ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ
TUBEROUS ROOTS CUTTER

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству и может быть использовано при производстве кормов, в частности для измельчения корнеклубнеплодов для различных групп животных в сельскохозяйственных предприятиях.
Известна корнерезка, состоящая из рабочей камеры с загрузочной и выгрузной горловинами, установленной на валу диска, с окнами и ножами. Окна снабжены перегородками, выполненными выпуклыми в сторону загрузочной горловины. Ножи размещены в окнах так, что их режущая кромка находится выше выпуклости перегородок. Камера имеет упоры и лопатки, установленные на валу [А.с. 1662417 А1 СССР, A01F 29/00. / С.Г. Залецкий, П.В. Купрейчик, А.Н. Пилипенко, В.А. Голуб, С.Н. Чибис, И.А. Завалий; опубл. 15.07.91. - Бюл. №26].
Недостатком этого измельчителя кормов является низкое качество готового продукта из-за невозможности получения ломтиков корнеклубнеплодов, которые необходимы для безопасного кормления крупного рогатого скота, исключения их падежа вследствие проглатывания крупных размеров корнеклубнеплодов, застревания их в горле и удушия животных.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату к предлагаемому изобретению относится измельчитель корнеклубнеплодов, включающий камеру измельчения с загрузочной и выгрузной горловинами, бункер, снабженный дополнительной наклонной перегородкой, нижний конец которого расположен на краю загрузочного окна, установленный на валу режущий диск с радиально расположенными окнами, в которых установлены горизонтальные ножи, перед которыми под углом 45° к их оси установлены вертикальные ножи на периферии диска в створе загрузочной горловины [Решение РОСПАТЕНТа о выдаче патента на изобретение «Измельчитель корнеклубнеплодов» по заявке №2013120420/13(030230) от 30.04.2014] - прототип.
Известно, что для того чтобы добиться резания корнеклубнеплодов ломтиками, необходимо провести надрезы в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Установка горизонтального и вертикальных ножей, проходящих по периферии режущего диска в створе загрузочной горловины, позволяет решить данную задачу.
Однако из практики применения данного устройства следует, что в процессе измельчения корнеклубнеплодов последние под воздействием вращающихся вертикальных ножей выбрасываются через загрузочную горловину обратно в бункер. Данное обстоятельство существенно снижает производительность измельчителя корнеклубнеплодов, исключает повышение качества измельчения корнеклубнеплодов ломтиками с минимальным соковыделением.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что у известного измельчителя корнеклубнеплодов, включающего камеру измельчения с загрузочной и выгрузной горловинами, бункер, снабженный дополнительной наклонной перегородкой, нижний конец которого расположен на краю загрузочного окна, установленный на валу режущий диск с радиально расположенными окнами, в которых установлены горизонтальные ножи, перед которыми под углом 45° к их оси установлены вертикальные ножи на периферии диска в створе загрузочной горловины, загрузочная горловина камеры измельчения выполнена в виде конусной полости, угол наклона стенки которой по отношению к плоскости режущего диска с ножами составляет
max
где ƒ - коэффициент трения клубня об стенку загрузочной горловины и плоскость режущего диска с ножами; h - величина вылета горизонтального ножа, м; R - максимальный радиус клубня, м.
В результате анализа литературных источников не обнаружено идентичного выполнения предлагаемого устройства. При этом отличительные от прототипа признаки придают заявляемой совокупности новые свойства, проявляющиеся в положительном эффекте.
Выполнение загрузочной горловины камеры измельчения в виде конусной полости исключает выброс через загрузочную горловину обратно в бункер вращающимися вертикальными ножами корнеклубнеплодов в процессе их измельчения. Это связано с тем, что разрезанные корнеклубнеплоды, отлетающие от вертикальных ножей вверх, отскакивают от наклонной стенки загрузочной горловины обратно к режущему диску. При этом качество измельчения зависит от предельного состояния равновесия корнеклубнеплода, находящегося в загрузочной горловине. Для определения предельного состояния равновесия корнеклубнеплода, находящегося в загрузочной горловине в защемлении с плоскостью режущего диска с ножами, применимо графоаналитическое решение без учета силы тяжести  при силе . При этом согласно фигуре 3 величина вылета горизонтального ножа относительно плоскости режущего диска с ножами выражается уравнением:
max
где R - максимальный радиус клубня, м; ϕ - угол между радиусом клубня, проведенным от начала лезвия ножа, и вертикалью, проходящей через центр клубня, град.
max
Преобразуя выражение (1) следует, что угол ϕ связан с радиусом корнеклубнеплода R и величиной вылета ножа h:
mp
Введем угол трения ϕ, связанный с коэффициентом трения ƒ корнеклубнеплода:
mp
В предельном равновесии перед перекатыванием клубня через нож равнодействующая сила  суммы сил  и  пройдет через точку О лезвия ножа. Треугольник ΔOAC является равнобедренным, соответственно углы АОС и ОСА данного треугольника равны между собой (<АОС=<ОСА=ϕ).
Введем угол β между прямой АС и горизонтальной плоскостью с одной стороны:
где α - угол, определяющий конструктивный параметр положения стенки загрузочной горловины по отношению к плоскости режущего диска с ножами, град.
С другой стороны, и ΔOAC угол β выражается:
Приравнивая выражения (4) и (5), получим следующее равенство:
Из выражения (6) следует, что для предельного равновесия корнеклубнеплода в загрузочной горловине измельчителя
Для отсутствия перекатывания корнеклубнеплода через нож угол α должен быть меньше значения приведенного в выражении (7):
Причем существенное уменьшение угла α может приводить к защемлению корнеклубнеплода и его раздавливанию, что нецелесообразно. Поэтому угол α рекомендуется принимать в следующих пределах:
Подставляя в уравнение (9) выражения (2) и (3), получим зависимость угла наклона стенки загрузочной горловины камеры измельчения от ее конструктивных параметров:
Данное обстоятельство существенно повышает производительность измельчителя корнеклубнеплодов и значительно улучшает качество измельчения корнеклубнеплодов ломтиками с минимальным соковыделением.
В итоге, при работе предлагаемого устройства достигается положительный эффект, превосходящий эффект прототипа. Новая совокупность признаков заявляемого устройства, обеспечивающая получение положительного эффекта, обладает существенными отличиями.
На фигуре 1 изображен измельчитель корнеклубнеплодов в разрезе; на фигуре 2 представлен режущий диск и разрез А-А, а на фигуре 3 - графоаналитическое решение для предельного состояния равновесия клубня.
Измельчитель корнеклубнеплодов состоит из корпуса 1, электродвигателя 2, ременной передачи 3, кронштейна крепления опорных подшипников 4, крышки 5, загрузочного бункера 6, дополнительной наклонной перегородки 7, выгрузной горловины 8, режущего диска 9, включающего диск 10 и установленные на нем вертикальные 11 и горизонтальные 12 ножи, которые крепятся к диску 10 ножа винтами 13, лопаток 14 и предохранительной муфты, состоящей из винта 15, прижимной 16 и посадочной 17 шайб, загрузочной горловины 18, которая выполнена в виде конусной полости, угол наклона стенки которой по отношению к плоскости режущего диска с ножами составляет
max
где ƒ - коэффициент трения клубня об стенку загрузочной горловины и плоскость режущего диска с ножами; h - величина вылета горизонтального ножа, м; R - максимальный радиус клубня, м.
Нижний конец дополнительной наклонной перегородки 7, установленной в бункере 6, расположен на краю окна загрузочной горловины 18. Камера измельчения образована режущим диском 9 и отбойником 19. Электродвигатель 2 через ременную передачу 3 связан валом 20, на котором установлен режущий диск 9. Натяжение ременной передачи 3 осуществляется при помощи болтов 21.
Измельчитель корнеплодов работает следующим образом.
Корнеклубнеплоды загружаются в загрузочный бункер 6. Под собственным весом они скатываются по дополнительной наклонной перегородке 7 к окну загрузочной горловины 18, расположенному на периферии режущего диска 9, и через него непрерывно попадают в камеру измельчения, образованную режущим диском 9 и отбойником 19. По периферии в створе загрузочной горловины 18 вращаются ножи режущего диска 9. При подходе к корнеклубнеплоду вертикальные ножи 11 делают в нем вертикальные надрезы, а идущие следом горизонтальные 13 - отрезают стружку. Разрезанные корнеклубнеплоды, отлетающие от вертикальных ножей 11 вверх, отскакивают от наклонной стенки загрузочной горловины 18 обратно к режущему диску 9. Расстояние между вертикальными ножами 11 определяют толщину отрезаемого ломтика, а частота вращения режущего диска - его высоту. Отрезанные ломтики через радиально расположенные на режущем диске 9 окна лопатками 14 перемещаются к окну выгрузной горловины 8 и через нее выводятся из камеры измельчения.
Преимуществом предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом является существенное повышение производительности измельчителя корнеклубнеплодов и качества измельчения корнеклубнеплодов ломтиками с минимальным соковыделением.