ПЛУГ-КАРТОФЕЛЕКОПАТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК A01B17/00 A01D13/00 

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, в частности к плугам с ротационными рыхлителями, и предназначено как для основной обработки почвы, так и для копки картофеля, т.е. для выполнения двух основных функций.

В настоящее время не существует плугов, способных качественно выполнить эти две функции.

В сельском хозяйстве известно употребление при уборке картофеля оборотных плугов, в частности однокорпусных плугов на конной тяге. Этими плугами оборачивают картофельную грядку, частично обнажая картофельные гнезда. Затем картофель выкапывают либо вручную, либо роторными картофелекопателями.

Технология, основанная на этих плугах, очень трудоемка и малопроизводительна (см. Сельскохозяйственная энциклопедия: т.4, с.1003-1006).

Известен роторный картофелекопатель КТН-1А, содержащий последовательно закрепленные на раме пассивный криволинейный лемех и ротор. Последний включает ступицу с равновеликими изогнутыми лопастями, насаженную на горизонтальный вал, соединенный с приводом. Вал ориентирован своей осью вращения параллельно продольной оси машины (см. в книге: Карпенко А.Н., Зеленова А.А., Халанского В.М. Сельскохозяйственные машины, - М.: Колос, 1972, с.316, рис.XIV, 1б).

В процессе работы картофелекопатель подкапывает лемехом один рядок и подает клубнесодержащий пласт к вращающемуся ротору. Лопасти ротора дробят пласт и швыряют почву с клубнями вбок на поверхность поля.

Основным недостатком этого устройства является то, что его ротор не способен выделить весь картофель из пласта, а при отбрасывании клубней в сторону часть их заваливается почвой снова. Поэтому потери урожая при уборке весьма существенны.

В качестве прототипа патентуемого изобретения заявитель использовал ″Орудие для основной обработки солонцовых почв″, известное из описания к а.с. СССР №1031414, М.кл⁵. А 01 В 17/00.

Это устройство не предназначено для копки картофеля, но имеет наибольшее сходство по технической сущности с изобретением, поскольку заявитель именно на базе данного орудия создал патентуемое изобретение.

Прототип содержит установленные последовательно пассивный плужный корпус с укороченным отвалом и активный ротор. Ротор установлен вертикально, имеет вал, на котором закреплено два типа рабочих элементов: подъемные винтовые лопатки и рыхлительные зубья. При этом винтовые лопатки расположены в нижней части ротора и закреплены на валу по многозаходной восходящей винтовой линии, а расположенные над лопатками рыхлительные зубья, представляющие собой в сущности тоже лопатки, но прямоугольного сечения, и оснащенные накладными пластинами, закреплены по нисходящей многозаходной спирали с углом захода в 45°. Ротор связан передачей с валом отбора мощности (ВОМ) трактора. При выполнении основной функции подрезанный пассивным корпусом пласт почвы одной своей частью поступает на винтовые нижние лопатки, а другой частью (с укороченного отвала) - на рыхлительные зубья. Потоки почвенного пласта измельчаются элементами ротора и движутся встречно друг другу, активно перемешиваясь.

При перепашке убранного картофельного участка устройством-прототипом было обнаружено неожиданное его свойство - выносить на поверхность почвы оставшиеся после уборки клубни картофеля. Однако проведенный затем специальный эксперимент как на убранном, так и не убранном заранее картофельном поле показал, что эффективность "выноса" клубней на дневную поверхность поля невысока и составляет от 30 до 35%. Вместе с этим были обнаружены и другие положительные качества прототипа, заключающиеся в том, что клубни не имели повреждений от элементов орудия и располагались полосой за орудием на вспаханном участке. Замеры показали, что полоса, в которой лежали клубни, превышает ширину захвата одного корпуса (вместе с ротором) примерно в 2 раза, т.е. до 60...65 см. При этом орудие качественно выполняет основную свою функцию - вспашку почвы. Таким образом, была сформулирована задача – расширить функциональные возможности известного устройства, т.е. обеспечить его использование в качестве картофелекопателя при условии повышения результативности в этом направлении.

Поставленная цель решена патентуемым изобретением, которое, как и прототип, содержит следующие общие существенные признаки.

1. Укрепленные на раме пассивный плужный корпус с укороченным отвалом и активный ротор, установленный за ним.

2. Ротор имеет ферму, близкую к цилиндрической, и образован рабочими элементами двух видов, а именно подъемными лопатками, расположенными в нижней части ротора и образующими нижний ярус рабочих элементов. Эти лопатки размещены по 3- заходной спирали с углом захода 20...25°. Другой вид рабочих элементов – измельчающие стержни прямоугольного сечения. Они образуют второй ярус, расположены тоже по спирали, в частности по нисходящей, и снабжены накладными пластинами, жестко закрепленными на одной из их боковых граней.

Накладки шире несущих граней и поэтому выступают за их пределы.

3. Все измельчающие элементы закреплены на несущей втулке, которая, в свою очередь, насажена на вал. Последний через конический редуктор и приводной вал связан с валом отбора мощности трактора.

4. Элементы второго яруса образуют две ступени, каждая из которых содержит по четыре таких элемента, расставленные равномерно через 90°, т.е. крестообразно. При этом элементы верхней ступени повернуты вокруг оси вращения ротора и относительно элементов нижней ступени на 45°. Кроме того, все элементы закреплены на втулке таким образом, что их продольные оси перпендикулярны оси вращения ротора, а накладные пластины наклонны к горизонтальной плоскости.

Патентуемое изобретение в сравнении с прототипом имеет также и отличительные признаки.

1. Ротор снабжен дополнительным ярусом рабочих элементов, которые расположены над верхней кромкой укороченного сверху отвала пассивного корпуса и прикреплены к втулке.

2. Эти элементы расположены друг к другу оппозитно и равномерно, т.е. через 90°, и содержат, как и элементы второго яруса, основные несущие стержни и накладные пластины. Стержни по длине равны стержням второго яруса, а накладки выполнены съемными и прикреплены к стержням крепежными элементами (болтами), пропущенными сквозь пазы.

При этом в несущем стержне по его длине выполнен один паз, а в накладке - два. Пазы в накладной пластине выполнены перпендикулярно ее продольной оси и размещены в первой половине накладки, торцевые ребра которой скруглены.

3. Накладные пластины третьего яруса превышают по длине и ширине свои несущие стержни.

4. Рабочие элементы второго и третьего ярусов связаны с втулкой ротора с возможностью разъема, например, резьбовым соединением по принципу "винт-гайка". При этом крепежный участок выполнен на одном из концов каждого несущего стержня и снабжен фиксатором в виде контргайки.

5. На поверхности втулки в зоне второго и третьего ярусов в местах крепления рабочих элементов выполнены указатели угла наклона накладных пластин.

Патентуемое техническое решение позволяет при необходимости трансформировать схему устройства для выполнения одной из двух функций.

Так, за счет резьбового соединения рабочих элементов со втулкой, можно установить все элементы только по восходящим винтовым линиям и тогда устройство будет работать в режиме выкапывания клубней картофеля. При этом элементы третьего яруса предназначены для формирования параметров слоя картофеля на поверхности почвы и для съема части почвы, поступающей через верхнюю кромку отвала пассивного корпуса. Это способствует выделению клубней из почвы. Одновременно предложенные отличительные признаки способствуют улучшению сепарации почвы, улучшению подъема клубней на дневную поверхность. Очевидно также и то, что выкапывание клубней сопровождается и рыхлением почвы.

При использовании устройства для работы в режиме основной обработки почвы рабочие элементы устанавливают по схеме прототипа, т.е. по восходящим и нисходящим винтовым линиям.

Таким образом, обеспечивается расширение функциональных возможностей плуга и за счет этого расширение диапазона его использования.

Перечень чертежей, поясняющих сущность изобретения.

Фиг.1. Общая схема плуга-картофелекопателя (вид сверху).

Фиг.2. Часть устройства, содержащая пассивный корпус и роторный рабочий орган с элементами привода.

Фиг.3. Рабочий элемент второго яруса с узлом крепления к втулке ротора.

Фиг.4. Рабочий элемент второго яруса (вид А) с указателем угла наклона накладной пластины.

Фиг.5. Рабочий элемент третьего яруса (общий вид).

Фиг.6. Рабочий элемент третьего яруса (вид А). Размещение накладной пластины в вертикальной плоскости (I) и под углом к вертикали (II).

Фиг.7. Рабочий элемент третьего яруса. Размещение накладной пластины под углом α к продольной оси несущего пальца.

Рассмотрим осуществление изобретения на примере однокорпусного навесного плуга.

Устройство содержит (фиг.1, 2) пассивный корпус 1 с укороченным отвалом, закрепленный стойкой к раме. Рама имеет основную несущую балку 3, продольный 4 и поперечный брусья, а также рамку 6 механизма навески, за корпусом 1 на балке 3 с расстоянием 700 мм от носка лемеха до центра вращения по ходу движения и 300 мм от линии полевого обреза смонтирован ротор 2 (фиг.2), который содержит вертикальный вал 7 (⊘ 25 мм). На верхнем конце вала закреплена коническая шестерня 8, взаимодействующая с другой конической шестерней 9 редуктора. Шестерня 9 связана с карданным валом 10, а он соединен с валом отбора мощности (ВОМ) трактора (не показан). На валу 7 ротора насажена втулка 11 с толщиной стенки 27 мм, скрепленная с ним в нижней части шпонкой и контргайкой. Вал 7 опирается своей верхней частью на конический подшипник. На внешней поверхности втулки 11 укреплены три яруса рабочих элементов. В нижней части смонтированы три подъемные лопатки 12, наружная кромка которых выполнена по спирали Архимеда (фиг.2). Эти лопатки образуют первый ярус, высота которого приблизительно равна 150 мм. Нижняя кромка лопаток 12 заточена и способна подрезать почву. Лопатки расположены по трехзаходной восходящей спирали с углом захода 20° и выполнены из листовой стали (Г 20) толщиной 5 мм. Над подъемными лопатками 12 первого яруса размещены две ступени рабочих элементов 13 второго яруса (фиг.2, 3, 4). Эти элементы выполнены из трех частей (фиг.3, 4): несущего стержня 14 квадратного поперечного сечения, имеющего ширину грани 20 мм и длину рабочей части 110 мм. Нерабочий конец стержня 14 выполнен цилиндрическим и снабжен резьбой. На нем же расположена контргайка 15. Этим концом стержень 14 вворачивается в крепежное отверстие втулки 11, устанавливается в необходимом положении, которое и фиксируется контргайкой 15. На одной из граней стержня 14 при помощи сварки закреплена накладная пластина 16, имеющая габариты 5×60×110 мм. Эта накладка выступает одной частью за пределы несущей грани стержня на 40 мм, т.е. на двойную ширину последней, при этом верхнее ее ребро закруглено (фиг.4). Во втором ярусе расположено восемь рабочих элементов 13, образующих две ступени (по 4 элемента в каждой). Элементы 13 в каждой ступени расположены оппозитно через 90°. При этом элементы второй степени сдвинуты относительно элементов первой степени по направлению вращения ротора на 45° (фиг.1). Таким образом, элементы второго яруса расположены по четырехзаходной спирали с углом захода 50°.

На втулках 11 в местах крепления элементов 13 нанесены по окружности через 15° риски 17, образующие регулировочный сектор для установки угла наклона накладных пластин 16 при выполнении той или иной функции устройства (фиг.4).

Над элементами 13 второго яруса расположен третий ярус дополнительных элементов 18 (фиг.2, 5-7). Эти элементы включают стержни 19, накладные пластины 20 и узел крепления, аналогичные по конструкции элементам 13. Они также имеют крепежный конец цилиндрической формы с резьбой и контргайкой и соединены с несущей втулкой 11 по принципу "винт-гайка". Рабочая часть их стержней имеет параметры 10×30×110 мм. На одной из граней закрепляется накладная пластина 20 с размерами 10×70×120 мм. Однако в отличие от элементов второго яруса накладки 20 устанавливаются на своих несущих стержнях 19 с возможностью перемещения как вдоль них, так и поперек с установкой под некоторым углом α, образующимся между их продольными осями (фиг.7). Накладки 20 могут быть и сняты. Эти манипуляции с накладками обеспечивает узел крпеления, включающий один продольный паз в несущем стержне и два поперечных паза в накладке, которые выполнены в одной из половин (по длине) накладок. Кроме того, узел крепления включает два болта (М 10) с гайками 21, которые пропущены сквозь пазы 22. Продольный паз имеет длину 100 мм и ширину 10 мм, а поперечные пазы - соответственно 50 и 10 мм. Таким образом, патентуемый плуг имеет следующие основные технические характеристики: ширину захвата 350 мм, высоту отвала 400 мм, диаметр ротора 400 мм, высоту ротора - 480 мм. Масса плуга составляет 300 кг, способ соединения с трактором - навесной. Привод ротора - механический от ВОМ трактора. Частота вращения ротора до 600 мин^-1.

Предназначен для основной обработки почвы и для копки картофеля.

В режиме вспашки устройство используют следующим образом.

Вначале устанавливают элементы 13 и 18 (второго и третьего ярусов) по нисходящей спирали, т.е, по схеме прототипа. Для этого ослабляют контргайки 15 и гаечным ключом за стержни элементов поворачивают последние так, чтобы одна из диагоналей стержней установилась вдоль боковой образующей втулки 11. При этом накладки 16 и 20 должны свободной частью выступать вниз, т.е. под несущие стержни. При этом последние становятся как бы открытыми набегающей на них почве. На фиг.4 и 6 это соответствует I поз. Плуг приводят в рабочее положение, отрегулировав глубину вспашки, установив частоту вращения ротора и заглубляя его.

При рабочем процессе почвенный пласт, подрезанный пассивным корпусом, поступает к ротору. Нижняя часть пласта от лемеха и нижней части отвала поступает на подъемные лопатки, крошится ими и поднимается вверх. Другая часть пласта переходит через отвал и поступает к элементам второго и третьего ярусов.

При этом почва разрушается ребрами стержней и направляется вниз тыльной стороной накладных пластин 16 и 20, встречаясь с почвой, подаваемой лопаткой 12, они интенсивно перемешиваются. При необходимости регулируют угол установки наклонных пластин 16, 20, ослабляя контргайки 15, по рискам 17 регулировочного сектора.

В режиме картофелекопателя накладные пластины 16 устанавливают по восходящей спирали. Для этого накладные пластины 16 устанавливают в положение II (фиг.4), а накладные пластины 20 при этом устанавливают в положение I (фиг.6) и выдвигают их, увеличивая общую длину элементов 18 на 40...60 мм.

После установки накладные пластины 16 принимают следующее положение: угол установки к горизонтальной плоскости 48°, лицевая поверхность обращена к почве, основная часть несущих стержней 14 с крошащими ребрами находится под накладками.

Пассивный корпус 1 устанавливают на глубину вспашки 20...25 см, ротор приводят во вращение с частотой вращения 600 мин^-1 и рабочие органы заглубляют в картофельную грядку.

Почвенный пласт с клубнями подрезается лемехом, поднимается по лемешно-отвальной поверхности, частично кропится, при этом нарушается связь клубней с почвой и частично со столонами.

При попадании на рабочие элементы первого и второго ярусов ротора клубни поднимаются вверх на дневную поверхность почвы и рабочими элементами третьего яруса распределяются в виде полосы шириной до 45-60 см на некотором расстоянии от ротора. При этом процессе почва сепарируется, проходя между рабочими элементами ротора.

Испытания опытного образца устройства показали его успешную работу как плуга и как картофелекопателя. При необходимости регулирования распределения картофеля по почве накладки 20 можно установить под некоторым углом в пределах от 0 до 45°. При этом полоса картофеля может быть сформирована от 45,0 до 65,0 см. Вынос накладок вперед относительно верхней кромки отвала способствует съему и отбрасыванию верхней части почвы картофельной грядки и обнажению картофельного гнезда. Это способствует лучшему выделению клубней из почвы.

Патентуемое изобретение особенно необходимо фермерским хозяйствам, так как позволяет сократить в хозяйстве парк машин. Поэтому основное применение заявители видят именно в фермерских хозяйствах, в индивидуальных хозяйствах, а также в крупных коллективных хозяйствах.

Изобретение предназначено для основной обработки почвы и выкапывания картофеля. Устройство содержит плужный корпус 1 с укороченным отвалом, установленный за ним ротор с тремя ярусами рабочих элементов в виде подъемных лопаток 12 и стержней 14, 19 с накладными пластинами 16, 20. Рабочие элементы второго и третьего ярусов скреплены с несущей втулкой 11 ротора резьбовым соединением и зафиксированы контргайками 15. При необходимости изменения угла наклона пластин 16, 20 стержни можно повернуть в установочном отверстии, ослабив контргайки 15; накладные пластины 20 в третьем ярусе можно перемещать относительно несущих их стержней как по дуге, так и вдоль, для чего в стержнях и пластинах во взаимно перпендикулярном направлении выполнены пазы 22, а в них пропущены крепежные болты 21 с гайками. Рабочие элементы второго яруса могут быть установлены по нисходящим винтовым линиям в режиме вспашки и по восходящим винтовым линиям – в режиме выкапывания картофеля за счет поворота стержней вокруг их продольной оси на некоторый угол. Рабочие элементы третьего яруса, расположенные над отвалом, служат в основном для формирования полосы картофеля на поверхности поля и для отбрасывания части почвы с пласта. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Плуг, содержащий закрепленные на раме плужный корпус с укрепленным отвалом и расположенный позади него приводной вертикальный ротор с втулкой, на которой по многозаходной винтовой линии размещены рабочие органы первого яруса в виде подъемных лопаток и рабочие органы второго яруса, выполненные в виде рыхлительных пальцев, несущих накладные пластины, ширина каждой из которых больше ширины соответствующей опорной грани пальца, отличающийся тем, что в верхней части втулки ротора над верхней кромкой отвала плужного корпуса установлен третий ярус рабочих органов, выполненных в виде рыхлительных пальцев с накладными пластинами, прикрепленными к пальцам с возможностью регулирования своего положения, и рыхлительные пальцы второго и третьего ярусов присоединены к несущей их втулке резьбовыми соединениями с фиксаторами для поворота на заданную величину угла вокруг своей продольной осевой линии.2. Плуг по п.1, отличающийся тем, что втулка ротора снабжена выполненными в виде углового сектора указателем угла поворота рабочих элементов для работы орудия в режиме картофелекопателя, при этом фиксатор поворота выполнен в виде контргайки.3. Плуг по п.1, отличающийся тем, что в накладных пластинах и пальцах третьего яруса имеются крепежные пазы, расположенные во взаимно перпендикулярных направлениях, в которых размещены болты с гайками.4. Плуг по п.2, отличающийся тем, что двугранный угол между рабочими гранями рыхлительных пальцев и накладных пластин второго яруса выполнен скругленным.