РОТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКАШИВАНИЯ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ БОТВЫ ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР
ROTARY DEVICE FOR MOWING AND CHIPPING OF TOPS OF VEGETABLES

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к устройствам для скашивания и измельчения ботвы овощных культур (картофеля, сахарной свеклы, моркови) перед их выкопкой.
Известны различные устройства уборки ботвы овощных культур (аппарат ботвотеребильный, аппарат с цепным ротором, аппарат бильного действия).
Для удаления и сбора ботвы овощных культур в настоящее время в России применяются машины КИР-1,5 и УБД-ЗА [Карпенко А.Н., Халанский В.М. Сельскохозяйственные машины, 1989, с.233]. Косилка-измельчитель КИР-1,5 применяется для скашивания и измельчения стеблей кукурузы, подсолнечника и картофельной ботвы. Измельчающий барабан представляет собой трубчатый вал, на котором по винтовой линии шарнирно закреплены молотковые ножи. Измельченная масса поступает в бункер или загружается в кузов транспортного средства, а также может распределяться по полю. Недостатки машины: невысокое качество измельчения массы и увеличение нагрузки на дробильный аппарат, в результате чего часто ломаются молотки, и нарушается динамическая уравновешенность дробителя, невозможность подрезания и измельчения полеглой ботвы.
Известны ботвоуборочные машины (RU 2034433, МКИ A0D 23/02,05.10,1995 г.), включающие ротационные рабочие органы с вертикальной осью вращения, рабочая поверхность которых имеет винтообразную форму, кожух для направления и устройство для выгрузки ботвы.
Недостатком известной ботвоуборочной машины является то, что при работе происходит разброс ботвы перед машиной, в результате чего снижается производительность машины. Ботва, которая остается за ботвоудаляющей машиной, мешает протеканию технологического процесса уборки картофеля. Кроме того, эти машины применяются только для уборки ботвы картофеля.
В качестве прототипа предлагаемого изобретения использован патент №2456792 «Роторное устройство для скашивания и измельчения травяной растительности» (RU 2456792 C1 МПК А01D 33/02;23).
Согласно патенту скашивание и измельчение травяной растительности осуществляется посредством использования роторного устройства, представляющего собой закрепленные на раме плуга-картофелекопателя вертикальные роторы, включающие вал, установленный в корпусе подшипников, и закрепленный на валу рабочий орган, на верхнем конце вала установлен шкив, передающий вращение от вала отбора мощности трактора с помощью клиноременной передачи через конический редуктор, а рабочий орган состоит из нескольких рядов жестких звездчатых дисков с выступающими концами, на которых неподвижно установлены катушки со шпулями с фиксирующим устройством и намотанными на них гибкими режущими нитями. Ряды звездчатых дисков повернуты относительно оси вала по отношению друг к другу на угол 30…90°, что позволяет увеличить измельчение ботвы, а за пределами указанных величин измельчение фракций будет более крупным, что снизит качество измельчаемого продукта и увеличит сроки перегнивание ботвы. В качестве гибких режущих нитей использованы стальной канат или нейлоновая леска необходимой толщины. В качестве фиксирующего устройства для регулирования длины вытягиваемой нити со шпули использована цанга стопорного устройства, расположенная в корпусе катушки.
Недостатками данного устройства является возможность подрезания и измельчения ботвы овощных культур, находящихся только в вертикальном (стоящем) положении. При этом полеглая ботва, что часто имеет место в период скашивания ботвы, остается не подрезанной.
Заявителем была сформирована задача расширить функциональные возможности известного устройства, и на базе его разработать устройство для скашивания и измельчения полеглой ботвы овощных культур.
Поставленная задача решается предлагаемым изобретением, в котором скашивание и измельчение ботвы овощных культур осуществляется посредством использования роторного устройства, представляющего собой закрепленные на раме плуга-картофелекопателя вертикальные роторы, включающие вал, установленный в корпусе подшипников, и закрепленный на валу рабочий орган, на верхнем конце вала установлен шкив, передающий вращение от вала отбора мощности трактора с помощью клиноременной передачи через конический редуктор, а рабочий орган состоит из нескольких рядов жестких звездчатых дисков с выступающими концами, на которых неподвижно установлены катушки со шпулями с фиксирующим устройством и намотанными на них гибкими режущими нитями. Ряды звездчатых дисков повернуты относительно оси вала по отношению друг к другу на угол 30…90°, что позволяет увеличить измельчение ботвы, а за пределами указанных величин измельчение фракций будет более крупным, что снизит качество измельчаемого продукта и увеличит сроки перегнивание ботвы. В качестве гибких режущих нитей использованы стальной канат или нейлоновая леска необходимой толщины. В качестве фиксирующего устройства для регулирования длины вытягиваемой нити со шпули использована цанга стопорного устройства, расположенная в корпусе катушки, в отличие от прототипа вал с приводными шкивами и рабочими органами в виде дисков выполнен полым, внутри которого соосно в подшипниках установлен внутренний вал, вверху которого установлен приводной шкив, а в нижней части установлены ножи с крючками для подъема ботвы овощных культур и подрезания их. Для подачи подрезанной полеглой ботвы овощных культур вверх к режущим нитям для измельчения ножи выполнены сложной геометрической формы с увеличивающимся углом скручивания и загиба ножа от оси ротора к наружному концу ножа в направлении, противоположном вращению ротора.
Технический результат применения предлагаемого устройства достигается за счет того, что роторное устройство для скашивания и измельчения ботвы овощных культур, содержащее закрепленные на раме вертикальные роторы, включающие вал, установленный в корпусе подшипников с приводными шкивами и рабочими органами в виде дисков с закрепленными на них катушками с режущими нитями, в отличие от прототипа, для подъема полеглой растительности, ее подачи на рабочие органы и измельчения вал с рабочим органом выполнен полым, внутри него установлен соосно в подшипниках внутренний вал с приводным шкивом наверху, в нижней части внутреннего вала установлены режущие ножи с жестко закрепленными на них со стороны режущей части подъемными крючками.
Режущие ножи выполнены сложной геометрической формы, с увеличивающимся углом скручивания β<37° и углом загиба ножа α<45° от оси роторов к наружному концу ножа, изогнутые в направлении, противоположном вращению внутреннего вала ротора, расстояние между подъемными крючками равно не менее двукратной среднестатистической ширины основания выступающих из почвы ботвы овощных культур.
Кроме того, полый вал и внутренний вал установлены с возможностью регулирования скорости вращения, причем необходимая скорость вращения полого вала роторов задана в пределах 1000-3500 об/мин, а скорость вращения внутреннего вала с режущими ножами - в пределах 300-1000 об/мин.
Предлагаемое техническое решение позволяет при необходимости трансформировать плуг-картофелекопатель в устройство для скашивания и измельчения ботвы овощных культур, выполнять несколько функций, обеспечить расширение функциональных возможностей плуга-картофелекопателя за счет его использования для скашивания как стоящей, так и полеглой ботвы овощных культур.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлена общая схема роторного устройства на базе плуга-картофелекопателя с элементами привода (вид сверху); на Фиг.2 - ротор с элементами рабочего органа; на Фиг.2a - сечение A-A.
Устройство содержит (Фиг.1) раму 1 трехкорпусного роторного плуга, на котором установлены два вертикальных ротора 2. Ротор 2 (Фиг.1 и 2) состоит из корпуса 12 (Фиг.2), внутри которого на подшипниках 20 расположен вращающийся полый вал 11, на верхнем конце которого установлен шкив 4, а в нижней части вала установлен съемный рабочий орган 13 для скашивания и измельчения ботвы овощных культур. Съемный рабочий орган 13 состоит из нескольких рядов жестких дисков 18, на которых неподвижно установлены катушки 17 со шпулями и намотанными на них гибкими режущими нитями 16 (нейлоновая леска или металлический тросик). Ряды дисков 18, на которых катушки повернуты относительно оси вала по отношению друг к другу на угол 30…90°. Внутри катушки 17 находится шпуля с намотанными на нее гибкими режущими нитями 16. Для регулирования длины вытягиваемой нити со шпули установлена цанга стопорного устройства, расположенного в катушке. Внутри полого внешнего вала 11 пропущен внутренний вал 19, установленный в подшипниках 21, на верхнем конце которого установлен шкив 3, а в нижней части внутреннего вала 19 установлены режущие ножи 15 с подъемными крючками 14 для подъема полеглой ботвы овощных культур и подрезания их.
Рабочий орган 13 и режущие ножи 15 с подъемными крючками 14 получают вращение от вала отбора мощности трактора через карданный вал 10 (Фиг.1), редуктор 9, ведущие шкивы 7 и 8 и клиноременные передачи 5 и 6. При этом рабочий орган 13 (Фиг.2) получает вращение через шкивы 4 и 8 (Фиг.1) и клиноременную передачу 5, а режущие ножи 15 (Фиг.2) через шкивы 3 и 7 (Фиг.1) и клиноременную передачу 6. В ротор 2 (Фиг.1 и 2) входит 3 комплекта сменных шкивов 3, 4, 7 и 8 (Фиг.1), которые позволяют регулировать обороты рабочего органа 13 (Фиг.2) и режущего ножа 15 в указанных в описании пределах.
Предлагаемое роторное устройство для удаления измельчения ботвы овощных культур имеет следующие технические характеристики. Ширина захвата, при ширине междурядья B=70 см, составляет 140 см, высота ротора 550 мм, диаметр режущего элемента - нейлоновой лески 3…4 мм, стального каната - 2…3 мм, способ соединения устройства с трактором - навесной. Привод ротора - механический от вала отбора мощности трактора.
Устройство работает следующим образом. С целью скашивание ботвы плуг-картофелекопатель трансформируют, для чего снимают пассивный и активный рабочие органы и на место первого и третьего активных рабочих органов устанавливают предлагаемые ротора 2 (Фиг.1). Обороты режущих элементов и вращающихся ножей регулируют при помощи сменных шкивов 3, 4, 7 и 8. Рабочим органом 13 (Фиг.2) производят резку ботвы овощных культур, при этом кусочки измельченной ботвы, падая вниз, попадают под вращение нижерасположенных режущих нитей 16. В результате действия центробежных сил, срезанные кусочки будут иметь хаотичное движение в пространстве, а расщепление стеблей массы будет иметь как поперечное, так и продольное направления, что позволяет не просто срезать ботву и превращать ее в мульчу (то есть сильно измельчать), но и распределять по поверхности поля, что способствует обогащению почвы. Для подрезания ботвы овощных культур непосредственно от поверхности поля, а также для поднятия полеглой ботвы и подачи ее вверх для измельчения установлены режущие ножи 15 (Фиг.2) сложной геометрической формы, снабженные крючками для поднятия полеглой ботвы 14, с увеличивающимся углом скручивания β и загиба ножа α от оси ротора к наружному концу ножа в направлении, противоположном вращению ротора ω.
Расчетами установлено, что при значениях углов β>37° и α>45° растительная масса будет отброшена в сторону от режущих элементов и не обеспечится качественное измельчение растительности.
Опытные данные показывают, что при расстоянии между подъемными крючками менее двукратной среднестатистической ширины основания выступающих из почвы стеблей травяной растительности происходит забивание стеблей между крючками и нож потеряет работоспособность.
Частота вращения рабочего органа 13 для измельчения ботвы овощных культур и частота вращения режущего ножа 15 выбраны из опытных данных, полученных в результате наших исследований. При малых значениях частоты теряется работоспособность рабочих органов, а при больших оборотах происходит разбрасывание массы на большее расстояния, недопустимое согласно требованиям безопасности.
Частота вращения рабочего органа для измельчения ботвы овощных культур регулируется в пределах от 1000 до 3500 об/мин, а частота вращения режущего ножа в пределах 300… 1000 об/мин при помощи сменных шкивов в зависимости от размеров и массы ботвы убираемых культур.
После скашивания и измельчения ботвы устройство трансформируют в плуг-картофелекопатель и производят уборку картофеля или других овощных культур.
Испытание опытного образца устройства показало его успешную работу как плуга-картофелекопателя, так и роторного устройства для измельчения и скашивания ботвы овощных культур. Получены следующие технические результаты: снизилась энергоемкость и металлоемкость машины, уменьшилась ее стоимость, увеличилась производительность и полнота скашивания ботвы. Кроме того, улучшилось качество убираемого продукта и обогащение почвы за счет эффективного измельчения ботвы овощных культур и перехода ее в гумус.
Изобретение особенно необходимо фермерским хозяйствам, так как позволяет сократить в хозяйстве парк машин.