого клыка 26, предпочтительно круглой формы полых элементов 24, плавные сопряжения монтажных штифтов 27 и 29 и соответствующая геометрия дугообразных кронштейнов 28 исключают механическое травмирование поверхности корней и корневищ девясила высокого. Этому способствует также экспериментально подтвержденные режимы работы ротора 6 при правильном соотношении поступательной скорости машины и окружной скорости периферийных полых элементов 24. При вращении ВОМ трактора с той же частотой вращается карданный телескопический вал 31 машины. Угловой конический редуктор 11 изменяет направление вращения и частоту. Крутящий момент с ведомого вала 32 через соединительную муфту получает промежуточный вал 34. Ведущий шкив 33 и клиновые ремни 34 многоручьевой клиноременной передачи при соответствующем натяжении обеспечивает заданную частоту вращения корпуса 25 ротора 6. Шлицевые цапфы 30 корпуса 25 ротора 6 обеспечивают быстрый демонтаж. Монтажные штифты 27 и 29 позволяют в случае необходимости также заменить либо изношенный, либо деформированный полый элемент 24 или кронштейн 28.

Описанная машина устойчиво выполняет технологический процесс, как при изменении режима работы, так и при увеличении глубины срезки корнесодержащего пласта. Извлеченные корни и корневища девясила высокого собирают в транспортные емкости и доставляют к пункту первичной подработки. Корневища моют и очищают от минерального сора. В дальнейшем крупные корни шинкуют (режут) на доли и подвергают сушке при температуре теплоносителя в пределах +40 . . . +50^oC. Сушку проводят до снижения относительной влажности 7% при поставке сырья на экспорт (на международные рынки) и до 9% - на внутренние рынки сбыта в пределах Российской Федерации. К высушенным корням девясила высокого предъявляют следующие требования. Готовое сырье - корневище с корнями серо-бурого цвета, в изломе белое. Сырье не должно содержать бурых в изломе корневищ более 5%, кусочков корня размером менее 2 см - более 5%, посторонних примесей: органических более 0,5%, минеральных - более 1%. Хранится сырье в проветриваемых помещениях. Срок хранения сырья из корней и корневищ девясила - три года. Упаковывается в мешки или тюки от 25 до 100 кг.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения совокупности условий: машина предназначена для использования в сельском хозяйстве при промышленной заготовке ценного лекарственного сырья в естественных дикорастущих зарослях девясила высокого или на его 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 пласта с корнями над канавой; деформации почвы и грунта на почвенные агрегаты и комья; отделение скелетных корней; сепарация почвы и укладка ее на дно канавы; извлечение корневищ девясила и укладки их на поверхность обработанной полосы; технический результат предложенной машины достигается при простоте конструкции, высокой технической и эксплуатационной надежности U-образного подрезающего лемеха, взаимозаменяемости полых элементов и дугообразных кронштейнов, монтажных штифтов, высокой степени защищенности узлов привода и современный дизайн машины в целом. Предложенная машина характеризуется широкими возможностями. Она с успехом может эксплуатироваться во всех природно-климатических зонах не только Российской Федерации, но и в других регионах. Машина приспособлена для добычи и других лекарственных растений с аналогичным строением корневой системы (например, алтей Althaea officinalis L.).

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

Машина содержит раму на опорах, подкапывающий лемех, элеватор, ротор и его привод. Ротор выполнен двухлопастным. Каждая из лопастей образована предпочтительно круглого сечения парой полых элементов, установленных параллельно геометрической оси ротора и соединенных с корпусом ротора клыками. Клыки выполнены в виде обтекаемых полых корпусов и связаны полыми элементами посредством монтажных штифтов. Концы каждой пары полых элементов снабжены смонтированными в полостях концевых участков полых элементов фигурными дугообразными кронштейнами. Обеспечивается повышение производительности, снижение энергоемкости процесса и материалоемкости конструкции. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Машина для добычи корней, содержащая раму на опорах, подкапывающий лемех, элеватор, ротор и его привод, причем ротор выполнен двухлопастным, каждая из лопастей образована предпочтительно круглого сечения парой полых элементов, установленных параллельно геометрической оси ротора и соединенных с корпусом ротора крылами, выполненными в виде обтекаемых полых корпусов и связанных с полыми элементами посредством монтажных штифтов, при этом концы каждой пары полых элементов снабжены смонтированными в полостях концевых участков полых элементов фигурными дугообразными кронштейнами. 2. Машина по п.1, содержащая фигурные дугообразные кронштейны, соединенные монтажными штифтами с обтекаемыми полыми корпусами клыков и концами полых элементов. 3. Машина по п.1, содержащая опоры, каждая из которых выполнена в виде кронштейна с отверстиями и широкой лыжи, смонтированной с возможностью переустановки на боковине подкапывающего лемеха. 4. Машина по каждому из пп.1 и 3, содержащая выполненные на каждой боковине подкапывающего лемеха с заданным шагом по вертикали отверстия для фиксирования кронштейна лыжи. 5. Машина по п.1, содержащая привод ротора, выполненный из последовательно установленных в кинематической цепи карданного телескопического вала с шарнирами Гука на концах, установленного симметрично на раме конического редуктора, соединенного одним концом с ведомым валом упомянутого редуктора и снабженного на другом конце ведущим многоручьевым шкивом клиноременной передачи промежуточного вала многопрофильного клинового ремня и ведомого шкива, смонтированного на валу привода ротора. 6. Машина по п.1, содержащая раму, образованную полой балкой круглого или квадратного сечения и смонтированными на ее концах плоскими продольными брусьями. 7. Машина по каждому из пп.1 и 6, содержащая пальцы навески рамы, размещенные на передних концах продольных брусьев. 8. Машина по каждому из пп.1 и 6, содержащая подкапывающий лемех и ротор, смонтированные на продольных брусьях рамы. 9. Машина по п.1, содержащая элеватор, выполненный в виде пакета плоских криволинейных ребер, вогнутые грани которых обращены в сторону полой балки рамы.