ЛЕСОПОСАДОЧНАЯ МАШИНА Российский патент 2005 года по МПК A01C11/02 

Изобретение относится к механизации лесохозяйственных работ, в частности к лесопосадочным машинам дискретного принципа действия, работающим с прерывистым образованием посадочной щели в почве при непрерывном движении лесопосадочного агрегата.

Известны лесопосадочные машины (1-я группа машин), содержащие поворотный относительно рамы машины двуплечий маятниковый сошник с гидроприводом, включающим гидроцилиндр, шарнирно закрепленный на раме машины и связанный со вторым - верхним плечом сошника, а также золотниковый гидрораспределитель с механизмом его переключения [1-3].

В таких машинах маятниковый принцип заглубления сошника в почву, с движением носка сошника по дугообразной траектории с малым радиусом, обеспечивает качественное, без разрушения стенок, формирование прерывистой посадочной щели. При маятниковом движении сошника основание имеет самый малый задний угол (угол подъема от носка к пяте) по сравнению с другими траекториями заглубления сошника в почву. Благодаря этому высота сошника и, соответственно, глубина по той щели будут иметь минимально возможные размеры для заданной длины корневой системы высаживаемых растений. К тому же, при плавном переводе сошника из наклонного по отношению к почве положения в вертикальное обеспечивается высокая безотказность работы машины при попадании под сошник непреодолимых препятствий, например преодоление толстых корней без "якорения" - зацепления за них.

Однако во время выглубления, при обратном повороте сошника, его внутренняя полость забивается почвой вследствие врезания боковин в стенки посадочной щели, что приводит к некачественной заделке растений в щели, включая даже обратное их извлечение сошником. Поэтому требуется высокая согласованность между скоростями поступательного движения агрегата и качательного движения сошника. Аналогичными недостатками страдают также машины, у которых сошник шарнирно закреплен на качающемся относительно рамы поводке, и с механическими системами, обеспечивающими поворот двуплечего сошника и, соответственно, его заглубление и выглубление по дугообразной траектории относительно шарнира на поводке [4-6].

Известны лесопосадочные машины (2-я группа машин), у которых гидроцилиндр тоже связан с поворотным относительно рамы машины поводком, но двуплечий сошник, шарнирно закрепленный на поводке, снабжен механическими системами, обеспечивающими его заглубление и выглубление практически вертикально относительно почвы [7-9].

Сошник в этих машинах в сравнении с маятниковыми лишен недостатков работы при выглублении, а именно внутренняя полость не забивается почвой. Но зато это явление происходит при заглублении из-за того, что сошник, удерживаемый механическими системами в определенном положении относительно поводка, поворачивается (качается) вместе с ним относительно более удаленного шарнира поводка на раме машины и поэтому заглубляется в почву вертикально. Вследствие этого, чтобы при заглублении не забивалась почвой внутренняя полость сошника со стороны открытой части основания в результате его врезания в дно нарезаемой посадочной щели, требуется высокая согласованность поступательной и качательной скоростей носка сошника и значительное увеличение угла подъема основания - заднего угла резания. Последнее приводит к увеличению высоты сошника и глубины щели, что повышает энергоемкость рабочего процесса и ограничивает возможности работы машины на мелких почвах. Уменьшение заднего угла приводит к необходимости удлинения посадочной щели и, соответственно, к увеличению шага посадки. Кроме того, при вертикальном заглублении возрастает вероятность якорения сошника за мощные корневые включения в почве. Снабжение сошника в передней части наклонным предохранительным ножом с тупым углом вхождения в почву приводит к увеличению его размеров и, соответственно, энергоемкости процесса. А при установке перед сошником постоянно заглубленного в почву предохранительного ножа [7, позиция 7], наряду с увеличением энергозатрат при нарезании щели, теряется сам смысл в периодическом заглублении сошника.

Известна лесопосадочная машина (3-я группа машин, прототип), наиболее близкая к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков [10-12], у которой выдерживаются положительные стороны работы сошника при его маятниковом принципе заглубления (см. 1-ю гр. машин) и вертикальном извлечении из почвы (см. 2-ю гр. машин). В ней двуплечий сошник с захватно-высаживающим механизмом, снабженный автономным гидроцилиндром, установлен на качающемся относительно рамы машины поводке, приводимым в движение вторым (своим) гидроцилиндром. Независимые друг от друга качательные движения поводка относительно рамы машины и сошника относительно самого поводка осуществляются последовательно включаемыми в работу их автономными гидроцилиндрами, шарнирно установленными на раме посадочной машины и управляемыми через гидрораспределитель с механизмом его переключения. На раме машины имеется ограничитель (в виде подрамника с автономным, третьим, гидроцилиндром) опускания поводка в крайнее нижнее положение. Ограничителем подъема поводка в крайнее верхнее положение служит его гидроцилиндр при полностью втянутом штоке. При таком инженерном решении конструкции машины достигается наиболее рациональная технологическая схема заглубления и выглубления сошника: сошник при заглублении прорезает в почве с минимальным радиусом качания дугообразную щель и выглубляется практически вертикально, без обратного поворота относительно своего шарнира на поводке, что не приводит к разрушению стенок щели, забиванию внутренней полости почвой и обратному извлечению растений из щели. Сошник имеет минимально возможные значения заднего угла основания и высоты для заданной длины корней высаживаемых лесных растений и, соответственно, энергоемкости процесса работы.

Недостатками такой машины, вытекающими из двухцилиндрового привода сошниково-поводковой группы рабочих органов, являются снижение производительности, увеличенный шаг посадки и усложненная система управления последовательным переключением гидроцилиндров, работающая по принципу переключения гидроцилиндров по "давлению" (с использованием специальных клапанов) или по принципу переключения "по пути".

При создании изобретения ставилась задача расширить вышеописанный в прототипе арсенал дискретных лесопосадочных машин, обеспечивающих наиболее качественный характер заглубления-выглубления сошника и с повышенной производительностью за счет использования более надежного и простого в управлении работой одноцилиндрового привода сошниково-поводковой группы.

Для достижения этого технического результата лесопосадочная машина содержит двуплечий сошник с захватно-высаживающим механизмом, шарнирно закрепленный на качающемся относительно рамы машины поводке, ограничители подъема и опускания поводка относительно рамы машины, а также шарнирно закрепленный на раме гидроцилиндр поворота сошника относительно поводка, для этого в свою очередь шарнирно соединенный с верхним плечом сошника и управляемый в работе гидрораспределителем с механизмом его переключения, подключенным к гидросистеме трактора.

В отличие от известной в предлагаемой машине для того, чтобы гидроцилиндр сошника выполнял также функции подъема и опускания поводка (выполнявшиеся в прототипе вторым автономным гидроцилиндром) и обеспечивался аналогичный характер заглубления и выглубления из почвы сошника, последний снабжен механизмом фиксации относительно поводка в крайних заглубленном и выглубленном его положениях.

Взаимное фиксирование сошника с поводком может быть осуществлено известными техническими приемами и средствами, срабатывающими, например, по принципу подпружиненных рычажных двухпозиционных переключателей или храповых зацеплений, и другими видами конструктивного исполнения фиксаторов, защелок, стопоров и т.п. [13].

Так, в предложенной машине фиксацию (удержание) сошника относительно поводка после их перевода гидроцилиндром из одного крайнего положения в другое осуществляет пружина, закрепленная своими концами на поводке и сошнике. При этом пружина переходит границу линии, проходящей через центр шарнира сошника и ее конца, закрепленного на поводке, при заглублении сошника в почву. В этом случае сошник удерживается при дальнейшем выглублении в вертикальном положении усилием пружины. При переводе сошника в другое крайнее положение после его выглубления пружина может как переходить, так и не переходить указанную границу линии, так как при дальнейшем опускании сошниково-поводковой группы сохранение нужного наклонного положения сошника по отношению к почве перед заглублением достаточно обеспечивается весовыми нагрузками в шарнире сошника на поводке, препятствующими преждевременному переводу сошника в вертикальное положение. В зависимости от вида пружины устанавливается соответствующее место ее закрепления на сошнике: для пружины растяжения - на нижнем плече сошника, для пружины сжатия - на верхнем плече.

Механизм фиксации по варианту храпового зацепления содержит храповик, жестко связанный с сошником и совмещенный с осью его шарнира на поводке, и подпружиненную собачку, установленную на поводке, которая стопорит через храповик сошник в вертикальном положении перед его выглублением из почвы, а при подходе поводка к верхнему положению освобождает храповик и тем самым не препятствует переводу сошника в наклонное положение, а затем в вертикальное при его заглублении в почву. Сохранение наклонного положения сошника перед заглублением достаточно обеспечивается, как и в пружинном варианте, весовыми нагрузками в шарнире сошника. При необходимости может быть использован вариант храпового зацепления двухстороннего действия, стопорящий и освобождающий сошник в обоих крайних его положениях.

Благодаря оснащению сошниково-поводковой группы машины одной из широко известных в технике простейших и надежных в работе систем ее фиксации в рабочем положении процесс качественного формирования прерывистой посадочной щели в сравнении с прототипом обеспечивается более простым в управлении, надежным в работе и с меньшими энергозатратами одноцилиндровым гидроприводом. По этой же причине (при одинаковых рабочих параметрах насосных установок их гидравлических систем и сопротивлении почвы резанию сошниками) у предложенной машины появляется возможность сократить время одного рабочего цикла посадки и, соответственно, изменять шаг посадки в более широких пределах и повысить производительность лесопосадочного агрегата.

Предлагаемая лесопосадочная машина иллюстрируется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - общий вид машины, вид сбоку;

на фиг.2 - то же, с другим примером возможного исполнения механизма фиксации сошника на поводке.

Лесопосадочная машина (фиг.1) состоит из следующих основных составных частей. Рама 1, присоединяемая к трактору с помощью его гидравлической навесной системы, опирается на заделывающие катки 2 и содержит кабину (условно не показана) с сиденьем 3 для рабочего-оператора. В передней части рамы закреплен в шарнире 4 качающийся поводок 5, на ней же установлены ограничители 6-7 подъема-опускания поводка. На свободном конце поводка с помощью шарнира 8 установлен поворотный двуплечий коробчатый сошник 9. С верхним его плечом шарнирно связан установленный на раме машины качающийся гидроцилиндр 10, подключенный шлангами к гидравлической системе трактора через золотниковый гидрораспределитель (на чертеже не показан), установленный на машине. Управление работой гидрораспределителя (а именно, перемещением его золотника из одного рабочего положения в другое), направляющего поток рабочей жидкости в ту или иную полости гидроцилиндра, может осуществляться известными техническими средствами (на чертеже также не показаны): рычажно-педальными, управляемыми рабочим-оператором, или работающими в автоматическом режиме электрогидравлическими или механическими переключателями, описанными, например, в изобретениях-аналогах [5-8]. На сошнике установлен качающийся захват 11 для растения (например, один из захватно-высаживающих механизмов, описанных в тех же изобретениях-аналогах). При необходимости машина может быть снабжена защитно-предохранительным устройством или следящим щупом 12 для преодоления различных препятствий или автоматического выбора наиболее благоприятного места на почве для посадки растения.

Сошник 9 и поводок 5 снабжены механизмом их взаимного фиксирования в крайних (заглубленном и выглубленном) положениях сошника. Механизм фиксации может иметь различные конструктивные исполнения. Так, на фиг.1 он выполнен в виде пружины растяжения 13, связывающей поводок 5 и нижнее плечо сошника 9 и установленной так, что при при переводе сошника гидроцилиндром из одного крайнего положения в другое она создает натяжение то с одной, то с другой стороны относительно шарнира 8 на поводке, удерживая сошник в этих положениях. Необходимое для этого усилие натяжения пружины определяется из условия равенства моментов сил, развиваемых пружиной и гидроцилиндром относительно центра шарнира 8 в начале выглубления сошника из почвы. Усилие, развиваемое гидроцилиндром, достаточное для выглубления сошника, определяется в свою очередь из равенства моментов усилия гидроцилиндра и веса сошниково-поводковой группы относительно шарнира 4 на раме машины.

Вариант механизма фиксации, представленный на фиг.2, работающий по принципу, например, замкового шарнира, состоит из соосно установленного в шарнире 8 и жестко связанного с сошником зубчатого храповика 14 и взаимодействующей с ним, установленной на поводке, подпружиненной собачки 15, которые совместно препятствуют повороту сошника в шарнире при его выглублении. Для выключения собачки в верхнем выглубленном положении сошника служит упор, который в частном случае, как это показано на фиг.2, совмещен с ограничителем 6 подъема поводка.

Для ограничения хода штока гидроцилиндра или установления нужного положения сошника по отношению к поводку при заглублении и выглублении угол поворота сошника в шарнире 8 ограничен упорными элементами 16 или самим храповым зацеплением.

Лесопосадочная машина работает следующим образом.

При поступательном движении агрегата рабочая жидкость из гидросистемы трактора подается к гидрораспределителю машины, который, управляемый рабочим-оператором или автоматическим механизмом его переключения, направляет жидкость в соответствующие полости гидроцилиндра 10, приводя в реверсивное движение его шток. За исходное положение примем крайнее верхнее положение сошниково-поводковой группы, когда поводок 5 упирается в верхний ограничитель 6, а сошник 9 гидроцилиндром 10 переведен против часовой стрелки в горизонтальное положение до упора верхним элементом 16 в поводок или крайним выступающим зубом храповика 14 в собачку 15. При этом пружина 13 находится над центром шарнира 8 или на уровне осевой линии, соединяющей ее концы и центр шарнира 8, а по фиг.2 собачка 15 выведена упором-ограничителем 6 из зацепления с более низкими зубьями храповика 14. Рабочий вкладывает растение в захват 11 высаживающего механизма, который заводит корневую систему в полость сошника. Рабочая жидкость до этого момента направлялась гидрораспределителем в штоковую полость цилиндра 10.

После окончания втягивания штока происходит переключение золотника гидрораспределителя, и рабочая жидкость направляется в поршневую полость цилиндра 10. Шток выдвигается, и поводок 5, поворачиваясь в шарнире 4, начинает опускаться до нижнего ограничителя 7 с сохранением относительно поводка исходного положения сошника 9 под действием моментов силы пружины 13 и (или) веса поводка 5 с гидроцилиндром 10 относительно шарнира 8. После остановки поводка ограничителем 7, при дальнейшем выдвижении штока, сошник, носок которого находится у поверхности почвы, поворачиваясь в шарнире 8 по часовой стрелке по дуге окружности, переводится гидроцилиндром из наклонного в вертикальное положение и при поступательном движении машины, внедряясь в почву, нарезает дугообразно самую короткую из возможных посадочную щель без забивания его внутренней полости почвой. При этом пружина 13, перемещаясь вместе с сошником во второе крайнее положение, переводится ниже центра шарнира 8 и создает удерживающее сошник в этом положении натяжение. Храповое зацепление 14-15 (фиг.2) не препятствует повороту сошника по часовой стрелке. Во время завершения перевода сошника в вертикальное положение захват 11 выводит корневую систему растения из полости сошника в щель, в которой она обжимается почвой заделывающими катками 2 с одновременным освобождением растения из захвата.

После полного выдвижения штока гидроцилиндра 10 механизм переключения гидрораспределителя переводит его золотник в другое крайнее положение, и поток рабочей жидкости перенаправляется в штоковую полость. Шток начинает втягиваться и через сошник 9, удерживаемый пружиной 13 или храповым зацеплением 14-15 (фиг.2) в таком положении относительно поводка 5, поворачивает последний относительно шарнира 4 против часовой стрелки до упора в верхний ограничитель 6 подъема. Сошник 9, поднимаясь вместе с поводком, выглубляется из почвы по пологой, близко к вертикальной траектории движения относительно удаленного шарнира 4, что не приводит к забиванию почвой полости сошника и извлечению растения из посадочной щели пяточной частью его основания. После остановки поводка 5 ограничителем 6 в верхнем крайнем положении, при дальнейшем втягивании штока, сошник, поворачиваясь в шарнире 8 против часовой стрелки, переводится гидроцилиндром из вертикального в исходное наклонное положение. При этом (по фиг.1) не требуется никакого выключения пружинного механизма фиксации, а по фиг.2 собачка 15, предварительно войдя в контакт с ограничителем 6, выходит из зацепления с храповиком 14, тем самым не препятствуя повороту сошника. Захват 11 с момента высадки растения и до верхнего исходного положения сошника находится в выдвинутом из него положении, готовый для вкладывания в него растения рабочим. Далее рабочий цикл посадки повторяется.

Предлагаемая дискретная лесопосадочная машина в сравнении с аналогами обеспечивает лучший характер заглубления и выглубления сошника при более простом и надежном, чем в прототипе, одноцилиндровом приводе сошниково-поводковой рабочей группы. Благодаря этому обеспечиваются качественная посадка лесных растений и повышаются возможности в более широких пределах изменять шаг и скорость посадки при одних и тех же режимных параметрах работы гидросистемы.

Использованные источники

1. Авт. св. СССР № 594913, кл. А 01 С 11/02, опубл. 1978.

2. Авт. св. СССР № 704502, кл. А 01 С 11/02, опубл. 1979.

3. Авт. св. СССР № 1821077, кл. А 01 С 11/02. опубл. 1993.

4. Авт. св. СССР № 1475517, кл. А 01 С 11/02, опубл. 1989.

5. Авт. св. СССР № 1547740, кл. А 01 С 11/02, опубл. 1990.

6. Авт. св. СССР № 1738124, кл. А 01 С 11/02, опубл. 1992.

7. Авт. св. СССР № 1628892, кл. А 01 С 11/02, опубл. 1991.

8. Авт. св. СССР № 1665911, кл. А 01 С 11/02, опубл. 1991.

9. Зинин В.Ф. Применение гидравлических узлов при разработке лесохозяйственных машин // Лесохозяйственная информация. Пушкино, ВНИИЛМ, 2001. № 3. С.31-32.

10. Патент Франции № 2205804, кл. А 01 С 11/02, опубл. 1974.

11. Чернышев В.В. и др. Механизация лесопосадочных работ // Механизация и автоматизация лесохозяйственного производства. Обзорная Информация. - М.: ЦБНТИ Гослесхоза СССР, 1987. Вып.2. С.15-16.

12. Зинин В.Ф. Выбор схемы и исследование механизма привода сошника универсальной лесопосадочной машины для горных вырубок // Обоснование параметров лесохозяйственных машин. Сб. научн. тр. ВНИИЛМ. М., 1989. С.80-83.

13. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Спр. пособие. В 7 томах. Т.1: Элементы механизмов. Простейшие рычажные и шарнирно-рычажные механизмы. 2-е изд. - М.: Наука, 1979. 496 с. (см., например, механизмы ПР 138, 252, 265, 288, 300, 306, 321, 327, 357 и др.).

Изобретение относится к механизации лесохозяйственных работ, в частности к лесопосадочным машинам дискретного принципа действия, и расширяет их арсенал. Лесопосадочная машина содержит сошник с захватно-высаживающим механизмом, который шарнирно закреплен на поворотном относительно рамы машины поводке и связан с установленным на раме гидроцилиндром, управляемым в работе гидрораспределителем с механизмом его переключения, подключенным к гидросистеме трактора. Сошник снабжен механизмом фиксации относительно поводка в заглубленном и выглубленном его положениях, работающим, например, по принципу подпружиненных двухпозиционных переключателей или храповых зацеплений. Благодаря механизму фиксации один гидроцилиндр осуществляет в нужной последовательности качательные движения и поводка, и сошника с переводом последнего из наклонного в вертикальное положение при заглублении в почву и вертикальное его выглубление. Изобретение обеспечивает формирование прерывистой щели без забивания сошника почвой и качественную посадку растений. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Лесопосадочная машина, содержащая раму, поворотный относительно рамы поводок, ограничители подъема-опускания поводка, шарнирно закрепленный на поводке сошник с захватно-высаживающим механизмом, гидроцилиндр поворота сошника, гидрораспределитель и его переключатель, отличающаяся тем, что сошник снабжен механизмом фиксации относительно поводка в крайних его положениях.2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что механизм фиксации выполнен в виде пружины растяжения или сжатия, кинематически связывающей сошник с поводком, и содержит ограничитель угла поворота сошника относительно поводка.3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что механизм фиксации выполнен в виде храпового зацепления, храповик которого жестко связан с сошником и совмещен с осью его шарнира на поводке, а подпружиненная собачка установлена на поводке.