КОПАТЕЛЬ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ Российский патент 2004 года по МПК A01D15/04 

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения и может быть использовано в копателях корнеклубнеплодов.

Известен копатель корнеклубнеплодов, содержащий раму, лемех, кривошипно-шатунный механизм колебательного движения в вертикальной плоскости (см. авторское свидетельство СССР №108355, кл. А 01 D 15/04, 1956 г.).

Недостатком известного устройства является большое сопротивление почвы на лемех, низкое качество крошения нарезаемого пласта, залипание почвой и некачественная очистка корнеклубнеплодов.

Наиболее близким из известных устройств по технической сущности и достигаемому результату является устройство копателя корнеклубнеплодов, содержащего раму, лемех с прутками, кривошипно-шатунный механизм колебательного движения в вертикальной плоскости и механизм привода вибрационного движения в горизонтальной плоскости перпендикулярно поступательному движению агрегата (см. авторское свидетельство СССР №1722283, кл. А 01 D 15/04, 1990 г.).

Недостатком известного устройства является недостаточное улучшение процесса крошения пласта почвы, очистки корнеклубнеплодов от почвы, значительное залипание почвой и растительными остатками лемеха с гумированными прутками не только при наличии копательного движения в вертикальной плоскости, но и дополнительного вибрационного движения в горизонтальной плоскости перпендикулярно поступательному движению агрегата, т.к. механизм данного устройства, состоящий из вилообразного лемеха с гумированными прутками, шарнира с механизмом, выполненным в виде механического вибратора, состоящего из наконечника прикрепляемого к механизму для сообщения лемеху с прутками вибрационного движения и прижатого прижимной пружиной к рабочей поверхности сменного рабочего диска, который находится в прижимном диске и который имеет на торцевой поверхности волновую поверхность, образованную выступами и впадинами по окружности.

Одновременно сила сцепления сменного рабочего органа диска зависит от прижатия к наконечнику регулировочными гайками посредством усилия пружин, а движение наконечника по волновой поверхности сменного рабочего диска приводит шатун в вибрационное движение с малоизменяемой амплитудой и частотой колебаний, действующих через шарнир на вилообразный лемех с прутками.

Однако результат сложения колебательных движений в вертикальной и горизонтальной плоскостях, отличающихся по амплитуде, приводит к отсутствию ударного воздействия при копке в направлении движения агрегата, что не способствует лучшему дроблению пласта, его сепарации и движению корнеклубнеплодов по их подъему на прутки лемеха, которые имеют тоже суммарное незначительное постоянное вибрационное движение от двух движений в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

При этом достигаются незначительное уменьшение сопротивления почвы, действующего на вилообразный лемех с гумированными прутками, незначительная доочистка корнеплодов от залипания почвой и растительными остатками, а следовательно, и незначительное улучшение очистки корнеклубнеплодов.

Кроме того, применяемый механизм, выполненный в виде механического вибратора, состоящего из дискового кривошипа, имеющего продольное движение на валу, на который действует прижимная пружина, шатун с прикрепленным к нему наконечником, соприкасаемым с волновой поверхностью запрессованного сменного диска в прижимном диске, который прижимается через пружины гайками, ввернутыми в корпус, усложняет конструкцию устройства и значительно снижает надежность его работы, которая зависит от поступательной скорости движения агрегата с устройством.

Задачей заявляемого изобретения является упрощение конструкции, повышение эффективности выкапывания и предварительной очистки от почвы корнеклубнеплодов.

Поставленная задача достигается тем, что копатель корнеклубнеплодов содержит раму, лемех с вилообразными прутками, расположенными горизонтально, и сегментом, кривошипно-шатунный механизм колебательного движения в вертикальной плоскости и механизм привода вибрационного движения в горизонтальной плоскости перпендикулярно поступательному движению агрегата, при этом хорда сегмента отклонена от направления шатуна на угол менее 90°, который снабжен поворотной кареткой, соединенной с рамой, причем кривошипно-шатунный механизм выполнен в виде пространственного кулачкового механизма с профильным пазом на цилиндрической поверхности эксцентрикового барабана для размещения в нем роликового толкателя и снабженного эксцентриковым кривошипом с приливом. Согласно изобретению кривошип пространственного цилиндрического кулачкового механизма выполнен цилиндрическим с приливом. Эксцентриковый барабан размещен в цилиндрическом кривошипе. В месте прилива цилиндрического кривошипа выполнено гнездовое отверстие для размещения роликового толкателя. Прилив оборудован разъемным соединением, связанным с шатуном. Лемеха с вилообразными прутками установлены попарно \ /-образно для каждого рядка. Вилообразные прутки выполнены разной длины, концы которых обращены внутрь каждой пары и расположены на хорде сегмента лемеха. Профильный паз на цилиндрической поверхности эксцентрикового барабана выполнен под углом наклона к оси вращения и определяется выражением

где К - коэффициент пропорциональности плеч шатуна, о.е.; Δ₃ - перемещение лемеха в одну сторону, м; r - радиус барабана, м; е - эксцентриситет, м.

Для соответствия заявленного объекта критерию "существенные отличия" проведен поиск на классу МКИ А 01 В 19/06; 5 А 01 B 15/04, 25/04, 19/02, 33/30.

В результате поиска заявителем не обнаружены технические решения, в которых имеются признаки, сходные с признаками, отличающими заявленное решение от прототипа.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид копателя корнеклубнеплодов, на фиг.2 - вид А на фиг.1, на фиг.3 - кинематическая схема движения точки лемеха в горизонтальной плоскости, на фиг.4 - кинематическая схема продольного и вертикального перемещения точки лемеха.

Копатель корнеклубнеплодов содержит раму 1, лемех 11 с прутками 15, расположенными горизонтально, и сегментом 13. Кривошипно-шатунный механизм 16 колебательного движения в вертикальной плоскости и механизм привода 6 вибрационного движения в горизонтальной плоскости перпендикулярны поступательному движению агрегата. Хорда сегмента 13 отклонена от направления шатуна 9 на угол менее 90°, который снабжен поворотной кареткой 10, соединенной с рамой 1. Кривошипно-шатунный механизм 16 выполнен в виде пространственного кулачкового механизма с профильным пазом 4 на цилиндрической поверхности эксцентрикового барабана 3 для размещения в нем роликового толкателя 5 и снабженного эксцентриковым кривошипом 2 с приливом 12. Кривошип 2 пространственного цилиндрического кулачкового механизма выполнен цилиндрическим с приливом 12. Эксцентриковый барабан 3 размещен в цилиндрическом кривошипе 2, а в месте прилива 12 цилиндрического кривошипа 2 выполнено гнездовое отверстие 14 для размещения роликового толкателя 5. Прилив оборудован разъемным соединением 8 связанным с шатуном 9. Лемехи 11 с вилообразными прутками 15 установлены попарно \ /-образно для каждого рядка. Вилообразные прутки 15 выполнены разной длины, концы которых обращены внутрь каждой пары и расположены на хорде сегмента 13 лемеха 14. Профильный паз 4 на цилиндрической поверхности эксцентрикового барабана 3 выполнен под углом наклона к оси вращения и определяется выражением

где К - коэффициент пропорциональности плеч шатуна, о.е.; Δ₃ - перемещение лемеха в одну сторону, м; r - радиус барабана, м; е - эксцентриситет, м.

Эксцентриковый цилиндрический кривошип 2 с приливом 12 оборудован гнездовым отверстием 14 и разъемным соединением 8, шарнирно соединенным с шатуном 9.

Лемех 11 представляет собой устройство состоящее из распорной планки, жестко соединенной по краям с каждым сегментом 13. Планка закреплена на нижнем прямом торце шатуна 9. На сегменте 13 расположены гумированные прутки 15 вилообразного типа разной длины, обращенные внутрь полости лемеха 11. Хорда сегмента 13 расположена относительно продольной оси шатуна 9 под углом β менее 90°. На фиг.4 из треугольника ONO₂ видно, что NO₂/(r+е+l)=Sinγ, откуда определим угол наклона шатуна относительно вертикальной оси опоры γ=arcSin NO₂/(r+е+l).

Вилообразные прутки 15 расположены равномерно от нижнего сегмента 13 так, чтобы изогнутые концы прутков 15 располагались равномерно по прямой перпендикулярной хорде сегмента 13, на которой располагаются закрепленные прямые концы вилообразных прутков 15.

Шатун 9 представляет собой силовой элемент, например, выполненный из трубы прямоугольного типа и имеющий вдоль оси прямоугольный вырез для размещения оси поворотной каретки 10, которая снабжена упорным подшипником, установленным в силовом элементе рамы 1.

Коретка 10 оборудуется пазом для перемещения шатуна 9 и закрывается поддерживающей пластиной.

Кривошипно-шатунный механизм 16 колебательного движения в вертикальной плоскости и механизм привода 6 вибрационного движения в горизонтальной плоскости выполнены в виде пространственного цилиндрического кулачкового механизма, содержащего эксцентриковый барабан 3, на цилиндрической поверхности которого расположен паз 4 под углом α наклона к оси его вращения. Угол наклона определяется выражением

где К - коэффициент пропорциональности плеч шатуна, о.е.;

Δ₃ - перемещение лемеха в одну сторону, м;

r - радиус барабана, м;

е - эксцентриситет, м.

Эксцентриковый цилиндрический кривошип 2 представляет собой цилиндр, внутри которого размещается эксцентриковый барабан 3. В месте прилива 12 эксцентрикового цилиндрического кривошипа 2 выполнено гнездовое отверстие 14 для размещения роликового толкателя 5. Прилив 12 оборудован разъемным соединением 8, например, выполненным в виде резьбового соединения, или соединения иного типа, прилива 12 с заглушкой, оборудованной ушком для соединения с ушком шатуна 9.

На фиг.3 видно, что из треугольника ОАВ горизонтальное перемещение АВ=Δ относится к радиусу r барабана 3 как Δ/r=tgα, Δ=r·tgα. Аналогично при учете эксцентриситета барабана 3 из треугольника QаО имеет Qа=Δ₁, т.е. Δ₁/е=tgα, Δ₁=l·tgα. Следовательно, общее перемещение составит Δ₂=Δ+Δ₁ или Δ₂=r+tgα+еtgα, или Δ₂=(r+е)tgα. Откуда (град). Так как треугольники В₂ А₂ О₂ ∞ В₃ А₃ О₂, то Δ₂/l₁=Δ₃/l₂, Δ₂=Δ_3l1/l₂. Подставляя Δ₂ в выражение для α и полагая, что l₁/l₂=К, получим

Например, требуемое горизонтальное перемещение верхнего конца сегмента 13 как элемента лемеха 11, т.е. Δ₃=0,005 м, радиус барабана 3 r=0,026 м, эксцентриситет е=0.014 м, коэффициент пропорциональности К=2,8 о.е., определим по выражению (I) угол наклона паза 4 α=arctg 0,005·2,8/0,026+0,014=19,3°, который определяет в основном конструктивные размеры пространственного цилиндрического кулачкового механизма с профильным пазом 4 на цилиндрической поверхности эксцентрикового барабана 3 с роликовым толкателем 5, кривошип которого выполнен в виде цилиндрического кривошипа 2 с приливом 12, в котором размещается эксцентриковый барабан 3.

Кроме того, коэффициент пропорциональности К=l₁/l₂ позволяет при заданной длине одного из плеч шатуна 9 относительно опоры каретки 10 определить длину другого плеча и, следовательно, общую длину шатуна 9, используемого в данном устройстве в качестве рычага первого рода, для создания большей силы с помощью небольшого усилия, т.е. Рl₁=кRl₂ (В₂О₂=l₁, см. фиг.3) или М_Р=М_R, где М_Р и М_R моменты сил, прилагаемые к шатуну 9. Так как шатун 9 оборудован поворотной кареткой 10, соединенной с рамой 1, и расположен под определенным углом γ относительно вертикали на расстоянии NO₂ (см. фиг.4) от точки опоры О₂ каретки, то определим из выражения NO₂=h·tgγ при заданных: h - расстояние по вертикали от центра вращения до пересечения с горизонтальной осью NO₂=“а” опорного шарнира каретки 10, γ - угол между вертикалью и направлением продольной оси шатуна 9, NO₂/h=tgγ, откуда γ=arctg “а”/h. Например: “а”=0,08 м, h=0,3 м, т.е. γ=arctg 0,08/0,3=14,9°, принимаем γ=15°, который определяет величину перемещений. При этом вертикальное перемещение каждой точки лемеха 11 с прутками 15 определяется из условия перемещения одной и той же точки по траектории, определяемой в зависимости от радиуса вращения эксцентрикового барабана 3 и коэффициента пропорциональности К(о.е.) плеч шатуна 9. Так как Δh=Н-h, то из треугольника О₂Gm имеет Δh/(ρ+l₂)=cosγ, откуда определим вертикальное перемещение Δh=(ρ+l₂)cosγ, где ρ=2(r+е), γ=arctg “а”/h, l₂=l₁/К. Плечо шатуна 9 определим из треугольника О₁NO₂ как h²+(NO₂)²=[2(ρ+е)+l₁]² или откуда , подставляя значения: h=0,3 м, “а”=0,08 м, r=0,026 м, е=0,014 м, К=2,8 о.е., получим l₁=0,23 м. Таким образом, вертикальное перемещение Δh=[2(r+е)+l₁/К]cosarctg “а”/h=[2(0,026+0,14)+0,23/28]cosarctg 0,08/0,3=0,162cos14,9°=0,62·0,966=0,156 м, т.е. Δh=15,6 см.

Горизонтальное перемещение каждой точки лемеха 11 с прутками 15 определим из треугольника О₂Gm как ΔL=2Δl Δl/(ρ+l₂)=Sinγ, Δl=(ρ+а)·Sinγ,

где ρ=2(r+е), l₂=l₁/К, подставляя эти значения в выражение для Δl при γ=arctg “а”/h, имеем При заданных параметрах: r=0,026 м, е=0,014 м, “а”=0,08 м, К=2,8 о.е., h=0,03 м, l₁=0,23 м получим ΔL=2·[2(0,026+0,14)+0,23/2,8]Sinarctg 0,08/0,3=2·0,162·Sin14,9°=0,084 (м) или ΔL=8,4 см.

Таким образом, гармонические колебания лемеха с прутками происходят с разными амплитудами и начальной фазой в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, зависят от конструктивных размеров пространственного цилиндрического кулачкового механизма с профильным пазом на цилиндрической поверхности эксцентрикового барабана с роликовым толкателем.

Кроме того, предлагаемый копатель корнеклубнеплодов, лемех которого движется вдоль убираемых рядков, расположенных на определенной ширине друг от друга, через соединительное звено 7, позволяет выкапывать, очищать от почвы корнеклубнеплоды, например свеклу, рядки которой находятся на расстоянии между рядами в 45, 60 и 70 см.

Копатель корнеклубнеплодов работает следующим образом.

При движении копателя вдоль убираемых рядков происходит выкапывание корнеклубненосного пласта лемехом 11 с вилообразными прутками 15, совершающим в это время гармоническое колебание как в вертикальной и горизонтальной плоскостях, так и в продольной плоскости. Поднятый пласт, двигаясь вместе с корнеклубнеплодами по горизонтально расположенным и колеблющимся в вертикальной плоскости вилообразным пруткам 15, поднимается последним.

При этом от гармонических колебательных движений лемеха 11 с вилообразными прутками 15 в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, т.е. от действующей пространственной вибрации, движущийся корнеклубненосный пласт крошится, почва сепарируется через вилообразные прутки 15 и оседает на землю, а клубни, поднимаясь на вилообразные прутки 15, окончательно очищаются от почвы и выносятся на поверхность земли.

В результате сложного пространственного гармонического движения лемеха с вилообразными прутками почва постоянно подвергается вибрации в трех взаимно перпендикулярных плоскостях с одновременным импульсивным ударным воздействием (Δh, Δ₃, ΔL) при копке в продольной плоскости с одновременным гармоническим колебанием, что способствует лучшему дроблению корнеклубненосного пласта и его сепарированию. Следовательно, улучшается очистка корнеклубнеплодов, значительно уменьшается сопротивление почвы, действующее на лемех с вилообразными прутками, уменьшается залипание лемеха, что приводит к меньшим затратам энергии, повышению эффективности очистки корнеклубнеплодов при работе агрегата, оборудованного данным копателем корнеклубнеплодов.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения. Копатель содержит раму, лемех с вилкообразными прутками, расположенными горизонтально, и сегментом, кривошипно-шатунный механизм колебательного движения в вертикальной плоскости и механизм привода вибрационного движения в горизонтальной плоскости перпендикулярно поступательному движению агрегата. Хорда сегмента отклонена от направления шатуна на угол менее 90°, который снабжен поворотной кареткой, соединенной с рамой. Кривошипно-шатунный механизм выполнен в виде пространственного кулачкового механизма с профильным пазом на цилиндрической поверхности эксцентрикового барабана для размещения в нем роликового толкателя и снабжен эксцентриковым кривошипом с приливом. Кривошип пространственного цилиндрического кулачкового механизма выполнен цилиндрическим. Эксцентриковый барабан размещен в цилиндрическом кривошипе. В месте прилива цилиндрического кривошипа выполнено гнездовое отверстие для размещения роликового толкателя. Прилив оборудован разъемным соединением, связанным с шатуном. Упрощается конструкция, повышается эффективность выкапывания и предварительной очистки корнеплодов. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Копатель корнеклубнеплодов, содержащий раму, лемех с вилообразными прутками, расположенными горизонтально, и сегментом, кривошипно-шатунный механизм колебательного движения в вертикальной плоскости и механизм привода вибрационного движения в горизонтальной плоскости перпендикулярно поступательному движению агрегата, при этом хорда сегмента отклонена от направления шатуна на угол менее 90°, который снабжен поворотной кареткой, соединенной с рамой, причем кривошипно-шатунный механизм выполнен в виде пространственного кулачкового механизма с профильным пазом на цилиндрической поверхности эксцентрикового барабана для размещения в нем роликового толкателя и снабжен эксцентриковым кривошипом с приливом, отличающийся тем, что кривошип пространственного цилиндрического кулачкового механизма выполнен цилиндрическим, причем эксцентриковый барабан размещен в цилиндрическом кривошипе, а в месте прилива цилиндрического кривошипа выполнено гнездовое отверстие для размещения роликового толкателя, кроме того, прилив оборудован разъемным соединением, связанным с шатуном.2. Копатель по п.1, отличающийся тем, что лемеха с вилообразными прутками установлены попарно \ /-образно для каждого рядка, причем вилообразные прутки выполнены разной длины, концы которых обращены внутрь каждой пары и расположены на хорде сегмента лемеха.3. Копатель по п.1, отличающийся тем, что профильный паз на цилиндрической поверхности эксцентрикового барабана выполнен под углом наклона к оси вращения и определяется выражением

где К - коэффициент пропорциональности плеч шатуна, о.е.;

Δ₃ - перемещение лемеха в одну сторону, м;

r - радиус барабана, м;

е - эксцентриситет, м.