Косилка ротационная комбинированная для многолетних травостоев

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно, к навесным устройствам мотоблоков или тракторов и может быть использована в конструкции косилки ротационной, предназначенной для скашивания травянистой растительности с возможностью одновременной поверхностной обработки почвы.
Ротационные косилки являются распространенными сельскохозяйственными машинами, широко применяемыми при заготовке кормов, в основным сена. К преимуществам данных машин следует отнести высокую надежность при кошении различных травостоев вне зависимости от их ботанического состава. Вместе с тем скашивание трав зачастую предшествует процессу обработки почвы, вызванного необходимостью выравнивания поверхности кормовых угодий, их омоложением, а также подготовкой почвы для выращивания последующих культур севооборота. Данное обстоятельство в условиях современных тенденций снижения энергоэффективности агротехнологий требует разработки новых средств механизации, позволяющих осуществлять за один проход сельскохозяйственной машины как скашивание трав, так и поверхностную обработку почвы.
Известно множество конструкций ротационных косилок (патент РФ №2273122, кл. A01D 34/66, 2008; патент РФ №2098935, кл. A01D 34/86, 1997; А.с. СССР №1653595, кл. A01D 34/86, 1988; А.с. СССР №1340654, кл. A01D 34/42, 1986 и др.), направленных на решение задачи повышения эксплуатационной надежности. Общий недостаток известных косилок заключается в их ограниченных функциональных возможностях.
Известна установка для содействия лесовозобновлению и минерализации почвы в лесном хозяйстве (патент на ПМ №129759, кл. A01G 23/00, 2012), которая состоит из базового трактора, рукояти гидроманипулятора, телескопической стрелы с телескопом, выдвигаемым гидроцилиндром, имеющая цилиндрический корпус, рабочий режущий орган, закрепленный с четырех сторон болтами к фланцу крепления. Рабочий режущий орган выполнен в виде полусферы со сменными ножами.
Известная установка предназначена для срезания нежелательной травянистой растительности, тонкомерных деревьев и минерализации почвы, содействия естественному и искусственному возобновлению лесных культур, при выполнении комплекса противопожарных мероприятий в условиях лесосеки, но не пригодна для работы в сельскохозяйственном производстве.
Известны технические решения, посвященные разработке многофункциональных сельскохозяйственных машин, в том числе осуществляющих скашивание травы и одновременно поверхностную обработку почвы за один ее проход.
Так, известное устройство для боронования (патент РФ №2668090, кл. А01В 19/02, A01D 43/12, 2014) содержит раму, переднюю роторную секцию, включающую по меньшей мере один ротор, прикрепленный к раме с возможностью вращения; ротор или каждый ротор содержит по меньшей мере один нож, ориентированный поперек направления движения устройства для боронования и предназначенный для срезания растительных остатков на уровне поверхности почвы или над поверхностью почвы; устройство также содержит грабельную секцию, включающую зубья для обработки почвы на поле и распределения растительных остатков, срезанных передней роторной секцией, и заднюю роторную секцию, включающую по меньшей мере один ротор, прикрепленный к раме с возможностью вращения; ротор или каждый ротор содержит по меньшей мере один нож, ориентированный поперек направления движения устройства для боронования и расположенный с возможностью срезания растительных остатков на уровне поверхности почвы или над поверхностью почвы.
Известен также узел жатки для уборочной машины (патент РФ №2570318, кл. A01D 34/835, A01D 43/12, 2012), который содержит жатку с основной режущей головкой, подающий механизм, горловину механизма обработки сельскохозяйственной культуры, дополнительную режущую головку ножничного типа. Дополнительная режущая головка следует позади основной режущей головки. Дополнительная режущая головка соединена с задней частью жатки и опирается на взаимодействующие с землей катки. По меньшей мере один опорный каток имеет прерывистую по окружности наружную поверхность, выполненную с возможностью осуществления предварительной обработки по меньшей мере одного из пожнивных остатков и почвы. Таким конструктивным решением обеспечивается одновременная уборка сельскохозяйственной культуры и обработка почвы.
Недостатком известных технических решений является громоздкость и сложность, большая металлоемкость и энергоемкость конструкции сельскохозяйственной машины.
Известны роторные косилки универсальные (патент РФ №2134948, кл. A01D 34/86, 1998; патент на ПМ №44451, кл. A01D 34/86, 2004), которые могут использоваться в сельском, авто- и железнодорожном, мелиоративном и коммунальном хозяйствах для скашивания трав, уничтожения карантинных сорняков, рубки кустарников, одиночно стоящих деревьев и их крон, но не пригодны для использования в создании многолетних травостоев, требующего выравнивания поверхности кормовых угодий, их омоложения, а также подготовки почвы для выращивания последующих культур севооборота, что является решением проблемы обеспечения кормовыми травами сельскохозяйственных животных.
Наиболее близкой по конструкции к заявленной является косилка (патент на полезную модель №77747, кл. A01D 34/66, 2008, прототип), содержащая навешиваемую на энергетическое средство раму, рабочие органы в виде дисков с ножами, вертикальные приводы рабочих органов, расположенные внутри барабанов и кинематически связанные с приводом энергетического средства, и копирующие рельеф поля опорные лыжи. Известная косилка предназначена для скашивания и укладки в валок любого стеблестоя.
Недостатком данной косилки являются ограниченные функциональные возможности при использовании ее для создания многолетних травостоев, требующего наряду с прямым ее назначением - кошением травянистой растительности, выравнивания, омоложения и поверхностного улучшения кормовых угодий.
Задачей полезной модели является разработка конструкции ротационной косилки, предназначенной для скашивания травянистой растительности с возможностью одновременной поверхностной обработки почвы.
Технический результат от решения поставленной задачи заключается в расширении функциональных возможностей ротационной косилки, что позволяет использовать ее для выравнивания, омоложения и поверхностного улучшения кормовых угодий, а также при необходимости снижения энергоемкости процесса основной обработки почвы при реализации технологий возделывания последующих культур севооборотов. В результате повышается урожайность и качество продукции многолетних травостоев за счет улучшения их отрастающей способности вследствие улучшения водно-воздушного режима, снижения плотности поверхностного слоя почвы, увеличения вегетативного размножения корневищных трав. При подготовке почвы под последующие культуры севооборота достигается снижение энергоемкости процесса основной обработки почвы и улучшение разложения органического вещества вследствие разрезания рабочими органами косилки поверхностного задерненного слоя почвы.
Поставленная полезной моделью задача решена тем, что косилка ротационная комбинированная для многолетних травостоев, содержащая навешиваемую на энергетическое средство раму, ротационные рабочие органы в виде дисков с ножами, вертикальные приводные валы ротационных рабочих органов, расположенные внутри барабанов и кинематически связанные с приводом энергетического средства, и связанные с рамой копирующие рельеф поля опорные лыжи, снабжена сменным почвообрабатывающим рабочим органом с возможностью установки его на хвостовике приводного вала каждого ротационного рабочего органа, при этом хвостовик выполнен ступенчатым с уменьшающимся диаметром каждой последующей к его концу ступени.
На хвостовике приводного вала каждого ротационного рабочего органа посредством двухрядного самоустанавливающегося подшипника установлен сменный почвообрабатывающий рабочий орган в виде полусферического почвообрабатывающего ножа с зубчатыми краями и углом заточки рабочей кромки 15° (вариант 1); либо в виде двух соосно установленных на хвостовике приводного вала каждого ротационного рабочего органа полусферических почвообрабатывающих ножей с зубчатыми краями и углом заточки рабочей кромки 15°, причем верхний полусферический почвообрабатывающий нож имеет больший радиус и охватывает нижний таким образом, что окружности, образуемые режущими кромками обоих полусферических почвообрабатывающих ножей лежат в одной горизонтальной плоскости, при этом каждый полусферический почвообрабатывающий нож установлен на хвостовике приводного вала каждого ротационного рабочего органа посредством двухрядного самоустанавливающегося подшипника (вариант 2); либо в виде двух одинаковых лопастей, хвостовиками посредством двухрядного самоустанавливающегося подшипника установленных на хвостовике приводного вала каждого ротационного рабочего органа, при этом лопасти направлены в разные стороны и снабжены поперечными шириной, равной ширине лопасти, жестко установленными по всей ее длине одинаковыми вертикальными режущими ножами с углом заточки 15°, причем рабочая кромка режущих ножей каждой лопасти направлена от приводного вала.
Косилка снабжена защитным кожухом в форме полого усеченного конуса, установленным жестко на хвостовике приводного вала каждого ротационного рабочего органа над почвообрабатывающим рабочим органом косилки.
На обоих концах рамы симметрично продольно-вертикальной плоскости косилки жестко закреплены телескопические стойки с возможностью установки и фиксации в них опорных лыж. Телескопические стойки снабжены шкалой для задания и регулировки высоты скашивания травостоя и глубины поверхностной обработки почвы.
Заявленная косилка ротационная комбинированная для многолетних травостоев, содержащая ротационный рабочий орган в виде диска с ножами, благодаря установке на хвостовике его приводного вала почвообрабатывающего рабочего органа, обеспечивает, кроме кошения различных травостоев, механическое воздействие на поверхностный слой почвы кормовых угодий. В основе выбора конструкции почвообрабатывающего рабочего органа лежит его функциональное назначение: вертикальное воздействие на почву без ее оборота и перемещения, что обеспечивает омоложение травостоя, особенно корневищных трав, за счет повышения их отрастающей способности и размножения, улучшение водно-воздушного режима почвы, создание условий для эффективной минерализации органического вещества; воздействие на почву с ее оборотом и перемещением, что необходимо при ликвидации травостоев с целью снижения энергоемкости последующей основной обработки за счет уменьшения тягового сопротивления почвы рабочим органам сельскохозяйственных машин и снижение их изнашиваемости. Конструкция заявленной ротационной косилки, предназначенной для скашивания травянистой растительности с возможностью одновременной поверхностной обработки почвы, расширяет ее функциональные возможности.
Заявленная косилка ротационная комбинированная для многолетних травостоев иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 изображена косилка ротационная комбинированная для многолетних травостоев с почвообрабатывающим рабочим органом в виде полусферического почвообрабатывающего ножа, общий вид; на фиг. 2 - косилка ротационная комбинированная для многолетних травостоев с почвообрабатывающим рабочим органом в виде двух полусферических почвообрабатывающих ножей, общий вид; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2; на фиг. 4 - косилка ротационная комбинированная для многолетних травостоев с почвообрабатывающим рабочим органом в виде двух лопастей с вертикальными режущими ножами, общий вид; на фиг. 5 - вид Б на фиг. 4.
Косилка ротационная комбинированная для многолетних травостоев содержит навешиваемую на энергетическое средство, например, трактор или мотоблок, сборно-сварную раму 1, на которой установлены симметрично относительно вертикально-продольной оси косилки два одинаковых ротационных рабочих органа с вертикальными приводными валами 2. Каждый ротационный рабочий орган выполнен в виде жестко установленного на вертикальном приводном валу 2 режущего диска 3 с равномерно расположенными по окружности и шарнирно закрепленными на его нижней поверхности по периферии ножами 4, под которым на хвостовике 5 приводного вала 2, выполненном ступенчатым с уменьшающимся диаметром каждой последующей к его концу ступени, установлены двухрядные самоустанавливающиеся подшипники закрытого типа 6 и 7. Выполнение хвостовика 5 ступенчатым позволяет устанавливать на нем одновременно, по крайней мере, два самоустанавливающихся подшипника, посредством которых на хвостовике 5 приводного вала 2 закрепляют одновременно, по крайней мере, два почвообрабатывающих ножа, образуя эффективный в работе почвообрабатывающий рабочий орган. Известно, что особенность конструкции самоустанавливающегося подшипника обеспечивает его самоустанавливаемость, позволяя воспринимать угловые перекосы вала относительно корпуса. Такие подшипники особенно удобны в узлах, где возможны значительные изгибы вала или различные перекосы. Кроме того, самоустанавливающиеся шарикоподшипники имеют самый низкий коэффициент трения из всех подшипников качения, благодаря чему они слабо подвержены нагреву даже при вращении с высокими скоростями (ru.wikipedia.org.Подшипник).
Вариант 1. На хвостовике 5 приводного вала 2 каждого ротационного рабочего органа в виде режущего диска 3 с ножами 4 посредством двухрядного самоустанавливающегося подшипника 7 жестко закреплен почвообрабатывающий рабочий орган в виде полусферического почвообрабатывающего ножа 8 (фиг. 1), выполненного из стали, с зубчатыми краями и углом заточки рабочей кромки, равной 15°. Форма краев в виде зубьев обеспечивает наилучшую проникающую способность рабочего органа, а угол заточки его рабочей кромки, равный 15°, обеспечивает максимальное скольжение почвенных частиц по рабочей поверхности уплотняющей ее части, исключая возможность налипания почвы на рабочую поверхность. Угол заточки рабочей кромки 15° принят, исходя из условия равенства угла трения почвы о сталь 14°…52° (Машиностроение: Энциклопедия. - М.: Машиностроение, 1998. - Т. 4-16. - С. 115) и подтвержден экспериментально. Для снижения металлоемкости почвообрабатывающего ножа 8, уменьшения массы косилки и улучшения качества воздействия на почву полусферическая его поверхность выполнена с круглыми, либо овальными отверстиями 9.
Вариант 2. На хвостовике 5 приводного вала 2 каждого ротационного рабочего органа посредством двухрядных самоустанавливающихся подшипников 6 и 7 установлены соосно полусферический почвообрабатывающий нож 10 и такой же полусферический почвообрабатывающий нож 8, но с меньшим радиусом (фиг. 2). Верхний полусферический почвообрабатывающий нож 10, имея больший радиус, охватывает нижний 8 таким образом, что окружности, образуемые режущими кромками полусферических почвообрабатывающих ножей 8 и 10, лежат в одной горизонтальной плоскости - условие, необходимое для эффективной работы почвообрабатывающих ножей. Для снижения металлоемкости почвообрабатывающего ножа 10, уменьшения массы косилки и улучшения качества воздействия на почву полусферическая его поверхность выполнена с круглыми, либо овальными отверстиями 11.
Применение почвообрабатывающего рабочего органа в виде полусферических почвообрабатывающих ножей 8 и 10 предпочтительно в случае необходимости оборота почвы, особенно при ликвидации травостоев, с целью снижения энергоемкости последующей основной обработки почвы за счет уменьшения тягового сопротивления почвы рабочим органам сельскохозяйственных машин и снижение их изнашиваемости.
При необходимости улучшения условий для развития корневых систем сельскохозяйственных растений за счет создания в почве вертикальных каналов для доставки воздуха и влаги в глубокие слои грунта, измельчения и перемешивания пожнивных остатков с землей предпочтение следует отдать вертикальному воздействию на почву без ее оборота и перемещения. В этом случае (вариант 3) на хвостовике 5 приводного вала 2 каждого ротационного рабочего органа посредством двухрядного самоустанавливающегося подшипника 7 закреплен почвообрабатывающий рабочий орган в виде сборной конструкции (фиг. 4 и фиг. 5): двух одинаковых лопастей 12 и 13, хвостовики 14 и 15 которых посредством двухрядного самоустанавливающегося подшипника 7 установлены на хвостовике 5 приводного вала 2 таким образом, что лопасти 12 и 13 направлены в разные стороны. Лопасти 12 и 13 снабжены поперечными шириной, равной ширине каждой лопасти 12, 13, жестко установленными по всей их длине одинаковыми вертикальными режущими ножами 16 с углом заточки 15°, исходя из условия, что угол трения почвы о сталь равен 14°…52° (Машиностроение: Энциклопедия. - М.: Машиностроение, 1998. - Т. 4-16. - с. 115). Режущие ножи 16 имеют Г-образную форму с прямым углом между сторонами и выполнены с одной боковой рабочей режущей кромкой 17. Путем жесткого соединения одной из их сторон (без режущей кромки) с телом лопасти 12 и 13, например, болтом с потайной головкой (не показано), получают равномерный ряд вертикальных режущих ножей 16. Рабочая кромка 17 режущих ножей 16 каждой лопасти 12, 13 направлена от хвостовика 5 приводного вала 2 с целью обеспечения равномерного рыхления почвы без образования ее сгруживания к центру приводного вала 2.
На хвостовике 5 приводного вала 2 каждого ротационного рабочего органа над почвообрабатывающим рабочим органом жестко закреплен защитный кожух 18, выполненный в виде полого усеченного конуса для повышения безопасности работы почвенных ножей, препятствующий вылету частиц грунта и дернины во время резания.
Вертикальные приводные валы 2 ротационных рабочих органов размещены внутри барабанов 19 и кинематически связаны с приводом энергетического средства (не показано).
На обоих концах рамы 1 симметрично относительно вертикально-продольной оси косилки жестко закреплены одинаковые телескопические стойки 20, в каждой из которых установлена одинаковая копирующая рельеф поля опорная лыжа 21 с возможностью фиксации в стойке 20 посредством, например, шпильки 22. Каждая телескопическая стойка 20 снабжена шкалой 23 для задания и регулировки высоты скашивания травостоя и глубины поверхностной обработки почвы.
На раме 1 может быть установлено 2n, где 1≤n≤4, ротационных рабочих органа, в зависимости от используемого энергетического средства, вида многолетнего травостоя и ширины захвата косилки. Количество ротационных рабочих органов больше восьми (при n>4) нецелесообразно ввиду значительного повышения нагрузки на приводные органы машины, что способствует снижению эксплуатационной надежности косилки. Кроме этого, значительно увеличиваются металлоемкость и габаритные размеры конструкции, что существенно затруднит процесс транспортировки косилки до обрабатываемого участка, а также ее использование в условиях мелкоконтурных полей.
Косилка ротационная комбинированная для многолетних травостоев работает следующим образом.
Перед началом работы косилки в зависимости от функционального назначения почвообрабатывающего рабочего органа: вертикального воздействия на почву без ее оборота и перемещения, либо воздействия на почву с ее оборотом и перемещением, делают выбор почвообрабатывающего рабочего органа и монтируют его на фланце двухрядного самоустанавливающегося подшипника 7 (варианты 1 и 3), либо на фланцах двухрядных самоустанавливающихся подшипников 6, 7 (вариант 2), установленных на хвостовике 5 приводного вала 2. Осуществляют регулировку положения опорных лыж 21 относительно рамы 1 для установки высоты среза стеблей и глубины поверхностной обработки почвы.
Привод рабочих органов косилки осуществляют от вала отбора мощности энергетического средства, например, трактора, при движении которого вращение через вертикальные приводные валы 2, заключенные в барабаны 19, передается дискам 3 с режущими ножами 4. Режущие диски 3 с ножами 4, вращаясь в горизонтальной плоскости, ножами 4 срезают растительность и равномерно распределяют срезанную массу по прокосу воздушным потоком, образующимся от вращения режущих дисков 3.
Одновременно (вариант 1) почвообрабатывающие рабочие органы в виде полусферических почвообрабатывающих ножей 8 измельчают поверхностный слой почвы на глубину до 8 см, при этом в процессе измельчения полусферические почвообрабатывающие ножи 8 могут отклоняться от горизонтального положения за счет самоустанавливающегося подшипника 7, что дает дополнительный встряхивающий эффект, способствующий разрушению межагрегатных связей почвенных частиц, а также предохраняет полусферические почвообрабатывающие ножи 8 при наезде на препятствия.
В варианте 2 почвообрабатывающие рабочие органы в виде полусферических почвообрабатывающих ножей 8 и 10 также измельчают поверхностный слой почвы на глубину до 8 см. Процесс измельчения в данном случае более эффективный. Полусферические почвообрабатывающие ножи 8 и 10 оборачивают почву, что особенно необходимо при ликвидации травостоев, а также с целью снижения энергоемкости последующей основной обработки почвы за счет уменьшения тягового сопротивления почвы рабочим органам сельскохозяйственных машин и снижение их изнашиваемости.
В варианте 3 почвообрабатывающий рабочий орган в виде двух одинаковых лопастей 12 и 13 с режущими ножами 16 измельчает и перемешивает пожнивные остатки с землей, вертикально воздействуя на почву без ее оборота и перемещения, создавая в почве вертикальные каналы для доставки воздуха и влаги в глубокие слои грунта, улучшая условия для развития корневых систем сельскохозяйственных растений.
Для повышения безопасности работы почвообрабатывающих ножей во всех трех вариантах на приводном валу 2 каждого ротационного рабочего органа над почвообрабатывающим рабочим органом установлены кожухи 18, выполненные в виде полого усеченного конуса, препятствующие вылету из-под почвообрабатывающих ножей как почвенных частиц, так и растительных остатков.
Заявленная косилка ротационная комбинированная для многолетних травостоев промышленно осуществима. Изготовлен ее промышленный образец с тремя вариантами почвообрабатывающих рабочих органов и испытан на базе кафедры технологических и транспортных машин и комплексов инженерного факультета Тверской ГСХА. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили рациональные параметры элементов конструкции заявленной косилки и доказали, что предложенная конструкция является работоспособной, причем отличается высокой эксплуатационной надежностью.
Применение заявленной косилки обеспечивает улучшение поверхностного слоя почвы кормовых угодий за счет оптимизации водно-воздушного режима, высвобождения дополнительных питательных веществ, вследствие усиления минерализации органического вещества, способствует омоложению травостоев за счет улучшения размножения трав, особенно рыхлокустовых. Комплексным результатом от перечисленных эффектов является повышение урожайности лугов на 32-36%, а также снижение энергетической и экономической эффективности эксплуатации кормовых угодий. Экспериментально установлена возможность эффективного использования косилки в севооборотах. Так, например, ее использование эффективно при скашивании полей трав, являющихся предшественниками для последующих культур севооборота, ввиду того, что после ее применения можно сразу осуществлять вспашку, минуя операцию дискования, что в итоге снижает себестоимость производимой продукции. Кроме этого, подтверждена действенность ее применения в системе ввода залежных земель в эксплуатацию, где очень важно сочетать скашивание с выравнивающим воздействием на почву. Применение косилки на таких почвах позволяет снизить затраты на освоение земель на 10-12%.
Заявленную косилку ротационную комбинированную для многолетних травостоев можно рекомендовать для использования в условиях предприятий в системах текущей эксплуатации и улучшения кормовых угодий.