РАЗБРАСЫВАТЕЛЬ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ
FERTILISER SPREADER

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для внесения удобрений, и предназначено для поверхностного распределения твердых минеральных удобрений в гранулированном или кристаллическом виде.
Известен навесной разбрасыватель минеральных удобрений, агрегатированный с трактором и содержащий бункер с предохранительной решеткой и дозирующими отверстиями, а также перемешивающее устройство и рассеиватель с приводом от вала отбора мощности трактора [Халанский В.М. Сельскохозяйственные машины [В.М. Халанский, И.В. Горбачев. - М.: КолосС, 2003. - 624 с.].
Недостатком данного разбрасывателя является низкая равномерность распределения удобрений по поверхности поля.
Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является навесной разбрасыватель минеральных удобрений, агрегатированный с трактором и содержащий размещенный на раме бункер с наставкой, предохранительной решеткой и отверстием в днище, перемешивающее устройство - ворошитель, выполненный в виде четырех изогнутых ворошилок, симметрично расположенных на эксцентрике с помощью втулки, а также рассеиватель, выполненный в виде двух дисков с четырьмя лопатками, снабженными втулками, причем ворошилка и рассеиватель соединены с валом отбора мощности трактора через вал редуктора с помощью штифтов, а дозирующие отверстия выполнены с возможностью регулирования их размера с помощью заслонок днища бункера через тягу рычагом [прототип - RU 2343678 C2, МПК A01C 15/00, опубликовано 20.01.2009].
Недостатком данного изобретения также является низкая равномерность распределения удобрений по поверхности поля и необходимость частых и трудоемких настроек аппарата на симметричность и равномерность рассева.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение равномерности распределения удобрений по поверхности поля при минимуме эксплуатационных регулировок.
Поставленная задача достигается тем, что в разбрасывателе минеральных удобрений, агрегатированном с трактором и содержащем закрепленный на раме бункер с наставкой, предохранительной решеткой и отверстием в днище, с регулировочными заслонками и рассеиватель с лопастями, приводимый от вала отбора мощности трактора, под отверстием в днище бункера расположены две поворотные заслонки, размещенные одна под другой, причем в одной из них изготовлены две одинаковые дозирующие прорези, смещенные относительно друг друга вокруг оси рассеивателя на угол 90°, средние линии которых заданы в полярных координатах логарифмическими спиралями вида
<mrow><mi>ρ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>R</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>ϕ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mi>exp</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>ϕ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>ϕ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>θ</mi><mo>−</mo><mi>M</mi><mi>α</mi><mo>−</mo><mi>λ</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
,
где R - наружный радиус диска, м;
φ - угол трения частиц по лопаткам и диску, рад;
Мα - математическое ожидание угла бросания, принимаемое для первой спирали равным 3π/4, для второй -5π/4 рад;
θ - угол между абсолютной скоростью и радиус-вектором частицы при сходе с лопатки, рад;
λ - угловая координата, рад,
причем угол β между касательной к спирали и радиус-вектором равен
<mrow><mi>β</mi><mo>=</mo><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>c</mi><mi>cot</mi><mi>g</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>sin</mi><mi>ϕ</mi></mrow><mrow><mi>cos</mi><mi>ϕ</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
,
2
где g - ускорение свободного падения, м/с,
во второй поворотной заслонке тоже изготовлены две дозирующие прорези, смещенные относительно друг друга на 90°, середины которых заданы в полярных координатах логарифмическими спиралями вида
<mrow><mi>ρ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>R</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>ϕ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mi>exp</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><mrow><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>ϕ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>ϕ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>θ</mi><mo>−</mo><mi>M</mi><mi>α</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><mi>λ</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
,
<mrow><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mi>cot</mi><mi>g</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>β</mi><mo>−</mo><mfrac><mi>π</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
где
.
Помимо прочего над поворотными заслонками установлена отсекающая заслонка, изготовленная и размещенная таким образом, что в одном из крайних положений полностью перекрывает отверстие в днище бункера, а в другом - находится вне зоны его расположения. Кроме того, высота лопастей рассеивателя линейно изменяется таким образом, что у края каждой лопасти, обращенного к центру рассеивателя составляет 30…50% высоты лопасти у его периферии, при этом каждая лопасть снабжена козырьком, направленным в сторону заданного вращения рассеивателя и выполненным по винтовой поверхности таким образом, что у края лопасти, обращенного к центру рассеивателя, угол между его плоскостью и плоскостью диска рассеивателя 45°, а у периферии рассеивателя этот угол равен нулю, кроме того, у периферийных концов лопастей, размещены укосники, угол наклона рабочей поверхности которых к плоскости диска рассеивателя меньше (90-φ), где φ - минимальный угол трения удобрений по ее поверхности.
Также в центральной части рассеивателя, соосно ему закреплена коническая вставка, основание которой примыкает к верхней поверхности диска рассеивателя, причем радиус основания конической вставки равен расстоянию от центра поворотной заслонки до наиболее удаленных от него кромок дозирующих прорезей, а высота - не меньше высоты лопасти у края, обращенного к центру рассеивателя.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен разбрасыватель минеральных удобрений; на фиг.2. - рассеиватель; на фиг.3 - днище бункера с заслонками; на фиг.4 - схема построения ортогональных спиралей при проектировании прорезей заслонок; на фиг.5 - схемы построения прорезей заслонок; на фиг.6 - форма одного из дозирующих отверстий при различных углах поворота одной из поворотных заслонок.
Разбрасыватель минеральных удобрений содержит бункер 1 (фиг.1), закрепленный на раме 2, в верхней части которого расположены наставка 3 и предохранительная решетка 4. В днище бункера 1 имеется отверстие 5. Под ним расположен рассеиватель 6, с четырьмя лопастями 7 (фиг.1 и 2), который связан через редуктор 8 (фиг.1) с валом отбора мощности трактора. Над рассеивателем 6, одна под другой установлены две поворотные заслонки 9 и 10 (фиг.3). В одной из поворотных заслонок 9 изготовлены две одинаковые дозирующие прорези 11 и 12, смещенные относительно друг друга вокруг оси вращения рассеивателя 6 на угол α=90° (фиг.3 и 5), средние линии которых заданы в полярных координатах (фиг.4) логарифмическими спиралями вида
<mrow><mi>ρ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>R</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>ϕ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mi>exp</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>ϕ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>ϕ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>θ</mi><mo>−</mo><mi>M</mi><mi>α</mi><mo>−</mo><mi>λ</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
,
где R - наружный радиус диска, м;
φ - угол трения частиц по лопаткам и диску, рад;
Mα - математическое ожидание угла бросания, принимаемое для первой спирали равным 3π/4, для второй -5π/4 рад;
θ - угол между абсолютной скоростью и радиус-вектором частицы при сходе с лопатки, рад;
λ - угловая координата, рад.
Угол β между касательной к спирали и радиус-вектором равен
<mrow><mi>β</mi><mo>=</mo><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>c</mi><mi>cot</mi><mi>g</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>sin</mi><mi>ϕ</mi></mrow><mrow><mi>cos</mi><mi>ϕ</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
2
где g - ускорение свободного падения, м/с.
Во второй поворотной заслонке 10 тоже изготовлены две дозирующие прорези 13 и 14 также смещенные относительно друг друга на 90°, а их средние линии заданы в полярных координатах (фиг.4) логарифмическими спиралями вида
<mrow><mi>ρ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>R</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>ϕ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mi>exp</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><mrow><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>ϕ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>ϕ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>θ</mi><mo>−</mo><mi>M</mi><mi>α</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><mi>λ</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
,
<mrow><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mi>cot</mi><mi>g</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>β</mi><mo>−</mo><mfrac><mi>π</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
где
, чем обеспечивается пересечение спиралей первой и второй заслонок под прямым углом и форма дозирующего отверстия, близка к квадрату (фиг.4 и 6). Контуры дозирующих прорезей верхней и нижней поворотных заслонок 9 и 10 построены путем наложения на расчетные логарифмические спирали огибающих семейств окружностей (фиг.5), диаметр которых определен расчетным методом, исходя из требуемого расхода удобрений.
Помимо этого над поворотными заслонками 9 и 10 (фиг.3), прилегая к днищу бункера 1, установлена дополнительная заслонка 15, изготовленная и размещенная таким образом, что в одном из крайних положений полностью перекрывает отверстие 5, а в другом - находится вне зоны его расположения.
Лопасти 7 (фиг.2) рассеивателя 6 выполнены таким образом, что их высота линейно изменяется - у края, обращенного к центру рассеивателя 6, она составляет 30…50% высоты лопасти 7 у периферии рассеивателя 6, при этом каждая лопасть 7 снабжена козырьком, направленным в сторону заданного вращения рассеивателя 6, причем козырек каждой лопасти 7 выполнен по винтовой поверхности таким образом, что со стороны лопасти 7, обращенной к центру рассеивателя 6, угол β между его плоскостью и плоскостью диска рассеивателя 6 равен 45°, а у периферии рассеивателя 6 этот угол равен нулю. Помимо прочего, у внешних концов лопастей 7, размещены сменные укосники 16 (фиг.2), угол γ наклона рабочей поверхности которых к плоскости диска рассеивателя 6 меньше (90-φ), где φ - минимальный угол трения удобрений по ее поверхности.
В центральной части рассеивателя 6, соосно ему закреплена коническая вставка 17 (фиг.2), основание которой примыкает к верхней плоскости диска рассеивателя 6, причем радиус основания конической вставки равен расстоянию от центра поворотной заслонки 9 до наиболее удаленных от него кромок дозирующих прорезей 11 и 12, а высота - не меньше высоты лопасти 7 у края, обращенного к центру рассеивателя 6.
Предлагаемый разбрасыватель минеральных удобрений работает следующим образом.
Удобрения засыпают в бункер 1, расположенный на раме 2. При этом наставка 3 позволяет при необходимости изменять технологический объем бункера 1, а предохранительная решетка 4 предотвращает попадание в него крупных включений, могущих отрицательно сказаться на работе разбрасывателя минеральных удобрений. Из бункера 1 удобрения, через отверстие 5 в его днище и дозирующие отверстия, образованные пересечением дозирующих прорезей 11 и 12 поворотной заслонки 9 с дозирующими прорезями 13 и 14 поворотной заслонки 10, подаются на рассеиватель 6. При этом перемещение поворотной заслонки 9 относительно поворотной заслонки 10 позволяет изменить дозу внесения удобрений, а совместное их синхронное перемещение относительно оси рассеивателя 6 позволяет регулировать место подачи туков на него, что влияет на симметричность распределения и ширину рассева удобрений. Причем форма дозирующих прорезей 11, 12, 13 и 14 выполненных по логарифмической спирали позволяет при изменении дозы внесения удобрений сохранять сектор их рассева постоянным, а смещение дозирующих прорезей 11 и 12, а также 13 и 14 на 90° относительно друг друга обеспечивает оптимальную степень перекрытия секторов разброса удобрений от каждого дозирующего отверстия. Наличие отдельной отсекающей заслонки 15 позволяет перекрывать дозирующие отверстия, образованные пересечением дозирующих прорезей 11 и 12 с дозирующими прорезями 13 и 14, при окончании работы и открывать их перед ее началом без нарушения предварительных настроек дозы и места подачи удобрений на рассеиватель 6.
Пройдя через дозирующие отверстия, удобрения падают на коническую вставку 17, радиус которой обеспечивает попадание на нее частиц материала при любом положении дозирующих отверстий, относительно оси рассеивателя 6. Коническая вставка 17 придает частицам удобрений начальную скорость, что уменьшает ударные нагрузки на них со стороны лопастей 7 и снижает вероятность дробления гранул удобрений, что сказывается на равномерности их распределения и последующей эффективности использования элементов питания. Под действием центробежной силы туки сходят с конической вставки 17 и попадают на лопасти 7 рассеивателя 6, которые распределяют удобрения веерообразным потоком по поверхности поля. Соотношение высот конической вставки 17 и кромки лопасти 7 позволяют исключить подачу удобрений в пространство над лопастью 7. Винтовая форма и угол установки козырьков β=45° у края лопасти 7, обращенного к центру рассеивателя 6, повышают эффективность захвата подаваемого с конической вставки 16 материала, исключая его отскок, от внешней поверхности козырька лопасти 7, а горизонтальное расположение козырьков у периферийных краев лопастей 7 повышает дальность бросания удобрений и равномерность их распределения. Заданное соотношение высот центральной и периферийной кромок лопасти 7 снижает жесткость взаимодействия частиц материла с внутренней поверхностью их козырьков, также уменьшая вероятность дробления частиц материала. Наличие укосников 16 позволяет увеличить дальность метания частиц, а угол γ расположения их рабочих поверхностей предотвращает отрицательное перераспределение материала укосником 16 на сходе с лопасти 7 рассеивателя 6.