КАРТОФЕЛЕКОПАТЕЛЬ
POTATO DIGGER

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности, к выкапывающим и сепарирующим устройствам, используемым в картофелеуборочных машинах.
Известен элеваторный полунавесной картофелекопатель КСТ-1,4, содержащий активные лемеха, закрепленные на подвесках, шарнирно соединенных с рамой, колеблющиеся шатунами, откидные пальцы, установленные на лемехах, скоростной, основной и каскадный элеваторы, образованные прутками, концы которых заделаны в звенья цепи, эллиптические встряхиватели, ходовые и опорные колеса, (Халанский В.М., Горбачев И.В. Сельскохозяйственные машины. - М.: Колос С, 2004. - С.422-424).
Известный картофелекопатель предназначен для уборки картофеля на тяжелых почвах влажностью до 27%. Глубину хода лемехов до 25 см регулируют винтовым механизмом. Прутковые элеваторы, предназначенные для перемещения и размельчения клубненосного пласта, отделения почвы от клубней и отсева ее, расположены один за другим с перепадом по высоте. Они представляют собой решетчатые полотна с замкнутым контуром, верхние (рабочие) ветви которых движутся от лемехов к выходу. Верхняя ветвь при движении встряхивается эллиптическими звездочками.
-1
Лемеха закреплены на подвесках, шарнирно соединенных с рамой, и колеблются шатунами с амплитудой 14 мм и частотой 8,3; 9,4 и 10,5 с. Частоту колебаний лемехов регулируют, заменяя звездочки на валу редуктора.
Колеблющиеся лемеха частично крошат пласт, меньше залипаются почвой, позволяют уменьшить сгруживание почвы и растительной массы перед элеватором, снижают тяговое сопротивление картофелекопателя.
Полотно элеватора образовано прутками, концы которых заделаны в звенья цепи. Скоростной элеватор имеет три цепи, основной и каскадный - по две цепи, которыми полотно опирается на звездочки ведущего вала и опорные ролики. Смежные прутки соединены планками и изогнуты в противоположные стороны, образуя карманы, предотвращающие скатывание клубней. Прутки каскадного элеватора покрыты резиной, что предохраняет клубни от повреждения.
Полотно скоростного элеватора движется с большей скоростью, чем картофелекопатель. Поэтому пласт, поступающий на него, растаскивается в продольном направлении и частично измельчается, что облегчает выделение клубней. Пласт, переходя с одного элеватора на другой, падает и дополнительно размельчается. Мелкая почва просеивается между прутками, а клубни, не разрушенные почвенные комки и ботва сходят с каскадного элеватора в валок.
Известный картофелекопатель имеет недостатки.
Клубненосный пласт почвы, подрезаемый лемехом, перемещается на прутковый элеватор не по всей ширине. Колеблющиеся лемеха меньше залипаются почвой, чем пассивные, но крошат клубненосный пласт недостаточно для обеспечения сепарации почвы. Известный картофелекопатель, работающий на тяжелых почвах влажностью до 27%, не позволяет разрушить почвенные комки, которые сходят с каскадного элеватора и засыпают клубни картофеля.
Известно выкапывающее устройство картофелеуборочной машины, содержащее раму и лемех, выполненный в виде подпружиненного плоского подкапывающего элемента, кронштейн лемеха, установленный в поперечном отверстии рамы с возможностью возвратно-поступательного перемещения и регулирования жесткости пружины, причем кронштейн выполнен с лапкой для закрепления лемеха, причем в кронштейне выполнены регулировочные отверстия для изменения жесткости пружины. (Патент на полезную модель РФ №50366, МПК A01D 21/02, 2005, опубл. 20.01.2006).
Известное выкапывающее устройство картофелеуборочной машины представляет собой плоский лемех, связанный с рамой посредством кронштейна. Лемех закреплен на лапке кронштейна с помощью болтового соединения. Кронштейн установлен в поперечном отверстии рамы и удерживается с одной стороны упорной шайбой и пружиной, а с другой стороны - шайбой, гайкой и шплинтом. За счет регулировочных отверстий, расположенных в кронштейне, и гайки имеется возможность изменять жесткость пружины в зависимости от условий работы.
Известное выкапывающее устройство картофелеуборочной машины работает следующим образом.
До соприкосновения с почвой пружина отрегулирована на необходимое усилие и находится в покоящемся состоянии. При заглублении лемеха на установленную глубину вследствие неравномерного сопротивления почвы на лемех действуют переменные силы, которые передаются через упорную шайбу кронштейна на пружину, и заставляют кронштейн с лемехом совершать возвратно-поступательные колебания с частотой, определяемой связностью почвы. Пласт почвы при этом испытывает продольное воздействие и дробится. Этим достигается крошение клубненосного пласта почвы, улучшается транспортирование пласта почвы через лемех к прутковому элеватору.
Известное выкапывающее устройство позволяет упростить конструкцию при уменьшении сгруживания клубненосного пласта при работе картофелеуборочной машины на различных типах почв.
Известное выкапывающее устройство картофелеуборочной машины имеет недостатки.
Качество работы картофелекопателей зависит от конструктивных и установочных параметров подкапывающих лемехов. К ним относятся ширина и длина лемеха, углы раствора лезвий и наклона к горизонту, глубина подкапывания. Качество работы картофелекопателя также зависит от частоты и амплитуды колебаний лемеха, если лемех установлен активным. У выкапывающего устройства по патенту РФ №50366, принятого за прототип, лемех установлен не колеблющимся от шатуна, то есть принудительно.
Ширина лемеха определяется шириной гнезда залегания клубней, отклонением оси рядка от оси лемеха из-за непрямолинейности рядка и неточности движения картофелеуборочного агрегата, а также глубиной подкапывания и углом естественного откоса клубней в почве.
Угол раствора лезвий выбирают из условий резания лезвием лемеха стеблей и корневищ со скольжением. При этом стебли легче перерезаются лезвием и быстрее сходят с лемеха, за счет чего снижаются забивание и сгруживание почвы.
п
п
Угол наклона лемеха к горизонту устанавливают таким, при котором соблюдается скольжение почвы по рабочей поверхности. Данное условие выполнимо при α<π/2-φ,
п
где φ - угол трения почвы по металлу.
п
Однако при малом угле α ухудшается крошение почвы, это затрудняет ее последующую сепарацию, а также компоновку сепарирующих устройств, особенно при небольшой (8-10 см) глубине подкапывания. В клубнеуборочных машинах с глубиной подкапывания пласта h=18…25 см, а с неподвижными лемехами α=25…35°. По такому же принципу устанавливают пассивные лемеха и подкапывающие лапы корнеуборочных машин, извлекающих корнеплоды теребильными устройствами. Однако у известного выкапывающего устройства, принятого за прототип, при выкапывании картофеля на различных типах почв и на разной глубине залегания клубней картофеля не изменяется угол наклона лемеха к горизонту. При этом происходит сгруживание клубненосной почвы на пассивных лемехах.
Также известен картофелекопатель, содержащий раму, опорные колеса, прутковые элеваторы, выкапывающее устройство, выполненное в виде плоского подкапывающего элемента, и установленного на кронштейне в поперечном отверстии рамы, лемех установлен с возможностью изменения угла наклона к горизонту, причем лемех подпружинен относительно кронштейна в вертикальной плоскости посредством конической пружины сжатия (Патент на полезную модель РФ №132944, МПК A01D 21/00, заявл. 30.05.2013, опубл. 10.10.2013).
Известный картофелекопатель работает следующим образом.
Коническая пружина отрегулирована на необходимое усилие, которое определяется в зависимости от типа и состояния почвы. При работе картофелекопателя на заглубленный лемех, установленный на определенную глубину подкапывания клубненосного пласта, вследствие неравномерности сопротивления почвы действуют переменные силы, которые передаются через опорную шайбу, кронштейн на пружину и заставляют кронштейн с лемехом изменять угол наклона лемеха к горизонту. Угол наклона лемеха к горизонту устанавливают в зависимости от типа, состояния и связности почвы. Жесткость конической пружины регулируется гайкой и устанавливается такой, при которой угол наклона лемеха к горизонту устанавливается таким, при котором соблюдается скольжение почвы по рабочей поверхности лемеха.
Вследствие неравномерного сопротивления почвы на лемех действуют переменные силы, которые заставляют лемех изменять свое положение, то есть угол наклона лемеха к горизонту. Пласт почвы при этом испытывает воздействие лемеха и крошится. Этим достигается крошение клубненосного пласта и улучшается транспортирование пласта через лемех к прутковому элеватору. Путем установки необходимого угла наклона лемеха к горизонту, зависящего от типа и состояния почвы, предотвращается сгруживание клубненосного пласта перед прутковым элеватором.
Однако известный картофелекопатель имеет недостатки.
Известный картофелекопатель с лемехом, установленным с возможностью изменения угла наклона к горизонту и подпружиненным относительно кронштейна в вертикальной плоскости посредством конической пружины сжатия, не разрывает и не крошит клубненосный пласт, перемещаемый на прутковый элеватор в продольном направлении.
Клубненосный пласт почвы, подрезаемый подпружиненным лемехом, перемещается на прутковый элеватор не по всей ширине. Подпружиненные лемеха в вертикальной плоскости меньше залипаются почвой, чем пассивные, но не разрывают клубненосный пласт в продольном направлении для повышения сепарации почвы.
Клубненосный пласт разрывается в поперечном направлении за счет того, что скорость пруткового элеватора больше скорости самого картофелекопателя, а в поперечном направлении клубненосный пласт не разрывается и, кроме того, имеет неодинаковую толщину. Клубненосный пласт с наибольшей толщиной находится на прутковом элеваторе вдоль оси лемеха. Клубненосная почва перемещается на прутковом элеваторе не с одинаковой толщиной.
Вследствие этого сепарация почвы на прутковом элеваторе недостаточная и клубни картофеля при работе картофелекопателя с подпружиненными лемехами, работающего на тяжелых почвах влажностью до 27%, засыпаются почвенными комками.
Задача - улучшение качества сепарации клубненосной почвы на прутковом элеваторе
Техническое решение заключается в том, что повышение сепарации клубненосной почвы на прутковом элеваторе выполнено за счет разрыва клубненосного пласта в продольном направлении и дополнительного размельчения перед поступлением его на скоростной прутковый элеватор.
Технический решение достигается тем, что картофелекопатель, содержащий раму, опорные колеса, скоростной, основной и каскадный прутковые элеваторы, выкапывающее устройство, выполненное в виде плоских колеблющихся подпружиненных лемехов, а на лемехах закреплены делители клубненосного пласта, выполненные в виде гиперболического конуса, основание которого установлено над скоростном прутковом элеваторе, с возможностью продольного перемещения по лемехам, причем на плоской образующей гиперболического конуса делителя выполнены продольные отверстия.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый картофелекопатель отвечает требованиям «Существенные отличия».
1. На плоском подпружиненном лемехе закреплен делитель клубненосного пласта.
2. Делитель клубненосного пласта выполнен в виде гиперболического конуса.
3. Делитель клубненосного пласта, выполненный в виде гиперболического конуса, закреплен на плоском лемехе и установлен над прутковом элеваторе.
4. На плоской образующей гиперболического конуса выполнены продольные отверстия.
С целью разрушения клубненосного пласта в продольном направлении, подрезанного подпружиненным лемехом и перемещаемого на скоростной прутковый элеватор, на плоских лемехах установлены делители клубненосного пласта.
При работе картофелеуборочной машины делители воздействуют на клубненосный пласт, подрезаемый подпружиненным лемехом, и разваливают клубненосный пласт на две части.
С целью деления клубненосного пласта в продольном направлении на две части делитель выполнен в виде гиперболического конуса. Причем высота основания гиперболического конуса больше ширины.
С целью разрыва клубненосного пласта, подрезанного подпружиненным лемехом, и перемещения клубненосной почвы в продольном направлении при уборке картофеля на различных типах почв, делители в виде гиперболического конуса закреплены на плоском лемехе с возможностью изменения своего положения вдоль лемеха.
Делители в виде гиперболического конуса можно переместить по лемеху и затем закрепить в необходимом положении в зависимости от типа и состояния почвы.
С целью предотвращения сгруживания клубненосной почвы на лемехе и перемещения клубненосной почвы в продольном направлении, а затем на скоростной прутковый элеватор на большую его ширину гиперболические конусы закреплены на плоском подпружиненном лемехе в таком положении, когда основания конуса установлены над прутковым элеватором.
Картофель возделывают на ровной поверхности на легких, а также на тяжелых суглинистых и переувлажненных почвах. При уходе за растениями картофеля в любом случае проводят окучивание картофеля. При уборке картофеля подкапывающие лемеха подрезают клубненосный пласт почвы, имеющей форму гребня, который перемещается на основной прутковый элеватор.
Клубненосный пласт почвы у базовой картофелеуборочной машины, поступает на скоростной прутковый элеватор не с одинаковой толщиной. Вдоль середины лемеха клубненосный пласт почвы поступает на прутковый элеватор с большей толщиной, а в среднюю часть пруткового элеватора почва поступает с меньшей толщиной. На средней части пруткового элеватора сепарация почвы происходит намного лучше, так как зазоры между прутками имеют наибольшую величину за счет деформации и провисания прутков в процессе работы картофелеуборочной машины.
Во время работы заявляемого картофелекопателя, подкапывающие подпружиненные лемеха подрезают клубненосный пласт почвы, который перемещается к делителю, выполненному в виде гиперболического конуса. Делитель в виде гиперболического конуса воздействует и разрывает клубненосный пласт почвы в продольном направлении и перемещает клубненосную почву на большую ширину скоростного пруткового элеватора.
Выявленные признаки технического решения заявляемой картофелеуборочной машины позволяют сделать вывод о соответствии технического решения критерию «Существенные отличия».
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, может быть многократно использована в конструкциях картофелеуборочных машин. Расширяются функциональные возможности картофелекопателя и область применения, то есть возможна уборка картофеля на легких и тяжелых почвах влажностью более 27%. Таким образом, можно сделать вывод о соответствии критерию «Промышленная применимость».
Заявляемый картофелекопатель поясняется чертежным материалом.
На фиг.1 представлена схема картофелеуборочной машины, вид сбоку; на фиг.2 - крепление лемехов на валу; на фиг.3 - крепление делителя на лемехе; на фиг.4 - вид А на фиг.3; на фиг.5 - делитель клубненосного пласта.
Картофелеуборочная машина снабжена активными лемехами 1 и 2, скоростным 3, основным 4 и каскадным 5 элеваторами, ходовыми колесами 6 и опорным колесом 7. Элеваторы 3, 4 и 5 предназначены для перемещения и размельчения клубненосного пласта, отделения почвы от клубней и отсева ее, расположены один за другим с перепадом по высоте. Они представляют собой решетчатые полотна с замкнутым контуром, верхние (рабочие) ветви которых движутся от лемехов 1 и 2 к выходу.
Лемеха 1 и 2 закреплены на подвесках 8, шарнирно соединенных с рамой (рама не показана) и колеблются шатунами 9 с амплитудой 14 мм и различной частотой. Частота колебания лемехов регулируется путем замены звездочек на валу редуктора (звездочка и вал редуктора не показаны). Лемеха 1 и 2 установлены на шатунах 9 с возможностью изменения угла наклона к горизонту. Лемеха 1 и 2 закреплены на шатунах 9 шарнирно и установлены на конических пружинах 10 кронштейнов 11. Кронштейны 11 крепятся к лемехам 1 и 2 шарнирно. Конические пружины 10 установлены на кронштейнах 11. Каждый кронштейн 11 закрепленный на лемехах шарнирно проходит через отверстие шатуна 11. В кронштейнах 11 выполнены сквозные отверстия 12, в одно из которых установлен шплинт 13. За счет регулировочных отверстий 12, расположенных в кронштейне 11, имеется возможность изменять жесткость конической пружины 10 в зависимости от типа и состояния почвы, на которой используется заявляемый картофелекопатель.
На каждом плоском подпружиненном лемехе 1 и 2 закреплен делитель 14 клубненосного пласта. Делитель 14 клубненосного пласта выполнен в виде гиперболического конуса. Каждый делитель 14 клубненосного пласта, выполненный в виде гиперболического конуса, закреплен на плоском подпружиненном лемехе 1 и 2. Делители 14 закреплены на лемехах 1 и 2 таким образом, что основание гиперболического конуса установлено над скоростным прутковым элеватором 3. Делители 14 установлены на плоских подпружиненных лемехах 1 и 2 с возможностью продольного перемещения по лемеху. Для получения возможности продольного изменения положения делителей 14 на лемехах 1 и 2 на плоской образующей гиперболического конуса делителей 14 выполнены продольные отверстия, в которые установлены болты 15 (продольные отверстия, выполненные на плоской образующей гиперболического конуса делителя, не показаны).
Коническая пружина 10 отрегулирована на необходимое усилие, которое определяется в зависимости от типа и состояния почвы, на которой будет использоваться заявляемый картофелекопатель.
Делители 14 установлены на плоских подпружиненных лемехах 1 и 2 в необходимом положении, которое также определяется в зависимости от типа и состояния почвы.
Заявляемый картофелекопатель работает следующим образом.
При работе картофелеуборочной машины подкапывающие лемеха 1 и 2 подрезают клубненосный пласт. Клубненосные пласты перемещаются по плоским лемехам 1 и 2 к делителям 14.
При работе картофелекопателя на заглубленные лемеха 1 и 2, установленные на определенную глубину подкапывания картофеля, вследствие неравномерности сопротивления почвы, действуют переменные силы, которые передаются на коническую пружину 10 и заставляют лемеха 1 и 2 изменять угол наклона лемеха к горизонту. Фиксированный угол наклона лемехов к горизонту устанавливают в зависимости от типа, состояния и связности почвы, при котором соблюдается скольжение клубненосного пласта по рабочей поверхности плоского лемеха 1 и 2. Жесткость конической пружины 10 устанавливается путем установки шплинта 13 в одно из отверстий 12 кронштейна 11. Вследствие неравномерного сопротивления почвы на лемеха 1 и 2 действуют переменные силы, которые заставляют лемех изменять свое положение, то есть угол наклона лемеха к горизонту. Кроме того, лемеха 1 и 2 колеблются шатунами 3 с амплитудой 14 мм и частотой, которую регулируют, заменяя звездочками на валу редуктора (звездочки на валу редуктора не показаны).
Плоские подпружиненные колеблющиеся лемеха 1 и 2 крошат клубненосный пласт, меньше залипаются почвой, исключают сгруживание почвы и растительной массы перед делителем и скоростным прутковым элеватором, снижают тяговое сопротивление картофелекопателя.
В зависимости от типа, состояния, влажности и связности почвы клубненосный пласт необходимо дополнительно разрушить.
Полотно скоростного пруткового элеватора 3 движется с большей скоростью, чем картофелекопатель. Поэтому пласт, поступающий на скоростной прутковый элеватор, растаскивается и размельчается, что облегчает выделение клубней.
При уборке картофеля подкапывающие лемеха 1 и 2 подрезают клубненосный пласт почвы, имеющий форму гребня, который перемещается на скоростной прутковый элеватор 3. Клубненосный пласт у картофелекопателя, выбранный за прототип, поступает на скоростной прутковый элеватор не с одинаковой толщиной. Вдоль середины лемеха клубненосный пласт почвы поступает на прутковый элеватор с большей толщиной, а в среднюю часть пруткового элеватора почва поступает с меньшей толщиной. Хотя на средней части пруткового элеватора сепарация почвы происходит намного лучше, так как зазоры между прутками имеют наибольшую величину за счет деформации и провисания прутков в процессе работы картофелекопателя.
Во время работы заявляемого картофелекопателя, подкапывающие лемеха 1 и 2 подрезают клубненосный пласт почвы, который перемещается по лемехам к делителям 14, выполненным в виде гиперболического конуса. Колеблющиеся плоские подпружиненные лемеха 1 и 2 крошат клубненосные пласты, которые перемещаются по образующей поверхности делителя, выполненного в виде гиперболического конуса, дополнительно разрываются в продольном направлении, измельчаются и поступают на скоростной прутковый элеватор на большую ширину сепарирующей поверхности. Делители 14 не только разрывают клубненосный пласт в продольном направлении, а также измельчают клубненосный пласт, который скользит по образующей гиперболического конуса делителя, и подают на скоростной прутковый элеватор 3 на большую ширину и более равномерным слоем, чем у картофелекопателя, принятого за прототип.
Поэтому клубненосный пласт, поступающий на скоростной прутковый элеватор 3, уже частично разрушенный, в большей мере растаскивается и интенсивно размельчается, что улучшает выделение клубней.
Клубненосные пласты, частично разрушенные на плоских подпружиненных колеблющихся лемехах 1 и 2, дополнительно разрываются в продольном направлении на делителях 14, измельчаются, перемещаясь по образующим гиперболического конуса делителя 14, поступают на скоростной прутковый элеватор 3. Клубненосная почва, переходя со скоростного пруткового элеватора, перемещается на основной 4, а затем на каскадный 5 элеваторы, падает и дополнительно размельчается. Мелкая почва просеивается между прутками, а клубни сходят с каскадного элеватора 5 в валок.
Делители, выполненные в виде гиперболического конуса и установленные на плоских подпружиненных колеблющихся лемехах, дополнительно разрывают клубненосный пласт в продольном направлении, измельчают его за счет образующей гиперболической поверхности и подают клубненосную почву на большую ширину скоростного пруткового элеватора, позволяют улучшить сепарацию почвы на прутковых элеваторах.