Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к средствам механизированной добычи лекарственного сырья, преимущественно корней и корневищ растений с высоким содержанием глицирризиновой кислоты.
Известна машина для извлечения корневищ, содержащая раму, копирующее колесо, лемех, ротор (RU 2017372, кл. А 01 D 25/02, 15.08.94).
К недостаткам данной машины относятся низкое качество добываемых корней, низкая производительность и высокие энергозатраты на выполнение технологического процесса.
Наиболее близким изобретением к предложенному является орудие для извлечения корневой массы растений, содержащее раму, опорные колеса, подкапывающий лемех с наклонными подъемниками и ротор, имеющий клыки (RU 2116020, кл. А 01 D 25/02, 27.07.98).
Недостатком данного орудия является невысокое качество добываемых корней солодки и низкая производительность.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении степени извлечения корневой массы глицирризинсодержащих растений.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, выражается в повышении производительности орудия, снижении энергозатрат и повышении качества добываемого лекарственного сырья.
Указанный технический результат достигается тем, что установленный за наклонными подъемниками корнеподрезающий ротор снабжен параллельно установленными ножами, периферийные участки которых имеют лезвия с режущими кромками, между смежными частями которых установлены резцы, а ротор с клыками является сепаратором и имеет лопатки, рабочие грани которых очерчены формой линии эвольвенты круга.
На фиг. 1 показано орудие для извлечения корневой массы растений, вид в плане.
На фиг.2 - то же, вид сбоку.
На фиг.3 - сечение А-А на фиг.1, диаметральный разрез корнеподрезающего ротора со съемными режущими элементами на фланцах корпуса.
На фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.1, поперечное сечение ротора сепаратора с клыками.
На фиг. 5 представлена геометрия ножа корнеподрезающего ротора, вариант конструктивного исполнения, режущая кромка равноудалена от оси вращения ротора.
На фиг. 6 - то же, вариант конструктивного исполнения, режущая кромка лезвия выполнена с разновеликим удалением от оси вращения.
На фиг.7 - то же, вариант конструктивного исполнения.
На фиг.8 - то же, вариант исполнения секции ножа корнеподрезающего ротора, вид сбоку.
На фиг. 9 - сечение В-В на фиг.5, геометрия режущей кромки двугранного лезвия на периферийной части ножа корнеподрезающего ротора.
На фиг.10 - сечение Г-Г на фиг.7, то же, вариант исполнения одностороннего лезвия.
На фиг. 11 - сечение Д-Д на фиг.6, выполнение лезвия с твердосплавными вставками по периметру периферийной части секции ножа.
На фиг.12 - разрез Е-Е на фиг.8, положение резца стержневого типа в канале ножа корнеподрезающего ротора.
На фиг.13 - сечение Ж-Ж на фиг.8, сопряжение монтажной части канала с ее рабочей частью для перемещения или извлечения резца.
На фиг. 14 - сечение 3-3 на фиг.8, поперечное сечение фиксатора резца в канале ножа.
На фиг. 15 - сечение И-И на фиг.14, взаимное положение стержня резца и фиксатора при установке в рабочее положение.
Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного технического решения, заключаются в следующем.
Орудие для извлечения корневой массы преимущественно глицирризинсодержащих растений (см. фиг. 1 и 2) содержит раму 1 на опорных колесах 2 и 3, подкапывающий лемех 4 с наклонными подъемниками 5, приводные последовательно установленные роторы 6 и 7 с горизонтальными осями вращений, опоры 8 и 9.
Рама 1 сварной конструкции включает верхнюю балку 10, нижнюю балку 11, левую полую боковину 12, правую полую боковину 13, кронштейны 14 и 15 для установки опорных колес 2 и 3, кронштейны 16 и 17 для размещения в рабочем и транспортном положениях опор 8 и 9, кронштейн для установки конического редуктора 18 привода роторов 6 и 7. Ротор 7 выполняет функции сепаратора.
Верхняя балка 10 снабжена кронштейном 19 для соединения посредством пальца 20 с верхней центральной тягой навески агрегатируемого трактора (на чертежах не показан). Передние концы полых левой и правой боковин 12 и 13 образуют кронштейны 21 и 22 для соединения посредством пальцев 23 и 24 с нижними тягами гидронавесной системы оговоренного трактора. Геометрические оси пальцев 20, 23 и 24 вместе с кронштейнами 18, 21 и 22 образуют присоединительный треугольник. Схема навески трехточечная.
Привод роторов 6 и 7 осуществлен посредством карданного телескопического вала 25, конического редуктора 18 и двух контуров цепных передач, размещенных в полостях полых левой и правой боковин 12 и 13. Частота вращения карданного телескопического вала 25 соответствует частоте вращения ВОМ агрегатируемого трактора (для класса тяги 3-9 c-1).
Ступицы опорных колес 2 и 3 с кронштейнами 14 и 15 соединены посредством стоек 26 и 27. Стойки 26 и 27 с кронштейнами 14 и 15 соединены с возможностью переустановки и дискретного изменения взаимного положения. Ободы опорных колес 2 и 3 относительно рамы 1 изменяют свое положение ступенчато с интервалами по высоте 0,05 м.
Подкапывающий лемех 4 имеет на виде спереди U-образную форму. Фронтальные части стоек и горизонтального ножа лемеха 4 имеют односторонние лезвия с режущими кромками. На горизонтальном ноже лемеха 4 с равным шагом под углом к горизонту размещены наклонные подъемники. Стойки лемеха 4 закреплены на концевых участках нижней балки 11.
Ротор 7 (фиг.1, 2 и 4) предусмотрен в качестве сепаратора. Ротор 7 сепаратора снабжен клыками 28. Клыки 28 на поверхности корпуса 29 собраны в пакеты 30, 31, 32 и 33. Поверхность клыков 28 обрамлена лопатками 34.
Рабочие грани лопаток 34 очерчены формой линии эвольвенты круга. Параметрические уравнения последней описываются формулами
X = k(cosα+αsinα);
Y = k(sinα-αcosα),
где α - текущая координата (угол поворота радиуса - вектора k от начального положения);
k - параметр эвольвенты круга (радиус окружности внешней поверхности корпуса 29).
Периферийная кромка каждого клыка 28 очерчена дугой окружности радиусом r (фиг.4).
Посредством фланцев 35 в корпусе 29 смонтирована пара соосных шлицевых втулок 36. Шлицевые втулки 36 ротора 7 надлежащим образом смонтированы в подшипниковых опорах 37 и 38 левой и правой полых боковин 12 и 13.
Частота вращения ротора 7 сепаратора равна 4,5-6,5 с-1.
Диаметр периферийных кромок лопаток 34 равен 650±2 мм. Ширина лопаток 34-40 мм. Лопатки 34 выполнены из полосовой стали толщиной 8 мм.
Внешние кромки лопаток 34 закруглены радиусом не менее 3 мм. Закругленные кромки лопаток 34 исключают повреждение извлекаемой корневой массы.
Корнеподрезающий ротор 6 установлен за и выше наклонных подъемников 5 подрезающего лемеха 4 (см. фиг.1-3). Ротор снабжен параллельно установленными отъемными ножами 39, 40 и 41. Ножи 39-41 закреплены на фланцах 42 корпуса 43. Концы корпуса 43 снабжены дисками 44 и соосными шлицевыми втулками 45. Шлицевыми втулками 45 корпус 43 ротора 6 установлен в подшипниковых опорах 46 и 47.
Периферийные участки ножей 39, 40 и 41 снабжены лезвиями 48 с режущими кромками 49. Между смежными частями режущих кромок могут быть установлены резцы 50 (см. фиг. 8, 12, 14 и 15). На фиг.1-3 представлен вариант конструктивного исполнения дисковых ножей 39-41. Дисковые ножи 39-41 с фланцами 42 соединены болтами 51 и гайками 52 через пружинные шайбы 53 (фиг.3). Диаметр каждого ножа 39 (40, 41) больше диаметра описанной окружности концов лопаток 34 ротора 7 сепаратора. Радиусы описанных окружностей ножей 39-41 роторов и лопаток 34 ротора 7 сепаратора относятся как (1,15-1,50):1. Этим достигают полного подрезания корнесодержащего пласта независимо от его мощности. Частота вращения корнеподрезающего ротора 6 больше частоты вращения ротора 7 сепаратора. Так, при вращении ротора 7 с частотой 4,5 с-1 ротор 6 вращается с числом оборотов 540 мин-1. Окружная скорость фиксированной точки режущей кромки 49 ножа 39 (40, 41) в зависимости от его диаметра варьирует в пределах 21, 12-27, 55 мс-1. Периферийные участки ножей 39-41 корнеподрезающего ротора 6 размещены между смежными наклонными подъемниками 5 подкапывающего лемеха 4 и между смежными клыками 28 пакетов 30-33 ротора 7 сепаратора (см. фиг.1 и 2).
Дисковые ножи 39-41 удовлетворительно работают на легких и малосвязанных почвах. Однако Нижнее Поволожье характеризуется большой пестротой и широким разнообразием почв. Для расширения функциональных возможностей орудия предлагается несколько типоразмеров ножей разного конструктивного исполнения.
На фиг.5 представлен нож корнеподрезающего ротора 6, периферийные участки 55, 56 и 57 с режущими кромками которого выполнены с равным шагом и равным удалением от геометрической оси вращения. Лобовые грани 58 с задними гранями 59 смежных участком 55 и 56, 56 и 57, 57 и 55 сопряжены равновеликими дугами окружностей, выполненными соответственно радиусами R1 и R2 (см. фиг.5). Участки 55-57 имеют лезвия 60 с режущими кромками, режущая кромка 61 (см. фиг.5 и 9) ножа образована двугранным лезвием 60 с разновеликими углами заточки боковых граней 62 и 63. Заточка грани 62 выполнена под углом не выше 8-10o, а грани 63 - под углом 12-15o. Каждый нож (39, 40, 41) корнеподрезающего ротора 6 выполнен из конструкционной углеродистой стали. Режущие кромки 61 лезвий 60 на участках 55-57 подвержены поверхностной закалке на глубину 0,8-1,5 мм до твердости 55-65 HRCэ.
Увеличение эффективности резания корнесодержащего пласта достигается также тем, что режущая кромка 64 на каждом участке 65, 66 и 67 корнеподрезающего ротора 6 выполнена с переменным удалением от оси вращения 68 упомянутого ротора. Уменьшение радиус-вектора ρi кромки 69 лезвия 70 ориентировано в сторону направления вращения ω (см. фиг.6).
Лобовая грань участка 66 сопряжена с задней гранью участка 67 по дугам разновеликих окружностей радиусами R3 и R4 (фиг.6). Эти сопряжения сохранены и для других участков: 67-64 и 64-65.
Описанная геометрия ножей 39-41 несложно и конструктивно выполняется отъемными элементами 71 (см. фиг.11) из высокопрочной конструкционной износостойкой стали. Отъемные элементы 71 сопряжены с ножом 39 (40, 41) либо контактной сваркой, либо заклепками 72 (фиг.11), либо клеевым соединением.
Толщина отъемных элементов 71 в 2-2,5 раза меньше толщины ножей 39-41. Угол заточки отъемных элементов 71 не превышает 15o.
На фиг. 7 представлен нож 39 (40, 41) со сложной геометрией. Каждый нож 39, 40 и 41 корнеподрезающего ротора 6 выполнен секционным. Каждая секция ножа 39 имеет сложную комбинированную режущую кромку. Режущая кромка 73 на лобовой грани 74 секции 75 (76, 77) выполнена предпочтительно по логарифмической спирали. Уравнение логарифмической спирали в полярных координатных описывается выражением
где ρ0 - полярный радиус;
q - коэффициент роста;
ϕ - текущая угловая координата.
Режущая кромка 78 в каждой секции 75 (76, 77) выполнена по дуге окружности. Сопряжение (пересечение) режущих кромок 73 и 78 выполнено на удаленной части логарифмической спирали от геометрической оси 79 вращения ротора 6. Задняя грань 80 каждой секции 75 (76, 77) выполнена в тангенциальной плоскости 1-1 к посадочной поверхности 81 ножа 39. В отверстиях 82 размещают болты 51 (фиг.3). Режущая кромка 73 на лобовой грани 74 секции 75 и режущая кромка 78 на периферийной части образована заточкой одной из граней ножа 39 под углом α = 10-30o (см. фиг.7 и 10).
На фиг. 8 показана одна из трех секций ножа 39. Каждая секция 83 имеет индивидуальную монтажепригодность. Посадочное место 84 сопряжено с фланцем 42 корпуса 43 корнеподрезающего ротора 6. Как правило, в отверстия 85 секции 83 устанавливают крепежные болты 51 (см. фиг.3), а в отверстия 86 - монтажный калибровочный штифт. Последний выполняет две функции: точное центрирование монтажных отверстий, восприятие нагрузки в качестве срезного штифта. Лобовая грань 87 секции 83 выполнена по логарифмической спирали. Периферийный участок 88 секции 83 с тыльной гранью 89 сопряжен по дуге окружности. Криволинейные участки лобовой грани 87 и периферийного участка 88 секции 83 снабжены режущей кромкой 89. Режущая кромка 89 секции 83 ножа 39 на лобовой грани 87 и периферийном участке 88 выполнена с уменьшающимся углом заточки в направлении увеличения радиуса корнеподрезающего ротора. Диапазон угла заточки режущей кромки 89 двугранного лезвия 90 ножа 39 выполнен в пределах от 40 до 18o.
Резец 50 размещен между частями режущей кромки 89 на периферийном участке 89 секции 83 ножа 39 (40, 41)( см. фиг.8). Резец 50 размещен в полости 91 симметрично относительно режущей кромки 89 лезвия 90.
Резец 50 в каждой секции 83 установлен с возможностью демонтажа и переустановки. В каждой секции 83 ножа 39 выполнены полости 91 и 92 для размещения резца 50 и фиксатора 93 его положения. Резец 50 выполнен в виде стержня с заостренными концами 94. При выполнении режущей кромки 73 (89) посредством одностороннего лезвия (см. фиг.10) полость 91 для установки резца 50 может быть выполнена под углом к боковой грани секции 83 ножа 39, в частности угол наклона оси полости для установки резца к боковой грани ножа выполнен меньше угла заточки α одностороннего лезвия на боковой грани ножа. Полость 91 для установки резца 51 соединена дополнительным каналом 95, ось канала 95 наклонена к оси полости 91 резца 50 (фиг.13).
Фиксатор 93 положения резца 50 выполнен в виде диска. Толщина диска равна или меньше толщины секции 39. На цилиндрической поверхности диска фиксатора 93 выполнена разноглубинная канавка 96. В центре диска фиксатора 93 выполнено фасонное отверстие 97 под размер воротка. Диск фиксатора 93 выполнен ступенчатым. Буртик 98 диска исключает смещение фиксатора 93 в полости 92. Разноглубинная канавка 96 на цилиндрической поверхности диска в сечении имеет вид или прямоугольника, или треугольника, или трапеции, или сегмента круга (см. фиг.14 и 15).
Орудие для извлечения корневой массы глицирризинсодержащих растений работает следующим образом.
Перед началом выполнения технологического процесса агрегатируемый трактор и орудие штатно готовят к работе с соответствующим проведением ТУ и ТО, а также подвергают технической экспертизе быстроизнашивающиеся и заменяемые узлы орудия. Посредством пальцев 20, 23 и 24 раму 1 орудия соединяют с тягами гидронавесной системы агрегатируемого трактора. Для тракторов класса тяги 3 диаметра пальцев 20 и 23 (24) соответственно равны 30 и 35 мм, а для тракторов класса тяги 5 - 40 и 60 мм. Гидронавеской трактора раму 1 переводят в неполное транспортное положение. Карданный телескопический вал 25 одним из шарниров Гука соединяют с ВОМ трактора. Частота вращения ВОМ 9-17 с-1. Далее раму 1 опускают вновь в исходное положение. Задняя часть рамы 1 опирается на опоры 8 и 9. На холостых оборотах двигателя прокручивают ВОМ трактора, следовательно, и обеспечивают вращение роторов 6 и 7. Проверяют работу редуктора 18, предохранительных муфт и контуров цепных передач в полых левой и правой боковинах 12 и 13 рамы 1. Любые отклонения от технических условий, изложенных в инструкции по эксплуатации предложенного орудия, механизатор устраняет до начала эксплуатации. Далее опорные колеса 2 и 3 оператор (механизатор) устанавливает в положение, при котором достигается максимальная выборка корневой массы. При глубине подкапывания (хода горизонтального ножа U-образного подрезающего лемеха 4) в пределах 50-60 см отклонения в пределах ± 3 см считаются допустимыми и не влияют на выполнение технологического процесса. Последующую регулировку выполняют в полевых условиях. После перевода опор 8 и 9 в полное транспортное положение корнеизвлекающий агрегат переезжает на подготовленный массив с корнями и корневищами глицирризинсодержащих растений. После перевода рамы 1 из транспортного положения в рабочее и перемещения на заданной рабочей скорости подрезающий лемех 4 заглубляется на заданную глубину. При перемещении на 6-7 м агрегат останавливают без выглубления лемеха 4. Во время прохода агрегата ВОМ трактора должен был вращаться с номинальной частотой. После остановки агрегата механизатор проверяет три важных показателя. Первый из них - глубина колеи. При правильной регулировке агрегата, в частности постановка стоек и ножа U-образного подкапывающего лемеха 4 к направлению движения или к горизонту, тяговое сопротивление минимально. При глубине колеи под ободами обоих колес 2 и 3 величиной 0,02-0,03 м тратится минимальное тяговое усилие трактора и обеспечивается устойчивое выполнение технологического процесса в части подрезания корнесодержащего слоя сечением в виде прямоугольника. При отсутствии колеи процесс выполняется неустойчиво. При глубине колеи больше 5 см возрастают критические нагрузки на раму 1, лемех 4 и кронштейны 26 и 27 опорных колес 2 и 3. Это несоответствие устраняется тем, что геометрические оси пальцев 20, 23 и 24 смещают в поперечно-вертикальную плоскость изменением длины верхней тяги навески трактора.
Вторая регулировка и правильность ее выполнения осуществляется подбором ножей 39, 40, 41 корнеподрезающего ротора 6. При установке агрегата без выглубления лемеха 4 визуально определяют начало границы подрезания корнесодержащего пласта. Экспериментально в 1999 г. при низкой влажности почвы и грунта (температуры почвы в слое 0-0,4 м достигали +50...+60oС) установлено, что пласт должен быть подрезан, находясь над геометрической осью ротора 6. Недорезание верхнего слоя почвы с корнями растений не должно превышать 5-8 см. Несоответствие этим показателям устраняют подбором секций ножей 39-41 из комплекса ЗИП орудия. Геометрия ножей 39-41 представлена на фиг.1, 2, 3, 5-8. Здесь же, на экспериментальном участке, путем осмотра верхнего горизонта на всей ширине обработанной полосы и ограничившись площадью верхнего слоя не менее 1м2 ведут раскопки на всю глубину обработанного слоя в прямоугольной канавке. Руками собирают извлеченные корни с поверхности полосы и складывают отдельно. Далее извлекают присыпанные почвой корни из слоя 0-10 см. Аналогичным образом поступают еще четыре раза и собирают корни по горизонтам 10-20, 20-30, 30-40, 40-50 см. Если процентное соотношение извлеченных корней будет в следующих пределах: на поверхности полосы 60-70%, в слое 0-10 см 10-15% ; в слое 10-20 5-8% ; в слое 30-40 см 3-5%,. считается удовлетворительное выполнение процесса.
При процентном соотношении в меньшую сторону увеличивают частоту вращения ВОМ тракторов с 540 об/мин до 1020 об/мин. В комплекте ЗИП тракторов имеются сменные шестерни, которые, после выполнения относительно несложных сборочно-разборочных работ, устанавливают в корпусе редукторов ВОМ тракторов.
При установившемся движении корнеизвлекающего агрегата на подготовленном массиве естественных зарослей солодки голой (наибольшее распространение имеет на юге Российской Федерации) корневая масса вместе с почвой и грунтом срезается в виде ленты сечением 0,5•1,1 м2. Подрезанный пласт наклонными подъемниками 5 поднимается над дном канавы. За счет подпора подрезанный пласт направляется в сторону вращающихся ножей 39-41. Режущими кромками 49 ножей 39-41 (см. фиг.1-3) пласт подрезается снизу вверх. Дисковые ножи 39-41 одновременно подрезают корни и корневища солодки голой, грунт и пласт почвы. В период уборки влажность корней не снижается ниже 42-45%. При скорости резания в пределах 20-30 м/с пласт почвы разделывается на более узкие полосы шириной (слева направо по ходу движения) 0,20; 0,30; 0,20 м. Подрезанные слои при сходе с поверхности корпуса 43 корнеподрезающего ротора 6 поступают в зону активной работы лопаток 34 ротора 7 сепаратора. Каждая лопатка 34 клыка 28 наносит удар на отделившуюся полосу шириной 0,2-0,35 м. Направленные и дозированные удары лопаток 34 в пакетах 30-33 деформируют грунт и почву, разрушают их, а корни и корневища извлекают на дневную поверхность обработанной полосы.
Надлежащая геометрия лопаток 34 исключает наматывание скелетных, веревочных и сосущих корней солодки. Подобранный внешний диаметр корпуса 29 (радиус k ) и теоретическое обоснование параметров ротора 7 сепаратора исключает как залипание почвы и грунта на всех элементах, так и захлестывание и наматывание корней и корневищ солодки при работе на любых типах почвы с самым широким диапазоном относительной влажности почвы.
После просушки извлеченных корней и корневищ в естественных благоприятных условиях последние убирают одним из известных способов.
Представленное орудие с успехом применяется при заготовке корневой массы и других лекарственных растений (девясил высокий, алтей лекарственный и др. ).
Орудие содержит раму, опорные колеса, подкапывающий лемех с наклонными подъемниками и ротор, имеющий клыки. Установленный за наклонными подъемниками корнеподрезающий ротор снабжен параллельно установленными ножами. Периферийные участки ножей имеют лезвия с режущими кромками, между смежными частями которых установлены резцы. Ротор с клыками имеет лопатки, рабочие грани которых очерчены формой линии эвольвенты круга. Повышается производительность орудия, снижаются энергозатраты и повышается качество добываемого сырья. 24 з.п. ф-лы, 15 ил.
МАШИНА ДЛЯ ДОБЫЧИ КОРНЕЙ СОЛОДКИ | 1997 |
|
RU2116020C1 |
МАШИНА ДЛЯ ДОБЫЧИ КОРНЕЙ СОЛОДКИ | 1997 |
|
RU2116715C1 |
МАШИНА ДЛЯ ВЫКОПКИ СОЛОДКОВОГО КОРНЯ | 1997 |
|
RU2125360C1 |
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ КОРНЕВИЩ КОРНЕОТПРЫСКОВЫХ СОРНЯКОВ И МАШИНА ДЛЯ ИХ ИЗВЛЕЧЕНИЯ | 1991 |
|
RU2017372C1 |
Авторы
Даты
2002-03-10—Публикация
1999-12-07—Подача