КОМБИНИРОВАННОЕ ОРУДИЕ ДЛЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ КАРТОФЕЛЯ
COMBINED TOOL FOR POTATO GROWING

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, в частности к плугам с ротационными рыхлителями, и предназначено как для основной обработки почвы, так и для выкапывания картофеля, т.е. для выполнения двух основных функций.
Известен «Плуг с ротационным рыхлителем» по А.С. №245468, МПК А01В, 17/00, который используют для обработки почвы. Он содержит закрепленные на раме последовательно пассивный плужный корпус и активный ротационный рыхлитель с вертикальным валом. В нижней части ротационного рыхлителя установлены винтообразные лопатки. Выше винтообразных лопаток находятся измельчающие элементы, выполненные в виде установленных под углом к оси вращения ножей, причем ножи выполнены регулируемыми по углу наклона к оси, соединением их верхней части при помощи тяг с подвижной муфтой.
Недостатком конструкции аналога является то, что ножи, работающие в режиме резания, на измельчение почвы затрачивают больше энергии, чем планки, работающие в ударном режиме. Соединение измельчающих элементов с помощью шарниров и тяг снижает надежность их крепления с вращающимся валом.
Известен плуг с комбинированными рабочими органами, также используемый только для обработки почвы, разработанный сотрудниками кафедры «Сопротивления материалов» ЧИМЭСХ, в котором ножи, расположенные в верхней части ротора, заменены закрепленными под углом 25-30° к оси вращения и оппозитно друг к другу и равномерно по окружности планками ударного действия. (М.Д. Подскребко, И.Я. Штейнерт, А.С. Тен. Плуг с комбинированными рабочими органами. // Тракторы и сельхозмашины, 1979. №4, стр. 28)
Недостатком этого устройства, предназначенного только для вспашки, является наличие пассивной зоны между подъемными лопатками и планками ударного действия. Регулирование степени крошения изменением оборотов ротора порождает, в свою очередь, два недостатка: сложность конструкции привода роторов и излишнюю степень воздействия планок на пласт в зоне большого радиуса.
Известно «Орудие для основной обработки солонцовых почв» по А.С. №1031414, МПК A01B 17/00, которое предназначено для обработки солонцовых почв тяжелого механического состава. Оно также содержит установленные последовательно плужный корпус с укороченным отвалом и активный ротор. На роторе над винтообразными лопатками расположены рыхлительные зубья прямоугольного сечения оснащенные накладными пластинами, закрепленными по нисходящей многозаходной спирали с углом захода в 45°. Подрезанный плужным корпусом пласт почвы одной своей частью поступает на винтовые нижние лопатки, а другой частью с укороченного отвала - на рыхлительные зубья. Эти части в вертикальной плоскости движутся встречно друг другу и активно крошатся и перемешиваются.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции и излишнее измельчение старопахотных почв среднего и легкого механического состава.
Известен «Плуг-картофелекопатель» по патенту №2236771, который предназначен для основной обработки почвы и выкапывания картофеля и принят нами за прототип. Устройство содержит плужный корпус с укороченным отвалом и установленный за ним ротор с тремя ярусами рабочих элементов в виде подъемных лопаток и стержней с накладными пластинами, а в третьем ярусе размещены рыхлительные пальцы с накладными пластинами, прикрепленными к пальцам с возможностью регулирования своего положения. Пальцы второго и третьего ярусов для поворачивания на заданный угол вокруг своей продольной оси присоединены к несущей втулке резьбовым соединением и снабжены фиксаторами в виде контргайки, втулка ротора снабжена указателем угла поворота. При использовании плуга-картофелекопателя в режиме вспашки рабочие пальцы и несущие стержни второго и третьего ярусов устанавливаются по нисходящей спирали, т.е. накладки находятся на тыльных гранях пальцев и стержней и свободной частью выступают вниз. В режиме работы плуга картофелекопателем накладные пластинки на рабочих пальцах второго яруса устанавливаются по восходящей спирали, т.е. на фронтальных гранях, причем свободная часть пластины находится выше пальца. Подвижные накладки третьего яруса устанавливаются в вертикальной плоскости. В процессе работы требуется корректировка положения этих пластин со смещением продольных осей пластин относительно стержней до ±45°, а также поворот несущих стержней на небольшой угол от вертикального положения пластин, для улучшения сепарации клубней и почвы.
Недостатком этого устройства является сложность настройки плуга-картофелекопателя на изменение его функции, ввиду необходимости регулирования большого количества рабочих элементов и ненадежность соединения и фиксирования рабочих элементов на несущей втулке.
Задача изобретения: повысить степень крошения пласта в режиме основной обработки почвы, снизить травмирование клубней при выкапывании картофеля, снизить трудоемкость переналадки плуга при изменении его функций, повысить надежность элементов конструкции
В режиме обработки почвы технический результат достигается тем, что плуг для обработки почвы и выкапывания картофеля содержит закрепленные на раме плужный корпус с укороченным отвалом и расположенный позади него приводной вертикальный ротор с втулкой, в нижней части втулки размещены по многозаходной винтовой линии рабочие органы первого яруса - подъемные лопатки, в средней части закреплены рабочие органы второго яруса - измельчающие элементы в виде рыхлительных пальцев, в верхней части втулки установлены рабочие органы третьего яруса в виде пластин, в отличие от прототипа, к верхней части втулки жестко прикреплен опорный диск, второй ярус состоит из рыхлительных пальцев, включающих несущие стержни с закрепленными на них съемными элементами в виде клиновидных призм, причем несущие стержни жестко закреплены к нижней поверхности опорного диска, а закрепленная к диску часть стержня составляет не менее 1/4 части его длины, третий ярус расположен над втулкой и опорным диском, состоит из наклонных бильных планок, жестко закрепленных под углом к вертикальной оси ротора, причем их нижние концы закреплены к втулке, средняя часть - к несущим стержням, а верхние концы соединены между собой.
В результате непосредственного воздействия наклонных бильных планок и клиновидных призм пласт интенсивно измельчается и благодаря ускорению, получаемому комками от наклонных планок по направлению вниз, а другой частью комков от подъемных лопаток вверх, происходит оборот пласта. Клиновидные призмы на роторе устанавливаются при обработке старопахотных почв.
Кроме того, на почвах, содержащих значительное количество растительности, технический результат одновременного крошения почвы и измельчения корней и стеблей растений достигается тем, что на несущих стержнях закрепляются съемные элементы в виде режущих ножей.
В режиме выкапывания картофеля технический результат достигается тем, что в отличие от прототипа второй ярус состоит из несущих стержней, к несущим стержням и наклонным бильным планкам прикрепляются выкапывающие пластины в виде многоугольника, нижняя сторона которых устанавливается с увеличивающимся от оси ротора зазором, а боковая сторона параллельна оси, причем выкапывающие пластины перекрывают зону действия рабочих органов второго и третьего ярусов, что защищает клубни от повреждений.
Таким образом, для перевода плуга из режима основной обработки в режим выкапывания клубней на роторе производится только замена съемных элементов на выкапывающие пластины, что снижает трудоемкость переналадки, по сравнению с прототипом.
Задача повышения надежности конструкции выполняется благодаря: жесткому закреплению не менее 1/4 части длины несущего стержня на опорном диске, жесткому соединению нижней части наклонной планки к несущей втулке, в средней части соединению несущего стержня и планки между собой, а в верхней части дополнительному соединению планок между собой. Закрепление выкапывающей пластины крайними точками по горизонтали к несущим стержням, крайними точками по вертикали к наклонным планкам тоже способствует повышению жесткости конструкции.
Таким образом, обеспечивается достижение технического результата при работе устройства в режиме вспашки или выкапывания клубней картофеля.
Перечень чертежей, поясняющих сущность изобретения.
Фиг. 1. Общая схема комбинированного орудия (вид сверху).
Фиг. 2. Ротор для обработки почвы.
Фиг. 3. Клиновидная призма.
Фиг. 4. Режущий нож.
Фиг. 5. Выкапывающая пластина.
Фиг. 6. Ротор для выкапывания картофеля.
Рассмотрим осуществление изобретения на примере однокорпусного навесного плуга.
Устройство содержит плужный корпус 1 (фиг. 1) с укороченным отвалом, закрепленный стойкой к раме. Рама имеет основную несущую балку 3, продольные 4 и поперечные 5 брусья, а также рамку 6 механизма навески, за корпусом 1 на балке 3 с расстоянием 650 мм от носка лемеха до центра вращения по ходу движения и 350 мм от линии полевого обреза смонтирован ротор 2. Вал ротора 7 посредством ведомого шкива 8, клиновых ремней 9, ведущего шкива 10, редуктора 11, опорно-приводного вала 12 получает вращение от вала отбора мощности трактора. Рабочие органы ротора с валом 7 (фиг. 2), шкивом 8 вращаются на подшипниках, установленных в опорном корпусе 13. На нижней части вала 7 ротора насажена втулка 21, скрепленная с валом шпонкой. На поверхности втулки 21 и опорного диска 16, жестко закрепленного к верхней части втулки 21, укреплены три яруса рабочих элементов. В нижней части смонтированы три подъемные лопатки 22. Нижняя кромка лопаток 22 заточена и способна подрезать почву. Лопатки расположены по трехзаходной винтовой линии с углом подъема 25°. К нижней поверхности опорного диска 16 жестко закреплены несущие стержни 17, причем закрепленная к диску часть стержня составляет не менее 1/4 части его длины. На концах несущих стержней 17 выполнены два отверстия. Клиновидная призма 18 (фиг. 3) изготовлена с сечением в виде равностороннего треугольника со сторонами в 20 мм из стали 65Г по «ГОСТ 14959-95. Прокат из рессорно-пружинной углеродистой стали".
Для закрепления фронтальной грани несущего стержня и рабочего ребра призмы параллельно друг к другу над крайними отверстиями на несущих стержнях к ним жестко закреплены вкладыши 20 (фиг. 2) толщиной, равной толщине планки. Для закрепления клиновидных призм и режущих ножей к несущим стержням служат шпильки 23 (фиг. 3 и 4) и гайки с шайбами 19 (фиг. 2), причем расстояние между шпильками равно расстоянию между отверстиями на стержнях 17. В зависимости от характеристики почвы для ее качественной обработки на стержнях могут устанавливаться клиновидные призмы 18 (фиг. 3) или режущие ножи 24 (фиг. 4). Рабочая часть наклонных бильных планок 15 (фиг. 2), жестко закрепленных под углом к вертикальной оси ротора, расположена над опорным диском и представляет третий ярус рабочих органов. Наклонные бильные планки нижним концом закреплены на втулке 21, средняя часть закреплена к несущим стержням 17, а верхние концы соединены кольцом 14.
Устройство для работы в режиме выкапывания картофеля настраивается после снятия рабочих элементов на несущих стержнях (клиновидных призм или режущих ножей). Затем с помощью соединительных элементов (болтов) 26 (фиг. 6) на двух отверстиях несущих стержней 17 (фиг. 2) и двух отверстиях бильных планок 15 впереди бильных планок закрепляются выкапывающие пластины 25 (фиг. 5, 6) в виде многоугольника, которые закрывают зону действия рабочих органов второго и третьего ярусов. Закрытие рабочих элементов интенсивного действия плоской выкапывающей пластиной защищает клубни от повреждений (фиг. 6).
Для устранения возможности защемления крупных комков почвы, клубней и инородных тел между нижней кромкой выкапывающих пластин и верхней поверхностью подъемных лопаток должен быть увеличивающийся от оси вращения ротора зазор. Расширяющийся зазор обеспечивается формой и размерами выкапывающей пластины. Выкапывающая пластина 25 (фиг. 5) представляет собой шестиугольник неправильной формы. У шестиугольника конструктивно значимыми являются четыре стороны. Две стороны параллельны оси ротора, прилежащая наклонной бильной планке повторяет ее внутренний контур, нижняя сторона составляет с горизонтальной плоскостью острый угол не менее 35°. Минимальное значение углового зазора на стыке нижней стороны выкапывающей пластины и верхней поверхности подъемной лопатки будет над линией максимального подъема, равного 25°. Оно равно 10° (фиг. 6). Работоспособность плуга в процессе выкапывания картофеля обеспечивает сочетание углового и линейного зазора возле втулки, равного 40 мм. На выкапывающей пластине просверлены два отверстия для болтового соединения с несущими стержнями и два - с наклонными бильными планками. На стержнях и планках отверстия просверлены на их концах на расстоянии, достаточном для обеспечения необходимой жесткости закрепленным выкапывающим пластинам.
Патентуемое комбинированное орудие для выкапывания картофеля имеет следующие основные технические характеристики: ширину захвата плужного корпуса 350 мм, ротора 150 мм. Вращение к ротору от вала отбора мощности (ВОМ) передается через редуктор и ременную передачу. При включении редуктора ВОМ на 540 об/мин, при номинальных оборотах двигателя трактора, частота вращения ротора 300 об/мин. При переключении на 1000 об/мин ротор вращается с частотой 600 об/мин.
В режиме основной обработки ротор в зависимости от состояния предстоящей к обработке почвы может оснащаться двумя разновидностями рабочих органов. Если почва старопахотная, на несущие стержни 17 (Фиг. 2) крепятся клиновидные призмы 18, на сильнозадерненных, засоренных сорняками полях или при заделывании сидератов на несущих стержнях 17 закрепляются съемные элементы в виде режущих ножей 24 (Фиг. 2-4). При вспашке редуктор ВОМ включен на 540 об/мин, двигатель трактора работает в номинальном режиме.
Комбинированное орудие приводят в рабочее положение, отрегулировав глубину вспашки 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 проходит через отвал и поступает к элементам второго и третьего ярусов. При этом почва разрушается ребрами клиновидной призмы, бильными наклонными планками. В результате непосредственного воздействия наклонных бильных планок и клиновидных призм пласт интенсивно измельчается и благодаря ускорению, получаемому комками от наклонных планок по направлению вниз, а другой частью комков от подъемных лопаток вверх, происходит оборот пласта.
На почвах, содержащих значительное количество растительности (на сильнозадерненных, засоренных сорняками полях или при заделывании сидератов), одновременное крошение почвы, измельчение корней и стеблей растений и оборот пласта достигаются благодаря тому, что на несущих стержнях закреплены съемные элементы в виде режущих ножей.
Для работы устройства в режиме выкапывания картофеля рабочие элементы на несущих стержнях (клиновидные призмы или режущие ножи) снимаются и взамен них с помощью соединительных элементов (болтов) 26 (фиг. 6) над подъемными лопатками 22, на отверстиях несущих стержней и бильных планок, закрепляются выкапывающие пластины (25) в виде многоугольника. Редуктор ВОМ переключается на частоту вращения 1000 об/мин при номинальном режиме работы двигателя трактора. Проведенными испытаниями прототипа установлено, что энергоемкость процесса при выкапывании плугом-картофелекопателем 2,0-2,5 раза ниже, чем при вспашке. Поэтому уменьшением подачи топлива двигатель трактора настраивается на режим работы с частотой ниже номинальной. В зависимости от состояния почвы гребня необходимая частота вращения ротора от 300 до 400 об/мин.
Выкапывание картофеля, посаженного по гребневой технологии, производится с одного рядка следующим образом: тракторный агрегат с плугом, двигаясь по полю, подкапывает пассивным корпусом клубненосный гребень на глубину чуть больше глубины залегания нижних клубней, приподнимает пласт, частично разрушает и под определенным углом и скоростью, примерно равной половине скорости движения агрегата, подает на ротор, вращающийся с определенной угловой скоростью. Пласт подвергается ударному воздействию выкапывающих пластин ротора, которые отбрасывают клубни на поверхность поля в правую сторону от прохода агрегата полосой 1-1,5 м. Благодаря особенности конструкции выкапывающей пластины, заключающейся в том, что наружный контур ее параллелен оси вращения, воздействие ротора на оборот пласта сводится к минимуму. В зависимости от высоты подъема по пассивной отвальной поверхности различных частей вороха картофельного гребня эти части получают различную дальность полета в направлении, поперечном направлению движения агрегата. Почва гребня равномерно раскладывается от ротора на всю ширину полосы. Благодаря раскладыванию вороха тонким слоем достигается визуальная открытость отделения клубней от почвы и ботвы, что облегчает их дальнейший сбор.
Применение комбинированного орудия для выкапывания картофеля позволяет в режиме обработки почвы обеспечить качественную обработку различных по составу и свойствам почв, в режиме выкапывания картофеля сохранить не поврежденными клубни картофеля, снизить трудоемкость переналадки плуга при изменении его функций и снизить затраты времени на устранение неполадок.